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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Eine gattungsgemäße elektrische Schaltvorrichtung weist zumindest eine Schaltstelle sowie zumindest eine der Schaltstelle zugeordnete Lichtbogenlöscheinrichtung auf, wobei die Lichtbogenlöscheinrichtung zumindest ein Löschelement und zumindest einen Permanentmagnet zur Beeinflussung eines beim Schaltvorgang auftretenden Lichtbogens umfasst. Der Lichtbogen wird durch ein vom Permanentmagnet erzeugtes Magnetfeld in das Löschelement geblasen. Bei der elektrischen Schaltvorrichtung handelt es sich insbesondere um ein Gleichstromschütz.
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An der Schaltstelle eines Schaltschützes bildet sich beim Schaltvorgang, also beim Öffnen der Kontaktstellen, ein Schaltlichtbogen aus. Dabei wird eine erhebliche Menge an thermischer Energie freigesetzt, was zur Beschädigung der Schaltvorrichtung führen kann. Insbesondere wenn besonders hohe Ströme geschaltet werden, kann die Existenz bzw. Wirkung des Schaltlichtbogens zur Beschädigung oder Zerstörung des Schaltgerätes führen.
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Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, eine sogenannte Lichtbogenlöscheinrichtung vorzusehen, die dafür sorgt, dass der Schaltlichtbogen möglichst schnell verlischt. Üblicherweise sind hierzu in unmittelbarer Nähe der Schaltstelle mehrere Löschelemente vorgesehen. Die Löschelemente sind in der Regel plattenförmig ausgebildet und voneinander beabstandet angeordnet. Sie unterteilen und kühlen den Schaltlichtbogen und bringen ihn dadurch zum Erlöschen. Als Löschelemente können sowohl Löschbleche als auch keramische Löschplatten zum Einsatz kommen. Um den Schaltlichtbogen in die Löschelemente zu treiben (blasen), wird ein geeignetes Magnetfeld erzeugt. Zur Erzeugung des Magnetfelds ist üblicherweise ein Permanentmagnet vorgesehen. Die Gestaltung des Magnetfelds kann zudem mit Hilfe von Polplatten geeignet beeinflusst werden.
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Eine elektrische Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift
DE 1246851 B bekannt. Die Lichtbogenlöscheinrichtung der dort beschriebenen elektrischen Schaltvorrichtung weist eine Vielzahl von Deionblechen als Löschbleche auf. Der Schaltlichtbogen wird durch einen Permanentmagnet in die Löschbleche geblasen.
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Eine weitere elektrische Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art ist ferner aus
DE 10 2010 031 907 B9 bekannt. Auch hier kommt ein Permanentmagnet als Blasmagnet zum Einsatz. Die Löschelemente sind bei dieser Schaltvorrichtung als keramische Löschplatten ausgeführt.
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Schaltvorrichtungen der eingangs genannten Art kommen beispielsweise als Gleichstromschütze in der Solartechnik zum Einsatz. Die Anforderungen, welche die Schaltvorrichtungen in diesem Bereich erfüllen müssen, werden immer höher. Gleichzeitig herrscht ein weiterhin zunehmender Kostendruck. Aufgrund des Kostendrucks werden i. d. R. relativ klein dimensionierte Schaltschütze eingesetzt, deren Schaltvermögen allerdings den steigenden Anforderungen oft nicht mehr gerecht wird. Insbesondere reicht das Schaltvermögen der verwendeten Schaltschütze nicht aus, um eventuell auftretende Kurzschlussströme zu schalten. Dies bedeutet, der beim Schaltvorgang auftretende Schaltlichtbogen kann nicht sicher zum Erlöschen gebracht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art mit verbesserter Lichtbogenlöscheinrichtung bereitzustellen. Die Verbesserung der Lichtbogenlöscheinrichtung und damit die Verbesserung des Schaltvermögens der elektrischen Schaltvorrichtung sollen dabei möglichst kostengünstig und einfach zu bewerkstelligen sein. Insbesondere soll sich die Erfindung für relativ klein dimensionierte Gleichstromschütze zum Einsatz in der Solartechnik eignen. Das Schaltvermögen soll ohne deutliche Erhöhung der Abmessungen der elektrischen Schaltvorrichtung verbessert werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einer elektrischen Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn der zumindest eine Permanentmagnet gleichzeitig das Löschelement bildet und derart angeordnet und gepolt ist, dass der Lichtbogen vom Permanentmagnet angezogen wird, und dadurch an den Permanentmagnet gesaugt und durch diesen gelöscht wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein Permanentmagnet anstatt eines Löschblechs oder einer keramischen Löschplatte als Löschelement verwendet werden kann, und zwar zur Kühlung und somit zur Löschung des Schaltlichtbogens. Die erfindungsgemäße Lösung hat ferner den Vorteil, dass der Schaltlichtbogen nicht durch ein zusätzliches externes Blasfeld in den Löschbereich geblasen werden