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Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. 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 geringe Baugröße aufweist.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
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Dadurch können hohe Gleichströme sicher abgeschaltet werden. Dadurch kann ein beim Abschalten hoher Gleichströme auftretender Lichtbogen schnell zum Verlöschen gebracht werden, und derart der Stromfluss durch das Schaltgerät unterbrochen werden. Dadurch kann auf eine zusätzliche bzw. separate Lichtbogenlöschkammer verzichtet werden, wodurch eine – im Vergleich zu Schaltgeräten mit gleicher Schaltfähigkeit – geringere Baugröße erzielt werden kann, bei zusätzlicher Sicherheit der Abschaltfähigkeit. Dadurch kann die Sicherheit in elektrischen Anlagen, insbesondere in elektrischen Gleichstromanlagen, erhöht werden, und ein verbesserter Schutz von Menschen und Anlagen gegen schädigende Wirkungen des elektrischen Stromes erzielt werden. Dadurch kann weiters auch die Gesamtbelastung der elektrischen Anlagen bei einem Kurzschluss gesenkt werden, da eine Verringerung des maximal fließenden Kurzschlussstromes erfolgt.
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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 einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines gegenständlichen Schaltgeräts in einem ersten Zustand;
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2 eine schematische Darstellung des Schaltgeräts gemäß 1 in einem zweiten Zustand;
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3 eine schematische Darstellung des Schaltgeräts gemäß 1 in einem dritten Zustand;
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4 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines gegenständlichen Schaltgeräts in einem ersten Zustand;
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5 eine schematische Darstellung des Schaltgeräts gemäß 4 in einem zweiten Zustand; und
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6 eine schematische Darstellung des Schaltgeräts gemäß 5 in einem dritten Zustand.
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Die 1 bis 6 zeigen jeweils schematische Darstellungen bevorzugter Ausführungsformen eines Schaltgeräts 1, wobei das Schaltgerät 1 erste Schaltkontakte 2 aufweist, welche in einem geschlossenen Zustand Teil eines ersten Strompfades 3 von einer ersten Anschlussklemme 4 des Schaltgeräts 1 zu einer zweiten Anschlussklemme 5 des Schaltgeräts 1 sind, wobei das Schaltgerät 1 ein Schaltwerk 6 aufweist, welches ausgebildet ist, nach Betätigung durch einen Auslöser 7, in einem ersten Schritt die ersten Schaltkontakte 2 zu trennen, wobei schaltungstechnisch parallel zu den ersten Schaltkontakten 2 ein zweiter Strompfad 8 angeordnet ist, wobei der zweite Strompfad 8 eine vorgebbare Mehrzahl seriell angeordneter zweiter Schaltkontakte 9 aufweist, und wobei das Schaltwerk 6 ausgebildet ist, in einem – dem ersten Schritt – nachfolgenden zweiten Schritt, die zweiten Schaltkontakte 9 jeweils voneinander zu trennen.
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Dadurch können hohe Gleichströme sicher abgeschaltet werden. Dadurch kann ein beim Abschalten hoher Gleichströme auftretender Lichtbogen schnell zum Verlöschen gebracht werden, und derart der Stromfluss durch das Schaltgerät 1 unterbrochen werden. Dadurch kann auf eine zusätzliche bzw. separate Lichtbogenlöschkammer verzichtet werden, wodurch eine – im Vergleich zu herkömmlichen Schaltgeräten mit gleicher Schaltfähigkeit – geringere Baugröße erzielt werden kann, bei zusätzlicher Sicherheit der Abschaltfähigkeit. Dadurch kann die Sicherheit in elektrischen Anlagen, insbesondere in elektrischen Gleichstromanlagen, erhöht werden, und ein verbesserter Schutz von Menschen und Anlagen gegen schädigende Wirkungen des elektrischen Stromes erzielt werden. Dadurch kann weiters auch die Gesamtbelastung der elektrischen Anlagen bei einem Kurzschluss gesenkt werden, da eine Verringerung des maximal fließenden Kurzschlussstromes erfolgt.
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Bei dem Schaltgerät 1 kann es sich um jede Art eines elektrischen Schaltgeräts 1, daher einer Vorrichtung zum Schalten elektrischer Ströme, handel. Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem Schaltgerät 1 um ein Gleichspannungsschaltgerät handelt, daher ein Schaltgerät 1, welches insbesondere zum Schalten von Gleichstrom vorgesehen ist, vor allem zum Schalten der beispielsweise bei Fotovoltaikanlagen vorherrschenden Spannungen von 600 V DC.
