DE4037126C2 - Vorrichtung zur Unterbrechung von Strömen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zu Unterbrechung von Strömen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind unterschiedliche Vorrichtungen zu Unterbrechung von Strömen bekannt, die zum Ziele haben, den beim Öffnungsvorgang von Kontakten entstehenden Lichtbogen zu unterbinden oder nur kurzzeitig entstehen zu lassen.

In der DE 24 39 066 C1 ist eine Lösung dargestellt, bei der ein Festkörperwiderstand mit unter Druck veränderbarem Widerstands­ wert in Reihe mit den Kontakten geschaltet ist. Diese Reihen­ schaltung weist jedoch den Nachteil auf, daß das Widerstandsele­ ment in Betriebszustand für die Stromführung benutzt wird.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Unterbrechung von Strömen bekannt, bei der ein Widerstandselement parallel zu der Unter­ brechungsstelle angeordnet ist. Bei dem Widerstandselement handelt es sich um eine Natriumdampf-Sicherung die bei hohen Strömen niederohmig wird und einen Teil des Stromes übernimmt. Das Element wirkt dabei als "selbstheilende" Sicherung, die eine Zerstörung der mechanischen Kontaktstücke verhindern soll. Es kann jedoch bei Strömen unterhalb des Ansprechwertes eine schädliche Lichtbogenbildung nicht verhindern.

Aus der DE-AS 11 54 555 ist eine Schalteinrichtung bekannt, die eine aus schwenkbar angeordneten Kontaktarmen bestehende Trennstelle aufweist, wobei ein Festkörperwiderstand parallel zu der Trennstelle angeordnet ist. Der Festkörperwiderstand ändert in Abhängigkeit von der Temperatur sprunghaft seinen Widerstandswert und soll nach dem Öffnen der Kontakte den Strom übernehmen und durch Widerstandserhöhung zeitverzögert abschalten. Es besteht hierbei jedoch kein direkter Zusammenhang zwischen der Kontaktöffnung und dem über den Kaltleiter geführten Strom, so daß bei schnellen Schaltungen trotzdem ein Lichtbogen auftreten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Unterbrechung von Strömen zu schaffen, die eine schädliche Licht­ bogenbildung zwischen den Unterbrechungsstellen weitgehend ver­ hindert.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein druckabhängiger Festkör­ perwiderstand parallel zu der Trennstelle angeordnet ist und seinen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Öffnungsbewegung eines Schaltarmes ändert.

Der mit der Öffnungsbewegung der Schaltstücke entstehende Lichtbogen sorgt für einen Spannungsanstieg und die Kommutierung des Stromes auf den Festkörperwiderstand.

Durch die Verringerung des Widerstandswertes des Festkörperwider­ standes mit der Öffnungsbewegung des Kontaktarmes bricht der Lichtbogen zusammen und erlischt.

Vorteilhaft kann es sich dabei aus wirken, wenn der Festkörperwi­ derstand wieder hochohmig ist, wenn die Kontaktstücke vollständig geöffnet sind. Dies kann auf einfache Weise erreicht werden, wenn der bewegliche Schaltarm über den Drehpunkt hinaus verlängert ist und der dem Kontakt gegenüberliegende Abschnitt des Schaltarmes als Druckhebel gegen den Festkörperwiderstand wirkt.

Die lichtbogenarme Unterbrechung wird noch zuverlässiger, wenn im geöffneten Zustand der Trennstelle eine galvanische Trennung zwischen dem Schaltarm und der den Festkörperwiderstand tragenden Stromschiene hergestellt wird. Die galvanische Trennung im geschlossenen Zustand der Kontaktstücke wirkt sich günstig auf die Lebensdauer des Festwertwiderstandes aus.

Eine vorteilhafte Variante der Vorrichtung ergibt sich, wenn die Öffnungsbewegung des schwenkbaren Schaltarmes auf ein Kniegelenk wirkt, das mit einem oder beiden Schenkeln Kräfte auf den Festkörperwiderstand ausübt, die dadurch niederohmig werden, und die Stromführung übernehmen. Statt in beiden Gelenken des Kniegelenkes einen Festkörperwiderstand anzuordnen, ist auch eine Lösung denkbar mit nur einem Festkörperwiderstand, während der zweite Stromübergang über ein Tastelement erfolgen kann. Als Festkörperwiderstand kann ein unter Druck leitfähiger Werkstoff oder ein elastomeres Bindemittel in welches Metallpulver eingebracht wird, dienen.

