DE1160528B - Elektrischer Schalter mit Kriechstromschutz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H 02 c

Deutsche Kl.: 21c-40/05

Nummer: 1160 528

Aktenzeichen: M 34789 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 16. Juli 1957

Auslegetag: 2. Januar 1964

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit Kriechstromschutz und hierbei insbesondere einen Wärmeschalter mit stößelgesteuerter Kontaktbrücke, dessen Kontaktstellen innerhalb eines topfförmigen, durch ein metallisches Verschlußorgan abgedeckten Isolierkörpers liegen und dessen metallisches Verschlußorgan gegen Kriechstromübergang vom Isolierkörper her geschützt ist.

Bei bekannten Anordnungen der vorgenannten Art wird die Abschirmung des Verschlußorgans gegen Kriechströme durch eine Zusatzisolierung oder durch einen umlaufenden Rücksprung an der offenen Oberseite des Isolierkörpers vorgenommen, wobei unter Umständen der obere Rand des Isolierkörpers in totem Winkel zu den Kontaktstellen liegt. Bei allen diesen Anordnungen ist jedoch Voraussetzung eine bestimmte Form des Abschlußorgans, ganz abgesehen davon, daß in der Regel auch noch die Verwendung eines zusätzlichen Isolierbelages erforderlich ist. Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, hier Abhilfe zu schaffen.

Zu dem obengenannten Zweck ist gemäß der Erfindung bei der neuen Anordnung als Kriechstromschutz eine an sich bekannte, sich in Richtung von den Kontaktstellen weg öffnende und in Umfangsrichtung erstreckende Rinne an der Innenfläche des topfförmigen Isolierkörpers in Achsrichtung des Schalters gesehen zwischen den Kontaktstellen und dem Abschlußorgan vorgesehen, an welche sich ein durch das Verschlußorgan abgedeckter, im Durchmesser erweiterter Innenraum anschließt. Bei der neuen Anordnung werden sowohl besondere Isolierbelegungen der Abdeckung eingespart, als auch die Verwendung eines plattenförmigen Abschlußorgans gestattet, das unmittelbar am offenen Rand des topfförmigen Isolierkörpers anliegt. Es sind zwar bereits Gasschalter mit taschenähnlichen Nuten am Umfang der Innenbohrung des Isolierkörpers bekanntgeworden, doch dienen diese Nuten oder Taschen der in einem anderen Zusammenhang bekanntgewordenen Anordnungen dazu, eine Verrußung der Bohrung des Isolators und somit eine Minderung seiner Isolierfähigkeit zu verhindern, indem sie bewirken, daß das verschmutzte Blasgas an den Nuten oder Ringtaschen vorbeistreicht, ohne in das Innere einzudringen. Demgegenüber zeichnet sich die erfmdungsgemäße Anordnung auch noch dadurch aus, daß durch die Zuordnung der verschiedenen Wände zueinander und die Kombination zwischen der Rinne und dem Rücksprung die im toten Winkel liegende Zone noch vergrößert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Elektrischer Schalter mit Kriechstromschutz

Anmelder:

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Tex.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Höger, Dr.-Ing. E. Maier

und Dipl.-Ing. W. Stellrecht M.Sc, Patentanwälte, Stuttgart S, Uhlandstr. 16

Als Erfinder benannt:

John Otis Moorhead, Lexington, Ky. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. August 1956

(Nr. 601 501)

F i g. 1 einen Schalter gemäß der Erfindung mit geschlossenen Kontakten in einer Seitenansicht in einem senkrechten Schnitt,

Fig. 2 den Schalter nach Fig. 1 in einem Schnitt gemäß der Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 eine Einzelheit der Anordnung nach F i g. 1 in einer Draufsicht,

Fig. 4 die Kontaktbrücke der Anordnung nach Fi g. 1 und 2 ebenfalls in einer Draufsicht,

Fig. 5 das der Kontaktbrücke zugeordnete Betätigungsglied der Anordnung nach F i g. 1 und 2 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 den Schalter nach Fig. 1 mit geöffneten Kontakten in einer Darstellungsweise entsprechend derjenigen nach Fig. 1,

F i g. 7 die Anordnung nach F i g. 1 und 2 in einem Schnitt gemäß der Linie 7-7 der Fig. 1 und

F i g. 8 den erfindungsgemäßen Schalter nach F i g. 1 und 2 mit geöffneten Kontakten in einer Darstellungsweise entsprechend derjenigen nach Fig. 7.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes zeigt einen sich

selbsttätig zurückstellenden, auf Temperaturänderungen ansprechenden, schnappend wirkenden Schalter 10, der ein aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise aus einem der üblichen formbaren Kunststoffe bestehendes Gehäuse 12 besitzt, in dem in beliebiger Weise ein Paar von Anschlußstücken 13,14 befestigt ist. Beispielsweise ist es möglich, das Gehäuse um diese Anschlußstücke herum zu formen, die

