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der einfachen Schalterbauweise zu nennen :
Das besonders wirksame Mittel, das Schaltvermögen eines Gerätes zu erhöhen, bestehend in dem bekannten Hintereinanderschalten mehrerer Unterbrechungsstellen. Andere konstruktive Möglichkeiten, z. B. die Verwendung von Löschkammern oder von Blasspulen u. dgl., kommen für Schalter einfacheren
Aufbaues, z. B. für Nockenschalter, konstruktiv und preislich nicht in Frage.
Die Kurzschlussfestigkeit eines Schaltkontaktes ist abhängig vom Verhältnis der elektromagnetisch entstehenden Abhebekräfte zum mechanischen Widerstand der dem Öffnen eines geschlossenen Kontaktes entgegenwirkt und der als Kontaktdruck figuriert. Der Kontaktdruck wird in der Regel durch Federkräfte hergestellt.
Um einen möglichst hohen Kurzschlussstromwert bewältigen zu können, wäre es demnach nahelie- gend, die Federkräfte zu erhöhen. Dem steht aber gegenüber, dass, um z. B. den Stromgrenzwert auf das
Doppelte zu erhöhen, eine Vergrösserung der Federkräfte auf das Vierfache notwendig ist, da die magne- tischen Abhebekräfte vom Stromquadrat abhängig sind. Eine solche Vergrösserung der Federkräfte ist je- doch konstruktiv nicht möglich. Die Federn sind ihrem Volumen nach und kräftemässig bereits so stark ausgenützt, dass eine Steigerung der Federkraft praktisch nicht mehr möglich ist ; abgesehen vom verfüg- baren beschränkten Volumen müssten auch die verwendeten Kunststoffteile eine Vergrösserung erfahren, damit sie grössere Kräfte aufnehmen können.
Dies müsste zu einem erheblich grösseren Schalter führen, der auch erheblich grössere Antriebskräfte verlangen würde.
In Erkenntnis der quadratischen Abhängung der Federabhubkräfte ist aber vorliegendenfalls der Ge- danke aufgetaucht, zwecks Vergrösserung der Kurzschlussfestigkeit des Schalters die Strombahn zu teilen und so für jede Strombahn nur auf den halben Strom und damit auf 1/4 der Abhebekräfte zu kommen, so dass insgesamt 2 mal 1/4 = 1/2, also nur die halbe magnetische Abhebekraft auftritt, was eine Erhöhung des Gesamtstromwertes auf den doppelten Wert bei Beibehaltung unveränderter Kontaktfedern ermöglicht.
Die Erfindung läuft darauf hinaus, einen Schalter seinem grundsätzlichen Aufbau nach so auszuführen, dass er, unter weitestgehender unveränderter Beibehaltung seiner Einzelteile, in einfachster Weise nach Wahl entweder als Schalter hoher Schaltleistung oder als Schalter hoher Kurzschlussfestigkeit gebaut wer- den kann. Damit können praktisch mit einer einzigen Gerätehaupttype diese beiden grundsätzlichen Haupt- forderungen nach geringfügiger Anpassung der Haupttype an den Einzelfall, d. h. mit geringstem Aufwand erfüllt werden, was eine bedeutende erzeugungstechnische Vereinfachung, eine wirtschaftliche Lagerhaltung, rasche Umstellungsmöglichkeiten u. dgl. ergibt.
Erfindungsgemäss kennzeichnet sich der vorliegende Schalter, der ein Schalter mit Mehrfachunterbrechung und vorzugsweise ein Schalter mit nockenbetätigter Schaltbrücke ist, dadurch, dass der Schalter, um ihn entweder mit hintereinander oder mit nebeneinander liegenden Unterbrechungsstellen des Stromkreises bauen zu können, bei für beide Schaltungsarten gleicher Anordnung der Kontaktstellen, in jedem durch zwei Anschlussstücke festgelegten Stromweg zwei oder mehr Schaltbrücken aufweist, wobei der die Gegenkontakte tragende, die genannten Anschlussstücke und allfällige Zwischenstücke enthaltende Kontaktsatz für beide Schaltungsarten gleiche Umfangsform besitzt, jedoch innerhalb dieser gleichbleibenden Form mit unterschiedlich geformten Anschlussstücken bzw.
Zwischenstücken versehen werden kann, durch deren wahlweisen Einbau bei ungeänderter Ausführung der die Brücke betätigenden Bauelemente die eine oder die andere Anordnung der Unterbrechungsstellen erzielbar ist. Zweckmässig ist es, wenn die Anschlussstücke für beide Schaltungsarten Winkelform haben und sich nur durch die Länge der Gegenkontakte tragenden Schenkel unterscheiden, wobei für den Aufbau mit hintereinander liegenden Unterbrechungsstellen ein Zwischenstück Anwendung findet, welches im Schalter innerhalb der Umfangsform der Anschlussstücke untergebracht ist.
Zur Erläuterung dieser und weiterer Erfindungsmerkmale wird auf die schematische Zeichnung Bezug genommen,. in der einige Ausführungsmöglichkeiten der Erfindungsidee in Anwendung auf den einfachsten Fall der Verwendung von zwei Schaltbrücken pro Stromkreis dargestellt sind. Es zeigen jeweils zwei untereinander liegende Bilder die zusammengehörigen Lösungen der Aufgabe für die Serienschaltung (obere Reihe, Fig. 1, 3, 5, grosses Schaltvermögen) bzw. für die Parallelschaltung (untere Reihe, Fig. 2, 4, 6, grosse Kurzschlussfestigkeit).
In sämtlichen Figuren bedeuten 1 die Anschlussschrauben der Anschlussstücke, die mit 2 bzw. 2a, 2b sowie mit 2', 2a'und 2b'bezeichnet sind, 3 die Schaltbrücken, die mit ihren Kontakten mit den Gegenkontakten der Anschlussstücke zusammenwirken, 4 ein Zwischenstück und 5 dieSchalterachse, auf der man sich die (nicht gezeichneten, weil in bekannter Anordnung ausgeführten) Nocken sitzend zu denken hat.
Ausgegangen wird von der Forderung, dass der zur Unterbringung der Anschlussstücke 2, 2a, 2b, 2', 2a' und 2b'zur Verfügung stehende Raum in allen Fällen der gleiche sei und dass auch immer pro Stromkreis
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zwei Schaltbrücken 3 in gleicher oder im wesentlichen gleicher räumlicher Anordnung und unter Beibe- haltung der für sie vorgesehenen Antriebseinrichtungen (im wesentlichen aus einer die Nocke befahrenden
Rolle mit Stössel, Führung und Gegenfedern bestehend) Anwendung finden. Dann ist ersichtlich, dass die vorhin genannten Umrisslinien und die Anordnung derSchalterachse 5 und der Brücken 3 in den jeweils zu- sammengehörigen Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 die gleiche bzw. für die Fig. 5 und 6 die fast gleiche ist.
Gemäss Fig. 1 wird die Serienschaltung durch winkelförmige Anschlussstücke 2 und ein Zwischen- stück 4 erzielt. Gemäss Fig. 2 sind die Anschlussstücke 2'mit längeren Schenkeln ausgestattet und das
Zwischenstück fehlt ; es liegt dadurch eine Parallelschaltung der Unterbrechungsstelle vor.
Gemäss Fig. 3 weist für die Serienschaltung das Zwischenstück 4 S-Form auf, die Winkel-Anschluss- stücke 2a haben ungefähr die Form der Winkelstücke 2 ;' nach Fig. 4, Parallelschaltung, entfällt das Zwi- schenstück und die Anschlussstücke 2a'haben U-Form mit zueinanderweisenden Schenkeln.
Gemäss Fig. 5 haben die Anschlussstücke 2b wieder Winkelform und die Gesamtanordnung ähnelt jener nach Fig. 1, ja sie kann sogar genau dieselbe sein, wogegen nach Fig. 6 eine der Fig. 4 ähnliche Ausfüh- rung vorliegt, wobei diese Ähnlichkeit wieder bis zur Gleichheit gehen kann.
Es ist ersichtlich, dass in allen drei Fällen der Übergang von einer Leistungstype zur andern dadurch erreicht wird, dass man die Anschlussstücke eptsprechend wählt und das Zwischenstück einsetzt bzw. weg- lässt. Die Ausführung nach Fig. 3 ist deshalb noch bemerkenswert, als hier der Stromfluss bei Serienschaltung von Anschlussstück zu Anschlussstück eine natürliche, geschlossene Leiterschleife bildet, welche auf alle Schaltlichtbögen eine Blaswirkung nach aussen ausübt und damit die Abschaltleistung begünstigt.
