DE1540508A1 - Anordnung zur elektrodynamischen Kontaktdruckverstaerkung - Google Patents

Description

• Anordnung zur ®lektrodvnamisc;en Kontaktdruckverstärkung

  Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrodynamischen

  Kontaktdruo-kversst&kung von annähernd parallel zueinander arge-

  ordneten Einzelstrombahnen, die zu gleichen Zeiten in gleicher:

  Richtung atromdurchilossen und denen ferramagnetisehe Teile so

  zugeordnet sind, daß wenigstent ein Teildes vom Strom erzeugten

  Magnetfeldes aine Kraft zur Verstärkung des Kontaktdruckes

  liefert.

  Es tat bekannt-, den Kontaktdruck elektrischer Schaltgeräte mit

  Hilfe der von stromdurchflossenen Leitern erzeugten elektro=

  äyramischen Kräfte zu verstärken bzw- kontaktabhebende Kräfte

  zu @kompensieeen Bei sehr hohen Strbmen. wie s i.e irxsbrsonde-#i°e

  bei Kurzschlüssen auf:reten: reicht der weist durei°°ec@cr:@r!f:

  erzeugte und für den Nennstrom bemessene Kgntaktdruck nicht mehr aus Durch den vorhandenen Übergangswiderstand, der vors -Kontaktmaterial, dessen' Oberfläche und vor allen vom Kontakt druck abhängt, kann durch holte Kurzschlußströme bei einem nur für den Nennstrom bemessenen Kontaktdruck eine so holze Örtliche Erhitzung auftreten, daß die Derührungsstellen der Kon-. takte verschweißen und daher nur noch mit großem Kraftaufwand .zu öffnen sind. Es ist aber völlig unnötig und außerdem unwirt- schaftlich, den nur kurzzeitig erforderlichen hohen Kontaktdruck auf mechanischem Wege dauernd zu erzeugen Bei einer bekannten Schalteinrichtung ist an einem beweglichen Schaltstück ein Eisenkörper in Vorm eines Magnetankers angebracht, de® in der geschlossenen Stellung ein feststehenden Joch gegen-Übersteht. Daa a-ze@@,@@,-#:@chfiossene Schaltstück erzeugt in diesen Lisenkreia sehe.» bei verhältnismäßig niedrigen Strömen einen kräftigen btagnetfluß, durch den im Luftspalt zwischen Joch und Anker die erwünschte Kraft entsteht. Magnetjoch und -anker sind zur Erzielung ausreichender Anstiegsgeschwindigkeiten der Zug- kraft des kfagneten aus lamellierten Eisen aufgebaut. Der einzelne Leiter kann jedoch nur dann eine mit dem Strom ansteigende Kraft auf einen Kontakt ausüben, wenn die magnetische Sättigung des Eisenkörpern noch nicht erreicht ist. fit zunehmendem Strom wird daher diese Anordnung in ihrer Wirkung erheblich nachlassen, wo- . dailch ihre Anwendung auf verhältnismäßig niedrige Ströme beschränkt bleibt. Bei einer magnetischen Induktion oberhalb der Sättigungsgrenze steigt der magnetische Widerstand des Einen" kpe@ses stark an und es entsteht ein nutzloser Streufluß außerhalb des EisenkreiseG Dief@ Anordnung hat außerdem den Nachteil, daß eine Bewegung des Leiters nur in Richtuar der Magnetkraft möglich Ist. Den gleichen Nachteil besitzt auch ®in benannter Laettrennachalter hoher Stromtragfähigkeit mit einer schwenkbaren Kontaktbrücke, der ein terro:na-,net.tpicher Körper gegen-. überliegend angeordnet ist Vi.ese Anordnung hat die Eigenschaft, daß sich der stromdurchflossene Leiter gegenGber der Grenzfläche des ferromagnetischen Körpers so verhält, als wann virtuell derselbe an der Grenzflüche geäpiegelte Leiter noch einmal vorhanden Wäre. Nach dein gleichen Prinzip wird auch der Kontaktdruck eines bekannten Trennschalters mit poppeltrennmessern bei hohen Strömen verstärkt. Eine ferromagnetische Platte ist zu diesem Zweck flach auf dem den festen Gegenkontakt tragenden Stützerkopf so angeordnet, daß sie im Linschaltzustand parallel zur Längsachse liegt, Da diese beiden Lösungen erst bei hohen Kurzschlußströmen eine merkliche l:ontaktdruckerhöhung ergeben, werden sie hauptsächlich zur Kompensation kontaktabhebender Kräfte verwendet-, Der Ertindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kontaktdruck elektrischer Schaltgeräte vom Nennstrombereich beginnend bis in den Bereich der hohen Kurzschlußströme in ausreichendem Maße unter Vermeidung der Nachteile aller bekannten Anordnungen mit einfachen Mitteln zu erhöhen. Diese Aufgabe wird-gelöst, indem erfindungsgemäß