309 777/364

sich jeweils bis außerhalb des Gehäuses erstrecken, so daß sie an einem Pol einer elektrischen Stromquelle anschließbar sind. Die Anschlußstücke 13 und 14 weisen Kontaktstücke 15 bzw. 16 auf, die mit Schichten oder Platten 17 bzw. 18 aus einem Material von hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Silber versehen sein können und mit den Kontaktstücken verbunden sind und die — mit Ausnahme der darauf aufgebrachten Schichten 17 und 18 — aus einem geAussparungen 45. in die der Übertragungsschieber 40 mit jeweils einem seitlichen Endstück eingreift, und außerdem noch eine konvex geformte Oberfläche 44 auf, mit der die Stirnfläche 43 des Übertragungs-5 Schiebers 40 in der Mitte zwischen den beiden in Abstand angeordneten Kontaktstücken zusammenwirkt und die entlang einer Ebene gekrümmt ist. welche die Kontaktbrücke 20 und die im Abstand angeordneten Kontaktstücke 15 und 16 schneidet. Die Kanten 27

eigneten elektrisch leitenden Material, beispielsweise io berühren den konvexen Wulst 25 des Napfes 26 je-Messing, Monelmetall oder Kupfer bestehen können. weils seitlich in Abstand von einer senkrechten Ebene, Den Kontaktstücken 15 und 16 gegenüberliegend befindet sich eine z. B. aus Messing, Monelmetall oder

die durch die Krümmungsachse des Wulstes 25 und durch die zusammenwirkenden Flächen 43 und 44 verläuft. Die konvexe Oberfläche 44 liegt vorzugsweise fläche aus einer Schicht oder Platte 21 aus Silber oder 15 in der Nähe eine Ebene, welche die Flächen der mit einer sonstigen mit der Kontaktbrücke 20 verbun- den Kontaktstücken 15 und 16 zusammenwirkenden denen Kontaktlegierung besteht und mit den gegen- Kontaktbrücke 20 berührt und die rechtwinklig zu den überliegenden Schichten der Kontaktstücke 15 und 16 entgegengesetzten Bewegungsrichtungen des Überzusammenwirkt, tragungsschiebers 40 verläuft. Wenn das Schnapp-Die Oberseite der Kontaktbrücke 20 ist, wie in 20 element 38 bei einer Temperatiiränderung in die in Fig. 1 bis 3 bei 24 gezeigt ist, konkav ausgebildet. Fig. 6 und 8 gezeigte, nach oben gewölbte Stellung In der Höhlung 24 ruht ein entsprechend konvex geformter Vorsprung oder Wulst 25 eines Napfes 26,

Kupfer bestehende Kontaktbrücke 20, deren Kontakt-

und sie ist jeweils von einer Kante 27 begrenzt. Der

umschnappt, bewegt es den Schieber 40 und die Kontaktbrücke 20 rasch entgegen dem elastischen Druck der Feder 30 und hebt dadurch die Kontaktbrücke Krümmungsradius der konvexen Fläche 25 ist hierbei 25 20 von den Kontaktstücken 15 und 16 ab. Wenn das größer als derjenige der konkaven Fläche 24, so daß Schnappelement 38 in die in Fig. 1 und 7 gezeigte

nach unten gewölbte Stellung umschnappt, ergibt sich unter dem Druck der Feder 30 eine rasche Rückkehr

die Fläche 25 auf den Kanten 27 der Kontaktbrücke 20 aufliegt.

Im Napf 26 liegt das eine Ende einer Druckfeder

30 auf, deren anderes Ende in einer im Gehäuse 10 30 40 in die frühere Lage.

