DE3541747A1

DE3541747A1 - Elektrischer unterbrecher mit einer schutzwand

Info

Publication number: DE3541747A1
Application number: DE19853541747
Authority: DE
Inventors: Elie Epinay sur Seine Belbel; Christian Nanterre Blanchard; André Le Raincy Haury; Michel Courbevoie Lauraire
Original assignee: Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1986-05-28
Also published as: IT8522974A0; IE56973B1; IE852967L; CA1256919A; FR2573913A1; GB2168199A; ES8609804A1; ZA859038B; BR8505923A; JPS61153907A; IT1186213B; ES549290A0; EP0185576A1; ATE44421T1; GB2168199B; GB8529129D0; US4700030A; CH666137A5; EP0185576B1; FR2573913B1

Description

-A-

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Unterbrecher, bei dem der Lichtbogen, der zwischen zwei in einer Kammer zueinander beweglichen Kontakten auftritt, zwischen zwei isolierenden Wänden abgeschert wird, von denen die eine zu einer isolierenden Schutzwand gehört, die sich schnell zwischen diese beiden Kontakte schiebt, indem sie zwischen ihnen eine vollständige Isolierung herstellt.'

Derartige Unterbrecher, die auf zweckmäßige Weise in Schutzvorrichtungen mit automatischer oder ausgelöster Öffnung verwendet werden können, werden beispielsweise in der französischen Patentanmeldung Nr. 83 01749 beschrieben, die am 4. Febr. 1983 von der Änmelderin eingereicht wurde. Diese Unterbrecher können auch in Unterbrechungsvorrichtungen benutzt werden, die von einem hohen Nennstrom durchflossen werden.

Bei manchen dieser bekannten Unterbrecher, bei denen die Bewegung der Schutzwand durch die Freigabe der in einer Feder gespeicherten Energie zum Zeitpunkt der Öffnung der Kontakte bewirkt wird, kann es wünschenswert sein, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Schutzwand eine steigende Funktion von der Stromstärke ist, um ein schnelles Ansteigen dieses Stroms zu vermeiden. Ferner ist es häufig zweckmäßig, eine Bewegungsenergie zu benutzen, die keine mechanische Spannung oder Rückstellung nach einer automatischen Öffnung erfordert.

Bei anderen Unterbrechern mit Schutzwand, bei denen deren Bewegung durch einen elektromagnetischen Stößel bewirkt wird, der von dem den Unterbrecher durchfließenden Strom gespeist wird, kann die der Schutzwand verliehene Geschwindigkeit, obwohl sie in einem gewissen Maß eine steigende Funktion von dem die Magnetspule durchfließenden Strom ist, infolge des Auftretens von magnetischen Sättigungserscheinungen eine gewisse Schwelle nicht überschreiten.

Bei diesen beiden bekannten Vorrichtungstypen könnte die Geschwindigkeit der Schutzwand erhöht werden, indem die potentielle Energie einer zuvor gespannten Antriebsfeder erhöht wird, die entweder durch die Bewegung der Kontakte oder durch eine Auslösevorrichtung mit Magnetspule freigegeben wird. Eine derartige Maßnahme würde jedoch den Einsatz einer Rückspannvorrichtung erfordern, die aufgrund der Amplitude der Kräfte, die eingesetzt werden müßten, und des Verschleißes der sie steuernden mechanischen Organe aufwendiger und schwieriger herzustellen wäre.

In allen Fällen ist es wünschenswert, während einer gewissen Zeit in einer Lichtbogenkammer des Unterbrechers einen möglichst hohen Druck aufrechtzuerhalten, da dieser eine günstige Wirkung auf die Lichtbogenspannung hat.

Ziel der Erfindung ist es, die Arbeitsweise und die Endisolierung eines Unterbrechers mit Schutzwand zu verbessern, indem in der Lichtbogenkammer nach der Öffnung der Kontakte und während einer gewissen Zeit ein möglichst hoher Druck aufrechterhalten wird, und zwar ohne daß eine Gefahr der Beschädigung der Teile dieser Kammer verursacht wird und in dem zum Antrieb der Schutzwand eine Energie benutzt wird, die einerseits nicht begrenzt ist, wenn der Strom eine gewisse Schwelle überschreitet, und die andererseits ständig zunimmt, wenn dieser Lichtbogen nicht schnell gelöscht wird.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die bewegliche Schutzwand in ihrer Wand eine öffnung besitzt, durch die der bewegliche Kontakt in der geschlossenen Stellung hindurchtritt, und mechanisch mit einem isolierenden Teil verbunden ist, das zusammen mit dem Gehäuse einen Raum mit veränderlichem Volumen abgrenzt,in dem der feststehende Kontakt angeordnet ist, so daß der durch die Energie des

Lichtbogens zum Zeitpunkt der Trennung der Kontakte erzeugte Gasdruck auf das isolierende Teil eine Kraft ausübt, die die Bewegung der Schutzwand in eine Stellung bewirkt, in der der Lichtbogen in dieser Öffnung an einer isolierenden Fläche abgeschert wird, die gegenüber dieser Öffnung angeordnet ist, wenn der bewegliche Kontakt nicht mehr die öffnung durchquert.

