DE102012223168A1

DE102012223168A1 - Elektromechanisches Schaltgerät

Info

Publication number: DE102012223168A1
Application number: DE201210223168
Authority: DE
Inventors: Thomas Hochmuth; Robert Hüttinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-03-06
Also published as: ITMI20131402A1; CN103681037A; CN103681037B

Abstract

Das erfindungsgemäße elektromechanische Schaltgerät (1) weist einen Schaltkontakt (10) zum Unterbrechen einer elektrischen Leitung, sowie eine Lichtbogen-Löschvorrichtung (20) zum Löschen eines beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts (10) auftretenden Lichtbogens (7) auf. Die Lichtbogen-Löschvorrichtung (20) weist dabei einen ersten Permanentmagnet (21) und einen zweiten Permanentmagnet (22) auf, welche zu beiden Seiten des Schaltkontakts (10) einander gegenüberliegend angeordnet und zueinander gegensinnig magnetisiert sind, derart, dass sie einander abstoßen. Durch den ersten Permanentmagneten (21) und den zweiten Permanentmagneten (22) wird ein Magnetfeld erzeugt, welches sich mit einem beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts (10) auftretenden Lichtbogens (7) überlagert. Das daraus resultierende Magnetfeld übt auf den Lichtbogen (7) eine elektromagnetische Kraft (FL) aus, deren Kraftvektor dabei von der Polarität des elektrischen Stromes abhängt. Dieser Kraftvektor weist dabei – unabhängig von der Polarität des Lichtbogens (7) – stets eine Richtungskomponente (Fx) auf, welche den Lichtbogen (7) von dem Schaltkontakt (10) wegdrängt. Hierdurch sind die Lichtbogen-Löschvorrichtung (10) sowie das damit ausgestattete Schaltgerät (1) sowohl für Gleichstrom- als auch für Wechselstrom-Anwendungen einsetzbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Schaltgerät, welches einen Schaltkontakt zum Unterbrechen einer elektrischen Leitung, sowie eine Lichtbogen-Löschvorrichtung zum Löschen eines beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts auftretenden Lichtbogens aufweist. Unter dem Begriff Schaltgerät werden dabei sowohl Schutzschaltgeräte – beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter – als auch Schaltgeräte ohne eigene Schutzfunktion, wie beispielsweise Lastschalter, Trennschalter oder Lasttrennschalter, verstanden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Schutzschaltgeräten bekannt: Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter (sogenannter LS-Schalter) ist eine in der Elektroinstallation verwendete Überstromschutzeinrichtung und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher sowie elektrische Anlagen vor Überlast, beispielsweise vor Beschädigung der elektrischen Leitungen durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes. Sie sind dazu ausgebildet, einen zu überwachenden Stromkreis im Falle eines Kurzschlusses oder bei Auftreten einer Überlast selbsttätig abzuschalten und damit vom übrigen Leitungsnetz zu trennen. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter werden daher insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente zur Überwachung und Absicherung eines elektrischen Stromkreises in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt.
Mit Hilfe eines Fehlerstromschutzschalters ist auch ein Personen-, Sach- oder Brandschutz realisierbar. Dabei handelt es sich um Schaltgeräte, die bei einem in elektrischen Geräten und Anlagen auftretenden Fehler diese Geräte und Anlagen innerhalb kürzester Zeit abschalten und somit vom restlichen Stromnetz trennen, wenn elektrischer Strom „auf falschem Weg“, etwa durch den Körper einer Person, gegen Erde fließt. Hierzu vergleicht der Fehlerstromschutzschalter die Stromstärke des zu einem elektrischen Verbraucher hinfließenden Stromes mit der Stärke des von dem Verbraucher zurückfließenden Stromes. Ein entsprechender Fehlerstromschutzschalter ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 957 558 A2 bekannt.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik auch Schaltgeräte ohne eigene Schutzfunktion bekannt. Hierunter fallen beispielsweise die sogenannten Lastschalter, Trennschalter oder Lasttrennschalter. Unter den letztgenannten werden Schaltgeräte verstanden, welche hinsichtlich ihrer Funktionalität sowohl die Anforderungen an einen Lastschalter – das Schalten unter elektrischer Last – als auch die an eine Trennschalters gestellten Anforderungen – das annähernd leistungslose Trennen elektrischer Anlagenteile – erfüllen. Lasttrennschalter sind dazu geeignet, große elektrische Ströme abzuschalten, allerdings ist ihr Schaltvermögen in der Regel kleiner als das der Leistungsschalter. In Niederspannungsnetzen werden Lasttrennschalter beispielsweise zur Unterbrechung von Hauptstromkreisen im Bereich der Hauptverteilung eingesetzt, wobei die Schaltleistung üblicherweise im Bereich zwischen 40 und 63 kA liegt. Gemäß DIN EN 60947-3 werden sowohl Lasttrennschalter, als auch Last- und Trennschalter in Abhängigkeit ihres jeweiligen Leistungsvermögens in sogenannte Gebrauchskategorien, in denen je nach Anwendungsfall unterschiedliche Anforderungen definiert sind, eingeteilt.