vorgesehenen Aussparung 31 untergebracht ist, die Falls eines der Kontaktstücke 15, 16, höher als das

die Kontaktbrücke 20 nachgiebig gegen die Kontakt-

der Kontaktbrücke 20 und des Übertragungsschiebers

stücke 15 und 16 andrückt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Feder 30 nur an ihren beiden En-

andere läge oder die effektive Höhe eines dieser Kontaktstücke gegenüber dem anderen sich aus anderen Gründen ändern sollte, würden die Kanten 27 im Zu-

den starr mit den zugeordneten Teilen verbunden, 35 sammenwirken mit der konvexen Oberfläche 44 norwährend sie in der Aussparung 31 seitlich beweglich malerweise eine Schwenkung der Kontaktbrücke 20 ist, so daß sie eine entsprechende Stellung einnehmen relativ zum Napf 26 während der Bewegung der Konkann, wenn auf sie infolge einer seitlichen Verschie- taktbrücke 20 in die Stellung gemäß Fig. 1 und 7 gebung der Kontaktbrücke 20 ein Druck ausgeübt wird. statten, so daß die Kontaktbrücke zuerst auf das höher Ferner ist ersichtlich, daß die beiden Federenden so 40 liegende Kontaktstück auftreffen würde, worauf der geformt sind, daß die Endwindungen der Wendel fortwirkende Druck der Feder 30 die Kontaktbrücke während der Betätigung des Schalters 10 rechtwinklig 20 relativ zum Napf 26 schwenken würde, bis sie auch zu den entgegengesetzten Biegerichtungen der Feder auf das niedrigere Stück auftrage. Infolge der Zuordliegen. Da der Teil des Napfes 26, auf dem die Feder nung der Kanten 27 zu der auf ihnen aufliegenden 30 aufliegt, flach ist, ergibt sich, daß diese Feder 30 45 Fläche 44. verhindern diese jedoch zusammen mit der einer Schwenkbewegung des Napfes elastisch ent- konvexen Oberfläche 44 in Verbindung mit dem gegenwirkt. durch die Feder 30 ausgeübten elastischen Druck eine

Das offene Ende des Gehäuses 12 ist durch eine Schwenkbewegung des Napfes 26 und bewirken die metallische, elektrisch leitende Kappe 35 verschließ- vorgeschriebene Schwenkbewegung der Kontaktbar, die mit Hilfe einer Sicke 36 im Gehäuse 12 ge- 50 brücke 20 ohne nennenswerte hiermit verbundene sichert ist und in der im Bereich des offenen Endes Bewegung des Napfes 26. so daß niemals eine Seite des Gehäuses 12 ein auf Temperaturveränderung an- der Druckfeder 30 stärker als die andere zusammensprechendes, eine Schnappwirkung ausübendes z. B. gedrückt wird und durch die Feder kein Drehmoment bimetallisches Schnappelement 38 untergebracht ist. auf die Kontaktbrücke 20 ausgeübt wird, damit diese In F i g. 1 und 7 ist das Schnappelement 38 in nach 55 stärker gegen eines der beiden Kontaktstücke als unten gebogener Stellung gezeigt. Bei einer bestimm- gegen das andere angedrückt werden würde. Innerten Änderung der Umgebungstemperatur schnappt halb der möglichen Grenzen, innerhalb derer die dieses Element 38 in eine nach oben gebogene Form Kontaktbrücke 20 relativ zum Napf 26 geschwenkt um, wie dies in F i g. 2 und 8 gezeigt ist. wobei ein wird, berühren beide Kanten 27 stets die konvexe Übertragungsschieber 40 nach oben geschoben wird, 60 Unterseite nahe und zu beiden Seiten der vorgenannder in einer gegenüberliegenden, im Gehäuse 12 vor- ten senkrechten Ebene, die durch die Krümmungsgesehenen Aussparung 41 geführt ist und ein Ende 42 achse des Wulstes 25 und durch die zusammenwirkenbesitzt, das gegen den mittleren Teil des Schnapp- den Flächen 43 und 44 verläuft. Hierdurch wird die elementes 38 anliegt, während am anderen Ende eine gesamte durch die Kontaktbrücke 20 ausgeübte Kraft ebene Stirnfläche 43 gegenüber der Kontaktbrücke 20 65 gleichmäßig auf die Kontaktstücke 15,16 ohne Rückangeordnet ist. sieht darauf verteilt, ob die Kontaktbrücke geschwenkt Wie deutlich aus F i g. 2 und 4 ersichtlich ist, weist wird oder nicht. Die Bedeutung dieses auf die Kondie Kontaktbrücke 20 einander gegenüberliegende taktstücke ausgeübten ausgeglichenen Druckes wird

noch augenfälliger, wenn man bedenkt, daß dieser Druck oft nicht mehr als einige Unzen beträgt. Schon eine kleine Druckdifferenz innerhalb dieses Bereichs würde genügen, um den Leitwert der elektrischen Verbindung zwischen der Kontaktbrücke 20 und den Kontaktstücken 15 und 16 störend zu beeinflussen.

