DE102004035951B4

DE102004035951B4 - Elektronmagnetisch betätigbarer Schalter

Info

Publication number: DE102004035951B4
Application number: DE200410035951
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Schiewer; Hans-Werner Dewald
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-07-24
Also published as: DE102004035951A1; DE102004035951C5

Abstract

Elektromagnetisch betätigbarer Schalter, insbesondere für Gleichstrom mit unterschiedlicher Polarität, mit einem ersten Hauptkontaktelement (3), einem zweiten Hauptkontaktelement (4), welches das erste Hauptkontaktelement (3) bei geschlossenem Schalter kontaktiert, und einer dem ersten Hauptkontaktelement (3) und dem zweiten Hauptkontaktelement (4) zugeordneten Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11), wobei das erste Hauptkontaktelement (3) und das zweite Hauptkontaktelement (4) zum Öffnen des Schalters in einer ersten Richtung (1.1) relativ zueinander beweglich sind, die Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11) zum Löschen eines bei Öffnen des Schalters zwischen dem ersten Hauptkontaktelement (3) und dem zweiten Hauptkontaktelement (4) entstehenden, anfänglich in der ersten Richtung (1.1) ausgerichteten Lichtbogens (LB) ausgebildet ist, und die Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11) ein im Bereich des ersten Hauptkontaktelements (3) angeordnetes Löschkontaktelement (8.1; 8.1') zur Ankopplung des Lichtbogens (LB) an die Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11) aufweist, in dessen Bereich eine Magneteinrichtung (11) zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds (M) angeordnet ist, und wobei die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds (M) höchstens um einen Winkel von 45 DEG zur ersten Richtung (1.1) geneigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetisch betätigbaren Schalter, insbesondere für Gleichstrom mit unterschiedlicher Polarität, mit einem ersten Hauptkontaktelement, einem zweiten Hauptkontaktelement, welches das erste Hauptkontaktelement bei geschlossenem Schalter kontaktiert, und einer dem ersten Hauptkontaktelement und dem zweiten Hauptkontaktelement zugeordneten Lichtbogenlöscheinrichtung. Das erste Hauptkontaktelement und das zweite Hauptkontaktelement sind zum Öffnen des Schalters in einer ersten Richtung relativ zueinander beweglich. Die Lichtbogenlöscheinrichtung ist zum Löschen eines bei Öffnen des Schalters zwischen dem ersten Hauptkontaktelement und dem zweiten Hauptkontaktelement entstehenden, anfänglich in der ersten Richtung ausgerichteten Lichtbogens ausgebildet. Weiterhin weist die Lichtbogenlöscheinrichtung ein im Bereich des ersten Hauptkontaktelements angeordnetes Löschkontaktelement zur Ankopplung des Lichtbogens an die Lichtbogenlöscheinrichtung auf, in dessen Bereich eine Magneteinrichtung zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds angeordnet ist.
Elektromagnetisch betätigte Schalter, bei größerem Strom gemeinhin als Schütz bezeichnet, können einen Gleichstrom im Nennwertbereich, z. B. 500A bei Nennspannung, z. B. 700V, problemlos abschalten, aber bei einem kleinen Strom im Bereich weniger Ampere geht der Abschaltlichtbogen auch bei Spannungen, die deutlich unter dem Nennwert liegen nicht mit Sicherheit aus. Das Schütz kann folglich nicht abschalten.
Die Ursache liegt in der verringerten magnetischen Blaswirkung des Lichtbogenstromes bei kleinem Strom. Diese ist zwar bei großem Strom ausreichend stark, den Lichtbogen in die Löschkammer zu treiben, wo er durch die dort befindlichen Elemente in die Länge gezogen und abgekühlt wird, sodass er schließlich erlischt. Bei kleinem Strom ist diese Blaswirkung jedoch nicht ausreichend stark. Der Lichtbogen bleibt in dem geöffneten Kontakt stehen, kann nach einer gewissen Zeit zu geerdeten Kostruktionselementen übertreten und Kurzschluß, Erdschluß mit sehr großem Strom und entsprechendem Schaden verursachen, wenn durch den Kurzschluß anstelle des zunächst kleinen Stromes ein sehr viel größerer zugelassen wird.

