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Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Löschvorrichtung für ein Schutzschaltgerät, welches vorzugsweise als Leistungsschalter, als Leitungsschutzschalter oder als Fehlerstromschutzschalter ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schutzschaltgerät, welches beispielsweise als Leistungsschalter, als Leitungsschutzschalter oder als Fehlerstromschutzschalter ausgebildet sein kann und eine derartige Lichtbogen-Löschvorrichtung zur Löschung eines beim Öffnen eines Schaltkontakts des Schutzschaltgerätes entstehenden Lichtbogens aufweist.
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Schutzschaltgeräte, beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter, werden über Anschlussklemmen mit einer elektrischen Leitung elektrisch leitend verbunden und dienen dazu, bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen Leitung zu unterbrechen. Hierzu weisen die Schutzschaltgeräte einen Schaltkontakt mit einem ortsfesten Festkontaktstück sowie einem relativ dazu beweglichen Bewegkontaktstück auf. Das Bewegkontaktstück ist dabei über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes betätigbar, so dass der Schaltkontakt geöffnet und geschlossen werden kann. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
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Wird der Schaltkontakt zu einem Zeitpunkt geöffnet, zu dem Strom über den Schaltkontakt fließt, so bildet sich beim Öffnen des Schaltkontakts zwischen dem Festkontaktstück und dem Bewegkontaktstück ein Lichtbogen aus. Zum Löschen des Lichtbogens weisen herkömmliche Schutzschaltgeräte zumindest eine sogenannte Löschkammer auf in die der Lichtbogen geleitet wird, um ihn möglichst schnell zum Erlöschen zu bringen. Derartigen Löschkammern weise eine Vielzahl nebeneinander angeordneter und voneinander beabstandeter Löschbleche auf. Wird der Lichtbogen in die Löschkammer getrieben, so teilt er sich bei Auftreffen auf die Löschbleche in mehrere Teil-Lichtbögen auf, welche anschließend zwischen den einzelnen Löschblechen brennen. Aufgrund der mehreren, elektrisch sequentiell hintereinander geschalteten Teil-Lichtbögen tritt eine höhere Bogenspannung auf, was in der Folge zu einem schnelleren Erlöschen des Lichtbogens führt. Die Energie in der Löschkammer kann dadurch niedrig gehalten werden, die Schaltleistung bzw. das Schaltvermögen des Schutzschaltgerätes wird dadurch verbessert.
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Die Anzahl der Löschbleche ist jedoch aufgrund des begrenzten Bauraums in einem derartigen Schutzschaltgerät limitiert. Um die Schaltleistung weiter zu verbessern werden daher sogenannte Doppelunterbrecher eingesetzt. Diese zeichnen sich durch zwei Schaltkontakte aus, welche in einer Phasenleitung elektrisch hintereinander geschaltet sind. Wird ein solches doppelt unterbrechendes Schutzschaltgerät ausgelöst, so werden zwei Schaltkontakte geöffnet, d. h. bereits bei der Lichtbogenentstehung treten zwei Lichtbögen (mit entsprechen höherer Bogenspannung) auf. Derartige Doppelunterbrecher weisen jedoch aufgrund der zwei vorhandenen Schaltkontakte Probleme bei der Entwärmung des Schutzschaltgerätes auf.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtbogen-Löschvorrichtung sowie ein Schutzschaltgerät bereitzustellen, welche sich durch eine verbesserte Schaltleistung unter Vermeidung der eingangs aufgeführten Probleme auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird durch die Lichtbogen-Löschvorrichtung sowie durch das Schutzschaltgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Lichtbogen-Löschvorrichtung dient zur Löschung eines Lichtbogens, der zwischen einem Leitblech und einer Leitschiene aufgebaut ist, und weist eine erste Lichtbogen-Löschkammer und eine zweite Lichtbogen-Löschkammer auf, welche isoliert zueinander angeordnet sind. Das Leitblech ist dabei über ein erstes Ende mit einem ersten Anschluss der ersten Lichtbogen-Löschkammer elektrisch leitend verbunden. Ein zweites Ende des Leitblechs ist über den Lichtbogen mit einem ersten Ende der Leitscheine elektrisch leitend verbunden. Die Leitschiene ist über ihr zweites Ende mit einem ersten Anschluss der zweiten Lichtbogen-Löschkammer elektrisch leitend verbunden. Weiterhin weist die Lichtbogen-Löschvorrichtung eine Doppelleitschiene auf, die einen zweiten Anschluss der ersten Lichtbogen-Löschkammer mit einem zweiten Anschluss der zweiten Lichtbogen-Löschkammer elektrisch leitend verbindet und einen Vorsprung aufweist, welcher derart angeordnet ist, dass der Lichtbogen auf den Vorsprung der Doppelleitschiene übergreift und in zwei Teillichtbögen aufgeteilt wird, wobei ein erster Teillichtbogen in die erste Lichtbogen-Löschkammer geleitet und dort gelöscht wird, und ein zweiter Teillichtbogen in die zweite Lichtbogen-Löschkammer geleitet und dort gelöscht wird.
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Mit Hilfe dieser Anordnung ist es möglich, den Lichtbogen bereits unmittelbar nach seiner Entstehung in zwei Teillichtbögen aufzuteilen, welche jeweils in eine eigene, ihnen zugeordnete Lichtbögen-Löschkammer geleitet und dort gelöscht werden, ohne dass hierzu eine Lichtbogen-Löschkammer mit einer deutlich erhöhten Anzahl an Löschblechen oder ein doppelt unterbrechendes Schutzschaltgerät verwendet werden muss. Erwärmungsprobleme, wie sie bei doppelt unterbrechenden Schutzschaltgeräten, so genannten Doppelunterbrechern auftreten, können dadurch reduziert werden. Weiterhin wird das Problem umgangen, möglichst viele Löschbleche in einer Lichtbogen-Löschkammer unterzubringen, um durch die erhöhte Lichtbogenspannung ein schnelleres Erlöschen des Lichtbogens zu erreichen. Auf diese Weise kann die Löschleistung, d. h. die Zeitdauer vom Entstehen des Lichtbogens bis zu dessen Erlöschen, ohne eine Inkaufnahme der oben beschriebenen Nachteile deutlich verbessert werden. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Lichtbogen-Löschvorrichtung eine vergleichsweise kompakte Bauweise mit einer erhöhten Variabilität hinsichtlich der Anordnung der beiden Löschkammern, d. h. der relativen Lage der Löschkammern zueinander. Diese müssen lediglich isoliert zueinander angeordnet sein, können aber ansonsten sowohl unmittelbar nebeneinander, versetzt zueinander oder auch in irgendeiner Weise benachbart zueinander angeordnet sein. Auf diese Weise kann der für die Lichtbogen-Löschvorrichtung zur Verfügung stehende Bauraum besser ausgenutzt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung ist die erste Doppelleitschiene im Wesentlichen v-förmig ausgebildet und weist einen ersten Schenkel sowie einen zweiten Schenkel auf, die am Vorsprung elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei der erste Schenkel mit dem zweiten Anschluss der ersten Löschkammer und der zweite Schenkel mit dem zweiten Anschluss der zweiten Löschkammer elektrisch leitend verbunden ist.
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Eine derart ausgebildete Doppelleitschiene ist als einfaches Stanz-Biegeteil herstellbar, wodurch eine deutliche Reduktion der Herstellkosten gegenüber einem doppelt unterbrechenden Schutzschaltgerät mit vergleichbarer Löschleistung realisierbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung ist der Vorsprung als Windung ausgebildet.
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Unter einer Windung wird eine Leiterschlaufe verstanden, mit deren erstem Ende der erste Schenkel der Doppelleitschiene und mit deren zweiten Ende der zweite Schenkel der Doppelleitschiene elektrisch leitend verbunden sind. Eine derart gestaltete Windung, die auch als Spule mit nur einer Wicklung betrachtet werden kann, bewirkt, wenn sie von Strom aufgrund der Lichtbögen durchflossen wird, ein zusätzliches Magnetfeld, welches die beiden Teillichtbögen in die ihnen jeweils zugeordnete Lichtbogen-Löschkammer treibt und damit zu einem schnelleren Erlöschen der Lichtbögen beiträgt. Die Löschleistung der Lichtbogen-Löschvorrichtung kann dadurch weiter verbessert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung ist der Vorsprung derart ausgebildet, dass er bei Montage in einem Schutzschaltgerät in einen Schwenkbereich eines beweglichen Kontaktstücks eines Schaltkontakts des Schutzschaltgerätes hineinragt.
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Der Vorsprung ist dabei relativ zu dem beweglichen Kontaktstück derart positioniert, dass der beim Öffnen des Schaltkontakts zwischen zwei Kontaktstücken des Schaltkontakts entstehende und anschließend zwischen dem Leitblech und der Leitschiene brennende Lichtbogen möglichst unmittelbar auf den Vorsprung der Doppelleitschiene übergreift und in zwei Teillichtbögen aufgeteilt wird. Auf diese Weise kann die Löschleistung der Lichtbogen-Löschvorrichtung verbessert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung weist der Vorsprung eine v-förmige Aussparung auf, derart, dass das bewegliche Kontaktstück beim Öffnen des Schaltkontakts zumindest teilweise durch die v-förmige Aussparung hindurchschwenkt.
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Der Vorsprung wird bei der Montage in einem Schutzschaltgerät im Schwenkbereich des beweglichen Kontaktstücks bzw. einer sogenannten Bewegkontaktauflage positioniert. Die Bewegkontaktauflage ist an dem beweglichen Kontaktstück angeordnet oder direkt an dem beweglichen Kontaktstück ausgebildet und stellt das Kontaktelement dar, welches bei geschlossenem Schaltkontakt mit einer an einem Festkontaktstück angeordneten feststehenden Kontaktauflage in Kontakt steht, um einen elektrischen Stromfluss über den Schaltkontakt zu realisieren. Eine Kollision des im Schwenkbereich des beweglichen Kontaktstücks angeordneten Vorsprungs wird dabei durch die v-förmige Aussparung, durch die das bewegliche Kontaktstück hindurchschwenken kann, vermieden. Die v-förmige Aussparung ist dabei derart angeordnet, dass sie einen Abschnitt der Hüllkurve des beweglichen Kontaktstücks bzw. der Bewegkontaktauflage umgibt. Der Schwenkbereich des beweglichen Kontaktstücks ist somit zumindest abschnittsweise von dem Vorsprung umgeben. Auf diese Weise ist es möglich, den Vorsprung der Lichtbogen-Löschvorrichtung noch näher am Kontaktbereich des Schaltkontakts anzuordnen, so dass der Lichtbogen beim Hindurchschwenken des beweglichen Kontaktstücks durch die v-förmige Aussparung dazu gedrängt wird, auf die Doppelleitschiene überzuspringen. Die Löschleistung der Lichtbogen-Löschvorrichtung wird dadurch weiter verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung weisen die erste Lichtbogen-Löschkammer und die zweite Lichtbogen-Löschkammer jeweils mehrere übereinander angeordnete und voneinander beabstandete Löschbleche zur Löschung des ersten bzw. des zweiten Teillichtbogens auf.
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Derartige Löschbleche, welche mithilfe von Isolierelementen gegeneinander isoliert und in der Regel parallel zueinander angeordnet sind, wird ein Lichtbogen in mehrere Teillichtbögen, welche zwischen den einzelnen Löschblechen brennen, aufgeteilt. Hierdurch wird die Bogenspannung des Lichtbogens deutlich erhöht, was zu einem schnelleren Erlöschen des Lichtbogens und damit zu einer verbesserten Löschleistung der Lichtbogen-Löschvorrichtung führt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung sind die erste Lichtbogen-Löschkammer und die zweite Lichtbogen-Löschkammer mittels einer Trennwand voneinander elektrisch isoliert.
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Mithilfe einer derartigen Trennwand, welche zwischen der ersten Lichtbogen-Löschkammer und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer angeordnet ist, kann eine möglichst kompakte Anordnung der Lichtbogen-Löschvorrichtung realisiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung weist die erste Lichtbogen-Löschkammer und/oder die zweite Lichtbogen-Löschkammer (12) zumindest abschnittsweise ein Abschirmelement zur Vermeidung eines elektrischen Überschlags des Lichtbogens auf.
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Mithilfe eines derartigen Abschirmelements kann ein Überschlag des Lichtbogens auf benachbarte Elemente des Schutzschaltgeräts, beispielsweise auf die an der Rückseite der Löschkammer angeordneten Anschlussklemmen des Schutzschaltgeräts, vermieden werden. Das Abschirmelement ist zu diesem Zweck aus nichtleitendem Material, beispielsweise aus Kunststoff, wie z. B. Duroplast, oder aus Keramik gefertigt und kann einteilig mit der isolierenden Trennwand, welche zwischen der ersten Lichtbogen-Löschkammer und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer angeordnet ist, verbunden sein. Hierdurch können die Herstellkosten weiter reduziert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung sind die erste Lichtbogen-Löschkammer und die zweite Lichtbogen-Löschkammer nebeneinander angeordnet.
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Eine derartige Anordnung erlaubt eine möglichst kompakte Bauweise der Lichtbogen-Löschvorrichtung oder, bei gleichbleibenden Abmessungen, eine verbesserte Löschleistung, beispielsweise aufgrund längerer Lichtbögen mit entsprechend höherer Bogenspannung und/oder aufgrund der Verwendung zusätzlicher Löschbleche, was ebenso die (Gesamt-)Bogenspannung erhöht.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung sind eine Stromflussrichtung des ersten Teillichtbogens in der ersten Löschkammer und eine Stromflussrichtung des zweiten Teillichtbogens in der zweiten Löschkammer zueinander im Wesentlichen gleichgerichtet.
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Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass sich die durch die Lichtbögen erzeugten Magnetfelder derart synergetisch ergänzen, dass das von einem der Lichtbögen erzeugte Magnetfeld den jeweils anderen Lichtbogen in Richtung der ihm zugeordneten Löschkammer treibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogen-Löschvorrichtung ist die Doppelleitschiene als erste Doppelleitschiene ausgebildet. Die Lichtbogen-Löschvorrichtung weist eine weitere Doppelleitschiene sowie eine weitere Lichtbogen-Löschkammer, welche zwischen der ersten Lichtbogen-Löschkammer und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer angeordnet ist, auf. Der zweite Anschluss der ersten Lichtbogen-Löschkammer ist dabei mit einem ersten Anschluss der weiteren Lichtbogen-Löschkammer durch die erste Doppelleitschiene elektrisch leitend verbunden; ein zweiter Anschluss der weiteren Lichtbogen-Löschkammer ist mit dem zweiten Anschluss der zweiten Lichtbogen-Löschkammer durch die weitere Doppelleitschiene elektrisch leitend verbunden.
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Mithilfe einer derart gestalteten Lichtbogen-Löschvorrichtung kann ein Lichtbogen bereits unmittelbar nach seiner Entstehung in drei Teillichtbögen anstatt in zwei aufgeteilt werden. Dadurch wird eine noch höhere Bogenspannung bereits unmittelbar nach der Entstehung des Lichtbogens erreicht, was zu einem schnelleren Löschen des Lichtbogens beiträgt. Die Löschleistung der Lichtbogen-Löschvorrichtung wird dadurch weiter verbessert. Prinzipiell ist es ebenso möglich, die Anordnung mit weiteren Lichtbogen-Löschkammern sowie weiteren Doppelleitschienen auszuführen, um die Löschleistung weiter zu erhöhen. Hiermit ist jedoch auch ein höherer Platzbedarf für die Lichtbogen-Löschvorrichtung verbunden.
