DE615623C - Schaltvorrichtung fuer Gleichstromkreise mit Lichtbogenloeschung mittels Parallelkondensators - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

Bun SncL Einendem

. 1935

AUSGEGEBEN AM
9. JULI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 35

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. April 1932 ab

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung für Gleichstromkreise mit Lichtbogenlöschung· mittels Parallelkondensators. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art liegt der Löschkondensator der Schaltstrecke nicht ständig parallel, sondern wird ihr erst nach kleiner, etwa ¹Z₂ mm betragender öffnung der Schaltkontakte parallel geschaltet. Bei diesen bekannten Anordnungen, die in FIg. 1 dargestellt skid, ist der Löschkondensator 5 mit einer seiner Belegungen mit dem festen Arbeitskontakt 3 des Schalters 2 und zugleich mit dem Verbraucher oder Belastungswiderstand ι verbunden, während die andere Belegung gegebenenfalls über eine - Drosselspule 6 mit dem Ruhekontakt 4 des Schalters ständig verbunden ist. Der Widerstand des abzuschaltenden Verbrauchers kann sowohl induktiver als auch Ohmscher Art sein. Das Gleichstromnetz, dessen beide Pole mit + und — bezeichnet sind, kann beispielsweise von einer Batterie, einer Gleichstrommaschine oder über Gleichrichter von einem Wechselstromnetz gespeist werden. Mit dem negativen Pol des Netzes und dem einen Ende der Drosselspule 6 ist ein hochohmiger Aufladewiderstand 7 verbunden. Das Prinzip dieser bekannten Schaltvorrichtung besteht darin, daß der Entladungsstrom des Kondensators den zu löschenden Lichtbogenstrom entgegengesetzt richtet und ihn auf Null bringt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung, bei welcher der mit einer Belegung ständig mit dem festen Arbeitskontakt des Schalters verbundene Löschkondensator mit seiner anderen Belegung bei Anschlag des Schalters am Ruhekontakt mit dem abzuschaltenden Verbraucher oder Belastungswiderstand verbunden wird.

Sie besteht darin, daß das eine Ende des Verbrauchers mit dem beweglichen Arbeitskontakt des Schalters verbunden ist und daß zwischen dem anderen Ende des Verbrauchers und dem Ruhekontakt des Schalters ein hochohmiger Aufladewiderstand liegt, so daß der Kondensator in allen Schaltstellungen über einen Aufladewiderstand an den beiden Polen des Gleichstromnetzes liegt.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt, in der die gewählten Bezugszeichen die gleichen Elemente angeben wie in Fig. 1.

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing- Erich Friedländer, Dipl.-Ing. Fritz Ulrich in Berlin-Siemensstadt und Carl J ogel in Berlin-Schöneberg.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, überbrückt der aus dem Löschkondensator 5, der Drosselspule 6 und dem hochohmigen Aufladewiderstand 7 bestehende Zweig der Schaltanordnung im Gegensatz zur Fig. 1 nicht nur den Verbraucher i, sondern auch den Schalter 2. Infolgedessen liegt -der Löschkondensator in allen Schaltstellungen über den Aufladewiderstand 7 an beiden Polen des Gleichstromnetzes. Die Drosselspule 6, die aus wenigen Windungen einer scinvachen Hilfsspule bestehen kann, trägt zur leichteren Löschung des Lichtbogens bei.

Fig. 2 läßt auch das Prinzip der Wirkungsweise der Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung erkennen, das darin besteht, daß der erste Stromstoß des Kondensators dem Betriebsstrom im Schalterlichtbogen gleichgerichtet ist. Versuche haben gezeigt, daß mit dieser neuen Anordnung die mit Sicherheit zu bewältigende Schaltleistung auf das Doppelte oder auf einen noch höheren Betrag gegenüber der mit der Anordnung nach Fig. 1 zu bewältigenden Leistung erhöht werden kann. Diese Erhöhung' der Schaltleistung hängt vermutlich damit zusammen, daß der Stromverlauf, der in Fig. 3 für beide Anordnungen nach Fig. 1 und 2 über der Zeit t aufgetragen ist, bei der Schaltung nach Fig. 1 zwar sehr schnell einen Xulldurchgang des Stromes zeigen wird, daß jedoch die Schaltung nach -Fig. 2 während längerer Zeit nach dem Ablauf der ersten Stromamplitude des sich notwendig einstellenden Schwingungs-Vorganges einen relativ kleinen Strom am Kontakt zur Folge hat, so daß der Lichtbogen in dieser Zeit, die in Fig. 3 mit T bezeichnet ist. leicht verlischt.

Es sind zwar schon Schaltvorrichtungen bekannt, bei denen der erste Stromstoß des Kondensators dem Betriebsstrom im Schalterlichtbogen gleichgerichtet ist. Zu diesem Zweck wird bei der bekannten Anordnung ein Kondensator vorgesehen, der mit der einen Belegung mit dem festen Arbeitskontakt des Schalters, mit der anderen Belegung mit dem Ruhekontakt des Schalters verbunden ist. Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie nur dann, wenn der Isolationswiderstand des Kondensators unendlich groß ist, wirksam ist. Praktisch ist also eine solche Anordnung nicht brauchbar, da jeder Kondensator einen gewissen Verlustwiderstand besitzt.

Die Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung besitzt noch den weiteren Vorteil, daß der Aufladewiderstand 7 von dem Augenblick an, wo der Ruhekontakt 4 geschlossen ist, gleichzeitig die Funktion eines Schutzwiderßo Standes parallel zum Verbraucher 1 übernimmt, so daß Überspannungen selbst bei großen Werten der Induktivität des Verbrauchers stark herabgemindert werden. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt noch darin, daß bei. ihr der Aufladewiderstand 7 bei geöffnetem Schalter über den Löschkondensator 5 am Xetz liegt, wodurch im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 1 ein Stromfluß durch den Aufladewiderstand verhindert wird.

Bei sehr hohen Induktivitäten im Verbaucherkreis müßte der Aufladewiderstand 7, um als Schutzwiderstand wirken zu können, so klein gemacht werden, daß der über den Lichtbogen zusätzlich fließende Strom dieses '5 Schutzwiderstandes die Löschfähigkeit des Kondensators beeinträchtigen würde. Man ist also mit der Wahl des Widerstandes 7 nicht völlig frei, sondern wird im allgemeinen ein Vielfaches des Widerstandes des Verbrauchers 1 innehalten müssen. Bei sehr großen Induktivitäten im Verbraucherkreis würde damit jedoch ein Vielfaches der Betriebsspannung als Überspannung an der Induktivität des Verbrauchers auftreten S5 können.

Gemäß der weiteren .Ausbildung der Erfindung wird deshalb ein Gleichrichter in der Weise angewendet, wie die Fig. 4 der Zeichnung darstellt. Es ist an sich bereits bekannt, einen Gleichrichter parallel zum Verbraucher ■ oder insbesondere parallel zu der Induktivität im Verbraucherkreis zu schalten. Demgegenüber wird der Gleichrichter erfindungsgemäß nicht parallel zum Verbraucher, sondern parallel zum Aufladewiderstand geschaltet. Daraus ergibt sich ein technischer Vorteil in der Dimensionierungsbedingung für den Gleichrichter 8. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, deren Bezeichnungen mit denen ioo von Fig. ι und 2 übereinstimmen, liegt der Gleichrichter. 8 nämlich weder im eingeschalteten noch im ausgeschalteten Zustand des Schalters dauernd an Spannung. Infolgedessen reicht es aus, den Gleichrichter 8 für die gerade bei stoßweiser Momentanbelastung zulässige Spannung zu dimensionieren. Man spart dadurch besonders bei der Verwendung von Kupferoxydgleichrichtern erheblich an der erforderlichen Zellenzahl. Gleichzeitig geht damit bei gleicher Plattengröße der Durchlaßwiderstand des verwendeten Gleichrichters und damit auch die Höhe der auftretenden Überspannung herunter.

Mit Hilfe der Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich mit schwachen Kontakten, z. B. mit Kontaktdurchmessern von bis S mm, Schaltleistungen von vielen Kilo- · watt mit Sicherheit bewältigen. Die Löschung der entstehenden Lichtbogen geht dann aiii

besten vor sich, wenn der Kondensator bereits nach sehr kleiner öffnung der Schaltkontakte parallel geschaltet wird. Versuche haben ergeben, daß ein Optimum bei etwa ι mm Kontaktweg liegt. Um nun zu erreichen, daß selbst beim Versagen der Kondensatorlöschwirkung trotz optimaler Einstellung der Kontaktöftnung auf ι mm der Lichtbogen noch mit Sicherheit zum Abreißen kommt, werden auf die Kontakte Funkenhörner aufgesetzt. Im allgemeinen werden diese ausschließlich als Sicherheitsorgane wirkenden Hörner nicht gebraucht, jedoch ist ihre Wirkung um so sicherer, je weiter der

ίο Kontakt geöffnet wird. Um die Forderungen nach möglichst kleinem Kontaktweg zum Zwecke der Parallelschaltung des Kondensators und nach verhältnismäßig großem Schaltweg zwecks Erhöhung der Löschwirkung der Funkenhörner zu vereinigen, kann der Ruhekontakt für die Parallelschaltung des Kondensators federnd angeordnet werden. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt. Der Arbeitskontakt 9 ist als Bügel ausgebildet, der in ein Horn ausläuft: ihm steht der bewegliche Kontakt 10 gegenüber, der in gleicher Weise wie der Arbeitskontakt 9 ausgebildet ist und mittels eines Hebels 11 betätigt wird. Der mit 12 bezeichnete Ruhekontakt sitzt auf einer Feder 13, die ihn bei geschlossenem Schalter, d. h. also wenn die Kontakte 9 und 10 aufeinanderliegen, bis auf einen Abstand von ι mm an ein entsprechend ausgebildetes Gegenstück 14 des beweglichen Kontaktes 10 herandrückt. Die Bügel der Kontakte 9 und 10 sind so gebogen, daß der Fußpunkt des Lichtbogens, d. h. also die gegenseitige Berührungsstelle der Bügel, oberhalb der Stromzuführungsachse der Kontakte 9 und 10 liegt. Ferner ist für einen glatten übergang vom Lichtbogenfußpunkt zu den auslaufenden Hörnern zu sorgen. Die \^rerwendung von Reinsilber für die Hauptkontakte 9 und 10 hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da bei Verwendung von Reinsilber die erzielte Löschwirkung am größten ist.

Der Schalter nach Fig. 5 arbeitet in der Weise, daß sich bei seiner Öffnung zunächst die Bügel 9 und 10 voneinander trennen und bei einer gegenseitigen Entfernung von etwa ι mm der Ruhekontakt 12 von dem Gegenstück 14 berührt wird, wodurch die Parallelschaltung des Löschkondensators bewirkt wird. Der Hebel kann infolge Zurückfederns

. der Feder 13 ohne Trennung der Kontakte 12 und 14 weiterbewegt werden, so daß gegebenenfalls die Hörner der Kontakte 9 und 10 ansprechen und der Lichtbogen durch Herausblasen gelöscht wird, wenn es nicht schon vorher durch die Löschwirkung des Kondensators geschehen ist.

Bei sehr hoch beanspruchten · Konfakten kann es darauf ankommen, unabhängig von erheblichem Materialverbrauch an den Hauptkontakten 9 und 10 einen Schaltweg von ι mm bis zum Zuschalten des Kondensators (durch Auf treffen des Kontaktes 14 auf den Kontakt 12) innezuhalten. Diesem Ziel dient die in Fig. 6 der Zeichnung dargestellte An-Ordnung. Die Lage des Kontaktstückes 12 wird in der Einschaltstellung der Kontakte 9 und 10 unabhängig von deren Abbrand durch ein auf den Hebel 11 aufgesetztes Distanzstück 15 sichergestellt. Außerdem wird mit der Feder 14 eine Verzögerungsvorrichtung iü verbunden, die im einfachsten Falle aus einer großen Masse oder einer Bremsvorrichtung bestehen kann. Diese Vorrichtung 16 dient dem Zweck, daß der Kontakt 12 bei sehr schnellen Bewegungen des Hebels 11 nicht momentan unter dem Einfluß der Kraft der Feder 13 zurückfedern kann, wodurch der sonst ι mm betragende Schaltweg bis zum Zuschalten des Löschkondensators in unerwünschter Weise vergrößert würde. Mit der angegebenen Vorrichtung wird dagegen der· zurückzulegende Schaltweg von 1 mm bis zum Schließen des Ruhekontaktes unabhängig von der Lage des Kontaktes 9 bzw. go dem Abbrand in den Kontakten 9 und 10 gesichert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung für Gleichstromkreise mit Lichtbogenlöschung mittels eines Parallelkondensators, dessen eine Belegung ständig mit dem festen Arbeitskontakt eines Schalters verbunden ist und dessen andere Belegung mit dem bewegliehen Arbeitskontakt erst bei dessen Anschlag an einen Ruhekontakt des Schalters verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Verbrauchers mit dem beweglichen Arbeitskontakt des Schalters verbunden ist und daß zwischen dem anderen Ende des Verbrauchers und dem Ruhekontakt des Schalters ein hochohmiger Aufladewiderstand liegt. no

2. Schaltvorrichtung" nach Anspruch 1 zum Abschalten von induktiven Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem hochohmigen Widerstand ein Gleichrichter, insbesondere ein Trockengleichrichter, geschaltet ist.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Löschkondensator eine Drosselspule liegt.

4- Schaltvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruhekontakt des Schalters federnd angeordnet ist.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anordnung eines den Ruhekontakt in bestimmtem Abstand vom beweglichen Arbeitskontakt haltenden Distanzstückes.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine auf die federnde Anordnung des Ruhekontaktes einwirkende Verzögerungsvorrichtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen