DE3877600T2 - Schalter. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektrischer Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei dem elektrischen Schalter kann es sich beispielsweise um einen strombegrenzenden Lastschalter oder einen Strombegrenzer, der mit einem Lastschalter in Reihe geschaltet ist, beispielsweise nach der in der US-A-4 714 974 oder der EP-A-O 212 661 beschriebenen Art.
• Bei Strombegrenzungsschaltern der oben genannten Art ist es erwünscht, daß der Lichtbogen das Kontaktmaterial so schnell wie möglich verläßt und zwischen den Auslaufschienen, die zum Beispiel divergierend ausgebildet sein können, von den Kontakten fortwandert, um eine möglichst hohe Spannung am Lichtbogen zu erzielen. Die Auslaufschienen können auch so beschaffen sind, daß ein Widerstand in den Kreis eingeschaltet wird, um den Strom zu begrenzen.
• Bei bekannten Schaltern, die nach dem vorgenannten Prinzip arbeiten, findet die Lichtbogenkommutierung von den Kontakten zu den Auslaufschienen erst statt, nachdem ein relativ großer Kontaktabstand erreicht worden ist und eine relativ große Menge an ionisiertem Gas sich an dem Vorderende der Auslaufschienen gebildet hat. Dies verschlechtert die strombegrenzende Fähigkeit dieser Schalter.
• Bei Lastschaltern mit seperaten Haupt- und Unterbrecherkontakten ist es bekannt, den beweglichen Unterbrecherkontakt an einer Auslaufschiene zu befestigen, die ihrerseits drehbar relativ zu dem beweglichen Huaptkontakt angeordnet ist (siehe zum Beispiel DE-C-12 72 423). Bei einem Lastschalter ist einerseits eine gewisse Zeit erforderlich für die Stromkommutierung von den Hauptkontakten zu den Unterbrecherkontakten und andererseits für die oben genannte Lichtbogenkommutierung von den Unterbrecherkontakten auf die Auslaufschienen.
• Die DE-C-578 057 beschreibt einen Schalter, bei dem ein Hilfskontaktpaar parallel zu einem Hauptkontaktpaar geschaltet ist. Der bewegliche Hilfskontakt besteht aus zwei Teilkontakten, von denen der eine als Auslaufschiene ausgebildet ist, die mit einer zweiten Auslaufschiene zusammenarbeitet, die an dem festen Kontakt befestigt ist. Der andere Teilkontakt arbeitet mit einem zusätzlichen festen Hilfskontakt zusammen. Mit Hilfe einer Feder ist der bewegliche Hilfskontakt in einer bistabilen Weise derart gelagert, daß er in der einen stabilen Lage mit dem ersten Teilkontakt in Verbindung steht und in der anderen stabilen Lage mit dem anderen Teilkontakt in Verbindung steht. Einer dieser Teilkontakte steht mit einem festen Kontakt während des Öffnungsvorganges des Schalters im Kontakt und der andere Teilkontakt während des Schließvorganges. Der bewegliche Hilfskontakt ist derart angeordnet, daß der während der Betätigung des Schalters über die Hilfskontakte fließende Strom ein magnetisches Feld erregt, dessen Kraftwirkung den Vorgang unterstützt, das heißt, während des Schließvorganges werden die Hilfskontakte zusammengepreßt und während des Öffungsvorganges werden sie auseinandergetrieben. Während des Öffnungsvorganges wird der Lichtbogen zwischen den Hilfskontakten erzeugt. Zwischen den Hauptkontakten erscheint kein Lichtbogen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art zu entwickeln, der mit einer schnellen Lichtbogenkommutierung von den Kontakten zu den Auslaufschienen in der Anfangsphase des Öffnungsvorganges arbeitet, wenn der Kontaktabstand relativ klein ist. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der genannte Schalter die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.
• Weiterentwicklungen der Erfindung sind durch die weiteren Ansprüche gekennzeichnet.
• Durch die Anordnung eines beweglichen Kommutierungsleiters, der während der Anfangsphase der Kontaktöffnung praktisch stationär bleibt, der aber dann zusammen mit dem beweglichen Kontakt sich in die geöffnete Lage bewegt, wird eine schnelle Lichtbogenkommutierung erreicht, da nur ein kleineres Volumen zwischen dem Kommutierungsleiter und der gegenüberliegenden Auslaufschiene ionisiert zu werden braucht. Dies hat einen verminderten Kontaktabbrand und ein schnelleres Ansteigen der Lichtbogenspannung zur Folge.
• Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
• Figur 1 schematisch eine Seitenansicht einer bekannten Kontaktvorrichtung,
• Figur 2 eine ähnliche Kontaktvorrichtung für eine erste Ausführungsform eines Lastschalters gemäß der Erfindung,
• Figur 3a-3c eine Kontaktvorrichtung für eine zweite Ausführungsform eines Lastschalters gemäß der Erfindung, und zwar in geschlossener Lage (Figur 3a), in der Anfangsphase eines Öffnungsvorganges (Figur 3b) und in der offenen Lage (Figur 3c),
• Figuren 4a-4b einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Figur 3b entsprechend einer ersten beziehungsweise einer zweiten Alternative,
• Figur 5 eine Kontaktvorrichtung für eine dritte Ausführungsform eines Lastschalters gemäß der Erfindung in offener Lage,
• Figur 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Figur 5.
• Die in Figur 1 gezeigte bekannte Kontaktvorrichtung enthält einen festen Kontakt 10, der an einem festen Kontaktträger 11 befestigt ist und mit einem beweglichen Kontakt 20 zusammenarbeitet, der an einem beweglichen Kontaktträger 21 befestigt ist. Der feste Kontaktträger 11 ist an einer festen Auslaufschiene 12 befestigt, und der bewegliche Kontaktträger 21 ist an einer beweglichen Auslaufschiene 22 befestigt. Die Stromrichtung durch die Kontaktvorrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt ist durch die Pfeile i angedeutet.
• Der bewegliche Kontakt 20 ist bewegbar zwischen einer geschlossenen Lage, in der er in Kontakt mit dem festen Kontakt 10 steht, und einer offenen Lage, in der er sich in einer isolierenden Entfernung von dem festen Kontakt 10 befindet. Der Pfeil A zeigt die Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktes 20 während der Öffnungsbewegung. Figur 1 zeigt die Vorrichtung in der Anfangsphase der Öffnungsbewegung, in der der Abstand zwischen den beiden Kontakten 10, 20 mit dem zwischen ihnen brennenden Lichtbogen noch klein ist.
• Ein Nachteil der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform besteht darin, daß sie einen relativ langen Kontaktabstand erfordert, bevor das von dem Lichtbogen erzeugte Plasma P in Kontakt mit den Auslaufschienen 12, 22 gelangt und so die Kommutierung des Lichtbogens auf die Auslaufschienen stattfinden kann. Das bedeutet, daß es relativ lange dauert, bevor der Lichtbogen den Kontaktbereich verläßt und so der Strom begrenzt und möglicherweise unterbrochen werden kann. Während dieser Zeit können sich beträchtliche Mengen ionisierten Gases und Metalldampfes an den Kontakten bilden, was zur Folge hat, daß die Bewegung des Lichtbogens aus dem Kontaktbereich zu den Auslaufschienen noch schwieriger wird. Außerdem kann es leicht zu einem Abbrand an den Kontakten kommen.
• Die vorgenannten Nachteile können dadurch erheblich reduziert werden, daß die Auslaufschienen in der in Figur 2 gezeigten Weise geformt sind, wobei die bewegliche Auslaufschiene 22 sich während der Anfangsphase des Unterbrechungsvorganges nicht bewegt und dann nach der Kommutierung des Lichtbogens, zusammen mit dem beweglichen Kontakt 20, den erforderlichen Isolationsabstand herbeiführt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Plasmastrahlen, die während der Anfangsphase entstehen, den Strom zu einer schnellen Kommutierung veranlassen können, da nur ein geringes Volumen zwischen den Auslaufschienen ionisiert zu werden braucht. Dies hat einen geringeren Kontaktverschleiß und einen stärkeren Spannungsanstieg am Lichtbogen zur Folge.
• Bei dem Schalter, von dem Figur 3a einen Teil zeigt, sind sowohl der feste Kontakt 10 als auch der bewegliche Kontakt 20 an feste Widerstandsauslaufschienen 12 beziehungsweise 23 angeschlossen, die von der in der oben genannten US-A-4 714 974 beschriebenen Art sind. Die Auslaufschienen 12, 23 sind über Verbindungsschienen 14 beziehungsweise 24 an Verbindungsglieder 15 beziehungsweise 25 angeschlossen, die Öffnungen zur Einfügung des Schalters in einen elektrischen Kreis haben. Das Verbindungsglied 15 ist mit dem Kontaktträger 11 für den festen Kontakt 10 aus einem Stück gefertigt. Der bewegliche Kontakt 20 ist an dem Kontaktträger 21 befestigt, der drehbar in dem Verbindungsteil 25 gelagert ist und mit diesem elektrisch verbunden ist durch direkten Kontakt zwischen der Drehachse und der Lagerfläche des Kontaktträgers 21, wo eine relativ große Kontaktkraft in der geschlossenen Lage des Schalters herrrscht. Um das Auftreten von Abbrand an der Lagerfläche zu vermeiden, wenn die Kontaktkraft in Verbindung mit der Kontaktöffnung verschwindet, ist ein nicht dargestellter flexibler Verbindungsleiter zwischen dem Kontaktträger 21 und dem Verbindungsglied 25 angeordnet. Dieser Leiter kann relativ dünn sein, da er nur für kurze Zeit Strom zu führen braucht.
