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Die
Erfindung betrifft einen Erdungsschalter nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Bekannte
Mittelspannungsschaltanlagen enthalten häufig Erdungsschalter, die in
einer geschlossenen Stellung die Erdung von bestimmten Komponenten
der Schaltanlage sicherstellen. Bekannte Erdungsschalter weisen
einen Festkontakt und einen beweglichen Kontakt auf, wobei der bewegliche
Kontakt mechanisch von einer geöffneten
in die geschlossene Stellung und umgekehrt bewegt werden kann.
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Beim Übergang
in die geschlossene Stellung ist es möglich, dass – bevor
der Erdungsschalter seine geschlossene Stellung erreicht – ein Lichtbogen zwischen
dem Festkontakt und dem beweglichen Kontakt entsteht. Dies hat zur
Folge, dass es zu Aufschmelzungen des beweglichen und des Festkontakts
kommt. Dies kann dazu führen,
dass im geschlossenen Zustand des Erdungsschalters die nunmehr aneinander
anliegenden Kontakte zumindest in einem gewissen Umfang miteinander
verschweißen. Soll
danach der Erdungsschalter wieder geöffnet werden, so erfordert
dies einen erhöhten
mechanischen Aufwand, um die entstandenen Verschweißungen wieder
aufzubrechen. Im Extremfall ist die Verschweißung so stark, dass der Erdungsschalter nicht
mehr betätigt
werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen elektrischen Erdungsschalter zu schaffen,
der die Möglichkeit
eines Verschweißens
der Kontakte vermindert.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch einen Erdungsschalter nach dem Anspruch 1.
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Der
erfindungsgemäße elektrische
Erdungsschalter ist mit einem Festkontakt und einem beweglichen
Kontakt versehen. Der bewegliche Kontakt ist von einer geöffneten
in eine geschlossene Stellung und umgekehrt bewegbar. Erfindungsgemäß weisen der
Festkontakt und der bewegliche Kontakt Abbrandkontakte aus einem
elektrisch leitfähigen
Material mit einem hohen Schmelzpunkt auf.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die
Abbrandkontakte derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass sich
die Fußpunkte
eines sich bei einer Bewegung des beweglichen Kontakts gegebenenfalls
ausbildenden Lichtbogens in bestimmbaren Bereichen der Abbrandkontakte
befinden, und dass sich diejenigen Bereiche der Abbrandkontakte,
in denen sich die Fußpunkte
des Lichtbogens befinden, in der geschlossenen Stellung des Erdungsschalters
nicht berühren.
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Wenn
somit beim Übergang
in die geschlossene Stellung des Erdungsschalters durch den Lichtbogen
irgendwelche Aufschmelzungen an den Abbrandkontakten entstehen,
so hat dies bei dem erfindungsgemäßen Erdungsschalter keine Folgen.
Dies ergibt sich daraus, dass sich die Bereiche der Aufschmelzungen
in der geschlossenen Stellung des Erdungsschalters nicht berühren. Damit
können
sich die Aufschmelzungen der Abbrandkontakte in der geschlossenen
Stellung auch nicht miteinander verschweißen. Bei dem erfindungsgemäßen Erdungsschalter
können
somit keine Verschweißungen
des Festkontakts und des beweglichen Kontakts entstehen. Der erfindungsgemäße elektrische
Erdungsschalter kann damit ohne einen größeren mechanischen Aufwand
wieder geöffnet
werden.
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Die
Vermeidung von Verschweißungen
zwischen dem Festkontakt und dem beweglichen Kontakt bringt somit
den wesentlichen Vorteil mit sich, dass beim Öffnen des Erdungsschalters
kein mechanischer Aufwand zum Aufbrechen derartiger Verschweißungen erforderlich
ist. Der für
die Betätigung des
Erdungsschalters erforderliche Antrieb muss damit noch geringere
mechanische Bedingungen erfüllen
als vergleichbare bekannte Erdungsschalter.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Bereiche der Abbrandkontakte,
in denen sich die Fußpunkte
des Lichtbogens befinden, im wesentlichen als Kuppen der Abbrandkontakte
ausgebildet. Derartige Kuppen haben sich als besonders vorteilhafte
Fußpunkte
für Lichtbögen herausgestellt.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der
geschlossenen Stellung des Erdungsschalters eine elektrische Verbindung über Flächen geführt, die
sich von den Bereichen der Abbrandkontakte, in denen sich die Fußpunkte
des Lichtbogens befinden, örtlich
unterscheiden. Damit wird gewährleistet,
dass in der geschlossenen Stellung des Erdungsschalters keine Verschweißungen zwischen
dem Festkontakt und dem beweglichen Kontakt entstehen.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Erdungsschalters
in einer geöffneten
Stellung, 2a, 2b zeigen
eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf den Erdungsschalter der 1 in
einer Zwischenstellung, und 3a, 3b zeigen eine
Seitenansicht und eine Draufsicht auf den Erdungsschalter der 1 in
einer geschlossenen Stellung.
