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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schalter, wie einen
Leistungsschalter, eine Strombegrenzungsvorrichtung oder einen elektromagnetischen
Kontaktgeber, wobei sich in einem Gehäuse zur Zeit einer Stromunterbrechung
ein Lichtbogen ausbilden kann.
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Die 1 ist
eine Seitenansicht, die einen Leistungsschalter in einem Öffnungszustand
als ein Beispiel der herkömmlichen
Schalter zeigt, und die 2 ist eine Seitenansicht, die
einen Zustand unmittelbar nach einer Kontaktöffnung in dem Leistungsschalter
von 1 darstellt. Die 3 ist eine Seitenansicht,
die den maximalen Öffnungszustand eines
bewegbaren Schalterstückes
in dem Leistungsschalter von 2 zeigt.
In den Zeichnungen gibt die Bezugszahl 1 ein bewegbares
Schaltstück des
Leistungsschalters an, wobei dieses Schaltstück 1 so gelagert ist,
um um einen Drehlagerpunkt (ein Drehzentrum) 14 (s. 2 und 3)
eines Basisteils zu drehen. Die Bezugszahl 2 bezeichnet
einen an einem Ende (einer unteren Fläche des freien Endes) des bewegbaren
Schalterstücks 1 befestigten Wanderkontakt 2,
und mit 3 ist ein Festkontakt bezeichnet, der durch die
Drehung des bewegbaren Schalterstücks 1 einen Kontakt
mit dem Wanderkontakt 2 bildet und unterbricht. Die Bezugszahl 4 bezeichnet
ein stationäres
Schaltstück,
das an seinem einen Ende den Festkontakt 3 besitzt, und
eine Ausgestaltung des stationären
Schalterstücks 4 wird später beschrieben
werden. Mit der Bezugszahl 5 ist eine Anschlussklemme auf
der Seite einer Energiequelle bezeichnet, wobei die Anschlussklemme
mit dem anderen Ende des stationären
Schaltstücks
verbunden ist, und mit 6 ist eine Lichtbogenlöschplatte bezeichnet,
die so funktioniert, um den zwischen dem Wanderkontakt 2 und
dem Festkontakt 3 in einem Öffnungszeitpunkt zwischen diesen
gebildeten Lichtbogen zu strecken und zu kühlen. Mit der Bezugszahl 7 ist
eine Löschplatten-Seitenwandplatte
bezeichnet, die die Löschplatten 6 trägt, und
mit 8 ist ein Schaltmechanismus angegeben, der das bewegbare Schaltstück 1 zum
Drehen bringt. Der Schaltmechanismus 8 enthält einen
(nicht dargestellten) Strommessfühler,
und er wird nach dem Erfassen eines Kurzschlussstromes durch den
Strommessfühler
betätigt.
Ein Handgriff 9 dient einer manuellen Betätigung des
Schaltmechanismus 8, und mit 10 ist eine Anschlussklemme
auf der Seite einer Last bezeichnet, während mit 11 ein Leiter
angegeben ist, um die Anschlussklemme 10 mit dem bewegbaren
Schaltstück 1 zu
verbinden. Darüber
hinaus bezeichnet die Bezugszahl 12 ein Gehäuse, das
diese Leistungsschalterbauteile enthält, und mit 13 ist
eine in einem Wandstück
des Gehäuses 12 vorgesehene
Auslassöffnung
bezeichnet.
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Es
wird nun eine Beschreibung hinsichtlich der Ausgestaltung des stationären Schaltstücks 4 gegeben.
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Gemäß den 1 bis 3 ist
das stationäre
Schaltstück 4 einteilig
derart ausgebildet, dass es ein sich horizontal erstreckendes Leiterstück 4a,
das mit der Anschlussklemme 5 auf der Seite der Stromquelle
verbunden ist, ein vertikal abwärts
an einem zur Anschlussklemme 5 entgegengesetzten Ende des
Leiterstücks 4a abgebogenes Leiterstück 4b,
ein als abgesetztes unteres Stück,
das sich horizontal von einem unteren Ende des Leiterstückes 4b zur entgegengesetzten
Seite des Leiterstückes 4a erstreckt,
dienendes Leiterstück 4c,
ein von einem distalen Endes des Leiterstücks 4c vertikal ansteigendes
Leiterstück 4d und
ein Leiterstück 4e,
das sich von einem oberen Ende des Leiterstücks 4d zum Leiterstück 4a hin
erstreckt, enthält.
Ferner ist der Festkontakt 3 am Leiterstück 4e angebracht.
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In
dem stationären
Schaltstück 4 mit
der oben beschriebenen Ausgestaltung ist das Leiterstück 4d,
das das als das abgesetzte untere Stück dienende Leiterstück 4c mit
der Seite des Festkontakts 3 verbindet, mit Bezug zum Festkontakt 3 auf der
Seite des anderen Endes des bewegbaren Schaltstücks 1 an welchem der
Wanderkontakt 2 nicht befestigt ist, und auf der zur Anschlussklemme 5 entgegengesetzten
Seite angeordnet. Das mit dem Festkontakt 3 versehene Leiterstück 4e ist
unterhalb der Berührungsfläche zwischen
dem Wanderkontakt 2 und dem Festkontakt 3 zum
Zeitpunkt eines Kontaktschließens
zwischen diesen positioniert. Der Festkontakt 4 wird in
einem vollkommen freiliegenden Zustand, in welchem eine Gesamtfläche von
diesem nicht isoliert ist, verwendet.
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Es
wird nun eine Beschreibung hinsichtlich der Funktionsweise gegeben.
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In
dem in 1 dargestellten Zustand ist die Anschlussklemme 5 des
stationären
Schaltstücks 4 mit
der Stromquelle verbunden, während
die Anschlussklemme 10 auf der Seite der Last mit der Last verbunden
ist.
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Wenn
in diesem Zustand das Griffstück 9 in einer
durch den Pfeil B angegebenen Richtung bewegt wird, wird der Schaltmechanismus 8 so
betätigt, um
das bewegbare Schaltstück 1 um
den Drehlagerpunkt 14 (s. 2 und 3)
des Basisteils nach unten zu drehen. Dadurch wird ein Schließzustand
der Kontakte, wobei der Wanderkontakt 2 am Festkontakt 3 anliegt,
hergestellt, um die Energie von der Stromquelle zur Last zu leiten.
Der Wanderkontakt 2 wird in diesem Zustand zum Festkontakt 3 hin
mit einem spezifizierten Kontaktdruck gedrückt, um die Zuverlässigkeit
in der Stromzufuhr zu gewährleisten.
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Wenn
in einem Stromkreis auf der Lastseite mit Bezug zum Leistungsschalter
ein Kurzschlussfall oder dergleichen auftritt, wobei ein großer Kurzschlussstrom
in den Schaltkreis geführt
wird, ermittelt der Strommessfühler
im Schaltmechanismus 8 den großen Strom, um dadurch den Schaltmechanismus 8 zu
betätigen.
Dadurch wird das bewegbare Schaltstück 1 in einer Kontaktöffnungsrichtung
gedreht, um den Wanderkontakt 2 vom Festkontakt 3 weg
zu öffnen.
Zur Zeit einer Kontaktöffnung
bildet sich zwischen dem Wanderkontakt 2 und dem Festkontakt 3 ein
Lichtbogen A aus, wie in den 2 und 3 gezeigt
ist.
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Wenn
der größere Strom,
wie der Kurzschlussstrom, fließt,
wird jedoch im allgemeinen eine extrem starke elektromagnetische
Abhebekraft an der Berührungsfläche zwischen
dem Wanderkontakt 2 und dem Festkontakt 3 hervorgerufen.
Demzufolge wird das bewegbare Schaltstück 1 vor der Einwirkung des
Schaltmechanismus 8 in der Kontaktöffnungsrichtung gedreht, um
den am Wanderkontakt 2 aufgebrachten Kontaktdruck zu überwinden.
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Die
Drehung ruft deshalb das Öffnen
zwischen dem Wanderkontakt 2 und dem Festkontakt 3 hervor,
um so durch die Lichtbogenlöschplatte 6 den zwischen
den Kontakten 2 und 3 erzeugten Lichtbogen zu
strecken und zu kühlen.
Als Ergebnis steigt eine Lichtbogenfestigkeit an und wird eine Strombegrenzungswirkung
erzeugt, um den Kurzschlussstrom zu vermindern, so dass der Lichtbogen
A in einem Stromnulldurchgangspunkt gelöscht wird, was in der Vollendung
der Stromunterbrechung resultiert.
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Die
Strombegrenzungswirkung ist für
eine Verbesserung der Schutzfunktion des Leistungsschalters von
großer
Bedeutung. Wie oben gesagt wurde, ist es notwendig, die Lichtbogenfestigkeit
zu steigern, um eine Strombegrenzungsleistung zu erhöhen.
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Bevorzugte
Techniken zum Strecken des Lichtbogens, um die Lichtbogenfestigkeit
zu erhöhen,
schließen
ein Verfahren unter Anwendung eines stationären Schaltstückes ein,
das eine Ausgestaltung besitzt, die beispielsweise in den offengelegten
Japanischen Patentanmeldungen Nr.
60-49533 und
2-68831 offenbart
ist.
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Die
in diesen Japanischen Patentanmeldungsschriften beschriebenen Gestalt
des stationären
Schaltstücks
ist grundsätzlich
zu derjenigen des in den 1 bis 3 gezeigten
stationären
Schaltstücks
identisch.
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Gemäß den 1 bis 3 erstreckt
sich ein das stationäre
Schaltstück 4 einschließender Strompfad
von der Anschlussklemme 5 auf der Seite der Stromquelle
durch die Leiterstücke 4a, 4b, 4c, 4d und 4e in
dieser Reihenfolge zum Festkontakt 3.
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In
einem solchen Strompfad ruft der Strom im Leiterstück 4e auf
der Seite des Festkontakts 3 des stationären Schaltstücks 4 eine
elektromagnetische Kraft hervor, die auf den Lichtbogen A einwirkt, und
die elektromagnetische Kraft dient als eine Kraft, um den Lichtbogen
A zur Lichtbogenlöschplatte 6 hin zu
strecken. Im Ergebnis ist es möglich,
die Lichtbogenfestigkeit zu erhöhen,
um so den Leistungsschalter zu schaffen, der eine verbesserte Strombegrenzungsleistung
besitzt.
