DE4020820A1 - Kurzschliesseranordnung fuer hochstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurzschließeranordnung für Hochstrom, insbesondere für Elektrolyseanlagen, in einer Ausführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kurzschließeranordnungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, beispielsweise aus der DE 30 20 208 C2. Bei diesem Kurzschließer sind die Kontaktflächen der Kontaktstücke durch einen Dichtbalg aus flexiblem isolierenden Material gegen die schädigenden Umgebungseinflüsse abgeschirmt. Die Kontaktstücke sind mit der zugehörigen Spannplatte einteilig ausgebildet. Dabei ist eine Spannplatte an einer Betätigungseinrichtung befestigt, mit deren Hilfe das zugehörige Kontaktstück gegen das andere bewegbar ist und umgekehrt. In der Schließstellung liegen die Kontaktstücke, die an ihren Kontaktflächen mit einem Kontaktelement belegt sind, auf ihrer ganzen Fläche aneinander und bilden so einen Stromübergang, der die Übertragung von Strömen in der Größenordnung von einigen tausend Ampere bei geringem Spannungsabfall ermöglicht. Zum Öffnen des Kurzschließers werden die Kontakte durch die Betätigungseinrichtung auseinandergezogen, wobei der Hub wenige Millimeter beträgt.

Kurzschließer dieser Art werden beim Betrieb von Anlagen zur chemischen Elektrolyse in großer Stückzahl benötigt. Wegen der äußerst hohen Ströme ist es erforderlich, für eine einzelne Zelle mehrere gleiche Kurzschließer in Parallelschaltung zu einer Gruppe zusammenzufassen, wobei alle Kurzschließer gleichzeitig betätigt werden. Dabei ist ein wichtiges Erfordernis eine möglichst synchrone Betätigung der parallel geschalteten Kontakte, da eine ungleiche zeitliche Betätigung zu einer kurzzeitigen Überbelastung einzelner Kontakte führen würde, die einen vorzeitigen Verschleiß zur Folge hätte. Eine einwandfreie synchrone Betätigung von parallel geschalteten Kurzschließern bereitet aus verschiedenen Gründen erhebliche Schwierigkeiten. Als Folge hiervon sind in der Praxis ungleiche Stromverteilungen bei den Kurzschließern einer parallel geschalteten Gruppe mit den damit verbundenen Folgeerscheinungen kaum vermeidbar. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht dementsprechend in einer Verbesserung bzw. Weiterbildung einer Kurzschließeranordnung der eingangs genannten Art mit dem Ziel, die stromtragenden Kontakte auch bei unvermeidbaren ungleichen Stromverteilungen innerhalb einer Gruppe von parallel geschalteten Kurzschließern wirksam gegen starken Verschleiß zu schützen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der erwähnten bekannten Kurzschließeranordnung erfindungsgemäß durch die Anwendung folgender Merkmale gelöst:

• a) jedes Kontaktstück besteht aus einem rückwärtigen Sockel und einem vorstehenden Stempel mit kleinerem Querschnitt,
• b) zwischen Sockel und Stempel befindet sich eine Schulterfläche in der Ebene der Innenfläche der zugehörigen Spannplatte,
• c) die Stempel sind von einem gemeinsamen Schutzring aus lichtbogenbeständigem Material umgeben und
• d) im Zwischenraum zwischen Dichtbalg und Schutzring ist an jeder Schulterfläche wenigstens ein federelastisches Kontaktelement eines Kontaktpaares befestigt, welches im Vergleich zu den Kontaktstücken (Hauptkontakte) ein voreilendes (bzw. nacheilendes) Vorkontaktpaar bildet.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den stromtragenden Hauptkontakten wenigstens je ein Vorkontaktpaar zuzuordnen. Dieses Vorkontaktpaar befindet sich in dem vom Dichtbalg abgeschlossenen Kontaktraum, ist aber gegenüber den stromtragenden Hauptkontakten durch einen Schutzring abgeschirmt. Dadurch, daß die Vorkontakte im Vergleich zu den stromtragenden Hauptkontakten voreilend schließen und nacheilend öffnen, findet in der kritischen Phase des Schließens bzw. des Öffnens eine Verlagerung des Stromübergangs auf das Vorkontaktpaar statt. Die stromtragenden Hauptkontakte werden damit wirksam gegen starken Verschleiß geschützt. Das Vorkontaktpaar ist infolge seiner geschützten Anordnung wartungsfrei.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß Sockel und Stempel der stromtragenden Hauptkontakte zylindrisch ausgebildet sind und der Sockel mit einer Querschnittsabstufung in einer formgleichen abgestuften Bohrung einer quadratischen Spannplatte aus antimagnetischem Material kraftschlüssig gehalten ist. Die zylindrische Formgebung und die Trennung der Kontaktstücke von der Spannplatte vereinfacht die Herstellung und ist somit kostengünstiger.

