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Die Erfindung betrifft ein Schaltsystem mit einem ersten Kontakt und mit einem zweiten Kontakt, die zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich sind. Das Schaltsystem ist insbesondere für den Niederspannungsbereich vorgesehen, vorzugsweise für ein Relais oder für ein Schütz, wobei die zu schaltenden Spannungen bis zu 1500 V im Gleichspannungsbetrieb und 1000 V im Wechselspannungsbetrieb betragen.
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Aus der
DE 10 2009 013 337 B4 ist ein Schutzschalter für Gleichstrom- und Wechselstrom mit zwei Kontaktstellen bekannt. Zwischen den Kontaktstellen ist eine Kontaktbrücke angeordnet, die bei einem Auslösen des Schutzschalters in transversaler Richtung verbracht wird. Die an den beiden Kontaktstellen entstehenden Lichtbögen werden mittels einer Blaseinrichtung getrieben. Einer der beiden Lichtbögen wird hierbei bis zu einem Randbereich der Kontaktbrücke geblasen, wohingegen einer der Fußpunkte des anderen Lichtbogens mittels Leitblechen im Wesentlichen in elektrischen Kontakt mit den beiden Kontaktstellen verbracht wird. Mit anderen Worten werden mittels des zweiten Lichtbogens die beiden Kontaktstellen elektrisch kurzgeschlossen und der zweite Lichtbogen übernimmt die elektrische Funktion der Kontaktbrücke im geschlossenen Zustand. Der zweite Lichtbogen ist somit parallel zu der Kontaktbrücke geschaltet. Der erste der beiden Lichtbögen erlischt hierbei. Der verbleibende Lichtbogen wird mittels einer weiteren Blaseinrichtung in eine Löschkammer getrieben und dort zum Erlöschen gebracht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Schaltsystem mit einem ersten Kontakt, mit einem zweiten Kontakt, die zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich sind, und einen Schutzschalter mit dem Schaltsystem anzugeben, wobei ein sich zwischen den beiden Kontakten bildender Lichtbogen vergleichsweise effizient gelöscht wird, und wobei das Gewicht und die Größe insbesondere reduziert sind.
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Hinsichtlich des Schaltsystems wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Schutzschalters durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Schaltsystem weist einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und zur Stromführung innerhalb des Schaltsystems dienen. Die beiden Kontakte sind zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich. Hierbei ist beispielsweise der erste Kontakt feststehend, also wird mittels weiterer Elemente des Schaltsystems ortsfest gehalten. Der zweite Kontakt ist beispielsweise mittels eines Scharniers, beispielsweise eines Filmscharniers oder dergleichen, beweglich gelagert. Mit anderen Worten ist der erste Kontakt ein Festkontakt und der zweite Kontakt ein Bewegkontakt. Alternativ hierzu sind beide Kontakte beweglich innerhalb des Schaltsystems angeordnet. Insbesondere ist der erste Kontakt mittels eines Scharniers beweglich gelagert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zumindest einer der Kontakte in eine transversale Richtung verbringbar.
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In dem leitenden Zustand des Schaltsystems liegen die beiden Kontakte vorzugsweise mechanisch direkt aneinander an und sind im nichtleitenden Zustand voneinander beabstandet. Hierbei werden die Kontakte zueinander in die Öffnungsrichtung verbracht. Unter Öffnungsrichtung wird insbesondere die Richtung verstanden, in die der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts verbracht wird, um das Schaltsystem von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand zu überführen. Beispielsweise wird der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts transversal verbracht. Hierbei bezeichnet die Öffnungsrichtung die Richtung, die parallel zur transversalen Geraden ist. Alternativ wird der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts rotiert, insbesondere mittels eines Scharniers oder einer feststehenden Achse. In diesem Fall ist die Öffnungsrichtung tangential bezüglich der Rotationsachse.
