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Schalter, insbesondere Gleichstromschalter für hohe Stromstärken Die
Erfindung bezieht sich auf einen Schalter, insbesondere Gleichstromschalter; für
hohe Stromstärken unter Verwendung mehrerer parallel geschalteter feststehender
und beweglicher Kontakte. Der Erfindungsgegenstand kann für beliebige Zwecke, z.
B. als Batteriehauptschalter, benutzt werden.
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Es ist bei Schaltern an sich bekannt, mehrere Unterbrechungskontakte
vorzusehen. Hierbei handelt es sich jedoch z. B. um Hochspannungsschalter, deren
die Unterbrechungsstellen bildenden Kontakte an beweglichen konzentrischen Ringen
aus Isolierstoff angeordnet und in Reihe geschaltet sind. Alle zu einem Kontaktpaar
gehörenden, an den Ringen fest angebrachten Kontaktstücke werden beim Schalten durch
Drehen der Ringe in entgegengesetzter Richtung bewegt. Bei dieser Kontaktanordnung
müssen jedioch die zahlreichen, auf den Kreisperipherien
vorgesehenen
Kontakte äußerst genau, und zwar von Hand, bearbeitet werden, falls das Schließen
bzw. Unterbrechen der einzelnen in Reibe geschalteten Kontakte zugleich erfolgen
soll. Hierbei sind zwischen den Stromanschlüssen und den denselben am nächsten liegenden
Kontaken biegsame Stromverbindangen b.zw. rollende oder gleitende- Stromabnehmer
erforderlich, die insbesondere bei hohen Stromstärken nachteilig sind.
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Es sind ferner Umschalter mit paarweise auf beiden Seiten eines Traggerüstes
einander gegenüber angeordneten festen Isoutakten und starren K=ontaktbrücken bekannt,
die jedoch durch eine gemeinsame, im Traggerüst gelagerte Ez7enter-,celle über Lenker
bewegt werden, wobei die festen Kontakte Kontaktschienen sind, die mittels Laschen
und Spannschrauben über zwischenliegende dünne Isolierschichten gegen die Lagerkörper
gepreßt werden und die starren Strombrücken mit äußerer Kontaktfederung von schellenartig
längs geteilten Lenkern geführt werden, die an Traversen angreifen. Ein derartiger
Umschalter erfordert aber nicht nur eine besondere Ausgestaltung der Strombrücken
bzw. Kontakte und des Antriebes, sondern eine erhebliche Baulänge bzw. -breite.
Dieselben Sachteile weisen auch andere, und zwar z. B. solche für Hochspannungskreise
bestimmte Schalter mit zwei Gruppen. gegeneinander beweglicher und gleichzeitig
unterbrechender, insbesondere plattenförmiger Kontakte auf, die bei geschlossenem
Schalter in Reihe geschaltet und bei offenem Schalter einzeln voneinander elektrisch
isoliert sind.
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Aber auch die weiterhin bekannten Schalter zum Führen hoher Dauerströme,
beispiels-,ceis-. von mehreren tausend Ampere, bei denen die Kontakte unter Verwendung
normaler Schaltel°mente parallel geschaltet sind, ergeben erhebliche Schalterabmessungen,
zumal auch hierbei sämtliche Kontakte nebeneinander angeordnet werden. Dies macht
sich besonders bei Schaltern mit 'Messer- oder Bürstenkontakten unangenehm bemerkbar,
da hierbei im Hinblick auf die höchstzulässige Stromstärke. die diese Kontakte führen
können, sich Anordnungen mit einer Vielzahl von Kontakten ergeben. Es entstehen
dadurch Konstruktionen, die hinsichtlich des von ihnen eingenommenen Raumes in keinem
Verhältnis zu ilir,-m. Anwendungszweck stehen.
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Bei derartiger= Schaltern mit nebeneinander angeordneten Kontakten
werden die beweglichen Kontakte gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen. Das gleichzeitige
Öffnen bzw. Schließen sämtlicher Hauptkontakte macht jedoch bei den bekannten Schaltern
die Anbringung von zusätzlichen Vor- und Funkenziehkontakten erforderlich. Die bei
derartigen Schaltern Verwendung findenden Bürstenkontakte sind dabei stark temperaturabhängig
und dürfen nicht überlastet «-erden. da sie dann ausglühen können. Das bei Al>schaltun--##2n
hoher Ströme infolge von Funkenbiidung°n unvermeidliche Verschmoren solcher ge-Hä
tterterKontakte macht dabei ihr Abschleifen erforderlich und hat daher unliebsame
E2triebsunterbrechungen zur Folge.