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Das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät, welches insbesondere als Leistungsschalter, als Leitungsschutzschalter oder als Fehlerstromschutzschalter ausgebildet sein kann, weist eine Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf. Weiterhin weist das Schutzschaltgerät einen Schaltkontakt auf, welcher seinerseits ein feststehendes Kontaktstück sowie ein relativ zum feststehenden Kontaktstück bewegliches Kontaktstück aufweist. Dabei ist das erste Ende des Leitblechs mit dem feststehenden Kontaktstück elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist das erste Ende der Leitschiene mit dem beweglichen Kontaktstück elektrisch leitend verbunden, so dass ein beim Öffnen des Schaltkontakts zwischen dem feststehenden Kontaktstück und dem beweglichen Kontaktstück entstehender Lichtbogen in die Lichtbogen-Löschvorrichtung geleitet und dort in zwei Teillichtbögen aufgeteilt wird, wobei ein erster Teillichtbogen in die erste Löschkammer geleitet und dort gelöscht wird, und wobei ein zweiter Teillichtbogen in die zweite Löschkammer geleitet und dort gelöscht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgeräts weist der Vorsprung eine v-förmige Aussparung auf, welche derart in einen Kontaktbereich des Schaltkontakts hineinragt, dass das bewegliche Kontaktstück beim Öffnen des Schaltkontakts zumindest teilweise durch die v-förmige Aussparung hindurchschwenkt, um den Lichtbogen in die zwei Teillichtbögen aufzuteilen.
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Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Schutzschaltgerätes wird zunächst auf die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löschvorrichtung verwiesen. Ferner können aufgrund der kompakten, in Grenzen variablen Anordnung der Lichtbogen-Löschvorrichtung auch Probleme beim Packaging des Schutzschaltgerätes, d. h. beim Anordnen der einzelnen Komponenten innerhalb eines Gehäuses des Schutzschaltgerätes, reduziert werden. Die Freiheitsgrade für die konstruktive Gestaltung des Schutzschaltgerätes werden dadurch deutlich erhöht.
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Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Lichtbogen-Löschvorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
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1A und 1B schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels der Lichtbogen-Löschvorrichtung;
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2A und 2B schematische Darstellungen der Doppelleitschiene gemäß des ersten Ausführungsbeispiels;
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3A und 3B schematische Darstellungen der Lichtbogen-Führung der Lichtbogen-Löschvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels;
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4A und 4B schematische Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels der Lichtbogen-Löschvorrichtung;
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5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Lichtbogen-Löschvorrichtung;
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6A bis schematische Darstellungen eines vierten Ausführungsbeispiels der Lichtbogen-Löschvorrichtung.
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
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In den 1A und 1B ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 zum Einsatz in einem Schutzschaltgerät schematisch dargestellt.
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Schutzschaltgeräte weisen zumindest einen Schaltkontakt 3, bestehend aus einem ortsfest in einem Gehäuse des Schutzschaltgerätes angeordneten Kontaktstück 4 und einem relativ dazu beweglichen Kontaktstück 5, auf. Zur Verbesserung des Stromflusses über den Schaltkontakt 3 weisen das Festkontaktstück 4 eine Kontaktauflage 4a und das Bewegkontaktstück 5 eine Kontaktauflage 5a auf. Beim Öffnen des unter Strom stehenden Schaltkontakts 3 wird das bewegliche Kontaktstück 5 samt der Kontaktauflage 5a mittels einer Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes vom Festkontaktstück 4 wegbewegt. Dabei entsteht zwischen der Kontaktauflage 4a des Festkontaktstücks 4 und der Kontaktauflage 5a des Bewegkontaktstücks 5 ein Lichtbogen, welcher zu Kontaktabbrand an den Kontaktauflagen 4a und 5a führt. Um diesen Kontaktabbrand möglichst gering zu halten ist zu gewährleisten, dass der Lichtbogen möglichst schnell mit Hilfe einer Lichtbogen-Löschvorrichtung gelöscht wird.
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Die erfindungsgemäße Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 weist hierzu eine erste Lichtbogenlöschkammer 11 und eine zweite Lichtbogenlöschkammer 12 auf, welche nebeneinander, aber voneinander beabstandet, angeordnet sind. Die beiden Lichtbogenlöschkammern 11 und 12 sind elektrisch voneinander isoliert und weisen jeweils eine Mehrzahl an Löschblechen 16 auf, welche in einem vordefinierten Abstand parallel zueinander sowie voneinander isoliert angeordnet sind. Zur Isolierung werden die Löschbleche 16 mit Hilfe von Isolierelementen 19, welche als Vulkanfiberstreifen, oder auch aus Keramik oder Duroplast ausgebildet sind, in einem definierten Abstand zueinander gehaltert. Wird ein Lichtbogen in eine der Löschkammern 11 bzw. 12 getrieben, so bewirkt diese Anordnung der Löschbleche 16, dass der Lichtbogen in mehrere Teillichtbögen zwischen den einzelnen Löschblechen 16 aufgeteilt wird. Dabei wird der Lichtbogen gekühlt und soweit verlängert, bis die Bogenspannung zu groß wird und der Lichtbogen abreißt.
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Weiterhin weist die Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 ein Leitblech 14 auf, welches an einem ersten Ende mit einem ersten Anschluss der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 elektrisch leitend verbunden ist. Ein zweites Ende des Leitblechs 14 ist elektrisch leitend mit dem ortsfest im Schutzschaltgerät angeordneten Kontaktstück 4 und damit indirekt mit einer Eingangsklemme des Schutzschaltgerätes verbunden. Weiterhin weist die Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 eine Leitschiene 15 auf, deren erstes Ende in einen Bereich des sich öffnenden Bewegkontaktstücks 5 ragt, ohne dieses jedoch zu berühren, und dessen zweites Ende mit einem ersten Anschluss der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 elektrisch leitend verbunden ist. Indirekt ist das zweite Ende der Leitschiene 15 in einem im Schutzschaltgerät verbauten Zustand auch mit dem beweglichen Kontaktstück 5 sowie mit einer Ausgangsklemme des Schutzschaltgerätes elektrisch leitend verbunden.
