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Die Erfindung betrifft eine Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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In mechanischen Schaltgeräten tritt bei jedem Abschaltvorgang ein Lichtbogen auf. Dies ist aufgrund der im Induktionsgesetzt beschriebenen physikalischen Gegebenheiten unvermeidbar. Beim Abschalten sehr hoher Ströme, wie diese etwa bei Kurzschlüssen auftreten, stellt der dabei entstehende Lichtbogen eine ernsthafte Gefahr für das betreffende Schaltgerät, aber auch die schaltungstechnische Umgebung dar. Zum Einen kann der Lichtbogen das Schaltgerät selbst zerstören, zum anderen bildet dieser weiterhin eine leitende elektrische Verbindung, weshalb in dem betreffenden Schaltkreis weiterhin Strom fließt, und dadurch weiterhin eine erheblichen Gefahr für Menschen und Anlagen besteht. Insbesondere beim Schalten von Gleichströmen besteht eine zusätzliche Gefahr durch Lichtbögen, da diese in Ermangelung eines Nulldurchganges kaum ohne weiteres Einwirken verlöschen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Schaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem hohe Gleichströme sicher abgeschaltet werden können, und welches eine
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
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Dadurch kann ein entstehender Lichtbogen schnell gelöscht werden. Durch das Einführen eines Isolierkörpers in den durch die sich öffnenden Kontakte entstehenden Raum, kann die durch den Lichtbogen zu überbrückende Spannung sehr schnell erheblich gegenüber einer reinen Luftstrecke erhöht werden. Der beim Abschaltvorgang entstehende Lichtbogen bricht daher schnell zusammen. Zudem kann ein erneutes Zünden des Lichtbogens sicher verhindert werden, da sich zwischen den beiden Kontakten der Isolierstoffkörper befindet. Dadurch kann eine hohe Stromabschaltfähigkeit bei gleichzeitig kompakten Abmessungen des Schaltgeräts erreicht werden, wobei eine hohe Sicherheit hinsichtlich dem Löschen eines Lichtbogens besteht, sowie hinsichtlich des Vermeidens eines erneuten Zündens des Lichtbogens.
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Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines gegenständlichen Schaltgeräts;
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2 eine Anordnung aus Festkontaktträger, Kontaktarm und Lichtbogenlöschblechen in geschlossenem Zustand sowie eine Ansicht eine Grundrissansicht eines Lichtbogenlöschblechs; und
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3 die Anordnung gemäß 2 in geöffnetem Zustand.
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Die 1 zeigt ein Schaltgerät 1, insbesondere ein Gleichstromschaltgerät, wobei das Schaltgerät 1 einen Festkontaktträger 4 mit einem Festkontakt 2 und einen beweglichen Kontaktarm 3 mit einem Kontaktbereich 5 aufweist, wobei der Kontaktbereich 5 zum Kontakt mit dem Festkontakt 2 vorgesehen ist. Die 2 und 3 zeigen einen Kontaktarm 3 mit einem Isolierbereich 6, wobei der Festkontaktträger 4 eine Durchgangsöffnung 7 aufweist, wobei der Festkontakt 2 die Durchgangsöffnung 7 berandet, und wobei in der Durchgangsöffnung 7 ein Teil des der Isolierbereichs 6 angeordnet ist.
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Dadurch kann ein entstehender Lichtbogen schnell gelöscht werden. Durch das Einführen eines Isolierbereichs 6 in den durch die sich öffnenden Kontakte 2, 5 entstehenden Raum, kann die durch den Lichtbogen zu überbrückende Spannung sehr schnell erheblich gegenüber einer reinen Luftstrecke erhöht werden. Der beim Abschaltvorgang entstehende Lichtbogen bricht daher schnell zusammen. Zudem kann ein erneutes Zünden des Lichtbogens sicher verhindert werden, da sich zwischen den beiden Kontakten der Isolierbereich 6 befindet. Dadurch kann eine hohe Stromabschaltfähigkeit bei gleichzeitig kompakten Abmessungen des Schaltgeräts 1 erreicht werden, wobei eine hohe Sicherheit hinsichtlich dem Löschen eines Lichtbogens besteht, sowie hinsichtlich des Vermeidens eines erneuten Zündens des Lichtbogens.
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Zusätzlich wird durch das Abdampfen des Isolierbereichs 6 aufgrund der Lichtbogeneinwirkung eine Gasströmung erzeugt. Das entstehende Gas wird in Richtung 17 zwischen die Lichtbogenlöschbleche 8 gedrückt, und treibt den Lichtbogen an bzw. zwischen die Lichtbogenlöschbleche 8, wodurch der Lichtbogen noch schneller gelöscht wird, und ein erneutes Zünden praktisch ausgeschlossen werden kann.
