DE813724C

DE813724C - Water-cooled circuit breaker

Info

Publication number: DE813724C
Application number: DESCH1238A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr-Ing Schoenbacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-02-16
Filing date: 1950-02-16
Publication date: 1951-09-17

Description

Wassergekühlter Leistungsschalter Luft- und Ölschalter vermögen mangels Kühlung küine größeren Leistungen mit hoher Schalthäufigkeit zu bewältigen, welche Aufgabe: z. B. beim Induktionshärten von Kleinteilen mit Maschinenumformern vorliegt, wobei Scheinleistungen bis zu iooo kVA und mehr bei Schalthäufigkeiten bis zu 30 Schaltungen je Minute schlagartig ein- und abzuschalten sind. Erschwerend ist hierbei noch die hohe Frequenz bis zu io kHz, die eine magnetische Funkenlöschung unmöglich macht und zu starken Lichtbagenbildungen Anlaß gibt. Luftschütze für derartige Beanspruchungen werden unwirtschaftlich groß und kostspielig.Water-cooled circuit breaker Air and oil switches are able to cope with a lack of cooling küine higher power with high switching frequency, which task: z. B. in the induction hardening of small parts with machine converters, with apparent powers of up to 100 kVA and more with switching frequencies of up to 30 operations per minute are suddenly switched on and off. A complicating factor here is the high frequency of up to 10 kHz, which makes magnetic spark quenching impossible and gives rise to strong arc formation. Air contactors for such demands are uneconomically large and expensive.

Die Kontakte des erfindungsgemäßen Leistungsschalters befinden sich in einer von Wasser durchströmten Kammer. Die intensive Wasserkühlung ermöglicht einerseits die Anwendung sehr kleiner Kontaktflächen, die trotz hohen Stromes sich nicht erwärmen, und anderersaits ist frisches, fließendes Leitungswasser wegen seiner hohen Durchschlagsfestigkeit ein ausgezeichnetes, sich ständig erneuerndes Medium zur Funkenlöschung. Die geringfügige Stromdurchlässigkeit frischen Wassers stört den Härtebetrieb mittels induktiven Stromes nicht, da einige Ampere Stromdurchlaß relativ zu mehreren hundert Ampere abgeschalteten Heizstrom nicht ins Gewicht fallen. Zudem ist beim induktiven Härten stets eine Wasserstation, meistens mit Drehpumpe, schon vorhanden, so daß die Wasserkühlung des Schalters 'keine zusätzlichen Kosten bedingt. Daher ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter zum Zwecke der Induktionshärtung einfach und billig herzustellen.The contacts of the circuit breaker according to the invention are located in a chamber through which water flows. The intensive water cooling enables on the one hand the use of very small contact areas, which despite the high current do not heat, and otherwise there is fresh, running tap water because of it high dielectric strength an excellent, constantly renewing medium for spark extinction. The low current permeability of fresh water is a nuisance the hardening operation by means of inductive current, because a few amps of current flow relative to several hundred amperes of switched off heating current are of no consequence. In addition, with inductive hardening there is always a water station, usually with a rotary pump, already available, so that the water cooling of the switch 'no additional costs conditional. Therefore, the circuit breaker according to the invention is for the purpose of induction hardening easy and cheap to manufacture.

Ein besonderes Augenmerk ist jedoch auf die Wahl des Kontaktmaterials zu legen. Da der Flüssigkeitsfunke infolge der starken Kühlung viel konzentrierter ist, d. h. einen sehr viel kleineren ionisierten Querschnitt aufweist als der Luftfunke, werden auch die Kontaktflächen höher auf lokale Erhitzung beansprucht. Diese Erhitzung führt aber -,wegen des fehlenden Sauerstoffes nicht wie an Luft zur Oxydation, sondern nur zu Abschmelzungen. Erfindungsgemäß werden für die Kontakte des wassergekühlten Leistungsschalters nur Leitermaterialien mit sehr hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Wolfram u. dgl., insbesondere Graphitkohle und auch Reingraphit verwendet. Graphitkohle hat den Vorteil, daß sie wegen ihres höheren elektrischen Widerstandes den Funken zu einem größeren Brennfleck veranlaßt und so die spezifische Flächenbelastung herabsetzt. Außerdem ist Graplütkohle frei von Abschmelzerscheinungen, jedoch mechanisch leicht verschleißbar.However, special attention is paid to the choice of contact material to lay. Because the liquid spark is much more concentrated due to the strong cooling is, d. H. has a much smaller ionized cross-section than the air spark, will the contact surfaces are also subjected to higher local heating stress. This heating but does not lead to oxidation as in air, because of the lack of oxygen, but rather only to meltdowns. According to the invention for the contacts of the water-cooled Circuit breaker only conductor materials with a very high melting point, such as. B. Tungsten and the like, in particular carbon graphite and also pure graphite, are used. Graphite charcoal has the advantage that it causes the spark because of its higher electrical resistance causes a larger focal point and thus reduces the specific surface loading. In addition, graphite charcoal is free from melting phenomena, but mechanically light wearable.