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Ferner weist die Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 eine Doppelleitschiene 21 auf. Diese ist im Wesentlichen V-förmig ausgebildet und weist einen ersten Schenkel 21a sowie einen zweiten Schenkel 21b auf, die an einem Vorsprung 23 der Doppelleitschiene 21 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei ist ein erstes distales Ende 24a des ersten Schenkels 21a mit einem am unteren Ende der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 angeordneten zweiten Anschluss der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 elektrisch leitend verbunden. Ein zweites distales Ende 24b des zweiten Schenkels 21b ist mit einem am oberen Ende der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 angeordneten zweiten Anschluss der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 elektrisch leitend verbunden. Unter den distalen Enden sind dabei die von dem Vorsprung entfernt liegenden Enden des ersten bzw. zweiten Schenkels 21a bzw. 21b zu verstehen.
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Trifft ein zwischen dem Leitblech 14 und der Leitschiene 15 brennender Lichtbogen 6 auf den Vorsprung 23, so wird der Lichtbogen in einen ersten Teillichtbogen 7a zwischen dem Leitblech 14 und dem Vorsprung 23 und in einen zweiten Teillichtbogen 7b zwischen dem Vorsprung 23 und der Leitschiene 15 aufgeteilt (siehe auch 3A und 5). Aufgrund der konstruktiven Gestaltung der Doppelleitschiene 21 läuft der erste Teillichtbogen 7a, ausgehend vom Vorsprung 23, an dem ersten Schenkel 21a und dem Leitblech 14 entlang in die erste Lichtbogen-Löschkammer 11, wo er durch die dort angeordneten Löschbleche 16 in eine Mehrzahl einzelner Teillichtbögen aufgeteilt und gelöscht wird. Der zweite Teillichtbogen 7b läuft, ausgehend vom Vorsprung 23, an dem zweiten Schenkel 21b und der Leitschiene 15 entlang in die zweite Lichtbogen-Löschkammer 12, wo er ebenfalls durch die dort angeordneten Löschbleche 16 in eine Mehrzahl einzelner Teillichtbögen aufgeteilt und gelöscht wird. Auf diese Weise wird ein beim Öffnen des Schaltkontakts 3 entstehender Lichtbogen 6 nicht nur in einer ersten Richtung bei Auftreffen auf die Löschbleche 16 in eine Vielzahl einzelner Teillichtbögen aufgeteilt. Es erfolgt auch eine Aufteilung des Lichtbogens in einer zweiten Richtung in zwei Teillichtbögen 7a und 7b, welche durch die konstruktive Ausführung der Doppelleitschiene 21 bedingt ist. Die Anordnung der beiden Lichtbogen-Löschkammern 11 und 12 entspricht hinsichtlich ihrer Wirkung somit einer Verdopplung der Anzahl der Löschbleche 16, woraus ein deutlich verbessertes Schaltvermögen resultiert.
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Ferner ist die Anordnung der Doppelleitschiene 21 im Zusammenwirken mit dem Leitblech 14, der Leitschiene 15 sowie der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 auch als Spule zu betrachten, deren Spulenfeld derart ausgebildet ist, dass hierdurch die beiden Teillichtbögen 7a und 7b in Richtung der ihnen zugeordneten Lichtbogen-Löschkammern 11 und 12 getrieben werden (siehe auch den in den 1A und 4A eingezeichneten Stromverlauf 8).
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Die 2A und 2B zeigen schematisch die Doppelleitschiene 21 der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 gemäß dem in den 1A und 1B dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 in zwei verschiedenen Ansichten. Am Vorsprung 23 sind der erste Schenkel 21a und der zweite Schenkel 21b der Doppelleitschiene 21 V-förmig miteinander verbunden. Der Vorsprung ist dabei als Windung 23 ausgebildet, welche auch als elektrische Spule mit nur einer Leiterschlaufe, das heißt mit nur einer Windung angesehen werden kann. Wird der Lichtbogen 6 (siehe 3A und 5) beim Auftreffen auf die Windung 23 in die zwei Teillichtbögen 7a und 7b aufgeteilt, so wird auch die Windung vom Lichtbogenstrom durchflossen. Dabei bildet sich ein Magnetfeld aus, welches derart orientiert ist, dass die beiden Teillichtbögen 7a und 7b aufgrund der Wechselwirkung mit dem Magnetfeld in Richtung ihrer jeweiligen Lichtbogen-Löschkammer 11 bzw. 12 getrieben werden. An der der Windung 23 abgewandten Seite des ersten Schenkels 21a ist das erste distale Ende 24a, welches zum Anschluss an die erste Lichtbogen-Löschkammer 11 vorgesehen ist, elektrisch leitend angeformt. Ebenso ist an die der Windung 23 abgewandten Seite des zweiten Schenkels 21b das zweite distale Ende 24b der ersten Doppelleitschiene 21, welches zum Anschluss an das obere Ende der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 vorgesehen ist, elektrisch leitend angeformt. Die beiden distalen Enden 24a und 24b der Doppelleitschiene 21 sind hinsichtlich ihrer Form an die in den Lichtbogen-Löschkammern 11 und 12 verwendeten Löschbleche 16 angepasst und stellen im eingebauten Zustand den Abschluss des jeweiligen Löschblech-Pakets der ersten bzw. zweiten Lichtbogen-Löschkammer 11 bzw. 12 dar.