Eine seit langem bekannte einfache Lösung der Beblasung mittels Permanentmagnet hat den Nachteil, dass nur eine Stromrichtung zugelassen ist. Sie kann nicht angewendet wer den, wenn das Schütz den Strom in beiden Richtungen abschalten können muss. So ist aus der DE 1 246 851 C ist eine Lichtbogenlöschvorrichtung bekannt, die als Baueinheit mit einem Permanentmagneten gestaltet ist. Nachteilig ist dabei, dass für das Abschalten eines Gleichstromes in wechselnder Richtung mindestens zwei Kontakte mit einer derart ausgebildeten Löschvorrichtung erforderlich sind.

Aus der DE 33 47 042 A1 ist eine ähnliche Lichtbogenlöschvorrichtung bekannt, bei der ein solcher Permanentmagnet unmittelbar auf der dem beweglichen Kontakt abgewandten Seite des Festkontakts angeordnet ist.

Häufig weisen solche elektromagnetisch betätigten Schalter ein festes Hauptkontaktstück, ein bewegliches Hauptkontaktstück und eine so genannte Blasspule auf, die zwischen das feste Hauptkontaktstück und ein zugeordnetes Lichtbogenleitelement mit einem Löschkontaktelement geschaltet ist. Nach Trennung der Hauptkontaktstücke wird der Lichtbogen auf das Löschkonfaktelement getrieben, sodass die Blasspule an den Lichtbogen angekoppelt ist. Das hierdurch aufgebaute Magnetfeld der Blasspule treibt den Lichtbogen dann in eine Lichtbogenlöschkammer, in der er gelöscht wird.

Weiterhin ist es bekannt, dass durch eine Blasspule mit mehreren Windungen auch bei wechselnder Stromrichtung die Blaswirkung bei kleinem Strom verstärkt werden kann. Bei dem oben genannten großen Verhältnis zwischen Nennstrom und minimal abzuschaltendem Strom muss diese Blasspule hinreichend viele Windungen haben, sodass deren Leiterquerschnitt nicht für die Dauerbelastung mit dem Nennstrom ausgelegt werden kann. Deshalb muss durch geeignete Vorrichtungen dafür gesorgt werden, dass die Blasspule nur kurzzeitig beim Abschalten, möglichst nur während der Lichtbogenbrenndauer vom Strom durchflossen wird. Für die Zeit von nur einigen Hundertstelsekunden ist auch ein geringer Leiterquerschnitt für einen Strom im Nennstrombereich ausreichend.

Bei einem von der Fa. Microelettrica Scientifica, Mailand, IT, unter der Bezeichnung LTHS800 vertriebenen Schütz mit einer Blasspule mit vielen Windungen geringen Querschnitts ist die Blasspule über einen speziellen Blasspulenkontakt dauernd parallel zum eingeschalteten Hauptkontakt geschaltet und somit vom Hauptkontakt überbrückt. Der Blasspulenkontakt öffnet etwas später als der Hauptkontakt. Die Blasspule soll nur beim Abschalten, kurz nach dem Öffnen des Hauptkontaktes kurzzeitig den Strom übernehmen. Dieses Schütz kann zwar kleine Ströme abschalten, aber im Betrieb kann es bei praktisch auftretendem vorübergehend erhöhtem Spannungsabfall am Hauptkontakt zur Überlastung der Blasspule und Durchschmelzen von deren Wicklung kommen.

Bei einem ebenfalls von der Fa. Microelettrica Scientifica, Mailand, IT, ebenfalls unter der Bezeichnung LTHS800 vertriebenen, im Prinzip gleichartig ausgeführten Schütz wird die dauernde Parallelschaltung der Blasspule zum eingeschalteten Hauptkontakt durch einen speziellen Hebelmechanismus unterbunden, der den Blasspulenkontakt bei eingeschaltetem Schütz geöffnet hält und diesen nur beim Öffnen des Hauptkontaktes kurzzeitig schließt, um den Strom in die Blasspule einzuleiten. Nachteilig ist hierbei die komplizierte, viel Justieraufwand erfordernde und sehr störanfällige Mechanik.

