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Die
Erfindung betrifft einen Schütz
für Gleichstrom-
und Wechselstrombetrieb mit mindestens einer Kontaktstelle mit einem
Festkontakt und einem beweglichen Kontakt, an der sich beim Öffnen der Kontakte
ein Lichtbogen ausbildet, und mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung
zum Löschen
der Lichtbögen.
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Solche
Schütze
werden beispielsweise im Bahnbetrieb zum Schalten von Lasten und
zur Unterbrechung von Stromkreisen mit großen Strömen bzw. hohen Spannungen eingesetzt.
Bei dem Schaltvorgang, d. h. beim Öffnen der Kontaktstellen, entsteht zwischen
dem Festkontakt und dem beweglichen Kontakt ein Lichtbogen. Durch
diesen Lichtbogen wird der Stromfluss zwischen den Kontakten aufrechterhalten.
Zudem wird durch den Lichtbogen eine große Wärmemenge freigesetzt, die zum
Abbrennen der Kontakte führt
und somit die Lebensdauer des Schützes verringern kann. Darüber hinaus wird
der gesamte vom Lichtbogeneinfluss betroffenen Gerätebereich
thermisch sehr stark belastet. Es ist daher eine schnelle Löschung des
Lichtbogens erforderlich.
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Je
nach Anwendungsfall sind verschiedene Methoden zur Lichtbogenlöschung bekannt.
Ein Schütz
für den
Einsatz im Gleichstrombetrieb mit gleich bleibender Stromrichtung
weist üblicherweise permanentmagnetische
Blasfelder auf, die so angeordnet sind, dass ihre Feldrichtung senkrecht
zu dem Lichtbogen verläuft.
Die Blasfelder üben
auf den Lichtbogen eine Kraft, die Lorentzkraft, aus, durch die der
Lichtbogen in Richtung einer Löscheinrichtung getrieben
wird. So zeigt die
DE
10 2007 023 326 B4 eine elektrische Schalteinrichtung mit
einem Schaltkontakt und zwei benachbart zum Schaltkontakt angeordneten
Magnetkörper.
Die Magnetkörper
treiben beim Schalten entstehende Lichtbögen in eine Lichtbogenlöscheinrichtung.
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Für Wechselstrombetrieb
können
aufgrund der wechselnden Stromrichtung der Lichtbögen keine
rein permanentmagnetischen Felder eingesetzt werden. In diesem Bereich
ist daher der Einsatz von sogenannten Blasspulen üblich, die
ein elektromagnetisches Blasfeld erzeugen, dessen Feldrichtung durch
die Stromrichtung bestimmt wird. Unabhängig von der Stromrichtung
wird dadurch in jedem Fall eine korrekt gerichtete Kraftwirkung
auf den Lichtbogen erzielt.
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Der
Einsatz von Spulen bringt allerdings eine Reihe von Nachteilen mit
sich. Ist die Spule in den Stromkreis eingeschaltet und daher dauerhaft
von hohen Strömen
durchflossen, wie dies im Bahnbereich üblich ist, so tritt eine starke
Erwärmung
der Spule auf.
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Daher
ist es bekannt, die Spule erst im Abschaltmoment, d. h. beim Öffnen des
Schützes,
zu aktivieren und in den Stromkreis einzuschalten. Da die Induktivitäten der
Blasspulen sprunghaften Stromanstiegen entgegenwirken, erfolgt die
Stromübernahme
durch die Blasspulen mit zeitlicher Verzögerung (E-Funktion). Auch das
elektromagnetische Blasfeld wird mit zeitlicher Verzögerung aufgebaut. Dadurch
wird die Verweilzeit der Lichtbögen
in der Kontaktzone des Schützes
verlängert.
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Die
DE 10 2006 035 844
B4 zeigt einen Schütz
für Gleichstrom-
und Wechselstrombetrieb. Der Schütz
umfasst benachbart zu den Kontaktstellen angeordnete Permanentmagnete
und Spulen, die beim Schalten entstandene Lichtbögen in eine Löscheinrichtung
treiben. Die Spulen werden durch die Lichtbögen aktiviert.
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Auch
die
DE 298 23 717
U1 offenbart einen Schalter mit einer Kontaktstelle, der
ein Permanentmagnet und eine Blasspule zugeordnet sind, die einen
beim Schalten entstehenden Lichtbogen beblasen und zum Erlöschen bringen.
Auch hier wird die Spule durch den Schaltlichtbogen aktiviert.
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Ein
weiteres Problem bei Hochspannungsschaltgeräten ist, dass im Betrieb Störpartikel
entstehen, die die Betriebssicherheit beeinflussen können. In
der
EP 1 569 313 B1 wird
daher beschrieben, unterhalb der Schaltstrecke eine Partikelfalle
anzuordnen. Hierbei ist es dennoch möglich, dass die Störpartikel,
z. B. Abbrandpartikel, auf die Kontaktstellen des Geräts fallen
und damit die Fähigkeit
zur Stromübertragung
gestört
wird.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schütz bereitzustellen,
bei dem eine Verschmutzung der Kontaktstelle vermieden wird und
der eine lange Lebensdauer aufweist.
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Hierzu
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
benachbart zu der Lichtbogenlöscheinrichtung des
Schützes
eine Auffangvorrichtung für
die durch die Schaltlichtbögen
im Schütz
erzeugten Abbrandpartikel angeordnet ist. Werden die Schaltlichtbögen in die
Lichtbogenlöscheinrichtung
geblasen, so erzeugen sie dort Abbrandpartikel. Diese Abbrandpartikel können auf
die Kontaktstellen des Schützes
fallen, wodurch die Kontaktgabe und damit die Fähigkeit zur Stromübertragung
gestört
wird. Dies führt
zu unzulässig
hohen thermischen Belastungen der Kontaktstellen, die letztendlich
den Schütz
beschädigen
können.