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Um
die Strombegrenzungsleistung bei einer normalen Wechselstrom-Unterbrechung
zu steigern, ist es notwendig, die Lichtbogenfestigkeit zu erhöhen, wie
oben gesagt wurde. In diesem Fall ist es jedoch notwendig, die 1 Lichtbogenfestigkeit
zu erhöhen,
bevor der Strom den maximalen Wert unmittelbar nach dem Öffnen der
Kontakte 2 und 3 erreicht. Wenn die Lichtbogenfestigkeit
erhöht
wird, nachdem der Strom zu groß wird,
ist es schwierig, den Strom aufgrund der Trägheitswirkung des Stroms zu
begrenzen. Weil die im Schalter erzeugte Lichtbogenenergie aufgrund
des großen
Stroms und der hohen Festigkeit groß wird, wird am Schalter ein
schlimmer Schaden verursacht. Folglich ist es notwendig, die Ausgestaltung
für das
stationäre
Schaltstück
zu schaffen, die den Lichtbogen unmittelbar nach einem Öffnen der
Kontakte 2 und 3 durch die starke elektromagnetische
Kraft in hohem Maße
strecken kann, um die Lichtbogenfestigkeit rapid zu erhöhen.
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Der
Schalter mit der herkömmlichen
Gestalt des stationären
Schaltstücks
ist jedoch so ausgebildet, wie oben beschrieben wurde. Somit kann,
wie in 2 gezeigt ist, lediglich das Leiterstück 4e auf
der Seite des Festkontakts 3 als Strompfad des stationären Schaltstücks 4 dienen,
der gleichzeitig die in einer Richtung zum Öffnen des bewegbaren Schaltstücks 1 unmittelbar
nach einem Öffnen
der Kontakte 2 und 3 wirkende elektromagnetische
Kraft und die elektromagnetische Kraft, um den Lichtbogen A in der
Richtung der Anschlussklemme 5 auf der Seite der Stromquelle
zu strecken, erzeugen kann. Andere Strompfade (Leiterstücke) 4a, 4b, 4c und 4d verhindern
einen Öffnungsvorgang
des bewegbaren Schalterstücks 1 und
erzeugen eine elektromagnetische Kraft, um den Lichtbogen A auf
der zur Anschlussklemme 5 entgegengesetzten Seite zu strecken.
Der Strom im Strompfad 4d hat dieselbe Richtung wie diejenige
des Stroms des Lichtbogens A, um einander anzuziehen, während der
Strom im Strompfad 4b die zum Strom des Lichtbogens A entgegengesetzte Richtung
hat, um einander abzustoßen.
Deshalb sollte der Lichtbogen A in der zur Anschlussklemme 5 entgegengesetzten
Richtung gestreckt werden. Ferner fließt der Strom in den Strompfaden 4a und 4c in der
zur Richtung des Stroms im Strompfad 4e entgegengesetzten
Richtung, um so eine elektromagnetische Kraft um Strecken des Lichtbogens
A in der zur Anschlussklemme 5 entgegengesetzten Richtung
zu erzeugen.
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Darüber hinaus
kann lediglich der Strompfad 4e des stationären Schaltstücks 4 die
elektromagnetische Kraft in einer Drehrichtung des gesamten bewegbaren
Schaltstücks 1 ausüben, wie
oben gesagt wurde. In den anderen Strompfaden 4a und 4c fließt der Strom
in derselben Richtung wie im bewegbaren Schaltstück 1, so dass die
elektromagnetische Kraft in einer Richtung zum Schließen des
bewegbaren Schaltstücks 1 aufgebracht
wird. Der Strom im Strompfad 4d kann die elektromagnetische
Kraft in der Drehrichtung auf der Seite des Drehzentrums 14 des
bewegbaren Schaltstücks 1 ausüben, jedoch
die elektromagnetische Kraft in der Schließrichtung auf der Seite des
Wanderkontaktes 2 aufbringen.
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Durch
die Gestalt des bewegbaren Schaltstücks 4, das bei dem
herkömmlichen
Schalter verwendet wird, entsteht folglich ein Problem insofern, als
die durch den Strom im stationären
Schaltstück 4 erzeugte
elektromagnetische Kraft nicht effektiv wirken kann, um den Lichtbogen
A zu strecken. Obgleich nur die elektromagnetische Kraft von dem Strompfad 4e des
stationären
Schaltstücks 4 zu
einem Öffnen
des bewegbaren Schaltstücks 1 mit
hoher Geschwindigkeit beiträgt,
nimmt ferner die elektromagnetische Kraft rasch aufgrund eines vergrößerten Abstandes
zwischen dem Wanderkontakt 2 und dem Festkontakt 3,
wenn das bewegbare Schaltstück 1 gedreht
wird, ab. Zusätzlich
wird eine relativ große
Wirkung des Stroms in den anderen Strompfaden 4a, 4b, 4c und 4d erzeugt,
die die elektromagnetische Kraft in der Richtung eines Verhinderns
der Öffnungswirkung
hervorruft. Folglich liegt ein anderes Problem einer verminderten
Geschwindigkeit in der Öffnungswirkung
vor. Als Ergebnis entstehen andere Probleme insofern, als die Öffnungsgeschwindigkeit
herabgesetzt wird und eine geforderte Strombegrenzungsleistung nicht
zur Verfügung
gestellt werden kann.
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Die
7 ist
eine Seitenansicht, die einen Schließzustand des Leistungsschalters
zeigt, der als der herkömmliche
Schalter dient, welcher beispielsweise in der
Japanischen Patentanmeldung-Offenlegungsschrift
Nr. 60-49535 beschrieben ist. Die
5 ist eine
Seitenansicht, die einen Öffnungszustand von
lediglich einem bewegbaren Element in
4 zeigt,
und die
6 ist eine Seitenansicht, die
einen Öffnungszustand
des bewegbaren Elements sowie eines Abstoßelements in
4 darstellt.
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In
den Zeichnungen bezeichnet die Bezugszahl 101 ein elektrisches
Schaltstück
(nachstehend als bewegliches Element bezeichnet) des Leistungsschalters,
und das bewegliche Element 101 kann mit einer Lagerwelle 21 eines Hauptendes
als dem Drehzentrum, wie in den 7 und 8 gezeigt
ist, drehen. Die Bezugszahl 102 bezeichnet einen an der
unteren Fläche
eines freien Endes des einen beweglichen Elements 101 befestigten
Kontakt, und mit 103 ist der andere elektrische Kontakt
(Abstoßelement) bezeichnet,
der unter dem einen beweglichen Element 101 angeordnet
ist. Das elektrische Element 103 kann ebenfalls mit einer
Welle P2 eines Hauptendes als dem Drehzentrum drehen. Die Bezugszahl 104 bezeichnet
den anderen, an einer oberen Fläche
des anderen elektrischen Schaltstücks 103 befestigten
Kontakt, der mit dem Kontakt 102 eine Kontaktbildung- und
unterbrechung ausführt.
Das bewegliche Element 101 und das andere elektrische Schaltstück 103 bilden
ein elektrisches Konterpaar.
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Die
Bezugszahl 105 bezeichnet eine Anschlussklemme eines Stromquellensystems,
und mit 106 ist ein Leiter bezeichnet, der das andere elektrische
Schaltstück 103 mit
der Anschlussklemme 105 elektrisch verbindet. Die Bezugszahl 107 gibt
ein erstes Leiterstück
an, das sich horizontal in einer Position unter dem beweglichen
Element 101 erstreckt, wobei die Anschlussklemme 105 mit
dem einen Ende des ersten Leiterstücks 107 verbunden
ist. Die Bezugszahl 108 bezeichnet ein zweites Leiterstück, das kontinuierlich
mit dem anderen Ende des ersten Leiterstückes ausgebildet ist, um zu
einer Position unter dem beweglichen Element 101 anzusteigen,
und der Leiter 106 umfasst das erste Leiterstück 107 sowie das
zweite Leiterstück 108.
Das zweite Leiterstück 108 besitzt
eine Flexibilität,
um die Drehung des elektrischen Schaltstücks 103 nicht zu verhindern.
Ferner ist das Hauptende des Abstoßelements 103 mit
einem oberen Ende des zweiten Leiterstücks 108 über die
Welle P2 drehbar verbunden.
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Die
Bezugszahl 109 bezeichnet eine Torsionsfeder, die auf die
Hauptende-Anschlusswelle P2 des anderen elektrischen Schaltstücks 103 gesetzt ist,
und mit 110 ist ein Schaltmechanismus für ein Drehen des beweglichen
Elementes 101 angegeben. Der Schaltmechanismus 110 hat
die Funktion, das bewegliche Element in der Öffnungsrichtung automatisch
zu drehen, wenn ein Strom mit einem vorbestimmten Stromwert oder
darüber
(Kurzschlussstrom) im Leistungsschalter fließt. Im Allgemeinen wird das
andere elektrische Element 101 mit Blick hierauf als das
bewegliche Element 101 bezeichnet, während der Kontakt 102 als
der Wanderkontakt 102 bezeichnet wird.
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Die
Bezugszahl 110a kennzeichnet ein Federgegenlager, das an
einem Seitenflächenteil
eines Gehäuses
des Schaltmechanismus 110 angebracht ist. Das eine Ende
der Torsionsfeder 109 wird am Federgegenlager 110a festgehalten,
während
das andere Ende der Torsionsfeder 109 am beweglichen Element 101 angreift.
Die Torsionsfeder 109 bringt die Kontakte 102 und 104 zu
einer Schließzeit
mit einer vorbestimmten Kraft in Berührung. Ferner ist für das elektrische
Schaltstück 103 ein
(nicht dargestellter) Anschlag so vorgesehen, dass das andere elektrische
Schaltstück 103 bei
einer Öffnungszeit
des beweglichen Elements 101 in einer in 5 gezeigten
Position festgehalten wird.
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Wenn
eine Kraft, die größer ist
als diejenige der Torsionsfeder 109 am anderen elektrischen Schaltstück 103 aufgebracht
wird, kann daher dieses andere elektrische Schaltstück 103 in
der Öffnungsrichtung
drehen. Da, wie oben gesagt wurde, das elektrische Schaltstück 103 mit
einer großen
Kraft ein Abstoßen
ausführen
kann, wird das elektrische Schaltstück 103 nachfolgend
als Abstoßelement bezeichnet,
wobei der Kontakt 104 Abstoßkontakt genannt wird.
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Die
Bezugszahl 111 bezeichnet ein Griffstück, um den Schaltmechanismus
manuell zu betreiben, und das Griffstück 111 wird betätigt, um
das bewegliche Element 101 von Hand zu schalten. Die Bezugszahl 112 bezeichnet
einen Anschlag, um die maximale Öffnungsstellung
des Abstoßelements 103 festzusetzen,
mit 113 ist eine Lichtbogenlöschplatte bezeichnet, und 114 kennzeichnet
ein Löschplatten-Seitenwandblech,
das die Lichtbogen-Löschplatten 113 festhält. Mit
der Bezugszahl 115 ist eine Anschlussklemme auf der Seite
einer Last angegeben, die Bezugszahl 116 bezeichnet ein
die Bauteile des Leistungsschalter aufnehmendes Gehäuse, und
mit 117 ist eine in einem Wandstück des Gehäuses 116 ausgebildete
Auslassöffnung
bezeichnet.
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Es
wird nun eine Beschreibung hinsichtlich der Funktionsweise gegeben.