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In
der 1 ist ein Erdungsschalter 10 dargestellt,
mit dem eine elektrische Verbindung nach Erde bzw. Masse mittels
einer mechanischen Betätigung
hergestellt oder unterbrochen werden kann. Der Erdungsschalter 10 kann
insbesondere bei einer Mittelspannungsschaltanlage zum Einsatz kommen.
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Der
Erdungsschalter 10 weist einen Festkontakt 11 und
einen beweglichen Kontakt 12 auf. Sind die beiden Kontakte 11, 12 getrennt
voneinander angeordnet, wie dies in der 1 der Fall
ist, so liegt keine elektrische Verbindung vor. In der 1 ist
daher die geöffnete
Stellung des Erdungsschalters 10 dargestellt. Sind die
beiden Kontakte 11, 12 hingegen derart angeordnet,
dass sie sich berühren,
wie dies in den 3a, 3b der
Fall ist, so ist eine elektrische Verbindung vorhanden. In den 3a, 3b ist
daher die geschlossene Stellung des Erdungsschalters 10 dargestellt.
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Der
Festkontakt 11 ist über
eine isolierende Halterung 14 an einem Träger 15 befestigt.
Gemäß der Seitenansicht
der 1 besitzt der Festkontakt 11 eine etwa
U-förmige
Gestalt und besteht aus Metall, beispielsweise aus Kupfer. Mit einem
ersten Schenkel 17 ist der Festkontakt 11 vorzugsweise etwa
lotrecht an der Halterung 14 angebracht. Über eine
Querverbindung 18 ist ein zweiter Schenkel 19 vorhanden,
der etwa parallel zum ersten Schenkel 17 ausgerichtet ist.
Der zweite Schekel 19 ist auf der der Halterung 14 zugewandten
Seite des ersten Schenkels 17 angeordnet. Weiterhin ist
der zweite Schenkel 19 kürzer als der erste Schenkel,
so dass das freie Ende des zweiten Schenkels 19 einen Abstand zu
der Halterung 14 aufweist.
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Im Übergangsbereich
von dem ersten Schenkel 17 zu der Querverbindung 18 ist
ein Abbrandkontakt 21 vorgesehen, der aus einem elektrisch
leitfähigen
Material mit einem möglichst
hohen Schmelzpunkt besteht. Der Abbrandkontakt 21 ist in der
Form eines Fingerhuts ausgebildet, auf den ersten Schenkel 17 aufgesteckt
und in Richtung des ersten Schenkels 17 ausgerichtet. Eine
etwa halbkugelförmig
ausgebildete Kuppe 22 des Abbrandkontakts 21 steht über den
ersten Schenkel 17 über.
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Der
bewegliche Kontakt 12 ist in nicht-dargestellter Weise
um eine Achse 24 schwenkbar an dem Träger 15 gehalten. Der bewegliche
Kontakt 12 kann aus der in der 1 gezeigten
Stellung um etwa 90 Grad in die in der 3a gezeigte
Stellung und umgekehrt geschwenkt werden.
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Der
bewegliche Kontakt 12 besteht aus zwei messerartigen Stangen 26, 27.
Es wird hierzu insbesondere auf die Draufsicht der 2b verwiesen.
Die beiden Stangen 26, 27 bestehen aus Metall,
insbesondere aus Kupfer. Die beiden Stangen 26, 27 sind gleichartig
ausgestaltet und parallel zueinander angeordnet und ausgerichtet.
Die beiden Stangen 26, 27 besitzen vorzugsweise
einen U-förmigen
Querschnitt, wobei die Schenkel in entgegengesetzte Richtungen weisen.
Dies ist in der Draufsicht der 3b gestrichelt
angedeutet.
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An
den freien Enden der beiden Stangen 26, 27 ist
jeweils ein Abbrandkontakt 28, 29 angebracht, die
aus einem elektrisch leitfähigen
Material mit einem möglichst
hohen Schmelzpunkt bestehen. Die Abbrandkontakte 28, 29 sind
jeweils in der Form eines Fingerhuts ausgebildet und vorzugsweise
etwa lotrecht zur Längsrichtung
der Stangen 26, 27 ausgerichtet. Die etwa halbkugelförmig ausgebildeten
Kuppen 30, 31 der Abbrandkontakte 28, 29 stehen über die
Stangen 26, 27 über und weisen etwa in Richtung zu
dem Abbrandkontakt 21 des Festkontakts 11.