Die Ausführung gemäss den Fig. 5 und 6 bildet insofern eine Besonderheit, als dort auch der Verlauf der Schaltbrücken in beiden Fällen verschieden ist. Nichtsdestoweniger kann aber der Antrieb der Schalt- brückeninbeidenFällenvoneinund derselben (nicht gezeichneten) Nocke aus erfolgen, zweckmässig über ein Hilfsglied, das von der Nocke betätigt wird und auf die Brücken 3 wirkt und welches für den Fall der Fig. 5 die Achse 5 unter 900 kreuzt, wogegen es im Falle der Fig. 6 parallel zur Achse 5 verläuft. Dieselben Hilfsglieder finden für die Ausführungen gemäss den Fig. 1, 2 bzw. 3, 4 Anwendung, wobei jedoch für die Fälle der Fig. 1-4 und 6 bequem auch je eine Nocke pro Schaltbrücke vorgesehen werden könnte.
Sämtliche Ausführungsbeispiele zeigen Lösungen mit zwei Schaltbrücken und demgemäss vier Unterbrechungsstellen pro Stromkreis. Die Zahl der Brücken kann aber auch grösser (aber nicht kleiner) als zwei sein. Man kann sich beispielsweise in Fig. 2 leicht vorstellen, dass die (in der Zeichnung) waagrecht verlaufenden Schenkel der Anschlussstücke 2'so verlängert werden, dass nicht zwei, sondern vier Brücken, in symmetrischer Anordnung zur Achse 5, untergebracht werden. Demgemäss mUsste dann für den Fall der Fig. 1 ein zweites Zwischenstück 4 vorgesehen werden. Es ist aber nicht erforderlich, für beide Ausführungsarten immer dieselbe Brückenanzahl vorzusehen ; beispielsweise wäre es möglich, für den Fall der Fig. 4 nur eine Brücke auszuführen.
Dem Stande der Technik sind wohl Schalter bekannt, die ein sehr hohes Ausschaltvermögen und eine hohe Abschaltfähigkeit in einem besitzen, doch sind dies keine Schalter im Sinne von willkürlich zu betätigenden Einrichtungen, sondern Automaten, die Sicherungen ersetzen können und daher zum betriebsgemässen Aus-Einschalten von elektrischen Anlagen verwendet werden können. Diese Schalter sind sehr aufwändig und teuer ; das Volumen dieser Geräte ist ein Vielfaches eines entsprechenden Nockenschalters. Diese Geräte erlauben auch nicht, die eine oder die andere Forderung unerfüllt zu lassen, um damit zu einem kleinen und einfachen Gerät zu kommen.
Der erfindungsgemässeAufbau eines elektrischen Schalters genügt auch allen Forderungen, welche im Hinblick auf die im Betriebe auftretende Erwärmung zu stellen sind. Die Erwärmung eines Schalterpoles während des Betriebes darf bestimmte, in den elektrotechnischen Sicherheitsvorschriften genau festgelegte Werte nicht überschreiten. Diese Temperaturgrenzwerte sind dabei meist nicht auf den Nennstrom des Schaltgerätes bezogen, sondern die Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden, wenn man das Schaltgerät mit dem 1, 5-fachen Nennstrom belastet. Dies liegt darin begründet, dass die gebräuchlicherweise verwendeten Schmelzsicherungen den eineinhalbfachen Nennstrom etwa 1 Stunde lang führen können, so dass ein im selben Stromkreis liegendes Schaltgerät auch dieser Beanspruchung gewachsen sein muss.
Diese Beanspruchung tritt in der Praxis nun praktisch nur dort auf, wo Schalter in Verteilungsanlagen, Schalttafeln usw. eingebaut sind, da dort die kurzzeitige Überlastung leicht eintreten kann, also dort, wo auch hoheKurzschlussfestigkeit verlangt wird. Insbesondere deshalb, da an dem so eingebauten Schaltgerät mehrere Verbraucher oder sogar sehr viele Verbraucher angeschlossen sein können, die zwar zumeist nicht gleichzeitig Strom entnehmen müssen, aber doch in gewissen kurzen Zeiten (etwa z. B. 1/2 - 1 Stunde) miteinemsehrhohenGleichzeitigkeitsfaktoreinen hohen Strom ergeben können. Diese Erscheinung ist als Morgen- und Abendspitze z.
B. in-Elektrizitätswerken bekannt. Dem steht die Gruppe der Schalter
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gegenüber, die nicht vom Strom mehrerer oder sehr vieler Verbraucher durchflossen werden, sondern nur einzelne Geräte, z. B. einen Motor, zu schalten haben.
