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Vakuumschalter für Wechselstrom mit Unterbrechung des Stromes möglichst
bei seinem Stromdurchgang durch Null Es sind' bereits Vakuumschalter bekannt, bei
denen die Schaltbewegung von außen in das -Innere eines Vakuumgefäßes über einen
elastischen «"andungsteil mechanisch übertragen wird. Da der Spannungsabfall zwischen
den Kontakten bei derartigen Schaltern im Betrieb außerordentlich klein ist, kann
die Kontaktoberfläche entsprechend klein gewählt werden. Es ist dabei dafür zu sorgen,
daß eine gute Auflage der Kontakte aufeinander erzielt wird. Um dies zu erreichen,
hat man bereits vorgeschlagen, auf dem Schalthebel besondere Kontaktstücke mittels
Federn und Stromleitungslitzen anzuordnen. Um nun eine Beschädigung der Kontaktoberflächen,
die bei einer längeren Unterbrechungsdauer eintreten könnte, . zu. vermeiden, muß
die Unterbrechung möglichst beschlepnigt werden. ' Diese beiden Forderungen, eine
möglichst gute Kontaktgabe während des Betriebes und eine rasche Unterbrechung,
werden bei einem Vakuumschalter für «'echselstrom mit Unter-.brechung des Stromes
möglichst bei seinem Stromdurchgang durch Null nach der Erfindung dadurch erfüllt,
daß das auf dem von außen gesteuerten Schalthebel federnd gelagerte Kontaktorgan
in zwei zeitlich nacheinander schaltende Kontaktstücke geteilt ist, von denen das
beim Ausschalten des Stromes zuletzt schaltende Kontaktstück von einem dauernd vom
Hauptstrom erregten Magneten gegen die beim Ausschalten wachsende Federspannung
des Kontaktstückes bis zum Stromabfall auf Null oder nahezu Null geschlossen gehalten
wird.
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Die Teilung des auf dem von außen in das Vakuumgefäß eingeführten
Schalthebels federnd angeordneten Kontaktorganes in mehrere zeitlich nacheinander
schaltende Kontaktstücke dient dazu, dem einen Schaltstück die endgültige Unterbrechung
des .Stromes zu übertragen und diese möglichst plötzlich zu bewirken. Zu diesem
Zweck wird das Schaltstück ferner so leicht wie möglich gemacht und dadurch mit
ihm eine größtmögliche Beschleunigung beim Stromabriß erreicht. Dieser plötzliche
Stromabriß wird nun nach bekannter Methode durch das Gegeneinanderwirken von einer
beim Schalten wachsenden Federspannung und von einem durch den Hauptstrom erregten
Hauptmagneten erreicht. Andererseits muß aber für den dauernden.Einschaltzustand
beim Schalter eine genügend große Durchgangskontaktfläche für den Betriebsstrom
bei fester Auflage der Kontakte aufeinander vorhanden sein. Dieser Forderung wird
dadurch genügt,
daß die beiden Kontaktstücke mit ihren Flächen während
des Einschaltzustandes zusammen auf der gemeinsamen Fläche des Gegenkontaktes aufruhen
und daß sie auf dieser Fläche mit einem kräftigen Kontaktdruck gehalten «-erden.
Nur so läßt sich bei den verhältnismäßig kleinen Abmessungen des Vakuumschalters
ein schädlicher Übergangswiderstand zwischen den Kontakten und damit eine störende
Erwärmung der Kontakte vermeiden. Den kräftigen Kontaktdruck während des Einschaltzustandes
des Vakuumschalters bewirkt nun der Festhaltemagnet ebenfalls, und zwar dadurch,
daß er auch während der ganzen Einschaltdauer erregt ist. Diesen Kontaktdruck übt
der Magnet, obgleich er nur an dem einen Kontaktstück, nämlich an dem beim Ausschalten
zuletzt wirksamen, angebracht ist, für das andere Kontaktstück dadurch zugleich
aus, daß , beide Kontaktstücke auf demselben Schalthebel federnd gelagert sind.
