Die Erfindung betrifft eine Abbrandschaltanordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Mit einer solchen Anordnung können sehr hohe Kurzschlusströme abgeschaltet werden, daher werden sie bevorzugt in Leistungsschaltern eingesetzt, wie sie in Kraftwerken, Umspannwerken und anderen Einrichtungen der Elektroenergieversorgung zum Ein- und Ausschalten von Betriebs- und Überströmen verwendet werden.
Aus EP-0 800 190 A1 ist eine Abbrandschaltanordnung der vorgenannten Art beschrieben. Diese Anordnung enthält zwei als Kontakttulpe ausgebildete und voneinander längs einer Achse beabstandete feststehende Schaltringe sowie einen durch die Öffnungen der beiden Ringe führbaren Schaltstift. Beim Auftreten hoher Kurzschlusströme werden in den Kontakttulpen angeordnete, axial ausgerichtete Kontaktfinger von axial gerichteten Strömen durchflossen. Die Kontaktfinger ziehen sich wegen der Strömkräfte stark an und verringern so die Innendurchmesser der beiden Kontakttulpen. Der beim Ausschalten durch die beiden Tulpen geführte Schaltstift ist daher gegebenenfalls einer übermässig grossen Kontaktkraft ausgesetzt, welche die Abbrandschaltanordnung stark belastet und einen grossen Teil der zur Bewegung des Schaltstifts notwendigen Antriebskraft absorbiert.
Aus EP-B-0 177 714 ist eine weitere Abbrandschaltanordnung bekannt, bei welcher das erste Schaltstück als Kontakttulpe mit mehreren längeren, über den Umfang derselben verteilten parallelen Kontaktfingern ausgebildet ist. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung bei hohen Strömen anfällig für Beschädigungen ist, da die Kontaktfinger parallele Ströme führen und daher durch elektromagnetische Kräfte gegeneinander gezogen werden. Dies kann zum Verbiegen und Abdrehen der Kontaktfinger führen. Auch die Reibungskräfte zwischen Schaltstift und Kontaktfingern können dadurch sehr hohe Werte erreichen, so dass grosse Antriebskräfte nötig sind und starker Abrieb am Schaltstift und den Kontaktfingern auftritt. Da die Kontaktfinger in der Regel nur durch schmale Schlitze getrennt sind, bieten sie ausserdem eine geringe Abbrandreserve, da ihre radiale Bewegungsfreiheit beschränkt ist.
DE 17 65 932 A ist eine in Schaltern grosser Stromstärken einsetzbare Abbrandschaltanordnung zu entnehmen. Diese Anordnung weist einen Schaltstift mit einem federnd ausgebildeten, kontaktgebenden Ende auf sowie ein ringförmiges, starres Gegenschaltstück, das den Schaltstift in der Einschaltstellung des Schalters umfasst. Das kontaktgebende Ende des Schaltstifts ist als Ring mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet. Der innere Schenkel des U ist dem freien Ende eines den Schaltstift bildenden Rohrs verbunden, wohingegen der äussere Schenkel unter Bildung von Kontaktlamellen geschlitzt ausgeführt ist und mit seinem von den Lamellen gebildeten freien Ende an einer Innenfläche des Rings abgestützt ist. Bei dieser Kontaktanordnung hängt in der Einschaltstellung die Kontaktkraft von der Federkraft der Lamellen und der Höhe des abzuschaltenden Stroms ab, welcher in einer durch den U-förmigen Querschnitt des Rings festgelegten Leiterschleife fliesst, die sich unter dem Einfluss der Stromkräfte aufzuweiten sucht. Durch Variieren der Länge der Lamellen resp. der Tiefe der Schlitze kann die Abbrandschaltanordnung für unterschiedliche Kontaktkräfte bemessen werden.
Eine ebenfalls in Schaltern grösser Stromstärken einsetzbare Abbrandschaltanordnung ist in DE 12 20 927 B beschrieben. Diese Anordnung enthält einen von einem geschlitzten Rohr gebildeten Schaltstift. In Inneren des Rohrs in dem an der Schaltstiftspitze liegenden Drittel der Länge des geschlitzten Bereichs ist ein starrer Stützring eingelegt, dessen Aussendurchmesser gleich dem Innendurchmesser des Rohrs ist. Wird der Schaltstift von Strom durchflossen, so üben die Stromkräfte eine anziehende Kraft auf die Lamellen aus. Dadurch, dass ein geeignet angebrachter Stützring vorgesehen ist, spreizt die anziehende Kraft die Lamellen an der kontaktgebenden Schaltstückspitze infolge Hebelwirkung auf. Es wird so beim Schalten grosser Ströme eine grosse Kontaktkraft erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abbrandschaltanordnung anzugeben, bei welcher der Schaltstift und zwei mit ihm zusammenwirkende Schaltringe auch bei hohen Strömen mechanisch nicht überlastet werden. Gleichzeitig sollen jedoch Kontaktkräfte erzeugt werden, welche den zwischen dem Schaltstift und den beiden Schaltringen wirksamen Kontaktabhebekräften entgegenwirken und dieselben derart kompensieren, dass der erforderliche Kontaktdruck stets gewährleistet ist.