Beispielhaft wird die Erfindung in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild mit parallelgeschaltetem Festkörperwiderstand.

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild, wobei der Festkörperwider­ stand von der Schaltarmbewegung beeinflußt wird.

Fig. 3a bis 3c die Einwirkung des Schaltarmes auf den Festkörperwiderstand.

Fig. 4 die Vorrichtung in vereinfachter Darstellung.

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit Kniehebel.

Fig. 6 die Vorrichtung mit zwei beweglichen Schaltarmen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Ersatzschaltbilder für die Vorrich­ tung zur Trennung von Strombahnen. Der Festkörperwiderstand 1 der seinen Widerstandswert druckabhängig verändert, ist parallel zu der Trennstelle 2 angeordnet. Während des Öffnungsvorganges kom­ mutiert der Strom aufgrund der Lichtbogenspannung auf den Fest­ körperwiderstand, dessen Widerstandswert mit der Öffnungsbewegung durch Druck beeinflußt wird. Dieser Druck kann durch die Schalt­ mechanik, aufgebracht werden, und ist in Fig. 1 durch die Pfeile 1a angedeutet. Die Widerstandsänderung kann auch durch Druck, der bei der Bewegung des beweglichen Schaltarmes 5 auf den Festkör­ perwiderstand 1 aufgebracht wird, hervorgerufen werden. (Fig. 2). In den Fig. 3a bis 3c ist beispielhaft dargestellt wie die Druck­ beeinflussung des Festkörperwiderstandes 1 durch die Bewegung des Schaltarmes 5 erfolgt. Fig. 3a zeigt die Schaltstellung "ge­ schlossen". Der Schaltarm 5 ist von dem Festkörperwiderstand 1 galvanisch getrennt über die Luftstrecke S1. Der Schaltarm 5 ist in dem Lager 8 drehbar gelagert und weist einen Abschnitt 9 auf, der an seinem Ende ein reibungsminderndes Element 10 aufweist.

Während des Öffnungsvorganges bewegt sich der Abschnitt 9 um das Lager 8 und übt auf dem Drehweg Druck auf den Festkörperwider­ stand 1 aus, der dabei um die Strecke S2 zusammengedrückt wird. In der Endstellung des Schaltarmes 5, die in Fig. 3c dargestellt ist, hat der Abschnitt 9 einen derartigen Kreisbogen beschrieben, daß sich das Element 10 wieder um die Strecke S1 von dem Festkör­ perwiderstand 1 entfernt hat, und so eine galvanische Trennung gewährleistet. In dem in Fig. 3b gezeigten komprimierten Zustand ist der Festkörperwiderstand 1 niederohmig, während er im ent­ spannten Zustand (Fig. 3a und 3c) hochohmig ist.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Unterbrechung von Strömen in vereinfachter Darstellung. Auf einem feststehenden Schaltarm 3, ist ein Festkörperwiderstand 1 und ein Kontaktstück 7 angeordnet. Das Kontaktstück 7 bildet mit dem am beweglichen Schaltarm 5 an­ geordneten Kontaktstück 6 die Trennstellen. Der bewegliche Schaltarm 5 ist in dem Lager 8 drehbar angeordnet und über eine flexible Leitung 18 mit der Stromschiene 4 verbunden. Der gegen­ über dem Festkörperwiderstand 1 angeordnete Abschnitt 9 des be­ weglichen Schaltarmes 5 wirkt bei der Drehbewegung des Schalt­ armes 5 mittels des reibungsmindernden Elementes 10 auf den Fest­ körperwiderstand 1.