muss. Vielmehr wird der Schaltlichtbogen von dem Löschelement bzw. den Löschelementen (Löschbereich) selbst angezogen. Es hat sich gezeigt, dass der Schaltlichtbogen dadurch besonders schnell und zuverlässig gelöscht werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung kann kostengünstig und einfach umgesetzt werden. Außerdem hat sie den Vorteil, dass das Schaltvermögen bestehender Schaltschütze mit konventionellen Lichtbogenlöscheinrichtungen bei weitgehend gleichbleibenden Außenabmessungen erheblich verbessert werden kann. Die Erfindung schließt im Übrigen nicht aus, dass zusätzlich zu dem als Löschelement ausgebildeten Permanentmagneten ein herkömmlicher Blasmagnet vorgesehen ist, dessen Magnetfeld die Blaswirkung verstärkt und durch eventuell zusätzlich vorgesehene Polplatten geeignet ausgerichtet wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Lichtbogenlöscheinrichtung zumindest zwei Permanentmagneten auf, die jeweils als Löschelement dienen und derart angeordnet und gepolt sind, dass der Lichtbogen von den zumindest zwei Permanentmagneten angezogen wird. Besonders bevorzugt sind sogar mehrere Permanentmagneten pro Lichtbogenlöscheinrichtung vorgesehen. Dies verstärkt den lichtbogenlöschenden Effekt und erhöht das Abschaltvermögen.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Permanentmagneten in derselben Weise voneinander beabstandet angeordnet sind, wie herkömmliche Löschbleche oder keramische Löschelemente. So wird eine besonders schnelle und effektive Löschung des Schaltlichtbogens bewirkt. Der Abstand zwischen den Permanentmagneten ist vorzugsweise größer als ein Millimeter, und liegt weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 3 mm. Die beabstandete Anordnung der Permanentmagneten hat auch den Vorteil, dass das Plasma, welches durch den Schaltlichtbogen erzeugt wird, durch den Spalt zwischen den Permanentmagneten nach außen geleitet werden kann. Weiter Vorzugsweise sind die Permanentmagneten länglich ausgebildet und so ausgerichtet, dass deren magnetische Achsen im Wesentlichen senkrecht zur projizierten Längsausrichtung der Schaltlichtbögen stehen.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Permanentmagnete aus Hartferrit. Hartferrit ist ein keramisches Material, wodurch sich die Permanentmagneten ähnlich wie herkömmliche Löschelemente aus Keramik besonders gut zur Lichtbogenlöschung eignen. Bei Verwendung von Hartferrit-Permanentmagneten wird auch eine besonders effektive Kühlung des Schaltlichtbogens erreicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete als Stabmagnete ausgeführt. Dadurch wird zum einen eine besonders gute Löschwirkung erzielt, zum anderen handelt es sich bei Stabmagneten um Standardbauteile, die besonders günstig bezogen werden können. Eine besonders effektive Löschwirkung wird erzielt, wenn die Permanentmagnete zylindrisch, also als Rundmagnete ausgeführt sind. Die Achsen der Permanentmagneten liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene, und sind weiter vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete mittels einer gemeinsamen Halterung an der elektrischen Schaltvorrichtung angebracht. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Montage. Durch die gemeinsame Halterung kann zudem sichergestellt werden, dass stets ein optimaler Abstand zwischen den einzelnen Permanentmagneten eingehalten wird. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Halterung an die Schaltvorrichtung anklippbar ist. Dadurch wird die Montage weiter vereinfacht. Zudem ergibt sich dadurch der Vorteil, dass bestehende elektrische Schaltvorrichtungen, beispielsweise bestehende Gleichstromschütze, auf besonders einfache Weise erfindungsgemäß nachgerüstet werden können. Hierfür ist die Halterung vorzugsweise so ausgeführt, dass sie an das Gehäuse oder bestehende Bauteile der elektrischen Schaltvorrichtung angeklippt werden kann. Besonders geeignet für die Anbringung sind beispielsweise freiliegende oder zylindrisch umhüllte Verbindungsbolzen des Schaltergehäuses.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Lichtbogenlöscheinrichtung den Löschbereichen zumindest zweier nebeneinander angeordneter Pole der Schaltvorrichtung zugeordnet, wobei sich der Permanentmagnet oder die Permanentmagnete der Lichtbogenlöscheinrichtung über die gesamte Breite der nebeneinander angeordneten Schaltstellen erstreckt/erstrecken. Diese Ausführungsform eignet sich beispielsweise besonders bei zweipoligen Gleichstromschützen. Bei derartigen Schützen sind i. d. R. zwei Schaltstellen nebeneinander angeordnet, so dass auch zwei Schaltlichtbögen nebeneinander entstehen können. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig und einfach herzustellen, da lediglich eine Lichtbogenlöscheinrichtung für die Löschbereiche zweier oder sogar mehrerer nebeneinander liegender Pole erforderlich ist.