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Das Schaltsystem umfasst eine Löschkammer mit einem Löschelement, wobei die Löschkammer insbesondere benachbart zu den beiden Kontakten angeordnet ist. Das Löschelement der Löschkammer besteht aus einem porösen Material. Insbesondere besteht die Löschkammer im Wesentlichen aus dem Löschelement oder weist lediglich zusätzlich eine Halterung für das Löschelement auf. Besonders bevorzugt ist das poröse Material offenporig. Mit anderen Worten sind die einzelnen Poren des Materials miteinander verbunden. Geeigneterweise ist hierbei das Löschelement elektrisch nicht leitend, also aus einem elektrisch isolierenden Material.
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Ferner umfasst das Schaltsystem ein Treibelement zum Treiben eines Lichtbogens in die Löschkammer. Die Löschkammer, das Treibelement und die beiden Kontakte sind derart angeordnet, dass ein bei Öffnung der beiden Kontakte entstehender Lichtbogen zwischen diesen mittels des Treibelements in die Löschkammer getrieben wird. Bei einem Überführen des Schaltsystems von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand ist es möglich, dass zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt aufgrund einer vergleichsweise hohen elektrischen Spannung ein Plasma gebildet wird und somit ein Lichtbogen entsteht, über den ein elektrischer Strom fließt. In Folge dessen besteht ein Stromfluss durch das Schaltsystem auch bei geöffneten Kontakten fort. Mittels des Treibelements wird der Lichtbogen in die Löschkammer getrieben und breitet sich in dem Löschelement aus. Insbesondere bildet sich im Bereich der Poren ein Plasma, über das der Strom fließt. Mit anderen Worten wird die Länge des zwischen den beiden Kontakten gebildeten Lichtbogens erhöht, da sich der Lichtbogen lediglich innerhalb der Poren ausbreitet. Zudem wird bei einer geeigneten Wahl der Porengröße der Querschnitt des Lichtbogens begrenzt. Dies führt zu einer erhöhten elektrischen Spannung, die zum Erhalt des Lichtbogens erforderlich ist.
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Zwischen dem Plasma und dem vergleichsweise kühlen Löschelement findet ein Wärmeaustausch statt. Aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen dem Plasma und dem Löschelement ist der Wärmeaustausch vergleichsweise effizient, so dass das Plasma vergleichsweise stark gekühlt wird. Das Kühlen des Plasmas und der damit einhergehende Energieentzug sorgen für eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke des Lichtbogens. Zwischen dem ersten und zweiten Kontakt führt dies zu einem starken und schnellen Anstieg der Lichtbogenspannung. Sobald die Lichtbogenspannung den Wert der an dem Schaltsystem anliegenden elektrischen Spannung erreicht oder diesen übersteigt, führt dies zu einer Begrenzung und Reduzierung des Stromflusses bis hin zu seiner Unterbrechung. Zusammenfassend wird der Lichtbogen vergleichsweise effizient gekühlt und in seiner Querschnittsfläche begrenzt und somit vergleichsweise schnell gelöscht und folglich das Schaltsystem in einen nichtleitenden Zustand versetzt.
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Aufgrund der Verwendung des porösen Materials ist es ermöglicht, ein vergleichsweise leichtes und kompaktes Schaltsystem zu fertigen. Zudem ist die Fertigung eines porösen Materials einfacher und schneller als beispielsweise die Anordnung von Löschblechen. In Folge dessen kann das Schaltsystem vergleichsweise schnell und kostengünstig erstellt werden. Ferner ist die Geschwindigkeit des Anstiegs der Lichtbogenfeldstärke vergleichsweise groß, sodass ein vergleichsweise schnelles Versetzen des Schaltsystems in einen nichtleitenden Zustand ermöglicht ist.
