DE660024C - Elektrischer Schalter mit Haupt- und Nebenkontakten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit Haupt- und Nebenkontakten, bei dem die zur Stromunterbrechung dienenden Nebenkontakte als Mehrfachschaltstelle mit Gleitkontakten ausgebildet sind, bei denen die Richtung des Stromüberganges senkrecht zur Kontaktbewegungsrichtung steht. Derartige Gleitkontakte ergeben die Möglichkeit der Verwendung eines einzigen bewegten Teiles für beliebig viele Unterbrechungsstellen. Sie sind aber insofern nachteilig, als bei den bekannten Ausführungen bei der Schaltbewegung eine erhebliche Kontaktreibung zu überwinden ist, die Energieverluste und starke Abnutzung zur Folge hat. Für Schalter größerer Leistung sind daher solche Anordnungen nicht brauchbar.

Nach der Erfindung werden diese Schalter dadurch verbessert, daß die Gleitkontakte der als Mehrfachschaltstelle ausgebildeten Leistungsschaltstelle ohne Kontaktdruck aneinanderliegen. Es wird hierdurch der Vorteil erzielt, daß alle bei Schaltern sonst erforderliehen Einrichtungen zur Herstellung des Kontaktdruckes fortfallen und die Leistungsschaltstelle besonders einfach wird. Die Kontaktteile können als einfache massive Stücke einteilig ausgebildet und ohne Rücksichtnähme auf eine gute Kontaktgabe nur im Hinblick auf ihre Aufgabe der Stromunterbrechung angeordnet werden, z. B. derart, daß sie mit geringem Bewegungsspiel aufeinander liegen. Zusätzliche Teile und Maßnahmen, wie das Vorhandensein besonderer Kontaktgleitflächen, besonderer Strombänder mit Befestigungsteilen, einer Kontaktteilung o. dgl., kommen in Fortfall. Eine Verschlechterung der der Kontaktberührung dienenden Kontaktflächen ist nicht zu befürchten, weil ein Kontaktabbrand nur an den Stirnflächen der Gleitkontakte auftritt, während an den Seitenflächen, wo die Kontaktberührung erfolgt, kein Abbrand vorhanden ist. Da ferner auch keine Kontaktreibung zu überwinden ist, so wird der Kraftbedarf der Antriebsvorrichtung für die Schalterbewegung wesentlich geringer, und diese kann daher schwächer bemessen werden.

Diese Vorteile der kontaktdrucklosen Ausführung der die Leistungsschaltstelle bildenden Gleitkontakte treten in besonders hohem Maße bei der Ausbildung der Leistungsschaltstelle als Mehrfachstelle in Erscheinung. Selbstverständlich können auch solche Schaltstellen, die nur einfache Unterbrechungsstellen darstellen, gemäß der Erfindung ausgeführt werden.

Der Parallelkontakt wird beim Ausschalten in bekannter Weise vor der Leistungsschaltstelle geöffnet. Diese Öffnung erfolgt praktisch lichtbogenfrei, da der Strom dann kurz-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Vitaly Grosse in Berlin-Lichterfelde.

zeitig durch die Mehrfachschaltstelle fließt. Dabei können an den Stromübergangsstellen der Leistungsschaltstellen kurze Lichtbogen entstehen, deren maximale Länge durch das Bewegungsspiel der Mehrfachschaltstelle begrenzt ist. Es ist zweckmäßig, wenn die Schaltbewegung an der Mehrfachschaltstelle bereits kurz vor der Entstehung der Lichtbögen, d.h. vor der Öffnung des Parallelkontaktes, eingesetzt hat, damit keine Verschweißung der Kontakte auftreten kann. Die Spannung dieser Lichtbogen ist derart niedrig, daß der Ström sofort nach der Öffnung des Parallelkontaktes auf die Mehrfachschaltstelle übergeht.