Bei der Abbrandschaltanordnung nach der Erfindung ist ein erster beider Schaltringe starr ausgebildet, wohingegen der Schaltstift derart ausgebildet oder gehaltert ist, dass er unter der Einwirkung mechanisch und/oder elektromagnetisch erzeugter Kontaktkräfte in der Einschaltstellung mit einer ersten Kontaktzone gegen den ersten Schaltring und in der Einschaltstellung und/oder beim Ausschalten mit einer zweiten Kontaktzone gegen die Innenseite des zweiten Schaltrings drückt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Abbrandschaltanordnung ohne weiteres hohen mechanischen Belastungen widerstehen kann. Zugleich wird ein grosser Teil der sonst für den Antrieb des Schaltstifts benötigten .Antriebskraft eingespart. Darüber hinaus kann nun auch Löschgas besonders rasch durch die beiden Schaltringe strömen, was eine besonders konzentrierte Doppelbeblasung eines bei einem Schaltvorgang gezogenen Schaltlichtbogens erlaubt.
Der Kontaktdruck wird vor allem durch den Schaltstift erzielt, welcher durch Kontakt mit dem beiden Schaltringen ausgelenkt, deformiert oder durch elektromagnetische Kräfte im Bereich der Kontaktzonen gespreizt wird. Auf diese Weise kann daher eine verhältnismässig grosse Abbrandreserve sichergestellt werden. Besonders günstig sind diesbezüglich Ausführungen, bei denen der Schaltstift seitlich gegen die Innenseite der Schaltringe drückt, da dann die Kontaktzonen und die einen Lichtbogenfusspunkt tragende Spitze des Schaltstifts jeweils unabhängig voneinander ihren besonderen Aufgaben gemäss ausgebildet werden können.
Besonders vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt, die lediglich der Erläuterung der Erfindung dienen. Es zeigen
Die in Fig. 1 links in Einschaltstellung, rechts in Ausschaltstellung dargestellte Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist in einem um eine Schaltachse 1 rotationssymmetrischen Gehäuse 2 aus isolierendem Material ein ringförmiges Heizvolumen 3 auf, das ein erstes Schaltstück, welches mit einem ersten elektrischen Anschluss (nicht dargestellt) verbunden ist sowie ein zweites Schaltstück umgibt. Das erste Schaltstück ist als erster Schaltring 4 ausgebildet, das zweite Schaltstück besteht aus einem Schaltstift 5 und einem mit einem zweiten elektrischen Anschluss (nicht dargestellt) verbundenen zweiten Schaltring 6. Zwischen dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6, welche konzentrisch zur Schaltachse 1 angeordnet sind, liegt ein Lichtbogenraum 7, der mit dem Heizvolumen 3 über einen umlaufenden Blasschlitz 8 verbunden ist, der beidseits durch elektrisch isolierende stirnseitige Teilabdeckungen des ersten Schaltrings 4 und des zweiten Schaltrings 6 begrenzt ist.
Der Schaltstift 5 ist über ein Kugelgelenk 9 an einer elastischen Stange 10 kippbar gelagert, so dass er um eine quer zur Schaltachse 1 orientierte, aber sonst nicht fixierte Kippachse kippbar ist. Die Stange 10 ist an einer Halterung 11, welche durch einen nicht dargestellten Schaltantrieb zwischen der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung längs der Schaltachse 1 verschiebbar ist, befestigt.
In der axialen Fortsetzung des Lichtbogenraums 7 ist hinter dem ersten Schaltring 4 ein Druckraum 12 angeordnet, der durch einen allseitig seitlich abzweigenden rotationssymmetrischen Rückführkanal 13 über ein Rückschlagventil mit dem Heizvolumen 3 und durch Auspuffrohre 14 sowie ein zentrales Ueberdruckventil 15 mit einem ersten Auspuffvolumen 16a verbunden ist. Der Druckraum 12 und der Rückführkanal 13 werden von einer Abdeckung 17 und einer Kappe 18, beide aus isolierendem Material, begrenzt. Die Oeffnung des zweiten Schaltrings 6 erweitert sich in der axialen Fortsetzung des Lichtbogenraums 7 gegen ein zweites Auspuffvolumen 16b. Nicht dargestellt sind ausserhalb der Abbrandschaltanordnung angeordnete feststehende und bewegliche Nennstromkontakte, welche mit dem ersten bzw. dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch leitend verbunden sind.