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Zweckmäßigerweise wird das Schaltsystem in einem Kraftfahrzeug oder einem Flugzeug verwendet, was aufgrund der vergleichsweise leichten und kompakten Ausführung des Schaltsystems möglich ist. Das Schaltsystem ist insbesondere für hohe Gleichspannungen, vorzugsweise für Hochvolt-Relais oder für ein Schütz, vorgesehen. Das Schaltsystem soll, vorzugsweise in Verbindung mit einem Schalter in Form eines Relais oder Schützes, für hohe Gleichspannungen von z. B. mindestens 330 V und zum Tragen und Trennen eines Dauerstroms von z. B. mindestens 32 A, 100 A, 320 A oder 1000 A geeignet sein. Insbesondere ist das Schaltsystem zum Tragen und Trennen eines Dauerstromes von bis zu mehreren hundert Ampere und einer Dauerspannung von mehreren hundert Volt geeignet, wobei die zu schaltenden Spannungen z. B. bis zu 1500 V im Gleichspannungsbetrieb und 1000 V im Wechselspannungsbetrieb betragen.
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Vorzugsweise weist das poröse Material eine Porendichte, auch als Zellweite bezeichnet, zwischen 20 ppi und 30 ppi (pores per inch) auf. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Poren pro inch zwischen 20 und 30. Mit nochmals anderen Worten ist die Anzahl der Poren zwischen 7,5 und 12 pro Zentimeter. Zweckmäßigerweise ist die Dichte gleich 20 ppi, 25 ppi oder 30 ppi. Mittels einer derartigen Zellweite ist eine vergleichsweise starke Auffächerung des Lichtbogens innerhalb des Löschelements erreichbar. In Folge dessen wird ein Lichtbogen vergleichsweise schnell innerhalb des Löschelements gelöscht.
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Zweckmäßigerweise weist das poröse Material eine Porosität zwischen 70% und 90% auf, wobei die Porosität das Verhältnis des Hohlraumvolumens zu dem Gesamtvolumen bezeichnet. Das Verhältnis des Gesamtvolumens abzüglich des Hohlraumvolumens zu dem Gesamtvolumen, als Feststoffanteil des porösen Materials bezeichnet, ist insbesondere gleich 10%, 20% oder 30%. Bei einer derartigen Wahl der Porosität ist einerseits eine vergleichsweise hohe strukturelle Stabilität des Löschelements gewährleistet. Andererseits sind vergleichsweise viele Hohlräume geschaffen, innerhalb derer sich die Lichtbögen ausbreiten.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das poröse Material eine Schaumkeramik, die insbesondere offenporig ist. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise stabiles Löschelement bereitgestellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das poröse Material Al2O3. Bei einer derartigen Materialwahl ist das Löschelement vergleichsweise resistent gegen hohe Temperaturen, die sich aufgrund eines Lichtbogens ergeben. In Folge dessen können vergleichsweise viele Schaltvorgänge mittels des Schaltsystems durchgeführt werden, wobei der Abbrand des Löschelements vergleichsweise gering ist. Zudem ist ein elektrischer Kurzschluss mittels des Löschelements aufgrund des vergleichsweise hohen spezifischen elektrischen Widerstands des Werkstoffs ausgeschlossen.
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Beispielsweise ist das Löschelement hohlzylindrisch ausgestaltet. Insbesondere ist der Querschnitt des Löschelements senkrecht zu dessen Zylinderachse ringförmig. Innerhalb des Löschelements ist der zweite Kontakt zumindest teilweise angeordnet. Beispielsweise wird der zweite Kontakt mittels der zentralen Aussparung des Löschelements geführt. Auf diese Weise umgibt die Löschkammer den zweiten Kontakt und ein sich zwischen dem zweiten Kontakt und dem ersten Kontakt ausbreitender Lichtbogen wird vergleichsweise schnell in die Löschkammer getrieben. Insbesondere ist der erste Kontakt im Wesentlichen ring- oder scheibenförmig ausgestaltet und in direktem mechanischen Kontakt mit einer der Deckflächen des hohlzylindrischen Löschelements. Im leitendem Zustand ist der zweite Kontakt geeigneterweise derart innerhalb des Löschelements angeordnet, dass der zweite Kontakt in direktem mechanischen Kontakt mit dem ersten Kontakt ist. Zur Überführung des Schaltsystems in einen nichtleitenden Zustand wird der zweite Kontakt in Öffnungsrichtung, die parallel zur Zylinderachse des Löschelements ist, durch das Löschelement von dem ersten Kontakt weg bewegt. Auf diese Weise breitet sich der Lichtbogen innerhalb eines bestimmten Bereichs aus und eine thermische Belastung oder sonstige Beschädigung von etwaigen weiteren Bestandteilen des Schaltsystems oder sonstiger Elemente ist ausgeschlossen.