Beispielsweise aus der US-Patentschrift Nr. 2 116 673 ist bereits.ein Unterbrecher bekannt, bei dem eine bewegliche, isolierende Hülle auf einem feststehenden isolierenden Teil gleitet, das zwei feststehende Kontaktteile enthält, die durch ein drittes bewegliches Kontaktteil, das an der Hülse befestigt ist, miteinander verbunden werden können, so daß die durch den Lichtbogen erzeugte Druckerhöhung, die bei der Öffnung auftritt, bestrebt ist, die Hülle unter Beschleunigung der Bewegung dieses dritten Teils vorzutreiben. Bei diesem Unterbrecher, der nicht zur Verwendung als Sicherungsvorrichtung gedacht ist und bei dem keine Vorkehrungen getroffen sind, um nach der Öffnung des Unterbrechers eine gute Isolierung zwischen den Anschlüssen herzustellen, teilt keine Schutzwand die Lichtbogenkammer in zwei gegeneinander abgedichtete Volumen, während die Anfangsbewegung der isolierenden Hülle und damit die Anfangsöffnungsgeschwindigkeit sich nicht aus dem Auftreten des Lichtbogens, sondern aus der Einwirkung einer Kraft auf diese Hülle ergeben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des Unterbrechers in einer zur Bewegungsrichtung der Schutzwand parallelen Ebene PP',

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene QQ' von Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Unterbrechers in einer zur Bewegungsrichtung der Schutzwand parallelen Ebene PP',

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie RR¹ von Fig. 4,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch einen Unterbrecher gemäß Fig. 1 oder 4, bei dem Zusatzorgane benutzt werden,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Unterbrechungsvorrichtung mit mehreren Unterbrechern,

Fig. 7 einen Schnitt durch den Kontaktbereich des Unterbrechers ,

Fig. 8 und 9 Schnitte durch Unterbrecher, die mit magnetischen Einrichtungen versehen sind, die hülsenförmigen Schutzwänden eine Anfangsgeschwindigkeit verleihen können,

Fig. 10 und 11 einen Längsschnitt bzw. eine perspektivische Darstellung, bei der Teile weggebrochen sind, einer besonderen Ausführungsform der Hülse,

Fig. 12 eine Unterbrechervorrichtung, bei der jeder der beiden beweglichen Kontakte mit einer einzigen, gemeinsamen Hülse eine spezielle Öffnungsfunktion erfüllen kann,

Fig. 13 und 14 einen Querschnitt in der Ebene TT' bzw. einen Längsschnitt nach der Linie QQ' durch eine Unterbrechervorrichtung mit doppelter Unterbrechung und mit zwei parallelen Hülsen,

Fig. 15 einen Längsschnitt durch eine Unterbrechervorrichtung, mit doppelter Unterbrechung, bei der zwei koaxiale Hülsen vorgesehen sind,

Fig. 16 und 17 einen Längsschnitt durch zwei Unterbrechervorrichtungen, bei denen eine isolierende Schutzwand, die den Lichtbogen abscheren kann, durch einen Kolben betätigt wird, der durch die auf eine Öffnung folgende Ausdehnung der Gase bewegt wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Unterbrechervorrichtung 1 besitzt ein isolierendes Gehäuse 2, in dessen oberem Teil eine zylindrische Aussparung 3 mit der Achse XX¹ vorgesehen ist, die auf einer ersten Seite durch eine Querwand 4 und auf der zweiten entgegengesetzten Seite durch einen Boden 5 beendet wird, der eine Verlängerung oder einen zylindrischen Körper 6 kleineren Durchmessers trägt, der zu XX¹ koaxial ist und sich axial über einen Teil der Länge der Aussparung erstreckt.

Eine Hülse 7 aus isolierendem Material mit einem Boden 8 und einem zylindrischen Mantel 9 besitzt eine Innenfläche 12, die mit einem geringen Spiel auf der Fläche 6' des Körpers 6 gleitet. Die Länge dieser Hülse ist so gewählt, daß zwischen der Stirnfläche 15 und der Wand 4 ein gewisser Abstand d bestehen bleibt, wenn das Ende 13 des Mantels beispielsweise unter der Einwirkung einer schwachen Rückholfeder 14, die zwischen der Hülse und der Wand 4 angeordnet ist, an dem Boden 5 anliegt.

In der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung I mündet eine in dem Mantel 9 vorgesehene öffnung 10 in einen Raum 16, der sich zwischen dem Boden 8 und einer Stirnfläche 17 des Körpers 6 befindet. Eine Öffnung 11, die in dem Mantel 9 beispielsweise in einem diametral entgegengesetzten Bereich gebohrt ist, befindet sich in der Ruhestellung gegenüber der zylindrischen Außenfläche 6' des Körpers 6.

Ein leitendes Teil 18, das in Längsrichtung den Körper 6 durchquert, besitzt an einem ersten Ende 19 einen Anschluß 20 für einen Stromkreis und an einem zweiten entgegengesetzten Ende

ein feststehendes Kontaktteil 22, das sich in dem Raum 16 gegenüber der Öffnung 10 befindet.

In einer Kammer 23 des Gehäuses, die in Nähe der Aussparung 3 vorgesehen ist und mit dieser über einen Durchgang 24 in Verbindung ist, der in der Ruhestellung gegenüber der öffnung 10 liegt, ist ein bewegliches Kontaktteil 25 vorgesehen.

Dieses Teil hat beispielsweise die Form eines Hebels 26, der an einem ersten Ende 27 auf einer in dem Gehäuse befestigten Achse 28 drehbar gelagert ist und der an einem zweiten entgegengesetzten Ende 29 einen beweglichen Kontakt 30 aufweist, der den Durchgang und die öffnung durchquert und unter der Einwirkung einer Feder 31 an dem feststehenden Kontakt 22 anliegt (vgl. auch Fig.2).

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, bei der die Unterbrechervorrichtung als Sicherungsautomat benutzt wird, verbindet ein biegsames, leitendes Geflechtband 32 das bewegliche Teil 25 mit einer magnetischen Vorrichtung 33, die auf einen Überstrom von einem bestimmten Wert anspricht und die ihrerseits mit einem ersten Ende 34 eines Leiters 35 verbunden ist, dessen zweites entgegengesetztes Ende 36 einen zweiten Anschluß 37 der Vorrichtung bildet (vgl. auch Fig. 2).