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Demgegenüber zeichnet sich die Erfindung im -wesentlichen dadurch
aus. daß die beweglichen, als Klotzkontakte ausgebildeten Hauptkontakt2 übereinander
in einer oder mehreren senkrecht zu der Antriebsachse verlaufenden Ebenen angeordnet
und derart miteinander gekuppelt sind, daß sie beim Schalten in vorbestimmter Reihenfolge
nacheinander geöffnet bzw. geschlossen werden. Hierdurch läßt sich die Breitenabmessung
auf nahezu die Hälfte gegenüber der Breite der bekannten Schalterbauart mit nebeneinander
angeordneten lainellenförmigen Isontal;t.-n verringern. Trotz dieser Breitencerkürzung
bleibt die Höhe des Schalter; gegenüber der Schalterhöhe der zuletzt genannten Bauart
unverändert. Dies geht u. a. aus folgendem hervor: Zum Antrieb des Schalters ist
bekanntlich ein Arbeitsaufwand erforderlich, der durch das Produkt Kraft X Weg gegeben
ist und der im Hinblick auf die gewünschte Massenbeschleunigung der bewegten Schalterteile
verhältnismäßig groß ist. Da insbesondere bei den Handantrieben die hierzu erforderliche
Kraft begrenzt ist, so ist es nur durch die Vergrößerung des Hubes möglich, die
erforderliche Antriebsenergie aufzubringen, wobei der Hub bei einem schwenkbaren
Hebel durch den «'inkelweg zwischen den Endstellungen gegeben ist. Dieser Weg beträgt
erfahrungsgemäß etwa 12o-. Da die bisher verwendeten Schalter für hohe Stromstärken
unabhängig von der Bauart in ihrem oberen Teil Funkenlöscheinrichtungen, insbesondere
Funkenkammern, besitzen, so ist die Lage der oberen Endschaltstellung für den Handliebe'
praktisch von vornherein festgelegt. Durch den erforderlichen Weg von etwa 12o=
einerseits und die Bauart der z. B. in Schiffsanlagen Verwendung findenden Umschalter
andererseits ist die Höhe des Schaltfeldes festgelegt. Während aber bei den bekannten
Schaltern der Raum unterhalb des Schalters. insbesondere nahe der Wand, tot liegt.
wird dieser Raum bei dem Erfindutigsaegenstand infolge der gewählten Anordnung der
Kontakte in zwei übereinanderliegenden Reihen voll ausgenutzt. Die Verwendung von
Klotzkontakten trägt dabei wesentlich dazu bei, daß der Schalter selbst bei sehr
hohen Stromstärken. z. B. von mehreren tauend Ampere, eine außerordentlich gedrungene
und betriebssichere
Bauart ergibt. Dadurch, daß die Kontakte bei
dem Erfindungsgegenstand in vorbestimmterReihenfolge nacheinander geöffnet bzw.
geschlossen werden, fallen zusätzliche Vor- und Funkenziehkontakte fort, indem z.
B. die zuletzt öffnenden, beim geschlossenen Schalter die Stromführung in demselben
Maß.. wie die zuerst öffnenden Hauptkontakte übernehmenden klotzfö.rmigen Hauptkontakte
als Punkenzieher dienen. Ein weiterer auf das ungleichzeitige Öffnen und Schließen
der Hauptkontakte zurückzuführender Vorteil wird dabei dadurch erreicht, daß man
die zuletzt öffnenden Kontakte an der, .und zwar insbesondere oberhalb der Antriebsachse
befindlichen, Stelle anordnen kann, . wo Platz für eine etwaigeAusdehnung des Schaltfeuers
vorhanden ist.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht; es zeigt Fig. z den mehrpoligen Schalter im eingeschalteten Zustand,
und zwar teilweise im Schnitt, Fig. 2 den Schalter in Draufsicht und Fig. 3 ein
Schaltschema des zweipoligen Schalters.