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Schaltsystem einen dritten Kontakt auf, dessen Position bezüglich des ersten Kontakts fest ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem ersten und dem dritten Kontakt um Festkontakte. In Folge dessen ist der zweite Kontakt bezüglich sowohl des ersten als auch des dritten Kontakts beweglich. Der dritte Kontakt ist im leitenden Zustand des Schaltsystems insbesondere in Reihe zu dem ersten und zweiten Kontakt geschalten. Zwischen dem ersten Kontakt und dem dritten Kontakt ist das Löschelement angeordnet. Zweckmäßigerweise ist der zweite Kontakt derart beschaffen, dass sich der Lichtbogen vor dessen Löschung zwischen dem ersten und dritten Kontakt ausbreitet und von dort mittels des Treibelements in das Löschelement getrieben wird. Mit anderen Worten wird der Lichtbogen, sofern er nicht bereits auf dem Weg zur Löschkammer erlischt, in die Löschkammer getrieben. Insbesondere ist das Löschelement in direktem mechanischem Kontakt mit sowohl dem ersten als auch dem dritten Kontakt. Auf diese Weise ist eine Ausbreitung des Lichtbogens außerhalb des Löschelements ab einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehr möglich. Eine Ausbreitung um das Löschelement herum ist wegen des direkten mechanischen Kontakts nicht möglich. Zweckmäßigerweise ist das Löschelement im Wesentlichen quaderförmig. Mittels einer derartigen Ausgestaltung ist eine vergleichsweise einfache Fertigung des Schaltsystems ermöglicht.
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Ferner wird mittels des Löschelements der erste Kontakt in einem definierten Abstand zu dem dritten Kontakt gehalten, so dass auch bei einem etwaigen Ablösen einer Befestigung von dem ersten und/oder dritten Kontakt diese beiden nicht in direkten mechanischen Kontakt gelangen und folglich das Schaltsystem kurzgeschlossen wird.
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Beispielsweise liegt der zweite Kontakt im leitenden Zustand des Schaltsystems an dem ersten und an dem dritten Kontakt an. Zweckmäßigerweise ist der zweite Kontakt im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet. Im nichtleitenden Zustand des Schaltsystems ist der Abstand zwischen dem zweiten Kontakt und dem Löschelement geeigneterweise vergrößert. Mit anderen Worten wird zur Überführung des Schaltsystems von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand der zweite Kontakt von dem Löschelement weg bewegt. Hierbei werden zweckmäßigerweise die beiden Freienden des zweiten Kontakts sowohl von dem ersten als auch von dem dritten Kontakt beabstandet. In Folge dessen bildet sich zunächst ein Lichtbogen zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt und einer zwischen dem zweiten und dem dritten Kontakt aus. Mittels des Treibelements wird zumindest einer der Lichtbögen entlang des zweiten Kontakts getrieben, bis dieser auf den ersten bzw. dritten Kontakt überschlägt. In Folge dessen erlischt der weitere Lichtbogen, der zwischen dem zweiten Kontakt und dem ersten bzw. dritten kontakt gebildet ist. Mit anderen Worten führt der zweite Kontakt keinen Strom mehr und der Lichtbogen bildet sich lediglich zwischen dem ersten und dem dritten Kontakt aus. Von dort wird der Lichtbogen mittels Treibelements in die Löschkammer, die sich zwischen den beiden Kontakten befindet, getrieben und erlischt dort. Die Öffnungsrichtung ist bei einer derartigen Ausgestaltung des Schaltsystems von dem Löschelement weg und insbesondere senkrecht zur kürzesten Verbindung zwischen dem ersten und dritten Kontakt.