Bei einem aus der Gebrauchsmusterschrift DE 298 23 717 U1 bekannten gattungsgemäßen Schalter mit Blasspule ist ein Kontaktelement zur Ankopplung an den Lichtbogen speziell als Fangschuh ausgebildet und trägt einen Permanentmagneten mit nahezu senkrecht zum Lichtbogen ausgerichtetem Magnetfeld, das den Lichtbogen seitlich auf den Fangschuh auslenken soll. Nachteilig erscheint hier die relativ komplizierte Ausbildung des Fangschuhs, der das bewegliche Hauptkontaktstück berührungsfrei umschließen muss, wobei auch das bewegliche Hauptkontaktstück relativ enge Toleranzen in seiner Bewegung einhalten muss.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Schalter der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere ohne komplizierte Mechanik beim Abschalten ohne Zuhilfenahme zusätzlicher mechanischer Kontakte einen sicheren Übergang des Lichtbogens auf die Lichtbogenlöscheinrichtung bewirkt. Außerdem soll es ermöglicht werden, bei einem gattungsgemäßen Schalter in einfacher Weise eine sichere Abschaltung kleiner Ströme zu gewährleisten.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man ohne komplizierte Mechanik beim Abschalten und ohne Zuhilfenahme zusätzlicher mechanischer Kontakte einen sicheren Übergang des Lichtbogens auf die Lichtbogenlöscheinrichtung erzielen kann, wenn die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds höchstens um einen Winkel von 45° zur ersten Richtung geneigt ist.

Es hat sich gezeigt, dass es bei einer solchen Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds möglich ist, den sich beim Öffnen des Schalters bildenden Lichtbogen unabhängig von der Stromrichtung des zu schaltenden Stromes von dem ersten Hauptkontaktelement zuverlässig auf das benachbarte Löschkontaktelement zu lenken. Der Lichtbogen vollführt dabei in der Ebene senkrecht zu seiner ursprünglichen Erstrek kungsrichtung, d. h. in der Ebene senkrecht zur ersten Richtung, eine bogenförmige bzw. spiralartige Bewegung zur Zentralachse des ersten Magnetfelds der Magneteinrichtung hin. Die Ausrichtung des ersten Magnetfelds ermöglicht dabei zum einen eine sehr einfache Gestaltung und Anordnung der Magneteinrichtung sowie des Löschkontaktelements. Zum anderen bewirkt die Ausrichtung des ersten Magnetfelds unabhängig von der Stromrichtung eine vergleichsweise hohe Kraft auf den Lichtbogen, die in Richtung des Zentrums des ersten Magnetfelds der Magneteinrichtung gerichtet ist, sodass eine zuverlässige Ablenkung des Lichtbogens auf das Löschkontaktelement gewährleistet ist.

Die anfängliche Auslenkung des Lichtbogens quer zu seiner ursprünglichen Erstreckungsrichtung wird dabei durch eine im Bereich des Lichtbogens vorhandene, senkrecht zu seiner ursprünglichen Erstreckungsrichtung gerichtete Komponente des ersten Magnetfelds bewirkt. Je größer dabei diese zur ursprünglichen Erstreckungsrichtung des Lichtbogens senkrechte ausgerichtete Komponente des ersten Magnetfelds ist, desto stärker ist seine dadurch bewirkte anfängliche Auslenkung. Wegen des in der Regel gekrümmten Verlaufs der magnetischen Feldlinien des ersten Magnetfelds außerhalb der Magneteinrichtung ist eine solche anfängliche Auslenkung damit in jedem Fall gewährleistet, wenn die Zentralachse des ersten Magnetfelds von der ursprünglichen Erstreckungsrichtung des Lichtbogens beabstandet und/oder dazu geneigt ist.

Grundsätzlich sind innerhalb der angegebenen Grenzen beliebige Neigungswinkel zwischen der Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds und der ersten Richtung möglich. Der gewählte Winkel richtet sich unter anderem nach dem gewünschten bzw. erforderlichen räumlichen und/oder zeitlichen Verlauf der Lichtbogenbahn bei der Ablenkung des Lichtbogens auf das Löschkontaktelement.

Vorzugsweise ist die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds höchstens um einen Winkel von 20° zur ersten Richtung geneigt, da sich hierbei die Anordnung und Gestaltung der Magneteinrichtung sowie des Löschkontaktelements ergibt. Weiter vorzugsweise verläuft die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung.

Bei einfach aufgebauten Varianten des erfindungsgemäßen Schalters sind die erste Richtung und die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds im Wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet, sodass sich eine symmetrische Anordnung ergibt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine Neigung der Magnetisierungsrichtung bezüglich einer solchen – dann imaginären – ersten Ebene vorgesehen sein kann. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn hierdurch Einfluss auf den jeweiligen Verlauf der Lichtbogenbahn genommen werden soll, der bei unterschiedlicher zu schaltender Stromrichtung auftritt.

