DE2742979A1

DE2742979A1 - Vorrichtung zum unterbrechen hochgespannter elektrischer stroeme

Info

Publication number: DE2742979A1
Application number: DE19772742979
Authority: DE
Inventors: John P Cochran
Original assignee: Kuhlman Corp
Current assignee: Kuhlman Corp
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-09-21
Publication date: 1978-03-23
Also published as: US4125750A; CH620789A5; CA1107329A; JPS5339476A

Description

Kuhlmann Corporation, Troy, Michigan, V.St.A. Vorrichtung zum Unterbrechen hochgespannter elektrischer Ströme

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schal— ten hochgespannter elektrischer Ströme und insbesondere einen verbesserten Hochspannungsschalter, der eine erheblich höhere Spannungsfestigkeit aufweist als andere Schalter vergleichbarer Größe.

Es ist seit langem anerkannt, daß sich in Hochspannungskreisen zwischen den Trennpunkten während eines Schaltvorgangs ein Lichtbogenplasma bildet. Bas Lichtbogenplasma entsteht infolge des Stroms, der infolge des hohen Potentials auch über den Spalt zwischen zwei Kontakten weiterfließt. Solange der Widerstand zwischen den beiden Kontakten unter dem Leitwert bleibt, der erforderlich ist, um das Lichtbogenplasma aufrechtzuerhalten, fließt ein Strom weiter von Kontakt zu Kontakt, obgleich sie

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körperlich voneränder getrennt sind.

Die ersten Versuche, hochgespannte Ströme zu unterbrechen, waren darauf gerichtet, die Wirkung des Lichtbogenplasmas geringzuhalten, indem die dielektrische festigkeit des Mediums zwischen den Kontakten verbessert wurde. Auf diese Weise entstand der Flüssigschalter, in dem die Kontakte von einer Flüssigkeit wie 01 umgeben waren, die das Lichtbogenplasma kühlen sollte, um den entstehenden Lichtbogen abzuschwächen. Weiterhin trug das Eintauchen der Kontakte in Ol dazu bei, das Problem der anomalen Lichtbogenbildung unter Kontrolle zu halten, die oft auftreten kann zwischen Punkten, die während des Schaltvorgangs gleichermaßen unter elektrischer Spannung stehen.

Weiterhin hat man versucht, das Problem zu lösen, indem man das entstehende Lichtbogenplasma löschte, nicht nur kontrollierte. Bei diesen Anordnungen wurde versucht, den Stromfluß durch .einspritzen eines Flüssigkeitsstrahls in das Lichtbogenplasma beim Trennen der stromführenden Kontakte zu unterbinden, um den Lichtbogen zu löschen. Die Wirksamkeit dieser Vorrichtungen unter hohen Spannungen war jedoch bestenfalls zweifelhaft.

Seit der Ankunft des Ülschalters hat sich technologisch wenig geändert, was in der Lage wäre, die erheblich höheren Spannungen j aufzunehmen, die man in den modernen Starkstromsystemen verwendet. Im wesentlichen hat man die Forderung nach höherer Spannung«ι festigkeit erfüllt, indem man die Schalter körperlich größer ι^O 1 1 T3

machte. Weiterhin hat man die Bewegungsstrecke des einen Kontakts relativ zum anderen verlängert, um die dielektrische Festigkeit zwischen den beiden Kontakten zu erhöhen. Ba immer angenommen wurde, daß das Lichtbogenplasma den kürzestmöglichen unter Spannung stehenden Weg nimmt, erfolgte die Kontaktbewegung immer auf einem im wesentlichen gradlinigen Weg. Die Ger-aiut abmessungen des Schalters wurden also vergrößert, um einen größeren Abstand zwischen den beiden Schalterruhestellungen zu ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung geht von dieser Fehlannahme des Standes der Technik grundsätzlich ab. Obgleich es zutrifft, daß das Lichtbogenplasma den Weg des geringsten Widerstandes sucht und ihm folgt, ergibt sich hieraus nicht unbedingt, daß der weg des geringsten Widerstandes auch der kürzeste Weg zwischen den beiden unter Spannung stehenden Kontakten ist. Vielmehr erzeugt die extreme Wärmeentwicklung des Lichtbogenplasmas eine Gasblase, die eine säulenartige Form um das Lichtbogenplasma herum annimmt, während der Lichtbogen sich streckt. Zusätzlich ist die dielektrische Festigkeit innerhalb der Gassäule erheblich niedriger eis die dielektrische Festigkeit des umgebenden flüssigen Isoliermediums. Solange die Gassäule sich also unter Kontrolle halten läßt, gilt dies auch für den Weg des Lichtbogenplasmas· ι

Es ist also ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Schalten hochgespannter elektrischer Ströme unter Kontrolle des erzeugten Lichtbogenplasmas derart anzugeben,

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daß dieses im wesentlichen einem verlängerten vorbestimmten Weg ; innerhalb eines im Vergleich zu Anordnungen vergleichbarer Spannungsfestigkeit erheblich reduzierten Volumens folgt.

Zusätzlich hierzu liefert die vorliegende Erfindung einen elektrischen hochspannungsfesten Schalter, der billig herzustellen und einfach zusammenzubauen ist, ohne Spezialwerkzeuge oder -teile zu erfordern.

Wie für den Fachmann weiterhin einzusehen ist, schafft die vorliegende Erfindung einen hochspannungsfesten elektrischen Schalter, der die zuverlässigkeit des Schaltvorgangs verbessert und dennoch einfach zu betätigen ist.

Obgleich weiterhin unten als bevorzugte Ausführungsform eine einpolige Anordnung offenbart ist, läßt die Konstruktion sich sehr einfach auch auf mehrpolige Anordnungen ausdehnen.

Allgemein gesagt, weist die bevorzugte Ausführungsform einen Drehschalter auf, dessen Kontaktelemente sich in einem strönungsf-

fähigen Isoliermedium befinden. Der Schalter ist vorzugsweise so ausgeführt, daß der bewegliche Kontakt bei einer Drehung des Bediengriffs um etwa eine Vierteldrehung seinerseits etwa eine DreiVierteldrehung ausführt. Vorzugsweise ist die Gesamtdrehweite des Bediengriffs begrenzt, um die Schalterbedienung zu vereinfachen. Da insbesondere Hochspannungsschalter dieser Art

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häufig nit einer Schaltstange ('hot stick¹) betätigt werden, wird es zunehmend schwieriger, den Bediengriff über viel mehr als 90° BU drehen.

Weiterhin ist vorzugsweise die bevorzugte Ausführungsform des Schalters so konstruiert, daß die gesamte SchaItfunktion bei einer einfachen Drehung des Bediengriffs erfolgt. Die Drehenergie aus dem Bediengriff wird in einer Antriebefeder gespeichert, die die gespeicherte_tDrehenergie beim Auslösen durch einen Nocken sehr schnell freigibt. Der Nocken kann mit dem Bediengriff drehen, um anfänglich Drehenergie in der Feder zu speichern und die Drehenergie während der letzten wenigen

Winkelgrade der Drehung freizusetzen. Die Drehenergie aus der Feder geht auf den Eingang einer mechanischen übersetzung, die am Ausgang etwa die dreifache Drehweite liefert, die am Eingang anliegt. Die übersetzung ist unmittelbar mit dem beweglichen Kontaktelement des Schalters gekoppelt. Es läßt sich also ersehen, daß bei einer Eingangsdrehung von 85° der Schalter den ι beweglichen Kontakt um etwa 255° dreht. ,

Wenn der bewegliche Kontakt sein Bewegungsende erreicht, wird automatisch eine entgegengesetzt gespannte Antriebsfeder verriegelt· Um den Schalter in die ursprüngliche geschlossene Stellung zurückzuführen, wird der Bediengriff einfach in die entgegengesetzte Richtung gedreht, so daß die in der entgegengesetzt gespannten Feder gespeicherte Drehenergie von dem

Nocken ausgelöst wird, wie oben beschrieben. Der Schalter weist

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: Mittel auf, um den beweglichen Kontakt schnell in die Ausgangs-

! lage zurückzuführen und so eine Lichtbogenbildung zwischen den ! Kontakten bei schließendem Schalter gering zu halten. Wie unten ausführlich erläutert wird, schafft die vorliegende Erfindung ι eine Vorrichtung, die die Speicher-, Auslöse-, Antriebs- und Sperrfunktion in einer einzigen Bewegung des Bediengriffs ausführt.