Diese magnetische Vorrichtung 33 besitzt beispielsweise eine schematisch dargestellte Spule 33' und einen Stößel 38, der gegenüber einer Nase 39 des Hebels 26 angeordnet ist, so daß er bei Auftreten eines ÜberStroms des von dem Anschluß 20 zum Anschluß 37 fließenden Stroms ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn ausübt, das größer als das der Feder 31 ist. Der Stößel 38 kann seinerseits mit einem mit der Spule verbundenen Anker oder Kern verbunden sein oder kann ein Teil eines elastischen Mechanismus sein, dessen Energie durch Einwirkung der Spule auf einen Riegel freigegeben wird.

Ein Luftloch 43, das die Aussparung 3 mit der Atmosphäre verbindet, befindet sich gegenüber der Öffnung 11, wenn die Hülse in eine Zwischenstellung zwischen der Ruhestellung und der aktiven Stellung A gelangt, so daß der innere Raum 16, dessen Volumen sich nun vergrößert hat, mit der Atmosphäre verbunden ist.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, bei der die Unterbrechervorrichtung als Kurzschlußstrombegrenzer benutzt wird und bei dem Teile mit den gleichen Funktionen dieselben Bezugszahlen tragen, ist ein feststehendes, U-förmiges magnetisierbares Teil 40 vorgesehen, das zwei Schenkel 41 und 42 aufweist, die seitlich den Hebel 26 umgeben (vgl. auch Fig. 4). Wenn dieser Hebel von einem sehr starken Strom durchflossen wird, übt dieses Teil auf ihn Kräfte F aus, die in Zusammenwirkung mit elektrodynamischen Kräften, die zwischen dem Leiter 18 und dem Hebel 26 auftreten, diesen entgegen dem Uhrzeigersinn kippen lassen.

Die Arbeitsweise der Unterbrecher ist bei beiden Vorrichtungstypen gleich und besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Phasen: bei Auftreten eines Überstroms infolge eines Fehlers in der Leitung, in der die Vorrichtung in Reihe geschaltet ist, wird zunächst der bewegliche Kontakt 30 entweder durch die Kräfte F oder durch den Stößel 38 von dem feststehenden Kontakt 22, an dem er anliegt, getrennt.

Im Laufe dieser Bewegung, die sehr schnell ist, verläßt der Kontakt 30 die öffnung 10 und der Lichtbogen, der zwischen den Kontakten auftritt, sobald diese sich trennen, bewirkt insbesondere eine sehr schnelle Erhöhung des Drucks in dem Raum 16, der die Hülse sehr schnell nach links von Fig. 1 oder 4 bewegt.

Aufgrund des Vorhandenseins eines sehr geringen Spiels zwischen der Aussparung 3 und der Außenfläche der Hülse wird

der Lichtbogen, der die Öffnung 10 durchquert und durch deren Bewegung etwas in die Länge gezogen wird, anschließend abgeschert, da diese Öffnung auf die Fläche 3¹ des isolierenden Bereichs 44 gelangt, der dem Durchgang 24 der Aussparung 3 benachbart ist.

Während die Hülse sich weiter nach links bewegt, gelangt die Öffnung 11, die nun den Körper 6 verlassen hat, mit dem Luftloch 43 in Flucht, so daß die unter Druck stehenden Gase in die Atmosphäre entweichen. Ein Luftloch 46' kann auch die Kammer 2 3 mit der Atmosphäre verbinden.

Wenn ein Kontakthebel 51 einer derartigen Vorrichtung nach Öffnung eine in Fig. 5 gezeigte Stellung einnimmt, wirkt ein Riegel 52 mit Hilfe einer Feder 53 mit einer Verlängerung 51' dieses Hebels so zusammen, daß er in einer von der Hülse entfernten ausgerückten Stellung (in unterbrochenen Linien gezeichnet) gehalten wird. Diese Stellung kann anschließend beispielsweise durch manuelle Einwirkung auf einen Drücker 54 dieses Riegels geändert werden, so daß der Unterbrecher wieder in den geschlossenen Zustand gelangt.

Dadurch, daß der Mantel 9 und die Außenfläche des Körpers 6 übereinandergreifen und der Leiter 18 im Inneren dieses Körpers verläuft, besteht bei den dargestellten Ausführungsformen kein Weg, auf dem ein neuer Lichtbogen zwischen den beiden Kontakten entstehen könnte, und eine vollständige Isolierung wird nicht nur unmittelbar hergestellt, sondern auch zwischen den Kontakten nach der öffnung aufrechterhalten.

Nach der Unterbrechung kann der Stromkreis wieder geschlossen werden, und zwar entweder indem der Kontakt 30 von einer Stufe 45 des Mantels 9, mit der er in der Stellung A zusammenarbeitete, entfernt wird (mit Hilfe erster nicht dargestellter Einrichtungen) , wobei in diesem Fall die Hülse durch die Feder nach rechts gedrückt wird, so daß der bewegliche Kontakt 30

wieder durch die öffnung 10 treten kann, oder indem auf die Hülse nach rechts eine Kraft ausgeübt wird (mit Hilfe zweiter nicht dargestellter Einrichtungen), so daß der Kontakt 30 die Stufe 45 verläßt.

Die hohe Bewegungsgeschwindigkeit der Hülse, die für eine gute Qualität der Unterbrechung erforderlich ist, kann durch das Anstoßen der Hülse an der Wand 4 eine Beschädigung des Gehäuses verursachen. Deshalb ist es gegebenenfalls erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, um entweder ihre Bewegung am Hubende abprallungsfrei zu dämpfen oder um den mittleren Wirkdruck der Gase zu verringern. Eine Kombination dieser beiden Maßnahmen ist ebenfalls möglich.