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Geeigneterweise ist das Treibelement ein magnetisches Element. Mit anderen Worten wird mittels des Treibelements ein Magnetfeld erzeugt. Alternativ weist das Treibelement eine Anzahl magnetischer Elemente auf, was zu einem vergleichsweise homogenen Magnetfeld führt. Insbesondere ist das Treibelement ein Permanentmagnet, der vorzugsweise aus einem Ferrit erstellt ist. Auf diese Weise ist es ermöglicht, das Schaltsystem vergleichsweise kostengünstig zu erstellen. Alternativ ist der Permanentmagnet aus NdFeB gefertigt, was vergleichsweise kompakte Abmessungen des Schaltsystems ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform ist das magnetische Element eine Spule oder weist zumindest eine Spule auf, die bei einer geeigneten Bestromung das Magnetfeld erzeugt.
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Zweckmäßigerweise ist das magnetische Treibelement benachbart zur Löschkammer angeordnet, und vorzugsweise ist die Löschkammer vergleichsweise stark von dem Magnetfeld durchflossen. Insbesondere beträgt das Magnetfeld innerhalb der Löschkammer zumindest ein Viertel der maximalen Magnetfeldstärke des magnetischen Treibelements. Geeigneterweise ist das Magnetfeld im Bereich des ersten und zweiten Kontakts senkrecht zur Öffnungsrichtung. Auf diese Weise wird ein sich zwischen dem ersten und zweiten Kontakt entstehender Lichtbogen aufgrund der wirkenden Lorentzkraft vergleichsweise schnell von seiner ursprünglichen Position weg bewegt und ein Abbrand des ersten und/oder zweiten Kontakts im Bereich einer gegenseitigen mechanischen Anlage vermieden.
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Alternativ hierzu ist das Treibelement beispielsweise ein Abbrandelement in Form eines Festkörpers oder einer gelartigen Flüssigkeit, dessen Siedetemperatur unterhalb der Temperatur des Lichtbogens liegt. Zweckmäßigerweise ist das Material des Abbrandelements elektrisch nicht leitend, also elektrisch isolierend, z. B. Plexiglas. Insbesondere ist das Treibelement hierbei im Bereich der beiden Kontakte angeordnet, in dem der Lichtbogen entsteht. Insbesondere ist der Entstehungsort des Lichtbogens zwischen dem Treibelement und der Löschkammer. Aufgrund der Ausbreitung des Lichtbogens wird das Abbrandelement zumindest teilweise in einen gasförmigen Zustand überführt. In Folge der entstehenden Gasströmung des ausgasenden Abbrandelements wird der Lichtbogen in die Löschkammer getrieben.
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Der Schutzschalter umfasst vorzugsweise ein Schaltsystem mit einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, die zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich sind. Ferner umfasst das Schaltsystem eine Löschkammer und ein Treibelement zum Treiben eines Lichtbogens in die Löschkammer, beispielsweise ein magnetisches Element, das ein Magnetfeld erzeugt, insbesondere einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten. Die Löschkammer weist mit einem Löschelement aus einem porösen Material auf. Aufgrund der Verwendung des porösen Materials für das Löschelement ist es ermöglicht, den Schutzschalter vergleichsweise klein, kompakt und leicht zu bauen. Insbesondere ist der Schutzschalter Bestandteil einer Photovoltaikanlage oder eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere ist der Schutzschalter ausgelegt, vergleichsweise hohe Spannungen, insbesondere größer oder gleich 450 V, und/oder hohe Ströme, insbesondere größer oder gleich 10 A zu schalten. Insbesondere ist die Nennspannung des Schutzschalters 330 V und der Nennstrom 32 A, 100 A oder 320 A. Beispielsweise beträgt der Nennstrom 1000 A. Zweckmäßigerweise ist der Schutzschalter zum Tragen und Trennen eines Dauerstromes von bis zu mehreren hundert Ampere und einer Dauerspannung von mehreren hundert Volt geeignet, wobei die zu schaltenden Spannungen z. B. bis zu 1500 V im Gleichspannungsbetrieb und 1000 V im Wechselspannungsbetrieb betragen. Der Schutzschalter umfasst insbesondere zusätzlich zu dem Schaltsystem eine Überwachungsvorrichtung, mittels derer der durch den Schutzschalter fließende elektrische Strom und/oder die elektrische Spannung überwacht wird. Die Überwachungsvorrichtung weist beispielsweise elektrische und/oder elektronische Komponenten auf oder umfasst ein Bimetallelement, das sich bei Überschreiten der Nennspannung und/oder des Nennstroms verbiegt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer Explosionszeichnung eine erste Ausführungsform des Schutzschalters mit einem Schaltsystem,
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2 in einer Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform des Schutzschalters.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer Explosionsdarstellung schematisch vereinfacht ein Schutzschalter 2 ausschnittsweise dargestellt. Der achsensymmetrische Schutzschalter 2 umfasst ein Schaltsystem 4 mit einem ersten Gehäuseteil 6 und einem zweiten Gehäuseteil 8. Der erste Gehäuseteil 6 weist eine Nut 10 auf, innerhalb derer eine quaderförmig gestaltete Löschkammer 12 angeordnet ist, die von einem aus einem porösen Material bestehenden Löschelement 14 gebildet ist. Das Löschelement 14 ist aus Al2O3 gefertigt, und die Porosität des für das Löschelements 14 verwendeten Materials ist gleich 85% und die Porendichte beträgt 20 ppi. Die seitlichen Begrenzungsflächen der Nut 10 sind teilweise von einem ersten Kontakt 16 und einem dritten Kontakt 18 gebildet, die jeweils aus einem in eine in U-Form gebogenen Kupferstreifen bestehen. Die Kupferstreifen liegt hierbei jeweils mit einem der beiden zueinander parallelen Schenkel in einer Aussparung 20 des ersten Gehäuseteils 6 ein. Der die beiden zueinander parallelen Schenkel verbindende Schenkel bildet die Begrenzung der Nut 10. Das Löschelement 14 ist mit den beiden die Begrenzung der Nut 10 bildenden Schenkeln der Kupferstreifen in direktem mechanischem Kontakt. Hierbei befindet sich das Löschelement 14 im Wesentlichen im Bereich der beiden Aussparungen 20, so dass die Nut 10 mittels des Löschelements unterteilt ist.
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Von dem ersten Kontakt 16, dem dritten Kontakt 18 und dem Löschelement 14 wird ein Lichtbogenraum 22 gebildet, der bis zu dem Ende der Nut 10 reicht. Dort ist im leitenden Zustand ein zweiter Kontakt 24 in Form eines Streifens aus Kupfer angeordnet. Der zweite Gehäuseteil 8 weist einen Permanentmagneten 26 auf, der den Lichtbogenraum 22 seinerseits abdeckt, und dessen Magnetfeld M im Wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Kontakt 24 und der Nut 10 ist. In einer hier nicht dargestellten Variante weist das erste Gehäuseteil 6 ebenfalls einen Permanentmagneten auf, der an der spiegelbildlich zu dem Permanentmagneten 26 des zweiten Gehäuseteils 8 angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Magnetfeld M im Bereich der Nut 10 vergleichsweise homogen.
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Die beiden Schenkel des ersten Kontakts 16 und des dritten Kontakts 18, an denen der zweite Kontakt 14 im leitenden Zustand anliegt, weisen freiendseitig einen Anschluss 27 auf. Im Betrieb fließt ein elektrischer Strom von dem Anschluss 27 des ersten Kontakts 16 zu dem zweiten Kontakt 24 und über diesen zu dem dritten Kontakt 18. An dem Anschluss 27 des dritten Kontakts sind weitere Bestandteile eines Stromkreises angebunden, der mittels des Schutzschalters 2 abgesichert ist. Zur Überführung des Schaltsystems in den nichtleitenden Zustand wird der zweite Kontakt 24 in eine Öffnungsrichtung 28 bewegt, die parallel zu der Nut 10 ist. Die Öffnungsrichtung 28 ist dabei von dem Löschelement 14 weggerichtet. Die Bewegung des zweiten Kontakts 24 erfolgt mittels einer hier nicht dargestellten Führung und Mechanik, die von einer ebenfalls nicht gezeigten Überwachungseinrichtung betätigt wird. Mittels dieser wird der über die beiden Anschlüsse 27 fließende Strom erfasst und ausgewertet. Überschreitet der Strom einen bestimmten Nennwert, der 320 A beträgt, so wird der zweite Kontakt 24 in Öffnungsrichtung 28 verbracht.