In ähnlicher Weise wirkt der Schaltarm 5 bei der Öffnungsbewegung in der in Fig. 5 dargestellten Variante der Erfindung. Zwischen zwei Stromschienen 14 und 15 ist ein Kniehebelsystem 13 angeord­ net, das mit der Bewegung des Schaltarmes 5 durch den Abschnitt 9 über den Totpunkt bewegt wird und dann zusammenbricht. Die bei­ den Hebel 13a, 13b des Kniehebelsystems 13 wirken auf die druck­ abhängigen Festkörperwiderstände 11 und 12, die dabei gleichzei­ tig als Federelemente für das Kniehebelsystem wirken. Die Rück­ stellung des Kniehebelsystem 13 erfolgt über die Einschaltmecha­ nik des schwenkbaren Schaltarmes.

Für eine dynamisch öffnende Trennstelle ist die Erfindung in Fig. 6 schematisch dargestellt.

Aufgrund des in entgegengesetzte Richtung fließenden Stromes in den beiden schwenkbaren Schaltarmen 24 und 25 öffnen diese dyna­ misch. Hierbei wird ein druckabhängiger Festkörperwiderstand 21, der an der Stromschiene 26 angeordnet ist, über den Abschnitt 22 des Schaltarmes 24 mit Druck beaufschlagt. Durch den zwischen den Schaltarmen 24 und 25 entstehenden Lichtbogen wird der Strom auf die Strecke über den Festkörperwiderstand 21 kommutiert, und der Lichtbogen erlischt. Bei weiterer Bewegung des Schaltarmes 24 wird der Festkörperwiderstand wieder entlastet und es entsteht eine galvanische Trennstrecke zwischen den Stromschienen 26 und 27.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Unterbrechung von Strömen, bestehend aus einer Trennstelle, die gebildet wird aus zwei mit Kontakt­ stücken versehenen Kontaktarmen, von denen mindestens einer schwenkbar angeordnet ist, und mindestens einem druck­ abhängigen Festkörperwiderstand, wobei der Festkörperwiderstand (1) parallel zu der Trennstelle (2) angeordnet ist und in Abhängigkeit vom Öffnungsvorgang des schwenkbaren Kontaktarmes (5) seinen Widerstandswert verändert, dadurch gekennzeichnet, daß Festkörperwiderstand (1)

• - im geschlossenen Zustand der Kontaktstücke (6, 7) hochohmig ist,
• - mit der Öffnungsbewegung des schwenkbaren Schaltarmes (5) niederohmig wird
• - im vollständig geöffneten Zustand der Unterbrechungs­ einrichtung wieder hochohmig ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperwiderstand (1) im geschlossenen Zustand der Kontaktstücke (6, 7) niederohmig ist, und mit Verzögerung zur Öffnungsbewegung des Schaltarms (5) hochohmig wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontaktarm über den Drehpunkt (8) hinaus verlängert ist und daß der dem Kontakt­ stücke (6) gegenüberliegende Abschnitt (9) des Kontaktarmes (5) als Druckhebel gegen den Festkörperwiderstand (1) wirkt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Kontaktarm (5) im vollständig geöffneten Zustand der Trennstelle (2) von dem Festkörperwiderstand (1) galvanisch getrennt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Kontaktarm (5) im Betriebszustand von dem Festkörperwiderstand (1) galvanisch getrennt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durch ein Kniehebelsystem verbundene Festkörperwider­ stände (11, 12) auf den Stromschienen (14, 15) vorgesehen sind, wobei der schwenkbare Kontaktarm (5) derart auf den Kniehebel (13) wirkt, daß mit der Öffnungsbewegung Druck auf die Festkörperwiderstände (11, 12) ausgeübt wird, wobei die Festkörperwiderstände (11, 12) niederohmig werden, daß bei weiterer Öffnungsbewegung der Kniehebel (13) über den Totpunkt wandert und zusammenbricht, wobei die Festkörperwiderstände (11, 12) wieder hochohmig werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Knickhebelsystem auf einen Festkörperwiderstand (11) wirkt, während die Verbindung zu der zweiten Anschlußschiene (15) über ein Tastelement erfolgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Festkörperwiderstand (1) ein unter Druck leitfähiger Werkstoff verwendet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Festkörperwiderstand (1) ein elastomeres Bindemittel verwendet wird, in welches ein leitfähiges Pulver vorzugsweise thixotrop eingebracht ist.