Wenn, wie beim Stand der Technik, die Kontaktflächen der stromtragenden Hauptkontakte mit je einer aufgelöteten Kontaktplatte aus Edelmetall belegt sind, sind nach einer anderen Weiterbildung die Kontaktplatten quadratisch geformt und an ihrer Kontaktoberfläche mit sich kreuzenden Riffelungen versehen. Die Herstellung von Kontaktplatten in quadratischer Form ist besonders preisgünstig.

Um eine möglichst platzsparende Anordnung zu erreichen, ist nach einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß die Stempel wenigstens je eine, bis an eine Quadratseite der Kontaktplatte sich erstreckende Ausfräsung aufweisen, wobei der Schutzring der Umrißform des Stempelquerschnitts angepaßt ist und diesen eng umschließt und wobei im Bereich der Ausfräsung an der Schulterfläche jeweils ein Kontaktelement des Vorkontaktpaares befestigt ist. Auf diese Weise ist die zur Verfügung stehende Umrißfläche für die Unterbringung des Vorkontaktpaares optimal ausnutzbar. Anstelle eines einzigen Vorkontaktpaares kann auf der gegenüberliegenden Seite auch ein zweites Vorkontaktpaar eingesetzt werden, um so die spezifische Belastung jedes einzelnen Vorkontaktpaares zu verringern.

Die Kontaktelemente des Vorkontaktpaares können baulich unterschiedlich gestaltet sein. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Kontaktelemente als untereinander gleiche, etwa U-förmige Bügel ausgebildet und jeweils mit einem ihrer Schenkel an der Schulterfläche der Kontaktstücke in zueinander entgegengesetzten Richtungen derart befestigt, daß die einander zugewandten freien Schenkel an ihren Enden in der Schließstellung aufeinanderliegen. Auch kann das Bogenstück etwa die Form eines Dreiviertelkreises haben, wobei der freie Schenkel gegenüber dem Bogenstück in Richtung zum jeweils anderen Schenkel zurückversetzt parallel zur Schulterfläche verläuft.

Zur Verringerung des Verschleißes ist es vorteilhaft, an den miteinander in Berührung tretenden Abschnitten der Kontaktelemente des Vorkontaktpaares Auflagen aus abbrandfestem Material wie z. B. Kupfer-Wolfram anzubringen.

Der erforderliche Kontaktdruck in der Schließstellung der beiden Kontaktelemente des Vorkontaktpaares kann grundsätzlich durch Eigenelastizität der Kontaktelemente erzeugt werden. Es kann aber auch zweckmäßig sein, an den Kontaktelementen Fremdfedern zur Erhöhung des Kontaktdruckes vorzusehen.

Der Schutzring aus isolierendem, lichtbogenbeständigem Material kann entweder an einer der beiden Spannplatten befestigt sein oder ohne besondere Befestigung zum Einsatz kommen, d. h. die Stempel mit gewissem Berührungsschluß umschließen. Die axiale Höhe des Schutzringes ist etwa gleich dem Abstand zwischen den Spannplatten in ihrer Schließstellung oder kleiner als dieser Abstand.

Ein Ausführungsbeispiel einer Kurzschließeranordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer einpoligen Kurzschließeranordnung, mit einem Schnitt des Dichtbalges in der Durchmesserebene,

Fig. 2 eine Draufsicht der Kurzschließeranordnung mit einer Schnittansicht in der Ebene der Linie I-I der Fig. 1 und

Fig. 3 eine seitliche Ansicht mit einem Teilschnitt der Kurzschließeranordnung in der Ebene der Linie II-II der Fig. 2.