Die Stange 10 ist gegenüber der Schaltachse 1 leicht geneigt, so dass der Schaltstift 5 derselben gegenüber in der Ruhestellung, welche er in der Ausschaltstellung einnimmt, etwas seitlich verschoben ist. Beim Einschalten wird er durch den Kontakt erst mit dem zweiten Schaltring 6 und dann auch mit dem ersten Schaltring 4 unter elastischer Biegung der Stange 10 seitlich ausgelenkt, so dass in der Stange 10 elastische Rückstellkräfte wirken, die den Schaltstift 5 seitlich gegen die Schaltringe drücken. Da das Kugelgelenk 9 und somit der Drehpunkt des Schaltstifts 5 in axialer Richtung zwischen dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6 liegt, passt sich die Neigung des Schaltstifts 5 dabei derart an, dass er gegen die Innenseiten beider Schaltringe drückt. Die so erzeugten Kontaktkräfte zwischen dem Schaltstift 5 einerseits und dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6 andererseits reichen aus, um auch bei hohen Strömen die Kontaktabhebekräfte zu kompensieren und einen genügenden Kontaktdruck zu gewährleisten.
Der erste Schaltring 4, der zweite Schaltring 6 und der Schaltstift 5 bestehen aus abbrandfestem Material, z. B. WCu, Graphit, CFC, Graphit/Cu oder CFC/Cu.
In der Einschaltstellung verläuft der Strompfad in der Abbrandschaltanordnung vom ersten Schaltring 4 über den Schaltstift 5 zum zweiten Schaltring 6. Beim Ausschalten wird der Schaltstift 5 aus dem ersten Schaltring 4 gezogen, wobei sich ein Lichtbogen zwischen ihnen bildet. Wenn die Spitze des Schaltstiftes 5 den zweiten Schaltring 6 passiert, springt der Lichtbogenfusspunkt vom Schaltstift 5 auf den letzteren über. Die Aufheizung des Gases im Heizvolumen 3 durch den Lichtbogen sowie die teilweise Umleitung des vom Lichtbogen im Druckraum 12 erzeugten Pinchdrucks über den Rückführkanal 13 in dasselbe führt zum Aufbau eines hohen Gasdrucks im Heizvolumen 3, der ein Entweichen des Gases durch den Blasschlitz 8 in den Lichtbogenraum 7 und weiter in die Auspuffvolumina 16a, b beim nächsten Nulldurchgang bewirkt, wodurch der Lichtbogen wirksam beblasen und gelöscht wird. Zur Verstärkung dieses Effekts können der Druckraum 12 und der Rückführkanal 13 mit gasabgebendem Material ausgekleidet sein. Der Druck im Heizvolumen kann zusätzlich durch vom Schaltantrieb mitbetätigte Blaskolben erhöht werden.
Da während des Ausschaltens die Lichtbogenfusspunkte an den axialen Stirnflächen des ersten Schaltrings 4 und des zweiten Schaltrings 6 und an der Spitze des Schaltstifts 5 liegen, die Kontaktzonen jedoch jeweils seitlich, steht eine grosse Abbrandreserve zur Verfügung. Die Kontaktzonen werden auch nicht durch Abbrand aufgerauht.
Das Gas entweicht zuerst nur durch die Oeffnung des ersten Schaltrings 4, die in der Einschaltstellung von der Spitze des Schaltstiftes 5 fast vollständig ausgefüllt und kurz nach Beginn der Ausschaltbewegung freigegeben wird. Die Oeffnung des zweiten Schaltrings 6 wird erst später frei, wenn im weiteren Verlauf der Ausschaltbewegung der Schaltstift 5 auch aus dieser zurückgezogen wird. Bei Ausbildung des Schaltstiftes 5 nach Fig. 2 werden dagegen beide Oeffnungen zugleich frei. Der Durchmesser des zweiten Schaltrings 6 ist etwas grösser als der des ersten Schaltrings 4 und der Schaltstift 5 weist einen vorderen Abschnitt 19 auf, dessen Durchmesser annähernd dem der Oeffnung des ersten Schaltrings 4 entspricht. Er geht stufenartig in einen hinteren Abschnitt 20 über, dessen Durchmesser nahezu dem grösseren des zweiten Schaltrings 6 entspricht. In der Einschaltstellung entspricht die Entfernung der den vorderen Abschnitt 19 vom hinteren Abschnitt 20 trennenden Stufe vom zweiten Schaltring 6 dem der Spitze des Schaltstifts 5 vom ersten Schaltring 4, so dass beide Oeffnungen - diejenige des zweiten Schaltrings 6 zum Teil - gleichzeitig freigegeben werden, was ein rascheres Abströmen des Gases und eine konzentriertere Beblasung des Lichtbogens erlaubt.