die. Gesamtstrombahn ans mindestens zwei 2inzelatrombahnen besteht, an denen wenigstens über einen Teil ihrer Länge ferromagnetieche Teile derart befestigt sind, äaß sie einen alle Einzelstrombahnsn umschließenden, durch Luftspalte unterbrochenen Magnetkreis bilden, wobei de Luftspalte an solchen Stellen liegen, daß durch die in ihrem Bereich wirksamen dynamischen Kräfte die Einzelstrombahnen gegen die Mittelachse der Gesamtstrombahn gedrückt werden., Nach weiteren Merkwalen der Erfindung wird die Gesamtetrombahn von einen Doppelrenner zoB. eines Trennschalters bzwo La4ttreniischaltern oder Erdungsachalters gebildet An den Außenseiten der Iienser sind U-förmig gebogene Bleche mit ihren Stegen so be- festigt, daß sich die Enden der Schenkel in geringem Abstand gegenüberstehen. Die Gesamtstrombahn kann auch von zwei parallelen zylinderförmigen, insbesondere rohrförriaen Strombahnen ge- bildet werden. Nach dem gleichen Prinzip läßt sich auch der Kontaktdruck von Tulpenkontakten erhöhen, indem an der Außenseite der beweglichen Kontaktfinger ferromagnetische Teile vorzugsweise in Form von Ringsegmenten befestigt werden* Eine weitere Er- . höhung des Kontaktdruckes ist erreichbar, wenn die mit den beweg- lichen Kontaktfingern verbundenen ferromagnetischen Teile mit einen Teil ihrer nach innen gerichteten Flächo weiteren fest-.stehenden ferromagnetiachen Teilen derart gegenüberstehen, daB der größte Anteil der von aiagnetfluß erzeugten Kraft zum Mittel- punkt den Tulpenkontaktes gerichtet ist. Einzelheiten der Erfindung seien anhand der Zeichnung an den in Fi6. i bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Figo i zeigt die Strombahn einea'einpoligen Trennschalters mit einen senkrecht schwenkbaren Doppeltrenner, das in Figo 2 im Schnitt dargestellt ist. An den beiden Trennmessern i sind die Stege 2 der U-förmig gebogenen Bleche 3 aus magnetisch weichen Einen so angenietet, daß sich die Schenkel 4, nur durch die Luftspalte 5 getrennt, gegenüberstehen. Diene Anordnung bildet eine4 Kreis geringen magnetischen Widerstandes um die Trennmesser 1. Die Bleche 3 können bei-Bedarf auch als lamellierten Blechpaket nach Art von Schnittbandkernen ausgeführt sein, um so die Wirbelstromverluste und die Verzögerung beim Aufbau des Magnetfeldes zu verringern: Schon im Bereich des Nennstromes erzeugt der Magnetfluß in den Luftspalten 5 eine nach innen ge- richtete Kraft, durch die sich der Druck der Trennmesser i auf den Festkontakt 6 und den »rehpuractkontakt ? merklich erhöht-Diese Kraft stei t gei muanetisch ungesättigten Eisenblechen 3 etwa im Quadrat des Stromes an und ist außerdem abhängig von der Länge sowie derl Querschnitt des Luftspaltes S. Da man den Querschnitt des Luftspaltes 5 durch geeignete Formgebung der Gisenblee.ie 3 in weiten Grenzen beliebig wählen kann, läßt sich durch Sättigung des Eisens fast jede gewünschte Zunahme der Kraft in Abhängigkeit vom: Strom erzielen, Selbbt bei sehr hohen Kurzschlußströmen und völlig übersättigten Lisen ist die von dieser Anordnung erzeugte Kraft immer noch größer, als wenn nur die gegenseitige Anziehung von zwei Leitern ohne Eisenteile vor- handen wäre. Mit Hilfe der Eisenbleche 3 kann auch die mechanisehe Festigkeit und gegebenenfalls auch die Strombelastbarkeit des Doppeltrennmessera erhöht werden. Bei einem kleinen Luttapalt 5 sind die Bleche 3 n der Unter® und Oberseite mir Öffnungen versehen, die für eine gute Durchlüftung ded Innenraumes sorgen und so die von den Trennmessern i erzeugte Stromwärme abführen: Es ist selbstverständlich möglich, die Eisenbleche 3 nur in der Nähe der Kontakte anzuordnen. Das gilt auch für die in Fig. 3 In Schnitt gezeigte Doppelrohretrombahn für einen Hochspannungetrenn®ohaltßr. Bei einer Doppelrohrstrombatm ist die Erhöhung der Kontaktkraft durch die Verwendung von Eisenblechen 3 besonders wirkungsvoll, da der Abstand der rohrförmigen Leiter B nur biet zum Rohrdurchmesser verringfirt werden kann. Bekanntlich erhöht sich die Anziehungskraft zweier in gleicher RichtungtroLdurch-