Eine Dämpfung der Bewegung kann entweder mit Hilfe einer dosierten Reibung der Hülse in ihrer Aussparung gegebenenfalls in Verbindung mit einer Feder 14 mit einer geeigneten Elastizität oder mit Hilfe einer kalibrierten öffnung 46 in der Wand 4, die dem vor der Hülse befindlichen Luftvolumen eine entsprechende Eigenschaft verleiht, oder mit Hilfe eines Dämpfungskissens 50 aus Elastomer erreicht werden, das zwischen der Hülse und der Wand angeordnet ist (vgl. Fig. 5).

Eine Verringerung des mittleren Wirkdrucks der Gase in dem Raum 16 kann erreicht werden, indem entweder in der Stirnwand 8 der Hülse eine kalibrierte Öffnung 47 vorgesehen wird oder indem die Öffnung 11 und das Luftloch 43 eine bestimmte Stellung·und eine bestimmte Breite erhalten.

Die öffnungen 46 und 47 können auch an sich bekannte Ventile enthalten, die sich automatisch öffnen, wenn zwischen ihren Eingängen und ihren Ausgängen eine bestimmte Druckdifferenz herrscht.

Bei der in don Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform ist die Hüisi> /.yl i ndriseh, was die Verwendung von Einrichtungen (nicht dargestellt) zur winkelmäßigen Ausrichtung erfordert, damit die Öffnungen und Durchgänge ihre Stellung, in der sie zu-

BAD

sammenwirken können, beibehalten.

Wenn die Hülse eine Prismenform hat, die durch Gießen leicht herstellbar ist, sind diese Ausrichtungseinrichtungen nicht mehr erforderlich.

Die Führung und die Abdichtung zwischen Hülse und Gehäuse kann entweder durch einen Paßsitz der Innenfläche 12 des Mantels 9 auf der Außenfläche 6' des Körpers 6 oder durch einen Paßsitz der Außenfläche des Mantels 9 auf der Fläche 3¹ der Aussparung 3 hergestellt werden. Kalibrierte Auslaßöffnungen zwischen diesen beiden zueinander beweglichen Teilen sind nur vorzusehen, wenn sie die Qualität der Isolierung zwischen den Kontakten nach einer öffnung nicht beeinträchtigen.

Obwohl die dargestellten Ausführungsformen Schutzunterbrecher betreffen, bei denen die automatische Öffnung durch Vorrichtungen ausgelöst wird, die auf eine übermäßige Erhöhung des Stroms in einem Stromkreis ansprechen, kann ein solcher Unterbrecher auch für die öffnung von Stromkreisen unter Last benutzt werden, bei der ein relativ starker Lichtbogen zwischen den Kontakten auftritt. Einrichtungen zur schnellen Öffnung der Kontakte, die vorzugsweise auf den beweglichen Kontakt einwirken, beispielsweise Einrichtungen, bei denen die in einer Feder gespeicherte Energie ausgenutzt wird, können hierbei auf manuellem Weg ausgelöst und rückgestellt werden.

Der beschriebene Unterbrecher besitzt gegenüber den bekannten Unterbrechern den Vorteil, daß die Energie, die die Bewegung der Schutzwand bewirkt, zunimmt, wenn dessen Bewegung beispielsweise bei Auftreten einer anormalen Reibung langsamer wird oder wenn die Energie des Lichtbogens selbst zunimmt.

Die außergewöhnlich guten Ergebnisse, die man mit einer derartigen Unterbrechervorrichtung erreichen kann, können durch

folgende Angaben veranschaulicht werden: die öffnung auf einem Kurzschlußstrom mit einem vermuteten Wert von 10 KA unter einer Spannung mit dem einphasigen Wirkwert von 600 V begrenzt diesen Strom auf 3,5 KA Spitze in einer Millisekunde mit einer Lichtbogenspannung, die 980 V erreicht.

Im Rahmen der Erfindung sind natürlich Änderungen der oben beschriebenen Unterbrechervorrichtung möglich. Beispielsweise kann das bewegliche isolierende Teil die Form eines Kolbens 210 (Fig. 16) aufweisen, der zwischen sich und dem Gehäuse 212 einen Raum 219 mit veränderlichem Volumen abgrenzt und sich in einem Zylinder 211 des Gehäuses 212 bewegt, der eine öffnung 213 besitzt, durch die der bewegliche Kontakt 214 hindurchtreten kann, um mit einem feststehenden Kontakt 220 in Berührung zu kommen. Eine isolierende Schutzwand 215 mit einer Öffnung 216, die durch diesen Kolben in einer parallelen, paßgenauen Aussparung 217 angetrieben wird, kann hierbei eine Abscherung des Lichtbogens bewirken, wenn sie diese Öffnung dicht abdeckt. Ein Hebel 218, der in dem Gehäuse 212' drehbar gelagert ist, kann verwendet werden, um den Kolben mit der Schutzwand so zu verbinden, daß ein gewisses dynamisches Gleichgewicht erreicht wird (vgl. Fig.17)

Wenn der oben beschriebene Unterbrecher für die Unterbrechung eines Mittelspannungsstromkreises verwendet werden soll, kann man in einem Gerätegehäuse 190 zwischen zwei Anschlüssen 60 und 61 mehrere Unterbrecher 62, 63 und 64 elektrisch in Reihe schalten, die automatisch und gleichzeitig beispielsweise mit Hilfe einer in Reihe geschalteten Spule 65 ausgelöst werden, die auf einen geeigneten elastischen Mechanismus 66 einwirkt, der sie parallel beaufschlagt (vgl. Fig. 6). Ein manuelles Rückstellorgan 67 gestattet beispielsweise die Rückstellung der Hülsen 68, 69, 70 und des Mechanismus nach Auftreten eines Fehlers in ihren ursprünglichen Zustand.