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Falls
gemäß 4 die
eine Anschlussklemme 105 mit der Stromquelle und die andere
Anschlussklemme 115 mit der Last verbunden wird, ist es
möglich,
den Strom von der Stromquelle der Last zuzuführen. Hierbei sind der Wanderkontakt 102 und der
Abstoßkontakt 104 in
einem Schließzustand,
indem sich der Wanderkontakt 102 und der Abstoßkontakt 104 miteinander
mit einem vorbestimmten Kontaktdruck durch eine (nicht dargestellte)
Kontaktdruckfeder des beweglichen Elements 101 und der Torsionsfeder 109 des
Abstoßelements 103 berühren. Im
Schließzustand
fließt,
wie in 7 gezeigt ist, ein Strom im beweglichen Element 101 und
im Abstoßelement 103,
d.h. der Strom tritt, wie durch die Pfeile in 7 angegeben
ist, in die Anschlussklemme 105 ein, um durch das erste
Leiterstück 107,
das zweite Leiterstück 108,
das Abstoßelement 103 und den
Abstoßkontakt 104 in
dieser Reihenfolge zu fließen.
Anschließend
erreicht der Strom nach seinem Durchtritt durch eine Berührungsfläche zwischen dem
Abstoßkontakt 104 und
dem Wanderkontakt 102 das bewegliche Element 101.
Der Strom im beweglichen Element 101 tritt über einen
Leiter in der Nachbarschaft des Drehzentrums P1 zur Seite der Last aus.
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Wie
aus 7 deutlich wird, sind der Strom im Abstoßelement 103 und
der Strom im beweglichen Element 101 im Wesentlichen zueinander
parallel, sie haben jedoch entgegengesetzte Richtungen. Demzufolge
wird zwischen dem beweglichen Element 101 und dem Abstoßelement 103 eine
elektromagnetische Abhebekraft F aufgebracht. Der Kontaktdruck zwischen
dem Wanderkontakt 102 und dem Abstoßkontakt 104 wird
auf einen Wert festgesetzt, der größer als derjenige einer elektromagnetischen
Abhebekraft ist, die durch einen kleinen Strom, z.B. einen Arbeitsstrom
oder Überlaststrom
erzeugt wird. Bei dem kleinen Strom werden der Wanderkontakt 102 und
der Abstoßkontakt 104 niemals
durch ein Drehen des beweglichen Elements 101 oder ein Drehen
des Abstoßelements 103 oder
ein Betätigen des
Schaltmechanismus 110 geöffnet.
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Das
bewegliche Element 101 kann durch das Griffstück 111 gedreht
werden, um einen normalen Arbeitsstrom zu unterbrechen, und der
Schaltmechanismus 110 wird automatisch betätigt, um
das bewegliche Element 101 in eine in 5 gezeigte
Offenstellung zu bringen, wenn der Überlaststrom fließt. In jedem
Fall wird das Abstoßelement 103 niemals
durch die Torsionsfeder 109 in der Öffnungsrichtung betätigt. Dieser
Zustand ist in 8 dargestellt. Gemäß 8 übt das durch
den Strom im Abstoßelement 103 erzeugte
Magnetfeld eine Kraft Fm auf den Lichtbogen A in einer Richtung
zur Lichbogenlöschplatte 113 hin
aus. Als Ergebnis wird der Lichtbogen A in der mit Fm bezeichneten
Richtung gestreckt und durch die Lichtbogenlöschplatte 113 gekühlt sowie
gelöscht,
was in der Vollendung der Stromunterbrechung resultiert.
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Wenn
andererseits in der in 7 gezeigten Schließstellung
ein großer
Strom, z.B. ein Kurzschlussstrom, fließt, wird die elektromagnetische
Abhebekraft F, die zwischen dem beweglichen Element 101 und
dem Abstoßelement 103 aufgebracht
wird, größer als
der Kontaktdruck zwischen den Kontakten 102 und 104,
d.h. als der Druck der Torsionsfeder 109 oder der Kontaktdruckfeder
des beweglichen Elementes 101. Folglich beginnen das bewegliche Element 101 und
das Abstoßelement 103 mit
einem Drehen in den jeweiligen Öffnungsrichtungen.
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Da,
wie in 9 gezeigt ist, sowohl das bewegliche Element 101 als
auch das Abstoßelement 103 sich
in den Öffnungsrichtungen
bewegen, d.h. in einander entgegengesetzten Richtungen sich bewegen,
wächst
ein Abstand zwischen dem Wanderkontakt 102 und dem Abstoßkontakt 104 auf
das Doppelte im Vergleich mit einem Fall, wobei lediglich das bewegliche
Element 101 bewegt wird, an. Mit anderen Worten wird die Öffnungsgeschwindigkeit
doppelt so schnell. Es ist folglich möglich, einen Zustand zu erreichen,
in dem das bewegliche Element 101 und das Abstoßelement 103 in
einer kurzen Zeit nach Beginn eines Fließens des Kurzschlussstroms
zum maximalen Ausmaß drehen,
wie in 10 gezeigt ist.
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Das
durch den Strom im Abstoßelement 103 erzeugte
Magnetfeld übt
auf den Lichtbogen A die Kraft Fm in der Richtung der Lichtbogenlöschplatte 113 aus,
so dass der Lichtbogen A gestreckt wird. Als Ergebnis ist es möglich, die
Bogenspannung rapid zu erhöhen
und eine ausgezeichnete Strombegrenzungsleistung zu erzielen. Obwohl
der Lichtbogen noch durch den durch die ausgezeichnete Strombegrenzungsleistung
verminderten Strom erzeugt wird, wird der Lichtbogen A gelöscht, indem
er dem Kühlvorgang
durch die Lichtbogenlöschplatte 113 unterliegt.
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Da
der herkömmliche
Schalter aufgebaut ist, wie oben beschrieben wurde, wird die elektromagnetische
Abstoßung
F zuverlässig
zwischen dem beweglichen Element 101 und dem Abstoßelement 103 durch
den Strompfad, der in 7 gezeigt ist, erzeugt. Jedoch
wird eine weitere magnetische Abstoßung zwischen dem Abstoßelement 103 und
dem ersten Leiterstück 107 erzeugt,
und die elektromagnetische Abstoßung dient als eine Kraft in
einer zur Öffnungsrichtung
des Abstoßelements 103 entgegengesetzten
Richtung. Ferner übt
das durch das zweite Leiterstück 108 hervorgerufene
Magnetfeld eine elektromagnetische Kraft auf das Abstoßelement 103 aus,
und die elektromagnetische Kraft wirkt auch als eine Kraft in einer
zur Öffnungsrichtung
des Abstoßelements 103 entgegengesetzten
Richtung. Das heißt
mit anderen Worten, dass ein Problem insofern vorliegt, als die
durch den Strom des beweglichen Elementes 101 erzeugte
elektromagnetische Kraft, um das Abstoßelement 103 in der Öffnungsrichtung
zu drehen, durch die elektromagnetische Kraft in der entgegengesetzten
Richtung, die durch den Strom im ersten sowie zweiten Leiterstück 107 sowie 108 erzeugt
wird, erheblich vermindert wird.
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Da
das bewegliche Element 101 und das Abstoßelement 103 in
den jeweiligen Öffnungsrichtungen
drehen, wird, wie in 9 und 10 gezeigt ist,
der Abstand zwischen diesen größer. Demzufolge wird
eine elektromagnetische Kraft, um das bewegliche Element 101 und
das Abstoßelement 103 in
den jeweiligen Öffnungsrichtungen
zu drehen, ebenfalls schwach. Im Gegensatz hierzu werden die Abstände zwischen
dem Abstoßelement 103 und
dem ersten Leiterstück 107 sowie
zwischen dem Abstoßelement 103 und
dem zweiten Leiterstück 108 vermindert. Deshalb
wird die elektromagnetische Kraft für ein Drehen des Abstoßelements
in der zur Öffnungsrichtung
entgegengesetzten Richtung groß.
Als Folge wird, da der Abstand zwischen den Kontakten 102 und 104 wegen
der Drehung des beweglichen Elements 101 und des Abstoßelements 103 groß wird, die
elektromagnetische Kraft zum Drehen des bewegbaren Elementes 101 und
des Abstoßelementes 103 in
der Öffnungsrichtung
vermindert. Weil die elektromagnetische Kraft in der zur Öffnungsrichtung entgegengesetzten
Richtung auch im Abstoßelement 103 größer wird,
ist insbesondere die Verminderung der elektromagnetischen Kraft
in der Öffnungsrichtung
erheblich.
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Bei
einer typischen Anordnung im Gehäuse 116 des
in 4 gezeigten Leistungsschalters ist das Abstoßelement 103 wegen
des Schaltmechanismus 110 kürzer als das bewegliche Element 101.
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Im
allgemeinen ist in einem Fall, da das Drehzentrum am einen Ende
einer Stange vorgesehen ist, das Trägheitsmoment mit Bezug zum
Drehzentrum proportional dem Quadrat einer Länge der Stange, während das
Kraftmoment der Länge
der Stange proportional ist. Folglich ist eine Winkelbeschleunigung
mit Bezug zum Drehzentrum zur Länge der
Stange umgekehrt proportional. Wenn diese Beziehung auf das bewegliche
Element 101 und das Abstoßelement 103 Anwendung
findet, kann das Abstoßelement 103 unmittelbar
nach Beginn eines Fließens
des Kurzschlussstromes schneller drehen als das bewegliche Element 101,
weil das Abstoßelement 103 kürzer als
das bewegliche Element 101 ist. Somit kann davon ausgegangen
werden, dass das Abstoßelement 103 eher
als das bewegliche Element in hohem Maß zur anfangs zwischen den
Kontakten 102 und 104 erzeugten vergrößerten Bogenlänge, d.h.
zur Strombegrenzungsleistung, beiträgt.
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In
dem Leistungsschalter mit der Anschlusskonstruktion, die oben beschrieben
wurde, ist es jedoch unmöglich,
wirkungsvoll eine elektromagnetische Kraft zum Drehen des Abstoßelements 103 in der Öffnungsrichtung
zu erzeugen. Folglich besteht ein Problem darin, dass die Drehung
des Abstoßelements 103 langsam
ist und ein rascher anfänglicher Anstieg
der für
die Strombegrenzung erforderlichen Bogenspannung nicht erlangt werden
kann.
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Des
weiteren wird die elektromagnetische Kraft, um das Abstoßelement 103 in
der Öffnungsrichtung
zu drehen, in einem Zustand, da das Abstoßelement 103 in einem
maximalen Ausmaß gedreht wird,
wie in 10 gezeigt ist, erheblich vermindert. Folglich
schwenkt das Abstoßelement 103 ohne
weiteres durch die Kraft der Torsionsfeder 109 zu einer Ausgangsposition
zurück,
wenn die elektromagnetische Kraft aufgrund einer Verminderung des
Stroms etwas kleiner wird. Im Ergebnis liegen Probleme vor, dass,
selbst wenn das Abstoßelement 103 zum
maximalen Ausmaß gedreht
wird, um die maximale Bogenspannung zu liefern, das Abstoßelement
augenblicklich zurückgedreht
und die Bogenspannung ohne Frage vermindert wird.
