DE102014115396A1

DE102014115396A1 - Trennschalter für hohe Gleich- oder Wechselströme bei hohen Spannungen

Info

Publication number: DE102014115396A1
Application number: DE102014115396.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2014-12-18
Also published as: EP3210229A1; WO2016062305A1; US10388481B2; KR20170063890A; DE202015100525U1; US20170309432A1; JP2017531910A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter (10), insbesondere Trennschalter (10) für hohe Gleich- und Wechselströme bei hohen Spannungen, welcher aus einer Leitstellung in eine Trennstellung überführt werden kann und welcher ein Gehäuse (12), einen ersten Kontakt (28), einen zweiten Kontakt (30), einen vom Gehäuse (12) geführten Schaltkolben (24) und ein Verbindungselement (22) aufweist, welches in der Leitstellung des Schalters (10) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt (28) und dem zweiten Kontakt (30) herstellt, wobei das Gehäuse (12) einen das Verbindungselement (22) umgebenden Innenraum (18) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) zumindest abschnittsweise in dem Innenraum (18) verläuft, dass der Innenraum (18) mit einem Isolatormedium (20) gefüllt ist und dass der Schalter so ausgebildet ist, dass eine mechanische Bewegung der Schaltkolbens (24) den Schalter (10) von der Leitstellung in die Trennstellung überführen kann, wobei der Schaltkolben (24) mechanisch so auf das Verbindungselement (22) wirkt, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt (28) und dem zweiten Kontakt (30) an mindestens einer Trennstelle unterbrochen wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere einen Trennschalter. Dieser kann hohe Gleich- oder Wechselströme bei hohen Spannungen trennen, er kommt beispielsweise in einem Spannungsbereich zwischen 100V und 5000V zum Einsatz. Dabei können elektrische Ströme bis 10.000A getrennt werden.
Hintergrund der Erfindung
Das Schalten von Stromkreisen mit hoher Leistung, also bei hohen Spannungen und/oder hohen Strömen ist eine Herausforderung auf dem gesamten Gebiet der Elektrotechnik. Insbesondere tritt das Problem beim Abschalten von hohen Gleichströmen und den hier gegenüber Wechselströmen nicht vorhandenen Nulldurchgängen auf, dass bei hinreichend hoher Spannung Lichtbögen gebildet werden können, die ab circa 100V Quellspannung stabil stehen bleiben können und alle Materialien in ihrer Umgebung verzehren. Durch den Abbrand und die Ionisation der den Strom führenden Kontakte bzw. Elektroden kann hierbei im Lichtbogen Strom weiterfließen, während der Stromkreis durch den Schalter mechanisch schon getrennt ist bzw. getrennt sein sollte. Zur Vermeidung dieses Problems sind vielfältige Ansätze bekannt. Bei einigen dieser Ansätze geht es auch um die Schnelligkeit des Trennvorganges.
Die Schweizer Patentschrift CH 24 06 70 offenbart eine Vorrichtung zur Verbindung und Trennung von Stromkreisen, in denen hohe Potenziale auftreten. Das Patent offenbart, dass eines der Hochspannung führenden Kontaktleiterelemente mit einer metallischen Schirmhaube überdeckt werden kann. Das Kontaktleiterelement kann mehrere einzelne Kontaktleiter aufweisen und dementsprechend kann die metallische Schirmhaube mit einer der Zahl der Kontaktleiter entsprechenden Zahl von Öffnungen versehen werden. Die Schirmhaube wird mechanisch so mit dem Kontaktleiter verbunden, dass sie bei Annäherung eines zweiten Kontaktleiters, also des Gegenkontaktleiters mechanisch zurückbewegt wird und erst dann durch die Öffnungen hindurch die bis dahin abgeschirmten Kontaktleiter freigegeben werden. Diese Schalteinrichtung soll insbesondere bei Endstufen von Langwellensendern zum Einsatz kommen.
Es ist erkennbar, dass durch die Schirmhaube die Ausbildung von Lichtbögen erschwert wird, ebenso erkennbar ist aber, dass diese jedenfalls bei hinreichend hoher Spannung nicht völlig unterdrückt werden kann. Der mechanische Aufbau ist auch für eine sehr schnelle Verbindung oder Trennung eines Stromkreises wenig geeignet, sie ist zudem nur für relativ kleine und hochfrequente Ströme wirksam.
Die deutsche Patentschrift DE 19 28 922 C3 offenbart einen Ansatz der Hochspannungstechnik, welcher ebenfalls die mechanische Trennung von Stromkreisen anstrebt. Der Strom wird über ein oder mehrere Trennmesser geführt, welche in ein Gegenschaltstück mechanisch hinein bewegt werden können. Die Trennmesser können zusätzlich gedreht werden, um einen besseren elektrischen Kontakt mit dem Gegenschaltstück sicher zu stellen. Dieser Ansatz erlaubt den Umgang mit sehr hohen Spannungen im Bereich von mehr als 10kV und wohl auch mehr als 100kV. Die mechanische Trennung ist aber wiederum recht langsam, außerdem ist ein mechanisch aufwändig herzustellendes Bauteil erforderlich, welches auch einen Platz einnimmt.
Die deutsche Auslegeschrift 1 050 858 offenbart einen elektrischen Stromkreisunterbrecher in Form eines Sprengtrenners. Der Sprengtrenner weist eine Kammer auf, in der sich ein hohles Leiterstück befindet. In dieses kann eine Sprengladung eingebracht werden. Das Leiterstück kann über Kontakte mit Stromleitungen verbunden werden. Die Sprengladung kann durch eine beliebige Zündeinrichtung, beispielsweise einen Glühdraht gezündet werden. Dadurch wird das hohle Leiterstück zersprengt und eine Trennstrecke hergestellt. Die Ausbildung eines Lichtbogens soll durch einen Beutel oder Behälter unterdrückt werden, der mit Wasser gefüllt werden kann. Das Wasser wird durch die Hitze der Explosion zum Teil verdampft und soll so die Löschung eines Lichtbogens wesentlich unterstützen. Ein wesentlicher Vorteil des Sprengtrenners ist, dass er eine sehr schnelle Trennung eines Schaltkreises bewirken kann. Die Löschung eines Lichtbogens mit Wasser erscheint jedoch nicht zufriedenstellend. Sie könnte auch zur Benetzung umliegender Bauteile führen. Ferner ist zu bedenken, dass eine Unterbrechung des Schaltkreises hier ausschließlich durch die Sprengladung bewirkt werden kann. Eine manuelle Betätigung ist nicht möglich, so dass es sich hierbei auch nicht um einen Schalter im klassischen Sinne handelt. Eine Kapselung der Vorrichtung, die eine Wirkung nach außen ermöglichen würde, ist nicht möglich, weil die Sprengschwaden, die Trümmerstücke aus der Sprengung und insbesondere das verdampfende Wasser einen mit normalen Mitteln nicht mehr beherrschbaren Überdruck erzeugen würden, der nur durch extrem starke metallische Wandstärken beherrschbar wäre.
Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 20 2007 013 841 U1 offenbart ein elektrisches Schaltgerät, welches einen Kurbelkasten aufweist. Die Bedienung des Schaltgerätes erfolgt mechanisch über diesen Kurbelkasten, beispielsweise kann es von einer Einschaltstellung in eine Ausschaltstellung überführt werden. Zur Unterdrückung von möglicherweise auftretenden Lichtbögen wird Isoliergas eingesetzt. Dieses Isoliergas muss, um zuverlässig einen Lichtbogen unterdrücken zu können, einen vorgegebenen Mindestdruck aufweisen. Zur Prüfung der Einhaltung des Mindestdrucks ist ein Drucksensor vorgesehen. Wenn ein Isoliergas auch die Entstehung eines Lichtbogens zuverlässiger zu unterdrücken erscheint als etwa ein Wasserbeutel, so ist das Vorsehen von Drucksensoren doch sehr aufwändig. In diesem Hinblick wäre also eine einfachere Lösung wünschenswert.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 198 19 662 A1 offenbart einen elektrischen Schalter zum Unterbrechen der Stromversorgung eines Kraftfahrzeugs. Der elektrische Schalter entspricht im Wesentlichen dem Konzept eines Trennsprengers. Insbesondere soll er dazu dienen, bei einem Kraftfahrzeugunfall einen Kurzschluss im elektrischen Bordnetz zu vermeiden. Ein solcher Kurzschluss kann bei auslaufendem Kraftstoff einen Brand verursachen. Daher ist vorgesehen, den elektrischen Schalter hinter der Batterieklemme einzusetzen. Der elektrische Schalter kann beispielsweise durch eine Zündpille ausgelöst werden, welche ihrerseits durch einen Crash- oder Aufprallsensor ausgelöst wird. Beim Trennen des Schalters kann ein Funke entstehen. Dieser soll durch das Gehäuse gegenüber der Umgebung abgeschirmt werden.