-Yi-

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann die Wicklung 33' einen Stößel 38 in Bewegung setzen, der zuerst und direkt eine Öffnung des Kontakts bewirkt.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist eine Wicklung 71, die beispielsweise einem magnetisierbaren Joch zugeordnet ist, mit einem Unterbrecher 72 in Reihe geschaltet, der mit den vorhergehenden vergleichbar ist und sich zwischen zwei Anschlüssen 73 und 74 befindet. Diese Wicklung arbeitet mit einem Tauchkern 75 zusammen, der koaxial zu einer Hülse 76 angeordnet ist. Der Tauchkern, dessen Ruhestellung durch eine Feder 77 hergestellt wird, ist mit einer Stange 79 fest verbunden, die eine öffnung 80 des Bodens der Hülse durchquert und im Inneren der Hülse einen Kopf 81 aufweist, der breiter als die Stange ist.

Der Stößel kann bei Auftreten eines hohen Überstroms zwischen den Anschlüssen aus der in Fig. 8 gezeigten Ruhestellung des Unterbrechers heraus einen Hub f ausführen, der den Antrieb der Hülse in Richtung L bewirkt. Nach einem Anfangshub g1 der Hülse wird der bewegliche Kontakt 82, der die öffnung 83 der Hülse durchquert, durch den unteren Rand 83' dieser öffnung mit hoher Geschwindigkeit von dem feststehenden Kontakt 84 getrennt. Der dabei auftretende Lichtbogen bewirkt vor seiner Abscherung eine Erhöhung des Drucks in dem Innenvolumen 85, der die Hülse in Richtung L über einen zusätzlichen Weg mit der Länge g2 vortreibt, bevor der Kern seinen gesamten Hub durchlaufen hat.

Dank der Bewegungsfreiheit der Hülse längs der Stange kann die Hülse sich schneller bewegen als diese.

Diese Anordnung gestattet die Vereinigung der Vorteile einer sehr schnellen Bewegung der Schutzwand auf einem kleinen Hub und die Vorteile einer Bewegung, die durch die Wirkung des Drucks auf einen größeren Hub aufrechterhalten wird.

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen besitzt die Hülse mindestens eine Dekompressionsöffnung 86, die in einer bestimmten Stellung einem Luftloch 87 gegenüberliegt.

Ein magnetisierbarer U-förmiger Körper 88 kann zweckmäßigerweise dem den beweglichen Kontakt tragenden Hebel 89 zugeordnet werden, wenn der Unterbrecher in einer Vorrichtung zum Schutz gegen Kurzschlüsse aller Art verwendet wird.

Bei dieser Ausfuhrungsform besitzt ein Unterbrechersystem einerseits die Eigenschaften einer sehr schnellen Öffnung mit Begrenzung, die für automatische Öffnungen bei Auftreten von glatten Kurzschlüssen erforderlich sind (dank der Wirkungen des Körpers 88 oder der elektrodynamischen Abstoßung, die in diesem Fall den beweglichen Kontakt 82 von dem feststehenden Kontakt 84 durch Schleifeneffekt trennt) und andererseits Eigenschaften einer so schnellen öffnung, daß eine wirksame Unterbrechung der Kurzschlußströme geringerer Stärke unter Impedanzlast vorgenommen wird, die die Verwendung einer Spule 71, eines Kerns 75 und eines Jochs bei ihrer Sättigungsgrenze gestatten.

Bei einer Abwandlung dieser Ausführungsform, die in Fig. 9 gezeigt ist, wirkt eine Spule 90, die mit den Kontakten 91 und 92 des Unterbrechers in Reihe geschaltet ist, mit einem Tauchkern 93 zusammen, dessen Verlängerung 94 in einer Bewegung a einer Schulter 95 einer parallel angeordneten Hülse 96 vortreibt. Dieser Stößel löst durch die Bewegung d,d' eine Übertragung 97 zu einem mit dem beweglichen Kontakthebel 99 verbundenen Federenergiespeicher 98 aus, so daß diesem Hebel eine schnelle Bewegung b verliehen wird. Ein U-förmiger magnetisierbarer Körper 100, dessen Schenkel den Hebel umgeben, übt auf diesen eine Anziehung c in Richtung der Öffnung aus. Die Bewegung e der Hülse wird durch das Auftreten des elektrischen Lichtbogens bewirkt. Die Reihenfolge dieser Vorgänge hängt von den Stromstärken der Überlastströme ab.

Bei Stromstärken, die zwischen dem Dreifachen und Vierzigfachen des Nennstroms liegen, finden d und b vor e statt, während bei größeren Stromstärken a vor b und e stattfinden kann. Bei maximalen Stromstärken findet c vor e, a und b statt.