Da die Stirnfläche 43 des Übertragungsschiebers 40 eben und die Oberfläche 44 der Kontaktbrücke konvex ist, übt der Schieber auf diese Brücke kein wesentliches Drehmoment als Folge eines Wechsels in der Schwenkstellung der Kontaktbrücke 20 bei Betätigung des Schalters 10 aus. Dadurch, daß die Kanten 27 des Schalters 10 mit dem konvexen Wulst 25 zusammenwirken, kann infolge der entstehenden Reibung eine Schwenkbewegung der Kontaktbrücke 20 verhindert werden, wenn die letztere sich auf die Kontaktstücke 15 und 16 zu bzw. von diesen weg bewegt. Damit berühren die Kontaktstücke 15 und 16 die Kontaktbrücke 20 im wesentlichen gleichzeitig und trennen sich gleichzeitig von ihr.

Die erwünschte Gleichzeitigkeit, mit der die Kontaktstücke 15 und 16 die Verbindung mit der Kontaktbrücke 20 aufnehmen bzw. unterbrechen, ist bei der Konstruktion nach F i g. 1 bis 7 einmal deswegen, elektrischen Kontakte ausdehnen, und diese letzteren können so von Funken umgeben sein. Im Falle des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes können die Funken neben den zusammenwirkenden Flächen der Kontaktbrücke 20 und der Kontaktstücke 15 und 16 auftreten und diese umgeben. Eine der üblichen Wirkungen dieser Funken ist die Entwicklung einer verhältnismäßig hohen Wärmemenge, durch welche eine Verdampfung des Kontaktmaterials eintreten kann, wobei dieses Material aus dem unmittelbaren Bereich der zusammenwirkenden Flächen der Kontakte austreten würde. Die Materialteilchen beschreiben hierbei einen im wesentlichen geradlinigen Weg und setzen sich auf einem benachbarten Teil der Einrichtung ab. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß mit größer werdender elektrischer Leitfähigkeit dieses Niederschlages die Oberfläche eines sonst elektrisch isolierenden Teils der Einrichtung, auf dem sich der Niederschlag absetzt, um so mehr stromleitend wird. Es ist klar, daß bei Bildung eines elektrisch leitenden Niederschlages auf der benachbarten Fläche eines Gehäuseteiles und/ oder eines damit zusammenwirkenden Schnappschalters ein unerwünschter elektrisch leitender Weg ge

weil der Napf 26 an einer Schwenkbewegung durch 35 bildet wird. Dies kann beispielsweise zum unbeab-

die Feder 30 elastisch gehindert wird, und zum an- sichtigten Erden eines oder mehrerer Kontakte der

deren auch deswegen verbessert, weil die Feder 30 in- elektrischen Einrichtung führen. Wäre beispielsweise

folge ihrer vorgeschriebenen Anordnung in der Aus- das Gehäuse 12 nicht gemäß der Erfindung geformt

sparung 31 seitlich verschieblich und daher nicht nur und angeordnet, so könnte sich ein unerwünschter

auf eine Bewegung zwischen ihren beiden Endstellen 30 elektrisch leitender Weg von einem der Kontakte 15,

beschränkt ist. Dies führt dazu, daß der Napf seitlich 16 oder 20 entlang der Innenfläche des Gehäuses 12

verschieblich ist, ohne daß er Neigung zeigt, eine Schwenkbewegung der Kontaktbrücke 20 zu verursachen, die sonst unweigerlich eintreten würde, wenn die Brücke von den Kontaktstücken 15 und 16 abgehoben wird. Es ist offensichtlich, daß bei einer Schwenkbewegung der Kontaktbrücke 20 während des Abhebens von den Kontaktstücken 15 und 16 diese Gleichzeitigkeit der Lösung der Verbindung der Kontaktstellen 15 und 16 von der Kontaktbrücke in unerwünschter Weise gestört wäre. Infolge der vorbeschriebenen Schwenkbarkeit der Kontaktbrücke 20 werden also gleiche Kontaktdrücke und eine gleichzeitige Kontaktunterbrechung ohne Rücksicht auf die relativen Höhen der Kontaktstücke 15 und 16 erzielt. Solange die relativen Höhen der Kontaktstücke 15 und 16 unverändert bleiben, wird diese Gleichheit der Drücke und Gleichzeitigkeit der Unterbrechung als Folge der zwischen den Kanten 27 und der konvexen Fläche 44 vorhandenen Reibung aufrechterhalten. Bei einer Veränderung der effektiven Höhe eines der Kontaktstücke 15 und 16 gegenüber dem anderen würde sich ferner eine Schwenkbewegung der Kontaktbrücke 20 ergeben, so daß auch dann gleiche Kontaktdrücke und eine gleichzeitige Kontaktunterbrechung aufrechterhalten würden.