Statt über ein Kugelgelenk kann der Schaltstift 5 auch über ein Scharnier mit der Stange 10 verbunden sein, so dass die quer zur Schaltachse orientierte Kippachse räumlich fixiert ist.
Gemäss einer im übrigen im wesentlichen der ersten Ausführungsform entsprechenden zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung (Fig. 3a,b) ist der Schaltstift 5 über eine Blattfeder 21 und eine starre Stange 22 mit der Halterung (nicht dargestellt) verbunden. Die Blattfeder 21 ist sowohl mit der Stange 22 als auch mit dem Ende des Schaltstiftes 5 starr verbunden und so ausgebildet, dass der Schaltstift 5 in seiner in der Ausschaltstellung (Fig. 3b) angenommenen Ruhestellung ebenfalls seitlich gegenüber der Schaltachse 1 verschoben und etwas zur gleichen Seite geneigt ist, so dass er in der Einschaltstellung (Fig. 3a) durch den Kontakt mit dem zweiten Schaltring 6 eine seitliche Auslenkung und durch den Kontakt mit dem ersten Schaltring 4 zudem eine Drehauslenkung, deren Drehpunkt wiederum zwischen dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6 liegt, erfährt und durch die elastischen Rückstellkräfte der Blattfeder 21 gegen die Innenseiten beider Schaltringe gepresst wird.
Gemäss einer in den Figuren 4a-c dargestellten dritten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung, welche im übrigen der ersten Ausführungsform weitgehend entspricht, ist der Schaltstift 5 an der Halterung 11 axial verschiebbar gelagert und über ein axial komprimierbares Tellerfedernpaket 23 an derselben abgestützt. Der Durchmesser eines vorderen Abschnitts 19 des Schaltstiftes 5 ist grösser als derjenige der Oeffnung des ersten Schaltrings 4, so dass ihre halbkugelförmige Spitze in der Einschaltstellung am Innenrand der Stirnseite des ersten Schaltrings 4 rundum anliegt und mit durch die Rückstellkräfte des axial komprimierten Tellerfedernpakets 23 aufgebrachten Kontaktkräften dagegen drückt. An den vorderen Abschnitt 19 schliesst über eine Schulter 24 ein hinterer Abschnitt 20 grösseren Durchmessers an.
Das zweite Schaltstück umfasst neben dem Schaltstift 5 wiederum einen zweiten Schaltring 6, der den Innenrand einer Kreisringscheibe 25 einfasst. Der zweite Schaltring 6 ist in sechs Sektoren 26 geteilt, ebenso die Kreisringscheibe 25, die sechs vom Innenrand ausgehende und bis zu einem umlaufenden Aussenring 27 durchgehende radiale Schlitze 28 aufweist, welche sie in ebensoviele Sektoren 29 teilen. Die Kreisringscheibe 25 kann aus hochleitendem federelastischem Material, z. B. einer aushärtbaren Kupferlegierung wie CuCrZr oder CuBe bestehen, so dass die Sektoren 26 des zweiten Schaltrings 6 unter elastischer Deformation der sie tragenden Sektoren 29 der Kreisringscheibe 25 in axialer Richtung auslenkbar sind. Da der zwischen dem ersten Schaltring 4 und der Schulter 24 liegende Teil des vorderen Abschnitts 19 des Schaltstiftes 5 etwas kürzer ist als der Abstand zwischen dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6, drückt in der Einschaltstellung die Schulter 24 mit ihrer vorderen Stossfläche gegen die Sektoren 26 des letzteren und lenkt sie etwas aus, so dass durch die Rückstellkräfte der elastisch deformierten Sektoren 29 auch hier die erforderlichen Kontaktkräfte aufgebracht werden.
Bei den bisher geschilderten Ausführungsformen ist der Schaltstift starr und vorzugsweise massiv ausgebildet und elastisch gehaltert und wird in der Einschaltstellung durch den Kontakt mit dem ersten Schaltring und dem zweiten Schaltring ausgelenkt, so dass von der Halterung her elastische Rückstellkräfte auf ihn wirken, die für die erforderlichen Kontaktkräfte zwischen Schaltstift und Schaltringen sorgen.
Bei den im folgenden dargestellten Ausführungsformen besteht der Schaltstift selbst im Bereich der Kontaktzone oder -zonen aus zwei oder mehr Teilen, die mindestens zum Teil radial beschränkt beweglich sind und durch mechanische oder elektromagnetische Kräfte auseinandergespreizt werden, so dass sie mit nach aussen weisenden Kontaktflächen gegen die Innenseiten der Schaltringe drücken.