Im Allgemeinen sind die Schaltgeräte zumeist über zwei Anschlussklemmen mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen Leitung zu unterbrechen. Hierzu weist das Schaltgerät einen Schaltkontakt mit einem feststehenden Kontaktelement – dem sogenannten Festkontakt – sowie einem relativ dazu bewegbaren Kontaktelement – dem sogenannten Bewegkontakt – auf. Zur Durchleitung eines elektrischen Stromes kontaktiert der Bewegkontakt den Festkontakt. Zur Trennung des Stromflusses wird der Bewegkontakt von dem Festkontakt wegbewegt. Der Bewegkontakt ist dabei beispielsweise über eine Schaltmechanik des Schaltgerätes betätigbar, so dass der Schaltkontakt geöffnet und geschlossen werden kann. Bei einem Schutzschaltgerät kann auf diese Weise bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes, beispielsweise eines Kurzschlusses oder einer Überlast, der Schaltkontakt geöffnet werden, um den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
Das Unterbrechen des Stromflusses durch Öffnen des Schaltkontakts führt dabei zumindest kurzzeitig zu einem Spannungsüberschlag zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktelement, da der Abstand während des Trennvorganges der Kontaktelemente zur Isolation noch nicht ausreicht. Befindet sich ein Gas zwischen den beiden Schaltkontakten, so wird dieses bei entsprechend hoher Spannungsdifferenz zwischen den Kontaktelementen durch den Überschlag ionisiert, wobei sich aufgrund der Gasentladung ein Lichtbogen ausbildet. Zum Löschen dieses Lichtbogens weisen herkömmliche Schaltgeräte eine Lichtbogen-Löschvorrichtung, beispielsweise eine sogenannte Löschkammer mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter und voneinander beabstandeter Löschbleche auf. Alternativ kann die Lichtbogen-Löschvorrichtung auch lediglich aus mehreren, parallel zueinander ausgerichteter Lösch- oder Kühlbleche bestehen. Wird der Lichtbogen in Richtung der Lichtbogen-Löschvorrichtung getrieben, so teilt er sich bei Auftreffen auf die Löschbleche in mehrere Teil-Lichtbögen auf, welche anschließend in Reihe geschaltet zwischen den einzelnen Löschblechen brennen. Die mehreren, elektrisch sequentiell hintereinander geschalteten Teil-Lichtbögen führen in Summe zu einer höheren Bogenspannung, was in der Folge zu einem schnelleren Erlöschen des Lichtbogens führt.
Um auf den Lichtbogen eine Lorentzkraft aufzuüben und ihn so möglichst schnell zum Erlöschen zu bringen werden bei Schaltgeräten für Gleichstrom-(DC-)Anwendungen oftmals zusätzlich Permanentmagnete eingesetzt. Durch die Verwendung eines Permanentmagneten ist eine vergleichsweise hohe magnetische Feldstärke realisierbar, jedoch ist das von einem Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld hinsichtlich seiner der Richtung über die Zeit konstant, weswegen bei der Montage des Permanentmagneten auf die zur jeweiligen elektrischen Stromflussrichtung richtige magnetische Polung zu achten ist, um eine Kraft auf den Lichtbogen in der gewünschten Richtung zu erhalten. Bei Wechselstrom-(AC-)Anwendungen werden – aufgrund der ständig wechselnden Polarität des Lichtbogenstromes – Permanentmagnete zur Beeinflussung des Lichtbogens in Schaltgeräten daher in der Regel nicht verwendet.