Die Erfindung läßt sich auf alle elektrischen Schalter anwenden, z. B. auf Schalter mit Lichtbogenlöschung durch die vom Lichtbogen selbst erhitzten Gase, wobei die Löschung durch Erzeugung von Gasen und Dämpfen aus den Wandungen des Lichtbogenraumes durch den Lichtbogen unterstützt wird, ferner auf Flüssigkeitsschalter mit oder ohne erzwungene Flüssigkeitsströmung und auf Schalter mit Lichtbogenlöschung durch zugeführtes Druckgas.

Um bei Druckgasschaltern eine gute Gasströmung zu erzielen, können die Metallteile der Mehrfachschaltstelle mit Rillen, Längsbohrungen, Umleitungen u. dgl. ausgestattet sein. Das Volumen dieser Räume ist jedoch nach oben dadurch begrenzt, daß durch sie keine wesentliche Erniedrigung des Blasdruckes verursacht werden darf. In den Abb. 1 bis 6 ist eine vorteilhafte Anwendungsform der Erfindung auf Schalter mit Druckerzeugung durch die Lichtbogenwärme gezeigt.

Die Abb. 1 und 2 stellen Äusführungsformen des Schalter als Wandschalter dar.

Die Abb. 3 zeigt den erwünschten Bewegungsverlauf an derartigen Schaltern.

Die Abb. 4 bis 6 stellen eine besondere Ausbildung einer Mehrfachschaltstelle dar. Die Abb. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Mehrfachschaltstelle, die als Gasschalter ausgebildet ist, bei welchem der Lichtbogen zwischen den Kontakten in einer Schaltröhre gezogen wird. Dem bewegten Kontakt folgt ein Isolierstück (Füllstück), das die Schaltröhre derart verengt, daß der Lichtbogen in einem engen Spalt zwischen isolierenden Wandungen (brennen muß.

Im nachstehenden wird zunächst der Aufbau der als Mehrfachschaltstelle ausgebildeten Nebenkontakte an Hand der Abb. 4 bis 6 erläutert. In diesen bedeutet 4 eine Tragröhre aus Isolierstoff. In diese Röhre werden abwechselnd Hohlzylinder aus Isolierstoff 5 und aus Metall 6 eingesetzt und an den Enden durch Abschlußstücke 7 zusammengehalten. Der Schaltstift wird entsprechend aufgebaut. Auf eine Seele 9 aus mechanisch widerstandsfähigem Isolierstoff werden gleichf.ls abwechselnd Hohlzylinder aus Metall und Isolierstoff 11 aufgesetzt. Es ist i-natürlich auch' möglich, die Tragröhre bzw. die Stiftseele mit den Isolierzylindern aus einem Stück herzustellen und die Metallteile 6 bzw. 10 bei der Herstellung des Isolier-Stückes aufzubringen. Als Material des Tragrohres bzw. der Stiftseele kommen vom Standpunkt mechanischer Festigkeit insbesondere Stoffe in Betracht wie Hartpapier, Hartleinen, Hartgummi. Die Metallzylinder kön- nen aus Kupfer, Bronze u.dgl. bestehen. Es kann jedoch vorteilhaft sein, sie aus einem schwer verdampfenden Metall, z.B. Wolfram, Wolframkupfer, Wolframsilber o. dgl., herzustellen. Dadurch wird der Abbrand wesentlieh verringert und die Lebensdauer der Anordnung erhöht. Es genügt unter Umständen, nur die die Lichtbogenfußpunkte führenden Enden der Kontaktstücke aus schwer schmelzbaren Stoffen herzustellen.

Sollen die Isolierzylinder unter, der Einwirkung der Lichtbogenwärme Gase oder Dämpfe abgeben, so sind hierzu vorteilhaft organische Stoffe mit einem nicht zu hohen Kohlenstoffgehalt, z.B. Hartgummi, sonstige organische Stoffe mit Stickstoffgehalt, Harnstoffverbindungen usw. Durch die Verwendung einfacher Ringkörper ergibt diese Anordnung gemäß der Erfindung eine einfache Montage und niedrige Kosten.