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Bei dem gegenständlichen Schaltgerät 1 handelt es sich bevorzugt um ein sog. Niederspannungsschaltgerät, insbesondere um einen sog. Selbstschalter, daher ein Schaltgerät, welches in der Lage ist selbsttätig auszuschalten. Hiezu weist das gegenständliche Schaltgerät 1 gemäß der schematischen Darstellung in 1 einen Auslöser 12, welcher als Kurzschlussauslöser und/oder Überstromauslöser ausgebildet ist, auf. Der Auslöser 12 wirkt mechanisch auf ein Schaltschloss 13, welches im Fall einer Betätigung die Trennung des Kontaktbereichs 5 vom Festkontakt 2 des Schaltgeräts 1 veranlasst bzw. durchführt. Bevorzugt weist das Schaltgerät 1 weiters ein Handbetätigungselement 14 auf, welches ein manuelles Öffnen und/oder Schließen der Schaltkontakte, daher des Kontaktbereichs 5 und des Festkontakts 2, ermöglicht.
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Das Schaltgerät 1 weist zumindest eine Schaltstrecke auf, wobei auch Ausführungen mit mehreren parallelen Schaltstrecken vorgesehen sein können. Als Schaltstrecke wird ein Strompfad durch das Schaltgerät 1 bezeichnet, in welchem die Schaltkontakte des Schaltgerätes 1 angeordnet sind, und welcher geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Der betreffende Strompfad führt von einer ersten Anschlussklemme 10 des Schaltgeräts 1 zu einer zweiten Anschlussklemme 11 des Schaltgeräts 1.
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Die Schaltkontakte des Schaltgeräts 1 weisen einen Festkontakt 2 auf, welcher auf einem Festkontaktträger 4 angeordnet ist. Die Angabe Festkontakt 2 bezieht sich darauf, dass der betreffende Festkontakt 2 lagefest in einem, nicht dargestellten, Gehäuse des Schaltgeräts 1 angeordnet ist, und beim Schaltvorgang nicht relativ zum Gehäuse bewegt wird.
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Die Schaltkontakte des Schaltgeräts weisen weiters einen beweglichen Kontaktarm 3 auf, an welchem ein Kontaktbereich 5 angeordnet ist. Der Kontaktbereich 5 ist der Teil des Kontaktarmes 3, welcher dazu vorgesehen und entsprechend ausgebildet ist, mit dem Festkontakt 2 in Kontakt zu treten.
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Die Angabe „geöffneter Zustand des Schaltgeräts 1“ bezieht sich auf einen Zustand des Schaltgeräts 1 mit geöffneten Schaltkontakten, daher der Festkontakt 2 sowie der bewegliche Kontaktbereich 5 sind nicht leitend verbunden, bzw. voneinander beabstandet. Entsprechend bezeichnet die Angabe „geschlossener Zustand des Schaltgeräts 1“ einen Zustand des Schaltgeräts 1 mit geschlossenen Schaltkontakten, daher der Festkontakt 2 sowie der bewegliche Kontaktbereich 5 sind leitend verbunden und bilden derart einen durchgehenden Strompfad durch das Schaltgerät 1.
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Der Kontaktarm 3 weist weiters einen Isolierbereich 6 auf. Als Isolierbereich 6 wird dabei ein Bereich verstanden, welcher zumindest eine Oberfläche aufweist, welche durch einen elektrischen Isolierstoff, insbesondere einen sog. Kunststoff, gebildet wird. Insbesondere ist der Isolierbereich 6 als Kunststoffstab ausgebildet. Der Isolierbereich 6 ist dazu vorgesehen, während eines Schaltvorganges bereichsweise bzw. zeitweise zwischen dem Festkontakt 2 und dem Kontaktbereich 5 angeordnet zu sein bzw. werden.
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Der Kontaktarm 5 ist bevorzugt stabförmig ausgebildet, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Kontaktarm 5 zum Übergang vom geschlossenen Zustand zum geöffneten Zustand bzw. vice versa entlang der Längserstreckung des stabförmigen Kontaktarmes bewegt wird. Die entsprechende Bewegungsrichtung ist in 3 mit 16 bezeichnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kontaktarm 3 wippenförmig ausgebildet ist, und die entsprechende Öffnungsrichtung einer Kegelschnittlinie folgt.
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Bei der bevorzugt stabförmigen Ausbildung des Kontaktarmes 3 ist insbesondere vorgesehen, dass der Kontaktbereich 5 kegelstumpfmantelförmig ausgebildet ist. Der Kontaktbereich 5 bildet dabei einen umfänglich im Wesentlichen geschlossenen Bereich. Der Isolierbereich 6 ist anschließend an den Kontaktbereich 5 an dem Kontaktarm 3 angeordnet.
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Der Festkontaktträger 4 ist bevorzugt als Metallblock ausgebildet und weist eine Durchgangsöffnung 7 auf, wobei es sich bei der Durchgangsöffnung 7 bevorzugt um eine umfänglich geschlossene Durchgangsöffnung 7 bzw. Bohrung handelt. Der Festkontakt 2 ist an einer Seite des Festkontaktträgers 4 an der Durchgangsöffnung 7 angeordnet, und berandet diese umfänglich, insbesondere vollumfänglich. Dieser ringförmige Festkontakt 2 ist zum Kontakt mit dem kegelstumpfförmigen Kontaktbereich 5 vorgesehen.
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Es ist vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich des Isolierbereichs 6 des Kontaktarmes 3 in der Durchgangsöffnung 7 des Festkontaktträgers 4 angeordnet ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Isolierbereich 6 sowohl in einem geschlossenen Zustand des Schaltgeräts 1, als auch in einem geöffneten Zustand des Schaltgeräts 1 in der Durchgangsöffnung 7 angeordnet ist. Daher ist gemäß der dargestellte bevorzugten Ausführungsform stets ein Teil bzw. ein Bereich des Isolierbereichs 6 in der Durchgangsöffnung 7 angeordnet. Die Durchgangsöffnung 7 weist folglich einen Querschnitt auf, welcher eine Bewegung des Isolierbereichs 6 innerhalb der Durchgangsöffnung 7 ermöglicht.
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Beim Abschaltvorgang wird der Kontaktbereich 5 vom Festkontakt 2 wegbewegt. Dabei kommt es zur Bildung eines Lichtbogens. Allerdings ist an den Kontaktbereich 5 anschließend der Isolierbereich 6 angeordnet, welcher nunmehr in den Bereich zwischen Festkontakt 2 und Kontaktbereich 5 eintritt. Dadurch wird der ansonsten vom Lichtbogen ausgefüllte Bereich durch einen Isolierstoffkörper ausgefüllt. Bereits durch diese Maßnahme kann ein Abreißen des Lichtbogens erzielt werden.
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Bei dem gegenständlichen Schaltgerät 1 ist in Weiterbildung der Erfindung weiters vorgesehen, dass anschließend an den Festkontakt 2 – in Öffnungsrichtung 16 des Kontaktarmes 3 – eine vorgebbare Anzahl Lichtbogenlöschbleche 8 in dem Schaltgerät 1 angeordnet sind. Dadurch wird beim Öffnen der seitlich an dem Isolierbereich 6 vorbeigezwungene Lichtbogen in die Lichtbogenlöschbleche 8 getrieben und in Teillichtbögen aufgeteilt. Es entsteht eine hohe Lichtbogenspannung die der Quellenspannung entgegenwirkt und so den Strom gegen Null treibt. Der Lichtbogen erlischt. Zusätzlich werden die Teillichtbögen zwischen den Lichtbogenlöschblechen 8 gekühlt, wodurch den Teillichtbögen Energie entzogen wird. Als Folge steigt die Spannung entlang der Teillichtbögen.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Lichtbogenlöschbleche 8 jeweils eine Löschblechdurchgangsöffnung 9 aufweisen, durch welche der Kontaktarm 3 geführt ist, wodurch eine effektive Wirkung auf sämtliche um den Kontaktbereich 5 herum auftretenden Lichtbögen gewährleistet ist.
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Bevorzugt sind die Lichtbogenlöschbleche 8 ringförmig ausgebildet. Zusammen mit der Löschblechdurchgangsöffnung 9 erinnern die einzelnen Lichtbogenlöschbleche 8 dabei an Beilagscheiben, wie auch in 2 ersichtlich. Dadurch kann sowohl eine gleichmäßige Wirkung als auch eine rationelle Fertigung unterstützt werden.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass im geöffneten Zustand des Schaltgeräts 1, der Isolierbereich 6 in einem Teil, insbesondere einer Mehrheit, der Löschblechdurchgangsöffnungen 9 angeordnet ist, daher, dass der Isolierbereich 6 entsprechend lange ausgebildet, um im geöffneten Zustand die Löschblechdurchgangsöffnungen 9 in Erstreckung der Bewegungsrichtung des Kontaktarmes 16 im Wesentlichen vollständig auszufüllen. Durch das Einführen des Isolierbereichs 6 in die Löschblechdurchgangsöffnungen 9 wird ein auftretender Lichtbogen aktiv in die Lichtbogenlöschbleche 8 gedrückt, wodurch das Löschen des Lichtbogens im Zusammenwirken der Löschblechanordnung und des Isolierbereichs 6 besonders effektiv erfolgt.