Beim Ausschalten wird dagegen nur das zuletzt abzureißende Schaltstück von-dem Haltemagneten
beeinflußt und der Strom wird nur an diesem Kontaktstück unter entsprechender Beschleunigung
des federnden Kontaktstückes plötzlich abgerissen und sofort ein so großer Weg zwischen
die Kontakte gelegt, daß ein Wiederzünden des Lichtbogens unterbunden wird.
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Hierdurch kommen auch die Kontakte sehr rasch aus dem Bereich, in
dem die elektrostatischen Anzugskräfte, die durch das zwischen den Kontakten entstehende
elektrische Feld hervorgerufen «-erden, groß genug sind, um Schwingungserscheinungen
auftreten zu lassen. Diese Schwingungserscheinungen und die damit verbundenen wiederholten
Unterbrechungen rufen nämlich Wanderwellen in den angeschlossenen Leitungen' -hervor,
die zu hberspannungen im Netz führen können und auch zu erheblichen Störungen von
in der Nähe befindlichen Rundfunkapparaten. Dadurch, daß die 1 ebenkontakte, bei
denen ja die endgültige Stromunterbrechung erfolgt, erst dann sich vom Gegenkontakt
lösen, wenn die Trennfeder genügend gespannt ist, derart, daß sie während des Nulldurchganges
des Stromes die Kontakte rasch voneinander zu !Ösen vermag, wird auch das Auftreten
derartiger Schwingungserscheinungen bei der Ausbildung der Kontakte nach der Erfindung
vermieden.
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Es war zwar die Abschaltung des Wechselstromes bei Nulldurchgang bei
einem Luftschalter bekannt. Die bekannte Einrichtung zeigt aber nicht die Vereinigung
zweier auf einem Schalthebel federnd angeordneter Kontakte und dann auch nicht die
Dauererregung des Festhaltentagneten, der den Kontaktdruck der Kontakte auf den
festen Gegenkontakt sichert und trotzdem das endgültige Abreißen des Stromfadens
durch die Federkraft plötzlich unter genügender Entfernung der auseinandergerissenen
Kontakte ermöglicht, so daß keine neue Zündung des Lichtbogens eintritt. Die bei
der bekannten Einrichtung erst nach dem Öffnen des ersten Hauptkontaktes einsetzende
Erregung des Haltemagneten für den letzten Kontakt bewirkt eine ungünstige Verzögerung
in der Wirkung des Haltemagneten und beeinträchtigt dadurch den Abschaltvorgang.
Im übrigen ist die bekannte Vorrichtung auch für Luftschalter bestimmt, bei denen
die Schwierigkeiten, wie sie bei Vakuumschaltern zu berücksichtigen sind, nicht
vorliegen.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
An dem Vakuumgefäß a ist über ein Ansatzrohr t ein aus elastischem Material
bestehendes Wellrohr b angeschmolzen, in dessen Deckel c der Schalthebel
d sitzt. Zwischen dem Wellrohr b
und dem Vakuumgefäß a ist eine feste,
zentral durchbohrte Platte e eingefügt, die ein Lager für einen an dem Hebel d befestigten
Querstab f trägt. Der Querstab f bildet die Drehachse des Hebels d,
an dessen innerem Ende die beweglichen Kontakte g und lt angebracht sind. Der Strom
wird vön der äußeren Zuleitung ia über die Platte e und das Lager auf den
Querstab f und von da über dem in seinem inneren Teil aus leitendem Material bestehenden
Hebel d auf die beweglichen Kontakte übertragen. Die Verwendung des Schalthebels
selbst als Stromleiter hat den Vorteil, daß keine besondere Einführung für den einen
Schalterpol erforderlich ist. Ferner bewirkt der äußere Luftdruck, der auf dem Deckel
c des Wellrohres lastet und dasselbe zusammenzudrücken sucht, daß der Querstab f
fest in das Auflager hineingedrückt wird. Hierdurch ist die Gewähr für einen einwandfreien
Stromübergang von der Plattee auf den Schalthebel d gegeben.
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Bei der Drehung des Schalthebels kommen die an ihm befestigten Kontakte
g und lc mit dem fest angeordneten Gegenkontakt q in Berührung. Der letztere ist
an der vakuumdicht eingeführten Zuleitung o unter Zwischenschaltung einer Stromschleifep
befestigt. Die Schalterkontakte sind als plangeschliffene Metallscheiben ausgebildet.