Die einpolige Kurzschließeranordnung enthält zwei gleiche, spiegelbildlich einander gegenüberstehende Elemente. Jedes dieser beiden Elemente umfaßt eine quadratische Spannplatte (1) aus Edelstahl, die an ihren vier Ecken je eine Befestigungsbohrung (2) aufweist. In der Mitte der Spannplatte (1) befindet sich eine großflächige abgestufte Bohrung (3), bei der der äußere Bohrungsabschnitt einen größeren Durchmesser als der innere Bohrungsabschnitt hat, wie dies in Fig. 3 erkennbar ist.

In der mittigen Bohrung (3) ist ein einteiliges zylindrisches Kontaktstück (4) aus Kupfer gehalten, welches sich zusammensetzt aus einem rückwärtigen Sockel (5) mit einer der Bohrung (3) angepaßten abgestuften Form und einem inneren Stempel (6). Die feste Verbindung zwischen Spannplatte (1) und Kontaktstück kann durch Preßsitz oder auf andere Weise bewirkt werden. An seinem äußeren Ende steht der Sockel (5) geringfügig gegenüber der Oberfläche der Spannplatte (1) vor. Dieser überstehende Hals (7) dient zum Anlegen eines elastischen Dichtringes (8) als zusätzlicher Schutz gegen das Eindringen von schädlichen Medien.

Die einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Stempel (6) sind mit je einer aufgelöteten Kontaktplatte (9) belegt, deren Oberflächen sich kreuzende Riffelungen aufweisen. Dadurch wird eine Vielzahl von ausgeprägten Kontaktpunkten in der Schließstellung erreicht. Die Kontaktplatte (9) ist in ihrer Größe so bemessen, daß ihre vier Ecken bis an den Kreisumfang des Stempels (6) heranreichen.

Die Stempel (6) sind an einer Seite mit je einer Ausfräsung (10) versehen, die über die ganze Stempelhöhe bis zur Ringschulter (11) zwischen Sockel (5) und Stempel (6) reicht.

Im Bereich der Ausfräsungen (10) ist an der hier entsprechend breiteren Schulterfläche je ein Kontaktelement (12) in der aus Fig. 1 ersichtlichen Form befestigt. Als Material kommt eine Kupferlegierung mit genügender Eigenelastizität in Betracht. Die Befestigung an der Schulterfläche des Sockels (5) kann durch Schrauben oder auf andere Weise erfolgen. Im Bereich der gegenseitigen Anlageflächen sind die freien Enden der Schenkel (13) aus plättchenartigen Auflagen (14) aus abbrandfestem Maerial wie z. B. Kupfer-Wolfram versehen.

Zur Unterstützung des Kontaktdruckes durch Eigenelastizität kann an jedem Kontaktelement (12) eine Fremdfeder, beispielsweise in Form einer Schraubendruckfeder (15), angebracht sein.

Um die stromtragenden Hauptkontakte gegen das Vorkontaktpaar abzuschirmen, sind die Stempel (6) von einem im wesentlichen zylindrischen Schutzring (16) aus lichtbogenbeständigem Material umgeben, der der Querschnittsform des Stempels (6) angepaßt ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Schutzring (16) kann an einem Stirnende an einer Schulterfläche (11) befestigt sein. Seine axiale Höhe entspricht etwa dem Abstand zwischen den beiden Spannplatten (1) in ihrer Schließstellung.

Die Kurzschließeranordnung enthält ferner einen vorzugsweise hohlzylindrischen Dichtbalg (17) (bzw. eine Membran), der an seinen Enden in geeigneter Weise an den Spannplatten (1) befestigt ist. Dieser Dichtbalg (17) besteht aus einem chemisch beständigem Werkstoff und ist hinsichtlich seiner Nachgiebigkeit für einen Hub von maximal 6 mm ausgelegt. Solche Dichtbalge sind für Kurzschließer dieser Art an sich bekannt.