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Mithilfe der in den 2A und 2B dargestellten Doppelleitschiene 21 werden die erste Lichtbogen-Löschkammer 11 und die zweite Lichtbogen-Löschkammer 12 elektrisch in Serie zueinander verschaltet. Hierdurch sind eine deutlich verbesserte Löschleistung und damit ein verbessertes Schaltvermögen des Schutzschaltgerätes 3 realisierbar.
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In den 3A und 3B ist die durch die Doppelleitschiene 21 bedingte Lichtbogen-Führung der Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 bei Öffnen des Schaltkontakts 3 schematisch dargestellt. Der Lichtbogen 6 bzw. die Teillichtbögen 7a und 7b sind dabei jeweils als Pfeile dargestellt; die unterschiedlichen Positionen der Lichtbögen 6, 7a und 7b beziehen sich dabei jeweils auf einen unterschiedlichen Zeitpunkt während der Lichtbogenentstehung.
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Beim Öffnen des Schaltkontakts 3 wird das bewegliche Kontaktstück 5 mit Hilfe einer Schaltmechanik (nicht dargestellt) des Schutzschaltgerätes vom feststehenden Kontaktstück 4 wegbewegt. Im Falle eines stromdurchflossenen Schaltkontakts 3 bildet sich dabei ein Lichtbogen 6 aus, welcher zunächst zwischen der Kontaktauflage 4a des Festkontaktstücks 4 und der Kontaktauflage 5a des Bewegkontaktstücks 5 brennt. Wird der Schaltkontakt 3 weiter als dargestellt geöffnet, so führt dies zu einer Kommutierung – d. h. zu einem Überspringen – des Lichtbogens 6 von der Kontaktauflage 5a des Bewegkontaktstücks 5 auf die mit dem Bewegkontaktstücks 5 elektrisch verbundene Leitschiene 15. Weiterhin wandert der Lichtbogen 6 auf Seiten des Festkontaktstücks 4 von der Kontaktauflage 4a auf das elektrisch mit der Kontaktauflage 4a verbundene Leitblech 14, um die Länge des Lichtbogens 6 und damit den Widerstand zu reduzieren. Trifft der Lichtbogen 6 dabei auf den Vorsprung 23, der in den 3A und 3B als Windung 23 ausgebildet ist, aber auch eine andere Form aufweisen kann, so wird der Lichtbogen 6 dadurch in zwei Teillichtbögen 7a und 7b aufgeteilt: der erste Teillichtbogen 7a, welcher zunächst zwischen dem Leitblech 14 und dem Vorsprung 23 brennt, wandert im weiteren Verlauf den ersten Schenkel 21a sowie das Leitblech 14 entlang in Richtung der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11, wo er durch Löschbleche 16 in eine Vielzahl von Teillichtbögen aufgeteilt und gelöscht wird. Der zweite Teillichtbogen 7b, welcher zunächst zwischen dem Vorsprung 23 und der Leitschiene 15 brennt, wandert im weiteren Verlauf die Leitschiene 15 sowie den zweiten Schenkel 21b entlang in Richtung der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12, wo er ebenfalls durch Löschbleche 16 in eine Vielzahl von Teillichtbögen aufgeteilt und gelöscht wird.
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Um ein Überspringen der Lichtbögen 7a und 7b zwischen der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 zu verhindern, ist zwischen den beiden Lichtbogen-Löschkammern 11 und 12 eine isolierende Trennwand 18 angeordnet. Diese weist im Bereich des ersten Schenkels 21a einen ersten Abschirmsteg 20a sowie im Bereich des zweiten Schenkels 21b einen zweiten Abschirmsteg 20b auf, um ein Überspringen des jeweiligen Teillichtbogens 7a bzw. 7b auf die jeweils andere Seite zu unterbinden. Um ferner zu vermeiden, dass einer der Lichtbögen 7a und/oder 7b in den Lichtbogen-Löschkammern 11 bzw. 12 auf benachbart angeordnete Elemente (nicht dargestellt) des Schutzschaltgeräts – beispielsweise auf die Anschlussklemmen – überspringt, weisen die Lichtbogen-Löschkammern 11 und 12 an den entsprechenden Seiten ein Abschirmelement 17 auf, welches die betreffenden Elemente vor einem elektrischen Überschlag schützt. Das Abschirmelement ist zu diesem Zweck aus nichtleitendem Material, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff, wie z. B. Duroplast, oder aus Keramik, gefertigt und kann einteilig mit der isolierenden Trennwand 18, welche zwischen der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 angeordnet ist, verbunden sein.