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Das
Abstoßelement 103 übt auf den
Lichtbogen A zwischen den Kontakten 102 und 104 die
elektromagnetische Kraft in der Richtung der Lichtbogenlöschplatte 113 aus.
Der Strom im ersten Leiterstück 107 bringt
die elektromagnetische Kraft auf den Lichtbogen in der zur Lichtbogenlöschplatte 113 entgegengesetzten
Richtung auf, weil der Strom im ersten Leiterstück 107 eine zur Richtung
des Stroms im Abstoßelement 103 entgegengesetzte
Richtung hat. Ferner zieht der Strom im zweiten Leiterstück 108 und
der Strom im Lichtbogen wegen der gleichen Richtung dieser einander
an. Deshalb wird der Lichtbogen A in der zur Lichtbogenlöschplatte 113 entgegengesetzten
Richtung gestreckt. Folglich kann lediglich der Strom im Abstoßelement 103 für die elektromagnetische
Kraft, um den Lichtbogen A zu strecken, verwendet werden, und andere
Ströme
im ersten Leiterstück 107 sowie
im zweiten Leiterstück 108 üben die
elektromagnetische Kraft in der entgegengesetzten Richtung aus.
Im Ergebnis gibt es Probleme insofern, als die elektromagnetische,
den Lichtbogen A in der Richtung der Lichtbogenlöschplatte 113 streckende
Kraft schwach ist und eine hohe Bogenspannung nicht erlangt werden
kann, weil der Lichtbogen nicht gestreckt werden kann.
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Wie
oben herausgestellt wurde, liegt im herkömmlichen Leistungsschalter
ein Problem vor, dass zufolge der obigen Gründe eine zufriedenstellende Strombegrenzungsleistung
nicht geliefert werden kann.
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EP 0 003 447 A1 beschreibt
einen Schalter, der einen beweglichen Kontakt umfasst, welcher an einem
in einem Schaltergehäuse
angeordneten Abschnitt eines Armes angeordnet ist, wobei eine Lichtbogenlöschkammer
36 ebenfalls
innerhalb des Schaltergehäuses
angeordnet ist.
-
Wie
von der Form des Abschnittes des Armes innerhalb der Lichtbogenlöschkammer
innerhalb dem Schaltergehäuse
abgeleitet werden kann, wird der bewegliche Kontakt auch im geöffneten
Zustand innerhalb des Schaltergehäuses gehalten. Deshalb wird
der zwischen den Kontakten erzeugte Lichtbogen innerhalb des Schaltergehäuses auftreten.
Eine dem in dem Arm fließenden
Strom entsprechende Kraft wirkt auf den während des Öffnens der Kontakte erzeugten
Lichtbogen. Dagegen wirkt eine dem Stromfluss in dem festen Leiter
entsprechende elektromagnetische Kraft in der entgegengesetzten
Richtung auf den Lichtbogen. Dementsprechend ist die auf den Lichtbogen
wirkende Antriebskraft herabgesetzt.
-
In
Anbetracht der obigen Ausführungen
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schalter, der
eine ausgezeichnete Strombegrenzungsleistung hat, zu schaffen, in
welchem ein gesamter Strompfad eines stationären Schaltstückes unmittelbar
nach einer Kontaktöffnung
eine elektromagnetische Kraft erzeugt, um einen Lichtbogen zur Seite
einer Anschlussklemme zu strecken, so dass eine Bogenspannung rapid
zu erhöhen
ist.
-
Es
ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, einen Schalter zu schaffen,
der eine erhöhte Öffnungsgeschwindigkeit
eines bewegbaren Schaltstücks durch
eine elektromagnetische Kraft bietet.
-
Diese
Ziele werden durch einen Schalter erreicht, der die im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmale besitzt. Die Erfindung wird durch die in
den Unteransprüchen
angegebenen Merkmale weiterentwickelt.
-
1 ist
eine Seitenansicht, die einen Öffnungszustand
eines herkömmlichen
Leistungsschalters zeigt;
-
2 ist
eine Seitenansicht, die einen Zustand unmittelbar nach einer Kontaktöffnung im
Leistungsschalter von 1 zeigt;
-
3 ist
eine Seitenansicht, die den maximalen Öffnungszustand eines bewegbaren
Schaltstücks
im Leistungsschalter von 2 zeigt;
-
4 ist
eine Seitenansicht, die einen Schließzustand des Leistungsschalters
als ein Beispiel von herkömmlichen
Schaltern zeigt;
-
5 ist
eine Seitenansicht, die den Öffnungszustand
von lediglich einem beweglichen Element in 4 zeigt;
-
6 ist
eine Seitenansicht, die den maximalen Öffnungszustand des beweglichen
Elements und eines Abstoßelements
von 4 zeigt;
-
7 ist
eine Seitenansicht, die den Schließzustand eines Elektrodenteils
zum Zweck einer Erläuterung
der Funktion des herkömmlichen Leistungsschalters
zeigt;
-
8 ist
eine Seitenansicht des Elektrodenteils, die einen Zustand zeigt,
wobei das bewegliche Element aus dem in 7 dargestellten
Schließzustand
heraus geöffnet
ist;
-
9 ist
eine Seitenansicht des Elektrodenteils, die einen Zustand zeigt,
wobei sich das bewegliche Element und das Abstoßelement von 4 jeweils
in ihren Öffnungsrichtungen
bewegen;
-
10 ist
eine Seitenansicht des Elektrodenteils, die den maximalen Öffnungszustand
des beweglichen Elementes und des Abstoßelementes von 9 zeigt;
-
11 ist
eine Seitenansicht eines Lichtbogenlöschteils, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
1 bei abgebrochen dargestelltem Gehäuse zeigt;
-
12 ist
eine Seitenansicht, die den Öffnungszustand
des Leistungsschalters von 11 zeigt;
-
13 ist
eine Draufsicht einer zugehörigen Anordnung
eines Abstoßelementes
sowie eines ersten und eines zweiten Leiterabschnittes gemäß 11;
-
14 ist
eine Frontansicht zu 12;
-
15 ist
eine perspektivische Ansicht zu 12;
-
16 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die den Schließzustand
des bewegbaren Schaltstücks
zur Erläuterung
der Funktion gemäß der Ausführungsform
1 zeigt;
-
17 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Zustand unmittelbar
nach dem Öffnen
des bewegbaren Schaltstücks
zur Erläuterung
des Betriebs zum Zeitpunkt der Unterbrechung eines starken Stroms
in der Ausführungsform
1 zeigt;
-
18 ist
eine Seitenansicht, die den maximalen Öffnungszustand eines bewegbaren
Elements und des Abstoßelements
zeigt;
-
19 ist
eine Seitenansicht, die den Schließzustand des Leistungsschalters
gemäß der Ausführungsform
2 zeigt;
-
20 ist
eine Seitenansicht des Elektrodenteils, die einen Zustand nach der
Kontaktöffnung zu 19 zeigt;
-
21 ist
eine Seitenansicht des Elektrodenteils, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
3 zeigt;
-
22 ist
eine Seitenansicht des Elektrodenteils, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
4 zeigt;
-
23 ist
eine Seitenansicht eines Lichtbogenlöschteils eines Leistungsschalters
gemäß einer alternativen
Ausbildung der Ausführungsform
4;
-
24 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
5 zeigt;
-
25 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
6 zeigt;
-
26 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
7 zeigt;
-
27 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Abstoßelementes
zeigt;
-
28 ist
eine Seitenansicht, die ein Elektrodenteil in einem Zustand, bei
dem nur ein bewegbares Element geöffnet ist zu einem Zeitpunkt
der Unterbrechung eines schwachen Stromes in dem Leistungsschalter
gemäß einer
alternativen Ausbildung der Ausführungsform
7 zeigt;
-
29 ist
eine Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem sowohl das
bewegbare Element als auch das Abstoßelement geöffnet sind zum Zeitpunkt der
Unterbrechung eines starken Stromes;
-
30 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
8 zeigt;
-
31 ist
eine Seitenansicht, die ein Elektrodenteil gemäß einer alternativen Ausbildung
der Ausführungsform
8 zeigt;
-
32 ist
eine Seitenansicht, die ein Elektrodenteil gemäß einer weiteren alternativen
Ausbildung der Ausführungsform
8 zeigt;
-
33(a) ist eine Seitenansicht eines Elektrodenteils,
die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
9 zeigt;
-
33(b) ist eine Schnittdarstellung nach der Linie
A-A in der 33;
-
34 ist
eine Seitenansicht, die ein Elektrodenteil eines Leistungsschalters
gemäß Ausführungsform
10 zeigt;
-
35 ist
eine Schnittdarstellung von 34;
-
36(a) ist eine Seitenansicht, die ein Elektrodenteil
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
11 zeigt;
-
36(b) ist eine Schnittdarstellung die ein Elektrodenteil
ohne das in 36(a) gezeigte bewegbare Element
und Isoliermittel zeigt;
-
37(a) ist eine Seitenansicht, die einen Öffnungszustand
eines Abstoßelementes
gemäß 36(a) zeigt;
-
37(b) ist eine Schnittansicht von 37(a);
-
38 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt;
-
39 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt;
-
40 ist
eine Draufsicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt;
-
41 ist
eine Seitenansicht von 40;
-
42 ist
eine Unterseitenansicht von 41;
-
43 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt;
-
44 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt;
-
45(a) ist eine Draufsicht eines Elektrodenteils,
die eine weitere alternative Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt;
-
45(b) ist eine Schnittdarstellung nach der Linie
B-B in der 45(a);
-
46 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die ein alternatives Beispiel
zeigt;
-
47 ist
eine Draufsicht von 46 ohne ein bewegbares Element;
-
48 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt;
-
49 ist
eine Frontansicht von 48 ohne ein bewegbares Element
und ein Isoliermittel;
-
50 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt;
-
51 ist
eine Frontansicht von 50 ohne Isoliermittel;
-
52 ist
eine Seitenansicht, die einen Schließzustand eines Abstoßelementes
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
12 der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
53 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Schließzustand
des Abstoßelementes
von 52 zeigt; und
-
54 ist
eine Perspektivansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
zeigt.
-
Ausführungsform
1
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine Beschreibung der Ausführungsform
1 dieser Erfindung gegeben. 11 ist
eine Seitenansicht eines Lichtbogenlöschteils, und sie zeigt einen Schließzustand
eines Leistungsschalters, der als ein Schalter gemäß der Ausführungsform
1 der Erfindung dient, wobei ein Gehäuse abgebrochen dargestellt
ist. 12 ist eine Seitenansicht, die einen Öffnungszustand
des Leistungsschalters der 11 zeigt.
Die zu den 4 bis 10 gemeinsamen oder äquivalenten
Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Beschreibungen
der gemeinsamen Bauteile werden hier weggelassen, um unnötige Wiederholungen
zu vermeiden.