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Eine besonders vorteilhafte und insbesondere platzsparende Anordnung ergibt sich dabei, wenn die Halterung der Permanentmagneten zumindest teilweise zwischen den nebeneinander angeordneten Schaltstellen bzw. Polen angeordnet ist.
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Die Erfindung stellt ferner eine Lichtbogenlöscheinrichtung für eine elektrische Schaltvorrichtung bereit. Die Lichtbogenlöscheinrichtung umfasst zumindest ein Löschelement und zumindest einen Permanentmagnet zur Beeinflussung eines beim Schaltvorgang auftretenden Lichtbogens, wobei der Lichtbogen durch ein vom Permanentmagnet erzeugtes Magnetfeld in das Löschelement geblasen wird. Erfindungsgemäß bildet der zumindest ein Permanentmagnet gleichzeitig das Löschelement und ist derart angeordnet und gepolt, dass der Lichtbogen vom Permanentmagnet angezogen wird, und dadurch magnetisch an den Permanentmagnet gesaugt und durch diesen gelöscht wird.
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Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung des Schaltvermögens eines elektrischen Schaltgeräts mit zumindest einer Schaltstelle sowie zumindest einer Lichtbogenlöscheinrichtung, die der Schaltstelle zugeordnet ist, wobei die Lichtbogenlöscheinrichtung eine Vielzahl von Löschblechen oder keramischen Löschelementen zur Lichtbogenlöschung aufweist, bereit. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- – Entfernen der Löschbleche oder keramischen Löschelemente, und
- – Anbringen eines oder mehrerer Permanentmagneten an dem elektrischen Schaltgerät als Ersatz für die Löschbleche oder keramischen Löschelemente, so dass der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagneten das Löschelement bildet/bilden und derart angeordnet und gepolt ist/sind, dass der Lichtbogen vom Permanentmagnet angezogen wird, und dadurch magnetisch an den Permanentmagnet gesaugt und durch diesen gelöscht wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können bestehende elektrische Schaltvorrichtungen, insbesondere Gleichstromschütze, auf einfache Weise nachgerüstet werden, um deren Schaltvermögen und insbesondere deren Kurzschlussschaltfähigkeit zu erhöhen. Die Permanentmagnete werden vorzugsweise unmittelbar vor den Öffnungen der Löschkammern angeordnet, aus welchen die herkömmlichen Löschbleche oder keramischen Löschelemente entfernt wurden.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein zweipoliges Gleichstromschütz in Schrägansicht,
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2 das Gleichstromschütz aus 1 in erfindungsgemäßer Ausführung mit daran angebrachten Permanentmagneten,
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3 das erfindungsgemäße Schaltschütz aus 2 in einer Vorderansicht,
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4 eine Detaildarstellung der an dem in den 1–3 dargestellten Schaltschütz angebrachten Permanentmagneten nebst entsprechender Halterung, und
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5 eine schematische Darstellung einer Schaltstelle des erfindungsgemäßen Schaltschützes aus den 1–3 mit erfindungsgemäß angeordneten Permanentmagneten.