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Der Schalter enthält vier obere, aus Kontaktstücken i, 2, und vieruntere,
aus Kontaktstücken 3, 4 bestehende Kontakte, die auf beiden Seiten der Schaltersymmetrieebene
liegen. Die einen Pol bildenden Kontakte bzw. mehrere derartige Pole sind auf Tragschienen
5, 6 angebracht, so daß eine Einheit entsteht. Die beweglichen Kontaktstücke i,
3 und die feststehenden Kontaktstücke sind als klotzförmige Druck-Schiebe-Kontakte
ausgeführt, wobei sie in der aus der Fig. 3 ersichtlichen Art geschaltet sind. Mehrere,
z. B. zwei, feststehende Kontaktstücke 2 bzw. 4 verschiedener Kontakte sind somit
elektrisch miteinander verbunden und bilden eine Gruppe. Derartige Gruppen der Kontaktstücke
sind parallel geschaltet. Auf diese Weise lassen sich bei Verwendung normaler Schaltelemente
erhebliche Dauerströme führen bzw. schalten. So können beispielsweise einzelne Kontaktstücke
für rooo A bemessen werden, so, daß man einen Dauerstrom von 4oooA in Richtung der
Pfeile 2o zuleiten und in Richtung der Pfeile 2r ableiten kann. Die Anordnung ist,
wie im nachstehenden näher erläutert wird, so, ausgeführt, daß die Kontakte r, 2
beim Abschalten nach den und beim Einschalten vor den Kontakten 3, 4 geöffnet hzw.
geschlossen werden, so daß die Ab- und Einschaltfunken sich vorwiegend an den Kontakten
1,:2 bilden.
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Der Schalter kann auch so ausgebildet werden, daß nur zwei obere und
zwei untere Kontakte, also entsprechend der einen Hälfte nach Fig. 3, vorgesehen
werden. Die Zu- und Ableitung des Stromes kann hierbei entweder so, wie es in dem
rechten Teil, oder wie es in dem linken Teil der Fig. 3 dargestellt ist, erfolgen;
d. h. der Strom wird den feststehenden Kontakten zugeführt und von den beweglichen
Kontakten abgenommen oder umgekehrt. Es kann aber ausschließlich ein Kontakt oben
und ein Kontakt unten vorgesehen werden. Diese Kontakte werden parallel geschaltet.
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Die Betätigung des Schalters kann entweder, wie dargestellt, mittels
eines gemeinsamen, vor dem Schalter liegenden schwenkbaren stangenförmigen Handgriffes
7, eines Motors, eines Hubmagneten o@d. dgl. bzw. sowohl von Hand als auch durch
einen Motor, Hubmagneten od. ä. vorgenommen werden. Der Handgriff 7 stützt sich
auf zwei Tragarme 8, 9 ab, die mit ihren teilkreisförmigen Endteilen r o, iz auf
Wellenstümpfe 12, 14 aufgesetzt sind und die zum Fixieren der Endlagen mit Einkerbungen
versehen sind, in die eine durch gestrichelte Linie angedeutete, auf einem feststehenden
Teil des Schalters vorgesehene Kugel, Rolle usw: eingreifen kann.
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An der inneren Fläche jedes Tragarmes 8 bzw. 9. für den Handhebel
7 ist ein Zapfen 15 bzw. 16 vorgesehen. Jeder Zapfen 15 bzw. 16 wirkt mit einer
lose auf dem jeweiligen drehbaren Wellenstumpf 12 bzw. 14 aufgesetzten, als, Kupplungsorgan
zwischen dem Handgriff und den Kraftüberträgüngsgliedern des Schalters dienenden
Nockenscheibe 17 bzw. 18 zusammen. Zu diesem Zweck ist jede der beiden Nockenscheiben
mit zwei Nocken 24, 25 versehen. Der jeweilige Zapfen 15 bzw. 16 greift in den zwischen
den Nocken 24, 25 entstehenden Ausschnitt 3o. hinein. An der Nockenscheibe sind
ferner Bolzen 26, 27 vorgesehen. Die Bolzen 26, 27 sind insbesondere doppelt gelagert,
indem sie mit ihrem einen Ende von der Nockenscheibe 17 bzw.: 18 und mit ihrem anderen
Ende von einer parallel zur Nockenscheibe verlaufenden, ebenfalls auf dem jeweiligen
Wellenstumpf lose sitzenden Platte 29 getragen werden.