Schaltgeräte, welche für den Einsatz in Wechselstromnetzen vorgesehen sind, weisen daher oftmals eine sogenannte Blasschleife auf, um den Lichtbogen möglichst schnell vom Schaltkontakt wegzubewegen. Bei einer Blasschleife handelt es sich um eine elektrische Spule, welche im Bereich des Schaltkontakts angeordnet ist und bei einem durch Öffnen des Schaltkontakts auftretenden Lichtbogen zusätzlich bestromt wird. Alternativ dazu kann die Blasschleife auch dauerhaft bestromt sein. Das aus der bestromten Blasschleife resultierende elektromagnetische Feld ist dabei derart orientiert, dass es auf den Lichtbogen eine Lorentzkraft ausübt, welche den Lichtbogen vom Schaltkontakt weg in Richtung der Lichtbogen-Löschvorrichtung drängt. Entsprechende Schaltgeräte sind bspw. aus der Patentschrift DE 2 841 004 B1 oder aus der Offenlegungsschrift DE 3 333 792 A1 bekannt. Blasschleifen haben jedoch den Nachteil, dass sie bei geringen Strömen nur ein kleines elektromagnetisches Feld erzeugen, so dass die daraus resultierende elektromagnetische Kraft auf den Lichtbogen vergleichsweise klein ist. Ihre volle Wirkung entfalten sie daher erst bei großen Strömen, wie sie beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses auftreten.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromechanisches Schaltgerät mit einer Lichtbogen-Löschvorrichtung bereitzustellen, welches sich durch ein schnelles und sicheres Löschen des beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts auftretenden Lichtbogens sowie durch eine hohe Variabilität hinsichtlich möglicher Einsatzfälle auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße elektromechanische Schaltgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße elektromechanische Schaltgerät weist einen Schaltkontakt zum Unterbrechen einer elektrischen Leitung, sowie eine Lichtbogen-Löschvorrichtung zum Löschen eines beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts auftretenden Lichtbogens auf. Die Lichtbogen-Löschvorrichtung weist dabei einen ersten Permanentmagnet und einen zweiten Permanentmagnet auf, welche zu beiden Seiten des Schaltkontakts einander gegenüberliegend angeordnet und zueinander gegensinnig magnetisiert sind, derart, dass sie einander abstoßen.
Unter dem Begriff Schaltgerät wird dabei sowohl ein Schutzschaltgerät, als auch ein Schaltgerät ohne eigene Schutzfunktion verstanden. Als Schutzschaltgerät kommen beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter in Betracht. Unter die Schaltgeräte ohne eigene Schutzfunktion fallen beispielsweise Lastschalter, Trennschalter oder Lasttrennschalter. Mit dem Begriff „Schaltkontakt“ ist ein mechanisch betätigbares, elektrisches Kontaktelementepaar bezeichnet, welches einen Festkontakt sowie einen relativ dazu beweglichen Bewegkontakt aufweist. Festkontakt und Bewegkontakt sind in einem Gehäuse des Schaltgerätes im Bereich der sogenannten Schaltkammer angeordnet. Durch ein mechanisches Betätigen des Bewegkontaktes kann der geschlossene Schaltkontakt geöffnet werden, wodurch der Stromfluss über den Schaltkontakt unterbrochen wird.
Der erste und der zweite Permanentmagnet sind zu beiden Seiten des Schaltkontakts, d.h. links und rechts der Schaltkammer, einander gegenüberliegend angeordnet. Sie sind dabei gegensinnig zueinander magnetisiert, derart, dass der Magnetfeldvektor des ersten Permanentmagneten und der Magnetfeldvektor des zweiten Permanentmagneten einander entgegengesetzt orientiert sind. Beispielsweise weisen der magnetische Südpol des ersten Permanentmagneten und der magnetische Südpol des zweiten Permanentmagneten jeweils in Richtung der Schaltkammer; alternativ dazu können auch der magnetische Nordpol des ersten Permanentmagneten und der magnetische Nordpol des zweiten Permanentmagneten jeweils in Richtung der Schaltkammer weisen. In beiden Fällen stoßen die beiden Permanentmagnete einander ab.