Dieser elektrische Schalter ist für die hohen Ströme und Spannungen ausgelegt, die bei einem Batteriekurzschluss oder vergleichbaren Kurzschluss im KFZ auftreten können. Die Entstehung eines Funkens kann aber nicht ganz vermieden werden, so dass das Gehäuse diesen verlässlich abschirmen muss.
Die deutsche Patentschrift DE 102 05 369 B4 offenbart einen ähnlichen Schalter in der Form einer elektrischen Sicherung, insbesondere einer pyrotechnischen Sicherung für das Unterbrechen hoher Stromstärken in elektrischen Schaltkreisen. Auch diese Sicherung ist speziell für den Einsatz zum Trennen der Bordverkabelung einer Autobatterie kurz nach einem Unfall ausgelegt. Auch dieser verbesserte Ansatz erlaubt allerdings keine manuelle Schaltung.
Die beiden letztgenannten Schalter sind wohl bei Quellspannungen unter 100V Gleichspannung gut einsetzbar, darüber würde jedoch zwangsläufig ein Lichtbogen entstehen, der, hohe elektrische Ströme im Augenblick des Trennens vorausgesetzt, stabil stehen, die Schalter zerstören und den Stromkreis letztendlich nicht trennen würde.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wünscht diesen Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll ein Trennschalter zur Verfügung gestellt werden, welcher für hohe Gleich- und Wechselströme bei hohen Quellspannungen geeignet ist, auch ohne Wartung viele Jahre in Bereitschaft steht und vor allem nach außen bei der Auslösung keine Wirkung hat, also umliegende Bauteile nicht beeinträchtigt. Der Schalter soll sicher sein und dennoch kostengünstig in der Herstellung. Er soll auch gut mit anderen Sicherungssystemen kombinierbar sein.
Diese Vorteile werden durch einen Schalter nach Anspruch 1 erreicht.
Der Schalter soll von einer Leitstellung in eine Trennstellung überführt werden. Die Leitstellung kann auch als Einschaltstellung beschrieben werden. In dieser Stellung fließt ein Strom zwischen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt. In der Trennstellung fließt zumindest kein Strom zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt. Es ist leicht möglich, dass in dieser Trennstellung zwischen zwei anderen Kontakten, beispielsweise dem ersten Kontakt und einem dritten Kontakt Strom fließt. Dann wäre der Schalter kein bloßer Trennschalter
Der Schalter soll als Trennschalter für hohe Ströme bei hohen Quellspannungen geeignet sein. In jedem Fall soll er für Spannungen über 100V und auch für das Trennen von Gleichströmen geeignet sein. Der Schalter ist seiner Konstruktion nach in aller Regel auch für Mittel- bzw. Hochspannungen im Sinne der VDE-Vorschriften, nämlich für Spannungen für mehr als 1kV geeignet.
Der Schalter weist einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf. Wie erwähnt, könnte er auch weitere Kontakte aufweisen. Zumindest mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt wird er in einen zu schaltenden, d. h. potenziell zu trennenden Stromkreis geschaltet. In der Leitstellung des Schalters wird die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt durch ein Verbindungselement hergestellt. In der Regel wird das Verbindungselement den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt auch mechanisch verbinden.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Verbindungselement im Wesentlichen entlang einer Achse. Ein geeignetes Verbindungselement ist daher ein Verbindungsdraht. Der Draht muss dabei keine gleichmäßige Struktur aufweisen, er kann durchaus mechanische Schwächungen oder Verstärkungen aufweisen. Ebenfalls geeignet ist ein mehr oder weniger strukturiertes oder gelochtes Verbindungsblech. Das Verbindungselement ist zum einen im Hinblick auf seine Geometrie und sein Material auf seine elektrischen Anforderungen, also die Stromleitung in der Leitstellung hin zu dimensionieren. Das Verbindungselement besteht zum Beispiel aus Kupfer oder dessen Legierungen oder aus Wolfram und dessen Legierungen, insbesondere aus einem Material, das zwar elektrisch gut leitfähig ist, aber dabei für dessen Verdampfen und Ionisieren möglichst hohe Energien erfordert, beispielsweise Wolfram und dessen Legierungen. Auch Beschichtungen des Verbindungselements mit derartigen Metallen oder Legierungen sind möglich.
Zum anderen soll das Verbindungselement im Hinblick auf seine Funktion für das gewünschte Schalten gewählt werden. Es soll nämlich im Sinne der Erfindung möglich sein, das Verbindungselement mechanisch in eine Stellung zu überführen, in der der erste Kontakt elektrisch vom zweiten Kontakt getrennt ist, der Schalter also in seine Trennstellung überführt ist. Zu diesem Zweck soll ein am Schalter vorgesehener Schaltkolben mechanisch so auf das Verbindungselement wirken, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt unterbrochen wird.
Bei einer solchen Unterbrechung wird in der Regel mindestens eine Trennstelle ausgebildet. Die Trennstelle erstreckt sich dabei über eine bestimmte Strecke des vormaligen Verlaufes des Verbindungsdrahtes. Sie kann daher auch als Trennstrecke bezeichnet werden. Vorzugsweise hat eine solche Trennstrecke eine Länge von mehr als 1% oder mehr als 5% des vormaligen Verbindungsdrahtes, Werte zwischen 5% und 20% sind in der Regel sinnvoll. Es ist auch möglich, mehrere Trennstellen im Verbindungsdraht zu erzeugen. Dies kann im Augenblick des gewollten Schaltens entstehen. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Bildung von Trennstellen bei Überlast möglich, wie nachfolgend noch näher beschrieben werden wird.
Es ist daher zweckmäßig, wenn der Schaltkolben mit dem Verbindungselement mechanisch verbunden ist. Dazu kann beispielsweise eine Lötstelle dienen, genauso geeignet sind Crimpen oder die Verwendung von Schneidkontakten oder Multikontakten. Der Schaltkolben und das Verbindungselement können idealerweise auch einstückig ausgeführt sein, um so unsichere Verbindungsstellen sicher zu vermeiden.
Verschiedene mechanische Bewegungen können den Übergang des Schalters in die Trennstellung bewirken. Beispielsweise könnte der Schaltkolben durch eine Torsionsbewegung um die Symmetrieachse des Verbindungselementes ein Verdrillen und nachfolgendes Reißen des Verbindungselementes bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann der Schaltkolben durch eine Zugbewegung entlang der Haupterstreckungsachse des Verbindungselementes das Verbindungselement zerreißen. Nach der Zugbewegung gibt es einen ersten Verbindungselementabschnitt, eine Trennstrecke und einen zweiten Verbindungselementabschnitt. Eine solche Zugbewegung hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen. Dies liegt insbesondere daran, dass bei der Zugbewegung anders als etwa bei einer Torsionsbewegung eine wählbare Trennstrecke erzeugt wird.
Die translatorische Bewegung kann das Verbindungselement selbst trennen, sie kann aber auch (ausschließlich oder zusätzlich) dazu dienen, das Verbindungselement vom ersten oder vom zweiten Kontakt zu lösen. Auch dabei kann eine Trennstrecke erzeugt werden. Daher ist es zweckmäßig, eine solche Bewegung über den Reißpunkt des Verbindungselementes hinaus fortzuführen, weil bei dieser Fortführung der Bewegung eine Trennstrecke zunächst erzeugt und danach verlängert wird. In einer Bewegung können auch eine erste Trennstrecke, beispielsweise durch Trennung am ersten oder zweiten Kontakt, und eine zweite Trennstrecke, beispielsweise durch Trennung des Verbindungselementes, erzeugt werden.