Durch die Auffangvorrichtung, die zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung
und der Kontaktbrücke angeordnet
ist, werden die herabfallenden Abbrandpartikel aufgefangen, so dass
sie nicht auf die Kontaktstellen fallen können. Es werden daher Verschmutzungen
an den Kontaktstellen und somit Beschädigungen am Schütz vermieden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass der Schütz eine Doppelunterbrechung
aufweist, wobei die beiden Kontaktstellen der Doppelunterbrechung
spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut sind und die beweglichen
Kontakte auf einer Kontaktbrücke
angeordnet sind. Der Schütz umfasst
also eine zweite Kontaktstelle, die identisch zur ersten Kontaktstelle
ausgebildet ist und ebenfalls einen Festkontakt, einen beweglichen
Kontakt, ein einem der Kontakte zugeordnetes Lichtbogenleitblech
und eine Blasspule aufweist. Dadurch ist eine einfache und raumsparende
Ausgestaltung des Schützes
möglich.
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Zweckmäßigerweise
kann vorgesehen sein, dass die Auffangvorrichtung als eine die Kontaktstellen überragende
Auffangwanne ausgebildet ist. Dadurch wird ein sicheres Auffangen
von Abbrandpartikeln vor allem bei großen Schützen mit großer Schaltbelastung
ermöglicht.
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In
einer besonders bevorzugten Variante kann vorgesehen sein, dass
die Auffangwanne an ihrer der Kontaktbrücke zugewandten Unterseite
V-förmig
zulaufend ausgebildet ist. Die Auffangwanne ist unten also sehr
schmal ausgebildet, so dass an den Kontaktstellen entstehende Schaltlichtbögen durch die
Blasfelder an der Auffangwanne beidseitig vorbei in Richtung der
Löscheinrichtungen
geblasen werden. Die Schaltlichtbögen verweilen nicht an der Wannenunterseite.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform kann
vorgesehen sein, dass die Auffangwanne durch Metallelementen geschützt an den
Seitenwänden des
Gehäuses
des Schützes
angeordnet ist. Da die Lichtbögen
solche Metallelemente überlaufen
können,
ohne diese zu beschädigen,
ist eine sichere Befestigung der Wanne an den Seitenwänden des
Gehäuses
des Schützes
möglich.
Beispielsweise kann die Wanne Befestigungszapfen aufweisen, die
in den Seitenwänden
des Gehäuses
befestigt sind. Die Befestigungszapfen sind von den Metallelementen
umgeben und so vor den Lichtbögen
geschützt.
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Es
kann aber auch vorgesehen werden, die Auffangvorrichtung als U-förmiges Abweisblech
auszubilden, wobei das U-förmige
Abweisblech auf der Kontaktbrücke
angeordnet ist, so dass die Schenkel des U-förmigen Abweisblechs im Wesentlichen
senkrecht zur Längserstreckung
der Kontaktbrücke
verlaufen. Dieses Abweisblech weist nur einen geringen Platzbedarf
auf, so dass es auch in kleinen Schützen mit kleineren Luft- und Kriechstrecken
problemlos eingesetzt werden kann. Dadurch kann auch hier ein Schutz
der Kontaktstellen vor herabfallenden Abbrandpartikeln ermöglicht werden.
Die Abbrandpartikel treffen im Innenbereich des Abweisblechs auf
und fallen seitlich an dem Abweisblech vorbei aus dem Bereich der
Kontaktbrücke
heraus.
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Zweckmäßigerweise
kann vorgesehen werden, dass der Abstand zwischen den Schenkeln
des U-förmigen
Abweisblechs etwas größer ist
als der Abstand zwischen den den Kontaktstellen zugewandten Enden
der Lichtbogenleitbleche. Somit wird ermöglicht, dass die Schenkel des
U-förmigen
Abweisblechs im Schließzustand
des Schützes,
bei dem die beweglichen Kontakte und die Festkontakte der Kontaktstellen
aneinander anliegen, in den Luftspalten zwischen den Lichtbogenleitblechen
und dem jeweiligen zugeordneten Festkontakt zu liegen kommen. Dadurch
ist trotz des U-förmigen
Abweisblechs ein sicheres Schließen des Schutzes möglich.
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Der
Schütz
kann ferner mindestens eine Blasspule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Blasfelds
und eine Schutzverkleidung aus einem lichtbogenresistenten Material,
z. B. Keramik, aufweisen, wobei die Blasspule im Schließzustand
des Schützes
vom Stromkreis des Schützes
getrennt ist und beim Öffnen
des Schützes
in den Stromkreis des Schützes
einschaltbar ist und die Schutzverkleidung in dem Bereich des Schützes, in
dem sich beim Öffnen
der Kontakte und beim Zuschalten der Blasspule ein Lichtbogen ausbildet,
angeordnet ist.
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Durch
die Schutzverkleidung können
Schäden
am Schütz
durch verweilende Lichtbögen
vermieden werden. Dadurch entstehen in der Zeit, in der das elektromagnetische
Blasfeld der Blasspule aufgebaut wird, keine Schäden am Schütz und die Lebensdauer des
Schützes
kann verlängert
werden. Bei der Verwendung von Keramik, z. B. Steatit oder Cordierit,
als Material für
die Schutzverkleidung wird eine einfache Ausgestaltung und ein guter
Schutz vor Lichtbogenschäden
ermöglicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann vorgesehen werden, dass benachbart zu einem der Kontakte ein
Lichtbogenleitblech angeordnet ist, welches durch einen Luftspalt
von dem Kontakt getrennt ist, die Blasspule elektrisch leitend mit
dem Lichtbogenleitblech und dem Kontakt verbunden ist, so dass die
Blasspule durch Kommutierung eines Schaltlichtbogens auf das Lichtbogenleitblech
aktivierbar ist, und die Schutzverkleidung im Bereich des Luftspaltes
angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine sehr einfache Aktivierung
der Blasspule durch Kommutierung des Schaltlichtbogens möglich. Da
die Stromübergabe
durch die Blasspule nur allmählich
erfolgt (nach einer E-Funktion), werden die Differenzströme zu dem Hauptkreisgesamtstrom
durch sich parallel zu der Spule ausbildende Strompfade realisiert.
Es entstehen dadurch kurzlebige Lichtbögen, die den Luftspalt zwischen
dem Lichtbogenleitblech und dem zugeordneten Kontakt überspannen.