Zusätzlich ist die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung haft- bzw. schweißverhindernd ausgeführt, um eine Kontaktbewegung einzuleiten, wenn die Spannfeder nicht in der Lage ist, den Kontakt zu bewegen, wenn der Nocken ihn freisetzt. Wenn insbesondere die Spannfeder die gespeicherte Drehenergie nicht sofort freisetzt, wenn sie ausgelöst wird, überträgt der Nocken die nächsten wenigen Grade der Drehbewegung des Bediengriffs unmittelbar auf den Eingang der Übersetzung. Auf diese Weise ergibt sich eine Kontaktbewegung vom etwa Dreifachen der Griffbewegung, was ausreicht, um eine normale Schalterfunktion einzuleiten.

Die vorliegende Erfindung offenbart weiterhin ein neuartiges Schaltelement mit einer neuartigen Kontaktkonsixuktion mit einer Vielzahl von Kontatctwegen und einem "Bogenhorn" ('arc horn¹), das die Kontrolle des Lichtbogenplasmas erleichtert sowie ein Abschmelzelement darstellt für den Pail einer Schalterbetätigung beim Vorliegen eines Fehlerschlussefr ('fault-make switching¹).

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Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ergibt sich schließlich, daß die bevorzugte Ausführungsform des Hochspannungsschalters nach der vorliegenden Erfindung sich auch ohne Spezialwerkzeuge leicht zusammenbauen läßt und Mittel aufweist, die verhindern, daß der Schalter während eines Schaltvorgangs versehentlich auseinanderfällt.

Sie Erfindung soll nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine Explosionsansicht eines elektrischen Hochspannungsschalters nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Gehäuseelements;

Fig. 2a ist eine Schnittansicht des hinteren Anschlags des in Fig. 2 gezeigten Gehäuses auf der Linie (a-a);

Fig. 2b ist eine Schnittansicht des vorderen Anschlags des Gehäuses in Fig. 2 auf der Linie (b-b);

Fig. 2c ist eine ausführliche Darstellung des Restteils des Gehäuses der Fig. 2;

Fig. 3a ist eine andere Ansicht des Nockenelements der Fig. auf der Linie 3-3;

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Pig. 3b ist eine Ansicht des Nockenelements der Pig. 3a um etwa

80° verdreht;

! Fig. 3c ist eine Schnittansicht des Nockenelements und des

hinteren Anschlags der Pig. 3b auf der Linie (c-c);

; Pig. 4 ist eine weitere Ansicht des Antriebszahnrads der Pig.1 auf der Linie

Fig. 5 ist eine weitere Ansicht der Lagerplatte der Fig. 1 auf der Linie 5-5;

Fig. 6 ist eine andere Ansicht der Antriebsfedern der Fig. 1 auf der Linie 6-6;

Fig. 7a ist eine ausführliche Darstellung des in Pig. 1 gezeigten beweglichen Kontaktelements;

i£ig. 7b ist eine andere Ansicht des in Fig. 7a gezeigten beweglichen Kontaktelements;

Fig. 7c ist eine andere Ansicht des in Fig. 7b gezeigten beweglichen Kontaktelements;

Fig. 8 ist eine Ansicht des Schalters der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt die relativen Bewegungen des Bediengriffs und des beweglichen Kontakts;

Fig. 9 ist eine weggeschnittene Ansicht, die den zusammengesetzten Schalter nach der bevorzugten Ausführungeform 809812/1033

der Yorliegenden Erfindung zeigt;

fig. 10 ist eine Aneicht des Schalters nach der bevorzugten Ausführungsform mit den beweglichen Kontakt in der Schließstellung;

Fig. 11a ist eine weitere Ansicht des Nockenelements der Fig. 1 auf der Linie 11-11;

Fig. 11b ist eine Ansicht des Nockenelements der Fig. 11a, aber üb etwa 80° gedreht;

Fig. 11c ist eine Ansicht des Nockenelements und vorderen Anschlags der Fig. 11b auf der Linie (c-c); und

Fig. 12a bis 12 f sind eine Folge von Darstellungen, die die

Funktionsweise des Schalters nach der bevorzugten Ausführungsform illustrieren.

Die Fig. 1 zeigt in einer Explosionsansicht einen Hochspannungsdrehschalter nach der vorliegenden Erfindung. Obgleich die hier gezeigte bevorzugte Ausführungsform einen Schalter mit einer kreisrunden Kontaktbewegungsbahn zeigt, ist einzusehen, daß das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf eine kreisförmige Bewegungsbehn des Kontakts oder auch nur auf eine einzige Schaltbewegung begrenzt ist. Wie sich im folgenden ergeben wird, umfaßt das Konzept, einen verlängerten Lichtbogenplasmaweg in einer erheblich reduzierten Schaltfunktion in einem strömungsfhaUgen Medium anzuordnen, andere Arten einer krumm-

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1inigen Kontaktbewegung wie beispielsweise auf einer Spiraloder komplexen Kurve. Weiterhin lassen sich auch Lichtbogenwege verwenden, die Kombinationen gradliniger und nichtgrad-

j liniger Bewegungen darstellen und die hier offenbarten Vorteile

j bieten. Weiterhin ist die Lehre der vorliegenden Erfindung

; gleichermaßen auf jeden Fall anwendbar, indem ein hochgespannter elektrischer Strom geschaltet werden soll. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Ausschalter sowie Anordnungen für andere Schaltfunktionen. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auch nicht auf die Bewegung eines einzigen Kontakts eingeschränkt. Beispielsweise läßt ein krummliniger - wie beispielsweise spiralförmiger oder komplexer - Weg sich leicht mit einer Mehrfachkontaktbewegung darstellen. Weiterhin ist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch leicht in einer mehrpoligen Anordnung ausführbar, wie sie als primärseitiger Schalter in einem VerteilertranaTormator verwendbar ist.

Die bevorzugte Ausführungsform eines 1-poligen Hochspannungsdreh schalters 10 nach der vorliegenden Erfindung weist ein Hauptgehäuseelement 12 auf, das typischerweise an eine Tankwand 14 montiert wird, indem man den Hals 16 des Gehäuses 12 durch eine in der Tankwand 14 befindliche öffnung führt. Das Schaltergehäuse 12 wird an der Wand 14 mit einem Haltering 18 befestigt, der auf den Hals 16 des Gehäuses 12 aufgeschraubt wird. Ein Paar Dichtringe 20, 22 sitzt vorzugsweise auf dem Hals 16 des Gehäuses beiderseits der Tankwand 14, um das Schaltergehäuse 12

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mit der Wand 14 starr und lecksicher zu verbinden.

Aus Gründen, die im folgenden klar werden, wird das Gehäuse 12 j

j vorzugsweise in der in den Fig. 8, 10 und 12a-f gezeigten Lage : an der Tankwand 14- befestigt, so daß der Drehweg des beweg- ! liehen Kontaktes 86 symmetrisch um die 12-Uhr-Steilung herum- ; verläuft. Auf diese Weise erfolgt ein während des Schaltvorgange!

auftretendes Ansteigen der Gassäule, die das Lichtbogenplasma umgibt, in einiger Entfernung vom Eingangsleiter in der Schaltermitte· Es ist jedoch einzusehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezielle Anordnung beschränkt ist.