Die Magneteinrichtung kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise im Bereich des Löschkontaktelements angeordnet sein. So kann vorgesehen sein, dass die Magneteinrichtung an dem Löschkontaktelement angeordnet ist; wodurch eine besonders zuverlässige Ablenkung des Lichtbogens auf das Löschkontaktelement erzielt wird. Dabei ist die Magneteinrichtung dann bevorzugt auf der dem zweiten Hauptkontaktelement abgewandten Seite des Löschkontaktelements angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, dass sie nicht durch den Lichtbogen kontaktiert und gegebenenfalls beansprucht wird. Hierdurch vereinfacht sich insbesondere ihre Befestigung am Löschkontaktelement. So kann sie unter anderem einfach an dem Löschkontaktelement festgeklebt sein.

Die Magneteinrichtung kann weiterhin grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise bezüglich des Löschkontaktelements angerichtet sein. Vorzugsweise verläuft die mit der Magnetisierungsrichtung zusammenfallende Zentralachse des ersten Magnetfelds im Wesentlichen mittig durch das Löschkontaktelement, sodass eine zuverlässige Ablenkung des Lichtbogens auf das Löschkontaktelement sichergestellt ist.

Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein. Bevorzugt umfasst sie eine mit dem Löschkontaktelement verbundene Blasspule, die vorzugsweise einen Eisenkern aufweist. Die Blasspule kann wiederum in Abhängigkeit von der weiteren Gestaltung der Lichtbogenlöscheinrichtung und damit der zu erzielenden Lichtbogenablenkung ausgerichtet sein. Vorzugsweise weist die Blasspule eine Spulenachse auf, die quer zur ersten Richtung verläuft, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verläuft, da sich hiermit eine besonders einfache Gestaltung bzw. Geometrie der Lichtbogenlöscheinrichtung erzielen lässt.

Es versteht sich, dass die Magneteinrichtung wie oben erwähnt auch im Bereich der Lichtbogenlöscheinrichtung anordnen lässt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Blasspule ein Gehäuse aufweist und die Magneteinrichtung in oder an dem Gehäuse der Blasspule angeordnet ist. Hierdurch lässt sich nicht nur eine einfache, kompakte Gestaltung erzielen. Die Magneteinrichtung ist hierdurch zudem vor Belastungen durch den Lichtbogen geschützt.

Um eine zuverlässige Ablenkung des Lichtbogens auf das Löschkontaktelement zu gewährleisten ist bevorzugt vorgesehen, dass die Magneteinrichtung nahe an dem ersten Hauptkontaktelement angeordnet ist.

Die Magneteinrichtung kann grundsätzlich in beliebiger Weise gestaltet sein, um das erste Magnetfeld zu erzeugen. So kann es sich beispielsweise um einen Elektromagneten handeln. Wegen des besonders einfachen und robusten Aufbaus ist bevorzugt vorgesehen, dass die Magneteinrichtung wenigstens einen Permanentmagnet umfasst.

Bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Schalters zeichnen sich dadurch eine einfache Geometrie aus, bei der das Löschkontaktelement und das erste Hauptkontaktelement im Wesentlichen in einer zweiten Ebene angeordnet sind, die insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ausgerichtet ist.

Vorzugsweise ist das Löschkontaktelement in einer zweiten Richtung zum ersten Hauptkontaktelement beabstandet, wobei die zweite Richtung quer zur ersten Richtung in einer dritten Ebene verläuft, die durch die Hauptkontaktelemente bei der Schaltbewegung aufgespannt wird. Auch hiermit lässt sich eine besonders einfach gestaltete Anordnung erzielen.

Hierbei lassen sich unterschiedliche Varianten mit unterschiedlichen Vorteilen realisieren. So kann vorgesehen sein; dass das Löschkontaktelement in einer quer zur zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung eine Querabmessung aufweist, die höchstens der Querabmessung des ersten Hauptkontaktelements in der dritten Richtung entspricht. Hierdurch lassen sich besonders kompakte Schalter erzielen.

Alternativ kann das Löschkontaktelement in einer quer zur zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung zumindest in dem an das erste Hauptkontaktelement angrenzenden Endbereich eine Querabmessung aufweisen, die mindestens der Querabmessung des ersten Hauptkontaktelements in der dritten Richtung entspricht. Durch diese breite Gestaltung kann die Zuverlässigkeit der Ablenkung des Lichtbogens auf das Löschkontaktelement mit einfachen Mitteln erhöht werden.

Bei vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Schalters ist vorgesehen, dass das Löschkontaktelement an einem Ende einer ersten Lichtbogenleiteinrichtung, insbesondere eines ersten Lichtbogenleitblechs, angeordnet ist, um den Lichtbogen ohne weiteres weiterführen zu können. Vorzugsweise weist die erste Lichtbogenleiteinrichtung dann einen an das Löschkontaktelement angrenzenden, sich quer zum Löschkontaktelement erstrecken den Lichtbogenleitabschnitt auf, wodurch sich eine besonders einfache Geometrie der Lichtbogenlöscheinrichtung ergibt.

Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Schalters ist vorgesehen, dass das erste Hauptkontaktelement ein feststehendes Element ist. Durch die Anordnung der Magneteinrichtung und des Löschkontaktelements in der Nähe des feststehenden ersten Hauptkontaktelements ist sichergestellt, dass der sich bildende Lichtbogen bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt ausgelenkt wird, sodass es zu einem schnellen Löschen des Lichtbogens kommt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters in der Seitenansicht;
2 eine schematische Teildraufsicht auf den Schalter aus 1;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters.
1 zeigt in der Seitenansicht eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters in Form eines Schütz 1. Das Schütz 1 ist in 1 in einer geöffneten Stellung dargestellt.
Das Schütz 1 ist in einer im wesentlichen herkömmlichen Bauart ausgeführt. Es umfasst eine Betätigungseinrichtung 2, die wiederum eine Erregerspule 2.1 und einen Anker 2.2 umfasst. Weiterhin umfasst es ein erstes Hauptkontaktelement in Form eines festen Hauptkontaktstücks 3 und ein zweites Hauptkontaktelement in Form eines beweglichen Hauptkontaktstücks 4. An dem freien Ende des beweglichen Hauptkontaktstücks 4 ist ein Lichtbogenhorn 4.1 angeordnet.
Im geschlossenen Zustand des Schütz 1 kontaktiert das bewegliche Hauptkontaktstück 4 das feste Hauptkontaktstück 3 und schließt so einen durch das Schütz 1 zu schaltenden Stromkreis. Das Schütz 1 ist in 1 in einer geöffneten Stellung dargestellt, in der das feste Hauptkontaktstück 3 und das bewegliche Hauptkontaktstück 4 in einer ersten Rich tung 1.1 voneinander entfernt wurden. Die erste Richtung ist dabei im Wesentlichen parallel zu der Verbindungslinie einander im geschlossenen Zustand kontaktierender Punkte der Kontaktflächen der Hauptkontaktstücke 3 und 4.
Beim Öffnen des Schütz 1 bildet sich zwischen dem festen Hauptkontaktstück 3 und dem beweglichen Hauptkontaktstück 4 ein Lichtbogen LB, der anfangs parallel zur ersten Richtung 1.1 ausgerichtet ist.
Das Schütz 1 umfasst weiterhin eine Lichtbogenlöscheinrichtung zum Löschen des beim Öffnen des Schütz 1 auftretenden Lichtbogens LB. Die Lichtbogenlöscheinrichtung umfasst eine Blasspule 5 mit einem Eisenkern 6 und seitlich daran angebrachten Flussleitblechen 7. Die Blasspule 5 ist mit vielen Windungen geringen Leiterquerschnitts ausgestattet. Sie ist mit dem festen Hauptkontaktstück 3 und dem unteren Lichtbogenleitblech 8 verbunden.
Weiterhin umfasst die Lichtbogenlöscheinrichtung eine erste Lichtbogenleiteinrichtung in Form eines unteren Lichtbogenleitblechs 8 und eine zweite Lichtbogenleiteinrichtung in Form eines oberen Lichtbogenleitblechs 9 auf. Schließlich ist sie mit einer Lichtbogenlöschkammer 10 ausgestattet.
Das Endstück 8.1 des unteren Lichtbogenleitbleches 8 ist derart umgebogen, dass es in der Ebene des festen Hauptkontaktstückes 3 verläuft. Das Endstück 8.1 bildet ein Löschkontaktelement, auf das der Lichtbogen LB gelenkt wird, wie weiter unten noch näher beschrieben wird.