Durch den ersten Permanentmagneten und den zweiten Permanentmagneten wird ein Magnetfeld erzeugt, welches sich mit dem Magnetfeld eines beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts auftretenden Lichtbogens überlagert. Das daraus resultierende Magnetfeld übt wiederum auf den Lichtbogen eine elektromagnetische Kraft – die sogenannte Lorentzkraft – aus. Die Lorentzkraft bezeichnet dabei eine Kraft, welche von einem magnetischen Feld auf eine bewegte elektrische Ladung, hier den Lichtbogen, ausgeübt wird. Der Kraftvektor der Lorentzkraft hängt dabei unter anderem von der Polarität des elektrischen Stromes, d.h. von der Stromflussrichtung über den Lichtbogen, ab. Unabhängig von der Polarität des elektrischen Stromes – und damit unabhängig davon, ob ein Gleichstrom, gleich welcher Richtung, oder ein Wechselstrom über den Schaltkontakt fließt – weist der Kraftvektor aufgrund des überlagerten, resultierenden Magnetfeldes jedoch stets eine Richtungskomponente auf, welche den Lichtbogen von dem Schaltkontakt wegdrängt. Dies führt zu einer Verlängerung des Lichtbogens, welche wiederum eine höhere Bogenspannung zur Folge hat. Wird die Bogenspannung zu groß, so reißt der Lichtbogen ab und erlischt.
Auf diese Weise wird ein schnelles und sicheres Löschen des beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts auftretenden Lichtbogens erreicht. Die Löschleistung der Lichtbogen-Löschvorrichtung, und damit die Schaltleistung des Schaltgerätes, werden dadurch deutlich erhöht. Insbesondere bei Lasttrennschaltern ist dadurch eine Einstufung in eine höhere Gebrauchskategorie bei ansonsten gleichem Geräteaufbau erreichbar. Ferner sind die Lichtbogen-Löschvorrichtung sowie das damit ausgestattete Schaltgerät sowohl für Gleichstrom-(DC-) als auch für Wechselstrom-(AC-)Anwendungen einsetzbar. Auf diese Weise erfüllt beispielsweise ein für eine AC-Anwendung vorgesehener – und deshalb in eine AC-Gebrauchskategorie eingeordneter – Lasttrennschalter auch die Anforderungen einer, ggf. niedrigeren, DC-Gebrauchskategorie, so dass er kann für diese Kategorie ebenfalls klassifiziert ist. Aufgrund der daraus resultierenden, hohen Variabilität hinsichtlich möglicher Einsatzfälle des betreffenden Schaltgerätes kann die Variantenvielfalt der Lichtbogen-Löschvorrichtungen und damit der Schaltgeräte deutlich reduziert werden, wodurch die Logistikkosten deutlich reduziert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des elektromechanischen Schaltgerätes weist die Lichtbogen-Löschvorrichtung mehrere Löschbleche zum Löschen des Lichtbogens auf. Dabei ist ein von dem ersten Permanentmagneten und dem zweiten Permanentmagneten erzeugtes Magnetfeld mit einem durch den Lichtbogen erzeugten Magnetfeld derart überlagert, dass auf den Lichtbogen eine elektromagnetische Kraft wirkt. Deren Kraftvektor weist dabei eine Richtungskomponente auf, welche den Lichtbogen unabhängig von der Polarität des elektrischen Stromes in Richtung der Löschbleche drängt.