Wie nun in der Schnittdarstellung des Gehäuses 12 in fig. 2 er-

j sichtlich, sind zwei radial gegenüberliegende Anschläge 31, 33

; von den Wandungen des Gehäuses 12 vorstehend angeordnet. Die j Lage der Anschläge 31, 33 im Gehäuse 12 ist so gewählt, daß der radiale Abstand zwischen den beiden Anschlägen 31, 33 geringfügig größer ist als der Durchmesser des Nockens 32. Auf diese Weise kann der Nocken 32 frei zwischen den Anschlägen 31, 33 durchdrehen, wie es erforderlich ist, damit der Nocken 32 einwandfrei arbeitet. Wie unten ausführlich im Zusammenhang mit ■

der Funktionsweise der Antriebsfedern 28, 44 erläutert werden wird, liegen die Anschläge 31» 33 so, daß die äußeren Laschen 30, 46 des vorderen und der hinteren Antriebsfeder 28 bzw. 44 verriegelt werden, so daß die Antriebsfedern 28, 44, wenn der Nocken 32 gedreht wird, Drehenergie speichern können. Weiterhin

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wird auffallen, daß die Basis des Halses 16 eine Vertiefung 19 im Band 21 aufweist, auf dem die Schulter 37 des Nockens 32 aufliegt, wenn er sich in der Sollage im Gehäuse 12 befindet· Aus Gründen, die unten ausführlich dargelegt werden, nimmt die Vertiefung 19 die Schulter 37 des Nockens 32 auf, wenn der Nocken 32 sich in einem begrenzten Bereich bewegt, der nicht Teil des normalen Drehwegs des Nockens 32 ist.

Wie in den Einzelheiten der Fig. 2a, 2b gezeigt, weisen die Anschläge 31» 33 jeweils eine kurze schräge Fläche 37a, 37b auf, die zu einer Einrastvertiefung 39a, 39b führt. Abhängig von der Richtung, in der der Schalter 10 betätigt wird, läuft gegen Ende jedes Schaltvorgangs eine der beiden Antriebsfedern 28, 44 auf eine der Anschläge 31» 33 auf. Ist der Schaltvorgang beendet, gleitet die äußere Lasche dieser Antriebsfeder die schräge Fläche des Anschlages hinauf und übt dabei eine geringe seitlich gerichtete Kraft aus, die ein einwandfreies Einrasten der Antriebsfeder in den Anschlag gewährleistet. Sie eingerastete Antriebsfeder kann auf diese Weise Drehenergie für den Rückschaltvorgang speichern.

Ein Nockenelement 32 mit einer an diesem befestigten Welle 34-ist in das Gehäuse 12 so einsetabar, daß die Welle 34- des Nockens 32 durch den Hals 16 des Gehäuses 12 vorsteht. Am Ende

der Welle 34- auf der offenliegenden Tankwand 14 befindet sich ein Bediengriff 24- sowie ein Schaltstangen-Ansatz 26. Die

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beiden Elemente dienen lediglich als alternative Bedienmöglichkeiten für den Schalter. Insbesondere kann der Schalter 10 auch unmittelbar bedient werden, indem man den Bediengriff 24 betätigt oder die Schaltetange ('hot stick') am Ansatz 26 ansetzt. Ein teilweise um den Hals 16 des Gehäuses 12 herum verlaufender Rand 17 weist zwei Anschlagflächen 17a_t 17b (Vergl. Fig. 2) auf, die die Drehung des Bediengriffs 24- auf etwa 113° begrenzen. Dies ermöglicht 10° zusätzliche Bewegung an beiden Enden der Bewegungebahn des Bediengriffe 24-, um zu gewährleisten, daß die beiden Antriebsfedern 28, 44 einwandfrei einrasten. Das entgegengesetzte Ende des Nockens 52 weist ebenfalls eine vorstehende Welle 35 auf, die mit dem Nocken 32 einteilig ausgebildet ist und eine gemeinsame Drehachse für das Antriebszahnrad 46 und den Kontaktrotor 78 bildet, wie im folgenden zu beschreiben sein wird·

Beiderseits des Nockens 32 befinden sich die leicht wendelförmig geführten Antriebsfedern 28, 44. Die vordere Antriebsfeder 28 befindet sich auf der der Welle 34 zugeordneten, die hintere Antriebsfeder 44 auf der entgegengesetzten Seite des Nockens 32. Die vordere und die hintere Antriebsfeder 28, 44 sind identisch aufgebaut. Die Fig. 4 zeigt in einer Draufsicht die vordere Antriebefeder. Me in Fig. 1 und 6 ersichtlich, weist die Antriebsfeder 28 eine Vielzahl von Windungen auf, die jeweils seitlich gegen die danebenliegende Windung versetzt sind. Die resultierende wendeiförmige Anordnung bewirkt, daß die An-

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triebsfedern einen zueinander gerichteten seitlichen Druck ausüben, der zu einem einwandfreien Einrasten in den Anschlägen 3I, 33 beiträgt. Wie in der Fig. 6 dargestellt, weist die Feder eine Innenlasche 29 und eine Außenlasche 30 auf. Projiziert

man die Innenlasche 29 und die Außenlasche 30 zum Mittelpunkt der Feder, spannen sie einen Winkel von 45 auf.

Sie Fig. 3a zeigt eine stirnseitige Ansicht des Nockens 32 mit , entspannter hinterer Antriebsfeder 44. Die Beschreibung zur !

Fig. 3a gilt gleichermaßen auch für das entgegengesetzte Ende des Nockens 32 und die vordere AntriebBfeder 28 der Fig. 11a. Wie die Zeichnung zeigt, dient der Nocken 32 als Dorn, um den die Feder 44 herumgewickelt ist. Die Innenlasche 45 der Feder liegt auf der Nockenfläche 47 auf, während die Außenlasche 46 im Anschlag 31 verriegelt ist. Dreht man den Nocken 32 in Gegenuhrzeigersinn (in der Figur), spannt die Nockenfläche 47 die Feder 44, so daß in ihr Drehenergie gespeichert wird. Dreht man den Nocken 32 weiter, berühren sich die schräge Fläche 42 des Nockens 32 und die Außenlasche 46 der Antriebsfeder 44, wie ! in Fig. 3b gezeigt. Dreht (vergl. Fig. 3c) der Nocken 32 weiter, hebt die schräge Fläche 42 die Außenlasche 46 gegen die seit-

lieh gerichtete Vorspannung der Antriebsfeder 44 aus der Rastvertiefung 39a des Anschlags 31 hinaus, so daß die Drehenergie, die in der Feder gespeichert ist, freigesetzt wird. Es wird auffallen, daß die vollständige Operation des Speicherns und Freisetzens der Drehenergie durch Verdrehen des Nockens 32 um etwa 85° erfolgt.

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Da die Außenlasche 46 der Antriebsfeder 44 mechanisch Ddt dem j beweglichen Kontakt 86 des Schalters 10 gekoppelt ist, tritt, j wenn die Antriebsfeder 44 infolge einer Haftung zwischen dem :

i beweglichen Kontakt 86 und dem ortsfesten Kontakt 82 sich nicht I sofort abwickelt, wenn sie vom Anschlag 31 freikommt, die schweißverhindernde Fläche 40 des Nockens 32 in den letzten i

wenigen Drehgraden des Nockens 32 in Berührung mit der Außen- j

I lasche 46 der Antriebsfeder 44, um eine Drehung des beweglichen j

Kontakte 86 einzuleiten. Nachdem die erzwungene Bewegung der :

j j

( Lasche 46 die Haftkraft zwischen dem ortsfesten Kontakt und ! dem beweglichen Kontakt 86 überwunden hat, kann die Antriebsfeder 44 die in ihr gespeicherte Energie freisetzen und den Schaltvorgang zum Ende führen.