Gerade bei der Verwendung als Motorschalter ist es nun so, dass im Stromkreis zum Schutze des Mo- tors zusätzliche Schutzeinrichtungen eingebaut sind, die in wesentlich kürzerer Zeit Überströme zur Ab- schaltung bringen als Schmelzsicherungen, so dass die Forderung, dass die Grenztemperatur am Kontakt auch bei 1, 5-fachemStrom nicht überschritten werden darf, hier nicht mehr berechtigt ist und auch nicht mehr zu erheben ist. Eine Überlastung durch ein Steigen des Gleichzeitigkeitsfaktors entfällt ja hier, da nur ein einziger Verbraucher angeschlossen ist. Dieser Anwendungsfall ist mit jenem identisch, für den hohe Schaltleistung vom Gerät verlangt wird.
Es ist nun allgemein sehr schwierig, gerade der Forderung nach Nichtüberschreitung der Grenztem- peratur beim 1,5-fachen Strom gerecht zu werden. Die Erwärmung eines Schalterpoles ist bestimmt von den am Schalter auftretenden Stromwärmeverlusten, die selbst wieder von der Grösse des Kontaktwider- standes und vom Quadrat des Stromes abhängig sind.
Die einzigeBeeinflussungsgrösse, die konstruktiv zur Verfügung steht, um nun den Kontaktwiderstand klein zu halten, ist, abgesehen von der Dimensionierung der Strombahnen, die Kontaktkraft, die durch die bekannten Federn aufgebracht werden muss. Da aber der Strom quadratisch die Wärmeverluste be- stimmt, ist man gezwungen, bei höheren Strömen die Federkräfte nicht nur linear, sondern darüber hinaus weit mehr zu verstärken als dies dem reinen Stromanstieg entspricht. Dies ist bekanntlich sehr schwer möglich.
Betrachtet man nunmehr diese Verhältnisse im Hinblick auf die Serien-Parallel-Kontakteinheit, so ergibt sich, dass gerade in jenen Anwendungsfällen, wo hohe Kurzschlussfestigkeit verlangt wird, und wo aus diesem Grund zwei Brücken parallelliegen, die hohen Stromwärmebeanspruchungen bewältigt werden müssen, was aber durch Aufteilung des Stromes in z. B. zwei Hälften leicht wird, da ja infolge der quadratischenAbhängigkeit der Stromwärme diese sich dann auf 1/4 verkleinert, so dass am ganzen Schalter nur etwa die Hälfte der Wärmemenge erzeugt wird, wodurch es leicht gelingt, die Forderungen der Vorschrift wirtschaftlich zu erfüllen.
Im Falle der Serienschaltung der Kontakteinheiten für einen Motorschalter wird dann wohl jeder Kontakt vom selben Strom durchflossen, aber es ist hier nicht notwendig, so hohe Überströme wie das l, 5-fa- che auf längere Zeit bewältigen zu müssen, da die Motorschutzeinrichtung aus Motorschutzgründen einen so hohen Strom sehr rasch abschaltet. Es kann daher in diesem Fall das Gerät gegenüber der andern Anwendung erwärmungsmässig gesehen relativ schlechter sein, was es ja infolge der fehlenden Stromaufteilung auch ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Schalter für Mehrfachunterbrechung des Stromkreises, insbesondere Schalter mit nockenbetätigter Schaltbrücke, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter, um ihn entweder mit hintereinander oder mit nebeneinander liegenden Unterbrechungsstellen des Stromkreises bauen zu können, bei für beide Schaltungsarten gleicher Anordnung der Kontaktstellen, in jedem durch zwei Anschlussstücke (2, 2a, 2b) festgelegten Stromweg zwei oder mehr Schaltbrücken (3) aufweist, wobei der die Gegenkontakte tragende,. die genannten Anschlussstücke enthaltende Kontaktsatz und allfällige Zwischen- stückefür beideSchaltungsartengleiche Umfangsform besitzt, jedoch innerhalb dieser gleichbleibenden Form mit unterschiedlich geformten Anschlussstücken (2', 2a', 2b') bzw.
Zwischenstücken (4) versehen werden kann, durch deren wahlweisen Einbau bei ungeänderter Ausführung der die Brücken betätigenden Bauelemente die eine oder die andere Anordnung der Unterbrechungsstellen erzielbar ist.
2. Schalter nachAnspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die AnscblMstücke (2, 2') für beide Schaltungsarten Winkelform haben, und sich nur durch die Länge der die Gegenkontakte tragenden Schenkel unterscheiden, wobei für den Aufbau mit hintereinander liegenden Unterbrechungsstellen ein Zwischenstück (4) Anwendung findet, welches im Schalter innerhalb der Umfangsform der Anschlussstücke (2, 2') untergebracht ist (Fig. 1, 2).