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Der
Abstand der beiden Stangen 26, 27 des beweglichen
Kontakts 12 in Richtung der Achse 24 entspricht
der Breite des zweiten Schenkels 19 des Festkontakts 11 in
derselben Richtung. Dies ergibt sich insbesondere aus den Draufsichten
der 2b, 3b. In der geschlossenen Stellung
des Erdungsschalters 10 gemäß den 3a, 3b befindet sich
somit der zweite Schenkel 19 des Festkontakts 11 zwischen
den beiden Stangen 26, 27 des beweglichen Kontakts 12.
Der zweite Schenkel 19 liegt dabei derart an den beiden
Stangen 26, 27 an, dass ein elektrischer Kontakt
vorhanden ist.
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Wie
bereits erwähnt
wurde, zeigt die 1 die geöffnete Stellung des Erdungsschalters 10.
Aufgrund des Abstands des beweglichen Kontakts 12 von dem
Festkontakt 11 besteht keine elektrische Verbindung zwischen
den Kontakten 11, 12 und es kann auch kein Lichtbogen
insbesondere zwischen den Abbrandkontakten 21, 28, 29 entstehen.
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Es
wird nunmehr davon ausgegangen, dass der bewegliche Kontakt 12 durch
eine wie auch immer mittels eines Antriebs hervorgerufene mechanische
Betätigung
um die Achse 24 in Richtung zu dem Festkontakt 11 geschwenkt
wird. Irgendwann erreicht der bewegliche Kontakt 12 dann
die in den 2a, 2b gezeigte
Zwischenstellung. In dieser Zwischenstellung zwischen der geöffneten
Stellung der 1 und der geschlossenen Stellung
der 3a, 3b ist der Abstand des beweglichen
Kontakts 12 von dem Festkontakt 11 so gering geworden,
dass ein stromführender
Lichtbogen entsteht.
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In
der 2b sind zwei Lichtbögen 33, 34 dargestellt,
von denen sich der erste Lichtbogen 33
von dem Abbrandkontakt 28der
ersten Stange 26 zu dem Abbrandkontakt 22 des
Festkontakts 11 und der zweite Lichtbogen 34 von
dem Abbrandkontakt 29 der zweiten Stange 27 zu
dem Abbrandkontakt 22 des Festkontakts 11 erstreckt.
Der vorstehend genannte stromführende
Lichtbogen wird zumindest von einem dieser beiden Lichtbögen 33, 34 gebildet. Nachfolgend
wird davon ausgegangen, dass nur der Lichtbogen 33 vorhanden
ist. Es versteht sich, dass die nachfolgenden Erläuterungen
in entsprechender Weise auch für
den Lichtbogen 34 gelten, sofern er vorhanden ist.
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Wenn
sich ein Lichtbogen zwischen zwei Abbrandkontakten erstreckt, so
hängt die
Lage der Fußpunkte
dieses Lichtbogens ganz allgemein von der Ausbildung der Abbrandkontakte
sowie von deren Anordnung zueinander ab. Die Bereiche, in denen sich
die Fußpunkte
bewegen, können
insbesondere aus dem elektrodynamischen Verhalten des Lichtbogens
abgeleitet und/oder durch Versuche ermittelt werden.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet
sich der Fußpunkt
des Lichtbogens 33 aufgrund der Ausgestaltung der Abbrandkontakte 21, 28 auf
der Kuppe 30 des Abbrandkontakts 28 des beweglichen
Kontakts 12 sowie auf der Kuppe 22 des Abbrandkontakts 21 des
Festkontakts 11. Dies ergibt sich insbesondere aus der 2a.
Die erläuterten Bereiche
der Abbrandkontakte 21, 28 befinden sich also
vorliegend auf den Kuppen 22, 30 der Abbrandkontakte 21, 28.
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In
der Zwischenstellung der 2a, 2b ist
es aufgrund der hohen Temperaturen des Lichtbogens 33 möglich, dass
es in den Bereichen der Kuppen 22, 30 der Abbrandkontakte 21, 28 gegebenenfalls
zu sogenannten Aufschmelzungen kommt. Dies bedeutet, dass das dort
vorhandene Material der Abbrandkontakte 21, 28 in
einem gewissen Umfang schmilzt und dadurch in einen weichen oder
nahezu flüssigen
Zustand übergeht.
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Es
wird nunmehr davon ausgegangen, dass der bewegliche Kontakt 12 durch
die erwähnte
mechanische Betätigung
weiter um die Achse 24 in Richtung zu dem Festkontakt 11 geschwenkt
wird. Irgendwann erreicht der bewegliche Kontakt 12 dann die
in den 3a, 3b gezeigte
geschlossene Stellung des Erdungsschalters 10.