Unter dem Endstück 8.1 ist erfindungsgemäß eine Magneteinrichtung in Form eines Permanentmagneten 11 angebracht. Das erste Magnetfeld M des Permanentmagneten 11 ist so ausgerichtet, dass seine Magnetisierungsrichtung und damit seine Zentralachse MA zum einen parallel zur ersten Richtung 1.1 verläuft und mit dieser eine erste Ebene – hier die Zeichnungsebene der 1 – aufspannt. Die Magnetisierungsrichtung verläuft damit auch nahezu senkrecht zu einer zweiten Ebene, in der das Endstück bzw. Löschkontaktelement 8.1 und das feste Hauptkontaktstück 3 angeordnet sind.
Es versteht sich hierbei, dass die Magneteinrichtung bei anderen Varianten der Erfindung auch an anderer Stelle angeordnet sein kann. So kann sie beispielsweise in oder an dem Gehäuse der Blasspule 5 angeordnet sein, wie dies in 1 durch die Kontur 12 angedeutet ist. Weiterhin versteht es sich, dass die Magneteinrichtung bei anderen Varianten der Erfindung hinsichtlich der zweiten Richtung auch in einem anderen Abstand zum ersten Hauptkontaktelement angeordnet sein kann. So kann die Zentralachse MA mit anderen Worten hinsichtlich der zweiten Richtung auch in einem entsprechend den Anforderungen gewählten anderen Abstand löschkontaktelementseitig des ersten Hauptkontaktelements angeordnet sein.
Das Löschkontaktelement 8.1 endet in einer zweiten Richtung 1.2 kurz vor dem festen Hauptkontaktstück 3. Die zweite Richtung 1.2 verläuft dabei in einer dritten Ebene, die durch das feste Hauptkontaktstück 3 und das bewegliche Hauptkontaktstück 4 bei der Öffnungsbewegung des Schütz 1 definiert wird und im vorliegenden Beispiel mit der ersten Ebene zusammenfällt. Die zweiten Richtung 1.2 verläuft weiterhin im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung 1.1.
Beim Öffnen des Hauptkontaktes entsteht der Lichtbogen LB. Er steht zunächst zwischen den beiden Hauptkontaktstücken 3 und 4. Durch das Feld eines Permanentmagneten 11, das bewegte elektrische Ladungsträger des Lichtbogens LB kreuzt, wird auf diese Ladungsträger des Lichtbogens LB eine quer zur Stromrichtung, d. h. anfänglich quer zur ersten Richtung 1.1, wirkende Kraft (Lorenzkraft) ausgeübt.
2 zeigt die Ansicht von oben auf das Lichtbogenleitblech 8 mit dem Löschkontaktelement 8.1, den darunter angebrachten Magneten 11, das feste Hauptkontaktstück 3, die Flussleitbleche 7 und den Eisenkern 6 der Blasspule 5. Die Blasspule 5 selbst ist durch das Lichtbogenleitblech 8 verdeckt und nicht dargestellt.
Wie in 2 angedeutet, weisen die im Innern des Permanentmagneten 11 etwa parallel zum Lichtbogen LB bzw. der ersten Richtung 1.1 verlaufenden Feldlinien des Magnetfeldes M außerhalb des Permanentmagneten 11 zusätzlich zur axialen Komponente in Richtung der Zentralachse MA auch eine radiale Komponente bezüglich der Zentralachse MA auf. Ausgehend von einer ebenfalls in 2 angedeuteten, unmittelbar nach dem Öffnen des Schütz 1 zunächst auftretenden Mittellage des Lichtbogens LB auf dem Hauptkontaktstück 3, bewirkt diese radiale Komponente des ersten Magnetfeldes zunächst eine zur Seite gerichtete Komponente der Lorenzkraft F parallel zur dritten Richtung 1.3. Diese Kraft bewirkt eine seitliche Auslenkung des Lichtbogens LB.
Mit dieser Auslenkung kommt wegen der Wirkung der radialen und der axialen Komponente des ersten Magnetfeldes M auf den Lichtbogen LB eine auf das Zentrum des Magnetfeldes M gerichtete Komponente der Lorenzkraft F hinzu, sodass der Lichtbogen LB bogenförmig bzw. spiralartig schließlich auf das Löschkontaktelement 8.1 des Lichtbogen leitblechs 8 gelenkt wird. Dabei wird der zwischen dem Hauptkontaktstück 3 und dem Löschkontaktelement 8.1 liegende Spalt überbrückt, sodass der Strom auf die Blasspule 5 umgeleitet wird. Die Blasspule 5 treibt nun den Lichtbogen LB in an sich bekannter Weise in Richtung der Lichtbogenlöschkammer 10, sodass er schnell erlischt.
Die erfindungsgemäße Ausrichtung des ersten Magnetfelds M bewirkt dabei eine vergleichsweise hohe axiale Komponente des ersten Magnetfeldes M parallel zur ersten Richtung 1.1. Diese hat wiederum eine vergleichsweise hohe auf das Zentrum des Magnetfeldes M gerichtete Komponente der Lorenzkraft F zur Folge, die den Lichtbogen LB in Richtung des Zentrums des Magnetfeldes M und damit des Löschkontaktelements 8.1 ablenkt. Hierdurch ist eine zuverlässige Ablenkung des Lichtbogen LB auf das Löschkontaktelement 8.1 gewährleistet.
Die Blasspule 5 treibt den Lichtbogen LB dann so, dass der Lichtbogen LB an den beiden Lichtbogenleitblechen 8 und 9 entlang geführt wird, deren Abstand sich mit in der zweiten Richtung 1.2 fortschreitender Entfernung von dem Löschkontaktelement 8.1 immer weiter erhöht. Der durch die Abknickung realisierte einfache Übergang zwischen dem Löschkontaktelement 8.1 und dem daran anschließenden Lichtbogenleitabschnitt sorgt für eine störungsfreie Abfuhr des Lichtbogens LB.
Diese Wirkung tritt auch bei umkehrter Stromrichtung ein, nur erfolgt die Auslenkung des Lichtbogens LB zunächst nach der anderen Seite. Die in Richtung des Permanentmagneten 11 und des Endstück 8.1 gerichtete Komponente der Lorenzkraft ist die gleiche. Damit ist das Schütz 1 zum Abschalten auch von kleinen Strömen für beide Stromrichtungen gleichermaßen geeignet.
Die Zentralachse MA des ersten Magnetfelds M tritt bezüglich einer dritten Richtung 1.3 etwa mittig durch das Löschkontaktelement 8.1 hindurch. Hierdurch ist bei beiden Stromrichtungen eine gleichmäßige und zuverlässige Ablenkung des Lichtbogens LB auf das Löschkontaktelement 8.1 gewährleistet.
Weiterhin ist die Zentralachse MA des ersten Magnetfelds M in der Nähe des Hauptkontaktstücks 3 angeordnet. Hierdurch ist eine für eine zuverlässige und schnelle Ablenkung des Lichtbogens LB ausreichende magnetische Feldstärke im Bereich des Lichtbogens LB gewährleistet.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung durch eine Neigung der Zentralachse MA des ersten Magnetfeldes M Einfluss auf den Betrag der parallel und senkrecht zum Lichtbogen LB ausgerichteten Komponenten des ersten Magnetfeldes M im Bereich des Lichtbogens LB genommen werden kann. Über eine Neigung der Zentralachse MA des ersten Magnetfeldes M kann somit eine Einstellung des Ablenkungsverlaufs des Lichtbogens LB vorgenommen werden.
Die Querabmessung des Löschkontaktelements 8.1 in der dritten Richtung 1.3 entspricht im Beispiel aus 1 und 2 der Querabmessung des Hauptkontaktstücks 3 in dieser Richtung. Hiermit lässt sich ein in dieser dritten Richtung 1.3 besonders klein bzw. schmal bauendes Schütz 1 erzielen. Es versteht sich dabei, dass bei anderen Varianten der Erfindung für das Löschkontaktelement auch noch geringere Querabmessungen vorgesehen sein können. Bevorzugt ist dann eine entsprechende Einstellung der Auslenkungsbahn des Lichtbogens vorgenommen worden, um eine zuverlässige Überleitung auf das Löschkontaktelement sicherzustellen.
Die 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schalters 1. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht in Aufbau und Funktionsweise grundsätzlich der Ausführung aus den 1 und 2, sodass hier hauptsächlich nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
Der Unterschied der Ausführung aus 3 zu der Ausführung aus den 1 und 2 liegt darin, dass die Querabmessung des Löschkontaktelements 8.1' des Lichtbogenleitblechs 8 in der dritten Richtung 1.3 in dem Bereich, der an das Hauptkontaktstück 3 angrenzt, größer ist als die Querabmessung des Hauptkontaktstücks 3 in dieser Richtung. Hiermit ist ein zuverlässiger Übergang des Lichtbogens LB auf das Löschkontaktelement 8.1' gewährleistet.

Claims

Elektromagnetisch betätigbarer Schalter, insbesondere für Gleichstrom in beiden Stromrichtungen, mit – einem ersten Hauptkontaktelement (3), – einem zweiten Hauptkontaktelement (4), welches das erste Hauptkontaktelement (3) bei geschlossenem Schalter kontaktiert, und – einer dem ersten Hauptkontaktelement (3) und dem zweiten Hauptkontaktelement (4) zugeordneten Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11), wobei – das erste Hauptkontaktelement (3) und das zweite Hauptkontaktelement (4) zum Öffnen des Schalters in einer ersten Richtung (1.1) relativ zueinander beweglich sind, – die Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11) zum Löschen eines bei Öffnen des Schalters zwischen dem ersten Hauptkontaktelement (3) und dem zweiten Hauptkontaktelement (4) entstehenden, anfänglich in der ersten Richtung (1.1) ausgerichteten Lichtbogens (LB) ausgebildet ist, und – die Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11) ein im Bereich des ersten Hauptkontaktelements (3) angeordnetes Löschkontaktelement (8.1; 8.1') zur Ankopplung des Lichtbogens (LB) an die Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11) aufweist, in dessen Bereich eine Magneteinrichtung (11) zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds (M) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds (M) höchstens um einen Winkel von 45° zur ersten Richtung (1.1) geneigt ist.
Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds (M) höchstens um einen Winkel von 20° zur ersten Richtung (1.1) geneigt ist.
Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds (M) im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung (1.1) ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (1.1) und die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetfelds (M) im Wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet sind.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (11) an dem Löschkontaktelement (8.1; 8.1') angeordnet ist.
Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung auf der dem zweiten Hauptkontaktelement (4) abgewandten Seite des Löschkontaktelements (8.1; 8.1') angeordnet ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralachse (MA) des ersten Magnetfelds (M) im Wesentlichen mittig durch das Löschkontaktelement (8.1; 8.1') verläuft.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung (5 bis 11) eine mit dem Löschkontaktelement (8.1; 8.1') verbundene Blasspule (5) umfasst, die insbesondere einen Eisenkern (6) aufweist.
Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasspule (5) eine Spulenachse aufweist, die quer zur ersten Richtung (1.1) verläuft, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung (1.1) verläuft.
Schalter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasspule (5) ein Gehäuse aufweist und die Magneteinrichtung (11) in oder an dem Gehäuse der Blasspule (5) angeordnet ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (11) nahe an dem ersten Hauptkontaktelement (3) angeordnet ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung wenigstens einen Permanentmagnet (11) umfasst.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschkontaktelement (8.1; 8.1') und das erste Hauptkontaktelement (3) im Wesentlichen in einer zweiten Ebene angeordnet sind, die insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung (1.1) ausgerichtet ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschkontaktelement (8.1; 8.1') in einer zweiten Richtung (1.2) zum ersten Hauptkontaktelement (3) beabstandet ist, wobei die zweite Richtung (1.2) quer zur ersten Richtung (1.1) in einer dritten Ebene verläuft, die durch die Hauptkontaktelemente (3, 4) bei der Schaltbewegung aufgespannt wird.
Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschkontaktelement (8.1) in einer quer zur zweiten Richtung (1.2) verlaufenden dritten Richtung (1.3) eine Querabmessung aufweist, die höchstens der Querabmessung des ersten Hauptkontaktelements (3) in der dritten Richtung (1.3) entspricht.
Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschkontaktelement (8.1') in einer quer zur zweiten Richtung (1.2) verlaufenden dritten Richtung (1.3) zumindest in dem an das erste Hauptkontaktelement (3) angrenzenden Endbereich eine Querabmessung aufweist, die mindestens der Querabmessung des ersten Hauptkontaktelements (3) in der dritten Richtung entspricht.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschkontaktelement (8.1; 8.1') an einem Ende einer ersten Lichtbogenleiteinrichtung (8; 8'), insbesondere eines ersten Lichtbogenleitblechs, angeordnet ist.
Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtbogenleiteinrichtung (8; 8') einen an das Löschkontaktelement (8.1; 8.1') angrenzenden, sich quer zum Löschkontaktelement (8.1; 8.1') erstreckenden Lichtbogenleitabschnitt (8.2) aufweist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hauptkontaktelement (3) ein feststehendes Element ist.