Gemäss einer in Fig. 5a,b dargestellten vierten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung, welche im übrigen im wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, ist der Schaltstift 5 vorzugsweise koaxial mit dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6, so dass die Schaltstiftachse mit der Schaltachse 1 zusammenfällt. Er weist einen mit der Halterung (nicht dargestellt) verbundenen zentralen Träger 30 auf, der von einer Hülse 31 umgeben ist. Der Träger 30 ist als zylindrischer Dorn ausgebildet, welcher an der Spitze in eine schräg gegen die Schaltstiftspitze gerichtete, kegelmantelförmig umlaufende Keilfläche 32 ausläuft. Die Hülse 31 umgibt die Spitze des Trägers 30 mit acht über ihren Umfang verteilten Kontaktstücken, die als durch Schlitze getrennte längliche Kontaktfinger 33 aus abbrandfestem Material ausgebildet sind und durch einen durchgehenden Ring 34 am hinteren Ende der Hülse 31 zusammengehalten werden. Die Hülse 31 wird durch eine in die Spitze des Trägers 30 eingeschraubte Fixierschraube 35, deren Kopf die Spitzen der Kontaktfinger 33 seitlich überragt, am Träger 30 festgehalten.
Die Kontaktfinger 33 weisen an ihren Innenseiten Spreizflächen 36 auf, welche in der Einschaltstellung an der Keilfläche 32 des Trägers 30 anliegen. An ihren Aussenseiten weisen die Kontaktfinger 33 jeweils eine Stufe auf, welche eine Anschlagfläche 37 bildet, die in der Einschaltstellung am zweiten Schaltring 6 anliegt. Die Hülse 31 wird durch eine am Träger 30 abgestützte Spiralfeder 38 mit einer gegen die Spitze des Schaltstifts gerichteten elastischen Kraft beaufschlagt. Die Fixierschraube 35, oder mindestens ihr Kopf kann wiederum aus abbrandfestem Material bestehen, während die Hülse 31 aus hochleitendem federelastischem Material hergestellt sein kann.
In der Ausschaltstellung befinden sich die Kontaktfinger 33 unter der Einwirkung der Spiralfeder 38 in ihrer vorderen Endstellung. Knapp vor dem Ende der Einschaltbewegung stösst die Anschlagfläche 37 gegen den zweiten Schaltring 6, was die Bewegung der Kontaktfinger 33 in einer Position, in der die Keilfläche 32 und die Spreizflächen 36 etwa in der Mitte zwischen dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6 liegen, stoppt. Der Träger 30 wird unter Kompression der Spiralfeder 38 noch ein kurzes Stück weitergeschoben, wobei die Keilfläche 32 gegen die Spreizflächen 36 stösst und die Kontaktfinger 33 radial nach aussen mit ihren Kontaktflächen 39 bzw. 40, welche eine erste und eine zweite Kontaktzone bilden, gegen die Innenseiten sowohl des ersten Schaltrings 4 als auch des zweiten Schaltrings 6 drückt.
Zu Beginn der Ausschaltbewegung wird der Träger 30 zurückgezogen, während die Hülse 31 unter der Einwirkung der Spiralfeder 38 und auch der Reibung zwischen den Kontaktflächen 39 und 40 und den Innenseiten des ersten Schaltrings 4 bzw. des zweiten Schaltrings 6 noch stationär ist. Dadurch wird die Keilfläche 32 von den Spreizflächen 36 etwas zurückgezogen und die Abspreizung der Kontaktfinger 33 nach aussen gelöst. Der Schaltstift 5 kann nun leicht zurückgezogen werden.
Dadurch, dass die Kontaktkräfte erst erzeugt werden, wenn die Kontaktfinger 33 bereits in der Einschaltstellung zum Stillstand gekommen sind und wieder aufgehoben werden, bevor ihre Ausschaltbewegung beginnt, behindern sie die Bewegung nicht. Die Reibung zwischen dem Schaltstift 5 einerseits und dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6 andererseits ist während der Ein- und Ausschaltbewegung gering und die durch den Schaltantrieb aufzubringenden Antriebskräfte folglich ebenfalls.