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Die 1 bis 6 zeigen jeweils schematische Darstellungen, wobei lediglich die jeweiligen ersten bzw. zweiten Schaltkontakte 2, 9 genauer dargestellt sind.
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Das Schaltgerät 1 weist bevorzugt einen nicht dargestellten Handgriff auf, zum Öffnen und Schließen der ersten bzw. zweiten Schaltkontakte 2, 9. Bevorzugt, sowie wie in den 1 bis 6 dargestellt, ist vorgesehen, dass das Schaltgerät 1 als Schutzschaltgerät ausgebildet ist, daher als Schaltgerät 1, welches beim Auftreten bestimmter elektrischer Zustände selbsttätig ein Öffnen der Schaltkontakte 2, 9 veranlasst, und entsprechend einen sog. Auslöser 7 aufweist. Bevorzugt ist der Auslöser 7 als Kurzschlussauslöser ausgebildet, wobei auch ein Überstromauslöser vorgesehen sein kann. Derartige Auslöser 7 sind auf dem betreffenden Gebiet hinlänglich bekannt. der Auslöser ist in den 1 bis 6 lediglich schematisch als gemeinsame Baueinheit mit dem Schaltwerk 6 dargestellt, wobei selbstverständlich baulich separate Umsetzungen ebenso vorgesehen sein können.
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Weiters weist das Schaltgerät 1 ein Isolierstoffgehäuse auf, an welchem die Anschlussklemmen 4, 5 angeordnet sind.
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Das Schaltgerät 1 weist in an sich bekannter Weise erste Schaltkontakte 2 auf, welche in einem geschlossenen Zustand Teil eines ersten Strompfades 3 von der ersten Anschlussklemme 4 des Schaltgeräts 1 zur zweiten Anschlussklemme 5 des Schaltgeräts 1 sind. Geschlossener Zustand bedeutet dabei, dass die Kontaktelemente der ersten Schaltkontakte 2 in Anlage sind, daher eine leitende Verbindung bilden, welche durch Kontakt zweier Festkörper gebildet ist.
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Die ersten Schaltkontakte 2 sind in den gegenständlichen 1 bis 6 jeweils als Paarung eines beweglichen Kontaktelements und eines gehäusefesten Kontaktelements ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, zwei gehäusefeste Kontaktelemente durch eine bewegliche Schalbrücke zu verbinden, und derart eine sog. Doppelunterbrechung zu bilden.
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Das Schaltgerät 1 weist ein mechanisches Schaltwerk 6 auf, welches bevorzugt als Schaltschloss ausgebildet ist. Zumindest ein Kontaktelement der ersten Schaltkontakte 2 ist mit dem Schaltwerk 6 verbunden bzw. durch das Schaltwerk 6 ansteuerbar oder betätigbar. Dabei ist vorgesehen, dass das Schaltwerk 6 ausgebildet ist, nach Betätigung durch den Auslöser 7, in einem ersten Schritt die ersten Schaltkontakte 2 zu trennen. Dabei ist selbstverständlich vorgesehen, dass die ersten Schaltkontakte 2 zuvor geschlossen waren. Die 1 bzw. 4 zeigen ein gegenständliche Schaltgerät in einem ersten Zustand geschlossener erster wie auch zweiter Schaltkontakte 2, 9. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Schaltwerk 6 entsprechend ausgebildet ist, auch bei manueller Abschaltung derart zu wirken.
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Es ist vorgesehen, dass schaltungstechnisch parallel zu den ersten Schaltkontakten 2 ein zweiter Strompfad 8 angeordnet ist. Der zweite Strompfad 8 zweigt dabei bevorzugt lediglich im Bereich der ersten Schaltkontakte 2 vom ersten Strompfad 3 ab. In dem zweiten Strompfad 8 sind eine vorgebbare Mehrzahl seriell angeordneter zweiter Schaltkontakte 9 angeordnet.