-
In
den Zeichnungen bezeichnet die Bezugszahl 107 ein erstes
Leiterstück,
das mit einer Anschlussklemme 105 auf der Seite der Energiequelle verbunden
ist. Wie in 11 gezeigt, ist das erste Leiterstück 107 auf
einem oberen Abschnitt eines Leiterstückes 103a angebracht
und bildet so ein Abstoßelement 103 das
sich zu einer Kontaktschließzeit horizontal
erstreckt. Die Bezugszahl 108 bezeichnet ein zweites Leiterstück, das
das erste Leiterstück 107 mit
dem Abstoßelement 103 verbindet,
und das zweite Leiterstück 108 beinhaltet
einen flexiblen Leiter um die Drehung des Abstoßelements 103 nicht
zu behindern. Demgemäss
bilden das erste Leiterstück 107 und
das zweite Leiterstück 108 einen
Leiter, um das Abstoßelement 103 elektrisch
mit der Anschlussklemme 105 zu verbinden.
-
13 ist
eine Draufsicht, die eine ähnliche Anordnung
zwischen dem Abstoßelement,
dem ersten Leiterstück
und dem in 11 gezeigten zweiten Leiterstück zeigt. 14 ist
eine Frontansicht von 13, und 15 ist
eine Perspektivansicht von 13.
-
In
den Zeichnungen bezeichnet ein Bezugszeichen 170 einen
im wesentlichen in U-Gestalt ausgebildeten Schlitz im ersten Leiterstück 107 und
der Schlitz 170 ist vorgesehen, um einen Schaltvorgang des
bewegbaren Elements 101 und des Abstoßelements 103 zu ermöglichen.
Die Bezugszahlen 170a, 170b bezeichnen Leiterstücke an beiden
Seiten des ersten Leiterstückes 107,
die durch den Schlitz 170 gebildet werden, und 180a, 180b bezeichnen
zwei rechte und linke flexible Leiter, die das zweites Leiterstück 108 bilden.
Die flexiblen Leiter 108a, 108b verbinden ein
offenes Ende des Schlitzes 170 des ersten Leiterstückes 107 (d.h.
ein Ende auf der der Anschlussklemme 105 entgegengesetzten
Seite des ersten Leiterstückes)
mit dem Abstoßelement 103. Die
Bezugszahl 118 bezeichnet ein Isoliermittel, das einen
Abschnitt des ersten Leiterstückes 107 bedeckt,
das von der Oberfläche des
Wanderkontaktes 102 zum Öffnungszeitpunkt des bewegbaren
Elements 101 sichtbar ist. Das Isoliermittel 118 umfasst kontinuierlich
ein Isoliermittel 118d das eine Oberfläche des ersten Leiterstückes 107 bedeckt,
ein Isoliermittel 118b das beide seitlichen inneren Oberflächen des
Schlitzes 170 des ersten Leiterabschnittes 107 bedeckt,
und ein Isoliermittel 118c, das eine innere Endfläche des
Schlitzes 170 auf der Seite der Anschlussklemme 105 bedeckt.
Das Abstoßelement kann
von nach unten gerichteten Kräften,
die stärker sind
als die nach oben gerichtete Kraft einer Torsionsfeder 109,
gedreht werden, und die maximale Öffnungsposition des Abstoßelementes 103 wird
definiert durch einen Anschlag 112. Die anderen Strukturen
sind identisch mit denen in den 4 und 5.
-
Es
wird nun eine Beschreibung hinsichtlich der Funktionsweise gegeben.
-
In
dem in 11 gezeigten Schließzustand ist
der Wanderkontakt 102 in Kontakt mit einem Abstoßkontakt 104 mit
einem definierten Kontaktdruck durch die Torsionsfeder 109 die
eine nach oben gerichtete Drehkraft des Abstoßelementes 103 erzeugt und
einer Kontaktdruckfeder (nicht gezeigt) des bewegbaren Elements 101.
Der Kontaktdruck wird so eingestellt, dass sich der Kontakt zwischen
dem Wanderkontakt 102 und dem Abstoßkontakt durch einen kleinen
Strom wie den Arbeitsstrom oder Überlaststrom
nicht öffnet.
Wird ein kleiner Strom unterbrochen, wird nur das bewegbare Element 101 nach oben
gedreht während
das Abstoßelement
in einer Position verbleibt, die dem Schließzustand im Betrieb eines herkömmlichen
Leistungsschalters entspricht.
-
16 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteiles, die einen Schließzustand
des Leistungsschalters zeigt. In 16 wird
ein Strompfad von der Anschlussklemme 105 zu dem bewegbaren
Element 101 durch die dünnen
Pfeile dargestellt. Strom tritt in die Anschlussklemme 105 ein
und tritt in der Nähe
eines Drehzentrums P1 des bewegbaren Elements 101 aus.
-
Wenn
ein starker Strom, wie ein Kurzschlussstrom fließt, hat der Strom in dem bewegbaren
Element 101 eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung
des Stromes im Abstoßelement 103 so dass
dazwischen eine elektromagnetische Abstoßung entsteht, die zu der Kraft
F in jeder Öffnungsrichtung
wie im herkömmlichen
Leistungsschalter führt.
-
Jedoch
hat bei der Elektrodenstruktur des Leistungsschalters gemäß der Erfindung
der Strom im Leiterstück 103,
das das Abstoßelement 103 bildet,
eine Richtung gegensätzlich
zu der des Stromes im ersten Leiterstück 107, und das Leiterstück 103a des
Abstoßelementes
ist unter dem ersten Leiterstück 107 angeordnet.
Demzufolge findet eine elektromagnetische Abstoßung auch zwischen dem Abstoßelement 103 und
dem ersten Leiterstück 107 statt,
und die elektromagnetische Abstoßung kann als die Kraft F dienen,
um das Abstoßelement 103 nach
unten zu drehen. Desweiteren erzeugt Strom in dem zweiten Leiterstück 108 ein
Magnetfeld an einem Abschnitt des Leiterabschnittes 103a des
Abstoßelementes 103,
und das Magnetfeld wirkt von der anderen Seite zu der nach 16 gerichteten
Seite. Folglich kann das Magnetfeld auch als eine Kraft zur Drehung
des Abstoßelementes 103 dienen.
-
Das
heißt,
die elektromagnetische Kraft zur Drehung des Abstoßelements 103 in
der Öffnungsrichtung
wird von dem Gesamtstrompfad von der Anschlussklemme 105 zum
Abstoßelement 103 erzeugt sowie
von dem bewegbaren Element 101. Deshalb ist es mit der
Elektrodenstruktur des erfindungsgemäßen Leistungsschalters möglich, die
elektromagnetische Kraft zur Drehung des Abstoßelementes 103 in
die Öffnungsrichtung
erheblich zu erhöhen. Wie
oben erläutert,
trägt die
Drehgeschwindigkeit des Abstoßelementes 103,
das ein kleines Trägheitsmoment
hat, zur Erhöhung
des Abstandes zwischen den Kontakten 102 und 104 unmittelbar
nach dem Öffnen
bei. Demgemäss
ist es bei der Elektrodenstruktur des erfindungsgemäßen Leistungsschalters möglich, eine
Kontaktöffnungsgeschwindigkeit
erheblich zu erhöhen
um so einen raschen Anstieg der Bogenspannung zu erzeugen.
-
17 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Zustand unmittelbar
nach Kontaktöffnung
des Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
1 zeigt.
-
Ein
Lichtbogen bildet sich unterhalb des ersten Leiterstückes 107 unmittelbar
nach dem Öffnen der
Kontakte. Zu diesem Zeitpunkt fließt Strom durch das erste Leiterstück 107,
das zweite Leiterstück 108 und
das Abstoßelement 103,
in dieser Reihenfolge, zur Erzeugung eines Magnetfeldes, und das
Magnetfeld erstreckt sich von der entgegengesetzten Seite zu der
Seite in Richtung von 17. Das Magnetfeld übt eine
Kraft Fm in der Richtung von der Anschlussklemme 105 zum
Lichtbogen A am Abstoßkontakt 104 aus.
-
Das
heißt,
der gesamte Strom zwischen der Anschlussklemme 105 und
der Anschlussklemme 105 kann eine elektromagnetische Kraft
zur Streckung des Lichtbogens A erzeugen. Deshalb wird der Lichtbogen
weiter gestreckt als der Abstand zwischen den Kontakten, und ein
rascher Anstieg der Bogenspannung kann erzeugt werden.
-
18 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die den maximalen Öffnungszustand
des bewegbaren Elements 101 und des in 17 gezeigten
Abstoßelementes 103 zeigt.
-
Der
Abstand zwischen dem bewegbaren Element 101 und dem Abstoßelement 103 wird
weiter erhöht,
indem das bewegbare Element 101 und das Abstoßelement 103 in
die Öffnungsrichtungen gedreht
werden. Demzufolge wird die elektromagnetische Abstoßung des
bewegbaren Elements vom Abstoßelement 103 schwach,
aber es gibt keine großen
Veränderungen
in der Beziehung zwischen dem Abstoßelement 103, dem
ersten Leiterstück 107 und dem
zweiten Leiterstück 108.
Deswegen vermindert sich die elektromagnetische Kraft die von dem
ersten Leiterstück 107 und
dem zweiten Leiterstück 108 auf das
Abstoßelement
ausgeübt
werden, nicht so stark. Deshalb wird die Kraft zur Drehung des Abstoßelementes 103 in
die Öffnungsrichtung
auch dann nicht stark vermindert, wenn das bewegbare Element 101 und
das Abstoßelement 103 sich
im maximalen Öffnungszustand
befinden. Desweiteren ist es selbst wenn der Strom schwächer wird
schwierig, das Abstoßelement
zurückzudrehen,
so dass der Abstand zwischen den Kontakten für eine lange Zeit aufrecht erhalten
wird. Demzufolge ist es einfach, die maximale Bogenspannung aufrechtzuerhalten.
-
Es
ist allgemein bekannt, dass bei Lichtbögen durch starke Ströme wie beispielsweise
Kurzschlussströme
ein Metalldampfstrom von einem Ende des Lichtbogens ausgestoßen wird
auf eine Kontaktfläche
in einer Richtung senkrecht zur Kontaktfläche aufgrund von Verdampfung
des Kontaktes und der Dampf ist ein grundlegender Bestandteil des Lichtbogens
A.
-
In
der Ausführungsform
1, kollidiert der Metalldampfstrom, der von der Oberfläche des
Wanderkontakte 102 ausgestoßen wird, mit dem Isoliermittel 118,
das das erste Leiterstück 107 bedeckt,
um den Lichtbogen wie in 18 gezeigt
zu kühlen.