Eine Verbesserung, die auf alle Ausführungsformen anwendbar ist, die jedoch insbesondere dann gerechtfertigt ist, wenn man direkt die schnelle Bewegung eines Magnetkerns ausnutzen will, ist in Fig. 12 gezeigt. In einem Gehäuse 191 kann der feststehende Kontakte 110, der mit mindestens einem beweglichen Kontakt 111 eines Unterbrechers 112 zusammenwirkt, zur Durchführung einer öffnung axial durch die Einwirkung eines Tauchkerns 113, mit dem er gekoppelt ist, weggerückt werden. Die Wirkung dieses Tauchkerns, der von einer mit den Kontakten in Reihe geschalteten Spule 114 umgeben ist, kann durch die Wirkung eines magnetisierbaren Ankers 115 vervollständigt werden, der einem Joch 197 zugeordnet ist und dessen Bewegung über eine Übertragung 120 einen Kraftspeicher 116 auslöst, der den beweglichen Kontakt 111 bewegen kann. Wenn dem (wegrückbaren oder nichtwegrückbaren) feststehenden Kontakt 110 ein zweiter beweglicher Kontakt 117 zugeordnet ist, kann diesen ein magnetisierbarer U-förmiger Körper 118 umgeben, der dessen öffnung bei einer anderen Stromstärkenhöhe bewirkt als die, bei der der Kern angezogen wird. Um die Bewegung der gemeinsamen Hülse 191' zu bewirken, wenn der Mechanismus 116 allein aktiv ist, ist eine mechanische Verbindung 117' entweder zwischen den beweglichen Kontakten 111 und 117 oder zwischen dem Hebel und diesem Mechanismus 116 vorgesehen (in unterbrochenen Linien gezeichnet). Ein zweites U-förmiges Teil 119 kann auch um den Kontakthebel 121 herum angeordnet werden, wenn kein zweiter Kontakt 117 vorhanden ist. Der Stromkreis, der im ersten Fall durch die zu den Anschlüssen 194 und 195 führenden Leiter 196, 192 und 193 geschlossen wird, wird im Fall der Verwendung eines einzigen beweglichen Kontakts durch den in unterbrochenen Linien dargestellten Leiter geschlossen.

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Bei allen dargestellten Ausführungsformen sind die Anlageflächen 200 und 201 der feststehenden Kontakte 203 und der beweglichen Kontakte 204 in Nähe der öffnung 205, die von dem beweglichen Kontakthebel 206 durchquert wird, angeordnet und sind außerdem parallel zur Achse XX¹ der Hülse ausgerichtet (vgl. Fig. 7). Diese Maßnahmen, die den Durchgang des beweglichen Kontakts durch die öffnung zu dem Zeitpunkt erleichtern, an dem der Gasdruck die Hülse vortreibt, und die dem beweglichen Kontakt und damit dem Lichtbogen einen zur Achse XX¹ im wesentlichen senkrechten Weg verleihen, können je nach den Bewegungsgeschwindigkeiten dieser beiden beweglichen Kontakte und je nach den besonderen Ausführungsformen verschieden ausgestaltet sein. Auf zweckmäßige Weise können diese Maßnahmen mit der Stellung der Drehachse des beweglichen Kontakthebels kombiniert werden, damit dieser mit dem feststehenden Kontakt eine Stromschleife bildet.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie die Bezeichnung Hülse für das bewegliche isolierende Teil, das zum Abscheren des Lichtbogens benutzt wird, könnten vermuten lassen, daß dieses notwendigerweise eine hohle oder rohrförmige Ausbildung mit einem kontinuierlichen Mantel besitzen muß.

Das in den Fig. 10 und 11 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt, daß die Erfindung nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt ist, auch wenn diesen der Vorzug zu geben ist, da man bei ihnen auf einfache Weise ein dichtes Gleiten erreichen kann. Eine offene Hülse 125, deren Mantel aufgrund des Vorhandenseins eines Ausschnitts 126 nicht durchgängig ist und die in einer Kammer 130' eines Gehäuses 131 beweglich ist, kann dieselben Funktionen erfüllen, wenn ihr Boden 127 und ihre Seitenwände 128 und 129 auf der Abschlußfläche 130 des Gehäuses 131 ausreichend dicht sind. Diese Anordnung besitzt sogar den Vorteil, daß zwischen der Außenfläche der Hülse 132 und einer entgegengesetzten Fläche 133

des Gehäuses bei Ansteigen des Innendrucks eine spielfreie Anlage hergestellt wird, die für die Abscherung des Lichtbogens und die darauffolgende vollständige Isolierung vorteilhaft ist. Die Dekomprimierung der inneren Kammer 134 findet statt, wenn der Boden 127 vor die Öffnung 135 des Gehäuses gelangt. Auch bei dieser Ausführung trägt ein Körper 136 des Gehäuses 131 den feststehenden Kontakt 137, während eine öffnung 138 der zur Bewegungsrichtung parallelen Wand 125' der Hülse den Durchgang des beweglichen Kontakts 139 gestattet.

Die Schaltung mehrerer Unterbrecher in einem Gehäuse in Reihe wird in Fig. 6 mit Hilfe einer Folge von Einzelunterbrechern desselben Typs hergestellt. Diese Unterbrecher können jeder beliebigen dargestellten Ausführungsform entsprechen.

Man kann auch die Lichtbogenspannungen in Reihe schalten, indem man in einem besonderen Unterbrecher zwei Unterbrechungszonen miteinander kombiniert, wie in Fig. 12 gezeigt ist.

Ferner ist es möglich, zwei Unterbrecher so zu kombinieren, daß sie in Reihe geschaltet sind, wobei der Platzbedarf, den zwei Unterbrecher einnehmen würden, verringert wird (vgl. Fig. 13, 14 und 15).

In den Fig. 12 und 13 sind zwei zylindrische Hülsen 151 und 152, die in zwei Aussparungen 160 und 161 eines gemeinsamen Gehäuses 150 gleiten, so nebeneinander angeordnet, daß ihre Achsen parallel sind. Ein einziger beweglicher Hebel 153, der von einer Feder 159 in Richtung der Schließung beaufschlagt wird, trägt an seinem freien Ende einen beweglichen Kontakt 154, der gleichzeitig an den beiden feststehenden Kontakten 155 und 156 anliegen kann. Dieser bewegliche Kontakt besitzt vorzugsweise bekannte Einrichtungen, die ihm einen Freiheitsgrad verleihen, der seine Ausrichtung nach der Art einer Kontaktbrücke 165 gestatten. Dieser bewegliche Kontakt braucht nicht mehr mit einem leitenden Geflecht-

band verbunden sein, denn der Strom fließt durch einen ersten Leiter 157, der zu dem ersten feststehenden Kontakt 155 führt, durch den beweglichen Kontakt 154 und anschließend durch den an den feststehenden Kontakt 156 angeschlossenen Leiter 158.