Der erfindungsgemäße Schalter kann rein mechanisch betätigt werden oder aber durch einen Elektromagneten und schließlich hydraulisch mit Hilfe des unter Druck zufließenden Kühlwassers. Hinsichtlich der Schalthäufigkeit sind diesem Schalter keine Grenzen gesetzt. Die Lebensdauer ist bei Kohlekontakten weniger elektrisch als durch den mechanischen Abrieb bedingt. Erfindungsgemäß ist aber das Kühlwasser gleichzeitig als Dämpfungsmittel für die Schließbewegung des Schalters ausgenutzt, wodurch . die Kontakte vor Schlagbeanspruchungen- geschützt sind.The switch according to the invention can be operated purely mechanically or by an electromagnet and finally hydraulically with the help of the cooling water flowing in under pressure. With regard to the switching frequency, these Switch no limits. The service life of carbon contacts is less electrical than caused by mechanical abrasion. According to the invention, however, the cooling water at the same time used as a damping means for the closing movement of the switch, through which . the contacts are protected against impact loads.

Im Bild i ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalter! schematisch wiedergegeben. Der Isolationskörper i, zu Kontrollz-,vecken vorzugsweise durchsichtig, z. B. aus Plexiglas, weist eine Funkenkammer 2 auf, worin sich die Kontakte 3 und 4 befinden. Der feststehende Kontakt 3 ist mit dem Gewindeteil 5 fest verbunden, der durch die Bohrung 6 das Kühlwasser durchläßt, das durch seitliche Löcher 7 unterhalb der Kontaktfläche 3 sowie durch ein zentrisches Loch 8 in diesem in die Kammer 2 tritt. Für den Anschluß des Druckwassers ist der Gewindestutzen g vorgesehen. Das Druckwasser wird von einem elektromagnetisch betätigten, in Bild i nicht aufgeführten Druckwasserschalter geliefert, sobald dieser an die Steuerspannung gelegt wird. Der Kolben io mit der Leder- oder Gummidichtung i i, an welchem der bewegliche Kontakt 4 sitzt, überwindet unter Einfluß des Wasserdrucks die Kraft der vorgespannten Feder 12, öffnet somit den Schalter und geht bis zum Anschlag an den Gewindeteil 13, der als Führung für die Kolbenstange 14 dient. Das im Federraum 15 befindliche Wasser entweicht dabei durch den weiten Abfluß 16. Nun ist auch der Kontakt 4 und die Kolbenstange 14 axial durchbohrt, und es bestehteinDurchflußdurch das seitliche Loch 17 in den Abfluß 16.In picture i is an embodiment of the switch according to the invention! shown schematically. The insulation body i, to control z-, vecken preferably transparent, e.g. B. made of plexiglass, has a spark chamber 2, in which the Contacts 3 and 4 are located. The fixed contact 3 is connected to the threaded part 5 firmly connected, which allows the cooling water to pass through the bore 6, which passes through the lateral Holes 7 below the contact surface 3 and through a central hole 8 in this enters chamber 2. The threaded connector is used to connect the pressurized water g provided. The pressurized water is operated by an electromagnetically, in picture i not listed water pressure switch delivered as soon as this is connected to the control voltage is placed. The piston io with the leather or rubber seal i i, on which the movable contact 4 is seated, overcomes the force under the influence of the water pressure the pretensioned spring 12, thus opens the switch and goes up to the stop on the threaded part 13, which serves as a guide for the piston rod 14. That in the pen room 15 located water escapes through the wide drain 16. Now is the Contact 4 and piston rod 14 axially pierced and there is a flow through the side hole 17 in the drain 16.