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Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Zeichnung Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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1 zeigt ein zweipoliges Gleichstromschütz 1 herkömmlicher Bauart, das bereits für eine erfindungsgemäße Ausführung vorbereitet wurde. Das Schütz verfügt über ein Gehäuse 15, in dem die Schaltmechanik und die beweglichen Kontakte untergebracht sind. Unterhalb des eigentlichen Schaltergehäuses 15 ist der elektromagnetische Antrieb 16 des Schützes gezeigt. An der vorderen Gehäuseschmalseite sind zwei Anschlusskontakte 11 und 12 zu erkennen. Da es sich um ein zweipoliges Schaltschütz handelt, sind insgesamt vier Anschlusskontakte vorgesehen. Jeder der beiden an der vorderen Gehäuseschmalseite vorgesehenen Anschlusskontakte 11 und 12 kann mittels des Schaltschützes daher mit einem entsprechenden Anschlusskontakt auf der gegenüberliegenden Gehäuseschmalseite verbunden werden. Die vier Anschlusskontakte führen jeweils zu einem Festkontakt im Gehäuseinneren. Zusätzlich sind im Gehäuseinneren zwei Schaltbrücken angeordnet, die von dem elektromagnetischen Antrieb 16 betätigt werden und jeweils zwei der Festkontakte miteinander verbinden bzw. voneinander trennen. Insgesamt bestehen somit vier Schaltstellen, und zwar jeweils zwischen einem der Festkontakte und der jeweils zugehörigen Kontaktbrücke. Jeder Schaltstelle ist eine Lichtbogenlöschkammer zugeordnet. An der vorderen Gehäuseschmalseite sind zwei der insgesamt vier Löschkammern zu erkennen, nämlich die linke Löschkammer 13 und die rechte Löschkammer 14. Beide der gezeigten Löschkammern 13 und 14 weisen jeweils eine Öffnung nach außen auf, damit das durch den Schaltlichtbogen erzeugte Plasma aus dem Gehäuseinneren nach außen gelangen kann. Deutlich zu erkennen sind in 1 die Einschubschlitze für herkömmliche Löschbleche, die bei dem gezeigten Schaltschütz bereits entfernt wurden. Ebenfalls zu erkennen sind die magnetischen Polplatten 6 der im Gehäuseinneren angeordneten Blasmagneten, durch die der Schaltlichtbogen bei der herkömmlichen Ausführung des Schaltschützes in die Löschbleche geblasen wird.
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Anstatt der herkömmlichen Löschbleche kommt bei dem gezeigten Schaltschütz eine erfindungsgemäße Lichtbogenlöscheinrichtung zum Einsatz, die am Gehäuse 15 des Schaltschützes angebracht wird. Das Schaltschütz aus 1 ist in 2 mit einer erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung dargestellt. Sie besteht im Wesentlichen aus vier zylindrischen Permanentmagneten 3, die unmittelbar vor den Öffnungen der beiden Löschkammern 13 und 14 angeordnet sind. Wie insbesondere aus 4 hervorgeht, werden die vier Permanentmagneten 3 von einer gemeinsamen Halterung 7 gehalten, die an dem Gehäuse 15 des Schaltschützes 1 angebracht werden kann. Die Halterung sorgt dafür, dass die vier länglich ausgebildeten zylindrischen Permanentmagnete erstens parallel zueinander und zweitens leicht beabstandet voneinander gehalten werden. Die Achsen der vier Permanentmagneten liegen in einer Ebene, die parallel zur unmittelbar benachbarten Gehäuseschmalseite ausgerichtet ist. Die parallele Ausrichtung ist am besten in 3 zu erkennen. 3 zeigt darüber hinaus, dass auch die beiden an der gegenüber liegenden Gehäuseschmalseite befindlichen Schaltstellen mit einer erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung ausgerüstet sind. Der Abstand zwischen dem Außenumfang zweier benachbarter Permanentmagneten beträgt ca. 2 mm. Die Permanentmagneten 3 können beispielsweise mit der Halterung 7 verklebt oder verschraubt sein.