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Die zweiten Schaltkontakte 9 umfassen dabei zumindest einen gehäusefesten ersten Festkontakt 14, sowie weiters eine Mehrzahl beweglich in dem Schaltgerät 1 angeordneter Kontaktplatten 12. Im ersten bzw. durchgeschalteten Zustand des Schaltgerätes 1 befinden sich die zweiten Schaltkontakte 9 in Anlage und bilden eine leitende Verbindung innerhalb des zweiten Strompfades 8. Dabei liegt eine erste Kontaktplatte 12, 13 der Mehrzahl an Kontaktplatten 12 an dem ersten Festkontakt 14 der zweiten Schaltkontakte 9 an. Dabei ist vorgesehen, dass der zweite Strompfad 8 einen höheren Widerstand, insbesondere einen wenigstens 10 mal, vorzugsweise einen wenigstens 100 mal höheren Widerstand, aufweist, als das zu diesem schaltungstechnisch parallel verlaufende Teilstück des ersten Strompfades 3, umfassend die ersten Schaltkontakte 2. Dadurch kann erreicht werden, dass im Normalbetrieb des Schaltgerätes 1 lediglich ein sehr geringer Stromfluss über den zweiten Strompfad 8 auftritt, und lediglich eine geringe Verlustleitung in diesem Bereich auftritt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kontaktplatten 12 einen ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere Stahl, aufweisen. Durch den höheren spezifischen Widerstand ferromagnetischer Werkstoffe gegenüber Kupfer kann einfach ein höherer Widerstand der zweiten Schaltstrecke erreicht werden. Die bevorzugte Ausbildung der Kontaktplatten 12 umfassend Stahl hat zudem den Vorteil hoher Robustheit und thermischer Widerstandsfähigkeit.
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Das Schaltwerk 6 ist weiters ausgebildet, in einem – dem ersten Schritt – nachfolgenden zweiten Schritt, die Mehrzahl zweiter Schaltkontakte 9 jeweils voneinander zu trennen. Die 1 und 4 zeigen jeweils ein Schaltgerät im ersten Zustand geschlossener erster zwei zweiter Schaltkontakte 2, 9. Nach Betätigung des Schaltwerks 6 durch den Auslöser 7 werden erst die ersten Schaltkontakte 2 getrennt. Da nach wie vor eine leitende Verbindung über den zweiten Strompfand 8 besteht verlagert sich in diesem Zustand der gesamte Stromfluss auf den zweiten Strompfad 8. Aufgrund des erheblich höheren Widerstandes des zweiten Strompfades 8 gegenüber dem ersten Strompfad 3 kann bereits dadurch der über das Schaltgerät 1 fließende Strom reduziert werden. Der betreffende zweite Zustand ist in den 2 bzw. 5 dargestellt. Im nun nachfolgenden zweiten Schritt trennt das Schaltwerk 6 die zweiten Schaltkontakte 9 bzw. verursacht diese Trennung der zweiten Schaltkontakte 9. Da nunmehr keine weitere leitungsgebundene Verbindung innerhalb des Schaltgeräts 1 besteht, kommt es zur Bildung von Lichtbögen zwischen benachbarten Kontaktplatten 12. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltgeräten, bei welchen das Erreichen einer hohen Lichtbogenspannung eine längere Zeit benötigt, da der entstehende Lichtbogen von den Schaltkontakten in den, bei solchen herkömmlichen Schaltgeräten üblichen Löschblechstapel wandern muss und dort erst in Teillichtbögen aufgeteilt wird, werden bei gegenständlichem Schaltgerät 1 die Kontaktplatten 12 im Wesentlichen simultan geöffnet, wodurch beim Abschalten des Schaltgeräts 1 bzw. bei Kontaktöffnung schnell eine hohe Lichtbogenspannung erreicht wird, welche einer treibenden Quellenspannung entgegenwirkt und somit den Strom durch das Schaltgerät 1 schneller begrenzt als bei herkömmlichen Schaltgeräten. Die Lichtbogenspannung ist dabei sie Summe der Spannungen der Teillichtbögen. Zudem werden die einzelnen Lichtbögen durch die Vielzahl an Kontaktplatten 12 effektiv gekühlt.
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Durch die Auswahl der konkreten Anzahl der verwendeten Kontaktplatten 12 kann das betreffende Schaltgerät 1 bei der Konzeption an die beabsichtige Einsatzspannung angepasst werden.
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Die Kontaktplatten 12 können hinsichtlich deren konkreter Ausbildung unterschiedlich ausgeführt werden, etwa als kreisrunde oder rechteckige Platte. Es kann vorgesehen sein, dass diese als Verbundkörper, umfassend mehrere Werkstoffe, ausgebildet sind. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Kontaktplatten 12 vorstehende Kontaktbereich aufweisen, welche dazu vorgesehen sind, die jeweils benachbarte Kontaktplatte 12 zu kontaktieren.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Schaltwerk 6 ein erstes Betätigungselement 10 aufweist, zur wenigstens mittelbaren Trennung der ersten Schaltkontakte 2, und dass das Schaltwerk 6 ein zweites Betätigungselement 11 aufweist, zur wenigstens mittelbaren Trennung der zweiten Schaltkontakte 9. Das erste wie zweite Betätigungselement 10, 11 sind in den 1 bis 6 lediglich durch Linien versinnbildlicht. Die konkrete Ausgestaltung des betreffenden Schaltwerks 6 ist dabei stark von den sonstigen Anforderungen an das betreffende Schaltgerät 1 abhängig und wird gegenständlich nicht weiter ausgeführt.
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Die 1 bis 3 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform eines gegenständlichen Schaltgeräts 1, wobei die Kontaktplatten 12 jeweils rotatorisch beweglich gelagert sind. Die einzelnen Kontaktplatten 12 sind dabei in einem Mittenbereich drehbar gelagert in dem Schaltgerät 1 angeordnet. Die Kontaktplatten 12 sind mittels einer Betätigungsstange 20 miteinander verbunden, welche Betätigungsstange 20 mit dem Schaltwerk 6 wenigstens mittelbar in Wirkverbindung steht. Die Betätigungsstange 20 ist dabei vorzugsweise vom Mittenbereich beabstandet an den einzelnen Kontaktplatten 12 drehbeweglich befestigt, um eine gute Hebelwirkung zu erzielen.
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Eine äußere, dem ersten Festkontakt 14 abgewandte Kontaktplatte 15, 12 wirkt mit einem zweiten Fixkontakt 19 der zweiten Schaltkontakte 9 zusammen, indem diese in der in den 1 und 2 dargestellten verkippten Position der Kontaktplatten 12 den leitenden Kontakt zur zweiten Anschlussklemme 5 herstellt.
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In einer ersten Stellung der Betätigungsstange 20 sind die Kontaktplatten 12 jeweils miteinander in Anlage, und bilden eine elektrisch leitende Verbindung, welche einen Teil des zweiten Strompfades 8 darstellt, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. In einer zweiten Stellung der Betätigungsstange 20 sind die Kontaktplatten 12 jeweils im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet, wie dies in 3 dargestellt ist.
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Die 4 bis 6 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines gegenständlichen Schaltgeräts 1, wobei die Kontaktplatten 12 längsverschiebbar beweglich gelagert sind. Der Begriff längsverschiebbar bedeutet dabei insbesondere, dass die Verschiebung entlang einer Geraden erfolgt, daher als translatorische Bewegung. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Verschieberichtung im Wesentlichen normal auf eine flächige Ausdehnung der Kontaktplatten 12 angeordnet ist.
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Die äußere, dem ersten Festkontakt 14 abgewandte Kontaktplatte 15, 12 ist bevorzugt mittels eines flexiblen Leiters 16 mit dem ersten Strompfad 3 schaltungstechnisch verbunden. Die 1 und 2 zeigen jeweils die zweiten Schaltkontakte 9 in geschlossener Position.
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Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen den einzelnen Kontaktplatten 12 jeweils wenigstens eine Feder 17 angeordnet ist, welche in geschlossener Position der zweiten Schaltkontakte 9 unter Vorspannung stehen. Die Federn 17 sind dabei vorzugsweise als Schraubfedern ausgebildet, durch deren zentrale Durchgangsöffnung eine Führungsstange 22 geführt ist, welche auch die Kontaktplatten 12 durchgreift.
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Die Kontaktplatten 12 werden bevorzugt durch eine Verriegelungsvorrichtung 18 des Schaltwerks 6 in der geschlossenen Position gemäß 1 bis 2 gehalten, gegen die Vorspannung der Federn 17. Dabei ist das Schaltwerk 6 derart ausgebildet, dass im zweiten Schritt der Verriegelungsvorrichtung 18 betätigt bzw. entriegelt wird, was zum sprungartigen Öffnen der zweiten Schaltkontakte 9 führt.
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Nicht dargestellt ist eine weitere bevorzugte Vorrichtung des betreffenden Schaltgeräts 1, welche beim, insbesondere manuellen, Schließen der Schaltkontakte 2, 9 des Schaltgerätes 1 die Kontaktplatten 12 wieder miteinander in Anlage bringt und dabei die Vorspannung der Federn 17 aufbringt, sowie die Verriegelungsvorrichtung 18 in die entsprechende Position bringt.