Gemäss einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung, welche der vierten sehr ähnlich ist, sind die in diesem Fall sechs Kontaktfinger 33 unter sich nicht verbunden. Sie werden von einem Haltering 41 am Träger 30, der denselben mit Abstand umgibt, zusammengehalten. Die Fixierschraube 35 ist kappenartig ausgebildet mit einer schräg gegen die Halterung, also nach hinten weisenden, kegelmantelförmig umlaufenden Druckfläche 42, die bei der Ausschaltbewegung gegen entsprechende Kompressionsflächen 43 an den vorderen Enden der Schaltfinger 33 drückt, so dass dieselben dort radial nach innen gepresst werden. Auf ein Federelement, das die Schaltfinger 33 mit einer gegen die Spitze des Schaltstifts 5 gerichteten Kraft beaufschlagt, wurde hier verzichtet. Bei ruckartigem Beginn der Ausschaltbewegung genügt die Trägheit der Kontaktfinger 33 für eine Lösung der Spreizung derselben.
Statt durch mechanische Kräfte können die Teile des Schaltstiftes auch durch elektromagnetische Kräfte auseinandergespreizt werden. Dabei wird die Abstossung zwischen antiparallelen Strömen oder die Anziehung zwischen parallelen Strömen ausgenützt. Da diese Kräfte ebenso wie die Kontaktabhebekräfte mit steigender Stromstärke zunehmen, bieten die entsprechenden Ausführungsformen den Vorteil, dass eine angemessene Kompensation der Kontaktabhebekräfte über einen weiten Bereich von Stromstärken gewährleistet ist.
Eine in Figuren 7a-c dargestellte sechste Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau, wenn auch mit einigen Vereinfachungen, der ersten Ausführungsform. Die gleichbleibenden Teile werden daher nicht nochmals beschrieben. Der Schaltstift 5 ist von einer etwas vor der (nicht dargestellten) Halterung angeordneten Gleittulpe 44 umgeben, welche ebenso wie der zweite Schaltring 6 mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbunden ist. Die Kontaktfinger der Gleittulpe 44 werden zwar während des Aus- und Einschaltens hohen mechanischen Belastungen durch elektromagnetische Kräfte unterworfen, doch können sie, da an ihnen kein Abbrand auftritt, ganz auf genügende Festigkeit und Gewährleistung eines ausreichenden Kontakts mit dem Schaltstift 5 ausgelegt werden.
Der Schaltstift 5 weist wiederum einen zentralen, als mit der Halterung verbundener Dorn ausgebildeten Träger 30 auf, in dessen Spitze eine Kappe 45 aus abbrandfestem Material eingeschraubt ist, welche eine Hülse 31 aus hochleitendem federelastischem Material, insbesondere einen Ring 34 am vorderen Ende derselben festklemmt. Von dem Ring 34 geht eine Gruppe von acht auf gleicher Höhe am Schaltstift 5 angeordneten, durch Schlitze getrennten Kontaktstücken aus, die wiederum als längliche Kontaktfinger 33 ausgebildet sind und hier, den Träger 30 parallel umgebend, nach hinten abstehen. Der Träger 30 ist von der Kappe 45 bis über die Enden der Kontaktfinger 33 hinaus von einer Isolierstoffhülse 46 umgeben, mit welcher ein dickerer Isolierstoffring 47 überlappt.
In der Einschaltstellung berühren die knapp vor den Enden der Kontaktfinger 33 liegenden Kontaktflächen 39 die Innenseite des ersten Schaltrings 4. Der Schaltstift 5 füllt dessen Oeffnung weitgehend aus, ebenso diejenige des zweiten Schaltrings 6, in welcher der Isolierstoffring 47 liegt. Der Strompfad verläuft vom ersten Schaltring 4 über die Kontaktflächen 39 in die Kontaktfinger 33 und durch dieselben zum Ring 34 und weiter durch den Träger 30 und über die Gleittulpe 44. Der von den Kontaktfingern 33 umgebene vorderste Teil des Trägers 30 bildet dabei einen Leiter 48, der einen zur Stromrichtung in den Kontaktfingern 33, mit denen er an einer durch den Ring 34 gebildeten Verbindungsstelle elektrisch leitend verbunden ist, antiparallelen Strom trägt. Durch die so hervorgerufene elektromagnetische Abstossung zwischen dem Leiter 48 und den Kontaktfingern 33 werden die letzteren abgespreizt und ihre Kontaktflächen 39 gegen die Innenseite des ersten Schaltrings 4 gedrückt. Die so erzeugten Kontaktkräfte sind, ebenso wie die ihnen entgegengesetzten Kontaktabhebekräfte, umso stärker, je grösser die Stromstärke ist.
Während der ersten Phase der Ausschaltbewegung verschiebt sich der mit dem ersten Schaltring 4 in Kontakt stehende Bereich des Schaltstifts gegen die Kappe 45 hin, so dass die Länge der antiparallelen Strompfade verhältnismässig rasch abnimmt und mit ihnen die Kontaktkräfte. Wenn der Schaltstift 5 aus dem ersten Schaltring 4 gezogen wird, bildet sich zwischen dem letzteren und der Kappe 45 ein Lichtbogen. Wenn die Kappe 45 den zweiten Schaltring 6 passiert, springt der Lichtbogenfusspunkt von derselben auf diesen über, so dass der Lichtbogen dann zwischen dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6 brennt. Er wird aus dem Heizvolumen 3 heraus beblasen und beim nächsten Nulldurchgang gelöscht.