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Die 4A und 4B zeigen schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löschvorrichtung 10. Im Unterschied zu den Darstellungen der 1 bis 3 ist der Vorsprung 23 der Doppelleitschiene 21 dabei nicht als Windung ausgebildet. Die Doppelleitschiene 21 ist als einfaches Stanz-Biegeteil ausgeführt, wobei der zweite Schenkel 21b gegenüber dem ersten Schenkel 21a lediglich um einen definierten Winkel, welcher durch die Geometrie der Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 bestimmt ist und im dargestellten Beispiel zufälliger Weise ca. 90° beträgt, abgewinkelt ist. Hinsichtlich der Aufteilung des Lichtbogens 6 in zwei Teillichtbögen 7a und 7b verhält sich die in den 4A und 4B dargestellte Doppelleitschiene 21 identisch zu der in den 1 bis 3 dargestellte Doppelleitschiene 21. Lediglich der zusätzliche „Antrieb” der Teillichtbögen 7a und 7b in die jeweilige Lichtbogen-Löschkammer 11 bzw. 12 aufgrund des als Windung ausgebildeten Vorsprungs 23 ist bei der in den 4A und 4B dargestellten Doppelleitschiene 21 nicht realisiert. Die Ausgestaltung der übrigen Elemente der in den 4A und 4B dargestellten Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 ist identisch zu den Darstellungen der 1 bis 3, weswegen die zu den 1 bis 3 gemachten Ausführungen im übrigen auch für die in den 4A und 4B dargestellte Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 gelten.
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Um zu verdeutlichen, dass die Anordnung der Doppelleitschiene 21 im Zusammenwirken mit dem Leitblech 14, der Leitschiene 15 sowie der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 auch als Spule wirkt, welche die Teillichtbögen 7a und 7b in die ihnen jeweils zugeordnete Lichtbogen-Löschkammer 11 bzw. 12 treibt, ist in 4A nochmals der Stromverlauf 8 eingezeichnet.
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In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird deutlich, dass die Anzahl der Lichtbogen-Löschkammern nicht zwangsläufig auf zwei Lichtbogen-Löschkammern limitiert ist. Die Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 weist hierzu, neben der als erste Doppelleitschiene ausgebildeten Doppelleitschiene 21, eine weitere Doppelleitschiene 22 sowie eine weitere Lichtbogen-Löschkammer 13 auf. Die weitere Lichtbogen-Löschkammer 13 ist dabei zwischen der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 und der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Anschluss der ersten Lichtbogen-Löschkammer 11 mit einem ersten Anschluss der weiteren Lichtbogen-Löschkammer 13, in 5 oben dargestellt, durch die erste Doppelleitschiene 21 elektrisch leitend verbunden. Mit Hilfe der weiteren Doppelleitschiene 22 wird ein zweiter Anschluss der weiteren Lichtbogen-Löschkammer 13, in 5 unten dargestellt, mit dem zweiten Anschluss der zweiten Lichtbogen-Löschkammer 12 elektrisch leitend verbunden.
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Mit Hilfe dieser Ausführungsform ist es möglich, den Lichtbogen 6 unmittelbar nach seiner Entstehung, d. h. bei Auftreffen auf die Vorsprünge 23 der Doppelleitschienen 21 und 22, in drei Teillichtbögen 7a, 7b und 7c aufzuteilen, welche anschließend in die ihnen jeweils zugeordnete Lichtbogen-Löschkammer 11, 12 bzw. 13 getrieben und dort gelöscht werden. Der Lichtbogen 6 bzw. die Teillichtbögen 7a, 7b und 7c sind dabei wiederum jeweils als Pfeile dargestellt, wobei die unterschiedlichen Positionen der Lichtbögen 6, 7a, 7b und 7c eine zeitliche Abfolge während der Lichtbogenentstehung darstellen. Zunächst brennt der Lichtbogen 6 zwischen der Kontaktauflage 4a des Festkontaktstücks 4 und der Kontaktauflage 5a des Bewegkontaktstücks 5, bevor er von der Kontaktauflage 5a auf die Leitschiene 15 kommutiert. Im weiteren Verlauf wandert der Lichtbogen 6 an der Leitschiene 15 und dem Leitblech 14 entlang, bis er auf den ersten Vorsprung 23 der ersten Doppelleitschiene 21 trifft und zunächst in den ersten Teillichtbogen 7a und den zweiten Teillichtbogen 7b zerfällt. Trifft der zweite Teillichtbogen 7b auf den zweiten Vorsprung 23 der zweiten Doppelleitschiene 22, so zerfällt er wiederum in zwei Teillichtbögen 7b und 7c. In Summe zerfällt der Lichtbogen damit in die drei Teillichtbögen 7a, 7b und 7c, welche jeweils in die ihnen zugeordnete Lichtbogen-Löschkammer 11, 12 bzw. 13 getrieben und dort gelöscht werden.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 wird der Lichtbogen 6 bereits vor dem Eintreffen in eine Lichtbogen-Löschkammer in mehrere Teillichtbögen 7a, 7b, 7c aufgeteilt, welche jeweils in einer eigenen, ihnen zugeordneten Lichtbogen-Löschkammer 11, 12 bzw. 13 zum Erlöschen gebracht werden. Auf diese Weise können sowohl die eingangs beschriebenen Nachteile einfach unterbrechender Schutzschaltgeräte, welche eine deutlich erhöhte Anzahl an Löschblechen aufweisen, als auch die bei doppelt unterbrechenden Schutzschaltgeräten auftretenden Erwärmungsprobleme vermieden werden. Dabei ist prinzipiell – wie das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt – weder die Anzahl der Lichtbogen-Löschkammern limitiert, noch deren Anordnung: durch eine entsprechende Umgestaltung der Doppelleitschiene 21 können die einzelnen Lichtbogen-Löschkammern 11 und 12 nahezu beliebig zueinander, beispielsweise bzgl. Höhe oder Winkel gegeneinander versetzt, angeordnet werden.
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In den 6A bis 6C ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Die 6A und 6B zeigen eine weitere Ausführungsform der Doppelleitschiene 21. In 6C ist die Lichtbogen-Löschvorrichtung (10), und hier insbesondere die Doppelleitschiene 21, im Zusammenwirken mit dem Schaltkontakt 3 eines Schutzschaltgerätes, insbesondere mit dessen beweglichem Kontaktstück 5, dargestellt. Im Unterschied zu den Darstellungen der 1 bis 3 ist der Vorsprung 23 der Doppelleitschiene 21 dabei nicht als Windung ausgebildet. Die Doppelleitschiene 21 ist – wie auch die in den 4A und 4B dargestellte Doppelleitschiene – als einfaches Stanz-Biegeteil ausgeführt, wobei der zweite Schenkel 21b gegenüber dem ersten Schenkel 21a wiederum um einen definierten Winkel, welcher durch die Geometrie der Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 bestimmt ist, abgewinkelt ist. Im Unterschied zu den in den vorherigen Ausführungsbeispielen dargestellten Doppelleitschienen ist der Vorsprung 23 hier jedoch derart ausgebildet, dass er in montiertem Zustand (in einem Schutzschaltgerät) bis in den Schwenkbereich des beweglichen Kontaktstücks hineinragt (siehe auch 6C). Um in einem montierten Zustand, bei dem die Lichtbogen-Löschvorrichtung 10 in einem Schutzschaltgerät (nicht dargestellt) montiert ist, eine Kollision des Vorsprungs 23 mit dem beweglichen Kontaktstück 5 zu vermeiden, weist der Vorsprung 23 eine v-förmige Aussparung 25 auf, deren Gestaltung der eines Löschkammerblechs ähnlich ist. Die Aussparung 25 ist dabei im montierten Zustand derart angeordnet, dass sie eine Hüllkurve des beweglichen Kontaktstücks 5 zumindest abschnittsweise umgibt. Das bewegliche Kontaktstück 5 kann folglich durch die v-förmige Aussparung 25 hindurchschwenken, so dass der Vorsprung 23 noch näher am Schaltkontakt 3 angeordnet werden kann.
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Anhand von 6C werden im Folgenden die einzelnen Phasen bei der Öffnung des Schaltkontakts 3 näher erläutert: wird der Schaltkontakt 3 geöffnet, so wird das bewegliche Kontaktstück 5 von dem feststehenden Kontaktstück 4 durch eine Schwenkbewegung wegbewegt. Dabei entsteht ein Lichtbogen 6, der zunächst zwischen der Kontaktauflage 4a des feststehenden Kontaktstücks 4 und der Kontaktauflage 5a des beweglichen Kontaktstücks 5 brennt. Beim weiteren Entfernen von dem feststehenden Kontaktstück 4 schwenkt das bewegliche Kontaktstück 5 durch die v-förmige Aussparung 25 des Vorsprungs 23 hindurch und zieht dabei den Lichtbogen 6 hinterher. Dieser wandert dabei am feststehenden Kontaktstück 4 sowie am beweglichen Kontaktstück 5 entlang, bis er von dem beweglichen Kontaktstück 5 auf die Leitschiene 15 kommutiert. Im Bereich der v-förmigen Aussparung 25 wird der Lichtbogen aufgrund der geometrischen Gestaltung des Vorsprungs 23 dazu gedrängt, auf die Doppelleitschiene 21 überzuspringen. Auf den Lichtbogen 6 wirkt dabei eine Kraft, welche ihn in Richtung der Doppelleitschiene 21 zieht. Beim Auftreffen auf den Vorsprung 23 wird der Lichtbogen 6 dann in zwei Teillichtbögen 7a und 7b aufgeteilt. Aufgrund der u-förmigen Kontur der Doppelleitschiene 21 (siehe Stromverlauf 8 in 6C, sowie Seitenansicht in 6A) werden die beiden Teillichtbögen 7a und 7b in Richtung der ihnen jeweils zugeordneten Löschkammer 11 bzw. 12 getrieben.
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In den Darstellungen der 6A bis 6C ist die Doppelleitschiene 21 aus zwei Teilen bestehend abgebildet. Es ist jedoch ebenso möglich, die Doppelleitschiene 21 einstückig auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 3
- Schaltkontakt
- 4
- Festkontaktstück
- 4a
- Kontaktauflage
- 5
- Bewegkontaktstück
- 5a
- Kontaktauflage
- 6
- Lichtbogen
- 7a
- Teillichtbogen
- 7b
- Teillichtbogen
- 7c
- Teillichtbogen
- 8
- Stromverlauf
- 10
- Lichtbogen-Löschvorrichtung
- 11
- erste Lichtbogen-Löschkammer
- 12
- zweite Lichtbogen-Löschkammer
- 13
- weitere Lichtbogen-Löschkammer
- 14
- Leitblech
- 15
- Leitschiene
- 16
- Löschblech
- 17
- Abschirmung
- 18
- Trennwand
- 19
- Isolierelement
- 20a
- erster Abschirmsteg
- 20b
- zweiter Abschirmsteg
- 21
- erste Doppelleitschiene
- 21a
- erster Schenkel
- 21b
- zweiter Schenkel
- 22
- weitere Doppelleitschiene
- 23
- Vorsprung/Windung
- 24a
- erstes distales Ende
- 24b
- zweites distales Ende
- 25
- Aussparung