• Der drehbare Kontaktträger 21 ist mit der Auslaufschiene 23 über einen Kommutierungsleiter 22 verbunden, der die Gestalt eines langgestreckten elastischen Bleches hat. Das eine Ende des Kommutierungsleiters 22 ist mittels einer Verbindung 26 mit dem Kontaktträger 21 verbunden. Das andere Ende des Kommutierungsleiters 22 wird durch die natürliche Federkraft des Leiters gegen eine Verbindungsfahne 27 gepreßt. Um das schnellstmögliche Wandern des Lichtbogens während der anfänglichen Kontaktöffnungsphase zu erhalten, ist es wichtig, daß ein nicht zu großer Teil des Stromes dem Lichtbogen über die Leiter 24, 25 zugeführt wird, da ein Strom durch diesen Pfad eine Kraft auf den Lichtbogen in der falschen Richtung verursachen würde. Aus diesem Grunde sollte der elektrische Kontakt zwischen dem Kommutierungsleiter 22 und der Verbindungsfahne 27 nicht zu gut sein. Daher können diese Elemente möglicherweise durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt werden. Um die Kommutierung des Lichtbogens zu erleichtern, ist der Kommutierungsleiter 22 mit einem Abschnitt 28 versehen, der unmittelbar vor dem Kontakt 20 liegt und in Richtung auf die Auslaufschiene 14 vorsteht.
• Wenn in dem Kreis, in welchem der Schalter liegt, ein Kurzschluß auftritt, wird die Kontaktvorrichtung 10, 20 augenblicklich unter der Wirkung eines in der Figur nicht gezeigten automatisch arbeitenden Betätigungsgliedes geöffnet, welches den Kontaktträger 21 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Damit der Strom schnell begrenzt werden kann, ist es sehr wichtig, daß ein Kontaktspalt mit einer gewissen minimalen Größe (ungefähr 1 mm) in der kürzest möglichen Zeit erreicht wird und daß der so erzeugte Lichtbogen schnell von den Kontaktflächen wegbewegt wird. Wie aus Figur 3a ersichtlich, ist in der geschlossenen Lage des Schalters ein gewisser Abstand zwischen dem Kommutierungsleiter 22 und dem freien Ende des drehbaren Kontaktträgers 21 vorhanden. Auf diese Weise wird verhindert, daß der bewegliche Kontakt durch den Koinmutierungsleiter 22 während der Anfangsphase der Öffnungsbewegung verlangsamt wird, bis die in Figur 3b gezeigt Lage erreicht wird. Während dieser ersten Phase der Öffnungsoperation ist der Kommutierungsleiter 22 praktisch stationär. Dies erleichtert die Bewegung des Lichtbogens von dem beweglichen Kontakt 20 zu dem vorstehenden Abschnitt 28 des Kommutierungsleiters 22 durch die Wirkung des von dem Strom erregten magnetischen Feldes. Danach bewegen sich die Fußpunkte des Lichtbogens schnell längs des Kommutierungsleiters 22 beziehungsweise der Verbindungsschiene 14 zu den Widerstandsauslaufschienen 24 und 12, wobei der Strom während der fortgesetzten Bewegung des Lichtbogens schnell begrenzt wird. Während des letzteren Teils der Öffnungsbewegung bewegt sich der Kommutierungsleiter 22 zusammen mit dem Kontaktträger 21 in die in Figur 3c gezeigte geöffnete Lage, wobei das freie Ende des Leiters an der Verbindungsfahne 27 gleitet.
• Der Kommutierungsleiter 22 führt nur während einer sehr kurzen Zeitspanne einen hohen Strom. Er kann daher relativ dünn sein ( zum Beispiel 1 mm).
• Die Bewegung des Lichtbogens von der Kontaktoberfläche kann ferner dadurch erleichtert werden, daß an jeder Seite der Kontakte Wände 41,42 aus einem Isoliermaterial angeordnet sind, welches unter der Wirkung des Lichtbogens ein de-ionisierendes Gas abgibt, wie aus Figur 4a ersichtlich. In dem gezeigten Beispiel sind die Wände an den Seitenflächen des Kontaktträgers 11 befestigt und erstrecken sich bis vor die Kontaktfläche des Kontaktes 10. Eine noch schnellere Lichtbogenkommutierung kann erreicht werden, wenn zusätlich, wie in Figur 4b gezeigt, eine Platte 43 aus einem Material, welches Gas abgibt, in einer Nut 19 im festem Kontakt 10 angeordnet ist, deren Öffnung an der Kontaktfläche liegt. Auch diese Platte 43 erstreckt sich bis in den Raum vor die Kontaktfläche des festen Kontaktes 10. Aus diesem Grund ist der bewegliche Kontakt 20 mit einer Nut 29 versehen, welche den vorstehenden Teil der Platte 43 aufnimmt.
