DE973459C - Kontaktstueck fuer Schalter hoher Abschaltleistung - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, bei elektrischen Leitern zur Erhöhung des Kontaktdruckes die Öffnungskräfte einer Stromschleife auszunutzen, welche durch nebeneinander angeordnete, in verschiedener Richtung vom Strom durchfiossene Leiter gebildet wird, von denen der eine im Raum feststeht, während der andere relativ dazu bewegbar ist. Für solche grundsätzlichen Anordnungen ist bisher eine Anordnung bekanntgeworden., bei welcher der ortsfeste Teil der Stromschleife glocken- oder kappenartig ausgebildet ist und wobei der bewegbare Leiter, am unteren Rand der Kappen- oder Glockenform angelenkt, sich parallel zur inneren Mantelfläche der Raumform des ortsfesten Kontaktes erstreckt. Würde eine solche Anordnung für Leistungsschalter benutzt werden, so ergäbe sich der Nachteil, daß der gezogene Lichtbogen durch seine eigene Blaswirkung nach oben getrieben wird und in der Raumform des geschlossenen Kontaktes Stellen erreichen kann, die die einwandfreie Wirkung des Schalters nach der Abschaltung in Frage stellen.

Es ist auch bereits eine Anordnung bekanntgeworden, die diesen letzteren Nachteil vermeidet. Hierbei ist die Anordnung des beweglichen Kontaktstückes so getroffen, daß es mit seiner flexiblen

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Anschlußleitung zusammen die den Kontaktdruck erhöhende Stromschleife bildet. Die Wirkung dieser Anordnung ist aber begrenzt, da der Abstand zwischen dem Kontaktstück und seiner Zuleitung verhältnismäßig groß ist und andererseits die Abstoßkräfte zunächst eine Ausbiegung der flexiblen Anschlußleitung bewirken werden. Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß für eine maximale Wirkung ein möglichst geringer Abstand der beiden die Stromschleife bildenden. Leiter erforderlich ist.

Es ist zwar bereits auch ein Schalter für hohe Abschaltleistungen bekanntgeworden, bei dem das ortsfest angeordnete Kontaktstück aus zwei Leitern zusammengesetzt ist, die gegenseitig einen geringen Abstand halten und eine den durch eine besondere Druckfeder erzeugten Kontaktdruck erhöhende Stromschleife bilden. Die Anordnung ist hier jedoch so getroffen, daß der bewegliche Leiter in seinem oberen Teil, der gerade für die Ausbildung der Stromschleifenwirkung von Bedeutung wäre, derart abgeschrägt ist, daß der Luftspalt zwischen ihm und dem anderen Leiterteil vergrößert wird, so daß eine wesentliche Erhöhung des Kontaktdruckes durch Schleifenwirkung nicht erzielt wird. Die Erfindung betrifft demgegenüber ein aus zwei gelenkig miteinander verbundenen, eine den Kontaktdruck erhöhende Stromschleife bildenden, aus kleinen gegenseitigen Abstand haltenden Leitern zusammengesetztes ortsfest angeordnetes Kontaktstück für Schalter hoher Abschaltleistung und besteht darin, daß das gegebenenfalls als Lichtbogenlaufhorn ausgebildete Kontaktstück aus langgestreckten, gekrümmten, konzentrisch angeordneten Leitern gebildet ist.

Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, daß besonders große und wirksame Kräfte in der Stromschleife in vorteilhafter Weise erreicht werden können durch eine profilierte Ausführung der Leiter der Stromschleife. Das ist insbesondere der Fall unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein gewisser Abstand der Leiter nicht zu vermeiden ist wegen des betriebsmäßigen Abbrandes der Kontaktstücke an der Trennstelle und dessen notwendigen Ausgleich durch einen entsprechenden Federungsweg der Stromschleife. So gewährleistet nämlich die erfindungsgemäße Profilierung bei großer mechanischer Festigkeit schmale Querschnitte und damit einen kleinen Leiterabstand der Stromführung.

Die Ausführung der Leiter mit schmalem Querschnitt hat auch noch den weiteren Vorteil, daß die bei schnellen Stromänderungen auftretenden Stromverdrängungseffekte klein bleiben. Diese Effekte treten dadurch auf, daß z. B. die an der Schleife von dem einen Leiter in dem danebenliegenden ■Leiter hervorgerufenen Flüsse bei Stromänderung eine EMK induzieren, die einen Kreisstrom zur Folge hat. Dieser überlagert sich dem Hauptstrom derartig, daß er bei Stromanstieg in der dem einen Leiter abgewandten Seite des anderen Leiters eine Erhöhung, in der ihm zugewandten Seite eine Erniedrigung des Stromes hervorruft. Umgekehrt erfolgt bei Stromabfall eine umgekehrte Verschiebung der Stromdichte. Diese Änderungen der Stromdichte bewirken eine Verschiebung des effektiven Mittenabstandes der beiden Leiter endlichen Querschnittes, so daß z. B. bei Wechselstrom praktisch eine Phasenverschiebung zwischen Stromkraft und Strom auftritt. Diese Phasenverschiebung ist dem auftretenden Kreisstrom proportional. Um diesen Kreisstrom klein zu halten, wird erfindungsgemäß die induzierte EMK dadurch herabgesetzt, daß bei gegebener Induktion durch die Wahl kleiner vom Fluß durchsetzter Flächen der Fluß vermindert wird.