Die Metallzylinder und die Isolierzylinder sind in ihrer Länge einander derart angepaßt, daß im (dargestellten) Einsdialtzustand die isolierzylinder der Röhre durch die Metallzylinder des Schaltstiftes überbrückt sind, so daß der Strom abwechselnd am Schaltstift und an der Röhre beim Ausschalten fließt. Die Metallzylinder werden mit einem zur Bewegung erforderlichen geringen Spiel ineinandergeschoben. Die Isolierzylinder können, wie dargestellt, gegenüber den Metallzylindern etwas zurückgesetzt werden. In den Abb. 4 bis 6 ist diese Zurücksetzung aus zeichnerischen Gründen übertrieben groß dargestellt. Es genügt eine derartige Zurück-Setzung, daß der radiale Abstand zwischen den Isolierzylindern in der Größenordnung von 0,5 mm liegt.

Die Metallzylinder erhalten Rillen 12 bzw. 13, durch die die Schaltgase mit möglichst geringem Strömungswiderstand hindurchtreten können. Diese Rillen können axial oder auch z. B. schraubenförmig verlaufen. Beim Ausschalten wird der Schaltstift so weit bewegt, daß die Überbrückung der Isolierzylinder aufgehoben wird. Die Ausschaltstellung· ist er-■eicht, sobald die Metall- bzw. die Isolier-

zylinder des Schaltstiftes den Metall- bzw. [solierzylindern der Röhre gegenüberliegen. Dabei wird an jeder Einzelschaltstelle eine Unterbrechungslänge gleich der Höhe des Isolierzylinders erreicht. Der Hub der Mehrfachschaltstelle ist also gleich der Überschleifring und dem Hub der Einzelschaltstelle. Die Isolierlänge ist gleich dem Produkt der Isolierlänge der Einzelschaltstelle ίο und der Anzahl der Schaltstellen. Da die Bewegung nur kurz zu sein braucht, ist es leicht möglich, die Schaltbewegung innerhalb einer Halbwelle zu beenden, so daß die Mehrfachschaltstelle stets unabhängig von der Betriebsspannung und dem abzuschaltenden Strom die Abschaltung in einer Halbwelle vornimmt.

Die Bewegungsrichtung des Schaltstiftes beim Ausschalten ist gleichgültig für den Löschvorgang. In Abb. 4 wird der Stift beim Ausschalten nach oben im Sinne der Gasströmung bewegt.

Ein weiterer Vorzug des Schaltröhrenaufbaues der Mehrfachschaltstelle liegt darin, daß die Schaltgase ohne Umlenkung alle Einzelschaltstellen durchströmen. Längs eines Metallzylinders strömen die Gase mit geringem Druckverlust in dessen Rillen. Zwischen zwei Isolierzylindern strömen die Gase im engen Spalt 14, wobei sie den Lichtbogen beblasen, mit großer Geschwindigkeit. Es ist möglich, auch, in den Isoliercylindern Rillen o. dgl. vorzusehen, in denen der Lichtbogen (insbesondere durch Ausnutzung der elektromagnetischen Wirkung der Stromschleife) brennen muß. Dann läßt sich insbesondere durch möglichst starke Verringerung des Querschnittes des Schlitzes 14 erreichen, daß praktisdi die gesamten Schaltgase den Lichtbogen bei der Blasung treffen. Abb. 5 (Schnitt 17-18) zeigt als Beispiel eine Anordnung von vier Rillen 12 in den feststehenden Metallzylindern, Abb. 6 (Schnitt 19-20) entsprechende Rillen 13 in den bevvegten Metallzylindern.

Die Blasquerschnitte können längs der Mehrfachschaltstelle derart variiert werden, daß an jedem Einzellichtbogen eine optimale Blaswirkung erzielt wird. Insbesondere können die Querschnitte nach den Gasaustrittsstellen zu vergrößert werden, da insbesondere bei Gasabgabe der Wandungen die Gasmenge nach der Austrittsstelle zu zunimmt.

Eine ähnliche Wirkung kann erreicht vverden, wenn der Schaltstift nicht axial verschoben, sondern um einen bestimmten Winkel gedreht wird. Dann können die Kontaktstücke natürlich nicht als Zylinder ausgebildet sein, sondern nur als Zylinder-Sektoren. Die Lichtbogen werden dann am Kreisumfang senkrecht zur Achse gezogen.