Wie oben beschrieben, übt
der Gesamtstrompfad die elektromagnetische Kraft auf den Lichtbogen
A unter dem ersten Leiterstück 107 in
Richtung der Anschlussklemme 105 aus. Demzufolge wird der
Lichtbogen zur Erzeugung eines Kühleffektes
auf das Isoliermittel 118 des ersten Leiterstückes 107 gedrückt, insbesondere
auf das Isoliermittel 118c der inneren Endfläche des
Schlitzes 170 des ersten Leiterstückes 107. Die Kühlwirkung
ermöglicht
eine weitere Erhöhung
der Bogenspannung. Wie vorhergehend beschrieben, ist es gemäß der Ausführungsform
1 möglich,
die Bogenspannung unmittelbar nach dem Öffnen der Kontakte rasch zu
erhöhen,
und die hohe Bogenspannung aufrechtzuerhalten. Es ist somit möglich, einen
Leistungsschalter zu schaffen, der eine hohe Strombegrenzungsleistung
besitzt.
-
Ausführungsform
2
-
19 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
2 zeigt.
-
Bei
der Ausführungsform
1 wurde eine Beschreibung und eine Illustration eines Falles gegeben,
bei dem eine Kontaktfläche
zwischen einem Wanderkontakt 102 und einem Abstoßkontakt 104 oberhalb
eines ersten Leiterstückes 107 angeordnet ist,
wenn ein bewegbares Element 101 und ein Abstoßelement 103 in
einem Schließzustand
sind. Bei der Ausführungsform
2 ist jedoch das erste Leiterstück 107 oberhalb
eines Leiterstückes 103a des
Abstoßelementes 103 angeordnet
und ist oberhalb der Kontaktfläche
zwischen dem Wanderkontakt 102 und dem Abstoßkontakt 104 zum
Schließzeitpunkt
wie in 19 gezeigt, angeordnet. Bei
einer derartigen Anordnung ist es möglich, dieselben Wirkungen
zu erzielen wie bei der Ausführungsform
1.
-
Bei
der Ausführungsform
2 ist das Abstoßelement 103 auch
im Falle der Unterbrechung eines schwachen Stromes, bei dem das
Abstoßelement nicht
betrieben wird, wie in 20 gezeigt, unterhalb des ersten
Leiterstückes
angeordnet, und der Lichtbogen A erstreckt sich unterhalb des ersten
Leiterstückes 107 sowie
oberhalb des ersten Leiterstückes 107.
Ein Gesamtstrompfad einschließlich
des Bereiches vom ersten Leiterstück 107 zum Abstoßelement 103 übt eine
elektromagnetische Kraft auf den Lichtbogen A in Richtung zur Anschlussklemme 105 aus. Deshalb
wird der Lichtbogen A stark in Richtung der Anschlussklemme 105 gestreckt
und auf das Isoliermittel 118 des ersten Leiterstückes 107 gedrückt, um so
gekühlt
zu werden. Demzufolge ist es bei einer Elektrodenstruktur gemäß Ausführungsform
2 möglich,
die Unterbrechungsleistung bei der Unterbrechung eines schwachen
Stromes zu erhöhen.
-
Ausführungsform
3
-
21 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
3 zeigt.
-
Bei
der Ausführungsform
3 ist ein erstes Leiterstück 107 oberhalb
eines Leiters 103a eines bewegbaren Elements 101 im
Schließzustand
angeordnet. Bei dieser Anordnung ist es möglich, dieselbe Wirkung zu
erzielen.
-
Desweiteren
hat Strom im ersten Leiterstück 107 dieselbe
Richtung wie der Strom in einem Leiter 101a des bewegbaren
Elements 101, so dass diese sich im Schließzustand
der Kontakte anziehen. Demgemäss
kann unmittelbar nach der Unterbrechung eines Kurzschlussstromes
die Kraft zur Drehung des bewegbaren Elements 101 in eine Öffnungsrichtung eine
elektromagnetische Kraft enthalten, die von Strom der im ersten
Leiterstück 107 fließt, erzeugt wird,
sowie elektromagnetische Abstoßung
die vom Abstoßelement 103 erzeugt
wird. Deshalb wird die Drehung des bewegbaren Elements in dem Zeitraum unmittelbar
nach Unterbrechung des Kurzschlussstromes beschleunigt, um so die
Kontaktöffnungsgeschwindigkeit
zu erhöhen,
was zu einer erhöhten Strombegrenzungsleistung
führt.
-
Wie
in den oben genannten Ausführungsformen
1, 2 und 3 beschrieben, können
der Strom in der Anschlussklemme 105 und der Strom im ersten
Leiterstück 107 dieselbe
elektromagnetische Wirkung auf das bewegbare Element 101,
das Abstoßelement 103 und
den Lichtbogen ausüben,
wenn die Anschlussklemme 105 coplanar mit dem ersten Leiterstück 107 ist,
was zu einer weiteren Verbesserung der Strombegrenzungsleistung
führt.
-
Ausführungsform
4
-
22 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteiles, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
4 zeigt.
-
Bei
der Ausführungsform
4 sind eine Anschlussklemme 105 und ein erstes Leiterstück 107 durch
ein vertikales drittes Leiterstück 119 kontinuierlich
verbunden, so dass die Anschlussklemme 105 oberhalb des
ersten Leiterstücks 107 angeordnet
ist. Desweiteren ist ein Abschnitt des dritten Leiterstückes, der
von der Seite des Wanderkontaktes 102 im Öffnungszustand
sichtbar ist, mit einem Isoliermittel 118e beschichtet.
Bei dieser Anordnung ist es möglich,
dieselben Wirkungen zu erzielen wie bei der Ausführungsform 1.
-
Gemäß der Ausführungsform
4 hat Strom im dritten Leiterstück 119 eine
gegensätzliche
Richtung zu Strom im Lichtbogen A, so dass sie sich in einem Öffnungszustand
des bewegbaren Elements wie in 22 gezeigt,
abstoßen.
Der Lichtbogen A oberhalb des ersten Leiterstückes 107 erstreckt
sich in Richtung auf die Anschlussklemme 105 und wird zurückgedreht
von Strom im dritten Leiterstück 119,
so dass der Lichtbogen A nie eine Stromquellenabtrennung 120 berührt. Demzufolge
ist es vorteilhaft möglich,
Beschädigungen
der Stromquellenabtrennung 120 zu vermindern und den Austritt
von heißem
Gas aus der Auslassöffnung 117 zu
vermindern.
-
23 ist
eine Seitenansicht eines Lichtbogenlöschstückes eines Leistungsschalters
gemäß einer
alternativen Ausbildung der Ausführungsform
4. In der alternativen Ausbildung dient die Stromquellenabtrennung
auch als Isoliermittel für
das dritte Leiterstück 119 anstelle
des Isoliermittels 118e des dritten Leiterstückes 119 wie
in 22 gezeigt. In diesem Fall ist es möglich, dieselbe
Wirkung zu erzielen.
-
Ausführungsform
5
-
24 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
5 zeigt.
-
Bei
der Ausführungsform
5 sind, im Gegensatz zu der Ausführungsform
4, eine Anschlussklemme 105 und ein erstes Leiterstück 107 durch
ein vertikales drittes Leiterstück 119 kontinuierlich
verbunden, so dass die Anschlussklemme 105 unterhalb des
ersten Leiterstückes 107 angeordnet
ist, und ein Abschnitt des dritten Leiterstückes, der von der Seite des
Wanderkontaktes 102 in einem Öffnungszustand sichtbar ist,
ist mit einem Isoliermittel 118e beschichtet. Bei dieser
Anordnung ist es möglich,
dieselben Wirkungen zu erzielen wie bei Ausführungsform 1.
-
Gemäß der Ausführungsform
5 wie in 24 gezeigt, hat Strom im dritten
Leiterstück 119 dieselbe Richtung
wie Strom in einem Lichtbogen A, so dass sie sich gegenseitig anziehen.
Demgemäss
wird die Kraft zum Strecken des Lichtbogens A unterhalb der Anschlussklemme 105 erhöht, und
der Lichtbogen A wird weiterhin stark auf das Isoliermittel 118 gedrückt, um
dadurch gekühlt
zu werden. Demzufolge ist es möglich,
die Kühlwirkung
zu steigern und die Strombegrenzungsleistung zu erhöhen.
-
Ausführungsform
6
-
25 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
6 zeigt.
-
Bei
der Ausführungsform
6 ist eine Anschlussklemme 105 durch ein drittes Leiterstück 119 kontinuierlich
mit einem ersten Leiterstück 107 verbunden
und ist unterhalb des ersten Leiterstückes 107 angeordnet,
und die Anschlussklemme 105 ist oberhalb der Oberfläche eines
Abstoßkontaktes 104 eines
Abstoßelementes 103 angeordnet,
das an einer Schließposition
bei der in 24 gezeigten Anordnung angeordnet
ist. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, dieselbe Wirkung zu
erzielen wie bei der Ausführungsform
5.
-
Gemäß der Ausführungsform
6 erzeugt Strom in der Anschlussklemme 105 eine elektromagnetische
Kraft in einer Richtung von der Anschlussklemme 105 zum
Lichtbogen A auf dem Abstoßkontakt 104,
auch wenn das Abstoßelement 103 zum Zeitpunkt
der Unterbrechung eines schwachen Stromes nicht betrieben wird,
wie in 25 gezeigt. Deswegen ist es
bei einer Elektrodenstruktur gemäß Ausführungsform
6 vorteilhaft möglich,
die elektromagnetische Kraft zur Streckung des Lichtbogens A zu
erhöhen
und die Unterbrechungsleistung eines schwachen Stromes zu erhöhen.
-
Ausführungsform
7
-
26 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
7 zeigt. 27 ist eine Seitenansicht eines
Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines in 26 gezeigten Abstoßelementes
zeigt.
-
Bei
der Ausführungsform
7 ist eine Anschlussklemme 105 kontinuierlich durch ein
drittes Leiterstück 119 mit
einem ersten Leiterstück 107 verbunden
und unterhalb des ersten Leiterstückes 107 und unterhalb
der Oberfläche
eines Abstoßkontaktes eines
Abstoßelements 103 angeordnet,
bei dem in 26 gezeigten Schließzustand.
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Wenn
das Abstoßelement
sich im maximalen Öffnungszustand
befindet, ist die Anschlussklemme 105 oberhalb von mindestens
einem Abschnitt 103b des Abstoßelementes 103 angeordnet.
Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, dieselben Wirkungen zu
erzielen wie bei der Ausführungsform
5.
-
Gemäß der Ausführungsform
7, da der eine Abschnitt 103b des Abstoßelementes 103 unterhalb der
Anschlussklemme 105 zum Zeitpunkt der maximalen Öffnung des
Abstoßelementes 103 angeordnet
ist, erzeugt Strom in der Anschlussklemme 105 elektromagnetische
Kraft in einer Öffnungsrichtung zu
dem einen Abschnitt 103b des Abstoßelementes 103. Deshalb
wird elektromagnetische Kraft, die von einem bewegbaren Element 101 und
dem ersten Leiterstück 107 erzeugt
wird um das Abstoßelement 103 zu öffnen, durch
die Drehung des Abstoßelementes 103 vermindert.
Jedoch kann die verminderte elektromagnetische Kraft in einem gewissen
Maße ausgeglichen
werden durch elektromagnetische Kraft, die von Strom in der Anschlussklemme 105 erzeugt wird.
Demzufolge ist es möglich,
einen Leistungsschalter zu schaffen, der eine weiter verbesserte Strombegrenzungsleistung
besitzt.
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28 ist
eine Seitenansicht, die ein Elektrodenteil in einem Zustand zeigt,
bei dem nur das bewegbare Element geöffnet ist zum Zeitpunkt der Unterbrechung
eines schwachen Stroms im Leistungsschalter gemäß einer alternativen Ausbildung der
Ausführungsform
7. 29 ist eine Seitenansicht eines Elektrodenteils,
die einen Zustand zeigt, bei dem sowohl das bewegbare Element als
auch das Abstoßelement
geöffnet
sind zum Zeitpunkt einer Unterbrechung eines starken Stromes in 28.
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Bei
der alternativen Ausbildung ist ein Leiterstück vorgesehen, um ein Drehzentrum
P2 eines Abstoßelementes 103 unterhalb
der Anschlussklemme 105 anzuordnen. Somit ist es möglich, dieselbe
Wirkung zu erzielen wie bei der Ausführungsform 7.
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Ausführungsform
8
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30 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß Ausführungsform
8 zeigt.
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Bei
der Ausführungsform
8 ist ein erstes Leiterstück 107 mit
einem Abstoßelement 103 durch
ein zweites Leiterstück 108 zwischen
einem Drehzentrum P2 des Abstoßelements 103 und
dem Abstoßkontakt 104 verbunden.
Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, dieselben Wirkungen
wie bei der Ausführungsform
1 zu erzielen. Bei der Ausführungsform
8 fließt
der gesamte Strom in dem Abstoßelement 103 auf
der Seite des Abstoßkontaktes 104 in Bezug
auf das Drehzentrum P2.
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Ein
von einem bewegbaren Element 101 oder einem ersten Leiterstück 107 erzeugtes
Magnetfeld übt
eine nach unten gerichtete Kraft auf den Strom im Abstoßelement 103 aus.
Da der Strom in einem Leiter des Abstoßelementes 103 in
Bezug auf das Drehzentrum P2 auf der dem gesicherten Abstoßkontakt 104 entgegengesetzten
Seite fließt, kann
die elektromagnetische Kraft auf den Strom als ein Moment zur Drehung
des Abstoßelementes 103 in
eine Schließrichtung
in Bezug auf das Drehzentrum P2 wirken.
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Jedoch
fließt
in der Ausführungsform
8 kein Strom auf der dem Abstoßkontakt 104 in
Bezug auf das Drehzentrum P2 entgegengesetzten Seite. Demgemäss kann
die gesamte elektromagnetische Kraft als ein Moment zur Drehung
des Abstoßelementes
in die Öffnungsrichtung
unter Bezug auf das Drehzentrum P2 dienen. Demzufolge kann eine
Drehgeschwindigkeit eines Abstoßelementes 103 weiter
gesteigert werden.
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Die 31 und 32 sind
Seitenansichten, die ein Elektrodenteil gemäß den unterschiedlichen alternativen
Ausbildungen der Ausführungsform
8 zeigen.
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Bei
der in 31 gezeigten alternativen Ausbildung
ist das erste Leiterstück 107 mit
dem Abstoßelement 103 durch
das zweite Leiterstück 108 am Drehzentrum
P2 des Abstoßelementes 103 verbunden.
Bei der in 32 gezeigten alternativen Ausbildung
führt das
zweite Leiterstück
am Drehzentrum P2 auf der einem bewegbaren Kontakt des Abstoßelementes 103 gegenüberliegenden
Seite vorbei, und das zweite Leiterstück 108 ist mit dem
Abstoßelement 103 auf
der Seite des Abstoßkontaktes 104 unter
Bezug auf das Drehzentrum P2 verbunden. In jedem Fall ist es möglich, dieselben
Wirkungen wie bei der Ausführungsform
8 zu erzielen.
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Ausführungsform
9
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33(a) ist eine Seitenansicht eines Elektrodenteiles,
die einen Schließzustand
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
9 zeigt. 33(b) ist eine Schnittdarstellung
nach der Linie A-A in 33(a).
In 33(b) ist ein bewegbares Element
der 33(a) weggelassen.
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Bei
der Ausführungsform
9 ist ein Drehzentrum P2 eines Abstoßelementes 103 zwischen
einem zweiten Leiterstück 108 und
einem Abstoßkontakt 104 wie
in 33(a) gezeigt, vorgesehen. Wie
in 33(b) sind Leiterstücke 107a und 107b auf
beiden Seiten eines Schlitzes 170 eines ersten Leiterstückes 107 fest
mit dem Abstoßelement 103 durch flexible
Leiter 108a und 108b des zweiten Leiterstückes 108 verbunden.
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Bei
einer solchen Anordnung ziehen sich parallele Ströme in den
flexiblen Leitern 108a, 108b auf beiden Seiten
eines zweiten Leiterstückes 108 an, wenn
starker Strom, wie z.B. Kurzschlussstrom zum Schließzeitpunkt
fließt,
wie in 33(b) gezeigt. Demzufolge wird
eine daraus resultierende nach oben gerichtete Kraft F auf das Abstoßelement 103 ausgeübt, wegen
der Flexibilität
der flexiblen Leiterstücke 108a und 108b.
Der Punkt, an welchem die resultierende Kraft F auf das Abstoßelement 103 ausgeübt wird,
befindet sich an dem Punkt, wo die flexiblen Leiter 108a und 108b des
zweiten Leiterstückes 108 mit
dem Abstoßelement 103 verbunden sind,
d.h. auf der linken Seite in Bezug zum Drehzentrum P2 des Abstoßelementes
in 33(a). Demzufolge kann die resultierende
Kraft F als das Moment zur Drehung des Abstoßelementes 103 in Öffnungsrichtung
dienen. So ist es gemäß der Ausführungsform
9 möglich,
die elektromagnetische Kraft, die auf das zweite Leiterstück 108 selbst
ausgeübt
wird, in die Kraft zur Drehung des Abstoßelementes 103 in die Öffnungsrichtung
umzuwandeln und die Drehgeschwindigkeit des Abstoßelementes 103 zu
verbessern.
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Ausführungsform
10
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34 ist
eine Seitenansicht, die ein Elektrodenteil eines Leistungsschalters
gemäß der Ausführungsform
10 zeigt und 35 ist eine Querschnittsansicht
der 34. In 34 ist
Pa eine Ebene, die eine Ortskurve eines bewegbaren Elements 101 und
eines Abstoßelementes 103 zum Schaltzeitpunkt
enthält,
der Punkt N ist die Mitte der Fläche
des Abstoßkontaktes 104 und
Pb ist eine Ebene senkrecht zu einer Oberfläche des Abstoßkontaktes 104,
die durch den Mittelpunkt N läuft
und senkrecht zur Ebene Pa ist. In 35 ist
A der Schwerpunkt in einem Querschnitt eines Leiterstückes 103a des
Abstoßelementes 103,
das definiert ist durch die Ebene Pb. In 34 ist
Pc eine Ebene, die durch den Schwerpunkt A geht und senkrecht ist
zu den Leitern 107a und 107b eines ersten Leiterabschnittes 107 auf
beiden Seiten der Ebene Pa. Desweiteren sind B und C in 35 die
jeweiligen Schwerpunkte in den jeweiligen Abschnitten der Leiter 107a und 107b,
die durch die Ebene Pc definiert sind.
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In
der Ausführungsform
10 ist das Dreieck ABC ein gleichschenkliges Dreieck mit der Basis
BC und dessen Winkel A und B als Θ definiert sind (Θ = 45° ± 10°), wie in 35 gezeigt.
Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, folgende Vorteile zu
erzielen sowie die Wirkungen der Ausführungsform 1.
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Wenn
bei der Ausführungsform
10 Strom I in die Anschlussklemme 105 eintritt, fließt Strom
I/2 in der gleichen Richtung in den Leitern 107a und 107b auf
beiden Seiten des ersten Leiterstückes 107 und Strom
I fließt
in dem Abstoßelement 103.
Es wird angenommen, dass diese Ströme ungefähr durch die Schwerpunkte B
und C der Leiter 107a und 107b und den Schwerpunkt
A fließen.
Angenommen, die Basis BC des gleichschenkligen Dreieckes ABC in 35 hat
einen Mittelpunkt des Ursprunges 0, und die X-Achse erstreckt sich in Richtung 0C
und die Y-Achse erstreckt sich in Richtung 0A. Wenn Strom der durch
die Punkte B und C passiert, von der entgegengesetzten Seite auf
die Seite der 35 fließt, wird ein magnetisches Feld
vom Strom am Punkt A mit der Richtung x erzeugt. Da der Strom, der
durch den Punkt A fließt
in Hinblick auf die Blickrichtung von der entgegengesetzten Seite
auf diese Seite fließt, übt das resultierende
Magnetfeld eine elektromagnetische Kraft in y-Richtung auf den Strom
im Punkt A aus. Aufgrund dessen wird die Kraft zur Drehung des Abstoßelementes 103 in
die Öffnungsrichtung
vom Strom im ersten Leiterstück 107 wie
oben erläutert ausgeübt. Wird
das resultierende Magnetfeld als Bx definiert, kann das folgendermaßen ausgedrückt werden: Bx = K·μ0Isin2Θ/(4πL)wobei
K eine proportionale Konstante, μ0 die magnetische Permeabilität im Vakuum, π eine Kreisfrequenz
und L ein Abstand zwischen den Schwerpunkten B und C ist.
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Wie
deutlich wird, kann der Maximalwert für Bx Θ = 40° betragen. Wird der Maximalwert
definiert als Bmax, Bx ≥ 0,94
Bmax im Bereich von Θ =
45° ± 10°.
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Demgemäss ist es
bei der Elektrodenstruktur gemäß der Ausführungsform
10 für
den Maximalwert des magnetischen Feldes zur Drehung des Abstoßelements 103 in
eine Öffnungsrichtung,
das erzeugt wird von den Leitern 107a und 107b auf
beiden Seiten des ersten Leiterstückes zum Schließzeitpunkt möglich, mindestens
das 0,94 fache oder mehr des Magnetfeldes auf das Abstoßelement 103 auszuüben. Folglich
ist es möglich,
die Drehgeschwindigkeit des Abstoßelementes 103 unmittelbar
nach dem Unterbrechen des Kurzschlussstroms zu verbessern.
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Ausführungsform
11
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36(a) ist eine Seitenansicht eines Elektrodenteils
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
11, und 36(b) ist eine Schnittdarstellung
der 36(a). In den Zeichnungen wurden ein
bewegbares Element 101 und ein Isoliermittel 118 weggelassen.