Die erwähnte Phasenverschiebung kann man auch durch Herabsetzen der elektrischen Leitfähigkeit vermindern, indem man beispielsweise die Leiter der Schleife nicht in Kupfer, sondern in Messing, Bronze oder Eisen ausführt. Besonders vorteilhaft kann es sein, die beiden starren Leiter in zwei konzentrischen Kreisen anzuordnen, so daß sie z. B. eine Blasspule umgeben können. Diese Blasspule dient zur Erzeugung des erforderlichen Blasfeldes für den Antrieb des nach der öffnung gezogenen Lichtbogens. Bei einer solchen Anordnung läuft der Lichtbogen dann auf dem einen Leiter, der durch geeignete Formgebung für diesen Zweck gleichzeitig als Lichtbogenhorn benutzt werden kann, nach oben hin aus der Schaltstelle hinaus.

Um den Lichtbogenlauf in dem einen Leiter der Schleife noch zu verbessern, kann man gemäß der weiteren Erfindung zur mechanischen Verstärkung bzw. für die Profilierung auf die Außenseite des Leiters aufgesetzte Rippen schmal und hoch ausführen. Dadurch wird der Lichtbogenfußpunkt aus der unmittelbaren Umgebung des Leiters nach außen verlagert und damit aus dem Gebiet des starken, einen falschen Antrieb ergebenden Teilfeldes des Leiters in das Gebiet schwächeren Magnetfeldes verlegt. Es ergibt sich hieraus, wie bereits angeführt, daß die nicht in gleichem Maße geschwächten Teilfelder des unteren Leiters der Schleife und der Blasspule, die einen richtigen Ablauf des Lichtbogens erzwingen, wirksamer werden.

Zur weiteren näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele und weiterer im Rahmen der Erfindung liegender wertvoller Einzelmerkmale wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnungen Bezug genommen.

In dem schematischen Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 bezeichnen 1 und 2 die beiden eine Stromschleife bildenden massiven Strombahnen. Diese sind über einen Gelenkbolzen 3 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Der Leiter 1 steht im Raum fest. An der Stelle 4 wird ihm der Strom zugeführt. Der Leiter 2 ist beweglich im Punkt 3 gelagert. Von diesem Leiter aus werden an der Schaltstelle 5 die Ströme von einem Schaltstück 6 übernommen, das im Punkt 7 drehbar gelagert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Bewegung dieses Schaltstückes 6 durch den nicht dargestellten Schaltermechanismus ohne Zwischenschaltung von federnden Gliedern.

Zur Erzeugung des Kontaktdruckes für den Betriebsstrom werden die beiden Stromleiter durch Federn auseinandergedrückt. Man kann erfindungsgemäß vorzugsweise in die Stromleiter eingespannte Blattfedern verwenden. Eine oder gegebenenfalls mehrere solche Blattfedern sind im Ausführungsbeispiel mit 8 bezeichnet. Sie drücken über einen Isolierbolzen 9, der am Leiter 2 befestigt ist, auf diesen Leiter. Die Blattfedern sind eingespannt zwischen dem im Leiter 1 verankerten Bolzen 10 und dem anderen Ende der Strombahn 2, das über den Bolzen 3 und den Leiter 1 ebenfalls im Raum festgehalten wird. Durch diese Art der Einspannung erzeugen die Federn 8 sowohl an der Schaltstelle 5 als auch im Gelenk 3 den notwendigen Kontaktdruck zur Leitung des Betriebsstromes. Dieser Kontaktdruck wird im Kurzschlußfall durch die zwischen den massiven Leitern 1 und 2 auftretende abstoßende Kraft verstärkt. Diese Zusatzkräfte

ao sind ebenso wie die in der Schaltstelle 5 wirkenden Kontaktabhebekräfte direkt proportional dem Quadrat der Stromstärke, so daß sich die Anordnung ohne weiteres so bemessen läßt, wie es für eine Sicherung gegen vorzeitige Kontaktöffnung notwendig ist.