Wird der Druckwasserzufluß am Anschluß 9 durch Abschalten des elektromagnetischen Wasserschalters unterbunden, so drückt die Feder 12 mit dem Kolben io das Wasser der Funkenkammer durch die Bohrung der Kolbenstange 14 und das Loch 17 in den Abfluß 16. Eine Nadel 18, die, in die Bohrung der Kolbenstange 14 eingedreht, mit konischer Spitze bis zum Loch 17 reicht, reguliert dessen Öffnung. Je -nach der Drosselung des Wasserdurchgangs wird eine mehr oder weniger starke Dämpfung des Schließvorgangs erzielt. Dadurch ist trotz starken Federdrucks ein schlagfreies Schließen des Schalters ermöglicht, dessen Kontakte im Dauerbetrieb so mechanisch geschont werden. Der Öffnungsstoß wird durch die Gummischeibe i9 gemildert, die gleichzeitig zur Isolierung der Feder gegen Stromdurchgang dient.If the pressurized water supply at connection 9 is switched off by switching off the electromagnetic Water switch prevented, the spring 12 pushes the water with the piston io the spark chamber through the bore of the piston rod 14 and the hole 17 into the drain 16. A needle 18, which is screwed into the bore of the piston rod 14, with a conical Tip extends to hole 17, regulates its opening. Depending on the throttling the passage of water becomes a more or less strong damping of the closing process achieved. This ensures that the switch closes without impact despite the strong spring pressure enables the contacts of which are mechanically protected in continuous operation. The opening push is tempered by the rubber washer i9, which also isolates the spring serves against the passage of current.

Zwischen dem Sechskant 20 und der Mutter 21 sowie zwischen den :Muttern 22 und 23 sind die beiden Stromzuleitungen 24 und 23, vorzugsweise dünne, flexible Kupferbänder, angeklemmt. Der Schalter wird zum Öffnen des Arbeitsstromkreises oder aber auch zuweilen zum Kurzschließen von Maschinenumformern mit Heizfrequenzen benutzt. Durch Verdrehung der Rändermutter 26 wird die Nadel 18 und damit die Flüssigkeitsdämpfung der S 5 chließbewegung des Schalters verstellt.The two power supply lines 24 and 23, preferably thin, flexible copper strips, are clamped between the hexagon 20 and the nut 21 and between the nuts 22 and 23. The switch is used to open the working circuit or sometimes to short-circuit machine converters with heating frequencies. By rotating the nut 26 edges of the needle 18 and thus the damping of the liquid S is adjusted chließbewegung 5 of the switch.

Bei Verwendung von Kohlekontakten, die der Funkenhitze sehr gut widerstehen, ist wegen des schlechten elektrischen Leitwertes auch während des Stromschlusses eine intensive Kühlung notwendig, da ansonsten das in der Funkenkammer 2 stehende Wasser bei längerer Einschaltdauer zu kochen beginnt. Deshalb ist in diesem Falle ein dauernder Wasserzufluß durch die Bohrung 6 und durch die Kolbenstange hindurch zum Loch 17 und in den Abfluß 16 vorgesehen, der jedoch nicht soviel Druck erzeugt, um den Koll>e,n io gegen die Federkraft anzuheben. Diese Zuleitung umgeht den elektrischen Wasserschalter, der bei Betätigung das Druckwasser zum Öffnen des Wassers durchläßt.When using carbon contacts, which withstand the spark heat very well, is due to the poor electrical conductivity even during the power supply intensive cooling is necessary, since otherwise it is in the spark chamber 2 Water starts to boil if the device is switched on for a longer period of time. That is why in this case a constant flow of water through the bore 6 and through the piston rod provided to the hole 17 and into the drain 16, which however does not generate as much pressure, to lift the coll> e, n io against the spring force. This lead bypasses the electrical one Water switch which, when actuated, lets the pressurized water through to open the water.

Abweichend vom erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Betätigung ,des Schalters, wenn an Stelle von Druckwasser der Kolben io mit dem Kontakt 4 mittels eines Elektromagneten gehoben wird, der am Ende der Kolbenstange 14 angreift. In diesem Falle fließt durch die Bohrung 6 stets nur soviel Wasser mit ständig gleichem Druck zu, wie für die Kühlung der Kontakte, die Löschung des Funkens und die Abfuhr der elektrolytisch entstehenden Wärme im Öffnungszustand des Schalters erforderlich ist. Die konstruktive Durchbildung des Schalters ist dabei dieselbe, wie in Bild i dargestellt.The actuation differs from the illustrated embodiment , the switch, if instead of pressurized water the piston io with the contact 4 by means of an electromagnet that engages the end of the piston rod 14 is lifted. In In this case, only so much water flows through the bore 6 with the same amount of water Pressure to, as for the cooling of the contacts, the extinguishing of the spark and the dissipation the electrolytically generated heat is required when the switch is open is. The design of the switch is the same as in the picture i shown.