Die Lichtbogen-Löschvorrichtung ist in der Nähe des Schaltkontakts angeordnet und weist eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter, voneinander beabstandeter Kühl- oder Löschbleche auf. Beim Auftreffen des Lichtbogens auf die Löschbleche wird der Lichtbogen in eine Vielzahl von Teillichtbögen aufgeteilt, welche jeweils zwischen zwei Löschblechen brennen. Durch die Vielzahl elektrisch in Reihe zueinander geschalteter Teillichtbögen wird die Bogenspannung deutlich erhöht, was in der Folge zu einem schnelleren Verlöschen des Lichtbogens führt.
Durch den ersten Permanentmagneten und den zweiten Permanentmagneten wird ein Magnetfeld erzeugt, welches sich mit dem Magnetfeld eines beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts auftretenden Lichtbogens überlagert. Aus dem daraus resultierenden Magnetfeld resultiert wiederum eine auf den Lichtbogen wirkende, elektromagnetische Kraft, die sogenannte Lorentzkraft. Deren Kraftvektor hängt dabei unter anderem von der Polarität des elektrischen Stromes ab. Dieser Kraftvektor weist jedoch – unabhängig von der Polarität des über den Lichtbogen fließenden elektrischen Stromes – stets eine Richtungskomponente auf, welche den Lichtbogen von dem Schaltkontakt weg in Richtung der Lichtbogen-Löschvorrichtung drängt. Durch eine entsprechende Positionierung der Lichtbogen-Löschvorrichtung im Gehäuse des Schaltgerätes wird die Löschleistung der Lichtbogen-Löschvorrichtung, und damit die Schaltleistung des Schaltgerätes, weiter verbessert.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des elektromechanischen Schaltgerätes ist die Lichtbogen-Löschvorrichtung sowohl zum Löschen eines Gleichstrom-Lichtbogens als auch zum Löschen eines Wechselstrom-Lichtbogens einsetzbar. Damit kann das elektromechanische Schaltgerät sowohl zum Schalten von Wechselströmen, als auch zum Schalten von Gleichströmen verwendet werden. Die Variantenvielfalt der Lichtbogen-Löschvorrichtungen sowie der Schaltgeräte kann dadurch deutlich reduziert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das elektromechanische Schaltgerät ein Gehäuse auf, welches seinerseits eine Frontseite und eine der Frontseite gegenüberliegende Befestigungsseite, sowie die Front- und die Befestigungsseite verbindende Schmal- und Breitseiten aufweist. Der Schaltkontakt ist dabei in dem Gehäuse angeordnet, wobei der erste und zweite Permanentmagnet im Bereich der Breitseiten angeordnet sind. Die Permanentmagnete sind in diesem Fall flächig ausgebildet und in Richtung ihres Normalenvektors magnetisiert. Der Normalenvektor jedes Permanentmagneten ist dabei parallel zu dem Normalenvektor der dem Permanentmagneten zugeordneten Breitseite orientiert. Die Permanentmagneten sind dabei derart in dem Gehäuse montiert, dass sie sich gegenseitig abstoßen, d.h. entweder die beiden Nordpole oder die beiden Südpole sind jeweils zueinander hin bzw. voneinander weg orientiert. Auf diese Weise ist eine platzsparende Anordnung realisierbar, bei der die magnetische Flussdichte im Wesentlichen auf den Bereich der Schaltkammer konzentriert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das elektromechanische Schaltgerät als Reiheneinbaugerät ausgebildet, wobei das Gehäuse einer Breite von einer Teilungseinheit aufweist. Aufgrund der platzsparenden Anordnung der beiden Permanentmagneten seitlich neben der Schaltkammer, parallel zu den Breitseiten des Gehäuses, ist die Lichtbogen-Löschvorrichtung sogar in ein Reiheneinbaugerät mit einer Breite von nur einer Teilungseinheit (TE), was einer Gehäusebreite von ca. 18mm entspricht, integrierbar. Ist der Bauraum zur Anordnung einer Vielzahl derartiger Reiheneinbaugeräte in einem Elektroinstallationsverteiler begrenzt, so stellt eine geringe Gehäusebreite von nur einer Teilungseinheit einen deutlichen Wettbewerbsvorteil dar.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des Schaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1 eine schematische Darstellung eines geöffneten Schaltgerätes in einer Seitenansicht;
2 eine schematische Schnittdarstellung des Schaltgerätes in einer Draufsicht;
3A und 3B schematische Darstellungen des resultierenden Magnetfeldes in der Draufsicht.