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Die Platte 29 kann entweder die gleiche Form wie die Nockenscheibe
oder eine beliebige andere, lediglich die Lagerung des Bolzens 26 bzw. 27 erlaubende
F'orrn aufweisen. An dem Bolzen 26 greifen die Kraftübertragungsglieder für die
beweglichen Kontaktstücke 3 und an dem Bolzen 27 solche für die beweglichen Kontaktstücke
i an.
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Die Bolzen 26 der beiden Nockenscheiben 17, 18 dienen als Drehpunkte
für die gekrümmten Schwenkhebel 3r. Jeder Schwenkhebel greift mit seinem anderen
Endteil an einem Gelenk 32 an, an dem ein Hebel 33
gelenkig angeschlossen
ist, der um einen an dem Schalterrahmen drehbar gelagerten Bolzen 34 schwenkbar
ist, so daß das Gelenk 32 beim Ausschalten in Richtung des Pfeiles 35 bewegt werden
kann. An dem Drehbolzen 34 ist ein Arm 36 vorgesehen, der gelenkig mit einem Isolierzwischenhebel39
verbunden ist. Dieser Isolierzwischenhebel ist mittels eines Stiftes 4.o ebenfalls
gelenkig mit einem um den Bolzen .I1 kippbaren Träger .I2 des be-,veglichen Schaltstückes
3 verbunden. Beim Ausschalten bewegt sich somit der Stift 4o in Richtung des Pfeiles
:1.9 und der Gelenkpunkt zwischen dem Arm 36 und dem Isolierh°bel 39 in Richtung
des Pfeiles :4..
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An den in dem Träger d.2 doppelt gelagerten Stift 45 ist ein Hebel
46 schwenkbar angelenkt, der einen Stift 4.7 trägt. An dem Stift 47 ist eine Schraubenfeder
48 angebracht, die mit ihrem anderen Endteil um den an dem Träger 4.? doppelt gelagerten
Stift .1o greift. Die Feder.I8 stellt den notwendigen Kontaktdruck über den Hebel
46 her.
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Sowohl an dem Träger .I2 für das bewegliche Kontaktstück 3 als auch
an dem gleichartigen Träger 5.2 für das Kontaktstück i ist ein doppelt gelagerter
Rundbolzen 50 bziv. 6o vorgesehen. An dem Rundbolzen 5o hzw. 6o des Trägers
.I2 bzw. 52 ist eine für die Kontaktstücke i und 3 gemeinsame Ausschaltfeder 7o
befestigt, die beim Einschalten gespannt und beim Ausschalten in der Zeit nicht
beeinflußt wird, während welcher der Zapfen 15 bziv. 16 in dem Ausschnitt
3o der N ockenscheibe bewegt wird.
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Im eingeschalteten Zustand bilden der Bolzen 34., der Gelenkpunkt
zwischen dem Arm 36 und dem Isolierhebel 39 und der Stift do ein Dreieck. Der Arm
36 und der Isolierhebel 39 werden in dieser Lage durch einen in der Zeichnung nicht
dargestellten Anschlag festgehalten. Beim Betätigen des Handhebels 7 nach unten
wird die Fläche dieses Dreiecks verkleinert, so daß in der Totpunktlage drei Punkte,
die. früher ein Dreieck bildeten, auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Nach dem
Überschreiten der Totpunktlage bewirkt die Ausschaltfeder 7o durch ihr Arbeitsvermögen
das Abheben des beweglichen Kontaktstückes 3.
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Das jeweilige Kontaktstück i wird ähnlich wie das Kontaktstück 3 über
einen an dem Träger 52 des Kontaktstückes i angreifenden Hebel 56 unter Zwischenschaltung
einer Feder 58'gegen das feststehende Kontaktstück 2 gepreßt. Die Feder 58 greift
an einem doppelt gelagerten Stift eo an, der zugleich ein Isolierzwischenstück 79
trägt. Das IsolierzwischenstÜck 79 ist mit einem drehbaren Arm 76 gelenkig verbunden,
der an einem dem Hebel 33 entsprechenden, um den Bolzen 74 beweglichen Hebel 73
angreift. Hierbei sind wie bei dem Hebel 33 zwei parallel zueinander verlaufende,
den Hebel 73 bildende Teile vorgesehen, die einen Zapfen 7? tragen, der in ein Langloch
62 einer an dem Bolzen 27
der N ockenscheibe angreifenden Stange 63 eingreift.