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Die Befestigung der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung am Gehäuse 15 des Schaltschützes erfolgt mittels einer Klippverbindung. In 4 ist zu erkennen, dass die Halterung 7 der Permanentmagneten 3 hierfür über zwei federnde Klippenden 9 und 10 verfügt. Diese sind so ausgebildet, dass sie beim Anbringen der Halterung am Gehäuse mit den beiden in 1 gezeigten zylindrischen Gehäuseelementen 8 verrasten. Das obere Klippende 9 wird hierfür zunächst an dem oberen der beiden zylindrischen Gehäuseelemente 8 eingehängt, anschließend wird das untere Klippende 10 gegen das untere zylindrische Gehäuseelement gedrückt, so dass es leicht auffedert und anschließend mit diesem unteren zylindrischen Gehäuseelement verrastet. Bei den beiden zylindrischen Gehäuseelementen 8 handelt es sich um Abstandhalter, die zwischen den beiden Löschkammern 13 und 14 angeordnet sind und entsprechende Befestigungsbolzen, mit welchen das Gehäuse zusammengehalten wird, in dem Bereich zwischen den beiden Löschkammern umgeben. Dadurch, dass die Halterung 7 der Permanentmagneten 3 an den beiden zwischen den Löschkammern 13 und 14 angeordneten Abstandshaltern 8 angebracht ist, befindet sich auch die Halterung selbst zwischen den Öffnungen der beiden Löschkammern. Die Permanentmagnete 3 hingegen ragen seitlich aus der Halterung hervor und erstrecken sich daher jeweils auf einer Seite über die gesamte Breite der Öffnung der linken Löschkammer 13, und auf der anderen Seite über die gesamte Breite der Öffnung der rechten Löschkammer 14. Auf diese Weise wird für zwei Schaltstellen lediglich eine erfindungsgemäße Lichtbogenlöscheinrichtung benötigt.
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In 5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung gezeigt. Dargestellt ist eine Schaltstelle, bestehend aus einem der im Gehäuseinneren angeordneten Festkontakte 4 und dem diesem Festkontakt zugeordneten Ende der entsprechenden Kontaktbrücke 5. Das Ende der Kontaktbrücke bildet somit den beweglichen Gegenkontakt, der vom Antrieb 16 des erfindungsgemäßen Schaltschützes betätigt wird. Die Darstellung zeigt eine Momentaufnahme kurz nach dem Öffnen der beiden Kontakte 4 und 5. Beim Öffnungsvorgang entsteht zwischen den Kontaktstellen ein Schaltlichtbogen 2, der durch das magnetische Feld des nicht dargestellten Blasmagneten, und darüber hinaus auch durch das magnetische Feld der erfindungsgemäßen Permanentmagneten 3, nach rechts in die Permanentmagneten 3 getrieben bzw. geblasen wird. 5 zeigt, dass die Achsen der Permanentmagneten 3 im Wesentlichen senkrecht zur projizierten Längserstreckung des Schaltlichtbogens 2 ausgerichtet sind. Daher ist auch das durch die Permanentmagneten 3 aufgebaute Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Schaltlichtbogens ausgerichtet. Das Magnetfeld sorgt dafür, dass der Schaltlichtbogen 2 nach rechts abwandert und schließlich auf die Permanentmagneten 3 trifft. Er wird dort gelängt und in weiterer Folge gelöscht. Die Permanentmagneten bestehen erfindungsgemäß aus Hartferrit. Hierbei handelt es sich um ein keramisches Material, wodurch sich die Permanentmagneten 3 ähnlich wie herkömmliche Löschelemente aus Keramik hervorragend zur Kühlung und Löschung von Lichtbögen eignen. Das durch den Schaltlichtbogen 2 erzeugte Plasma wird durch die Schlitze zwischen den Permanentmagneten 3 nach außen transportiert.
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Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung nicht nur zur Nachrüstung bestehender Schaltschütze eignet, sondern auch und insbesondere bei völlig neu entwickelten elektrischen Schaltvorrichtungen zum Einsatz kommen kann. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass das Schaltvermögen elektrischer Schaltvorrichtungen auf besonders einfache Weise und ohne signifikant erhöhten Platzbedarf verbessert werden kann. Blasanordnungen herkömmlicher Bauart, die den Schaltlichtbogen in die Löschanordnungen treiben, können zusätzlich vorgesehen werden, sind jedoch nicht immer zwingend erforderlich, da der Schaltlichtbogen bei der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung von den Permanentmagneten der Lichtbogenlöscheinrichtung selbst angezogen wird. Die Permanentmagneten sind Blasmagnet und Löschelement zugleich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1246851 B [0004]
- DE 102010031907 B9 [0005]