^: Wie nun wiederum in der Fig. 1 gezeigt, wird die hintere An-

' triebsfeder 44 in der Sollage auf dem Nocken 32 durch ein Antriebszahnrad 48 festgehalten, das auf der Welle 35 des Nockens ; j 32 gelagert ist. Wie auch in der Draufsicht des Antriebszahnrade 48 in der Fig. 4 gezeigt, weist dieses einen segmentierten halb-!

kreisförmigen Ansatz mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden j

i Randfläche 30 auf, die vom Umfang der Anordnung parallel zu

deren Achse vorsteht. Diese Randfläche des Antriebszahnrads 48 verläuft von einem ersten angehobenen Niveau 56 über eine Schräge 52 zu einem zweiten Niveau 54. Die axiale Höhe dieses Niveaus, das im folgenden als Antriebssegvent 54 bezeichnet wird, beträgt etwa das Doppelte der Höhe de« «raten Niveaus 56, das

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im folgenden als Antriebssegment 56 bezeichnet wird. In diesen beiden Antriebssegmenten 54, 56 sind parallel zur Achse des Antriebszahnrads 48 jeweils ein Schlitz 55 bzw. 57 ausgebildet. Der Schlitz 57 im Antriebssegment 56 nimmt die Außenlasche 46 der hinteren Antriebsfeder 44, der Schlitz 55 i"» Antriebssegment 54 die Außenlasche 30 der vorderen Antriebsfeder 28 auf. Infolge der oben beschriebenen mechanischen Verbindung zwischen ! der vorderen bzw. der hinteren Antriebsfeder und dem Antriebszahnrad 48 dreht sich, wie ersichtlich, das Antriebszahnrad 48

j immer dann, wenn eine der beiden Antriebsfedern 28, 44 gespeicherte Drehenergie freisetzt.

Auf der Rückseite des Antriebszahnrads 48 ist eine Stirnzahnung 58 vorgesehen, die mit der Achse des Antriebszahnrads 48 ausgerichtet ist. Die Stirnzahnung 58 kämmt mit zwei radial gegenüber· liegenden Freilaufzahnrädern 60, 62, die auf zwei Bolzen 74, 76 drehbar gelagert sind, die aus einer Lagerplatte 72 vorstehen.

! Die Zahnräder 60, 62 sind jeweils mit zwei axial fluchtenden

\ Stirnzahnungen 64, 66, bzw. 68, 70 versehen. Der Umfang der auf dem Antriebszahnrad 48 sitzenden Stirnzahnung 58 beträgt etwa das 1,73-fache des Umfangs der Stirnzahnungen 64, 68.

Wie in der Fig. 1 gezeigt, befindet sich in der Rückseite des Antriebszahnrades 48 eine Umfangenut 59* deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der Stirnzahnung 58. Die Nut 59 im Antriebszahnrad 48 bildet eine Schubfläche, die

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die Drehung des AntriebsZahnrades 48 führt. Betrachtet man insbesondere die in Fig, 5 gezeigte Lagerplatte 72 von vorn, sieht man, daß die Lagerplatte 72 zwei halbkreisförmige Segmente 7% 73 aufweist, die in der Nut 59 des AntriebsZahnrades 48 laufen, wenn letzteres dreht. Auf diese Weise bleibt die axiale Ausrichtung des Antriebszahnrades 48 mit der Lagerplatte 72 erbal-

ι ten, wenn das Antriebszahnrad 48 dreht, so daß die Freilaufzahn räder 60, 62 nicht gegen die Stirnzahnung 58 klemmen können.

S Wie in der Fig. 5 weiterhin ersichtlich, ist die Lagerplatte 72

; mit einer Hittelbohrung 75 versehen, deren Durchmesser gering-

' fügig größer als der Durchmesser der einteilig auf der Welle 79

j des Kontaktläufers 78 ausgebildeten Zahnung 80 ist. Die Welle 79 des Kontaktläufers 78 paßt durch die Mittelbohrung 75 der Lagerplatte 72 hindurch, so daß die Zahnung 80 mit den Zehnungen 66, 70 der Freilaufräder 60, 62 kämmen kann. Weiterhin ist die Hohlwelle 79 des Kontaktläufers 78 drehbar auf dem Ende der Welle 35;

des Nockenelements angeordnet, so daß der Kontaktläufer 78 ein- !

wandfrei mit den anderen Drehteilen des Schalters 10 fluchtet. |

Da der Umfang der Zahnungen 66, 70 ebenfalls etwa 1,73-mal | größer ist als der Umfang der Zahnung 80, ergibt sich eine mechanische Gesamtübersetzung von 3 : 1 zwischen der Zahnung 58 auf dem Antriebszahnrad 48 und der Zahnung 80 auf den Kontaktläufer 78. Die Ausgangsdrehung des Kontaktläufers 78 beträgt also das Dreifache der Eingangsdrehung des Antriebszahnrades 48.

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Die mechanische Übersetzung mit den Freilaufrädern 60, 62 ist für die Konstruktion des Schalters 10 wichtig, da sie eine weiterführende Drehung des beweglichen Kontakts 86 ermöglicht, ohne eine weitere Drehung des Bediengriffs 24 zu erfordern. Da Hochspannungsschalter typischerweise mit einer Schaltstange betätigt werden, ist einzusehen, daß es zunehmend schwierig wird, den Bediengriff 24 über mehr als eine Viertelumdrehung zu drehen. Die bevorzugte Ausführungsform des Schalters 10 ist also so aiigebaut, daß sie sich leicht mit einer Schaltstange betätigen läßt, da für den Bediengriff 24 nur etwa 85° Drehung erforderlich sind.

Der bewegliche Kontakt 86 ist am Kontaktläufer 78 auf der der Welle 79 gegenüberliegenden Seite desselben in der tiitte des

Läufers 78 und an einem radial beabstandeten Funkt nahe der Umfangskontur befestigt. Insbesondere ist die Konstruktion des beweglichen Kontaktes 86 Teil der vorliegenden Erfindung und wird im folgenden ausführlich beschrieben. Die ortsfesten Kontakte 82, 84 sind auf zwei Kontaktlagern 83, bzw. 85 (Fig. 5) befestigt, die an in Umfangsrichtung beabstandeten Punkten entlang der Umfangskontur der Lagerplatte 72 sich befinden. Der ortsfeste Kontakt 84 verläuft vom Kontaktlager 85 zur Mitte des Kontaktläufers 78, wo er mit dem beweglichen Kontakt 86 verbunden ist. Der ortsfeste Kontakt 82 befindet sich so auf der Lagerplatte ^2.^ daß er an einem Endpunkt von dessen Bewegung mit dem beweglichen Kontakt 86 in Berührung tritt. Sind ein Ein-

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gangsleiter am ortsfesten Kontakt 84 und ein Ausgangsleiter am ortsfesten Kontakt 82 angeschlossen, schließt sich, wie ersichtlich, die Verbindung zwischen dem Ein- und dem Ausgangsleiter, wenn der bewegliche Kontakt 86 in Berührung mit dem ortsfesten Kontakt 82 tritt, während die Verbindung zwischen , Ein- und Ausgangsleiter offen ist, wenn der bewegliche Kontakt 86 in den entgegengesetzten Endpunkt seiner Bewegung gelaufen ist. !

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist insbesondere dahingehend konstruiert, daß sie ohne werkzeuge oder spezielle Teile oder Armaturen leicht zusammengebaut werden kann. Da die Ausrichtung der verschiedenen Teile untereinander innerhalb des Gehäuses 12 für einen einwendfreien Betrieb des Schalters 10 wesentlich ist, sind das Gehäuse 12, das Nocken-

! element 32, das Antriebszahnrad 48 und die Lagerplatte 72 Je-

weils mit einem Paßloch 90 versehen, das einen (nicht gezeigten) Paßstift aufnimmt, der nach dem Zusammensetzen des Schalters wieder entfernt wird. Zusätzlich läßt die gesamte Anordnung sich; im Gehäuse 12 leicht festlegen, indem man die Sperrlaschen 92 ein führt und festdreht, die radial von der Lagerplatte 72 in die Hastöffnungen 94 vorstehen, wie in Fig. 2c gezeigt, und in Umfangsrichtung um die Umfangskontur des Gehäuses 12 herum beabstandet angeordnet sind. Um eine einwandfreie Ausrichtung der Lagerplatte 72 mit dem Gehäuse 12 zu gewährleisten, sind die Sperrlascben 92 und die Hastelemente 94 nicht gleichbeabstandet.

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Auf diese Weise kann die Lagerplatte 82 mit dem Gehäuse 12 in nur einer und unverwechselbaren Stellung verriegelt werden.

Als Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Auseinanderfallen des Schalters ist die Tiefe des Gehäuses 12 so gewählt, daß die Lagerplatte 72 nicht so tief im Gehäuse 12 sitzt, daß die Laschen 92 der Lagerplatte 72 fest unter die Sperransätze 95 der liastelemente 94 greifen können, solange die Schulter 37 des Nockens 32 auf dem Hand 21 an der Basis des Gehäuses 12 aufsitzt. Um also den Schalter 10 vollständig zusammenzusetzen, muß der Nocken 32 in eine Lage gedreht werden, in der die Schulter 37 des Nockens 32 mit der Vertiefung 19 im Rand 21 des Gehäuses 12 fluchtet, damit die Lagerplatte 72 so tief eingedrückt werden kann, daß die Laschen 92 in die Hastelemente 94-eingreifen und dort festgelegt werden können. Weiterhin richtet die Schulter 37 des Nockens 32 sich nicht mit der Vertiefung 19 im Rand 21 in irgendeiner Lage des Nockens 32 während der normalen Funktion des Schalters 10 aus. M.a.W.: Da der Rand 17 die Drehung des Bediengriffs 24 begrenzt, kann der Nocken 32 nicht in die Ausrichtstellung gedreht werden, wenn nicht vorher der Bediengriff 24 abgenommen worden ist. Solange also der Bediengriff 24 an der Welle 34 des Nockens 32 befestigt ist, läßt der Schalter 10 sich nicht auseinandernehmen.

Unter Bezug auf die Fig. 7 wird nun der spezielle Aufbau des beweglichen Kontakts 86 erläutert. Der bewegliche Kontakt 86 ist vorzugsweise aus einem einzigen Stück eines hochleitfähigen

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Metalls wie einer Bronze- oder Kupferlegierung gefertigt. Wie j

am besten in der Pig. 7a ersichtlich, ist das Ende des beweg- j

liehen Kontakts 86 zu einer Vielzahl von parallelen leitfähi- j

gen Streifen 102 unterschiedlicher Länge und einem Mittel- | ! streifen aufgespalten, der als Abschmelzsegment 100 dient. Die leitfähigen Streifen 102 sind mit unregelmäßig gestalteten

^!

Spitzen 104 versehen, die eine Vielzahl von Kontaktstellen zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und dem ortsfesten Kontakt 82 herstellen. Weiterhin ist im entgegengesetzten Knde des beweglichen Kontaktes 86 eine Gruppe von Vorsprüngen 108 vorgese-

j hen, die gewährleisten, daß eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und dem ortsfesten

Kontakt 84 entsteht.

Ϊ Der bewegliche Kontakt 86 wird hergestellt, indem man zunächst den Kontakt entlang den gestrichelten Linien 106, 108 so faltet, daß die leitfähigen Streifen 102 beiderseits des Abschmelzsegments 100 miteinander fluchten, wie in Fig. 7h ersichtlich. Danach werden die Enden 104 der leitenden Streifen 102 entlang der gestrichelten Linien 110 einwärts umgebogen. Schließlich biegt man das Abschmelzelement 110 bogenförmig gekrümmt um, wie es die Fig. 7b zeigt. Wie sich aus der folgenden Darlegung der Funktionsweise des Schalters 10 ergeben wird, ist es wichtig, daß der maximale radiale Abstand zwischen dem Abschmelzelement 100 und der Drehachse des beweglichen Kontakts 86 geringer als der radiale Abstand zwischen der Drehachse zum Ende 104 des

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kürzesten leitenden Streifens 102 ist.

Wie in der Fig. 7c zu ersehen ist, liefert der bewegliche Kon- ! takt 86 sechs unterschiedliche elektrische Verbindungswege \ sowie zwölf mögliche Kontaktpunkte zwischen dem beweglichen Kontaktelement 86 und dem ortsfesten Kontaktelement 82, wenn der Schalter 10 geschlossen ist. Wie also in Fig. 10 am besten ersichtlich, gewährleistet die Konstruktion des beweglichen Kontaktes 86, daß eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und dem ortsfesten Kontakt 82 entsteht, auch wenn Teile eines der oder beider Kontaktanschlüsse erodiert sind oder diese aus einem anderen Grund keinen Strom führen können.

Unter Bezug auf die Fig. 9 und 11a-c soll nun das Zusammenspiel der verschiedenen Bestandteile während des Arbeitens des Schal- ; ters 10 erläutert werden. Wie bereits erwähnt, betätigt man die bevorzugte Ausführungsform des Schalters 10, indem man einfach ; den Bediengriff 24 um etwa eine Viertelumdrehung verdreht. Dies ! kann unmittelbar von Hand oder mit einer Schaltstange über einen Schaltansatz 26 erfolgen. Da der Bediengriff 24 unmittelbar mit der Welle 34 des Nockenelements 32 gekoppelt ist, dreht dieses ! sich mit der Drehung des Bediengriffs 24. Nimmt man an, daß vom j vorherigen Schaltvorgang her die Antriebsfeder 28 im Anschlag 33 eingerastet ist, wird bei der Drehung des Nockens 32 die Antriebsfeder 28 mit der Nockenfläche 27 aufgewickelt, so daß

sie Drehenergie speichert. Wie am besten in den Fig. 11b und ; 11c zu erkennen, bringt eine fortgesetzte Drehung des Nockens 32! die schräge Gleitfläche 38 in Berührung mit der Außenlasche , der Antriebsfeder 28, so daß die Lasche 30 gegen die seitlich gerichtete Vorspannung der Antriebsfeder 28 aus dem Anschlag herausgehoben wird. Liegt die Lasche 30 vom Anschlag 33 frei, geht die in der Feder 28 gespeicherte Drehenergie sehr schnell auf das Antriebszahnrad 48 über die unmittelbare Verbindung zwischen der Außenlasche 30 der Feder 28 und dem Antriebssegment 54 des Antriebszahnrads 48 über. Infolge der Drehung des Antriebsrades 48 drehen auch die Freilaufräder 60, 62 und damit die auf dem Kontaktläufer 78 befindliche Zahnung 80. Da die Freilaufräder 60, 62 eine mechanische übersetzung bewirken, dreht der Kontaktläufer 78 um den dreifachen Winkelbetrag des Antriebszahnrades 48. Wenn weiterhin die Antriebsfeder 28 das Zahnrad 48 nicht durchdrehen kann, nachdem die Lasche 30 der Feder 28 vom Anschlag 33 freiliegt, weil zwischen den Kontakten die Haftung zu stark ist, leitet die ein Verschweißen verhin- : dernde Fläche 36 des Nockens 32 "von Hand" die Bewegung der Außenlasche 30 der Antriebsfeder 28 während der letzten wenigen Grade der Umdrehung des Bediengriffs 24 ein. Diese wenigen letzten Grade Drehung werden zum dreifachen Winkelbetrag am

Kontaktläufer 78 übersetzt, was ausreicht, um eine normale Ausführung der Schaltfunktion einzuleiten.

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An diesem Punkt wird auffallen, daß, während das Antriebszahnrad 48 unter der Antriebskraft der vorderen Feder 28 dreht, die
hintere Feder 44 im gegenüberliegenden Anschlag 31 einrastet.
Am Ende der in einer Richtung ablaufenden Schaltfunktion kann
der Schalter 10 also in die Ausgangslage zurückgebracht werden,

indem man einfach die Bewegung des Bediengriffs 24 umkehrt. j

i Wenn andererseits das Antriebszahnrad 48 unter der Kraft der , hinteren Antriebsfeder 44 durchdreht, rastet die vordere Feder j 28 automatisch in den Anschlag 33 ein. Beim Arbeiten der be— ί

vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung finden also; eine Speicherung von Drehenergie in einer Antriebsfeder, ein
Freisetzen der gespeicherten Drehenergie und ein Versperren der

entgegengesetzten Antriebsfeder bei einer einzigen Bewegung des j

! Bediengriffs statt. j

Es wird weiterhin auffallen, daß der bewegliche Kontakt 86
unter der Kraft der hinteren Antriebsfeder 44 ebenso schnell
durchdreht wie unter der Kraft der vorderen Antriebsfeder 28.
Dieses schnelle Durchschalten aus der Offen- in die Schließstellung hat den Sinn, die Lichtbogenbildung zwischen den beiden erregten Elementen bei schließendem Schalter 10 gering zu halten

Fig. 8 zeigt nun die gegenüber der des Bediengriffs 24 verlängerte Drehung des beweglichen Kontakts 86. Wie das Diagramm
zeigt, erfolgt die gesamte Drehung des Bediengriffs 24 über
einen Winkel von etwa 85°. Von diesem Gesamtwert dienen die
ersten etwa 57 ausschließlich der Speicherung von Drehenergie

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27^2979

in der Antriebsfeder. Die nächsten etwa 25° wirken zusätzlich, um die Antriebsfeder aus der Sperre freizusetzen. Die letzten wenigen Grade der Bewegung dienen dazu, die Bewegung der Antriebsfeder für den Fall einzuleiten, daß der bewegliche Kontakt 86 noch nicht zu drehen begonnen hat.

Wie bereits erwähnt, bewirkt die mechanische Übersetzung, daß die 85°-Bewegung des Bediengriffs 24 eine entsprechende Drehung des beweglichen Kontakts um etwa 255° bewirkt. Die Antriebsfedern sind nach ihrer Kraft so gewählt, daß die gesamte mechanische Bewegung bei der Freigabe der gespeicherten Drehenergie in etwa 23ms erfolgt. Aus der Figur ist weiterhin zu ersehen, daß die gesamte vom beweglichen Kontakt 86 zurückgelegte Strecke erheblich größer ist als die direkte Verbindung zwischen dem festen Kontakt 82 zum festen Kontakt 84 in der ftitte des Schalters bzw. der direkten Entfernung zwischen dem festen Kontakt und dem beweglichen Kontakt 86 am Ende dessen Drehung. Insbesondere beträgt in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die gesamte Länge der vom beweglichen Kontakt 86 durchlaufenen krummlinigen Bahn etwa 2CX) mm (7*9 in·), während der direkte Abstand zwischen dem festen Kontakt 82 zum festen Kontakt 84 in der Mitte des Schalters durch das strömungsfähige Isoliermedium hindurch etwa 38 mm (1,3 in.) beträgt. Obgleich also innerhalb des Schalters 10 ein verhältnismäßig kurzer Weg zwischen den beiden unter elektrischer Spannung stehenden Funkten besteht, hat die bevorzugt· Ausführungeform des Schalters 10 die Fähig-

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-Z)O-

keit, einen hochgespannten elektrischen Strom zu unterbrechen, der ein Lichtbogenplasma über eine Strecke von etwa 190 mm (7»5 in.) erzeugen und aufrechterhalten kann.

Damit ein verhältnismäßig kleiner Schalter, wie er mit der bevorzugten Ausführungsform offenbart ist, Spannungen schalten kann, für die normalerweise wesentlich größere Schalter erforderlich sind, müssen die Parameter innerhalb des Schalters, auf denen der Weg des Lichtbogenplasmas beruht, genau eingehalten werden. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß, wenn ein Lichtbogenplasma zwischen den Stromflußpunkten während eines Schaltvorgangs auftritt, eine Gasblase infolge der starken Hitze innerhalb des Plasmas entsteht. Da sich das Plasma infolge der gegenseitigen Bewegung der Kontakte ausdehnt, nimmt die Gasblase die Form einer Säule um das Plasma herum an. Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß, wenn die Schaltfunktion innerhalb eines strömungsfähigen Isolierstoffs erfolgt, dessen dielektrische Festigkeit verhältnismäßig hoch ist, das Lichtbogenplasma innerhalb der Gassäule verbleibt, da die dielektrische Festigkeit der Gassäule erheblich geringer als die des umgebenden Strömungsmittels ist.

Wenn hier ausgeführt wurde, daß das Lichtbogenplasma in eine Säule von Gas eingeschlossen ist, soll dies nicht bedeuten, daß eine präzise Grenze vorliegt, innerhalb deren das Plasma sieh befindet. Auch soll die« nicht bedeuten, daß das von de· Licht-

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bogenplasma erzeugte Gas eine erkennbare, perfekt gestaltete Säule bildet, die sich scharf definieren ließe. Da das Plasma keinen vollkommen definierten "Strahl¹¹ gleichmäßiger Stärke bildet, ist auch das umgebende Gas gleichermaßen ungleichmäßig und streut. Das Lichtbogenplasma folgt jedoch im wesentlichen einer bogenförmigen Bahn, die von der Drehung des beweglichen Kontakts beschrieben wird. Da das Gas von der Hitze des Plasma erzeugt wird, wurde hier der Ausdruck "Säule" angewandt, um einen idealisierten Bereich zu kennzeichnen, in dem sich das Gas konzentriert. !Tatsächlich ist das Lichtbogenplasma auf einen Bereich beschränkt, der durch das Vorliegen einer Gaskonzentration definiert ist und der den Weg des Lichtbogenplasmas im wesentlichen umhüllt.

Da das vom Lichtbogenplasma erzeugte Gas wesentlich leichter als das Strömungsmittel ist, hat die Gassäule die Neigung, im Strömungsmittel anzusteigen. Es wird also wichtig, daß die Dauer des Schaltvorgangs ausreichend kurz bleibt, daß die Gassäule innerhalb des strömungsfähigen Isoliermittels nicht wesent lieh ansteigt. Weiterhin ist vorzugsweise, wie bereits festgestellt, der Schalter so angeordnet, daß die irehbahn des beweg- \ liehen Kontakts 86 im wesentlichen zentriert um die 12-Uhr-Stellung erfolgt. Auf diese Weise erfolgt Jede Bewegung des Gases während des Schaltcftrrgangs vom Hittelleiter 84 des Schalters 10 hinweg. In der bevorzugten Ausführungafora ist die Sehaltzeit von 25 as kurz genug, ua die Bewegung der Gassäule

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extrem gering zu halten. Bei dieser praktisch ortsfesten Gassäule wird es daher möglich, das Lichtbogenplasma innerhalb bestimmter Parameter in der Gassäule zu halten. Diese Parameter betreffen die unterschiedlichen dielektrischen Festigkeiten innerhalb der Schalterumgebung unter den dynamischen Bedingungen des Schaltvorgangs.

Insbesondere muß die dielektrische Festigkeit der Gassäule zwischen den Kontakten geringer als die dielektrische Festigkeit zwischen allen anderen möglichen Stromflußwegen sein, die unter ; elektrischer Spannung stehen. In der bevorzugten Ausführungsform des Schalters muß also die dielektrische Festigkeit einer etwa 200 mm (7»9 in.) langen Gassäule erheblich geringer als die dielektrische Festigkeit von etwa 38 mm (1,5 in.) strömungs-' fähigera Isoliermittel sein. Zusätzlich muß die dielektrische

Festigkeit der Gassäule anfänglich geringer als die maximale dielektrische Festigkeit sein, die erforderlich ist, um das Lichtbogenplasma überhaupt zu erhalten. Schließlich muß bei deren maximaler Länge die dielektrische Festigkeit der Gassäule sowie die der gesamten Schalteranordnung über der maximalen dielektrischen Festigkeit liegen, die erforderlich ist, um das Lichtbogenplasma zu erhalten, so daß der Lichtbogen erlischt.

Indem man also der Gassäule mit einer kontrollierten relativen Kontaktbewegung eine bestimmte Bahn erteilt, läßt sich ein Plasma erfolgreich in beliebiger Bahn führen, solange (1) die

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relative dielektrische Festigkeit der Gassäule unter der Leitfähigkeiteschwelle des Lichtbogenplesmas liegt, während alle anderen dielektrischen Festigkeiten dort, wo elektrische Spannung auftritt, erheblich über diesem Schwellwert liegen und (2) die relative dielektrische Festigkeit der Gaseäule niedriger als andere dielektrische Festigkeiten von Säule zu Säule ist, wo parallele oder sich in engem Abstand schneidende Säulenwege verwendet werden. M.a.V·: Das Plasma folgt immer der Gassäule, solange deren dielektrische Festigkeit unter der Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas liegt und dem Stromfluß den niedrigsten Widerstand innerhalb des Schaltersystems entgegensetzt Liegen weiterhin die dielektrischen Festigkeiten sämtlicher

anderen Bereiche innerhalb des Schaltersystems der Leitfähig-

keitsechwelle, reißt das Lichtbogenplasma auf, wenn die dielek- _: trische Festigkeit der Gassäule die Leitfähigkeitsschwelle über-! steigt.

Es sind also auch verschiedene andere krummlinige Kontaktbahnen - im Gegensatz zu einer rein kreisförmigen - möglich. Beispielsweise kann man der kreisförmigen Kontaktbewegimg in der bevorzugten Ausführungsform eine Axialkomponente hinzufügen und so eine wendeiförmige Kontaktführung erreichen. Weiterhin läßt sich eine Mehrfachkontaktbewegung vorsehen, um eine Vielzahl komplizierter Kurvenbahnen darzustellen. Diese Alternativen erfordern jedoch auch kompliziertere Schaltermechaniken als oben für die bevorzugte Aueführungsform offenbart·

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Es sei hier darauf verwiesen, daß die Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas von der Lichtbogentemperatur abhängt. Wo hier also festgestellt ist, daß die Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas von der dielektrischen Festigkeit der Gassäule überschritten wird, soll dies u.a. aussagen, daß die Temperatur des Lichtbogenplasmas unter jenes hinimum abgefallen ist, das erforderlich ist, um das Lichtbogenplasma innerhalb der Gassäule aufrechtzubehalten. Es ist wahrscheinlich die Abgabe der vom Plasma erzeugten Wärme an das dieses umgebende strömungsfähige Isoliermedium, die zum Löschen des Plasmas führt. Indem man diesen Umstand auf die vorliegende Erfindung anwendet, ergibt sich, daß durch Kontrolle eines verlängerten Lichtbogens der Schalter 10 die gesamte Grenzfläche zwischen dem Lichtbogenplasma und dem umgebenden strömungsfähigen Isoliermedium erheblich vergrößert. Dies führt zu einer Abkühlung des Lichtbogenplasmas, diese ihrerseits zu einer i^ntionisierung und damit zum Erlöschen des Plasmas.

Mit den Fig. 12a bis 12f soll nun die Schaltfunktion erläutert werden. Die Fig. 12a - 12f zeigen in der entsprechenden Reihenfolge die Funktionsweise des Schalters 10 und insbesondere die Bildung der Gassäule, die das Lichtbogenplasma umgibt, während es dem beweglichen Kontakt 86 euf seiner Bewegungsbahn nachläuft Die gepunktete Linie in den Figuren soll die tatsächliche Bahn des Lichtbogenplasmas innerhalb der umgebenden Gaseäule angeben. Wenn der bewegliche Kontakt 86 sich von dem ortsfesten Kontakt

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82 löst, entsteht das Plasma. Wie am besten in der fig. 12a zu ersehen, läuft innerhalb der ersten wenigen Winkelgrade der Drehung das Abschmelzsegment 100 des beweglichen Kontakts 86 j in großer Nähe am ortsfesten Kontakt 84- vorbei. Insbesondere ! liegt nach den ersten wenigen Winkelgraden der Drehung den Ab-' schmelzsegment 100 näher am ortsfesten Kontakt 82 als die Kon- \ taktsegmente 102 des beweglichen Kontakts 86. Infolgedessen

\ wird das Lichtbogenplasma während der drehung des beweglichen

' Kontakts 86 zwischen das Abschmelzelement 100 und den orts-

festen Kontakt 82 geführt. Auf diese Weise sind die Kontaktstreifen 102 des beweglichen Kontaktes 86 der erodierenden Wirkung des Lichtbogenplasmas nicht ausgesetzt. Diese bevorzugte Konstruktion des beweglichen Kontakts 86 erlaubt also dem Schalter 10 ein Arbeiten ohne Beeinträchtigung der Kontaktseg-

j mente 102, die, wenn schadhaft, einen einwandfreien Betrieb des

\ Schalters 10 verhindern würden.

Während nun - vergl. Pig. 12b - der bewegliche Kontakt 86 weiter vom ortsfesten Kontakt 82 hinwegdreht, verlängert sich das Lichtbogenplasma, während es der Bahn des Abschmelzsegments 100 folgt. Wie bereits erwähnt, ist das Lichtbogenplasma auf die Bahn begrenzt, die das Abschmelzsegment 100 beschreibt, und zwar infolge des geringeren Widerstands innerhalb der das Plasma umgebenden Gassäule.

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Nimmt man an, daß es sich bei dem am Schalter 10 liegenden Strom um 60-Hz-Wechselstrom handelt, fällt der Strom 120-mal in der Sekunde auf Null ab; m.a.W.: Die Nulldurchgänge treten in Abständen von 8 ms auf. Während der ersten 8 ms der Kontaktbewegung erlischt also das Lichtbogenplasma und wird danach,

j wie in Fig. 12c gezeigt, erneut die kreisförmige Bahn zwischen

! dem Abschmelζsegment 100 und dem ortsfesten Kontakt 84 überspannen. Infolge der extrem kurzen Dauer der Nulldurchgangsphase bricht die Gassäule jedoch nicht wesentlich zusammen. Sa es

j keine Möglichkeit der Vorhersage gibt, wo innerhalb seiner I
Periode der anliegende Wechselstrom gerade ist, wenn der Schaltvorgang seinen Anfang nimmt, kann der erste Nulldurchgang irgendwo innerhalb der ersten 8 ms der Schaltzeit auftreten. j

Etwa 8 ms nach dem ersten Nulldurchgang, nachdem der bewegliche j

Kontakt etwa 80 weitergelaufen ist, löscht das Plasma erneut j und schlägt dann über den krummlinigen Pfad erneut durch, den die Drehung des Abschmelzsegments 100 beschreibt. Wenn schließlich, wie in Fig. 12 gezeigt, der dritte Nulldurchgang erfolgt« hat der bewegliche Kontakt 86 fast seine gesamte Bewegungsbahn durchlaufen. Infolge der erhöhten dielektrischen Festigkeit der verlängerten Gassäule an diesem Punkt kann nun das Lichtbogenplasma entlang der küjrmmlinigen Bahn innerhalb der Gassäule nicht mehr durchschlagen, nachdem es das dritte Hai erloschen ist. Sas Lichtbogenplasma bricht also zusammen, unterbricht den Stromfluß zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und den ortsfesten Kontakt 82 und die Gassäule zerstreut sich, wie erwähnt, in das

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umgebende strömungsfähige Iiedium.

Wie einzusehen ist, ändert sich, wenn der Schalter mit elektrischen strömen höherer oder niedrigerer Frequenz eingesetzt wird, auch die Anzahl der iiulldurchgänge gegenüber den in diesem Beispiel angegebenen Werten.

Wenn schließlich der Schalter 10 im Zustand eines Fehlerschlusses betätigt wird, wie er auftritt, wenn auf der Leitung im Zeitpunkt der Schalterbetätigung ein Kurzschluß vorliegt, kann der Schaden am Schalter 10 infolge seiner Konstruktion minimal gehalten werden. Insbesondere wird in diesem Zustand das Abschmelzelement 100 abschmelzen, so daß kein Schaden am Rest des beweglichen Kontakts 86 und den anderen Schaltelementen im Schalter 10 unter der anliegenden elektrischen Spannung auftreten kann.

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L e e r s e i t e

Claims

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Dr. RUSCHKE & PARTNER ^

PATENTANWÄLTE

BERLIN - MÖNCHEN

Talayium Adram: T«togi■ dran«:

Quadratur B*riin Quadratur Munch·«

TELEX: Ιβ» TELEX: 5227*7

K 1092

Patentansprüche

1.»Vorrichtung zum Unterbrechen hochgespannter elektrischer Ströme, bei der ein Lichtbogenplasma entsteht, wenn die Übertragungspunkte sich trennen und die ein unter Spannung stehendes ortsfestes Element, ein unter Spannung stehendes bewegliches Element, das in einer ersten Stellung elektrischen Kontakt zum ortsfesten Element herstellen kann, und eine Antriebseinrichtung aufweist, um die elektrische Verbindung zwischen den Elementen in der ersten Stellung zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung betrieblich das bewegliche Element innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne in einer kreisrunden Bahn vom ortsfesten Element hinweg um eine Achse über eine radiale Bistanz von wesentlich mehr als 1Ö0 bewegt, so daß das bei der

Trennung der Elemente entstehende Lichtbogenplasma die kreisrunde Bahn des beweglichen Elements im wesentlichen nachvollzieht, bis es erlischt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung das bewegliche Element innerhalb etwa 25 ms um etwa eine Dreivierteldrehung dreht.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Eingangseinrichtung, mit der der Antriebseinrichtung Drehenergie zugeführt wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Nockenelement, das zwischen die Eingangseinrichtung und die Antriebseinrichtung geschaltet ist und bei der Drehung des i^ockenelements durch die Kingangseinrichtung um einen ersten vorbestimmten Winkelbetrag die durch die Eingangseinrichtung zugeführte Drehenergie in der Antriebseinrichtung speichern und die in der Antriebseinrichtung gespeicherte Energie bei weiterer Drehung des Nockenelements durch die -Eingangseinrichtung um einen zweiten vorbestimmten Winkelbetrag freisetzen kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet« daß das Nockenelement die Drehung des beweglichen Elements bei noch weiterer Drehung des Nockenelements durch die Eingangseinrichtung um einen dritten vorbestimmten Winkelbetrag einleiten kann, wenn die Antriebseinrichtung die Drehung des beweglichen Elements nicht einleiten kann, nach dem das hocken-,

element sich um den zweiten vorbestimmten Winkelbetrag weitergedreht hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Übersetzungseinrichtung aufweist, die dem beweglichen Element eine größere Drehung erteilt als

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die uiingangseinrichtung liefert.

y. Vorrichtung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß die L-ingangseinrichtung der Antriebseinrichtung etwa eine Vierteldrehung ürehenergie erteilen und die Ubersetzungseinrichtung das bewegliche Element etwa eine Dreiviertelumdrehung drehen kann.

Ö. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, cfeß das bewegliche Element ein erstes i'eil mit einer Vielzahl von Segmenten unterschiedlicher Länge aufweist, die mit dem ortsfesten Element an einer Vielzahl unterschiedlicher Stellen in der ersten Stellung Kontakt herstellen können.

S/. Vorrichtung nach Anspruch ö, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Vielzahl von Segmenten mehr als einen Kontaktpunkt; aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche, unter Spannung stehende Element ein erstes Teil, das Kontakt mit dem ortsfesten EIe- I ment in der ersten Stellung herstellen kann, und ein zweites Teil aufweist, das in große nähe zum ortsfesten Element laufen kann, nachdem das erste Teil sich vom ortsfesten Element getrennt hat, so daß das Lichtbogenplasma sich zwischen dem ortsfesten Element und dem zweiten Teil des be-

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weglichen Elements während der Drehung des beweglichen Elements bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet. daß das zweite Teil des beweglichen, unter Spannung stehenden Elements weiterhin von Lichtbogenplasma abgeschmolzen werden kann, wenn die Vorrichtung bei einem Pehlerschluß ("fault make") betrieben wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß die unter Spannung stehenden Elemente sich in einem strömungsfähigen Isoliermittel befinden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbogenplasma so stark ist, daß es ein Gas um das Lichtbogenplasma erzeugt und die vorbestimmte Dauer ausreichend kurz ist, um eine wesentliche Bewegung des Gases zu verhindern.

Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine erste Antriebsfeder, die das bewegliche Element in einer Richtung dreht, sowie eine zweite Antriebsfeder aufweist, die das bewegliche Element in der entgegengesetzten Richtung dreht.

Vorrichtung nach Anspruch 14-, gekennzeichnet durch eine erste Rasteinrichtung, um die erste Antriebsfeder zu ver-

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riegeln, so daß sie das bewegliche Element nicht drehen kann, bis die erste Antriebsfeder durch das üockenelement freigesetzt wird, und durch eine Einrichtung, um die erste Antriebsfeder automatisch in der ersten Uastlage festzuhalten, während das bewegliche Element von der zweiten Antriebsfeder gedreht wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15» gekennzeichnet durch eine zweite Hasteinrichtung, um die zweite Antriebsfeder zu verriegeln, und sie daran zu hindern, das bewegliche Element zu drehen bis die zweite Antriebsfeder vom Nockenelement :

freigesetzt wird, und durch eine Einrichtung, um automatisch)

j die zweite Antriebsfeder in der zweiten Sperrlage festzule- !

gen, während das bewegliche Element von der ersten Antriebsfeder gedreht wird.

17· Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehung des beweglichen Elements das bewegliche Element in einer kreisrunden Bahn be- i wegt wird, so daß das Lichtbogenpiasina, das bei der Trennung]

der Elemente entsteht, im wesentlichen auf dem kreisrunden ]

Weg des beweglichen Elements läuft, bis der Widerstand auf diesem kreisrunden Weg zwischen den unter Spannung stehenden Elementen die Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas übersteigt.

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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge- j

kennzeichnet, daß durch die Drehung des beweglichen Elements; dieses relativ zum ortsfesten Element innerhalb einer be- ; stimmten Zeitspanne eine Strecke durchläuft, die erheblich länger ist als die resultierende Entfernung zwischen den Elementen am Ende der Bewegung.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet« daß durch die Drehung des beweglichen Elements dieses über einen Weg sich bewegt, der anfänglich den direkten Abstand zwischen dem ortsfesten und dem beweglichen Element vergrößert und danach verringert, so daß das infolge der Trennung der Elemente entstehende Lichtbogenplasma im wesentlichen der Bahn dieser Bewegung folgt, bis es erlischt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein Antriebselement, an dem ein Antriebszehnrad angebracht ist, aufweist, das bewegliche Element an einem Lagerelement angebracht ist, an dem ein angetriebenes Zahnrad angebracht ist, und die Ubersetzungseinrichtung mindestens ein freilaufendes Zahnrad mit \ mindestens einem einteilig miteinander ausgebildeten Paar axial fluchtender Stirnzahnungen mit unterschiedlichem Außenumfang aufweist und relativ zu dem Antriebselement und dem Lagerelement so angeordnet ist, daß die kleinere der Stirnverzahnungen mit dem Antriebszahnrad und die größere

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der Verzahnungen mit dem angetriebenen Zahnrad kämmen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des AntriebsZahnrades etwa das 1,73-fache des Umfangs der kleineren Stirnverzahnung und der Umfang der größeren Verzahnung etwa das 1,73-fache des Umfangs der angetriebenen Verzahnung betragen, so daß das angetriebene Zahnrad etwa dreimal so weit dreht wie das Antriebszahnrad.

22. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Drehung des beweglichen Elements dieses über eine Bahn innerhalb des strömungsfähigen Isoliermediums bewegt wird, die erheblich länger als der resultierende direkte Abstand zwischen den Elementen am Ende der Bewegung ist, so daß das bei der -t-'rennung der Elemente entstehende Iichtbogentplasma im wesentlichen dieser Bewegungsbahn folgt, bis die von Lichtbogenplasma erzeugte Wärme sich weit genug ie ; strömungsfähigen Isoliermedium zerstreut hat, um das Lichtbogenplasma zum Erlöschen zu bringen. j

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