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.
1 zeigt eine schematische Darstellung des Schaltgerätes 1 in einer Seitenansicht. Das Schaltgerätes 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches im Wesentlichen aus zwei Gehäusehalbschalen besteht, welche mittels mehrerer Nietverbindungen 14 zu dem Gehäuse 2 verbunden sind. In 1 ist dabei das geöffnete Schaltgerät 1 dargestellt, d.h. die vordere Gehäusehalbschale des Gehäuses 2 wurde in dieser Darstellung weggelassen. Das Gehäuse 2 weist eine Frontseite 3 auf, an der ein Betätigungselement 8 zur manuellen Betätigung des Schaltgerätes 1 angeordnet ist. Der Frontseite 3 gegenüberliegend ist die Befestigungsseite 4 des Gehäuses 2 ausgebildet, welche dazu dient, das Schaltgerät an einer Tragschiene (nicht dargestellt) – beispielsweise einer Hutschiene – zu befestigen. Hierzu ist an dem Gehäuse 2 ein manuell betätigbarer Schieber 15 zum Hintergreifen der Tragschiene angeordnet. Auf dieser Weise kann das Schaltgerät 1 schnell und einfach an der Tragschiene befestigt bzw. von dieser wieder gelöst werden. Betätigungsseite 3 und Befestigungsseite 4 sind über Schmalseiten 5 und Breitseiten 6 zu dem Gehäuse 2 verbunden.
Im Inneren des Gehäuses 2 sind im Bereich der Schmalseiten 5 Anschlussklemmen 13 angeordnet, mittels derer das Schaltgerät 1 an eine elektrische Leitung anschließbar ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse 2 ein Schaltkontakt 10 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, den Stromfluss über den Schaltkontakt 10 zu unterbrechen. Hierzu weist der Schaltkontakt 10 einen Festkontakt 11 sowie einen relativ dazu bewegbaren Bewegkontakt 12 auf. Der Festkontakt 11 ist mit der links dargestellten Anschlussklemme 13 elektrisch verbunden. Der Bewegkontakt 12 ist auf einem Bewegkontaktträger 16 mechanisch befestigt und über eine Litze 17 mit der rechts dargestellten Anschlussklemme 13 elektrisch leitend verbunden.
Der Bewegkontaktträger 16 ist über einen Bügel 9 mit dem Betätigungselement 8 mechanisch gekoppelt ist. Beim Einschalten des Schaltgerätes 1, d.h. bei einer Betätigung des Betätigungselements 8 im Uhrzeigersinn von der in 1 dargestellten AUS-Stellung in eine EIN-Stellung (nicht dargestellt), wird der Bewegkontakt 12 über den mit dem Bewegkontaktträger 16 gekoppelten Bügel 9 in Richtung des Festkontakts 11 bewegt. Entsprechend wird beim Ausschalten des Schaltgerätes 1, d.h. bei einer Betätigung des Betätigungselements 8 im Gegenuhrzeigersinn von der EIN-Stellung in die in 1 dargestellte AUS-Stellung, der Bewegkontakt 12 über den mit dem Bewegkontaktträger 16 gekoppelten Bügel 9 vom Festkontakt 11 wegbewegt.
Beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts 10 bildet sich zwischen dem Festkontakt 11 und dem Bewegkontakt 12 ein Lichtbogen (siehe 2) aus. Um ein schnelles Öffnen des Schaltkontakts – und damit ein schnelles Erlöschen des Lichtbogens zu erreichen, ist eine möglichst schnelle Öffnung des Schaltkontakts 10, d.h. ein möglichst schnelles Wegbewegen des Bewegkontakts 12 vom Festkontakt 11, erforderlich. Diese Öffnungsbewegung wird daher durch eine Feder 18, welche mit dem Bewegkontaktträger 16 mechanisch gekoppelt ist und sich im Gehäuse 2 abstützt, mechanisch unterstützt. Die von der vorgespannten Feder 18 auf den Bewegkontaktträger 16 ausgeübte Federkraft trägt somit zu einer schnellen Öffnung des Schaltkontakts 10 bei. Auf diese Weise wird ein schnelles Abschalten des Schaltgerätes 1 erreicht. Ferner wird der Verschleiß des Schaltkontakts 10, der sogenannte Kontaktabbrand, deutlich reduziert.