In der Einbaustellung in einem Gestell für die gleichzeitige Betätigung von mehreren parallel geschalteten einpoligen Kurzschließern ist eine der beiden Spannplatten (1) gegenüber der anderen bewegbar. Bei der Schließstellung kommen zunächst die Kontaktelemente (12) des Vorkontaktpaares miteinander in Berührung, bevor die Kontaktplatten (9) der stromtragenden Hauptkontakte in Druckberührung treten. Bei der Öffnungsbewegung öffnen die Kontaktelemente (12) des Vorkontaktpaares dagegen nacheilend. Mit einer solchen Kurzschließeranordnung können Nennspannungen von 12 V und höher bei Strömen von 3000 bis 7000 A geschaltet werden.

Claims (8)

1. Kurzschließeranordnung für Hochstrom, insbesondere für Elektrolyseanlagen, mit zwei Kontaktstücken aus Kupfer, die mit je einer ebenen Kontaktfläche miteinander in Druckberührung gebracht werden können, wobei jedes Kontaktstück mit einer rückwärtigen, im Querschnitt größeren, vorzugsweise rechteckigen Spannplatte verbunden ist, und mit einem die Kontaktstücke umgebenden geschlossenen Dichtbalg, dessen Enden an den Spannplatten befestigt sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) jedes Kontaktstück (4) besteht aus einem rückwärtigen Sockel (5) und einem vorstehenden Stempel (6) mit kleinerem Querschnitt,
• b) zwischen Sockel (5) und Stempel (6) befindet sich eine Schulterfläche (11) in der Ebene der Innenfläche der zugehörigen Spannplatte (1),
• c) die Stempel (6) sind von einem gemeinsamen Schutzring (16) aus lichtbogenbeständigem Material umgeben und
• d) im Zwischenraum zwischen Dichtbalg (17) und Schutzring (16) ist an jeder Schulterfläche (11) wenigstens ein federelastisches Kontaktelement (12) eines Kontaktpaares befestigt, welches im Vergleich zu den Kontaktstücken (4) (Hauptkontakte) ein voreilendes (bzw. nacheilendes) Vorkontaktpaar bildet.

2. Kurzschließeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sockel (5) und Stempel (6) der Kontaktstücke (4) zylindrisch ausgebildet sind und der Sockel (5) mit einer Querschnittsabstufung in einer formgleichen abgestuften Bohrung (3) einer quadratischen Spannplatte (1) aus antimagnetischem Material kraftschlüssig gehalten ist.

3. Kurzschließeranordnung nach Anspruch 2, bei der die Kontaktflächen der Stempel mit je einer aufgelöteten Kontaktplatte aus Edelmetall belegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatten (9) quadratisch geformt sind und an ihrer Kontaktoberfläche sich kreuzende Riffelungen aufweisen.

4. Kurzschließeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (6) wenigstens je eine, bis an eine Quadratseite der Kontaktplatte (9) sich erstreckende Ausfräsung (10) aufweisen, daß der Schutzring (16) der Umrißform des Stempelquerschnitts angepaßt ist und diesen eng umschließt und daß im Bereich der Ausfräsung (10) an der Schulterfläche (11) jeweils ein Kontaktelement (12) des Vorkontaktpaares befestigt ist.

5. Kurzschließeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (12) des Vorkontaktpaares als untereinander gleiche, etwa U-förmige Bügel ausgebildet sind und jeweils mit einem ihrer Schenkel an der Schulterfläche (11) in zueinander entgegengesetzten Richtungen derart befestigt sind, daß die einander zugewandten freien Schenkel (13) an ihren Enden in der Schließstellung aufeinanderliegen.

6. Kurzschließeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Kontaktelementen (12) des Vorkontaktpaares jeweils das Bogenstück etwa die Form eines Dreiviertelkreises hat und daß der freie Schenkel (13) gegenüber dem Bogenstück in Richtung zum jeweils anderen Schenkel zurückversetzt parallel zur Schulterfläche (11) verläuft.

7. Kurzschließeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den miteinander in Berührung tretenden Abschnitten der Kontaktelemente (12) des Vorkontaktpaares Auflagen (14) aus abbrandfestem Material wie z. B. Kupfer-Wolfram angebracht sind, 8. Kurzschließeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kontaktelementen (12) des Vorkontaktpaares den Kontaktdruck erhöhende Fremdfedern (15) angebracht sind.

9. Kurzschließeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe des Schutzringes (16) etwa dem Abstand zwischen den Spannplatten (1) in ihrer Schließstellung entspricht.