Da die Blasung im wesentlichen axial verläuft, so ergibt sich dabei eine Querblasung. Die in den Abb. 4 bis 6 beschriebenen Xebenkontakte sind in den Abb. 1 und 2 im Zusammenhang mit den zugehörigen Hauptkontakten dargestellt, wobei die Abb. 3 zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Schalter dient.

In Abb. ι ist ein Wandschalter dargestellt, der einen Bewegungsverlauf nach Abb. 3 besitzt. Die Mehrfachschaltröhre ist über einen großen Teil ihrer Länge mit Metall 15 bzw. 16 umkleidet. Beide Metallmantel sind durch den Parallelkontakt 2 überbrückt. Dieser Kontakt ist als Messerkontakt bzw. Messertrennstelle ausgebildet und seitlich neben der Mehrfachschaltstelle angeordnet. Das Kontaktmesser iwird iVon der Antriebswelle 23 über die Kupplungsstange 24 derart betätigt, daß beim Beginn der Schwenkung der Antriebswelle im Pfeilsinn sofort das Messer geöffnet wird. Bei seiner Bewegung schlägt der Anschlag 25 gegen den Hebel 26, der über den Hebel 27 den Schaltstift 2 S der Mehrfachschaltstelle bewegt. Der Schaltstift 28 wird beim Ausschalten nach oben bewegt. Die bei der Lichtbogenlöschung erzeugten Gase strömen gleichfalls nach, oben in den Kühlerraum 29. Da der Schaltstift in die Mehrfachröhre an der dem Gasaustritt entgegengesetzten Seite eingeführt wird, muß seine Eintrittsstelle abgedichtet werden, was beispielsweise durch ein Labyrinth 30 erfolgt. Während des Löschvorganges führt das Trennmesser 3 nur eine geringe Bewegung aus, da seine Antriebskurbel 31 sich in Totpunktnähe bewegt. Seine Kontakttrennung erfolgt deshalb. erst nach der Löschung des Lichtbogens. Eine größere Freiheit in den Bewegungen läßt sich durch Verwendung getrennter Antriebe für die drei Bewegungen erreichen. Insbesondere können die durch getrennte Antriebe bewegten Schaltstücke einander in gewünschter Reihenfolge auslösen.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 2 ist ähnlich. Hier wird jedoch die Bewegung des Schaltstiftes 28 durch das Trennmesser 3 und durch eine Feder 32 bewirkt. Der Parallelkontakt ist als Schubtrennstelle 2 ausgebildet. Die Druckfeder 32 ist bestrebt, den Schaltstift 2 S nach unten in die Ausschaltlage zu drücken. Die Verlängerung 33 des Schaltstiftes wird jedoch von einem mit dem Trennmesser 3 verbundenen Hebel 34 zurückgehalten. Bei der Bewegung des Trennmessers folgt das Schaltstück 28 unter dem Einfluß der Feder 32 sofort nach, bis es an einen nicht dargestellten Anschlag in der Ausschaltlage stößt. Das Trennmesser bewegt sich weiter, wobei erst jetzt die Kontakttrennung erfolgt.