Gemäss einer im übrigen der sechsten Ausführungsform entsprechenden siebten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung sind (Fig. 8) die Kontaktfinger 33 am den Leiter 48 bildenden Abschnitt des Trägers 30 gelagert, indem ihre vorderen Enden von einer Ueberkragung der Kappe 45 und ihre hinteren Enden von einem mit der Isolierstoffhülse 46 einstückigen Haltering 41 übergriffen werden. Durch an der Isolierstoffhülse 46 abgestützte, etwa mittig an den Innenseiten der Kontaktfinger 33 angreifende komprimierte Blattfedern 49 werden dieselben radial nach aussen gedrückt, so dass in der Einschaltstellung die elektromagnetischen Kräfte bei der Aufbringung der Kontaktkräfte zwischen den Kontaktflächen 39 an der Aussenseite der Kontaktfinger 33 und der Innenseite des ersten Kontaktrings 4 durch elastische Kräfte unterstützt werden.
Bei einer in Fig. 9 dargestellten achten Ausführungsform ist der Schaltstift 5 aus hochleitendem federelastischem Material ausgeführt mit, ähnlich wie bei der sechsten und siebten Ausführungsform, einer ersten Gruppe von Kontaktfingern 33, welche an die Spitze des Schaltstifts 5 elastisch nach aussen biegbar anschliessen und nach hinten weisen. In ähnlicher Weise schliessen Kontaktfinger 50 einer gegen die erste versetzten zweiten Gruppe an den Träger 30 an, mit dem Unterschied, dass sie an einer gegenüber dem zweiten Schaltring 6 gegen die Halterung (nicht dargestellt) versetzten Stelle ansetzen und nach vorn gegen die Schaltstiftspitze gerichtet sind. Der als den Ansatz der Kontaktfinger 50 der zweiten Gruppe mit dem der Kontaktfinger 33 der ersten Gruppe verbindender Leiter 48 dienende Abschnitt des Trägers 30 ist wiederum von einer Isolierstoffhülse 46 umgeben, die ihn von den Kontaktfingern 33, 50 isoliert.
In der Einschaltstellung verläuft der Strompfad - der Schaltstift 5 ist isoliert und lediglich über die Schaltringe mit den elektrischen Anschlüssen verbunden - vom ersten Schaltring 4 über die Kontaktflächen 39 in die Kontaktfinger 33 der ersten Gruppe, dieselben entlang zur Spitze de's Schaltstifts 5, der die Verbindungsstelle zum Leiter 48 darstellt, dann durch diesen zurück bis zur zweiten Verbindungsstelle an den Ansätzen der Kontaktfinger 50 der zweiten Gruppe und dann weiter durch diese gegen die Schaltstiftspitze und über ihre Kontaktflächen 51 in den zweiten Schaltring 6. Der Strompfad verläuft also durch den Leiter 48 einerseits und durch die Kontaktfinger 33 der ersten Gruppe wie auch die Kontaktfinger 50 der zweiten Gruppe andererseits jeweils antiparallel, so dass die Kontaktfinger 33, 50 beider Gruppen in der Einschaltstellung durch die zwischen den Strömen wirkenden elektromagnetischen Kräfte radial nach aussen gegen die Innenseiten des ersten Schaltrings 4 bzw. des zweiten Schaltrings 6 gedrückt werden.
Bei der in den Figuren 10a-h dargestellten neunten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung, welche im übrigen der sechsten Ausführungsform entspricht, wird die Anziehung zwischen parallelen Strömen zur Aufbringung der erforderlichen Kontaktkräfte ausgenützt. Der Schaltstift 5 weist zwei an das Ende des Trägers 30 anschliessende elastisch biegsame parallele Fortsätze 52a,b auf, welche durch einen Schlitz 53 getrennt sind. An seinem Ende weist jeder der Fortsätze 52a, b ein Kontaktstück 54a bzw. 54b mit einer Kontaktfläche 39 zur Kontaktierung der Innenfläche des ersten Schaltrings 4 auf, mit welchem er über ein Verbindungsstück 55a bzw. 55b derart verbunden ist, dass jedes der Kontaktstücke 54a,b gegenüber dem jeweiligen Fortsatz 52a bzw. 52b bezüglich einer Schaltstiftachse, welche hier mit der Schaltachse 1 zusammenfällt, um 180° versetzt ist. Die Verbindungsstücke 55a,b sind als kurze, einen halben Gang bildende Schraubenabschnitte ausgebildet. Die Kontaktstücke 54a, 54b sind voneinander durch eine Fortsetzung 53' des Schlitzes 53 getrennt. Zusammengenommen weisen sie polygonalen, im Beispiel zwölfeckigen Querschnitt auf. Das erste Kontaktstück 54a trägt eine etwa halbkugelförmige Kappe 45 aus abbrandfestem Material, welche die Spitze des Schaltstiftes 5 bildet. Von diesem Unterschied abgesehen entsprechen sich die jeweils aus einem Fortsatz 52a oder 52b, einem Verbindungsstück 55a bzw. 55b und einem Kontaktstück 54a bzw. 54b bestehenden Teile des Schaltstifts 5, welche einstückig mit dem Träger 30 aus hochleitfähigem federelastischem Material hergestellt sind, vollständig.