Der Schalter soll ein Gehäuse aufweisen. Dieses Gehäuse soll den Schaltkolben führen. Die Führung des Gehäuses also ermöglicht eine Bewegung des Schaltkolbens relativ zum Gehäuse, beispielsweise die beschriebene Zugbewegung. Während dieser Bewegung soll das Gehäuse zumindest abschnittsweise den Kolben führen. Zweckmäßig ist es, wenn das Gehäuse, beispielsweise im Bereich eines Deckels eine Bohrung aufweist. Der Schaltkolben, welcher in aller Regel als runder zylindrischer Körper ausgeführt wird, kann gut durch eine solche Bohrung geführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Kolben über einen Faltenbalg mit dem Gehäuse verbunden werden. So kann eine Bohrung vermieden und eine bessere und sogar hermetisch dichte Abdichtung des Gehäuses nach außen erreicht werden.
Das Gehäuse soll einen Innenraum aufweisen. Bezogen auf das Gehäuse handelt es sich bei diesem Innenraum um einen Hohlraum. Der Innenraum soll das Verbindungselement zumindest abschnittsweise umgeben. Schon durch das Vorsehen eines Gehäuses ergibt sich ein Schutz vor Funkenflug, wenn das Verbindungselement mechanisch in die Trennstellung überführt wird und bei dieser Trennung des Verbindungselementes die Ausbildung eines Lichtbogens zu befürchten ist.
Im Sinne der Erfindung soll der Innenraum des Gehäuses aber zusätzlich mit einem Isolatormedium gefüllt sein. Dieses Isolatormedium soll geeignet sein, die Ausbildung eines Lichtbogens ganz zu unterdrücken oder zumindest in Bezug auf seine Stärke, Strecke und Zeitdauer die Ausbildung zu begrenzen. Es soll die eventuell bei der Trennung bei hohem Stromfluss an der Trennstelle entstehende Bruchstücke abfangen und vor allem dem hier entstehenden Lichtbogen Energie durch Aufschmelzungen und Abkühlen entziehen und ihn damit wieder erlöschen lassen.
Das Isolatormedium kann ein Silikat, Mineral oder Sondermetall sein, insbesondere mit hoher Wärmeleitfähigkeit bei kleiner elektrischer Leitfähigkeit, hoher Schmelzenergie bei möglichst kleiner Schmelztemperatur. Insbesondere bietet sich ein bezogen auf die Größe des Gehäuses feinkörniger Quarzsand an. Denkbar sind auch andere Sande. Alternativ zu einem Sand mineralischen Ursprunges kommt auch ein metallischer Sand in Frage. Solche Isolatormedien können auch gemischt werden. Als Isolatormedium kommen ferner Öle in Frage, beispielsweise Silikonöl, Transformatorenöl, Rapsöl oder auch reines Sonnenblumenöl, sowie deren Fette und Gele. Ebenfalls kommt destilliertes Wasser in Frage. Ferner kann ein Schutzgas eingebracht werden. Alle diese genannten Isolationsmedien können auch miteinander gemischt werden. Im Sinne dieser Erfindung soll auch ein Hochvakuum als Isolatormedium gelten.
Für den Schaltkolben können verschiedene Formen zweckmäßig sein. Häufig wird eine Zylinderform gewählt werden, weil diese besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Es könnte auch eine Form mit nicht rundem Querschnitt gewählt werden, beispielsweise einen elliptischen oder rechteckigen Querschnitt haben. Es ist nützlich, wenn der Schaltkolben an der von dem Verbindungselement abgewandten Seite einen ringförmigen Vorsprung aufweist. Zweckmäßig ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn der Schaltkolben (zumindest auch) manuell bewegt werden kann. Wenn ein Griffbereich oder Greifring vorgesehen ist, so gelingt die Bewegung besonders gut. In der Regel wird die Bewegung dabei eine Zugbewegung sein, der Schaltkolben wird also aus dem Gehäuse herausgezogen. Mittels eines Antriebs bewegbare Schaltkolben dieser Art sind auch als Pin-Puller-Antriebe bekannt. Der Schaltkolben kann dabei Bestandteil des Antriebs sein oder von einem bewegbaren Kolben des Antriebs beaufschlagt (gezogen) werden. Der Schaltkolben könnte alternativ oder zusätzlich zum Griffring auch mit einer Zugöse, einem Ring oder dergleichen ausgerüstet sein.
Der Schaltkolben soll in der Regel elektrisch leitend ausgeführt sein. Dazu kann er zweckmäßigerweise aus Metall bestehen, zum Beispiel aus Kupfer oder deren Legierungen oder aus Wolfram und dessen Legierungen. Er kann auch aus dem gleichen Material bestehen wie das Verbindungselement und er kann wie dieses auch wieder nur mit diesen Materialien beschichtet sein.
Alternativ oder zusätzlich zur manuellen Bewegung des Schaltkolbens kommen hier auch andere Bewegungsformen in Frage. Insbesondere kann der Schaltkolben mittels eines ansteuerbaren Antriebs bewegt werden. Der Antrieb kann beispielsweise als induktiver Antrieb ausgebildet sein. Dazu kann in geeignetem Abstand zum Schaltergehäuse eine Induktionsspule vorgesehen sein. Der Schaltkolben kann in geeigneter Weise magnetisch ausgeführt sein. Der Schaltkolben kann aber auch mit einer eigenen Induktionsspule ausgerüstet sein. Ebenfalls wäre es denkbar, den Schaltkolben mit einer Induktionsspule auszurüsten und in geeigneter Entfernung zum Schaltkolben einen elektromagnetischen Bezugspunkt vorzusehen, beispielsweise einen Permanentmagneten. In dieser Weise kann der Schaltkolben also alternativ oder zusätzlich induktiv bewegt werden.
Auch ein Antrieb durch einen Wirbelstromantrieb ist denkbar: In diesem Fall befindet sich zwischen dem Gehäuse mit dem Verbindungselement und der Endplatte des Schaltkolbens eine Kraftspule, die für das gewünschte Schalten durch einen Stoßstrom von außen durchflossen wird. In der vor der Kraftspule befindlichen Endplatte aus einem elektrisch gut leitenden Material wird hierbei ein Strom induziert, der entsprechend der Lenzschen Regel dem Erregerstrom in der Kraftspule entgegengesetzt ist, wodurch die Endplatte des Schaltkolbens von der Kraftspule extrem schnell und mit hoher Kraft abgestoßen wird und dabei das im Gehäuse angeschlossene Verbindungselement aufreißt.
Es kann auch zweckmäßig sein, die Bewegung des Schaltkolbens durch Gasdruck vorzusehen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, den Schaltkolben mit einem Treibspiegel aufzurüsten. Der Gasdruck kann auf diesen Treibspiegel wirken und so den Schaltkolben in die gewünschte Richtung, in der Regel also aus dem Gehäuse heraus bewegen. Ein solcher Gasdruck kann durch geeignete Gasleitungen aufgebaut werden. Zweckmäßig ist es insbesondere im Sinne einer schnellen Trennung, wenn der entsprechende Gasdruck pyrotechnisch erzeugt wird. Dazu ist es zweckmäßig, an geeigneter Stelle eine Brennkammer mit eingebrachtem Treibladungspulver vorzusehen, welches mittels eines Zünd- oder Anzündstücks aktivierbar ist.
Ein Gasdruck kann auch durch geeignete Gasleitungen aufgebaut werden. Dazu kann der Durchmesser der Endplatte des Schaltkolbens so vergrößert werden, dass er an die Innenwände des Kolbengehäuses anstößt. Zusätzlich sollte er in der Regel gasdicht abgedichtet werden. In dieser Weise lässt sich ein abgeschlossener Raum erzeugen, der durch eine Gasleitung mit einem gasförmigen Medium oder Treibgas befüllt werden kann. Hierfür eignen sich viele technische Gase, beispielsweise kommen Luft, Stickstoff und Kohlendioxid in Frage. Kohlendioxid hat insbesondere den Vorteil, dass es in Form von Trockeneis gelagert werden kann. Es kann dann zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Auslösung des Schalters eingesetzt werden. In dieser Weise lässt sich ein Energieautarker-Schalter zur Verfügung stellen. Zusätzlich kommt es in Frage, das gelagerte Kohlendioxid zu erhitzen, um so noch schneller Gas entstehen lassen zu können. Der Gasdruck kann auch durch die Zersetzung eines flüssigen oder festen Stoffes, beispielsweise Tetrazen oder Trockeneis, erzeugt werden.