Durch die in diesem Bereich angeordnete Schutzverkleidung werden
Schäden
am Schütz
vermieden. Zum Zeitpunkt der vollen Stromübernahme durch die Blasspulen
erlöschen
die Lichtbögen
im Bereich der keramischen Schutzverkleidung.
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In
noch einer weiteren Variante kann vorgesehen werden, dass das Lichtbogenleitblech
und der zugeordnete Kontakt V-förmig
zueinander angeordnet sind, wobei das Lichtbogenleitblech einen
ersten Schenkel des Vs und der zugeordnete Kontakt des zweiten Schenkels
des Vs ausbildet, so dass der Luftspalt benachbart zur Spitze des
Vs angeordnet ist, die Blasspule zwischen dem Lichtbogenleitblech und
dem zugeordneten Kontakt angeordnet ist und die Schutzverkleidung
zwischen dem Luftspalt und der Blasspule angeordnet ist. Dadurch
entsteht der Lichtbogen in einem Bereich, in dem keine empfindlichen
Bauteile angeordnet sind. Die Blasspule wird durch das Lichtbogenleitblech,
den zugeordneten Kontakt sowie die Schutzverkleidung geschützt.
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Eine
einfache Kommutierung des Schaltlichtbogens zur Aktivierung der
Spule kann dadurch ermöglicht
werden, dass zwischen dem Lichtbogenleitblech und dem zugeordneten
Kontakt benachbart zum Luftspalt eine Primärblaseinrichtung angeordnet ist,
die zumindest teilweise von der Schutzverkleidung umgeben ist. Als
Primärblaseinrichtung
kann beispielsweise ein Permanentmagnet oder eine permanent stromdurchflossene
Spule eingesetzt werden. Da die Primärblaseinrichtung benachbart
zum Luftspalt und somit sehr nahe an der Kontaktstelle angeordnet
ist, kann sie sofort auf einen entstehenden Lichtbogen einwirken
und dadurch die Kommutierung des Lichtbogens auf das Lichtbogenleitblech ermöglichen.
Durch die Schutzverkleidung wird die Primärblaseinrichtung vor dem Schaltlichtbogen
und dem im Luftspalt entstehenden Lichtbogen gut geschützt.
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Noch
eine weitere Variante sieht vor, dass das Lichtbogenleitblech benachbart
zu dem Festkontakt der Kontaktstelle angeordnet ist und die Blasspule
zwischen dem Festkontakt und dem Lichtbogenleitblech angeordnet
ist. Dadurch wird eine einfache Ausführung des Schützes ermöglicht,
da bei der Ausgestaltung des Lichtbogenleitblechs nicht die Bewegungen
des beweglichen Kontakts berücksichtigt werden
müssen.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass die Schutzverkleidung eine Nut aufweist,
in die eine Führungsleiste
eines Gehäuses
des Schützes eingreift,
und dass die Schutzverkleidung an dem Gehäuse befestigt ist. Durch das
Zusammenwirken der Nut in der Schutzverkleidung und der Führungsleiste
an dem Gehäuse
des Schützes,
die vorzugsweise an der Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist, wird die
Position der Schutzverkleidung an dem Gehäuse des Schützes festgelegt. Die Schutzverkleidung
kann somit nicht an einer falschen Position angebracht werden. Zudem
ist eine einfache Befestigung der Schutzverkleidung an dem Gehäuse des Schützes möglich. Beispielsweise
kann die Führungsleiste
des Gehäuses
mit der Nut der Schutzverkleidung verklebt werden.
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Zweckmäßigerweise
kann vorgesehen werden, dass die Seitenwände eines Gehäuses des Schützes im
Bereich der mindestens einen Kontaktstelle mit einer Verstärkung aus
einem lichtbogenresistenten Material versehen sind. Wird der Schütz beispielsweise
im kritischen Strombereich, d. h. bei kleinen Strömen aber
hohen Spannungen und somit kleinen treibenden Kräften für die Lichtbögen, betrieben,
so werden die Lichtbögen
nicht sofort aus der Kontaktstelle weggeblasen. Es kann dann vorkommen,
dass sich die Lichtbögen
in der Gehäusewand einbrennen
und Schäden
verursachen. Durch die Verstärkung
werden diese Schäden
vermieden. Vorzugsweise sind als Verstärkung Platten aus lichtbogenresistenten
Materialen, beispielsweise Keramik wie Steatit oder Cordierit, vorgesehen.
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Noch
eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Bereich, in dem eine
Schaltstange eines Antriebs der Kontaktbrücke aus dem Antrieb austritt,
mit einer Schutzumhüllung
versehen ist. Für
diese und die folgenden Ausführungsformen
wird auch gesondert Schutz beansprucht. Durch die beim Öffnen der Kontaktstellen
des Schützes
entstehenden Schaltlichtbögen
wird im Inneren des Schützes,
beispielsweise in einer Lichtbogenlöscheinrichtung, in die die Lichtbögen mittels
der Blasfelder geblasen werden, Abbrand erzeugt. Um zu verhindern,
dass der Abbrand in das Gleitlager der Schaltstange fällt, ist
die Schutzumhüllung
vorgesehen. Beispielsweise kann ein Faltenbalg um den Austrittsbereich
der Schaltstange herum angebracht werden. Dies ist vor allem bei
einem horizontalen Einbau des Schützes relevant, bei dem die
Lichtbogenlöscheinrichtung über den
Kontaktstellen angeordnet ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 perspektivische
Teilansicht eines Schützes
im Schnitt im Öffnungsmoment,
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2 perspektivische
Teilansicht eines Schützes
im Schnitt nach Aktivierung der ersten Blasspule,
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3 perspektivische
Teilansicht eines Schützes
im Schnitt nach Aktivierung beider Blasspulen,
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4 vergrößerte Darstellung
des Bereiches um einen Festkontakt,
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5a dreidimensionale
vergrößerte Darstellung
der Schutzverkleidung,
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5b Schutzverkleidung
von hinten,
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6 vergrößerte Darstellung
der Befestigung der Schutzverkleidung an einem Gehäuse des Schützes,
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7 Teilschnitt
einer weiteren Ausführungsform
eines Schützes
mit einer Abbrandauffangvorrichtung,
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8 vergrößerte Darstellung
des Details VIII aus 7,
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9 Darstellung
einer Kontaktbrücke
eines Schützes
mit einer weiteren Ausführungsform
einer Abbrandauffangvorrichtung und
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10 vergrößerte Darstellung
der Kontaktstellen eines Schützes
mit der Abbrandauffangvorrichtung aus 9.