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Wie
bereits erwähnt
wurde, befindet sich nunmehr der zweite Schenkel 19 des
Festkontakts 11 zwischen den beiden Stangen 26, 27 des
beweglichen Kontakts 12, so dass eine elektrische Verbindung
vorhanden ist. Diese elektrische Verbindung ist dabei nicht über die
erläuterten
Bereiche der Abbrandkontakte 28, 29, 21 der
beweglichen und des Festkontakts 12, 11 geführt, sondern
unabhängig
von diesen Bereichen. So führt
die elektrische Verbindung zwischen dem Festkontakt 11 und
dem beweglichen Kontakt 12 von dem zweiten Schenkel 19 des Festkontakts 11 zu
den beiden Stangen 26, 27 des beweglichen Kontakts 12.
Wie sich insbesondere aus der 3b ergibt,
liegen diejenigen Flächen 36 des zweiten
Schenkels 19, die in derselben Ebene liegen wie die U-Form
des Festkontakts 11, an den einander zugewandten Flächen 37 der
beiden Stangen 26, 27 an. Diese Flächen 36, 37 befinden
sich somit in der geschlossenen Stellung des Erdungsschalters 10 der 3a, 3b örtlich in
einem völlig
anderen Bereich des Erdungsschalters 10 als die Kuppen 22, 30, 31 der
Abbrandkontakte 21, 28, 29.
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Weiterhin
kann den 3a, 3b entnommen
werden, dass sich auch die Kuppen 30, 31 der Abbrandkontakte 28, 29 des
beweglichen Kontakts 12 örtlich in einem völlig anderen
Bereich des Erdungsschalters 10 befinden als die Kuppe 22 des
Abbrandkontakts 21 des Festkontakts 11. Insbesondere geht
aus den 3a, 3b hervor,
dass sich die die Kuppen 30, 31 der Abbrandkontakte 28, 29 des beweglichen
Kontakts 12 und die Kuppe 22 des Abbrandkontakts 21 des
Festkontakts 11 in der geschlossenen Stellung des Erdungsschalters 10 nicht berühren können.
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Beim Übergang
in die in den 3a, 3b gezeigte
geschlossene Stellung des Erdungsschalters 10 kommutiert
der Strom von dem Lichtbogen 33 auf die vorstehend erläuterte elektrische
Verbindung. Der Lichtbogen 33 erlöscht damit. Aufgrund der galvanischen
Verbindung über
die einander berührenden
Flächen 36, 37 entsteht
dort kein Lichtbogen.
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Wie
erläutert
wurde, kann es beim Übergang in
die geschlossene Stellung des Erdungsschalters 10 im Bereich
der Kuppen 22, 30, 31 der Abbrandkontakte 21, 28, 29 gegebenenfalls
zu sogenannten Aufschmelzungen kommen. Wie ebenfalls erläutert wurde,
können
sich die Kuppen 30, 31 der Abbrandkontakte 28, 29 des
beweglichen Kontakts 12 und die Kuppe 22 des Abbrandkontakts 21 des
Festkontakts 11 in der geschlossenen Stellung des Erdungsschalters 10 jedoch
nicht berühren.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass diejenigen Bereiche, in denen sich
die erläuterten
Fußpunkte
des Lichtbogens 33 befinden, in der geschlossenen Stellung
des Erdungsschalters 10 nicht in Kontakt miteinander kommen
können
und sich damit nicht berühren.
Damit ist es nicht möglich,
dass sich die Abbrandkontakte 28, 29 des beweglichen
Kontakts 12 und der Abbrandkontakt 21 des Festkontakts 11 aufgrund
der durch den Lichtbogen 33 entstehenden Aufschmelzungen in
der geschlossenen Stellung des Erdungsschalters 10 miteinander
verschweißen.
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Weiterhin
wurde erläutert,
dass die elektrische Verbindung im geschlossenen Zustand des Erdungsschalters 10 über die
Flächen 36, 37 führt, also über einen
völlig
anderen Bereich des Erdungsschalters 10 als die Kuppen 22, 30, 31 der
Abbrandkontakte 21, 28, 29. Auch insoweit
kann somit keine Verschweißung
der Abbrandkontakte 28, 29 des beweglichen Kontakts 12 und
des Abbrandkontakts 21 des Festkontakts 11 entstehen.
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Es
versteht sich, dass der Festkontakt 11 und der bewegliche
Kontakt 12 auch andersartig ausgebildet sein können.
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Insbesondere
versteht es sich, dass der bewegliche Kontakt 12 auch mittels
einer andersartigen Bewegung, beispielsweise mittels einer linearen
Bewegung, von einer geöffneten
Stellung in eine geschlossene Stellung des Erdungsschalters 10 übergehen
kann.