Auch flüssige oder gasförmige Brennstoffe und Oxidatoren können in eine Brennkammer eingespritzt werden, die in den Schalter integriert oder mit diesem verbunden ist. Solche Brennstoffe und Oxidatoren werden im Folgenden als gaserzeugende Materialen bezeichnet. Auch die pyrotechnischen gaserzeugenden Materialen, unabhängig davon, ob diese deflagrierend oder detonativ reagieren, sollen hierdurch umfasst sein. Nach der Aktivierung des Verbrennungs- bzw. Oxidationsvorgangs erzeugen diese gaserzeugenden Materialen einen Gasdruck (bzw. bei bereits gasförmigen Brennstoffen und/oder Oxidatoren einen gegenüber dem Ausgangszustand deutlich höheren Gasdruck), welcher den Schaltkolben beaufschlagt und diesen aus der Leitstellung in die Trennstellung bewegt. Zur Zündung kann dann eine Zündkerze, ein Glühdraht oder ein Anzünder dienen. Alternativ oder zusätzlich könnte die Brennkammer auch bereits entweder Brennstoff oder Oxidatoren (in flüssiger, fester oder gasförmiger Form) enthalten. Man kann dann zum gewählten Aktivierungszeitpunkt den jeweils anderen Stoff zur Entflammung und/oder Gaserzeugung benötigten Stoff hinzugeben.
Ein solches System, wie auch durchaus ein pyrotechnisches System, erlaubt eine schnelle und zuverlässige Trennung eines Schaltkreises noch nach vielen Jahren und ist dabei wartungsarm, im Einzelfall ist über viele Jahre überhaupt keine Wartung erforderlich.
Um eine pyrotechnische Erzeugung von Gasdruck und damit die pyrotechnische Auslösung des Schalters vorzusehen, muss nur eine pyrotechnische Mischung in die Brennkammer eingefügt werden. Zum gewünschten Zeitpunkt kann diese dann durch ein Zünd- oder Anzündmittel gezündet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Brennkammer auch mit einem Zünd- oder Anzündstück ausgerüstet werden. Bei einem geeigneten gewählten Zünd- oder Anzündstück können bei dessen Zündung genügend Gas und/oder Abgasprodukte erzeugt werden, so dass sich ein genügender Druck in der Brennkammer aufbaut. Dieser kann dann über eine Endplatte, die als Treibspiegel wirkt, den Schaltkolben ein ausreichend großes Stück bewegen, um eine Trennstrecke zu erzeugen. Wenn die pyrotechnische Auslösung des Schalters über eine Brennkammer vorgesehen wird, so kann die Wirkung der Brennkammer dadurch gesteigert werden, dass Füllkörper in die Brennkammer eingebracht werden. Solche Füllkörper können das nicht benötigte Leervolumen in der Brennkammer reduzieren, so dass eine bereits viel kleinere Gasmenge den zur Bewegung des Treibspiegels und damit Schaltkolbens erforderlichen Druck aufbringt. Zu bedenken ist dabei, dass bei Beginn des Brennprozesses der Druck am höchsten sein muss, weil dann ja ein Reißen des Verbindungselementes einzuleiten ist (oder bei alternativen Ausführungsformen etwa das Hinausbewegen des Verbindungselementes aus einer Buchse).
Alternativ oder zusätzlich kann auch das Befüllen der Brennkammer mit Wasser, mineralischen oder natürlichen Ölen, oder auch Silikonöl (jeweils mit oder ohne Quellmittel) erwogen werden. Wasser dient dabei nicht nur als Füllkörper, sondern der hohe Druck bei einer Dampferzeugung lässt Wasser zusätzlich als Treibmittel wirken. Bei geschickter Ausnutzung des Siedeverzuges lässt sich damit mit einer sehr kleinen Heißgaseinwirkung, beispielsweise durch ein Zünd- oder Anzündstück eine sehr große und schnell ansteigende Druckwirkung auf die Endplatte erzeugen.
Besonders die Kombination eines Zündstücks mit solchen flüssigen Füllkörpern, insbesondere mit Wasser oder Öl, ist so effizient, dass dadurch eine gute schalltechnische bzw. stoßwellentechnische Ankopplung der Endplatte erreicht wird.
In einer anderen Ausführungsform des Schalters kann der Schaltkolben auch mit einer Membran verbunden werden, die dann die Endplatte ersetzt. Die Membran kann in Richtung der Schaltkolbenbewegung bei der Trennung verformt werden. Eine Membran weist in der Regel weniger Masse auf als eine Endplatte, wodurch die schnelle Bewegung erleichtert wird. Durch geeignete Mittel, beispielsweise durch eine Schutzscheibe, hier auch Membranstützring genannt, kann ein Platzen der Membran sicher verhindert werden. Eine Membran hat insbesondere den Vorteil, dass sie nach außen gut abdichtet und so über lange Zeit auch keine Dichtprobleme auftreten. Eine solche Membran kann auch in Kombination mit einem Faltenbalg eingesetzt werden.
Bei hohen mechanischen Belastungen der Membran und auch aus Sicherheitsüberlegungen heraus kann diese auch aus mehreren übereinander liegenden Einzelmembranen ausgeführt bzw. eingesetzt werden. So sind beispielsweise zwei übereinander gelegte Membranen mit halber Stärke als eine gleich dicke Membran leichter verformbar als die dickere Membran bei gleicher Gesamtmasse, zudem wirkt sich ein evtl. in einer Membran vorhandener oder entstehender Riss im Material nicht schädlich aus, das treibende Gas bleibt hierbei dennoch in der Brennkammer sicher verschlossen. Vereinfachend wird hier jedoch meist nur von einer Membran gesprochen.
Das Verbindungselement kann ebenfalls verschiedene Formen haben. Zweckmäßig ist es, wenn das Verbindungselement ein Röhrchen ist. Alternativ kann das Verbindungselement auch ein Draht sein. Ebenfalls wäre ein Band zweckmäßig, das überdies besonders geeignet ist, um über Bohrungen und Prägungen vorgegebene Trennstellen zu erzeugen. Das Verbindungselement kann zweckmäßigerweise aus Metall bestehen, beispielsweise aus Kupfer, Messing, Rotguss, Stahl oder Edelstahl. Es kommen auch deren Legierungen in Frage, ferner auch elektrisch leitfähig beschichtete Kohlefasern und Glasfasern.
Um eine leichte und vordefinierte mechanische Trennung des Verbindungselementes zu bewirken, kann das Verbindungselement an einer oder an mehreren Stellen geschwächt sein. Dazu könnten etwa feine Bohrungen oder Ritzungen vorgesehen werden oder dergleichen.
Das Verbindungselement kann auch so ausgelegt werden, dass es nicht nur durch mechanische Einwirkung getrennt wird, sondern auch durch elektrische Last. Mit anderen Worten kann das Verbindungselement auch als Sicherung, im Wesentlichen nach Art einer Schmelzsicherung wirken. Dies ist ein besonders bemerkenswerter Aspekt der vorliegenden Erfindung. Es wird nicht nur ein mechanisch trennbarer Trennschalter vorgestellt, welcher zur Trennung hoher Ströme bei hohen Schaltspannungen geeignet ist, sondern gleichzeitig kann der Schalter als Überlastsicherung verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Konzept stehen diese beiden an sich separaten Funktionen nicht im Widerspruch. Beispielsweise führen die genannten mechanischen Schwächungen des Verbindungselementes in der Regel zu Querschnittverengungen. An diesen Querschnittverengungen steigt die Stromdichte an. Daher erwärmt sich das Verbindungselement hier besonders stark und der Schmelzpunkt des Materials wird dadurch dort als erstes erreicht.
Wenn mehrere elektrisch wirksame Schwächungen hintereinander im Verbindungselement vorhanden sind kann zudem erreicht werden, dass im Überlastfall oder im gewollten Schaltfall das Material des Verbindungselementes an mehreren Stellen voneinander getrennt wird. Damit wird erreicht, dass nun an jeder Trennstelle nicht mehr die gesamte Schaltspannung anliegt, damit hier die Ionisation des Materials der Leiterstücke drastisch absinkt und damit auch die Löschung der entstehenden Lichtbogen einfacher möglich wird.
In einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung kann das Verbindungselement selbst auch noch Pyroelemente, beispielsweise eine Pyroseele aufweisen. Eine solche Pyroseele wird an den vorgesehenen Stellen großer Stromdichte stark erwärmt und dabei gezündet, so dass in dieser Weise eine besonders schnelle Sicherheitsabschaltung eines Stromkreises möglich wird. Das vorgesehene Isolatormedium unterdrückt auch bei dieser Trennung durch elektrische Überlast einen möglicherweise auftretenden Lichtbogen.
Anstelle einer Pyroseele kann ein rohrförmiges Verbindungselement auch innen wieder mit einem Isolationsmedium gefüllt sein, um dem sich evtl. beim Trennen des Verbindungselements bildenden Lichtbogens zusätzlich Energie zu entziehen.
Es sind durchaus noch andere zweckmäßige Gestaltungen des Verbindungselementes möglich, welche im Zusammenhang mit dem erfinderischen Schalter einen hohen Nutzen bringen. Beispielsweise kann das Verbindungselement mindestens einen elektrisch geschwächten Querschnitt aufweisen, um damit bei einer bestimmten Überlast die Trennung des Verbindungselementes durch den Überlaststrom zu erreichen. Ebenfalls ist es möglich, dass das Verbindungselement mindestens einen mechanisch geschwächten Querschnitt aufweist, der die Trennstellen geometrisch festlegt. In beiden Fällen kann auch eine Vielzahl solcher geschwächter Querschnitte hintereinander vorgesehen sein. Diese geschwächten Querschnitte können auch so beabstandet sein, dass dadurch mehrere vordefinierte kurze Trennstellen oder Trennstrecken entstehen. Geeignete mechanische Schwächungen sind beispielsweise Bohrungen, Ausnehmungen, Aussparungen, Quetschungen, usw. Das Verbindungselement kann in der Produktion mit solchen Elementen ausgestattet werden oder erst im Nachhinein.
Das Vorsehen von mehreren solchen geschwächten Querschnitten in Längsrichtung des Verbindungselementes und in gleichem oder variablem Abstand ist regelmäßig günstig. Denn die Ausbildung von multiplen Trennstrecken bei gewünschter Überlast führt zu reduzierten Schaltspannungen gegenüber der äußeren, zwischen den Kontakten des Schalters anliegenden Quellspannung. Nach Art einer Serienschaltung von Widerständen fällt pro Trennstrecke nur ein Teil der außen anliegenden Quellspannung ab.
Um das Trennverhalten im Vorhinein noch genauer festzulegen kommt es auch in Betracht, Materialien aufzulöten, aufzuprägen oder aufzuschweißen. Dadurch können Wärmesenken erzeugt werden, welche das Trennverhalten ebenfalls beeinflussen (indem sie nämlich an solchen Stellen die Trennung unterdrücken).
Eine andere wesentliche Verbesserung der Effektivität des Verbindungselementes kann zusätzlich oder alternativ zu den bis hier angesprochenen Lösungen darin bestehen, dass an einer oder mehreren Stellen pyrotechnisches Material auf das Verbindungselement aufgesetzt wird. Dadurch kann auch bei relativ kleinen Überlasten eine Trennung erreicht werden, da schon dann die Zündtemperatur des entsprechend ausgewählten pyrotechnischen Materials erreicht wird und durch Zündung eine Trennstrecke aufgebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Material dazu benutzt werden, eine Trennstrecke schneller auszubilden oder zu vergrößern oder eine eventuelle Rückbildung oder Verkleinerung der Trennstrecke zu verhindern.
Dabei kann auch ein pyrotechnisches Material eingesetzt werden, welches nicht (nur) wärmeempfindlich ist, sondern auch reibungsempfindlich. Durch die mechanische Bewegung des Kolbens oder eines außen angebrachten Pin-Puller-Antriebs kann dann eine Zündung ausgelöst werden. Wie bereits erwähnt, kann der Schaltkolben Bestandteil des als Pin-Puller-Antriebs ausgestalteten Antriebs sein oder es kann ein bewegbarer Kolben des Pin-Puller-Antriebs mit dem Schaltkolben verbunden sein.
Alternativ oder zusätzlich zu diesen Vorrichtungen können auch zahlreiche Verbesserungen im Wesentlichen außerhalb des eigentlichen Schaltergehäuses vorgesehen sein. Der Schaltkolben kann beispielsweise auch durch pyrotechnische Mittel bewegt werden, welche außerhalb des Gehäuses vorgesehen sind, insbesondere durch einen pyrotechnischen Pin-Puller-Antrieb oder einen Pin-Puller-Antrieb, der mit einem nicht pyrotechnisch erzeugten Gasdruck arbeitet. Die Vorrichtungen für den Gas- oder Pyro-Antrieb können sich dabei im Inneren des Schaltergehäuses befinden (d.h. das Gehäuse des Antriebs ist integriert mit dem Gehäuse des Schalters augebildet oder das Antriebsgehäuse befindet sich innerhalb des Schaltergehäuses) oder außerhalb des Schaltergehäuses. Im letztgenannten Fall kann das Antriebsgehäuse mit dem Schaltergehäuse unmittelbar angrenzend verbunden sein oder sich sogar in einem Abstand außerhalb des Schaltgehäuses befinden, wobei die Bewegung eines Antriebselements des Antriebs mechanisch auf den Schaltkolben übertragen wird (beispielsweise durch einen zusätzlichen Verbindungskolben oder einen entsprechend lang ausgeführten Schaltkolben oder Kolben des Pin-Puller-Antriebs).
Grundsätzlich zweckmäßig ist es auch, an einem Schalter zwei Schaltkolben oder entsprechend zwei Pin-Puller-Antriebe vorzusehen. Damit kann das Auslösen des Schalters an zwei Stellen, etwa von beiden Seiten erfolgen. Somit kann eine alternative Auslösung oder auch eine doppelte (gleichzeitige) Auslösung erfolgen. In jedem Fall ergibt sich eine Redundanz in der Konstruktion, welche die Trennung eines Schaltkreises noch einmal zuverlässiger macht.
Grundsätzlich kann auch der Schalter mit Komponenten ausgerüstet werden, die seine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und/oder seine Anfälligkeit für elektrostatische Entladung (ESD) verbessern. Entsprechende Schutzkomponenten wie Ferritringe, Zener-Diode, Suppressor-Diode, Spulen oder Varistoren, insbesondere SIOV-Varistoren können an dem Schalter vorgesehen sein und/oder an dem Antrieb. Sie können mit oder ohne Verbindung mit anderen elektronischen Bauteilen des Schalters vorgesehen sein.
Weitere Merkmale, aber auch Vorteile der Erfindung, ergeben sich aus den nachfolgend aufgeführten Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung. In den Abbildungen und in den dazugehörigen Beschreibungen sind Merkmale der Erfindung in Kombination beschrieben. Diese Merkmale können allerdings auch in anderen Kombinationen von einem erfindungsgemäßen Gegenstand umfasst werden. Jedes offenbarte Merkmal ist also auch als in technisch sinnvollen Kombinationen mit anderen Merkmalen offenbart zu betrachten. Die Abbildungen sind teilweise leicht vereinfacht und schematisch. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen den gleichen Schalter jeweils in seiner Leitstellung (jeweils Fig. a) und in seiner Trennstellung (jeweils Fig. b).
1 zeigt im Querschnitt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Riss beziehungsweise eine Trennstelle t im Verbindungselement erzeugt wird.
2 zeigt in entsprechender Ansicht eine andere Ausführungsform, bei der das Verbindungselement aus dem ersten Kontakt herausgezogen und damit getrennt wird.
3 zeigt eine Ausführungsform, die der der 1 entspricht, bei der jedoch ein anderes Gehäuse und andere Kontaktstellen vorgesehen sind.
4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Gehäuse einen Faltenbalg aufweist.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zusätzliches Kolbengehäuse vorgesehen ist, der Schaltkolben sich also innerhalb des Gehäuses selbst befindet.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Pyroseele zum Einsatz kommt, sowie ein mit mehreren Trennstellen versehenes Verbindungselement, wobei die Trennstellen hier zusätzlich mit Bohrungen geschwächt und mit äußeren Pyroelementen versehen sind.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Antrieb für das Aufreißen des Verbindungselements durch die Bewegung einer Membran erfolgt, die dafür durch die Auslösung und den Abbrand eines Zündelements in der Brennkammer bedrückt und dabei verformt wird.
8 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines vorteilhaften Verbindungselementes (nur in seiner Leitstellung).
9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schaltkolben senkrecht zum Verbindungselement bewegt wird.
1a und 1b zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters 10. Dieser Schalter 10 weist ein Gehäuse 12 auf, welches als im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt werden kann. Das Gehäuse 12 weist einen Gehäuseboden 14 und einen Gehäusedeckel 16 auf. Diese grenzen den Innenraum 18 ab. Der Gehäuseinnenraum 18 ist mit einem Isolatormedium 20 gefüllt. Wie dargestellt, kann es sich hierbei um ein körniges Isolatormedium 20 handeln, beispielsweise um Quarzsand. In diesem Innenraum 18 verläuft ferner das Verbindungselement 22. Das Verbindungselement 22 ist mechanisch mit dem Schaltkolben 24 verbunden. Der Schaltkolben 24 wird von einer Schaltkolbenführung 26 geführt, welche im Gehäusedeckel 16 in Form einer Bohrung vorgesehen ist.
An der Außenseite des Gehäuses 12 ist in Nachbarschaft zum Gehäusedeckel 16 der erste Kontakt 28 vorgesehen. Dieser kann einstückig mit dem Deckel 16 ausgeführt sein und ist jedenfalls elektrisch leitend mit dem Gehäusedeckel 16 verbunden. Der Gehäusedeckel 16 wiederum ist im Bereich der Schaltkolbenführung 26 elektrisch leitend mit dem Schaltkolben 24 verbunden, welcher wiederum elektrisch leitend mit dem Verbindungselement 22 verbunden ist. Das Verbindungselement 22 ist am Ankerpunkt 32 mechanisch und auch elektrisch leitend mit dem Gehäuseboden 14 verbunden. Der Gehäuseboden 14 wiederum ist einstückig ausgeführt mit dem zweiten Kontakt 30. Dementsprechend ist der Gehäuseboden 14 auch elektrisch leitend mit dem zweiten Kontakt 30 verbunden, so dass am Kontakt 30, welcher wie der erste Kontakt 28 ringförmig umlaufend um das Gehäuse 12 gestaltet wird, der Schalter 10 elektrisch kontaktiert werden kann.
1b zeigt den Schalter 10 in der Trennstellung. Durch Zug am Schaltkolben 24 in der in 1a durch einen Pfeil bezeichneten Richtung wurde das Verbindungselement 22 getrennt. Es weist also nun einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Dazwischen liegt die Trennstrecke t. Dementsprechend kann kein Strom fließen. Die Bildung eines Lichtbogens wird durch das Isolatormedium 20 unterdrückt, das auch in den Bereich der Trennstrecke t eindringt.
2a und 2b zeigen eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters 10, wiederum in der Leitstellung (2a) und der in der Trennstellung (2b). Die Grundkonstruktion des Schalters 10 entspricht der in 1 dargestellten. Daher sind in dieser Zeichnung nur einige wesentlichen Elemente des Schalters 10 wiederum mit Bezugszeichen versehen. Der Schalter 10 weist wiederum ein Gehäuse 12 auf, welches sich zwischen dem Gehäuseboden 14 und dem Gehäusedeckel 16 erstreckt. Wiederum ist ein Verbindungselement 22 vorgesehen, welches mechanisch mit dem Schaltkolben 24 verbunden ist. Abweichend von der Ausführungsform der 1 ist am Gehäuseboden 14 jedoch kein Ankerpunkt 32 vorgesehen, sondern die Aufnahme 34.
Die buchsenartige Aufnahme 34, die auch als Multikontaktbuchse ausgeführt sein kann, nimmt in der Leitstellung das ihr zugewandte Ende des Verbindungselementes 22 auf.
Der in 2a am Schaltkolben 24 eingezeichnete Pfeil bezeichnet wiederum die Zugrichtung, mit der der Schaltkolben 24 aus dem Gehäuse 12 des Schalters 10 gezogen werden kann, so dass der Schalter 10 in seine Trennstellung übergeht. Dabei reißt nicht das Verbindungselement 22, vielmehr wird das Verbindungselement 22 aus der ersten Aufnahme 34 gezogen. Dementsprechend wird zwischen dem rechten Ende des Verbindungssteges und der Aufnahme 34 wieder eine Trennstrecke t ausgebildet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen zwei oder mehr Trennstrecken erzeugt werden. Beispielsweise könnten zusätzlich zur Trennung des Verbindungselementes von der Aufnahme 34 noch ein oder mehrere Risse im Verbindungselement erzeugt werden. Das Verbindungselement kann dazu Schwächungsbereiche aufweisen.
Die 3a und 3b zeigen eine Ausführungsform des Schalters 10, welche der Ausführungsform aus 1 ähnelt, bei der aber der erste Kontakt in anderer Weise vorgesehen ist. Wiederum ist am Schalter 10 auf der unteren Seite des Gehäuses 12 ein Gehäuseboden 14 vorgesehen und auf der oberen Seite des Gehäuses 12 ist ein Gehäusedeckel 16 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist der Deckel 16 jedoch vollständig in das Gehäuse 12 eingelassen und bedeckt die Stirnzeiten der zylindrisch zu denkenden Gehäusewände nicht. Bei dieser alternativen mechanischen Lösung ist eine andere Kontaktierung vorgesehen. Der erste Kontakt ist hier durch eine Kontaktstelle 36 auf dem Gehäuse 12 vorgesehen, welche etwas unterhalb des Gehäusedeckels 16 verläuft. Die Kontaktstelle 36 kann wiederum als umlaufender Ring gedacht werden. Die Kontaktstelle 36 ist über den Kontaktdraht 38 mit dem Verbindungselement 22 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Kontaktdraht 38 und dem Verbindungselement 22 kann beispielsweise über eine Lötstelle erfolgen. Die Verbindung des Kontaktdrahtes 38 mit der Kontaktstelle 36 kann über eine einstückige Ausführung oder durch einen Verbindungsprozess, beispielsweise über eine Lötstelle, erfolgen.
Wie in 3b dargestellt, reißt das Verbindungselement 22 beim Herausziehen des Schaltkolbens 24 in gleicher Weise, wie in der Ausführungsform der 1.
Selbstverständlich kann auch der zweite Kontakt durch einen radialen Außenkontakt ersetzt werden, so dass auch hier die Stirnseite nicht mehr vollflächig elektrisch leitfähig wäre – und im Fall eines innen isoliert am Gehäuseboden 14 angebrachten Verbindungselement 22 dann hier vollständig isoliert wäre (nicht gezeichnet).
4a und 4b zeigen eine andere Ausführungsform des Schalters 10. In dieser Ausführungsform des Schalters 10 ist in bekannter Weise ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 vorgesehen. Im Gehäuse 12 verläuft wiederum ein Verbindungselement 22. Der Gehäusedeckel 16 weist in dieser Ausführungsform aber einen Faltenbalg 40 auf. Der Faltenbalg 40 trennt den Schaltkolben 24 vom Innenraum des Gehäuses 12. Lediglich zur elektrischen Verbindung des Schaltkolbens 24 mit dem Verbindungselement 22 ist eine elektrische Durchführung 42 vorgesehen.
Bei Bewegung des Schaltkolbens 24 in die in 4a mit einem Pfeil bezeichnete Richtung wird der Schalter 10 in die in 4b dargestellte Trennstellung überführt. Durch die Bewegung wird wiederum ein Riss bzw. eine Trennstelle t im Verbindungselement 22 erzeugt. Der Faltenbalg 40 wird dabei nach links gezogen und befindet sich dann in einer entspannten Stellung.
Bei dieser Ausführungsform kann also auf eine Durchführung des Schaltkolbens 24 durch den Gehäusedeckel 16 verzichtet werden. Der Innenraum des Gehäuses 12 ist gut nach außen abgedichtet, zudem kann nun der Schaltkolben auch aus einem Isolator bestehen, eine elektrische Trennung des Sicherungsteils/des Gehäuses mit dem Auslöseteil ist damit sicher und sauber realisierbar. Auch eignet sich diese Gehäusevariante besonders gut für flüssige oder gasförmige Isolatormedien 20. Sie eignet sich auch dann, wenn zur elektrischen Isolation im Innenraum des Gehäuses 12 ein Vakuum oder ein Hochvakuum vorgesehen werden soll. Am Beispiel dieser Ausführungsform ist dargestellt, dass der Schaltkolben 24 in seinem vom Gehäuse 12 abgewandten Bereich zweckmäßigerweise einen Griffbereich 44 aufweist. Dieser Griffbereich 44 kann einen Griffring 46 aufweisen, der bei der manuellen Bedienung des Schaltkolbens 24 besonders hilfreich ist.
Die 5a und 5b zeigen eine Ausführungsform, die nicht vorrangig auf die manuelle Bedienung des Schaltkolbens 24 hin optimiert ist. In dieser Ausführungsform ist neben dem Gehäuse 12 des Schalters 10 ein zusätzliches Kolbengehäuse 50 vorgesehen. Das Kolbengehäuse 50 kann auch einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgeführt werden. In der gezeigten Ausführungsform wird das Kolbengehäuse 50 durch ein separates Bauteil gebildet, im Wesentlichen durch ein Zylinderstück gleichen Durchmessers wie der Zylinder des Gehäuses 12. Wie angedeutet, ist der Zylinder des Kolbengehäuses 50 durch eine Steckverbindung mit dem Gehäuse 12 verbunden. Der Gehäusedeckel 16 ist dementsprechend so gestaltet, dass er Aufnahmen für beide Zylinder bietet.
Der Schalter 10 verfügt in bekannter Weise über einen Gehäuseboden 14, der wiederum mit dem Verbindungselement 22 verbunden ist. Das Verbindungselement 22 ist auf der anderen Seite mit dem Schaltkolben 24 verbunden. Der Schaltkolben 24 verfügt über eine Endplatte 48. Diese Endplatte 48 kann gleich oder ähnlich wie der Griffring 46 ausgeführt sein, seine Funktion weicht aber von der des Griffringes 46 ab, wie nachfolgend dargestellt wird.
Das Kolbengehäuse 50 weist einen Hohlraum 52 auf. Dieser wird links durch eine Stirnfläche 54 begrenzt. Die Stirnfläche 54 kann offen sein (was auch die zusätzliche manuelle Bedienung des Schaltkolbens 24 erlaubt) oder sie kann einen eigenen Deckel 16 aufweisen. Unterhalb der Stirnfläche 54 ist im Hohlraum 52 des Kolbengehäuses 50 eine Induktionsspule 56 vorgesehen. Die Induktionsspule 56 kann zumindest auf die Endplatte 48 des Schaltkolbens 24 einwirken. Dazu soll die Endplatte 48 auch aus einem geeigneten Material gefertigt sein, beispielsweise ist ein ferromagnetisches Material wie Weicheisen oder Stahl geeignet. Durch die induktive Wirkung der Induktionsspule 56 auf den Schaltkolben 24, die vorteilhafterweise über die Endplatte 48 vermittelt wird, kann der Schaltkolben 24 aus dem Gehäuse 12 des Schalters 10 gezogen werden.
Hierdurch wird der Schalter 10 in seine Trennstellung überführt, welche in 5b zu erkennen ist. Wiederum wird das Verbindungselement 22 in einen ersten Abschnitt und in einen zweiten Abschnitt getrennt, zwischen denen eine Trennstrecke t liegt. Der Schaltkolben 24 ragt dabei weiter in den Hohlraum 52 des Kolbengehäuses 50 hinein. Das Vorsehen des Hohlraumes 52 stellt sicher, dass nicht etwa andere Bauteile die Bewegung des Schaltkolbens 24 behindern.
Es lässt sich leicht auch ein Kolbengehäuse 50 konstruieren, bei dem keine induktive Bewegung des Schaltkolbens 24 vorgesehen ist, sondern der Schaltkolben 24 durch Gasdruck bewegt wird. In diesem Falle wird die Endplatte 48 des Schaltkolbens 24 im Durchmesser bis zur Gehäusewand vergrößert und dort abgedichtet, so dass nun zwischen der Endplatte 48 und dem Gehäusedeckel 16 ein in sich abgedichter Raum entsteht, der mit gasförmigen Medien bedrückt werden kann. Durch eine Erhöhung des Gasdrucks hier wird der Schaltkolben 24 aus dem Gehäuse 12 des Schalters 10 hinausgetrieben. Ein entsprechender Gasdruck kann dabei leicht durch pyrotechnische Mittel aufgebaut werden, der oben beschriebene abgedichtete Raum würde hier dann zu einer Brennkammer werden.
Die Anzündung bzw. Initiierung des im abgedichteten Raum untergebrachten pyrotechnischen Stoffes erfolgt dann wie üblich durch Hitzedraht, Explosionsdraht, Explosionsfolie oder standardmäßig durch ein Zünd- oder Anzündstück. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Varianten zweckmäßig.
6 zeigt eine andere Ausführungsform des Schalters 10 in der bekannten Ansicht. Dieser weist wiederum ein Gehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 und einem Gehäusedeckel 16 auf. Der Innenraum 18 des Gehäuses 12 ist wiederum mit einem Isolatormedium 20 gefüllt. Im Isolatormedium 20 ist ein Verbindungselement 22 angeordnet, welches mit dem Schaltkolben 24 verbunden ist. Die Gestaltung des Verbindungselementes 22 weicht jedoch von den vorherigen Ausführungsformen ab. Das Verbindungselement 22 ist hier als Schmelzröhrchen ausgeführt. Seine geometrische Form muss allerdings nicht rund sein, so dass die Bezeichnung Schmelzband für andere Ausführungen auch adäquat ist. In zwei Bereichen des Verbindungselementes 22 ist eine Anzahl von Bohrungen 58 vorgesehen. Diese Bohrungen 58 führen zu einer Querschnittsverengung für die Stromleitung zwischen den Kontakten 28 und 30. Durch die Querschnittsverengung steigt in diesen Bereichen die Stromdichte besonders stark an. Somit erwärmt sich das Verbindungselement 22 an diesen Stellen besonders stark. Damit kann in diesen Bereichen der Schmelzpunkt des Materials besonders schnell erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich wird die Erhitzung aber nicht nur zum Erreichen des Schmelzpunktes eingesetzt, sondern auch als Zündtemperatur für Pyroelemente. Im Bereich der Bohrungen 58 sind daher Pyroelemente 60 angebracht. Durch Erhitzung wird eine Explosion ausgelöst, welche die Ausbildung einer Trennstrecke besonders begünstigt.
Der Bereich, in dem eine solche Schwächung durch Bohrungen 58 und auch die optionalen zusätzlichen Pyroelemente 60 vorgesehen ist, ist durch einen Sensordraht 62 mit einer Zustandsanzeige 64 verbunden. In der in der 6a gezeigten Leitstellung steht der Sensordraht 62 unter Spannung. Diese Spannung überträgt er auf die Zustandsanzeige 64, die in Form einer einfachen Blattfeder ausgeführt ist. In der Trennstellung, die in 6b gezeigt ist, ist der Sensordraht 62 vom Verbindungselement 22 abgetrennt. Dementsprechend überträgt er keine Spannung mehr und die Blattfeder steht deutlich sichtbar außen vom Gehäuse 12 ab. Die Blattfeder dient also so als Zustandsanzeige. Diese Zustandsanzeige 64 ist auch zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Schalters 10 nützlich. Selbstverständlich kann das Konzept der Zustandsanzeige mit einem Sensordraht 62 auch in anderen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden.
Diese Ausführungsform zeigt noch eine weitere Verbesserung der Wirksamkeit des Schalters 10, welche allerdings ebenfalls auf Schalter in anderen Ausführungsformen und insbesondere auf andere Verbindungselemente angewandt werden kann. Das Verbindungselement 22, welches im Wesentlichen die Form eines Schmelzröhrchens hat, ist in seinem inneren Hohlraum mit einer Pyroseele ausgestattet, d. h. der Hohlraum ist mit Explosivstoff gefüllt. Dieser Explosivstoff kann durch die Erhitzung in dem Bereich der Bohrungen 58 ebenfalls zur Explosion gebracht werden. Die Pyroelemente 60 können dabei unterstützend wirken, müssen dies aber nicht. Das Vorsehen einer Pyroseele fördert die Ausbildung einer Trennstrecke.
Vorteilhaft für die noch schnellere Ausbildung einer Trennstrecke und somit für die noch schnellere Kontaktunterbrechung ist, dass die Pyroseele in der dargestellten Ausführungsform zusätzlich auch zu einem anderen Zweck eingesetzt wird. Die Pyroseele 66 setzt sich in dem Kolben 24 fort und wirkt als eine Art Zündübertragungsleitung. Dazu ist im Kolben 24 selbst eine kanalartige Zündverbindung vorgesehen. Über diese Zündverbindung kann eine Pyrofüllung 60 gezündet werden. Diese Pyrofüllung befindet sich in einem Teil des Hohlraums, der Brennkammer 68, eines wiederum vorgesehenen Kolbengehäuses 50.