Die Abb. 3 zeigt die Zusammenarbeit der Mehrfachschaltstelle 1 mit einem Parallelkontakt 2 und der Trennstelle 3. In der Ordinate sind dabei die Schaltwegc in beliebigem Maßstab aufgetragen. Die Hübe des Parallelkontaktes und der Trennstelle sind willkürlich als gleich dargestellt. Als Abszisse ist die Zeit aufgetragen. Der Bewegungsverlauf ist etwa folgender: Zuerst wird in bekannter Weise der Parallelkontakt 2 geöffnet; die Kontakttrennung erfolgt bei 21. Es ist vorteilhaft, wenn die Bewegung an der Mehrfachschaltstelle bereits eingesetzt hat, damit kein Verschweißen der Einzelkontakte eintreten kann. Die Kontakttrennung an der Mehrfachschaltstelle erfolgt bei 22. Die Löschung des Lichtbogens erfolgt spätestens am Ende der Kontaktbewegung an der Mehrfachschaltstelle beim ersten Stromnulldurchgang. Etwa bei oder besser nach der Lichtbogenlöschung erfolgt in ebenfalls bekannter Weise die Öffnung der Lufttrennstelle3 bei 23. Darin erfolgt die Schaffung einer ausreichenden Trennstrecke, die sowohl nach· den Erfordernissen der Spannungsfestigkeit für Leistungsschalter als auch der Spannungsfestigkeit für Trennschalter bemessen werden kann. Es ist auch möglich, zur Überbrückung der Mehrfachschaltstelle und der Lufttrennstrecke ein gemeinsames Schaltstück zu verwenden. In Abb. 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, bei dem die Mehrfachschaltstelle nicht als Röhrenschalter, sondern als Flachbahnschalter ausgebildet ist. Dabei werden im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Formen die Lichtbogen an den Einzelschaltstellen einer etwa senkrecht zu ihnen verlaufenden Löschmittelströmung ausgesetzt, z. B. einer erzwungenen Ölströmung. An Stelle von Öl können auch Gase oder Dämpfe verwendet, werden. Die feststehenden Kontakte 6 der Mehrfachschaltstelle 1 sind innerhalb eines geeignet geformten Ölbehälters 40 so angeordnet, daß sie zusammen mit den Isolierstücken 41 diesen Behälter in einen oberen, nur teilweise gefüllten Raum 42 und einen unteren, ölgefüllten Raum 43 trennen. Die Öffnungen 44 zwischen den Kontakten sind im Einschältzustand . durch die beweglichen Kontakte 13 überdeckt, .zwischen denen sich gleichfalls Öffnungen 45 befinden und die durch seitlich verlaufende Isolierstücke zusammengehalten werden. Beim Ausschalten wird der Antriebsbolzen 47 nach unten bcwegt. Dabei wird zuerst der Überbrückungskontakt 2 geöffnet. Dann wird durch den Kolben 48 auf das Löschmittel ein Druck ausgeübt und gleichzeitig der bewegliche Kontaktkörper im Bilde .nach links bewegt. Dabei bilden sich in den Öffnungen 44 und an den Einzelschaltstellen Lichtbögen, die durch das im Raum 43 unter Druck stehende Löschmittel umströmt und gelöscht werden. Bei Verwendung eines nicht kompressiblcn Löschmittels (z. B. Öl) ist es zweckmäßig, in den Kolbenantrieb ein elastisches Glied, z. B. eine Feder, einzufügen, damit das Öl nicht die Bewegung des Antriebes beeinflußt.

In Abb. 8 ist eine Aufsicht auf den feststehenden Kontaktkörper dargestellt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrischer Schalter mit Haupt- und Nebenkontakten, dessen als Leistungsschaltstelle dienende Nebenkontakte als Mehrfachschaltstelle mit Gleitkontakten ausgebildet sind, bei denen die Richtung des Stromüberganges senkrecht zur Kon-.taktbewegungsrichtung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenkontakte ohne Kontaktdruck an einander liegen.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1 mit rohrförmigen! Schaltraum, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende und das bewegte Schaltstück der Leistungssohaltstelle abwechselnd aus Ringen aus Isolierstoff und Metall bestehen. .
3. 3. Schalter nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Is.ölierteile aus gasabgebenden Stoffen bestehen.
4. 4. Schalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierteile (5, ii) gegenüber den Metallteilen (6, 10) um einen geringen Betrag zurückgesetzt sind.
5. 5. Schalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile (6, 10) mit Längs- oder Schraubenrillen (12, 13) \'ersehen sind, die ein Abströmen der Schaltgase gestatten.
6. 6. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall- und Isolierteile der Kontakte aus Zylindersektoren-bestehen und die Schaltbewegung als Drehbewegung um die Achse des Schaltstückes erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen