Hochstromschalter

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochstromschalter mit einander gegenüberliegenden ebenen Kontaktscheiben, die von durch axial einwirkende Kraft betätigbaren Stützplatten getragen werden, und mit einem die Kontaktscheiben gasdicht einschließenden Gehäuse, das von den Stützplatten und einer ringförmigen Membran gebildet wird, die gasdicht mit den beiden Stützplatten verbunden ist und einen Dichtring aus flexiblem elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial umfaßt, dessen Ränder mittels Klemmeinrichtungen an um das Kontaktelement herumlaufenden Befestigungsflächen der Stützplatte befestigt sind. Ein derartiger Hochstromschalter ist aus der DE-A1-2807810 bereits bekannt.

[0002] Der bekannte Schalter weist schon viele Vorteile auf. So schützt er die Kontakte zuverlässig gegen die korrodierende Umgebungsluft von beispielsweise Elektrolyseanlagen, an denen derartige Hochstromschalter vorzugsweise eingesetzt werden. Außerdem besitzt der bekannte Schalter bereits eine Einrichtung, die verhindert, daß der Schalter im Ruhebetrieb eine geschlossene Stellung einnimmt. Allerdings ist der mit dem bekannten Hochstromschalter erreichbare Schaltweg sehr begrenzt und beträgt nur wenige Millimeter. In der Druckschrift wird ein Wert von 2 mm genannt, der für Niederspannungsanwendungen auch meistens ausreicht. Bei bestimmten Anwendungen muß der Hochstromschalter jedoch auch höhere Spannungen trennen können, was einen Kontaktabstand im geöffneten Zustand des Schalters erfordert, der weit über 2 mm liegen kann. In diesem Falle arbeitet die Anordnung gemäß dem Stand der Technik nicht mehr zufriedenstellend. Zieht man trotzdem die beiden Stützplatten des in der Entgegenhaltung dargestellten Schalters soweit auseinander, wie es die Spannungsbelastung erfordert, wird der Kunststoffmaterialring so stark gedehnt, daß er möglicherweise reißt oder zumindest sich die Klebung zwischen dem Rand des Kunststoffmaterialringes und der ringförmigen Befestigungsfläche an der Stützplatte löst. Überhaupt scheint diese Dichtfläche nicht sonderlich zuverlässig zu arbeiten, wenn doch neben dieser vom Kunststoffring benutzten Abdichtung noch eine weitere Membrandichtung benutzt wird, die aus Metall besteht. Der Schalter wird dadurch insgesamt recht aufwendig, so daß die Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung, nämlich die Herstellung des Schalters zu verbilligen, nicht gelöst wird. Aber auch die zweite Teilaufgabe bleibt ungelöst, da durch Ausschaltlichtbögen Material nach außen abspritzt, das sich nicht etwa auf dem flexiblen Kunststoffring niederschlägt und bei dessen Bewegung ggf. zum Abfallen gebracht wird, sondern vielmehr auf den starren, isolierenden Keramikring, der dadurch im Laufe der Zeit seine Isolationsfähigkeit verlieren wird und den Schalter damit für Schaltvorgänge mit z. B. höherer Spannung ungeeignet macht.

[0003] Ähnliches läßt sich von einem aus der US-A-3 950 628 bekannt gewordenen Schalter sagen. Auch dort ist der Aufbau verhältnismäßig kompliziert, wenn auch aufgrund der Balgenkonstruktion eine so starke Entfernung der Kontaktscheiben ermöglicht wird, daß auch höhere Spannungen an sich schaltbar sind. Jedoch liegt auch hier ein starrer Isolierring noch so weit im Bereich der Kontaktscheiben, daß die Gefahr besteht, daß sich auf ihm infolge von Lichtbogenerhitzung abgespritztes Material niederschlägt und dadurch die Isolationsfähigkeit im Laufe der Zeit herabgesetzt wird. Der in der Druckschrift genannte Teflonüberzug für den Metallbalg ist nur außen aufgebracht und soll im wesentlichen Korrosion des Metallbalges infolge der Außenatmosphäre verhindern. Die erfindungsgemäßen Gesichtspunkte werden nicht angesprochen.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der zum einen wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann, als es bei dem aus der DE-A1-2 807 810 bekannten Schalter der Fall ist, ohne daß dabei Abstriche an der Betriebssicherheit oder Lebensdauer gemacht werden müßten, und bei dem außerdem der Übergangswiderstand zwischen den beiden geöffneten Kontaktelementen nicht im Laufe von vielen Betriebszyklen durch abgespritztes Kontaktscheibenmaterial verschlechtert wird, was besonders dann, wenn der Schalter als Leerschalter dienen soll, von Nachteil wäre. Wegen der letztgenannten Anwendung sollte der Schalter zudem einen ausreichend großen Abstand zwischen den Kontaktscheiben in offener Stellung zulassen, ohne daß die Kunststoffmaterialmembran zu stark belastet wird.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Befestigungsringfläche eine Zylinderaußenringfläche umfaßt und daß der flexible Dichtring aus Kunststoffmaterial aufgrund von Lichtbogenerscheinungen abgespritztes Material auffängt und durch innere Bewegung bei Schaltvorgängen anhaftendes Material zum Abfallen bringt.

[0006] Das erste Teilmerkmal stellt sicher, daß auch dann, wenn die Kontaktscheiben auf größeren Abstand gebracht werden müssen, um auch höhere Spannungen zuzulassen, die Membran sich nicht etwa in ungewünschter Weise von den Befestigungsringflächen trennt, wie es beim Stand der Technik durchaus möglich wäre, während das zweite Teilmerkmal sicherstellt, daß aufgrund von Lichtbogenerscheinungen abgespritztes Material nicht auf der die Isolierung zwischen den beiden Kontakten bildenden Einrichtung haften bleibt und dadurch mit der Zeit den Übergangswiderstand verschlechtert, wie es gleichfalls beim Stand der Technik befürchtet werden muß.

[0007] Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs dar.

[0008] Die Dichtheit zwischen der flexiblen Membran und den Befestigungsringflächen der Stützplatten ist, da nicht mit Vakuum gearbeitet zu werden braucht, völlig ausreichend. Zur zusätzlichen Sicherung - auch gegen ungewolltes Abgleiten - kann jedoch in der Befestigungsringfläche eine ringförmige Nut angebracht werden, in die ein entsprechend geformter ringförmiger Wulst auf der inneren Fläche des Membranrandes paßt (Anspruch 2). Durch zusätzliche Klemmeinrichtungen, wie herkömmliche Schlauchklemmen oder neuartige Edelstahlbänder, läßt sich die Befestigung noch sicherer gestalten (Anspruch 4).

[0009] Um das Material der Membran nicht allzu flexibel machen zu müssen, ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung günstig, wenn die Membran eine Ausbauchung aufweist, deren Ausmaße dem Schaltweg der Kontaktelemente angepaßt sind (Anspruch 3). Ist der Schaltweg nur gering, beträgt er beispielsweise nur wenige Millimeter, genügt eine verhältnismäßig geringe Ausbauchung. Ist der Schaltweg jedoch größer, beispielsweise dann, wenn der Schalter als z. B. zusätzlich zu einem Leistungsschalter anzuwendender Leerschalter für höhere Spannungsbelastung mit einem Öffnungsweg von beispielsweise 16 mm benutzt werden soll, wird eine Membran mit größerer Ausbauchung Anwendung finden.

[0010] Die Membran sollte aus einem Kunststoff bestehen, der zum einen ausreichende elektrische Isolation sicherstellt, zum anderen aber auch den Umwelteinflüssen standhält, die sowohl aus dem Schalterinneren (Heißgase und abspritzendes Kontaktmaterial im Falle von Schaltvorgängen unter Restlast) sowie auch von außen (Säuren und Laugen und ätzende Gase bei Anwendung in Elektrolyseanlagen) auftreten. Als besonders geeignet haben sich dabei sogenannte Fluorelastomere herausgestellt, beispielsweise ein Fluorelastomer, der unter dem Handelsnamen »Fluorel FC-2176« und Fluorel FC-2177« von der Firma 3M Deutschlang GmbH vertrieben wird. Das Material besitzt gute Chemikalien- und Hitzebeständigkeit, hohe Vernetzungsgeschwindigkeit und hohe Dehnung auch bei höheren Umgebungstemperaturen.

[0011] Normalerweise werden die beiden die Kontaktelemente haltenden Stützplatten von der Betätigungseinrichtung starr gehalten, so daß keine besondere Führung der beiden Stützplatten zueinander innerhalb des Schalters erforderlich ist. Soll jedoch der Schalter in Anlagen Verwendung finden, wo diese präzise Führung der Stützplatten nicht vorgesehen ist, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in den Stützplatten jeweils zumindest ein axiales, vorzugsweise mittig angeordnetes, die jeweilige Kontaktscheibe durchbrechendes Loch, insbesondere Sackloch mit rundem Querschnitt, vorgesehen sein, wobei die Löcher zueinander fluchten und einen isolierenden Führungszapfen aufnehmen, der zumindest in dem einen Loch axial verschieblich ist (Anspruch 5). Zweckmäßigerweise wird man den Führungszapfen in den beiden Löchern mit nur geringem Spiel axial verschieblich halten, wodurch in sehr simpler Weise eine ausreichend gute Führung der beiden Kontaktscheiben bzw. Stützplatten erreicht wird, wobei der Führungszapfen vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid besteht (Anspruch 6).

[0012] Eine besonders billige Herstellung des erfindungsgemäßen Schalters läßt sich insbesondere dadurch erreichen, daß der Schalter, abgesehen von der Membran, für beide Kontaktseiten aus gleichen Bauteilen besteht. Verbilligend wirkt sich auch aus, daß das Gehäuse nicht evakuiert zu werden braucht, sondern statt dessen bei der Montage mit getrockneter Luft oder einem inerten Gas, insbesondere Stickstoff, gefüllt werden kann (Anspruch 7), wobei dieser Füllvorgang erst ganz zum Schluß bei der Herstellung des Schalters notwendig ist, so daß die vorhergehenden Schritte keine besonderen Schutzgas- oder Vakuumeinrichtungen erfordern. Durch einige Schaltungen unter Strombelastung treten Materialverbrennungen im Gehäuse auf, die eventuell noch vorhandene störende Stoffe, wie Restfeuchtigkeit, beseitigen, vermutlich dadurch, daß diese Stoffe an die entstehenden Verbrennungsprodukte gebunden werden, sei es durch Ab- oder Adsorption oder durch chemische Reaktion, so daß eine Schutzgasatmosphäre automatisch entsteht.

[0013] Eine weitere Herstellungsverbilligung läßt sich noch dadurch erreichen, daß die Kontaktscheibe aus einer in einer passenden Vertiefung des aus einer harten Kupferlegierung, insbesondere Chromkupfer bestehenden Stützplatte eingelöteten kreisförmigen Kontaktscheibe aus Silber oder Silberlegierung besteht (Anspruch 8).

[0014] Wird die Stützplatte durch Kokillenguß hergestellt, lassen sich in besonders einfacher Weise an den Außenseiten der Stützplatten Sacklöcher zur Befestigung an den Betätigungseinrichtungen dadurch herstellen, daß Gewindeeinsätze gleich mit eingegossen werden.

[0015] Statt dessen können natürlich auch mit Gewinde versehene Durchgangslöcher Verwendung finden, falls dies herstellungsmäßig günstiger sein sollte.

[0016] Der vorstehend beschriebene neuartige Schalter kann als Leer-, Aus-, Ein- oder Umschalter verwendet werden (Anspruch 9). Es lassen sich auch mehrere derartige Leerschalter kombinieren, insbesondere dann, wenn der im eingeschalteten Zustand zu übertragende Strom beispielsweise 10 000 A wesentlich überschreitet, weil sonst die Kontaktfläche so groß wird, daß eine genaue Parallelführung zu mechanischen Schwierigkeiten führt. Ebenso ist eine Kombination von mehreren Leerschaltern dann von Vorteil, wenn die im ausgeschalteten Zustand zulässige Spannung mehr als beispielsweise 1000 bis 2000 V betragen soll, weil dann die notwendige Luftstrecke (bei 1000V Wechselstrom oder 1200 V Gleichstrom gemäß den deutschen VDE-Vorschriften 9 mm) und Kriechstrecke (bei den angegebenen Spannungen 16 mm) so weit vergrößert werden müßten, daß wiederum mechanische Komplikationen auftreten.

[0017] Der neuartige Schalter ist aber auch als Niederspannungsschalter (Aus-, Ein- oder Umschalter) verwendbar (Anspruch 10). Um mehrere Schalter zu vereinigen, können diese mit ihren Stützplatten auf Anschlußlaschen aufgelegt werden, die ihrerseits auf einer festen Befestigungsschiene auf der einen Seite des Schalters und einer in Richtung der Schalterachsen verschieblichen Befestigungsschiene auf der anderen Seite des Schalters isoliert gehalten werden, wobei die auf der festen Schiene befindliche Anschlußlasche mit der zugehörigen Stützplatte günstigerweise einstückig und die Anschlußlasche auf der beweglichen Schiene vorteilhafterweise aus einer großen Zahl parallel zueinander liegender Metallblechstreifen wie Kupferblechstreifen bestehen kann, um einerseits die Konstruktion zu vereinfachen, andererseits die Beweglichkeit der beweglichen Schiene nicht durch die Steifheit einer Anschlußlasche zu beeinträchtigen.

[0018] Je nachdem, ob die Schalter parallel oder in Serie geschaltet werden sollen, wird man die Anschlußlaschen der nebeneinanderliegenden Schalter jeweils zueinander parallel oder reihenweise hintereinander schalten.

[0019] Um nicht nur eine Ausschaltung, insbesondere Leerschaltung zu ermöglichen, sondern auch eine Umschaltung, ist es auch möglich, zwei Schalter oder Schalterelemente derart mit einem mechanischen Schalterantrieb zu verbinden, daß beim Einschalten des einen der andere ausgeschaltet wird. Verbindet man jeweils zwei Schalter oder Schalterelemente mit zwei anderen Schaltern oder Schalterelementen über eine Kreuzverbindung mechanisch derart, daß sich beim Schaltvorgang jeweils zwei Kontakte öffnen und zwei andere schließen, ergibt sich ein zweipoliger Umschalter, der beispielsweise als Polwender im allgemeinen Schaltanlagenbau, in der Galvanotechnik oder im Elektroofenbau eingesetzt werden kann. Insbesondere kann mit dem zweipoligen Umschalter von einem System auf ein anderes System umgeschaltet werden.

[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

[0021] Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters;

Fig. einen Axialschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Schalter, der gemäß der dargestellten Ausführungsform einen Führungszapfen aufweist;

Fig. eine Schnittansicht durch den Schalter der Fig. 2 längs der Linien 111-111;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters;

Fig.5, 6 einen Axialschnitt durch bzw. eine Draufsicht auf die in Fig.4 dargestellte Ausführungsform;

Fig. eine perspektivische Darstellung einer als Klemmeinrichtung besonders geeigneten neuartigen Schlauchschelle;

Fig. eine Detailansicht des Verschlusses dieser in Fig. 7 dargestellten Schlauchschelle;

Fig. 9 eine Seitenansicht einer aus fünf Schaltern bestehenden fünfphasigen Ein-/Ausschaltereinrichtung;

Fig.10 eine Querschnittsansicht durch die Einrichtung der Fig. 9;

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Einrichtung der Fig. 9;

Fig. 12 eine Seitenansicht einer sechs Schalter umfassenden dreiphasigen Umschaltereinrichtung und

Fig. 13 eine Querschnittsansicht durch die Umschaltereinrichtung der Fig. 12.

[0022] In Fig. 1 ist die Seitenansicht eines Schalters 10 gemäß einer Ausführungsform dargestellt, die in Fig. 2 in einer Längsschnittansicht und in Fig. 3 in einer Querschnittsdarstellung noch näher erläutert ist. Der Schalter besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Kontaktelementen in Form von zwei kreisförmigen Kontaktscheiben 12, die jeweils von einer Stützplatte 14 gehalten werden. Vorzugsweise ist die Kontaktscheibe 12, die z. B. aus einer Silberlegierung mit einem Silbergehalt von etwa 90% besteht, in eine entsprechende Einsenkung in der Stirnfläche der Stützlatte 14 eingelegt und ganzflächig mit dieser verlötet. Durch die Einsenkung ergibt sich ein besonderer Schutz des Randes der Kontaktscheibe 12 gegenüber Abheben bei stärkerer thermischer Belastung.

[0023] Um eine Verschmutzung der Kontaktfläche zu vermeiden und - insbesondere bei Anwendung bei Elektrolysebädern - das Eindringen von schädlichen Gasen zu verhindern, werden die Kontaktscheiben 12 von einer ringförmigen Membran 16 gasdicht umschlossen, die die beiden Stützplatten 14 dicht miteinander verbindet. Auf diese Weise bilden die beiden Stützplatten 14 zusammen mit der ringförmigen Membran 16 eine abgeschlossene Kammer 18, in der sich die Kontaktscheiben 12 geschützt in axialer Richtung zueinander bewegen können. Die beiden Stützplatten 14 können durch hier nicht näher dargestellte Einrichtungen aufeinander zu bewegt werden, bis sich die beiden Kontaktscheiben 12 in ihrer gesamten Fläche aneinanderlegen und einen Stromübergang bilden, der eine Übertragungsleistung von mehreren tausend Ampere bei sehr geringem Spannungsabfall aufweist. Werden dagegen die beiden Stützplatten 14 und damit die Kontaktscheiben 12 durch die Betätigungseinrichtung auseinandergezogen, beispielsweise um 16 bis 20 mm, erfolgt eine Unterbrechung des Stromkreises.

[0024] Um die Zug- bzw. Druckbelastung des Materials der Membran 16 möglichst klein zu halten, ist diese gemäß Fig.2 mit einer nach außen gerichteten Ausbauchung versehen, so daß die ringförmige Membran eine Art Balgen bildet. Die aus flexiblem, elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial bestehende Membran 16 liegt mit ihren inneren Rändern auf um die Kontaktscheibe 12 herumlaufenden Befestigungsringflächen 20 auf, die von den Stützplatten 14 gebildet werden. Dabei ist es günstig, diese Befestigungsringfläche 20 bezüglich des Fußteils 22 der Stützplatte 14, die selbst nicht rund zu sein braucht, sondern beispielsweise auch quadratisch sein kann, wie Fig. 3 zeigt, so weit einzusenken, daß sich auf dem gesamten Umfang eine Stützfläche 24 für die ringförmige Membran 16 ergibt.

[0025] Der feste Sitz und die Gasdichtheit der Verbindung zwischen der Membran 16 und der Stützplatte 14 kann noch dadurch verbessert und erhöht werden, daß in die Befestigungsringfläche 20 eine Nut 26 eingefräst wird, in die ein entsprechend geformter ringförmiger Vorsprung oder Wulst 28 der inneren Fläche des Randes der Membran 16 paßt. Als weitere Maßnahme ist bei der dargestellten Ausführungsform noch eine Klemmeinrichtung 30 vorgesehen, die eine übliche Schlauchschelle, wie in Fig. 1 dargestellt, oder aber ein einfaches, montierbares und auch einen gleichmäßigeren Druck ausübendes Edelstahlband 32 sein kann, wie es in der Fig. 7 in perspektivischer Ansicht dargestellt ist, und das an einem Ende in einem nach außen weisenden Haken 34 endet, siehe die teilweise längsgeschnittene Ansicht der Fig. 8, wcbs; der Haken 34 eine Breite aufweist, die geringer als die Breite des Edelstahlbandes 32 ist. Das andere Ende des Edelstahlbandes 32 endet in einem fensterartigen Durchbruch 36, der zum Zwecke des Umspannens der Membran 16 mit dem Edelstahlband 32 über den Haken 34 gelegt wird. Gegenüber üblichen Schlauchschellen ergibt dieses Band keine Aufwölbung des umspannten Materials im Bereich der Bandenden während des Befestigungsvorganges, außerdem läßt sich dieses Band wesentlich schneller montieren.

[0026] Um die Enden des Edelstahlbandes 32 leicht erfassen und spannen zu können, sind noch zwei runde Durchbrüche 38 nahe der Bandenden vorgesehen, in die ein entsprechendes zangenartiges Werkzeug einsetzbar ist, um die beiden Enden des Edelstahlbandes 32 zusammenzuziehen und dabei den Durchbruch 36 über den Haken 34 zu führen und so das Edelstahlband 32 um die Membran 16 herum zu verriegeln.

[0027] Hinter der Befestigungsringfläche 20 ist die Stützplatte 14 nochmals abgesetzt, so daß sich eine weitere Stufe 40 ergibt, von der aus der eigentliche Träger für die Kontaktscheibe 12 zylinderförmig ausgeht. Auf diese Weise erhalten alle den Innenraum des Schaltergehäuses begrenzenden Oberflächenbereiche der Membran 16 ungefähr gleichen Abstand von dem Kontaktscheibenspalt 42, so daß sich aus dem Spalt u. U. herausspritzendes Material verhältnismäßig gleichförmig auf die Oberfläche 44 verteilt, was zur größeren Lebensdauer des Membranmaterials beiträgt.

[0028] Die Membran 16 besteht vorzugsweise aus einem Fluorelastomer, das gegenüber chemischen Angriffen von außen, die bei Anwendung des Schalters für Elektrolysebäder vorkommen können, sowie gegenüber den chemischen und thermischen Angriffen von innen her ausreichend widerstandsfähig ist. Dieses Material hat den Vorteil, daß es als Rohelastomer mittels sehr einfacher Spritzformen verarbeitet werden kann und daher die Möglichkeit besteht, ohne große Werkzeugkosten eine Reihe von Schaltern mit stufenweise unterschiedlichen Stromnennwerten zu schaffen, so daß eine genaue Anpassung des Schalters an die jeweils erforderliche Nennstromstärke und damit optimale Platzausnutzung erreicht wird. Beispielsweise könnte eine Modulreihe in Stufen von jeweils 1000 A geschaffen werden, die von 1000 bis 10 000 A reichen würde. Die für jeden Stromwert erforderlichen Werkzeugkosten, nämlich die Kosten für die Spritzgußform für die Membran 16 wie auch die Form zur Herstellung der Stützplatte 14 beispielsweise mittels Kokillenguß halten sich dadurch in Grenzen. Hinzu kommt, daß, wie Fig. 2 deutlich erkennen läßt, beide Stützplatten 14 völlig identisch aufgebaut sind und daher mit nur einer einzigen Form preisgünstig hergestellt werden können.

[0029] Ein weiterer Vorteil der Herstellung mittels Kokillenguß würde noch darin liegen, daß in sehr einfacher Weise Gewindesacklöcher im Fußteil 22 der Stützplatte 14 angeordnet werden können (nicht dargestellt), indem entsprechende Einsätze während des Kokillengusses umgossen werden. Alternativ können selbstverständlich Sacklöcher 54 auch nachträglich angeordnet werden (Fig.4) oder statt dessen auch Durchgangslöcher 45, z. B. an den vier Ecken einer rechteckförmigen Stützplatte 14, wie in Fig. 3 dargestellt.

[0030] Falls die Betätigungseinrichtung für die beiden Stützplatten 14 des Schalters 10 keine oder keine ausreichende Axialführung besitzt, kann eine derartige Axialführung auch innerhalb des Schalters vorgesehen werden, wie es Fig. 2 erkennen läßt. Die Axialführung besteht hier in einfacher Weise aus einem Führungszapfen 48, der in einem in jeder Stützplatte 14 angeordneten axialen Sackloch 50 mit einem gewissen Spiel 52 geführt ist. Der Führungszapfen 48 kann beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid bestehen.

[0031] Der Führungszapfen 48 braucht nicht unbedingt vorhanden zu sein, beispielsweise zeigen die Fig.4 bis 6 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters, der eine derartige zusätzliche Führung nicht aufweist. Im übrigen ist die dargestellte Ausführungsform ganz analog der Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 3 wiedergegeben ist, wobei allerdings statt der Durchgangslöcher 45 Sacklöcher 54 zur Befestigung der Stützplatten an den Schalterbetätigungseinrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen sind.

[0032] Wie Fig. 5 erkennen läßt, kann die Membran 16 an ihren Außenrändern mit einer Einsenkung 56 versehen sein, die über der auch hier vorgesehenen (in eine Nut 26 in der Befestigungsringfläche 20 eingreifenden) Wulst 28 angeordnet ist, und in die beispielsweise eine Befestigungsspirale 58, ein Befestigungsring 60 oder ein Band 62 eingreifen kann.

[0033] Die etwas kompliziertere Anbringung von Sacklöchern hat gegenüber Durchgangslöchern den Vorteil, daß für den Austausch von älteren Schaltern durch die neuen Schalter die gesamte Außenfläche der Stützplatte zur Verfügung steht, so daß beliebige Bohrbilder verwirklicht werden können.

[0034] Der vorstehend in mehreren Ausführungsformen beschriebene Schalter, der, wie bereits erwähnt, zum schalten von Strömen im Bereich von 1000 bis beispielsweise 12 000 A auslegbar ist, kann auch zum Aufbau einer mehrere Schalter der beschriebenen Art umfassenden Schaltereinrichtung verwendet werden.

[0035] So ist in Fig. eine aus fünf Schaltern 10 aufgebaute Ein-/Ausschalteinrichtung 70 gezeigt, wobei die Fig. 10 eine Schnittansicht durch einen der Schalter 10 wiedergibt. Wie aus den Figuren zu erkennen ist, wird die untere Stützplatte 14, die nach außen hin in eine Anschlußlasche 15 einstückig übergeht, von einem Isolierstück 72 getragen, das seinerseits auf einer im Querschnitt U-förmigen Befestigungsschiene 74 befestigt ist.

[0036] Die obere Stützplatte 14 klemmt mit einer weiteren Stützplatte 80 eine aus einzelnen Kupferblechstreifen bestehende Anschlußlasche 76 unter Zwischenlage eines weiteren Isolierstücks 78 fest. Dieses aus den Bauteilen 14, 76, 78 und 80 bestehende Teil wird über ein kissenförmiges Anschlußglied 82 mit einer oberen und in Richtung der Achse des Schalters 10 verschieblichen Befestigungsschiene 84 verbunden, die wiederum im Querschnitt U-förmig ist.

[0037] Untere Anschlußlasche 15 und obere Anschlußlasche 76 sind jeweils mit in Fig. 10 nur gestrichelt dargestellten Anschlußkontaktstreifen 86 bzw. 88 verbunden, beispielsweise mit jeweils vier Schraubbolzen, die durch jeweils vier entsprechende Bohrungen 90 und 92 in unterer bzw. oberer Anschlußlasche 15 bzw. 76, siehe Fig. 11, hindurchgeführt sind.

[0038] Die Befestigungsschienen 74 und 84 werden von einer geeigneten Rahmenkonstruktion gehalten, die beispielsweise durch Seitenplatten 94, 96 gehalten werden, wobei die obere Befestigungsschiene an beiden Enden mit einem Exzenterantrieb verbunden und dadurch auf- und abfahrbar ist, wobei der Antrieb beispielsweise mittels beidseitig angeordneter Pleuelstangen 98 erfolgt, die mit einer Antriebswelle 100 in Verbindung stehen. Die Antriebswelle 100 ihrerseits kann entweder durch einen Handantrieb betätigt werden, beispielsweise durch einen seitlichen Handhebel, oder durch einen Drehfrontantrieb, oder aber auch durch einen Motorantrieb, für den beispielsweise auf der linken Seite in Fig. 9 ein entsprechender Raum 102 vorgesehen ist.

[0039] Die Abstände zwischen den einzelnen Anschlußlaschen 76 bzw. 15 wie auch die Abstände der Kontaktscheiben innerhalb der einzelnen Schalter 10 hängen von der jeweiligen geforderten Spannungsfestigkeit der Schaltereinrichtung im ausgeschalteten Zustand ab. Werden die einzelnen Anschlußlaschen 76 bzw. 15 jeweils miteinander parallel geschaltet, um höhere Nennströme zu erreichen, spielen die Abstände hinsichtlich der Spannungsfestigkeit keine Rolle, wohl aber dann, wenn zur Erlangung höherer Spannungsfestigkeit beispielsweise die Anschlußlasche 15 des einen Schalters 10 mit der Anschlußlasche 76 des nächstfolgenden Schalters 10 durch eine Brückenverbindung verbunden ist, dessen Anschlußlasche 15 wiederum mit der Anschlußlasche 76 des nächstfolgenden Schalters verbunden ist, usw.

[0040] Meistens wird es aber günstiger sein, für höhere Spannungen entsprechend größere Abstände zwischen den Kontaktscheiben vorzusehen und die Kombination von mehreren Schaltern nur zum Zwecke einer höheren Nennstrombelastbarkeit vorzunehmen.

[0041] Falls die Schaltvorgänge bei annähernd stromlosem Betrieb erfolgen, so daß während des Ausschaltvorganges weder ein besonders hoher Strom durch den Schalter fließt und auch nur eine geringe Spannung an den Kontaktscheiben anliegt (Leerschalterbetrieb), treten Lichtbogenerscheinungen zwischen den Kontaktscheiben nicht oder nur in begrenztem Umfang auf. Der erfindungsgemäße Schalter ist dann für höhere Nennleistungen sowie auch höhere Schaltfrequenzen geeignet.

[0042] Gegenüber bisher bekannten Leerschaltern, die alle mit nicht gekapselten Messerkontaktkonstruktionen arbeiten, ergibt sich eine wesentlich größere Betriebssicherheit wie auch geringere Herstellungskosten bei gleicher Nennstromstärke. Ein weiterer Vorteil ist der kompaktere Aufbau und die größere Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen.

[0043] Schaltereinrichtungen der in Fig. 9 dargestellten Art, insbesondere bei Verwendung als Leerschalter, oder auch aus nur jeweils einem Element bestehende Schalter lassen sich auch in der Weise kombinieren, daß sich die Möglichkeit einer Umschaltung ergibt, siehe die Fig. 12 und 13, die eine Seitenansicht (ähnlich der Fig. 9) bzw. einen Querschnitt (ähnlich der Fig. 10) eines derartigen Umschalters 170 darstellt, derfür jede Phase jeweils zwei Schalter 10 derart mechanisch kombiniert, daß während des Schließens des einen Schalters der andere Schalter geöffnet wird. Es sind dann eine mittig zwischen den Stützplatten 14 zweier zusammenarbeitender Schalter 10 eine flexible Anschlußlasche 76 sowie zwei feste Anschlußlaschen 77, 79 vorgesehen.

[0044] Die beschriebene Konstruktion ist besonders gut als Leerschalter sowie als Niederspannungsschalter einsetzbar. Leerschalter sind Schalter zum annähernd stromlosen Ein-, Aus- oder Umschalten, Niederspannungsschalter Schalter zum Ein- und Ausschalten oder Umschalten von Strömen, wenn zwischen den geöffneten Schaltstücken jedes Poles nur eine geringe Spannung im Augenblick des Schaltens auftritt. Eine besondere Form des Leerschalters ist der Trennschalter, ein Leerausschalter für Nennströme von 1000-100 000 A, die immer dann einzusetzen sind, wenn nicht unter Last geschaltet wird. Durch ihren großen Öffnungsweg ist eine besondere Betriebssicherheit gegeben. Bei einer Luftstrecke von 9 mm und einer Kriechstrecke von 16 mm ist das Isoliervermögen 1000 V Wechselspannung oder 1200 V Gleichspannung.

[0045] Leerschalter als Umschalter sind in ihren Eigenschaften ähnlich dem Leerausschalter, jedoch kann der Umschalter zum Schalten von einem System auf ein anderes verwendet werden. Das Einsatzgebiet dieser Leerschalter ist der allgemeine Schaltanlagenbau, die Galvanotechnik (z. B. auch als Polwender), der Elektroofenbau sowie andere Bereiche mit hohen Strömen aber niedrigen Spannungen.

[0046] Wie schon erwähnt, läßt sich der erfindungsgemäße Schalter nicht nur als Leerschalter verwenden, sondern auch als Niederspannungsaus- oder -umschalter, und zwar auch für recht hohe Ströme. Durch die Anordnung der Führungszapfen ergibt sich eine Führung, die ausreichend ist, um selbst die Kräfte aufzunehmen, die auf den Schalter bei derartig hohen Strömen (einige 100 bis einige 1000 A) durch deren Magnetwirkung auftreten.

[0047] Bei Schaltvorgängen unter Stromlast, insbesondere bei Unterbrechung eines hohen Strom führenden Stromkreises, werden die beiden Stützplatten 14 und damit die Kontaktscheiben 12 durch die Betätigungseinrichtung beispielsweise um 3 bis 4 mm auseinandergezogen, wodurch eine Unterbrechung des Stromes eintritt. Während des Öffnungsvorganges entsteht dabei ein Lichtbogen, der jedoch bei den hier anliegenden niedrigen Spannungen von nur wenigen Volt sofort erlischt. Immerhin wird durch den Lichtbogen ein kleiner Teil des Kontaktmaterials verflüssigt und verdampft und durch die magnetischen Kräfte und die entstehenden Gase aus dem zwischen den Kontaktscheiben 12 entstehenden Spalt radial nach außen gegen die Membran 16 weggeschleudert. Da jedoch die Membran während der Axialbewegung der beiden Stützplatten 14 in sich gebogen und ausgelenkt wird, können sich abgespritzte Kontaktscheibenmaterialien an der Innenwand der Membran 16 nicht halten, sondern fallen vielmehr von dieser wieder ab und sammeln sich mit der Zeit am unteren Ende des Gehäuseraumes 18, wo sie nicht stören. Die innere Flexibilität der ringförmigen Membran 16 verhindert somit wirksam eine Verringerung des Kriechwiderstandes zwischen den beiden Kontaktscheiben 12 bei geöffnetem Schalter 10.

Ansprüche

1. Hochstromschalter mit einander gegenüberliegenden ebenen Kontaktscheiben (12), die von durch axial einwirkende Kraft betätigbaren Stützplatten (14) getragen werden, und mit einem die Kontaktscheiben (12) gasdicht einschließenden Gehäuse, das von den Stützplatten (14) und einer ringförmigen Membran (16) gebildet wird, die gasdicht mit den beiden Stützplatten (14) verbunden ist und einen Dichtring aus flexiblem, elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial umfaßt, dessen Ränder mittels Klemmeinrichtungen (30) an um das Kontaktelement herumlaufenden Befestigungsringflächen (20) der Stützplatte (14) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsringfläche (20) eine Zylinderaußenringfläche umfaßt und daß der flexible Dichtring aus Kunststoffmaterial aufgrund von Lichtbogenerscheinungen abgespritztes Material auffängt und durch innere Bewegung bei Schaltvorgängen anhaftendes Material zum Abfallen bringt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsringfläche (20) eine ringförmige Nut (26) aufweist, in die ein entsprechend geformter ringförmiger Wulst (28) auf der inneren Fläche des Membranrandes paßt.

3. Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) eine Ausbauchung aufweist, deren Ausmaße dem Schaltweg der Kontaktelemente (12) angepaßt sind.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (30) aus einem zu einem Ring gebogenen Edelstahlband (32) besteht, das an einem Ende in einem nach außen weisenden Haken (34) mit einer Breite, die geringer als die des Edelstahlbandes (32) ist, endet, während das andere Ende des Edelstahlbandes (32) einen fensterartigen Durchbruch (36) zur Aufnahme des Hakens (34) besitzt.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatten (14) jeweils zumindest ein axiales vorzugsweise mittig angeordnetes, die jeweilige Kontaktscheibe (12) durchbrechendes Loch (50), insbesondere Sackloch mit rundem Querschnitt, aufweisen, wobei die Löcher (50) zueinander fluchten und einen isolierenden Führungszapfen (48) aufnehmen, der in zumindest dem einen Loch (50) axial verschieblich ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (48) in beiden Löchern (50) mit nur geringem Spiel (52) axial verschieblich gehalten ist und vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Polyamid besteht.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse bei der Montage mit getrockneter Luft oder einem inerten Gas, insbesondere Stickstoff, gefüllt wird.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktscheibe (12) aus einer in einer passenden Vertiefung des aus einer harten Kupferlegierung, insbesondere Chromkupfer, bestehenden Stützplatte (14) eingelöteten kreisförmigen Kontaktscheibe (12) aus Silber oder Silberlegierung besteht.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung als Leerschalter (Aus-, Ein- oder U mschalter).

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung als Niederspannungsschalter (Aus-, Ein- oder Umschalter).

Claims

1. High-current switch with flat contact discs (12) located opposite one another and mounted on base plates (14) that are operated by force exerted axially, the contact discs (12) being enclosed by a gastight housing that comprises the base plates (14) and a circular membrane (16) that is fixed to the two base plates (14) by a gastight connection and consists of a sealing ring made of flexible, electrically insulating plastics material, the edges of which are fastened by clamps (30) to circular clamping faces (20) on the base plate (14) that encircle the contact element, characterised in that the circular clamping face (20) has a cylindrical outer surface and that the flexible plastics sealing ring collects material spattered due to arcing, and causes material that adheres to it to fall off by internal movement during switching operations.

2. Switch as in claim 1, characterised in that the circular clamping face (20) has a circular groove (26) into which fits a correspondingly shaped circular bead (28) on the inner surface of the edge of the membrane.

3. Switch as in one of claims 1 or 2, characterised in that the membrane (16) has a convexity of a size that accommodates the travel of the contact elements (12).

4. Switch as in one of claims 1 to 3, characterised in that the clamp (30) consists of a high-grade steel strip bent into a ring (32), terminating at one end in a hook (34) which points outwards and which is narrower than the high-grade steel strip (32), while the other end of the high-grade steel strip (32) has a window-like aperture (36) to receive the hook (34).

5. Switch as in one of claims 1 to 4, characterised in that the base plates (14) each have at least one axial, preferably centrally located, hole (50) that penetrates the associated contact disc (12), in particular a blind hole of circular cross section, the holes being aligned with each other and containing a non-conducting guide peg (48) which can move axially in at least one of the holes (50).

6. Switch as in claim 5, characterised in that the guide peg (48) can be moved axially in both holes (50), has only a small amount of clearance (52), and preferably consists of glass fibre reinforced polyamide.

7. Switch as in one of claims 1 to 6, characterised in that during assembly the housing is filled with dried air or an inert gas, particularly nitrogen.

8. Switch as in one of claims 1 to 7, characterised in that the contact disc (12) is a circular contact disc (12) made of silver or silver alloy and soldered into a suitable cavity in the base plate (14) which is made from a hard copper-base alloy, in particular chrome copper.

9. Switch as in one of claims 1 to 8, characterised by its use as a no-load switch (make, break or changeover switch).

10. Switch as in one of claims 1 to 9, characterised by its use as a low voltage switch (make, break or changeover switch).

Revendications

1. Interrupteur de courant fort à disques plans de contact (12) placés face à face, soutenus par des plaques d'appui (14) actionnables par une force agissant axialement, et à boîtier enveloppant les disques de contact (12) de manière étanche aux gaz, ce boîtier étant constitué par les plaques d'appui (14) et par une membrane annulaire (16) qui est reliée de manière étanche aux gaz aux deux plaques d'appui (14) et qui comprend un anneau d'étanchéité en matière synthétique souple, électriquement isolante, dont les bords sont fixés au moyen de dispositifs de serrage (30) à des surfaces annulaires de fixation (20) de la plaque d'appui (14) qui entourent l'élément de contact, caractérisé en ce que la surface annulaire de fixation (20) comprend une surface annulaire cylindrique extérieure et en ce que l'anneau d'étanchéité (16) souple en matière synthétique capte de la matière projetée par suite de phénomènes d'arc électrique et, par mouvement interne lors des manoeuvres de l'interrupteur, fait tomber la matière adhérente.

2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface annulaire de fixation (20) présente une rainure annulaire (26) dans laquelle s'ajuste une collerette annulaire (28) de forme correspondante sur la face intérieure du bord de la membrane.

3. Interrupteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la membrane (16) présente un renflement dont l'ampleur est adaptée à la course de manoeuvre des éléments de contact (12).

4. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de serrage (30) se compose d'un ruban (32) en acier allié recourbé en forme de bague qui, à une extrémité, se termine par un crochet (34) dirigé vers l'extérieur, avec une largeur inférieure à celle du ruban en acier allié (32), tandis que l'autre extrémité du ruban en acier allié (32) comporte une percée (36) analogue à une fenêtre pour recevoir le crochet (34).

5. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les plaques d'appui (14) présentent chacune au moins un trou axial (50), notamment un trou borgne de section ronde, disposé de préférence au milieu, traversant le disque de contact (12), les trous (50) étant coaxiaux et recevant une goupille de guidage isolante (48) qui peut coulisser axialement dans au moins l'un des trous (50).

6. Interrupteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la goupille de guidage (48) est retenue à coulissement axial dans les deux trous (50) seulement avec un jeu (52) faible et est de préférence en polyamide renforcé par des fibres de verre.

7. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lors de l'assemblage on remplit le boîtier d'air séché ou d'un gaz inerte, notamment d'azote.

8. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le disque de contact (12) se compose d'un disque de contact circulaire (12) en argent ou alliage d'argent, brasé dans un lamage correspondant de la plaque d'appui (14) en un alliage de cuivre dur, notamment en cuivre au chrome.

9. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par l'utilisation comme interrupteur à vide (interrupteur, contacteur ou permutateur).

10. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par l'utilisation comme interrupteur à basse tension (interrupteur, contacteur ou permutateur).

Zeichnung