In 2 ist eine Schnittdarstellung des Schaltgerätes 1 in einer Draufsicht schematisch dargestellt. An der links dargestellten Breitseite 6 des Gehäuses 2 ist ein erster Permanentmagnet 21 einer Lichtbogen-Löschvorrichtung 20 des Schaltgerätes 1 angeordnet. An der rechts dargestellten Breitseite 6 ein zweiter Permanentmagnet 22 der Lichtbogen-Löschvorrichtung 20 angeordnet. Die Permanentmagneten 21 und 22 sind dabei im Bereich der sogenannten Schaltkammer, d.h. im Bereich des Schaltkontakts 10, einander gegenüberliegend angeordnet und derart magnetisiert, dass sie einander abstoßen. Dabei ist es unerheblich, ob die beiden Nordpole oder die beiden Südpole der beiden Permanentmagneten 21 und 22 zueinander gerichtet sind.
2 zeigt das Schaltgerät 1 zu einem Zeitpunkt, zu dem der Schaltkontakt 10 gerade geöffnet wurde, so dass sich ein Lichtbogen 7 zwischen dem Festkontakt 11 und dem Bewegkontakt 12 ausbildet. In der in 2 dargestellten Draufsicht ist der Lichtbogen 7 lediglich als Punkt dargestellt, dessen Stromflussrichtung entweder in die Blattebene hinein oder aus der Blattebene heraus orientiert ist. Die Lichtbogen-Löschvorrichtung 23 weist ferner eine Mehrzahl sogenannter Kühl- oder Löschbleche 20 auf, welche, voneinander beabstandet, parallel zueinander zwischen der Feder 18 und dem Lichtbogen 7 im Gehäuse 2 des Schaltgerätes 1 angeordnet sind. In der in 2 dargestellten Draufsicht ist jedoch lediglich das oberste Löschblech 23 zu erkennen.
Um den Lichtbogen 7 zum Erlöschen zu bringen, wird dieser in die Lichtbogen-Löschvorrichtung 20 getrieben und dort bei Auftreffen auf die Löschbleche 23 in eine Vielzahl einzelner Teillichtbögen, welche elektrisch in Serie zueinander geschaltet sind, aufgeteilt. Dabei wird die Bogenspannung soweit erhöht, bis der Lichtbogen 7 schließlich abreißt und der Stromfluss erlischt. Um den Lichtbogen 7 gezielt in Richtung der Lichtbogen-Löschvorrichtung 20 bzw. in Richtung der Löschbleche 23 zu treiben, sind die beiden Permanentmagneten 21 und 22 – wie oben beschrieben – im Bereich der Schaltkammer angeordnet. Dabei wird durch den ersten Permanentmagneten 21 und den zweiten Permanentmagneten 22 ein Magnetfeld erzeugt, welches sich mit dem Magnetfeld des beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts 10 auftretenden Lichtbogens 7 überlagert. Das hieraus resultierende Magnetfeld übt wiederum auf den Lichtbogen 7 eine elektromagnetische Kraft – die sogenannte Lorentzkraft – aus, deren Kraftvektor F_L dabei unter anderem von der Polarität des elektrischen Stromes, d.h. von der Stromflussrichtung über den Lichtbogen 7, abhängt.
In den 3A und 3B ist das resultierende Magnetfeld dargestellt. Die zu dieser Darstellung gewählte Perspektive entspricht dabei der in 2 gewählten Perspektive. Das resultierende Magnetfeld ist dabei mittels der sich aus der Überlagerung der einzelnen Magnetfelder – sowohl des ersten Permanentmagneten 21, des zweiten Permanentmagneten 22 als auch des Lichtbogens 7 – ergebenden Magnetfeldlinien 25 dargestellt.