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In 1 ist
eine perspektivische Ansicht des Inneren eines Schützes 1 dargestellt.
Der Schütz
umfasst zwei Kontaktstellen 2, 3 mit jeweils einem
Festkontakt 4, 5 und je einem beweglichen Kontakt 6, 7. Die
beweglichen Kontakte 6, 7 der beiden Kontaktstellen
sind auf einer gemeinsamen Kontaktbrücke 8 angeordnet.
Die Kontaktbrücke 8 kann über einen Magnetantrieb
(nicht dargestellt) bewegt werden und aus einem Schließzustand
des Schützes 1,
in dem die beweglichen Kontakte 6, 7 die Festkontakte 4, 5 berühren und
somit die Kontaktstellen 2, 3 geschlossen sind,
in eine Offenstellung überführt werden.
In der Offenstellung sind die beweglichen Kontakte 6, 7 von
den Festkontakten 4, 5 getrennt. Aufgrund der hohen
Ströme
und hohen Spannungen, die mit dem Schütz geschaltet werden, entstehen
beim Öffnen der
Kontaktstellen Schaltlichtbögen 15, 16,
die sich zwischen dem jeweiligen Festkontakt 4, 5 und
dem zugehörigen
beweglichen Kontakt 6, 7 erstrecken.
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Benachbart
zu den Festkontakten 4, 5 ist an jeder Kontaktstelle 2, 3 ein
Lichtbogenleitblech 9, 10 angeordnet. Die Lichtbogenleitbleche 9, 10 sind durch
je einen Luftspalt 11, 12 von dem jeweiligen Festkontakt 4, 5 isoliert.
Die Lichtbogenleitbleche 9, 10 sind gebogen, so
dass sie mit der Kontaktschiene des jeweiligen Festkontakts 4, 5 eine
V-förmige Anordnung
ausbilden. Die Lichtbogenleitbleche 9; 10 sind
so geformt, dass sie zwischen den Kontaktstellen 2, 3 einen
Lichtbogenleitschacht 19 bilden, der im Wesentlichen senkrecht
zur Längserstreckung
der Kontaktbrücke 8 verläuft und
durch den die Lichtbögen 15 oder 16 (je
nach Lichtbogenlaufrichtung) mittels der Blasfelder der Primärblaseinrichtung
und der Blasspulen 17, 18 hindurch in Richtung
einer Lichtbogenlöscheinrichtung 24 geblasen
werden. Im Anschluss an den Lichtbogenleitschacht 19 weiten
sich die Lichtbogenleitbleche 9; 10. Benachbart
zu den Lichtbogenleitblechen 9; 10 ist die Lichtbogenlöscheinrichtung 24 angeordnet.
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Zwischen
dem jeweiligen Festkontakt 4, 5 und dem zugeordneten
Lichtbogenleitblech 9, 10 ist an jeder der Kontaktstellen 2, 3 eine
Primärblaseinrichtung 13, 14 angeordnet.
Im dargestellten Fall sind die Primärblaseinrichtungen 13, 14 als
Permanentmagneten ausgebildet. Es wäre aber auch denkbar, anstelle
der Permanentmagneten permanent stromdurchflossene Blasspulen einzusetzen.
Die Primärblaseinrichtungen 13, 14 sind
derart im Schütz
angeordnet, dass ihr Magnetfeld senkrecht zu den beim Öffnen der Kontaktstellen 2, 3 entstehenden
Schaltlichtbögen 15, 16 und
senkrecht zur Längserstreckung
der Kontaktbrücke 8 verläuft.
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Der
Schütz 1 umfasst
ferner zwei Blasspulen 17, 18, die ebenfalls in
dem V-förmigen
Bereich zwischen dem jeweiligen Festkontakt 4, 5 und
dem zugeordneten Lichtbogenleitblech 9, 10 angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die Blasspulen 17, 18 weiter von
der Kontaktstelle entfernt als die jeweilige Primärblaseinrichtung 13, 14.
Die erste Blasspule 17, die der ersten Kontaktstelle 2 zugeordnet
ist, ist elektrisch leitend mit dem Festkontakt 4 der Kontaktstelle 2 und
dem benachbart dazu angeordneten Lichtbogenleitblech 9 verbunden.
Da der Schütz
vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Längserstreckung
der Kontaktbrücke 8 zwischen
den beiden Kontaktstellen 2, 3 verlaufenden Ebene
ausgebildet ist, weist die Kontaktstelle 3 die gleichen Bauteile
auf wie die Kontaktstelle 2. Daher ist die zweite Blasspule 18 elektrisch
leitend mit dem Festkontakt 5 der zweiten Kontaktstelle 3 sowie
mit dem zugeordneten Lichtbogenleitblech 10 verbunden. Auch
hier ist die Primärblaseinrichtung 14 vorzugsweise
näher an
der Kontaktstelle 3 angeordnet als die Blasspule 18.
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Um
ein homogenes Blasfeld zu erhalten, ist der an der Kontaktstelle 2 angeordneten
Primärblaseinrichtung 13 ein
Polplattenpaar 20 zugeordnet. Die beiden Polplatten des
Polplattenpaars 20 befinden sich auf gegenüberliegenden
Seiten der Kontaktbrücke
B. Da der Schütz 1 im
Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, ist auch der zweiten
Primärblaseinrichtung 14 ein
Polplattenpaar 21 zugeordnet, dessen Polplatten sich auf
gegenüberliegenden
Seiten der Kontaktbrücke 8 befinden.
In 1 ist an jeder der Kontaktstellen 2, 3 nur
eine Polplatte der Polplattenpaare 20; 21 zu sehen.
Die Polplatten der Polplattenpaare 20; 21 bestehen
aus magnetisierbarem Material und werden durch die Primärblaseinrichtungen 13, 14 polarisiert
und erzeugen ein Primärblasfeld.
Die Polplattenpaare 20; 21 sind dabei so ausgebildet,
dass die von ihnen erzeugte Magnetfelder den Bereich der Kontaktstellen 2, 3 durchdringen.