Es sind zwei bewegliche Kontakte vorgesehen, die in der Schaltrichtung derartig
gegeneinander versetzt sind, daß der eine, ha, den Stromschluß und die Stromunterbrechung
übernimmt, während der Hauptkontakt g den Gegenkontakt q beim Einschalten später
berührt und beim Ausschalten früher verläßt und nur zur Entlastung des Nebenkontaktes
h bei
geschlossenem Schalter dient. Zur Verstärkung des Kontaktdruckes
und zum Ausgleich geringer Verkantungen sind die Kontaktplatteng und lt nicht unmittelbar.
sondern über Federn i hzw. k an dem Schalthebel d
befestigt. Die leitende
Verbindung zwischen dein Schalthebel und den Kontaktplatten erfolgt durch eine Anzahl
Leitungslitzen in und ii, die über die ganze Oberfläche der Kontaktplatten gleichmäßig
verteilt sind. Durch die beschriebene Ausbildung der Kontakte erhält man eine gut
leitende Berührung zwischen den beiden Kontaktsätzen, ohne in das Innere des Vakuumgehäuses
große Momente übertragen zu müssen, wie sie z. B. bei Verwendung der gewöhnlichen
ÖIschalterkontakte notwendig sind. Plangeschliffene Metallscheiben haben nämlich
-die Eigenschaft, daß bereits bei verhältnismäßig geringem Berührungsdruck der Kontaktwiderstand
auf ein zulässiges Maß absinkt (I0-4 Ohm). Die Federn i und k «-erden zweckmäßig
aus Tantal, Wolfram oder Molvbdän hergestellt, da diese Metalle auch bei den beim
Ausheizen des Vakuumgefäßes, das zwecks Entgasung vorgenommen werden muß, auftretenden
hohen Temperaturen ihre Elastizität nicht verlieren.
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Die bereits erwähnte Stromschleife p dient nach der Erfindung als
Erregerspule für einen Hufeisenmagneten r, dessen Schenkel in der Kontaktplatte
q endigen. Gegenüber diesem Hufeisenmagneten ist in der Elatte des Nebenkontaktes
h ein aus magnetischem Material bestehendes joch s eingelassen, so daß der Magnet
r auf die Kontaktplatte lt eine anziehende Wirkung ausübt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Bei offenem Schalter
nehmen die Kontakte etwa die in der Zeichnung dargestellte Lage ein. Um den Stromkreis
zwischen den Leitungen i( und v zu schließen, wird der Schalthebel d durch eine
nicht gezeichnete Antriebsvorrichtung an sich bekannter Art um den Punkt f im Uhrzeigersinn
gedreht, wobei zunächst die Kontaktplatte lt den Gegenkontakt q berührt.
Bei weiterer Bewegung des Schalthebels werden die Federn k zusammengedrückt, bis
schließlich auch der Hauptkontakt g mit dem G_getikontakt q iti Berührung kommt
und sich an der Stromführung beteiligt. Hiermit ist der Einschaltvorrang beendet.
Dadurch, daß der Strom die Schleife p durchfließt, wird der 'Magnet r erregt und
wirkt über das Joch s im Sinne einer Verstärkung des Kontaktdruckes auf die Platte
h.
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Beim Ausschalten wird der Schalthebel d wieder in die gezeichnete
Lage zurückbewegt. Hierbei verläßt der Hauptkontakt g zuerst den Gegenkontakt
q. Der Nebenkontakt h
haftet jedoch infolge magnetischer Adhäsion noch
eine gewisse Zeit an dem Gegenkontakt, bis die Federn k so weit gespannt sind, daß
ihre Zugkraft die des Magneten r übersteigt. In diesem Augenblick wird die Kontaktplatte
h plötzlich abgerissen und die beiden Kontaktflächen werden mit großer Geschwindigkeit
voneinander entfernt, weil sich nunmehr die Federn k entspannen und hierdurch der
Kontaktplatte h eine zusätzliche Beschleu-nigung im Sinne der Ausschaltbe-,vegung
erteilen. Hierdurch wird die Abschaltleistung des Schälters wesentlich erhöht.