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Zwischen den Freienden 32 des zweiten Kontakts 24 und dem jeweils benachbarten ersten Kontakt 16 bzw. dem dritten Kontakt 18 bildet sich jeweils ein Lichtbogen aus, der trotz der geöffneten Kontakte 16, 18, 24 zu einem weiteren Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen 27 führt. Diese beiden Lichtbögen werden aufgrund des mittels des Permanentmagneten 26 erzeugten Magnetfelds M bewegt, das senkrecht zur Öffnungsrichtung 28 ist. Hierbei wird ein Ende eines der Lichtbögen von einem der Freienden 32 zum anderen Freiende 32 des zweiten Kontakts 24 getrieben, von wo dieses Ende des Lichtbogens auf den ersten bzw. dritten Kontakt 16, 18 überschlägt. In Folge dessen ist ein Lichtbogen 34 zwischen dem ersten Kontakt 16 und dem dritten Kontakt 18 innerhalb des Lichtbogenraums 22 gebildet und der verbleibende Lichtbogen erlischt. Somit fließt ein Strom von dem ersten Kontakt 16 über den Lichtbogen 34 zu dem dritten Kontakt 18 und der Schutzschalter ist weiterhin stromführend.
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Der Lichtbogen 34 wird mittels des Permanentmagneten 26 aufgrund der Lorentzkraft entgegen der Öffnungsrichtung 28 in die Löschkammer 12 getrieben. Sobald der Lichtbogen 34 das Ende des Lichtbogenraums 22 erreicht, tritt der Lichtbogen 34 in das Löschelement 14 ein. Dort wird der Lichtbogen 34 in die Poren des Löschelements 14 gedrängt, was zu einer Begrenzung des Querschnitts des Lichtbogens 34 und einer Vergrößerung von dessen Länge führt. Aufgrund des vergleichsweise großflächigen Kontakts zwischen dem Lichtbogen 34 und dem Löschelement 14 wird eine vergleichsweise effiziente Kühlung des Lichtbogens 34 hervorgerufen. Die Lichtbogenspannung steigt vergleichsweise stark an, was in einer Unterbindung des Stromflusses zwischen den beiden Anschlüssen 27 resultiert.
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In 2 ist in einer Schnittdarstellung entlang der Öffnungsrichtung 28 eine weitere Ausgestaltungsform des Schaltsystems 4 gezeigt. Das aus Al2O3 gefertigte Löschelement 14 ist eine Schaumkeramik und weist eine Porendichte von 30 ppi und eine Porosität von 80% auf. Ferner ist das Löschelement 14 hohlzylindrisch ausgestaltet und innerhalb eines ersten Gehäuses 36 positioniert. An einem axialen Ende des sich in Öffnungsrichtung 28 erstreckenden Löschelements 14 ist der ringförmig ausgestaltete erste Kontakt 16 an dem Löschelement 14 angebunden. Der erste Kontakt 16 begrenzt hierbei zudem ein topfförmig ausgestaltetes zweites Gehäuse 38, an dessen Topfboden sich einer der Anschlüsse 27 befindet. Die Öffnung des topfförmigen zweiten Gehäuses 38 fluchtet mit dem hierzu konzentrisch ausgerichteten ersten Kontakt 16 und der zentralen Aussparung des Löschelements 14.
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Der ebenfalls ringförmig ausgestaltete zweite Kontakt 24 wird von einem Stift 40 mit einer Stiftspitze 42 aus einem nichtleitenden Material, insbesondere Plexiglas oder dergleichen, und einem Stiftschaft 44 aus einem elektrisch leitenden Material getragen. Der zweite Kontakt 24 befindet sich hierbei zwischen der Stiftspitze 42 und dem Stiftschaft 44, an dessen der Stiftspitze 42 gegenüber liegenden Ende sich der zweite Anschluss 27 des Schaltsystems 4 befindet. Der Stift 40 ist innerhalb des ersten Gehäuses 36 und des zweiten Gehäuses 38 angeordnet und liegt formschlüssig in den jeweiligen zentralen Aussparungen ein und wird von diesen geführt.
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Im leitenden Zustand des Schaltsystems 4 befindet sich der Stift 40 innerhalb des ersten Gehäuses 36 und des zweiten Gehäuses 38. Hierbei ist die Stiftspitze 42 so weit in das zweite Gehäuse 38 eingeführt, bis der zweite Kontakt 24 bündig zu dem ersten Kontakt 16 ist. Mit anderen Worten befindet sich die Stiftspitze 42 im Wesentlichen vollständig innerhalb des zweiten Gehäuses 38. Der zweite Kontakt 24 liegt mechanisch direkt an dem ersten Kontakt 16 an. In Folge dessen fließt ein Strom von dem an dem zweiten Gehäuse 38 angeordneten Anschluss 27 über das zweite Gehäuse 38 und den ersten Kontakt 16 zu dem zweiten Kontakt 24 und von dort über den Stiftschaft 44 zu dem dort angeordneten Anschluss 27.
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Zur Unterbrechung des Stromflusses wird der Stift 40 entlang der Öffnungsrichtung 28 aus dem zweiten Gehäuse 38 heraus bewegt. Der zweite Kontakt 24 bewegt sich hierbei durch das Löschelement 14 hindurch zu dem dem zweiten Gehäuse 38 abgewandten Ende des ersten Gehäuses 36. In Folge dessen bildet sich der Lichtbogen 34 zwischen dem ersten Kontakt 16 und dem zweiten Kontakt 24 entlang der Stiftspitze 42 aus. Aufgrund der Hitzeeinwirkung auf die Stiftspitze 42 verdampft diese partiell, was wegen des auf diese Weise erhöhten Drucks zu einer senkrecht zur Öffnungsrichtung 28 verlaufenden Gasströmung führt. Die Partikelströmung treibt den Lichtbogen 34 radial nach außen in das Löschelement 14. Mit zunehmender Verbringung des Stifts 40 wird die Länge des Lichtbogens 34 vergrößert. In Folge dessen nimmt die Anzahl der Poren des porösen Materials des Löschelements 14 zu, innerhalb derer ein Plasma gebildet ist oder in die das Plasma gedrängt ist, wobei das Plasma den elektrischen Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen 27 trägt. Ab einem bestimmten Abstand zwischen dem ersten Kontakt 16 und dem zweiten Kontakt 24 ist die Stärke der Wechselwirkung zwischen dem Lichtbogens 34 und dem Löschelement 14 und somit die Erhöhung der Lichtbogenspannung so groß, dass hierdurch der Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen 27 begrenzt und schließlich unterbunden wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Schutzschalter
- 4
- Schaltsystem
- 6
- erstes Gehäuseteil
- 8
- zweites Gehäuseteil
- 10
- Nut
- 12
- Löschkammer
- 14
- Löschelement
- 16
- erster Kontakt
- 18
- dritter Kontakt
- 20
- Aussparung
- 22
- Lichtbogenraum
- 24
- zweiter Kontakt
- 26
- Permanentmagnet
- 27
- Anschluss
- 28
- Öffnungsrichtung
- 32
- Freiende
- 34
- Lichtbogen
- 36
- erstes Gehäuse
- 38
- zweites Gehäuse
- 40
- Stift
- 42
- Stiftspitze
- 44
- Stiftschaft
- M
- Magnetfeld
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009013337 B4 [0002]