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Auch
der ersten Blasspule 17 und der zweiten Blasspule 18 ist
je ein Polplattenpaar 22; 23 zugeordnet. Die Polplatten
der Polplattenpaare 22; 23 sind dabei so geformt,
dass sie vor allem den Bereich des Lichtbogenleitschachts 19 und
der Lichtbogenleitbleche 9; 10 überstrecken.
Da die Blasspulen 17, 18 erst dann aktiviert werden,
wenn ein Lichtbogenfußpunkt
eines Lichtbogens auf eines der Lichtbogenleitbleche 9, 10 überspringt,
müssen
die elektromagnetischen Blasfelder vor allem in diesem Bereich wirken.
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An
jeder der beiden Kontaktstellen 2; 3 ist benachbart
zu dem Luftspalt 11; 12 eine Schutzverkleidung 25, 26 angeordnet.
Die Schutzverkleidung 25, 26 ist zwischen dem
Luftspalt 11, 12 und den weiteren Bauteilen des
Schützes 1,
also den Primärblaseinrichtungen 13, 14 und
den Blasspulen 17, 18 angeordnet und erstreckt
sich von dem jeweiligen Festkontakt 4, 5 nach
oben zu dem jeweiligen Lichtbogenleitblech 9, 10,
so dass durch die Schutzverkleidungen 25, 26,
die Festkontakte 4, 5 und die jeweiligen Lichtbogenleitbleche 9, 10 ein
abgeschlossener Raum ausgebildet wird.
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In 4 ist
der Bereich um den Luftspalt 12 vergrößert dargestellt. Benachbart
zu dem Festkontakt 5 ist das zugehörige Lichtbogenleitblech 10 so angeordnet,
dass zwischen dem Ende des Festkontakts 5 und dem Ende
des Lichtbogenleitblechs 10 der Luftspalt 12 ausgebildet
wird. Zwischen dem Festkontakt 5 und dem Lichtbogenleitblech 10 erstreckt
sich die Schutzverkleidung 26. Dadurch bilden der Festkontakt 5,
das Lichtbogenleitblech 10 und die Schutzverkleidung 26 einen
Hohlraum aus, in den ein beim Aktivieren der Blasspule 18 entstehender
Lichtbogen 12 eindringen und verweilen kann, ohne Schaden
anzurichten. Die Schutzverkleidung 26 ist also zwischen
dem Luftspalt 12 und der Primärblaseinrichtung 15 angeordnet
und kann die Primärblaseinrichtung 14 teilweise
umgeben. Dadurch wird ein guter Schutz der Primärblaseinrichtung 14 ermöglicht.
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5a zeigt
eine perspektivische vergrößerte Darstellung
einer Schutzverkleidung 25, 26. Die Schutzverkleidung 25, 26 ist
aus einem lichtbogenresistenten Material ausgebildet. Vorzugsweise
wird dafür
ein keramisches Material eingesetzt, beispielsweise Steatit oder
Cordierit. Diese Materialien weisen eine gewisse Porosität auf, so
dass sie auch bei Temperaturschocks relativ stabil sind. Dies ist
insbesondere daher notwendig, da die Lichtbogentemperatur bis zu
20.000 Kelvin beträgt.
Sowohl der Randbereich 30 der Schutzverkleidung 25; 26,
der dem Lichtbogenleitblech zugeordnet ist, als auch der Randbereich 31 der
Schutzverkleidung 25; 26, der dem zugehörigen Festkontakt
zugeordnet ist, ist verstärkt
ausgebildet. Wird ein beim Zuschalten der Blasspulen entstehender
Lichtbogen 28, 29 in Richtung der Schutzverkleidung 25; 26 geblasen
und dort geweitet, so kommen die Endbereiche des Lichtbogens 28, 29 auf
den jeweiligen Randbereichen 30, 31 der Schutzverkleidung 25; 26 zu
liegen. Da die Endbereiche des Lichtbogens besonders destruktiv
sind, müssen
die Randbereiche 30, 31 der Schutzverkleidung 25; 26 verstärkt ausgebildet
werden. Zudem weist die Schutzverkleidung 25; 26 seitlich
auskragende Arme 32, 33 auf. Die Arme 32, 33 dienen
zusätzlich
zum Schutz der hinter der Schutzverkleidung 25; 26 angeordneten
Bauteile. Zudem kann die Schutzverkleidung 25, 26 mittels
der Arme 32, 33 mit einer Seitenwand des Gehäuses oder
mit einem Vorsprung an der Seitenwand des Gehäuses des Schützes verbunden,
z. B. verklebt werden.
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Wie
in 5b gezeigt, ist an der Rückseite 48 jeder Schutzverkleidung 25, 26 eine
Nut 49 vorgesehen. Über
die Nut 49 kann die Schutzverkleidung 25, 26 in
dem Gehäuse
des Schützes
befestigt und positioniert werden. Dazu ist eine Führungsleiste
an dem Gehäuse
des Schützes
ausgebildet, deren Form der Form der Nut 49 der Schutzverkleidung 25, 26 entspricht.
Die Schutzverkleidung 25, 26 kann also auf die
Führungsleiste
des Gehäuses
aufgesteckt werden, so dass die Führungsleiste in die Nut 49 eingreift.
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6 zeigt
einen Schnitt durch die Kontaktstelle 2 eines Schützes. Die
Schutzverkleidung 25 ist zwischen dem Festkontakt 4 und
dem Lichtbogenleitblech 9 angeordnet und schützt die
dahinter liegenden Bauteile des Schützes, beispielsweise die Primärblaseinrichtung 13.
An der Rückseite
der Schutzverkleidung 25 ist die Nut 49 vorgesehen,
in die eine Führungsleiste
des Gehäuses 34 des
Schützes 1 eingesteckt
ist. Die Führungsleiste 32 ist
vorzugsweise an einem Vorsprung 35 der Seitenwand des Gehäuses 34 ausgebildet,
wobei der Vorsprung 35 ins Innere des Schützes ragt.
Die Schutzverkleidung 25 ist so in dem Gehäuse 34 des
Schützes 1 angeordnet, dass
der Arm 32 an dem Vorsprung 35 anliegt. Die Schutzverkleidung 25 ist
an dem Arm 32 und der Nut 49 mit dem Vorsprung 35 bzw.
der Führungsleiste verklebt.
Die Befestigung der Schutzverkleidung 25 erfolgt also über das
Gehäuse 34 des
Schützes 1. Die
Schutzverkleidung 26 der zweiten Kontaktstelle 3 des
Schützes 1 ist
analog am Gehäuse 34 des
Schützes 1 befestigt.
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7 zeigt
einen Teilbereich einer weiteren Ausführungsform eines Schützes im
Teilschnitt. Für diese
Ausführungsform
und die in den folgenden Figuren gezeigten Ausführungsformen des Schützes wird
auch gesondert Schutz beansprucht. Schütz 1' ist im Wesentlichen genauso aufgebaut
wie der bereits beschriebene Schütz.
Für gleiche
Bauteile werden daher gleiche Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden
werden im Wesentlichen nur die Unterschiede dargestellt.
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7 zeigt
im Wesentlichen nur den Löschbereich
des Schützes 1', der Übersichtlichkeit
halber wurde die Kontaktbrücke
mit den darauf angeordneten beweglichen Kontakten weggelassen. Der Schütz 1' ist wieder
als Schütz
mit Doppelunterbrechung ausgebildet und umfasst zwei Festkontakte 4, 5.
Benachbart zu jedem der Festkontakte 4, 5 ist
ein Lichtbogenleitblech 9, 10 angeordnet. Die
Enden der Lichtbogenleitbleche 9, 10 sind etwas
beabstandet von den jeweiligen Festkontakten 4, 5 angeordnet,
so dass zwischen den Enden des Festkontaktes 4 und dem
zugeordneten Ende des Lichtbogenleitblechs 9 ein Luftspalt 11 ausgebildet
ist. Ebenso ist das Ende des Festkontaktes 5 beabstandet
zu dem entsprechenden Ende des Lichtbogenleitblechs 10 angeordnet,
so dass dort ein Luftspalt 12 ausgebildet ist. Zwischen
dem Festkontakt 4 und dem Lichtbogenleitblech 9 ist
eine Schutzverkleidung 25 angeordnet, die die weiteren
Bauteile des Schützes,
beispielsweise eine erste Primärblaseinrichtung 13 und
eine erste Blasspule 17 von dem Luftspalt 11 abschirmt.
Die Befestigung der Schutzverkleidung 26 erfolgt über das Gehäuse 34 des
Schützes 1'. Ebenso ist
zwischen dem zweiten Festkontakt 5 und dem zugeordneten zweiten
Lichtbogenleitblech 10 eine zweite Schutzverkleidung 26 angeordnet,
die die zweite Primärblaseinrichtung 14 und
die zweite Blasspule 18 gegenüber dem Luftspalt 12 abschirmt.
Im Bereich der beiden Kontaktstellen, d. h. hinter dem Festkontakt 4 und
dem Festkontakt 5 sind an den Seitenwänden des Gehäuses 34 Verstärkungen 36 aus
einem lichtbogenresistenten Material angeordnet. Als Verstärkung 36 wird
vorzugsweise eine Keramikplatte eingesetzt. Geeignete Materialien
sind Steatit oder Cordierit. Die Keramikplatten können beispielsweise
an der Gehäusewand
festgeklebt werden.
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Wie
in 7 deutlich zu sehen, sind die Lichtbogenleitbleche 9, 10 im
Bereich der Kontaktstellen, also benachbart zu dem Festkontakt 4 und dem
Festkontakt 5 im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildet.
Die Lichtbogenleitbleche bilden dort einen Lichtbogenleitschacht 19 aus.
Im Anschluss an den Lichtbogenleitschacht 19 weitet sich
der Abstand zwischen dem Lichtbogenleitblech 9 und dem
Lichtbogenleitblech 10, so dass ein Lichtbogen zwischen den
Lichtbogenleitblechen 9, 10 gestreckt wird. Oberhalb
der Lichtbogenleitbleche 9, 10 ist die Lichtbogenlöscheinrichtung 24 des
Schützes 1' angeordnet.
Zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung 24 und
den Lichtbogenleitblechen 9, 10 ist eine Auffangwanne 37 angeordnet.
Die Auffangwanne 37 ist also über der Kontaktbrücke angeordnet.
Die Auffangwanne 37 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial,
beispielsweise einem Duroplast. Über
vier Zapfen 38 ist die Auffangwanne 37 an der
Seitenwand des Gehäuses 34 befestigt.
Zwischen der Seitenwand des Gehäuses 34 und
der Auffangwanne 37 ist dabei ein Spalt ausgebildet. An
den Kontaktstellen entstehende Schaltlichtbögen werden durch die Blaseinrichtungen 13, 14, 17, 18 durch
den Lichtbogenleitschacht 19 in Richtung der Löscheinrichtung 24 des
Schützes 1' geblasen. Dabei
werden die Lichtbögen
an den Lichtbogenleitblechen 9, 10 geweitet, laufen
an der Auffangwanne 37 vorbei und werden in der Löscheinrichtung 24 schließlich zum
Erlöschen
gebracht. Dabei entstehen regelmäßig, insbesondere
in der Löscheinrichtung 24,
Abbrandpartikel, die erheblichen Schaden verursachen können, wenn
sie in die Kontaktstellen fallen. Dies ist insbesondere bei einer horizontalen
Einbaulage des Schützes 1' kritisch, bei der
die Löscheinrichtung 24 über den
Kontaktstellen angeordnet ist. Daher ist eine Auffangvorrichtung
für die
Abbrandpartikel in Form der Auffangwanne 37 vorgesehen.
Die Auffangwanne 37 ist vorzugsweise so groß, dass
sie die Kontaktstellen überragt.
Aus der Löscheinrichtung 24 herabfallende
Abbrandpartikel werden daher in der Auffangwanne 37 aufgefangen. Die
Abbrandpartikel, die an der Auffangwanne 37 vorbei fallen,
treffen nicht mehr auf die Kontaktbrücke auf, sondern sammeln sich
im Bereich des Antriebs der Kontaktbrücke. Die Auffangwanne 37 ist
im Querschnitt vorzugsweise V-förmig.
Die Auffangwanne 37 verjüngt sich also an ihrer der
Kontaktbrücke
zugewandten Unterseite und läuft
spitz zu. Dadurch wird erreicht, dass die Lichtbögen beidseitig an der Auffangwanne 37 vorbei
in Richtung der Lichtbogenlöscheinrichtung 34 laufen
und nicht an der Auffangwanne 37 verweilen.
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8 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des Bereiches VIII aus 7. In diesem Bereich ist die Befestigung
der Auffangwanne 37 an der Seitenwand des Gehäuses 34 dargestellt.
Es ist deutlich zu erkennen, dass die Auffangwanne 37 im
Querschnitt V-förmig
ist, so dass Lichtbögen
an den Seitenwänden
der Auffangwanne 37 vorbei in Richtung der Löscheinrichtung 24 getrieben
werden und nicht an der Unterseite der Auffangwanne 37 verweilen.
Die Auffangwanne 37 weist Zapfen 38 auf, die in
Vertiefungen 40 der Seitenwand des Gehäuses 34 aufgenommen
werden. Dabei entsteht zwischen der jeweiligen Seitenwand des Gehäuses 34 und
der Auffangwanne 37 ein Spalt 41. Um die Zapfen 38 vor
den Lichtbögen
zu schützen,
ist der Bereich der Zapfen 38, der in dem Spalt 41 angeordnet
ist, von einem Metallelement 39 umgeben. Beispielsweise
kann dazu eine Bronzehülse
eingesetzt werden. Die Metallelemente 39 werden durch die
Lichtbögen
nicht beschädigt.
Die Auffangwanne 37 ist symmetrisch direkt über der
Kontaktbrücke
in dem Bereich der Lichtbogenleitung zwischen den Lichtbogenleitstücken 9, 10 positioniert.
Die Breite der zwischen der Auffangwanne 37 und den beiden
Seitenwänden
des Gehäuses 34 ausgebildeten
Luftspalte 41 beträgt
ca. 4 mm. Die Schaltlichtbögen
bewegen sich aufgrund der Blasfelder durch diese Luftspalte 41 nach
dem Zufallsprinzip auf beiden Seiten der Auffangwanne 37 in den
oberen Bereich der Löschkammer.
Nach Umlaufen der Auffangschale 37 erfolgt die Lichtbogenentfaltung
und die Lichtbogenlöschung
in der Lichtbogenlöscheinrichtung 24.
Aufgrund der hohen Lichtbogenlaufgeschwindigkeit wird die Auffangwanne 37, die
vorzugsweise aus einem duroplastischen Kunststoff besteht, auch
bei hohen Schaltspielzahlen nicht beschädigt. Die Schalteigenschaften
des Schützes werden
durch die Auffangwanne 37 in keinem Bereich signifikant
verändert.
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9 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Auffangvorrichtung für
Abbrand. Der Aufbau des Schützes
mit dieser Auffangvorrichtung für
den Abbrand entspricht im Wesentlichen den bereits beschriebenen
Schützen.
Für gleiche
Bauteile werden daher gleiche Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden
werden im Wesentlichen nur die Unterschiede dargestellt.
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In 9 ist
lediglich die Kontaktbrücke 8 eines
Schützes
mit einem Kontaktbrückenantrieb 42 dargestellt.
Auf der Kontaktbrücke 8 ist
ein U-förmiges
Abweisblech 43 angeordnet. Dieses Abweisblech 43 dient
als Abbrandauffangvorrichtung für Schütze mit
kleineren Luft- und Kriechstrecken, in denen aus Platzgründen keine
Auffangwanne eingesetzt werden kann. Durch das Abweisblech 43 wird, ebenso
wie durch die Auffangwanne, verhindert, dass im Schütz entstehende
Abbrandpartikel auf die Kontaktstellen fallen und dadurch verursachen,
dass keine stabile Kontaktgabe erfolgt, wodurch hohe thermische
Belastungen im Schütz
entstehen können.
Das U-förmige
Abweisblech 43 ist auf der von den Kontaktstellen abgewandten
Seite der Kontaktbrücke 8 angeordnet,
so dass die Schenkel 44, 45 des Abweisblechs 43 im
Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung
der Kontaktbrücke 8 verlaufen
und von der Kontaktbrücke
nach außen
in Richtung der Lichtbogenlöscheinrichtung
ragen. Die Schenkel 44, 45 sind dabei benachbart
zu dem jeweiligen beweglichen Kontakt 6, 7 angeordnet.
Entstehender Abbrand wird daher im Inneren des U-förmigen Abweisblechs 43 gesammelt
oder fällt
seitlich an der Kontaktbrücke
vorbei. Um den Antrieb 42 der Kontaktbrücke 8 vor Verunreinigungen
zu schützen
ist deshalb vorgesehen, dass an der Stelle, an der eine Schaltstange 46 des
Antriebs 42 aus dem Antrieb austritt und in den Schütz eintritt,
eine Schutzumhüllung
angeordnet ist. Beispielsweise kann ein Faltenbalg 47 eingesetzt
werden. Diese Schutzumhüllung
bzw. der Faltenbalg 47 wird vorzugsweise auch bei Schützen eingesetzt,
in denen eine Auffangwanne vorgesehen ist. Durch den Faltenbalg 47 wird
verhindert, dass die Abbrandpartikel in das Gleitlager der Schaltstange 46 hineinfallen
und somit den Antrieb der Kontaktbrücke 8 blockieren.
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10 zeigt
den Bereich der Kontaktstellen 2, 3 eines Schützes mit
einem U-förmigen
Abweisblech im Schließzustand.
Das U-förmige
Abweisblech 43 ist in der Mitte der Kontaktbrücke 8 angeordnet.
Der Abstand zwischen den Schenkeln 44, 45 des U-förmigen Abweisblechs 43 ist
dabei so gewählt, dass
er etwas größer ist,
als der Abstand zwischen den den Kontaktstellen 2, 3 zugewandten
Enden der Lichtbogenleitbleche 9, 10. In der Schließstellung des
Schützes
kommen die Schenkel 44, 45 des Abweisblechs 43in
den Luftspalten 11, 12 zu liegen, die zwischen
dem jeweiligen Festkontakt 4; 5 und dem zugeordneten
Lichtbogenleitblech 9; 10 ausgebildet sind.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Schütz 1 eine
Doppelunterbrechung mit zwei Kontaktstellen 2, 3 auf.
Es wäre
aber auch denkbar, den Schütz
als einfach unterbrechenden Schütz
auszubilden, der dann nur eine Kontaktstelle aufweist. Diese eine
Kontaktstelle kann so ausgebildet sein, wie eine der beiden oben
beschriebenen Kontaktstellen.
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Im
Folgenden werden nun anhand der 1 bis 3 die
Vorgänge
in dem Schütz 1 beim Öffnen der
Kontaktstellen 2, 3 beschrieben. In der anderen Ausführungsform
des Schützes
laufen diese Vorgänge
im Wesentlichen genauso ab. In 1 ist der Schütz 1 im Öffnungsmoment
dargestellt. Über
den Magnetantrieb (nicht dargestellt) oder über eine andere Betätigungsvorrichtung
wird die Kontaktbrücke 8 nach
unten bewegt, so dass die darauf angeordneten beweglichen Kontakte 6, 7 von
den Festkontakten 4, 5 getrennt werden. Die beiden
Kontaktstellen 2, 3 werden also geöffnet. Dabei
entstehen an den Kontaktstellen 2, 3 Schaltlichtbögen 15, 16,
die sich jeweils zwischen dem Festkontakt 4; 5 und
dem zugehörigen
beweglichen Kontakt 6; 7 erstrecken. Das von den
Primärblaseinrichtungen 13, 14 erzeugte Primärblasfeld
wirkt sofort auf die Schaltlichtbögen 15, 16 ein.
Im dargestellten Fall sind die Primärblaseinrichtung 13, 14 als
Permanentmagneten ausgebildet, die in einer Richtung senkrecht zur
Längsachse der
Kontaktbrücke 8 entgegengesetzt
zueinander polarisiert sind. Dadurch werden die beiden Schaltlichtbögen 15, 16 nach
links geblasen. Dies ist in 2 dargestellt.
Der linke Schaltlichtbogen 15 wird gestreckt, der rechte
Lichtbogen 16 kommutiert vom Festkontakt 5 auf
das Lichtbogenleitblech 10. Ein Fußpunkt des Lichtbogens 16 überspringt
also den Luftspalt 12. Dadurch wird die zweite Blasspule 18 aktiviert.
Die Induktivität
dieser Blasspule 18 wirkt einem sprunghaften Stromanstieg
entgegen. Die Stromübernahme
durch die Blasspule 18 erfolgt ansteigend nach einer E-Funktion.
Daher bildet sich am Luftspalt 12 ein zweiter Lichtbogen 28 aus.
Durch diesen sich parallel zu der Blasspule 18 ausbildenden
Strompfad wird der Differenzstrom zu dem Hauptkreisgesamtstrom realisiert.
Um den Bereich um den Luftspalt 12 gegen eventuelle Lichtbogenschädigung durch
den Lichtbogen 28 zu schützen, ist zwischen dem Lichtbogenleitblech 10 und
dem Festkontakt 5 die Schutzverkleidung 26 angeordnet.
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Der
Stromkreis im Schütz 1 ist
nun immer noch geschlossen und der Strom fließt von dem Festkontakt 4 über den
Lichtbogen 15, die Kontaktbrücke 8, den Lichtbogen 16,
das Lichtbogenleitblech 10 und die zweite Blasspule 18 zum
Festkontakt 5. Parallel zu dem Strompfad über die
zweite Blasspule 18 ist durch den Lichtbogen 28 ein
zweiter Strompfad ausgebildet. Wird der Strom voll durch die Blasspule 18 übernommen,
so erlöscht
dieser Lichtbogen 28. Es existiert dann nur mehr ein Strompfad.
Da die Blasspule 18 nun aktiviert ist, erzeugt sie ein
elektromagnetisches Blasfeld, das auf den Lichtbogen 16 einwirkt.
Dies führt
dazu, dass der zweite Lichtbogenfußpunkt des Lichtbogens 16 von
der Kontaktbrücke 8 auf
das Lichtbogenleitblech 9 überspringt (siehe 3).
Der Lichtbogen 15 erlöscht.
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Da
auch die erste Blasspule 17 aufgrund der Induktivität der Blasspule
den Strom nur allmählich (ansteigend
nach einer E-Funktion) übernehmen kann,
bildet sich auch hier ein paralleler Strompfad aus, indem am Luftspalt 11 ein
Sekundärlichtbogen 29 entsteht.
Durch die Schutzverkleidung 25 werden die Bauteile der
zweiten Kontaktstelle 2 vor dem Sekundärlichtbogen 29 geschützt. Auch
dieser Sekundärlichtbogen 29 erlischt
zum Zeitpunkt voller Stromübernahme
durch die Blasspule 17.
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Durch
die Blasfelder der ersten Blasspule 17 und der zweiten
Blasspule 18 wird der noch vorhandene Lichtbogen 16 in
Richtung der Lichtbogenlöscheinrichtung 24 geblasen,
geweitet und schließlich zum
Erlöschen
gebracht. Durch die keramischen Schutzverkleidungen 25, 26 wird
sichergestellt, dass die Sekundärlichtbögen 28, 29,
die bei der Aktivierung der beiden Blasspulen 17, 18 entstehen,
keine Lichtbogenschädigungen
im Schütz
hervorrufen. Die Schutzverkleidungen 25, 26 müssen also
in dem Bereich angeordnet, in dem beim Zuschalten der Blasspulen
ein Lichtbogen entsteht.
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Um
die Kontaktstellen 2, 3 auch bei horizontaler
Einbaulage, in der die Lichtbogenlöscheinrichtung 24 über den
Kontaktstellen 2, 3 angeordnet ist, vor Abbrandpartikeln
zu schützen,
können
Abbrand-Auffangvorrichtungen, beispielsweise eine Auffangwanne 37 oder
ein Abweisblech 43, zwischen der Kontaktbrücke 8 und
der Lichtbogenlöscheinrichtung 24 vorgesehen
werden.