Bei der durch den Schaltermechanismus erfolgenden Öffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes 6 in Richtung des Pfeiles 11 folgt zunächst der Leiter 2 nach, bis er über einen isolierten Anschlag 12 abgefangen wird, der beim Ausführungsbeispiel durch eine entsprechende Verstärkung des Isolierbolzens 9 gegeben ist. Von diesem Zeitpunkt ab öffnet die Schaltstelle, und der Lichtbogen wird in bekannter Weise gelöscht.

Die Leiter 1 und 2 der Schleife sind nun erfindungsgemäß profiliert ausgeführt. Diese Profilierung der Leiter 1 und 2 ist besonders deutlich aus Fig. 2 ersichtlich, in welcher ein Schnitt längs der Linie A-B von Fig. 1 dargestellt ist.

Erfindungsgemäß können die beiden starren Leiter ι und 2 gemäß dem Beispiel in zwei konzentrischen Kreisen angeordnet sein und umschließen dann, wie erwähnt, die bei 13 angedeutete Blasspule, welche zur Erzeugung des erforderlichen Blasfeldes dient für den Antrieb des nach der öffnung der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogens. Dieser Lichtbogen läuft wegen der erfindungsgemäßen vorteilhaften Formgebung und den gleichzeitig zur mechanischen Verstärkung des Leiters 2 dienenden Rippen 14 an der Außenseite dieses Leiters auf diesen Rippen entlang, und dadurch wird der Lichtbogenfußpunkt aus der unmittelbaren Umgebung des Leiters 2 nach außen verlagert und damit aus dem Gebiet des starken, einen falschen Antrieb ergebenden Teilfeldes des Leiters 2 in das Gebiet schwächeren Magnetfeldes verlegt. Es ergibt sich hieraus, wie bereits angeführt, daß die nicht in gleichem Maße geschwächten Teilfelder des anderen Leiters der Schleife und der Blasspule 13, die einen richtigen Ablauf des Lichtbogens erzwingen, wirksamer werden.

Ein praktisches Beispiel für eine Ausführungsform nach der Erfindung, wie sie sich insbesondere für Anwendung bei Wechselstromschaltern eignet, ist in den Fig. 3 und 4 in einer Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Mit 21 ist die Halteplatte der Stromschleifenano-rdnung bezeichnet, die gleichzeitig die Anschlußschiene bildet. An der rechten Seite der Platte 21 ist der im Raum feststehende Leiter 23 der Stromschleife befestigt. Dieser Leiter 23 besitzt Versteifungsrippen 24, die über einen Fortsatz 22 und eine Isolierlage 15 durch den Bolzen 16 nochmals mechanisch mit dem Teil 21 verbunden sind. Bei 25 ist der Körper des Leiters 23 geschlitzt, um den Stromfluß durch die rechte untere Ecke 26 zu erzwingen. Mit Hilfe des Gelenkbolzens 27 ist der relativ zu 23 bewegliche Stromleiter 28 befestigt, an dessen unterem Ende auf der der Schaltstelle 29 abgewandten Seite ein Isolierstift 30 befestigt ist, der durch eine entsprechende Bohrung 32 des Stromleiters 23 hindurchragt. Gegen das linke Ende des Stiftes 30 legt sich eine Blattfeder 33, die mit Hilfe der Schraube 34 am oberen Ende des Leiters 23 zusammen mit einer zweiten Blattfeder 35 festgemacht ist. Die Blattfeder 33 sorgt dafür, daß die beiden Stromleiter 23 und 28 zur Erzeugung des Kontaktdruckes für den Betriebsstrom auseinander gedrückt werden. Die Blattfeder 35 dient dazu, den notwendigen Kontaktdruck für die Stromübertragung vom Leiter 23 auf den Leiter 28 durch den Gelenkbolzen 27 zu sichern.

Dadurch, daß man den feststehenden Leiter 1 (Fig. 1) bzw. 23 (Fig. 3) länger ausführt als den beweglichen Leiter 2 bzw. 28, kann man eine weitere Verbesserung des Lichtbogenantriebes erreichen. Schon die geringfügige Verlängerung des Leiters 23 gemäß Fig. 3, die sich dadurch ergibt, daß die Schaltstelle etwa im Bereich gegenüber dem Stift 30 liegt, gestattet es, die vom Leiter 23 an der Schaltstelle entstehende Feldstärke praktisch zu verdoppeln.