Eine Kammer 164, in der sich der bewegliche Kontakthebel befindet, sowie die Aussparung 160, in der sich die Hülse bewegt, besitzen wie im vorhergehenden Austrittsöffnungen 163— 162, damit eine Dekomprimierung der durch den Lichtbogen freigewordenen und/oder erhitzten Gase stattfinden kann. Organe, die für die Öffnung des beweglichen Kontakts erforderlich sind und die den vorhergehenden Ausführungsbeispielen entliehen werden können, sind in diesen Figuren nicht dargestellt. Da in dem Hebel 153 kein Strom fließt, kann er jedoch nicht mit einem magnetisierbaren U-förmigen Körper gekoppelt werden. Ein solcher Körper müßte in diesem Fall mit dem horizontalen Arm 165 der beweglichen Kontaktbrücke zusammenwirken .

In Fig. 15 ist in einem Gehäuse 170 eine Kombination von zwei getrennten Unterbrechern 171 und 172 dargestellt, deren jeder eine verschiebbare Hülse 173 bzw. 174 in koaxialen Aussparungen 175 und 176 und einen beweglichen Kontakthebel 177 bzw. 178 besitzt. Diese Hülsen bewegen sich in entgegengesetzten Richtungen, wodurch das dynamische Gleichgewicht des Gehäuses verbessert wird. Isolierte Leiter 179 und 180, die mit den feststehenden Kontakten 181 und 182 verbunden sind, entfernen sich parallel von der Achse, nachdem sie in zwei koaxialen Richtungen verliefen. Ein leitendes Geflechtband 183, das ständig die beiden beweglichen Kontakthebel 177 und 178 verbindet, schließt einen Stromkreis in Form einer Schleife, die besonders gut geeignet ist für die Erzeugung von elektrodynamischen Kräften, die die Kontakthebel abheben können, wenn in dem Stromkreis sehr hohe Ströme auftreten. Auch hier wurden zusätzliche Organe, die wie im vorhergehenden eine Öffnung der Kontakthebel bei Überströmen mit verschiedener Höhe bewirken, der Einfachheit halber nicht dargestellt.

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Bei manchen dargestellten Ausführungsformen wurden gleiche Bezugszahlen - gegebenenfalls mit einem Buchstabenzusatz verwendet, um darauf hinzuweisen, daß es sich um bauliche Anordnungen handelt, die einen gleichen Zweck erfüllen. Dies ist insbesondere bei den öffnungen und Luftlöchern 46,46',43 und 11 von Fig. 1 der Fall, die zur Abfuhr der vor oder im Inneren der Hülsen auftretenden Gase dienen.

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Claims

Patentansprüche

Elektrischer Unterbrecher, in dem der Lichtbogen, der zwischen zwei zueinander beweglichen Kontakten zum Zeitpunkt der öffnung auftritt, zwischen einer isolierenden Wand und einer dünnen beweglichen isolierenden Schutzwand abgeschert wird, die sich schnell zwischen diese Kontakte schiebt und zwei Lichtbogenkammern des Gehäuses voneinander isoliert, in deren jeder sich ein Kontakt befindet, dadurch gekennzeichnet , daß die bewegliche Schutzwand (7,125,215) in ihrer Wand eine Öffnung (10, 138, 213) besitzt, durch die einer der Kontakte (30, 139, 214) in geschlossener Stellung hindurchtritt, und mechanisch mit einem isolierenden Teil (9, 125', 210) verbunden ist, das