  flossener Leiter ohne Eisenteile im Quadrat des Stromas und um-

  gekehrt proportional mit dein .Abstand der Leiternittelpunkte

  Ein Vergleich zwischen Trennschaltern mit Doppelrohrstrombahn

  bzw- Doppeltrennroesser ohne ferromagnetische Teile und solchen

  mit einem fast vollstündig geschlossenen ferremagnetischen Kreis

  um die beiden Einzelstrombahnen zeigt, daß die erste Ausführung

  bei z.ß 1000 A Nennstrom höchstens 1 90' des stromabhängigen

  Kontaktdruckes liefert, der durch die erfindungsgemäße Ausführung

  zu erreichen ist. Die Anwendung der Erfindung bei einem Tulpen-

  kontakt zeigt im Schnitt die Fig. 1. Die acht Kontaktfinger

  aus Kupfer werden durch die Federn 10 gegen den Mittelpunkt des

  Tulpenkontaktes gedrückt. Der Ström flieüt über die gemeinsame

  nicht dargestellte Zuführung über die einzelnen Kontaktfl.e-_;e»t_-@

  zu dem nicht mehr -°.chtbaren runden Schaltstift. Sowohl an der

  Zuführung als duuh am Schaltstift hesiwzt jeder Kontaktfinger

  eine Berührungsstelle, gegen die er bei entsprechendem Durch--

  gangsstrom mit ausreichender Kraft angedrückt werden muß, Der

  Kontaktdruck wird von Federn 10 und den stromabhängigen elektro-

  dynamischen Kräften aufgebracht, die das Leiterbündel der Kontakt-

  finger 5 zusagmenachnüren- Durch die Segmente il aus ferromagne--

  tischem Material wird ein nur durch die Luftspalte 12 unter-

  brochener magnetisch 6°st leitender Kreis gebildet, in des schon

  bei Nennströmen ein kontaktdruckverstärkender Magnetiluß entsteht,

  Die Segmente 11 können aus den bereits segeführten Grüpden aus

  Einzelblechen.oder - aas gesintertes- Stüt.ken= bestehen ued erlauben"-=-

  durch ihre Wirkung eine merkliche VerkÜrzung des' Tulpauakontaktes._

  71g, I zeigt einen Tulpenkontakt, dessen, stromabhängige Ver-

  stürkung deKontaktdruke£ schon bei, verhältnismUig niedrigen

  Ströoen sinsztzt rd auch bei einer großen Anzahl von Kontakt-

  fingern 9 voll zur Wirkung kommt, Der magnetische Kreis basteh* aus den mit den hontaktfiagern 9 verbundenen ferroma;;netischen Segmenten 13 und den am Außenmantel 15 befestigten Segmenten 14 aus gleichen Werkstoff. Da der IIub der Kontaktfinger 9 sehr gering ist, ergibt diese Anordnung einem geringen Luftspalt 16, der wegen seines großen Querschnittes nur einen kleinen magnetischen Widerstand besitzt. Der magnetische Widerstand des gesamten ltagnetkreioea kann daher trotz der vielen Unterbrechungsstellen verhältnismäßig klein gehalten werden, wodurch eine wirksame Luftapaltinduktion schon bei vergleichsweise niedrigem Strom in den Kontaktfingern 9 entsteht. Diese Anordnung der ferromagnetisehen Segmente 13 und 14 ergibt eine stromabhängige Kraft, die annähernd in der Bewegungsrichtung der Kontaktfinger J liegt Zweckmäßig wählt man den Abstand der Segmente 13 und 14 viel größer als den Luftspalt 16, um so einen magnetischen Nebenschluß zum Luftspalt 16 au vermeiden. Der Abstand zwischen den fest- stehenden Segoenton 14 kann größer als der zwischen den bewegliehen Segmenten 13 gewählt werden, damit bei einer durch hohe Kursschlußströ®e hervorgerufenen magnetischen Sättigung der ferromagnetischen Teile, der magnetische Streufluß zwischen den beweglichen Segmenten noch eine kontaktdrückverstärkende Kraft erzeugt. Zum gleichen Zweck können auch zwei verschiedene ferromagnetische Werkstoffe verwendet werden.
• Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich der Kontakt- druck nicht nur bei Kurzschlußströmen auf den erforderlichen Wert verstärkt, sondern schon im Bereich des Nenn- Betriebaetromes durch elektrodynamische Kräfte wirksam unterstützt wird. Der durch Federkraft erzeugte konstante Kontaktdruck kann daher sehr klein gehalten werden, wodurch eich besonders ?sei Trennschaltern eine merkliche Einsparung an Betätigungskraft erzielen läßt. Durch die sinnvolle Kombination von elektrodynamischen Kräften, die mit und ohne ferromagnetische Teile entstehen, sowie der Ausnutzung der magnetischen Sättigung in ferromagnetischen Werk= atoffen kann über einen weiten Strombereich fast jede gewün4chto Kraftzunahme erreicht werden.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Anordnung zur elektrodynamischen Kontaktdruckverstärkung von annähernd parallel zueinander ungeordneten bahnen, die zu gleichen Zeiten in gleicher Richtung Strom- durchflossen sind und denen ierromagnetische Teile so zuge- ordnet sind, daß wenigstens ein Teil des vom. Strom erzeugten Magnetfeldes eine Kraft zur Verstärkung des Kontaktdruckes liefert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die'Geeamtotrombahn aus mindestens zwei Einzelstrombahnen besteht, an denen wenigstens über einen Teil ihrer Länge -terrooagnetische Teile derart befestigt sind, das sie einen alle Einseletrovbalinen umschließenden, durch Luftspalte unterbrochenen ksgn®tkreis bilden, wobei die Luftspalte an solchen Stellen liegen, daß durch die in ihrem Bereich wirk- ,amen dymamisobn Kräfte die= Ninwelstrombahnen gegen die Wittelaahse äM*@Gei»tetroubahn drückt werden. 3. Anoränuag zur elektrodyn«ischen Kontaktdruckverstärkuna nach Anspruch 1, d a d n r c h ß e k e n n z ® i c b a e t, ,aß die Gss«tetrmbahn von einen Doppelsenner, s.Bo einer Trenn- eohaltere bsw. La»ttrenacchalters oder Erdungeschalter gebil- det wird und daß die ferromagnetiechen Teile aus U--förrig gebogenen Blechen bestehen, die mit ihren Stegen an den Außenseiten .der Messer so befestigt sind, daß sich die Enden der Schenkel in geringem Abstand gegenüberstehen. 3. Anordnung zur elektrodynamischen Kontaktdruckverstärkung nach Anspruch 3 und 2, d a d u r- c h g e k e n n z e i c h- n e t, daß die Gesamtstrombahn von zwei parallelen, zylin- derförmigen, insbesondere rohriilrm.igen Strombahnen gebildet wird . 4. Anordnung zur elektrodynamischer, kontaktdruckverstärkung nach Anspruch 1, 3 a d u r c h g e k e n n z a i c h n e t , daB die Gesamtstrombahn aus den kreisförmig;. angeordneten beweglichen Kontaktfingern eines Tulpenkontakts besteht, an deren Außenseite ferromagnetische 'feile vorzugsweise In Form von Ringsegmenten befestigt»sind., 5. Anordnung zur elektrodynamischen Kontaktdruckverstärkun6 nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n $ e i c h n - e t, daß die mit: den beweglichen Kontaktfingern verbundenen ferro-# eNpettsoben Teile mit einen Teil ihrer nach innen gerichte- t« Flacbe .weiteren feststehenden ferroaagnetischen Teilen det°ärt gegenüberstehen, daß der größte Anteil der vorr lla4»t- tluß orsengten Kratt s« Mittelpunkt das Tulpenkontakts gerichtet ist.