Anstatt des Kolbens io mit dem Dichtungsring i i ist bei einer anderen Ausführung eine Membran vorhanden, die unter Federdruck steht oder selbst die Federkraft in sich trägt. Eine regulierbare Auslaßöffnung, die die Funkenkammer entwässert; gestattet wiederum, beliebige Dämpfungen des Schließvorgangs einzustellen.Instead of the piston io with the sealing ring i i is in another Execution a membrane is available, which is under spring pressure or even the spring force carries in itself. An adjustable outlet opening that drains the spark chamber; allows in turn to adjust any damping of the closing process.

Werden durch Anschmelzungen die Kontaktflächen stark deformiert, so geben sie! wegen nur noch punktförmiger Auflage schlechten Kontakt. Erfindungsgemäß ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel der untere Kontakt 3 in Bild i als Quecksilbernapf ausgebildet, in den ein langer, beweglicher Kontakt 4 eintaucht. Damit bleiben die Abschmelzerscheinungen am Kontakt 4 ohne , Einfluß auf die Güte der Kontaktgabe.If the contact surfaces are severely deformed by melting, so give! poor contact due to only point-like contact. According to the invention is in a further embodiment the lower contact 3 in picture i as a mercury bowl formed, in which a long, movable contact 4 is immersed. That leaves them Melt-off phenomena on contact 4 without, influence on the quality of the contact.

Die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen wassergekühlten Schalter wird durch die Parallel- schaltung von Kapazitäten erhöht, die zur Funken- lüschutig 1l@itrag@n. Erfindungsgemäß ist dem Lösclikorid,iisator noch ein" Induktivität parallel geschaltet, die hei der Arbeitsfrequenz mit jenem in 1Zc,silnaiiz ist, so> claß bei geöffnetem Schalter der Stromdurchgang trotz Vorhandensein eines Lösch- kondensators unterbunden ist. The performance of the water-cooled switch according to the invention is determined by the parallel switching of capacities increased, which for spark lüschutig 1l @ itrag @ n. According to the invention is the Dissolving chloride, iis another "inductance in parallel switched, which is called the working frequency with that in 1Zc, silnaiiz is, so> class with the switch open Electricity continuity despite the presence of an extinguishing capacitor is prevented.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Circuit breaker for temporary and li: possible interruption of the working circuit () the one for short-circuiting the generators mer \% 'itrnilleli;indltiii; gsanlageti, thus identified shows that his contacts are in a Eunl; enl; ammcr lletin <len, which by a water electricity is flowing through it. 2. Circuit breaker according to claim i, there- characterized in that one of the two clocks finitely conductive with a movable piston which closes the spark chamber, the one @ - <lrzüge @@ - cise adjustable or adjustable bare. @ -orzug @@ cise arranged in the piston owns the all-round cooling water and at the same time the \\ iüischte liquid damping for the closing lic \\ - cguiig of the switch dimensioned. ,;. Circuit breaker according to _lnsprucli 2, thereby characterized that the opening and closing ll. \\ egitng by outer, on the piston we-- kendc forces, which are preferably caused by Vedern or electron agnets. Low-cost switch according to claim 3, that characterized in that the piston in

The closed state of the switch is pressed by a spring or a weight against the fixed contact and in the open state of the switch the pressure force of the water in the spark chamber on the piston is greater than the spring force counteracting this in the closed state. Circuit breaker according to Claim 4, characterized in that the water pressure required to open the switch is controlled by a solenoid valve. 6. Circuit breaker according to claim 2 to 5, characterized in that instead of a piston, a membrane carries the movable contact and closes the spark chamber. 7. Circuit breaker -according to claim i to 6, characterized in that the contacts made of metals with a high melting point, such as. B. tungsten, or made of carbon graphite or bone graphite. B. Circuit breaker according to claim>; to 6, characterized in that the movable contact consists of materials according to claim 7 and is located above the fixed contact, which is designed as a mercury bowl, in which the upper contact is immersed when the switch is closed. G. Circuit breaker according to Claims 1 to 8, characterized in that it is connected in parallel with a capacitance or a circuit combination of the same with an inductance, preferably matched to resonance at the operating frequency.