• In der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist die in Figur 3a gezeigte Verbindungsfahne 27 weggelassen. Stattdessen ruht der Kommutierungsleiter 22 auf dem oberen Rand von keilförmigen Platten 33,34, die beispielsweise aus ALuminiumoxyd (Al&sub2;O&sub3;) bestehen und den Eingang zu einem schmalen Spalt für den Lichtbogen zwischen den Auslaufschienen 12,23 bilden. Die Platten 33,34 sind an der Innenseite von Wänden 35,36 aus Isoliermaterial angeordnet. An der Öffnung des Spalteinlasses sind elektrisch isolierende Abstandsstücke 37 angeordnet, mit denen der vorstehende Abschnitt 28 des Kommutierungsleiters 22 in der geschlossenen Lage des Schalters in Kontakt steht, wodurch eine feste Spaltbreite von zum Beispiel 1,5 mm zwischen dem Kommutierungsleiter 22 und der Verbindungsschiene 14 erreicht wird. Die Abstandsstücke 37 können mit den Wänden 35,36 aus einem Stück bestehen. Da das freie Ende des Kommutierungsleiters 22 bei der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsform unter das Ende der Auslaufschiene 23 gleitet, wird die Bewegung des oberen Fußpunktes des Lichtbogens von dem Kommutierungsleiter 22 zu der Auslaufschiene 23 erleichtert.

Claims (9)

1. Elektrischer Schalter mit einem Kontaksystem mit mindestens zwei zusammenarbeitenden Kontakten (10,20), von denen zumindest einer zwischen einer geschlossenen und einer offenen Lage des Schalters bewegbar ist, mit Verbindungsgliedern (15,25) zur Einfügung des Schalters in einen elektrischen Kreis und mit zwei Auslaufschienen (12,23), von denen je eine mit je einem der beiden Kontakte verbunden ist, wobei die Auslaufschienen (12,23) derart angeordnet sind, daß der zwischen den beiden zusammenarbeitenden Kontakten (10,20) bei der Kontaktöffnung unter Strom entstehende Lichtbogen unter der Wirkung des von dem Strom erzeugten magnetischen Feldes von den genannten Kontakten (10,20) weggedrängt wird, wobei die Fußpunkte des Lichtbogens längs der Schienen (22,23; 14,12) wandern, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beweglichen Kontakt (20) angeschlossenen Auslaufschiene (23) aus einem beweglichen Kommutierungsleiter (22) besteht oder an einen solchen angeschlossen ist, der derart angeordnet ist, daß er nicht mit der gegenüberliegenden Auslaufschiene (12) in Kontakt kommt, und daß er während der Anfangsphase der Kontaktöffnung zumindest angenähert stationär verharrt, wonach er zusammen mit dem beweglichen Kontakt (20) sich in die geöffnete Lage bewegt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gezeichnet, daß der Kommutierungsleiter (22) aus einem langgestreckten elastischen Blech besteht, dessen eines Ende mit dem beweglichen Kontakt (20) verbunden ist und dessen anderes Ende gleitbar mit einer festen Auslaufschiene (23) verbunden ist.

3. Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungsleiter (22) einen, gesehen in Richtung der Auslaufschienen, vor dem beweglichen Kontakt (20) liegenden Abschnitt (28) hat, der in Richtung zu der gegenüberliegenden Auslaufschiene 14 hervorsteht.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite der Kontakte Wände (41,42) aus einem Material angeordnet sind, welches unter dem Einfluß des Lichtbogens de-ionisierendes Gas abgibt.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gasabgebenden Wände (41,42) an jeder Seite des festen Kontaktes (10) angeordnet sind und in den Raum vor der Kontaktfläche dieses Kontaktes hineinragen.

6. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (43) aus einem bei Erhitzung gasabgebenden Material in einer Nut (19) in einem der Kontakte angeordnet ist, wobei die Nut zur Kontaktfläche hin ihre Öffnung hat.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (43), die in einer Nut (19) in einem der Kontakte (10) angeordnet ist, in den Raum vor der Kontaktfläche dieses Kontaktes hineinragt und daß der andere Kontakt (20) eine Nut (29) zur Aufnahme des vorstehenden Teils der genannten Platte (43) hat.

8. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Wandelemente (33,34) aus isolierendem Material begrenzter Spalt zwischen den Auslaufschienen zur Einschließung des Lichtbogens angeordnet ist, wobei die genannten Wandelemente in der geschlossenen Lage des Schalters Stützflächen für den Kommutierungsleiter (22) bilden.

9. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Abstandsstück (37) aus Isoliermaterial für den vorstehenden Abschnitt (28) des Kommutierungsleiters (22) versehen ist.