Die Form und Anordnung der oben beschriebenen Konstruktion kann als optimal betrachtet werden, da sie die unerwünschten Wirkungen des Funkens auf ein Minimum reduziert. Jedoch können selbst bei dieser optimalen Form und Anordnung der Teile, insbesondere wenn die Anschlußstücke 13 und 14 an eine Stromquelle von verhältnismäßig hoher Spannung angeschlossen sind, die unerwünschten Wirkungen des Funkens noch bis zu einem gewissen Grade auftreten. Oftmals kann sich, wenn ein Funken zwischen elektrischen Kontakten entsteht, die Funkenbildung bis in die unmittelbare Umgebung der zusammenwirkenden bis zur Kappe 35 bilden, die sonst von jedem dieser Kontakte elektrisch isoliert ist. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch verbindert, daß als Kriechstromschutz eine an sich bekannte, sich in Richtung von den Kontaktstellen weg öffnende, umlaufende Rinne an der Innenfläche des topfförmigbn Isolierkörpers in Achsrichtung des Schalters gesehen zwischen den Kontaktstellen und dem Abschlußorgan vorgesehen ist, an welche sich ein durch das Verschlußorgan abgedeckter, im Durchmesser erweiterter Innenraum anschließt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführrungsform besteht die Innenfläche des Gehäuses 12 aus zwei Teilen, die allgemein mit 46 und 47 bezeichnet sind. Beide Teilinnenflächen 46 und 47 sind als Umfangsflächen ausgebildet und liegen dicht neben dem obenerwähnten Bereich, der die zusammenwirkenden Kontaktflächen umgibt. Zwischen den Teilinnenflächen 46 und 47 ist nun ein Vorsprung 48 vorgesehen, neben dem eine Ausparung49 angeordnet ist, und dieser Vorsprung liegt nun zwischen den Aussparungen 49 und dem vorgenannten Bereich. Da sich der vorbeschriebene Funkenübergang bis in den unmittelbar neben den zusammenwirkenden Flächen der Kontakte 15, 16 und 20 liegenden Bereich erstreckt, ist es offensichtlich, daß bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorsprung 48 von diesem Bereich wenigstens den Teil der Innenfläche des Gehäuses 12 abschirmt, der die Aussparung 49 bildet. Da die verdampften, aus dem obengenannten Bereich austretenden Teilchen im wesentlichen geradlinig weiterwandern, können sie sich nicht auf diesem abgeschirmten Teil absetzen.

Mit anderen Worten, diese Teile können sich mindestens an dem zwischen den Teilinnenflächen 46 und 47 liegenden Teil der Innenfläche des Gehäuses 12 nicht absetzen. Damit wird jeder an sich mögliche elek-

irisch leitende Weg entlang der Innenfläche des Gehäuses 13, der von einem der Kontakte 15, 16 oder 20 zur Kappe 35 führen könnte, an dieser Stelle unterbrochen.

Der Ausdruck »Kontakt« oder »Kontaktstück«, wie er in der Beschreibung verwendet ist, soll jegliches Element umfassen, das im Zusammenwirken mit einem anderen Element einen elektrisch leitenden Weg zwischen beiden Elementen herstellen kann, zwischen denen ein Funken möglich ist.

Durch das vorliegende Schutzrecht soll nur die als Kriechstromschutz dienende Anordnung geschützt werden. Die zahlreichen konstruktiven Einzelheiten des als Ausführungsbeispiel angeführten Schalters sind hierbei nur zum besseren Verständnis der Funktion der Gesamtanordnung erwähnt worden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrischer Schalter mit Kriechstromschutz, insbesondere Wärmeschalter mit stößelgesteuerter

   Kontaktbrücke, dessen Kontaktstellen innerhalb eines topfförmigen, durch ein metallisches Verschlußorgan abgedeckten Isolierkörpers liegen und dessen metallisches Verschlußorgan gegen Kriechstromübergang vom Isolierkörper her geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriechstromschutz eine an sich bekannte, sich in Richtung von den Kontaktstellen weg öffnende und in Umfangsrichtung erstreckende Rinne an der Innenfläche des topfförmigen Isolierkörpers, in Achsrichtung des Schalters gesehen, zwischen den Kontaktstellen und dem Abschlußorgan vorgesehen ist, an welche sich ein durch das Verschlußorgan abgedeckter, im Durchmesser erweiterter Innenraum anschließt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 670 720;
   USA.-Patentschriften Nr. 1261456, 1 992 923,
   2712580.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   309 777/364 12.63 © Bundesdruckerei Berlin