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Bei
der Ausführungsform
11 sind die Schwerpunkte der Leiter 107a und 107b auf
beiden Seiten des ersten Leiterstückes 107 und der Schwerpunkt des
Leiters 103a des Abstoßelementes
jeweils definiert als B, C und A, wie in der Ausführungsform
10. Desweiteren, wie in 36(b) gezeigt,
sind die Basiswinkel B, C (Θ = Θ') im Dreieck ABC
so definiert, dass sie einen Wert kleiner als 45° haben, wenn das Abstoßelement 103 sich
im Öffnungszustand
befindet.
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37(a) ist eine Seitenansicht eines Elektrodenteils,
die einen Öffnungszustand
des in 36(a) gezeigten Abstoßelementes 103 zeigt, und 37(b) ist eine Schnittansicht von 37(a).
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Wie
in 37(a) gezeigt, ist Pc' eine Ebene, die
durch den Schwerpunkt A des Leiters 103a des Abstoßelementes 103 geht
und senkrecht ist zu den Leitern 107a und 107b eines
ersten Leiterstücks 107 auf
beiden Seiten des ersten Leiterstücks 107 zum Zeitpunkt
der maximalen Öffnung
des Abstoßelementes 103.
Wie in 37(b) gezeigt, sind B' und C' die jeweiligen Schwerpunkte
der jeweiligen Abschnitte der Leiter 107a und 107b auf
beiden Seiten des ersten Leiterstückes 107, und die
Basiswinkel (Θ = Θ'') in einem Dreieck AB'C' sind mit einem Wert von 40° oder mehr
definiert. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, folgende Vorteile sowie
dieselben Wirkungen wie die Ausführungsform
1 zu erzielen.
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Wie
bei der Ausführungsform
10 beschrieben, ist das maximale Magnetfeld, das auf das Abstoßelement 103 wirkt,
welches vom Strom in den Leitern 107a, 107b auf
beiden Seiten des ersten Leiterstückes 107 erzeugt wird,
dann verfügbar,
wenn Θ = 45°.
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Deshalb
wird bei einer Elektrodenanordnung gemäß der Ausführungsform 11 die auf das Abstoßelement 103 in Öffnungsrichtung
wirkende Magnetkraft vom ersten Leiterstück 107 umso mehr gesteigert,
je weiter das Abstoßelement 103 in Öffnungsrichtung
gedreht wird. Demzufolge kann, obwohl die elektromagnetische Kraft
zur Drehung des Abstoßelementes 103 in Öffnungsrichtung,
die von dem bewegbaren Element 101 erzeugt wird abnimmt,
die abnehmende elektromagnetische Kraft kompensiert werden. Somit
ist es möglich,
eine verminderte Drehgeschwindigkeit des Abstoßelementes 103 zu
vermeiden.
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Zudem
wird, wenn das Abstoßelement 103 so
gedreht wird, dass Θ größer ist
als 45°,
die elektromagnetische Kraft zur Drehung des Abstoßelementes 103 in Öffnungsrichtung,
die vom ersten Leiterstück 107 erzeugt
wird, vermindert, was zu einer verminderten Drehung des Abstoßelementes 103 führt. Wenn
das Abstoßelement 103 sich
im maximalen Öffnungszustand
befindet, wird eine Drehung des Abstoßelementes 103 nach
unten von einem Anschlag 112 angehalten. Da zu diesem Zeitpunkt
die Drehgeschwindigkeit des Abstoßelementes 103 vermindert
wird, kann ein Schlagen des Abstoßelementes 103 auf
den Anschlag 112 verhindert werden. Demzufolge ist es möglich, eine
Beschädigung
des Anschlages 112 und ein Abprallen des Abstoßelementes 103 zu
verhindern.
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Die 38 und 39 sind
Seitenansichten eines Elektrodenteils, die unterschiedliche alternative Ausbildungen
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Obwohl
ein erstes Leiterstück 107 in
den Ausführungsformen
1 bis 11 im wesentlichen horizontal vorgesehen ist, kann das erste
Leiterstück 107 in
geneigter Form, wie in den 38 und 39 gezeigt,
vorgesehen werden.
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40 ist
eine Draufsicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. 41 ist eine Seitenansicht von 40 und 42 ist
eine Unterseitenansicht von 41.
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Bei
der alternativen Ausbildung enthält
eine mit einem Isoliermittel 118a beschichtete Oberfläche eine
untere Fläche
des ersten Leiterstückes 107,
sowie eine obere Fläche
des ersten Leiterstücks 107 (ein
bewegbares Element 101 liegt der Oberfläche zum Öffnungszeitpunkt des bewegbaren
Elements 101 gegenüber).
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Die 43 und 44 sind
Seitenansichten eines Elektrodenteiles, die weitere alternative
Ausbildungen des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigen. In den alternativen Ausführungsformen ist ein die inneren Endflächen eines
Schlitzes 170 eines ersten Leiterstücks 107 bedeckendes
Isoliermittel 118c nach oben ausgedehnt, so dass ein Lichtbogen
A mit einem weiter vergrößerten Bereich
des bewegbaren Elements 101 zum Öffnungszeitpunkt der bewegbaren
Element 101 Kontakt haben kann.
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45(a) ist eine Draufsicht eines Elektrodenteils,
die eine weitere alternative Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 45(b) ist
eine Schnittdarstellung nach der Linie B-B in 45(a).
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Bei
dieser alternativen Ausführungsform
ist eine größere Dicke
des Isoliermittels 118c vorgesehen, das eine innere Endfläche des
Schlitzes 170 auf der Seite der Anschlussklemme 105 bedeckt,
die am empfindlichsten gegen Beschädigungen durch einen Lichtbogen
ist, als diejenige eines Isoliermittels 118b in den Isoliermitteln 118b, 118c,
die die inneren Flächen
des Schlitzes 170 eines ersten Leiterstückes bedecken.
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46 ist
eine Draufsicht eines Elektrodenteils, die ein alternatives Beispiel
zeigt. 47 ist eine Draufsicht von 46 ohne
bewegbares Element.
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Obwohl
ein zweites Leiterstück 108,
das ein erstes Leiterstück 107 mit
dem Abstoßelement 103 verbindet,
zwei flexible Leiter 108a, 108b in den Ausführungsformen
1 bis 9, 11 und 12 enthält,
enthält das
zweite Leiterstück 108,
das das erste Leiterstück 107 mit
dem Abstoßelement 103 verbindet
in dem alternativen Beispiel einen flexiblen Leiter. Es ist deshalb
wie in 47 gezeigt, eine fensterartige Öffnung 170' anstelle des
U-förmigen
Schlitzes 170 in dem ersten Leiterstück 107 des Ausführungsbeispiels
vorgesehen. Ein Ende des ersten Leiterstückes 107 ist darüber hinaus
auf der der Seite der Anschlussklemme 105 gegenüberliegenden
Seite einstückig
mit dem Abstoßelement 103 über das
einen flexiblen Leiter umfassende zweite Leitstück 108 verbunden.
Das alternative Beispiel gemäß den 46 und 47 gehört nicht
zu der Erfindung.
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48 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. 49 ist eine Frontansicht von 48 ohne
das bewegbare Element und ein Isoliermittel.
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Bei
der alternativen Ausbildung sind hintere Leiterstücke 107c einstückig mit
einem ersten Leiterstück 107 und
haben einen Schlitz 170 an den Enden der Leiterstücke 107a, 107b auf
beiden Seiten des ersten Leiterstückes 107 und auf der
der Anschlussklemme 105 gegenüberliegenden Seite. Desweiteren sind
untere Enden der Leiterstücke 107c fest
verbunden durch ein waagrechtes Leiterstück 170d und das waagrechte
Leiterstück 170d ist
mit dem Abstoßelement 103 durch
ein zweites Leiterstück 108,
das einen flexiblen Leiter enthält,
fest verbunden.
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50 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. 51 ist eine Frontansicht von 50 ohne
Isoliermittel.
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Bei
der alternativen Ausbildung sind zweite hintere Leiterstücke 108 einstückig mit
einem ersten Leiterstück 107,
das einen Schlitz 170 an den Enden der Leiterstücke 107a, 107b auf
beiden Seiten des ersten Leiterstückes 107 auf der der
Anschlussklemme 105 gegenüberliegenden Seite hat. Jeweilige
untere Enden der zweiten hinteren Leiterstücke 108 sind einstückig mit
Klammerstücken 120 zwischen denen
ein Hauptstück
eines Abstoßelementes 103 angebracht
ist. Eine Drehzentrumswelle P2 des Abstoßelementes 103 ist
auf dem Klammerstück 120 gelagert.
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Ausführungsform
12
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52 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Schließzustand
eines Abstoßelementes
eines Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform
12 der Erfindung zeigt. 53 ist
eine Seitenansicht eines Elektrodenteils, die einen Öffnungszustand
eines Abstoßelementes
aus 52 zeigt.
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In
den Zeichnungen bezeichnet ein Bezugszeichen 112 einen
konvexen Anschlag dessen obere Oberfläche weitgehend parallel zu
einem Abstoßelement 103 ist,
das eine weitgehend horizontale Position hat. Bezugszeichen 121 bezeichnet
eine Fährstange,
die fest mit einer Unterseite des Abstoßelements 103 gekoppelt
ist und 122 bezeichnet ein Fährloch, das im Anschlag 112 vorgesehen
ist. Die Fährstange 121 ist
gleitend in das Fährloch 122 eingefügt. Bezugszeichen 109a, 109b sind
Druckfedern, die zwischen dem Abstoßelement 103 und dem
Anschlag 112 angebracht sind und die Druckfedern 109a und 109b belasten
das Abstoßelement 103 in einer
Schließrichtung.
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Die
Ausführungsform
12 unterscheidet sich in folgenden Punkten von den oben genannten
Ausführungsformen.
Das heißt,
während
das Abstoßelement 103 um
ein Drehzentrum P2 gedreht wird, um so in den Ausführungsformen
1 bis 8, 11 und 12 den Schaltvorgang durchzuführen, wird das Abstoßelement
in der Ausführungsform
12 vertikal bewegt, um den Schaltvorgang durchzuführen. Bei
dieser Anordnung können
dieselben Wirkungen erzielt werden wie bei den oben genannten Ausführungsformen.
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54 ist
eine Perspektivansicht eines Elektrodenteils die eine weitere alternative
Ausbildung des Leistungsschalters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. Bei der alternativen Ausbildung besitzt ein erstes
Leiterstück 107 ein
Leiterstück 107a nur
auf einer einzigen Seite. In diesem Fall können dieselben Wirkungen erzielt
werden.
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Obwohl
die jeweiligen Ausführungsformen
1 bis 12 in Bezug auf einen Leistungsschalter beschrieben wurden,
kann die vorliegende Erfindung auf einen anderen Schalter angewendet
werden um dieselben Wirkungen zu erzielen wie in den Ausführungsformen
1 bis 12.