Bei richtiger Überhöhung der Lichtbogenlauffläche auf den Oberkanten der Verstärkungsrippen kann man erreichen, daß sich an der Schaltstelle die magnetischen Feldstärken des beweglichen Leiters einerseits und des feststehenden Leiters mit der Blasspule andererseits gerade kompensieren. Wenn man die Anordnung nun so bemißt, daß bei großem Strom und gesättigtem Eisenkreis des no Blasspulenfeldes an der Schaltstelle nur ein kleines Magnetfeld für den Bogenantrieb zur Verfügung steht, so ist bei kleinem Strom ein überwiegendes Magnetfeld von der Blasspule her vorhanden, so daß kleine Ströme schnell in die Löschanordnung getrieben werden.

Die Kombination der in den Ausführungsformen dargestellten einzelnen Erfindungsgedanken ergibt für die Löschung von Wechselstromlichtbögen eine ideale Schaltstückanordnung. Solange der Strom in der Halbwelle groß ist, bleibt der Lichtbogen mit kleiner Brennspannung in der Nähe der' Schaltstelle stehen bzw. läuft sehr langsam. Bei Annäherung des Stromes an den natürlichen Stromnulldurchgang tritt eine Verstärkung des Blasfeldes ein, weil der entgegengesetzte Einfluß des beweg-

lichen Leiters 2 (Fig. ι) verschwindet. Die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit wird dann erhöht, und es tritt eine rasche Entionisierung der Löschstrecke ein, so daß der Strom im ersten natürlichen NuIl-S durchgang gelöscht wird.

Für Schalter, bei denen die Löschung im Nulldurchgang nicht möglich oder nicht erwünscht ist, z. B. Gleichstromschalter, kann man gemäß der weiteren Erfindung oberhalb des beweglichen Leiters ein besonderes Lichtbogenlaufhorn anordnen, das im Bereich der Schaltställe mit dem beweglichen Leiter elektrisch, auf der weiteren Länge jedoch nur mechanisch verbunden ist. Die Verbindung kann dabei entweder durch Ineinanderfalzen unter Beilegung von Isolierzwischenlagen oder durch Isolierniete erfolgen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform hierfür. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. 3 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der bewegliche Leiter, welcher durch den Gelenkbolzen 27 mit dem Leiter 23 verbunden ist, trägt hier das Bezugszeichen 36. Dieser Leiter ist am unteren Ende bei 37 umgebogen, so daß das hochgebogene Ende 38 zu einem Lichtbogenlaufhorn ausgestaltet ist. Zwischen den parallel zueinander liegenden Teilen 36 und 38 befindet sich eine Isolierstoffzwischenlage 39. Eine solche Anordnung ergibt einen starken Antrieb des Lichtbogens, insbesondere dann, wenn man die elektrische Verbindungssteile 37 der Teile 36 und 38 unterhalb der Schaltstelle 40 anordnet.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Aus zwei gelenkig miteinander verbundenen, eine den Kontaktdruck erhöhende Stromschleife bildenden, aus kleinen gegenseitigen Abstand haltenden Leitern zusammengesetztes ortsfest angeordnetes Kontaktstück für Schalter hoher Abschaltleistung, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls als Lichtbogenlaufhorn ausgebildete Kontaktstück aus langgestreckten, gekrümmten, konzentrisch angeordneten Leitern gebildet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter aus dünnwandigen Profilen bestehen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter aus Material verminderter elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Messing, Bronze, Eisen, hergestellt sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch in die Stromleiter eingespannte Blattfedern.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder gegebenenfalls mehrere Blattfedern mit dem feststehenden Leiter auf der vom beweglichen Leiter abgewandten Seite verbunden sind und daß die Federkraft durch einen Isolierstift auf den beweglichen Leiter übertragen wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter durch zwischen ihnen liegende Blattfedern aus antimagnetischem Material auseinandergedrückt werden.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter konzentrisch um eine Blasspule angeordnet sind.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem beweglichen Leiter schmale Hochkantrippen aufgesetzt sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle, welche sich auf einem der starren Leiter befindet, durch eine starke Erhöhung des Materials gebildet ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem beweglichen Leiter ein besonderes gegen ihn isoliertes Lichtbogenlaufhorn befestigt ist, das nur an dem der Schaltstelle benachbarten Ende mit dem beweglichen Leiter elektrisch verbunden ist.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung des Lichtbogenlauf horns mit dem beweglichen Leiter unterhalb der Schaltstelle liegt.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierverbindung durch Ineinanderfalzen des besonderen Lichtbogenlaufhorns und des beweglichen Leiters unter Verwendung von Isolierbeilagen erfolgt.

    In Betracht gezogene Druckschriften:

    Deutsche Patentschrift Nr. 500833;

    E. T. Z., 1926, Nr. 50, veröffentlicht mit dem Titel: Ein- und mehrpolige Selbst- und Fernschalter;

    Instruction GEJ — 23989 Air Circuit Breakers Type Ak ι—15 und Ak ι—25 der Fa. General Electric vom April 1948.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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