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mit dem Gehäuse (2, 31, 212) einen Raum (16, 134, 219) mit veränderlichem Volumen abgrenzt, so daß der durch die Energie des Lichtbogens zum Zeitpunkt der Trennung der Kontakte erzeugte Gasdruck auf das isolierende Teil eine Kraft ausübt, die die Bewegung der Schutzwand in eine Stellung bewirkt, in der der Lichtbogen in dieser Öffnung an einer isolierenden Fläche abgeschert wird, die vor der öffnung angeordnet ist, wenn sie nicht mehr von einem Kontakt durchquert wird.
2. Elektrischer Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die bewegliche Schutzwand (7, 125) mit dem isolierenden Teil fest verbunden ist und in einer Wand (9, 125') eine Öffnung (10, 138) besitzt, durch die der bewegliche Kontakt (30, 139) in geschlossener Stellung hindurchtritt, und mit Wänden des feststehenden Gehäuses (2, 31) einen Raum (16, 134) mit veränderlichem Volumen abgrenzt,in dem der feststehende Kontakt (22, 137) angeordnet ist, so daß der Druck der durch den Lichtbogen zum Zeitpunkt der Trennung der Kontakte erhitzten Gase auf die Schutzwand eine Kraft ausübt, die ihre Bewegung in eine Stellung bewirkt, in der der Lichtbogen in dieser öffnung an einer isolierenden Fläche abgeschert wird, gegenüber der öffnung angeordnet ist, wenn sie von keinem beweglichen Kontakt mehr durchquert wird.
3. Unterbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (16) mit veränderlichem Volumen im Inneren einer Hülse (7) enthalten ist, die einen Boden (8) besitzt, der durch einen durchgehenden Mantel (9) verringert wird, der zur Richtung der Bewegung (F) parallel ist und auf Führungsflächen (3,6') gleitet, die mit dem Gehäuse (2) fest verbunden sind.
4. Unterbrecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gehäuse (2) fest verbundenen Flächen (6¹) auf einem isolierenden Körper (6) angeordnet sind, der in das Innere der Hülse (7) eintritt und dessen eines Ende (17) den feststehenden Kontakt (22) trägt.
5. Unterbrecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die mit dem Gehäuse fest verbundenen Flächen (3¹) im Inneren einer Aussparung (3) angeordnet sind, in der die Hülse (7) gleitet, wobei der feststehende Kontakt (22) von einem Ende (17) eines isolierenden Körpers (6) getragen wird, der mit dem Gehäuse fest verbunden ist und in das Innere der Hülse eintritt.
6. Unterbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Raum (134) mit veränderlichem Volumen im Inneren einer Hülse (125) enthalten ist, die einen Boden (127) besitzt, der durch einen nicht durchgängigen Mantel (125¹) verlängert wird, der zu der Richtung (F) der Bewegung parallel ist und auf Flächen (130, 133) einer mit dem Gehäuse (131) fest verbundenen Kammer (130¹) gleitet.
7. Unterbrecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der feststehende Kontakt (137) von einem Ende eines isolierenden Körpers (136) getragen wird, der mit dem Gehäuse (131) fest verbunden ist und in das Innere der Hülse eintritt.
8. Unterbrecher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der durchgehende Mantel (9) eine zweite Öffnung (11) besitzt, die vor eine Austrittsöffnung (43) des Gehäuses (2) gelangt, so daß die in dem Raum (16) enthaltenen Gase in einer besonderen Stellung der Hülse in die Atmosphäre abströmen.
9. Unterbrecher nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß der nichtdurchgängige Mantel (125) einen Längsausschnitt (126) besitzt, der in einer besonderen Stellung der Hülse vor eine Austrittsöffnung (135) des Gehäuses (131) gelangt.
10. Unterbrecher nach einem der Ansprüche 4, 5 oder7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß ein mit dem feststehenden Kontakt (22) verbundener Leiter (18) parallel zur Bewegungsrichtung (F) der Hülse im Inneren des isolierenden Körpers verläuft, wobei der bewegliche Kontakt (30) von einem Träger (25) getragen wird, der mit diesem Leiter eine Stromschleife bildet.
11. Unterbrecher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß Druckbegrenzungseinrichtungen (47 bzw. 46) an der Hülse (6) bzw. an dem Gehäuse angeordnet sind, damit der Druck in dem Raum (16) bzw. in der Aussparung (3) einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
12. Unterbrecher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der bewegliche Kontakt (30) von einem verschwenkbaren Hebel (25, 25') getragen wird, der durch eine Rückholfeder (31) in die geschlossene Stellung gedrängt wird und auf den bei Auftreten einer Überlast in seinem Stromkreis entgegengesetzte Kräfte ausgeübt werden, die durch eine auf diese überlast ansprechende Vorrichtung (33 bzw. 40 bzw. 116) entwickelt werden.
13. Unterbrecher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die auf die Überlast ansprechende Vorrichtung (33 bzw. 71) eine Spule (33¹ bzw. 71'), die von dem Strom des Unterbrechers durchflossen wird, und einen magnetischen Kern (75) oder Anker besitzt.
14. unterbrecher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die auf die überlast ansprechende Vorrichtung (40) ein U-förmiges magnetisierbares Teil besitzt, dessen Schenkel den Kontakthebel (25') umgeben.
15. Unterbrecher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß eine mechanische Energiespeichervorrichtung (98, 116) durch eine auf eine Überlast ansprechende Vorrichtung mit Spule und Kern (113, 114 bzw. 90, 93) freigegeben wird, um auf den Hebel (25, 25', 99, 111) Kräfte auszuüben, die den von einer Kontaktdruckfeder (31) entwickelten Kräften entgegengesetzt sind.
1.6. Unterbrecher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die auf eine Überlast ansprechende Vorrichtung eine Spule (71) und einen Magnetkern (75) besitzt, der mit der Hülse (76) so gekoppelt ist, daß er diese auf einem ersten Hubabschnitt (g1) bewegt, während dem der bewegliche Kontakt (82) von dem feststehenden Kontakt (84) durch eine Fläche der Hülse getrennt ist, wobei diese ihren Hub (g2) weiterführt, ohne mit dem Kern gekoppelt zu sein.
17. Unterbrecher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (113) der Spule (114) mit einem feststehenden Kontakt (110) verbunden ist, der parallel zur Achse der Hülse (191') weggerückt werden kann, so daß die Berührung mit dem beweglichen Kontakt (111) unterbrochen wird, wobei dieser unterschiedslos der Einwirkung eines U-förmigen magnetischen Körpers (119), der seinen Träger umgibt, oder einer Energiespeichervorrichtung (116) ausgesetzt sein kann, die durch die Bewegung des Kerns oder des Ankers freigegeben wird.
18. Unterbrechervorrichtung, dadurch gek ennzeichnet daß zwei Unterbrecher (62, 63) nach einem der Ansprüche bis 17 in einem gemeinsamen Stromkreis in Reihe geschaltet sind.
19.Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Unterbrecher einen gemeinsamen feststehenden Kontakt (110), der in einer gemeinsamen Hülse (191 *) angeordnet ist, und zwei getrennte bewegliche Kontakte (111, 117) besitzen.
20. Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Unterbrecher (154-155i 154-156) parallel angeordnet sind und zwei bewegliche Kontakte besitzen, die elektrisch und mechanisch als Kontaktbrücke (165) verbunden sind.
21. Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Unterbrecher (171, 172) koaxial so angeordnet sind, daß sich die beiden Hülsen (173, 174) bei der Öffnung in entgegengesetzten Richtungen bewegen.