Die Darstellungen in den 3A und 3B unterscheiden sich dabei lediglich hinsichtlich der Stromflussrichtung über den Lichtbogen 7. In beiden Figuren repräsentiert der Kraftvektor F_L die auf den Lichtbogen 7 wirkende Lorentzkraft. Der Kraftvektor F_L kann dabei in eine in x-Richtung wirkende Kraftkomponente F_x sowie in eine in y-Richtung wirkende Kraftkomponente F_y zerlegt werden. Dabei wird deutlich, dass der Kraftvektor F_L in beiden Fällen, d.h. sowohl bei positiver als auch bei negativer Stromflussrichtung über den Lichtbogen 7, eine Richtungskomponente F_x aufweist, welche den Lichtbogen 7 in Richtung der Löschbleche 23 drängt. Dieser Effekt ist sowohl unabhängig von der Polarität des über den Lichtbogen 7 fließenden elektrischen Stromes, als auch unabhängig davon, ob ein Gleichstrom – gleich welcher Richtung – oder ein Wechselstrom über den Schaltkontakt fließt. In allen Fällen weist die Lorentzkraft F_L eine Richtungskomponente F_x auf, welche den Lichtbogen 7 in Richtung der Löschbleche 23 zieht.
Bezugszeichenliste

1: Schaltgerät
2: Gehäuse
3: Frontseite
4: Befestigungsseite
5: Schmalseite
6: Breitseite
7: Lichtbogen
8: Betätigungselement
9: Bügel
10: Schaltkontakt
11: Festkontakt
12: Bewegkontakt
13: Anschlussklemme
14: Nietverbindung
15: Schieber
16: Bewegkontaktträger
17: Litze
18: Feder
19
20: Lichtbogen-Löschvorrichtung
21: erster Permanentmagnet
22: zweiter Permanentmagnet
23: Löschblech
24
25: Magnetfeldlinie
F_L: Lorentzkraft
F_x, F_y: Richtungskomponente
x, y: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0957558 A2 [0003]
DE 2841004 B1 [0008]
DE 3333792 A1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60947-3 [0004]

Claims

Elektromechanisches Schaltgerät (1), – mit einem Schaltkontakt (10) zum Unterbrechen einer elektrischen Leitung, – mit einer Lichtbogen-Löschvorrichtung (20) zum Löschen eines beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts (10) auftretenden Lichtbogens (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogen-Löschvorrichtung (20) einen ersten Permanentmagneten (21) und einen zweiten Permanentmagneten (22) aufweist, welche zu beiden Seiten des Schaltkontakts (10) einander gegenüberliegend angeordnet und zueinander gegensinnig magnetisiert sind, derart, dass sie einander abstoßen.
Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogen-Löschvorrichtung (20) mehrere Löschbleche (23) zum Löschen des Lichtbogens (7) aufweist, wobei sich ein von dem ersten Permanentmagneten (21) und dem zweiten Permanentmagneten (22) erzeugtes Magnetfeld mit einem durch den Lichtbogen (7) erzeugten Magnetfeld derart überlagert, dass auf den Lichtbogen (7) eine elektromagnetische Kraft wirkt, deren Kraftvektor (F_L) eine Richtungskomponente (F_x) aufweist, welche den Lichtbogen (7) unabhängig von der Polarität des elektrischen Stromes in Richtung (x) der Löschbleche (23) drängt.
Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Lichtbogen-Löschvorrichtung (20) sowohl zum Löschen eines Gleichstrom-Lichtbogens als auch zum Löschen eines Wechselstrom-Lichtbogens einsetzbar ist.
Schaltgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Gehäuse (2), welches eine Frontseite (3) und eine der Frontseite (3) gegenüberliegende Befestigungsseite (4), sowie die Front- und die Befestigungsseite (3, 4) verbindende Schmal- und Breitseiten (5, 6) aufweist, wobei der Schaltkontakt (10) in dem Gehäuse (2) angeordnet ist und der erste und zweite Permanentmagnet (21, 22) im Bereich der Breitseiten (6) angeordnet sind.
Schaltgerät (1) nach Anspruch 4, welches als Reiheneinbaugerät ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (2) einer Breite von einer Teilungseinheit aufweist.