In der in Fig. 10a dargestellten Einschaltstellung, in welcher die Kontaktstücke 54a,b durch den Kontakt mit dem ersten Schaltring 4 etwas gegeneinander gedrückt und die Fortsätze 55a,b entsprechend auseinandergespreizt sind, so dass die Kontaktflächen 39 bereits durch elastische Rückstellkräfte gegen die Innenseite des ersten Schaltrings 4 gedrückt werden, verläuft der Strompfad über diesen und die Kontaktflächen 39 in die Kontaktstücke 54a,b, durch dieselben und die Verbindungsstücke 55a,b, die Fortsätze 52a, b und einen Abschnitt des Trägers 30 und weiter über die Gleittulpe 44. Der zweite Schaltring 6 berührt den Schaltstift 5 nicht. Die beiden verhältnismässig langen Fortsätze 52a, b führen parallele Ströme und werden dadurch gegeneinandergezogen. Die mit ihnen verbundenen, ihnen gegenüber um 180° versetzten Kontaktstücke 54a,b werden dadurch auseinandergedrückt und ihre Kontaktflächen 39 noch stärker gegen die Innenseite des ersten Schaltrings 4 gedrückt. Durch den polygonalen Querschnitt des Schaltstiftes 5 im Bereich der Kontaktflächen 39 berührt er den ersten Schaltring 4 stets an mindestens vier Stellen.
Kurz nach Beginn der Ausschaltbewegung berühren die Kontaktstücke 54a,b auch den zweiten Schaltring 6 und schliessen so den oben geschilderten Strompfad mindestens teilweise kurz. Damit vermindert sich auch die elektromagnetische Anziehung zwischen den Fortsätzen 52a und 52b und desgleichen die durch dieselbe hervorgerufenen Kontaktkräfte. Der weitere Rückzug des Schaltstifts 5 wird also nicht durch allzu hohe Reibungskräfte behindert. Wenn die Spitze des Schaltstifts 5 aus der Oeffnung des ersten Schaltrings 4 gezogen wird, bildet sich zwischen diesen Teilen ein Lichtbogen, der die Kontaktstücke 54a,b nicht berührt. Wenn die Spitze des Schaltstifts 5 die Oeffnung des zweiten Schaltrings 6 passiert, kommutiert der Lichtbogen auf denselben. Er brennt dann zwischen dem ersten Schaltring 4 und dem zweiten Schaltring 6 und wird aus dem Heizvolumen 3 beblasen und beim nächsten Stromnulldurchgang gelöscht.
Bei der im übrigen im wesentlichen der neunten Ausführungsform entsprechenden zehnten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abbrandschaltanordnung sind die Verbindungsstücke des in den Figuren 11a-i schematisch dargestellten Schaltstifts 5 unterschiedlich ausgebildet.
Das Verbindungsstück 55b bildet eine mittige Oeffnung 56, durch welche das S-förmig gebogene Verbindungsstück 55a hindurchgeführt ist.
Es sind natürlich im Rahmen der Erfindung zahllose Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich. So kann z. B. ein mechanisch oder durch die elektromagnetische Wirkung antiparalleler Ströme spreizbarer Schaltstift (vierte bis achte Ausführungsform) aus lediglich zwei Teilen bestehen, umgekehrt kann ein Schaltstift, bei welchem die Wirkung paralleler Ströme ausgenützt wird (neunte Ausführungsform), auch mehr als zwei Kontaktstücke aufweisen. Es ist auch denkbar, die Kontaktkräfte gegenüber dem ersten Schaltring und dem zweiten Schaltring mit verschiedenen Methoden aufzubringen oder beim gleichen Schaltring zwei Methoden - z. B. mechanische Spreizung und elektromagnetische Spreizung durch antiparallele Ströme - zu kombinieren.