Der Bolzen 7d., der Gelenkpunkt zwischen dem drehbaren Arm 76 und dem Isolierhebel
79 und der Stift 8o, die miteinander im eingeschalteten Zustand des oberen Kontaktes
i. a zusammen ein Dreieck bilden und in dieser Lage mittels eines Anschlages festgehalten
werden, wirken mit der Ausschaltfeder 7o ähnlich zusammen wie der Bolzen 3.1, der
Gelenkpunkt zwischen dem Arm 36 und dem Isolierhebel 39 und der Stiftd.o des zunächst
öffnenden Kontaktes3,4.
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Beim Schwenken des Handhebels 7 aus seiner Einschaltlage in die Ausschaltlage
bewegen sich zunächst die Zapfen 15, 16 in den Aussparungen 3o der Nockenscheiben
17, 18. Treffen nun die Zapfen 15, 16 auf die Nocken 2d. der Nockenscheiben
17, 18 auf, so werden zunächst die Hebel 36, 39 über die Totpunktlage gedrückt,
so daß das untere Kontaktstück 3 durch die Ausschaltfeder 7 o abgehoben wird. Beim
Öffnen des unteren Kontaktes 3, .1 werden die Nockenscheiben i7, i8 weitergedreht.
Hierbei bleibt der obere Kontakt noch geschlossen, da dabei sich die Stange 63 in
ihrem Langloch zunächst nach außen und dann über ihre äußerste Lage nach innen bewegt,
bis der Bolzen 27 für das Kontaktstück i die mit 77 bezeichnete Lage erreicht. In
dieser Lage des Bolzens 27 wird das durch die Hebel 76. 79 gebildete Gelenk
über den Totpunkt mittels der Stange 63 zurückgezogen, so daß jetzt durch
die Ausschaltfeder 7o Momentausschaltung des oberen Kontaktes erfolgt, wobei die
\ockenscheiben mittels der Ausschaltfeder ;7o über das Gestänge in ihre Ausschaltlage
zurückgedreht werden, da die Nockenscheiben in ihrer Bewegung durch die in die Ausnehmungen
30 der - N ockenscheiben hineinragenden Zapfen 15, 16 nicht gehindert werden. Der
zwischen den Kontaktstücken r, 2 entstehende Lichtbogen wird dann nach außen durch
die die Kontaktstücke aufnehmenden Lichtbogenkammern 82 abgeleitet.
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Das Einschalten erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, indem beim Schwenken
des Handhebels 7 aus seiner unteren in die obere Lage die Zapfen 15, 16 durch Auftreffen
auf die 1 ocken 25 zunächst das Einlegen der oberen Kontaktstücke i und dann das
Schließen der unteren Kontakte 3, d. bewirken.
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Man kann den Betätigungshebel ? so anordnen, daß er, um aus einer
Endschaltstellung in die andere Endschaltstellung zu gelangen, entweder, wie in
der Zeichnung angegeben
ist, um 1200 oder um einen kleineren Winkel
geschwenkt wird.
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Während dieser Bewegung kann ein in der Zeichnung mit 85 bezeichneter
Meldeschalter betätigt werden.
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Statt, wie dargestellt, die Kontakte beiderseits einer Antriebsachse
bzw. ihrer Stümpfe vorzusehen, können dieselben auf einer Seite der Antriebsachse
od. dgl. angeordnet werden.: Die Schwenkpunkte für die Träger der beweglichen Kontaktstücke
können hierbei entweder etwas gegeneinander versetzt oder es können. beide beweglichen
Kontaktstücke auf einem gemeinsamen Träger angeordnet werden. Auch in diesem Fall
liegen die Kontakte übereinander und werden in einer oder mehreren senkrecht zu
der Antriebsachse verlaufenden Ebenen bewegt, wobei sie eine Relativbewegung zueinander
ausführen.