DE3882186T2 - Magnetische Blasspule mit Lichtbogenrotation für Schaltelement eines elektrischen Schalters. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Blasspule aufgrund einer Drehung des Lichtbogens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Spule ist beispielsweise aus der Druckschrift EP-A-0 019 320 bekannt. Die Spule gemäß dieser Druckschrift wird mit einem Ende am Gehäuse angelötet, während ihr anderes Ende nach außen verlängert ist. Die Spule wird durch einen sehr zugspannungsfesten isolierenden Ring komprimiert und festgehalten, dessen Außendurchmesser mit geringer Toleranz auf die Abmessungen des Gehäuses abgestimmt ist. Es erscheint aber schwierig, mit einem solchen Ring eine genaue mechanische Befestigung einer Spule zu gewährleisten, deren endgültige Abmessungen im weiten Bereich aufgrund der Herstellungstoleranzen variieren können.
• Es ist weiter aus der Druckschrift EP-A-0 012 048 eine magnetische Blasspule bekannt, die genau in ihren Sitz zwischen eine innere und eine äußere Wange eines Gerüsts paßt.
• Das gleiche Problem der mechanischen Starrheit des Ganzen unter Berücksichtigung erheblicher Toleranzen in der Geometrie der Spule stellt sich wieder wie vorher.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einfache und leicht anwendbare Mittel zu liefern, um der Wicklung der Spule einen großen mechanischen Widerstand zu verleihen. Ergänzend ermöglichen diese Mittel auf einfache und zuverlässige Weise die Herstellung der elektrischen Kontakte mit den beiden Enden der Wicklung. Schließlich eignet sich die Spule zu einer kostengünstigen Herstellung.
• Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch die Spule erreicht, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Bezüglich von bevorzugten Ausführungsbeispielen wird auf die Unteransprüche verwiesen.
• Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand eines nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Figuren erläutert.
• Figur 1 zeigt im Axialschnitt ein Kontaktelement eines Trennschalters, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird.
• Figur 2 zeigt von unten die Spule des Kontaktelements in Figur 1.
• Das Kontaktelement gemäß Figur 1, das im Schnitt entlang einer Achse X-X' gezeigt ist, besitzt eine allgemein kreisförmige Symmetrie. Es sitzt in einem Mittelspannungsschalter, wie z.B. einem Trennschalter. Dieses Gerät enthält in einem mit einem dielektrischen Gas wie z.B. Schwefelhexafluorid gefüllten Gehäuse Mittel, um den feststehenden Teil des Kontaktelements zu tragen, sowie Mittel, um den beweglichen Teil des Kontaktelements zu bewegen und zu führen. Diese Mittel sind in der Technik gut bekannt und werden hier nicht beschrieben.
• Zuerst wird der feststehende Teil des Kontaktelements beschrieben, der von außen nach innen ein Gehäuse 1 aus einem leitenden Metall wie z.B. Kupfer mit einer Anschlußelektrode 33, ein inneres Gehäuse 6 aus einem magnetisierbaren Metall wie z.B. Stahl, einen Ring 9 aus einem geschmeidigen Metall wie z.B. Aluminium, eine Wicklung 23 aus einem leitenden Band 8 aus Kupferplättchen, das zusammen mit einem Isolierband 10 beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz aufgewickelt ist, einen Kern 7 aus einem magnetisierbaren Metall wie z.B. Stahl und eine Befestigungsschraube 22 ebenfalls aus Stahl enthält.
• Das äußere Ende 14 des leitenden Bands 8 steht mit dem Gehäuse 1 in elektrischem Kontakt. Sein inneres Ende 12 steht mit dem Kern 7 in elektrischem Kontakt, der ebenfalls elektrisch leitend ist. Eine isolierende Hülse 11 isoliert elektrisch die Schraube 22 und den Kern 7 gegenüber dem Gehäuse 1. Eine Mutter 35 ist auf das Ende der Schraube 22 aufgeschraubt und liegt an der isolierenden Hülse 11 an.
• Von der Schraube 22 wird eine Lochscheibe 21 aus leitendem Metall, z.B. Kupfer oder einer Kupferchromlegierung gegen den Kern 7 gedrückt, auf der eine Lichtbogenspur 3 aus Wolfram oder einer Wolfram-Kupfer-Legierung aufgebracht ist. Die freie Oberfläche dieser Lichtbogenspur steht bezüglich der kreisförmigen Kante 31 des Gehäuses 1 vor.
• Der bewegliche Teil des Kontaktelements ist links von der Achse X-X' in geschlossener und rechts davon in offener Stellung dargestellt. Dieser bewegliche Teil enthält eine Schale 2 aus einem leitenden Metall wie z.B. Kupfer, an der ein innerer Anschlag 19 angebracht ist und die in einer kreisförmigen Kante 32 endet, die gegen die Kante 31 des Gehäuses 1 in Anschlag gelangen kann. Diese Schale enthält einen beweglichen Trennkontakt, der dem Druck einer Feder 36 unterliegt und einen Reibungsring 18, eine bewegliche Scheibe 15, die durch den Reibungsring 18 eingeschlossen wird, und eine Lichtbogenspur 4 enthält, die der Lichtbogenspur 3 gleicht und dieser gegenüberliegt. Ein flexibler Leiter 17 verbindet den beweglichen Trennkontakt mit dem Boden der Schale 2. Eine Elektrode 37 ist an der Außenseite der Schale 2 angebracht.
• In geschlossener Stellung (links von der Achse X-X') stehen die Schale und das Gehäuse in elektrischem Kontakt über ihre jeweiligen Kanten 31 und 32, so daß sich ein Hauptstrompfad zwischen den Elektroden 33 und 37 mit geringem Widerstand ausbildet, der die Spule und den Trennkontakt überbrückt.
• In der offenen Stellung (rechts von der Achse) sind die Kontakte offen und die Elektroden 33 und 37 sind gegeneinander isoliert.
• Um von der geschlossenen in die offene Stellung überzugehen, zieht das (nicht dargestellte) Gestänge des Trennschalters die Schale 2 nach unten. Im ersten Augenblick bleibt der Trennkontakt geschlossen, während sich die Schale 2 vom Gehäuse 1 entfernt. Damit bildet sich ein Strom zwischen den Elektroden 33 und 37 über das Gehäuse 1, das Innengehäuse 6, die Spule 23, den Kern 7, die Lochscheibe 21, die Lichtbogenspuren 3 und 4, die immer noch miteinander in Kontakt stehen, die bewegliche Scheibe 15, den Leiter 17, die Schale 2 und die Elektrode 37 aus.
• Die Feder 36 entspannt sich zunehmend, bis der Ring 18 gegen den Anschlag 19 drückt. In diesem Augenblick hebt die Schale 15 von der Lochscheibe 21 ab. Ein Lichtbogen bildet sich zwischen diesen beiden Scheiben. Er hält den Strom in der Wicklung 23 der Spule aufrecht. Dieser Strom erzeugt ein magnetisches Feld in dem inneren Gehäuse 6, dem Kern 7 und der Schraube 22, das sich bei 5 in Form eines radialen Felds mit einer Komponente senkrecht zu dem zwischen den Spuren 3 und 4 entstandenen Lichtbogen wieder schließt. Wie bekannt führt dies zu einer Drehung des Lichtbogens entlang der Spuren 3 und 4 und trägt zu seinem Erlöschen bei, bis der Abstand zwischen den Spuren 3 und 4 so groß wird, daß der Strom ganz abbricht.
• Die elektrodynamischen Kräfte, die von der Spule während der Zeit aufgenommen werden müssen, in der sie von einem Kurzschlußstrom durchflossen wird, sind erheblich. Damit die Spule diesen Kräften ohne Schaden widerstehen kann, ist sie erfindungsgemäß so konstruiert, wie dies nun anhand der Figur 2 näher erläutert wird.
• In dieser Figur, die eine Ansicht von unten auf das Magnetgehäuse 6, die Wicklung, den Ring 9 und den Kern 7 zeigt, erkennt man, daß der Kern einen breiten Spalt 41 besitzt, in dem das nicht isolierte innere Ende 12 des Leiters 8 der Wicklung zusammen mit einem keilförmigen Klotz 16 hineingesteckt ist. Außen wird die Spule von einem ebenfalls gespaltenen (Spalt 42) Ring 9 umgeben, und das Ende 14 des Leiters 8 wird durch diesen Spalt geführt, um über den Ring zu gelangen und noch eine fast vollständige Windung auf ihm zu bilden. Die aus der Wicklung und dem Ring gebildete Einheit wird in dem Gehäuse 6 komprimiert.
• Hierzu wird das Ende 12 des Leiters 8 in dem Spalt 41 angebracht und der Klotz 16 wird eingesetzt. Dann werden der Leiter 8 und die Isolierfolie 10 unter Spannung auf den Kern 7 aufgewickelt, wobei die Schraube 22 noch fehlt. Der Ring 19 wird dann angebracht und das Ganze wird in das Gehäuse 6 unter der Wirkung einer Presse hineingesteckt, die auf den Boden des Gehäuses 6 und auf den Ring 9 drückt. Dieser Ring stößt gegen das Gehäuse und wird komprimiert. Er verformt sich dabei plastisch und komprimiert seinerseits zum einen das Ende 14 des Leiters 8 gegen das Gehäuse 6 und zum anderen die Wicklung 23 gegen den Kern 7. Das Ende 14 des Leiters 8 wird so elektrisch an das Gehäuse 6 angeschlossen. Das Ende 12 des Leiters 8 ist gegen den Spalt 41 angepreßt und mit dem Kern 7 in elektrischen Kontakt gebracht.
• Die so erzielte radiale Kompression in Verbindung mit den Reibungskennwerten der Isolierfolie ergibt einen mechanischen Halt der Wicklung, derart, daß sie ohne Verformung den elektrodynamischen Kräften aufgrund der Ausbildung eines sehr hohen Stroms in der Spule widerstehen kann.

Claims (8)

1. Magnetische Blasspule aufgrund einer Drehung des Lichtbogens für ein Kontaktelement eines elektrischen Trennschalters, mit insbesondere einem leitenden zylindrischen Gehäuse (1), das mit einem Stromanschluß verbunden ist, einer Wicklung (8), die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit einem Ende an das Gehäuse angeschlossen ist, um ein magnetisches Feld in Richtung der Gehäuseachse zu erzeugen, mit einem leitenden Kern (7), der mit dem zweiten Ende der Wicklung verbunden ist und im Zentrum der Wicklung sitzt, sowie mit einem ortsfesten Trennkontakt, der vor der Spule in dem von ihr erzeugten elektrischen Feld liegt und mit dem Kern elektrisch verbunden ist, wobei die Wicklung aus einem flachen Leiter besteht, der auf den Kern in mehreren Windungen gemeinsam mit einer isolierenden Folie aufgewickelt ist und der Kern (7) einen axialen Spalt aufweist, in den ein Klotz (16) eingefügt ist, um das zweite Ende (12) der Wicklung (8) elektrisch an den Kern (7) anzuschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (8) von einem gespaltenen Ring (9) aus nachgiebigem Metall wie z.B. Aluminium umgeben ist, wobei das erste Ende (14) der Wicklung durch den Spalt (42) des Rings (9) verläuft und die Wicklung (8) und der Ring (9) bei der Montage komprimiert werden, um in das Gehäuse (1) hineinzugelangen.

2. Magnetische Blasspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (8) der Wicklung mit einem nicht isolierten Teil (12) beginnt, der in den Spalt (41) des Kerns (7) eingefügt ist und zwischen diesem und dem Klotz (16) eingespannt wird, wodurch die Wicklung elektrisch an den Kern angeschlossen wird.

3. Magnetische Blasspule nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierfolie aus mit einem härtbaren Harz imprägnierten Glasfasern besteht.

4. Magnetische Blasspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (8) der Wicklung ohne Isolierung durch den Spalt des gespaltenen Rings (9) hindurch verlängert und um diesen gewickelt ist.

5. Blasspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Gehäuse innen ein magnetisches Gehäuse (6) enthält.

6. Magnetische Blasspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (7) aus Stahl ist.

7. Magnetische Blasspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (7) am Boden des Gehäuses (6) mit einer Schraube (22) befestigt ist, wobei ein Isolierkörper (11) für den Durchgang der Schraube durch das Gehäuse vorgesehen ist.

8. Magnetische Blasspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkontakt eine leitende Scheibe (21) aufweist, die vom Kern (7) getragen wird und elektrisch und mechanisch mit dem Kern (7) über die Schraube (22) verbunden ist.