In dieser Ausführungsform weist der Schalter 10 ein zusätzliches Merkmal auf, welches so auch mit anderen Schaltern kombiniert werden könnte. Der Schalter 10 weist wiederum ein Kolbengehäuse 50 auf. Dieses umschließt einen Hohlraum 52. Die Stirnfläche des Kolbens 54 ist diesmal als Stirnwand gestaltet. In dem Kolbengehäuse 50 ist die Endplatte 48 mechanisch beweglich (sofern der Schaltkolben 24 nicht durch das Verbindungselement 22 fixiert wird).
Diese Gestaltung des Schalters 10 erlaubt noch ein zusätzliches Mittel zur Beschleunigung der elektrischen Trennung und Ausbildung einer Trennstrecke. Dieses zusätzliche Mittel kann auch mit Schaltern aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden. In dem Hohlraum 52 wird zwischen Endplatte 48 und Gehäusedeckel 16 in der Brennkammer 68 eine Pyrofüllung eingebracht. Bei Explosion dieser Pyrofüllung wird die Endplatte 48 nach links auf die Stirnwand 64 des Kolbengehäuses bewegt.
Die Explosion der Pyrofüllung 60 kann dabei in folgender Weise ausgelöst werden: Der Explosivstoff der Pyroseele 66 ist durch einen Kanal, der als Zündverbindung 70 wirkt, mit der Pyrofüllung 60 verbunden. Sobald in der beschriebenen Weise nun die Explosion der Pyroseele 66 ausgelöst wird, wirkt die Pyroseele 66 als pyrotechnische Zündübertragungsleitung, welche eine Zündung der Pyrofüllung 60 bewirkt. Diese Zündung bewirkt selbstverständlich eine Bewegung der Endplatte 48 auf die Stirnfläche 54 zu. Um den entsprechenden Gasausgleich zu ermöglichen, ist in der Stirnfläche 54 eine Wandöffnung 72 vorgesehen. Diese kann auch den Zapfen 74 der Endplatte 48 aufnehmen und vermag so die erfolgte Auslösung des Schalters auch von außen rein optisch anzuzeigen.
Gezeigt ist in 6 auch, dass durch mehrere hintereinander angebrachte Schwächungen des Verbindungselements nach der Auslösung des Schalters mehrere, elektrisch in Reihe geschaltete Trennstellen entstehen. Dadurch wird die an den Kontakten bzw. am Gehäuseboden und am Gehäusedeckel anliegende hohe elektrische Spannung im Augenblick des Auslösens des Schalters entsprechend aufgeteilt, so dass an jeder Trennstelle nur ein entsprechend kleiner Teil der ursprünglichen Schaltspannung bzw. Quellspannung abfällt. Damit sinkt das Potential für einen entstehenden Lichtbogen sehr stark, die damit so entstehenden Einzellichtbögen können damit wesentlich schneller und effektiver vom Isolatormedium 20 gekühlt bzw. gelöscht werden.
Die in 6 gezeigte Ausführungsformen des Schalters 10 bewirken also eine sehr schnelle Ausbildung einer Trennstrecke t durch drei pyrotechnische und einen elektrischen Effekt. Die vier beschriebenen Effekte können auch einzeln und abhängig voneinander zum Einsatz kommen.
7 zeigt eine andere Ausführungsform eines Schalters nach der vorliegenden Erfindung. Wiederum wird die bekannte Ansicht gewählt und 7A zeigt den Schalter in seiner Leitstellung, während 7B den Schalter in der Trennstellung zeigt. Die Grundkomponenten des Schalters entsprechen ganz denen der 6. Wiederum ist also in einem Gehäuse 12 ein Verbindungselement 22 untergebracht. Das Verbindungselement 22 weist wiederum Bohrungen 58 und Pyroelemente 60 in der Nachbarschaft der Bohrungen 58 auf. Anders als beispielsweise in der Ausführungsform der 6 ist jedoch hier kein Schaltkolben 24 vorgesehen, dementsprechend ist auch keine Endplatte 48 vorgesehen. Vielmehr ist das Verbindungselement 22 durch eine Öffnung im Gehäusedeckel 16 hindurchgeführt. Es ist mit einer Membran 76 verbunden, die auch als Doppel- oder Mehrschichtmembran ausgebildet sein kann. Diese Membran 76 ist in einem Gehäuse 50 befestigt. Das Gehäuse 50 weist wiederum einen Hohlraum 52 und eine Stirnwand 54 auf.
Mit Hilfe beispielsweise geeigneter pyrotechnischer Mittel, wie etwa der Pyroelemente 60 und einer wiederum vorgesehen Pyroseele 66 kann eine Zündung eingeleitet werden, die zur Trennung des Verbindungselementes 22 führt. Dies ist in 7b dargestellt. Durch entsprechende Positionierung und Dimensionierung der pyrotechnischen Elemente kann dabei eine Bewegung von Teilen des Verbindungselementes 22 nach links, also auf das Gehäuse 50 hin bewirkt werden. Diese führt zu einer Ausbeulung der Membran 76. Vorteilhaft ist, dass eine Membran ein geringes Eigengewicht und so der Bewegung von Teilen des Verbindungselementes 22 in das Gehäuse 50 hinein wenig träge Masse entgegensetzt.
In dieser Weise kann eine sehr schnelle Bewegung der Membran 76 auf die Stirnwand 54 zu veranlasst werden. Um Schäden an der Membran 76 selbst zu vermeiden, ist es sinnvoll, einen Membranstützring 78 vorzusehen. Um die schnelle Bewegung der Membran 76 zu ermöglichen, kann, so wie gezeigt, wiederum eine Wandöffnung 72 vorgesehen werden, um so keinen Gegendruck durch Komprimieren des vorher im Hohlraum 52 vorhandenen Gases (Luft) entstehen zu lassen.
Diese Bewegung wird alternativ oder zusätzlich, in der Regel aber zusätzlich, durch ein Zündelement 80 ausgelöst oder verstärkt. Das Zündelement kann etwa ein Zündstück oder ein Anzündstück sein. Das Zündelement 80 befindet sich dabei in der Brennkammer 68 des Gehäuses 50. Die Brennkammer 68 kann zur Verstärkung der Wirkung auf die Membran 76 mit einem Treibladungspulver gefüllt sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Füllkörper aus einem festen, flüssigen oder gelartigen Material in der Brennkammer eingesetzt werden. Ein solcher Füllkörper reduziert sowohl das freie Volumen in der Brennkammer und ermöglicht so höhere Drücke bereits mit sehr geringen pyrotechnischen Materialien zu erreichen, andererseits koppelt er auch die bei der Verbrennung bzw. Umsetzung des pyrotechnischen Materials entstehende Druckwelle optimal und mit möglichst geringer Dämpfung an das Membranmaterial an.
Alternativ oder zusätzlich kann ein umsetzbarer, flüssiger oder fester Stoff in der Brennkammer 68 vorgesehen sein. Hier bietet sich ein Stoff an, der schnell in die Gasphase übergeht. Beispielsweise kann Trockeneis gewählt werden oder auch Tetrazen, selbst Wasser ist hier von Vorteil, weil es bei seinem Verdampfen einen sehr gut arbeitsfähigen Dampf erzeugt. Dessen Wirkung kann noch gesteigert werden, wenn man die Wassermenge in der Brennkammer so einstellt, dass es beim Abbrand des pyrotechnischen Materials hier zum Siedeverzug kommt.
Diese Ausführungsform erlaubt eine besonders schnelle Trennung des Schalters 10, eine zuverlässige Vorrichtung durch die Verwendung von nur wenigen Einzelteilen, eine nach außen gute Abdichtung mit geringstem Aufwand und überdies eine sehr kostengünstige Fertigung des Schalters.
8 zeigt ein zweckmäßiges Verbindungselement 22. Dieses Verbindungselement 22 ist im Wesentlichen als Schmelzband ausgeführt. Ein solches Schmelzband kann in einem oder mehreren Bereichen eine oder mehrere Bohrungen 58 aufweisen. Statt Bohrungen können auch andere mechanische Schwächungen vorgesehen sein, etwa Ausnehmungen oder Aussparungen jeder Art und Form oder auch Quetschungen. Solche Elemente führen dazu, dass die Stromdichte in den entsprechenden Bereichen ansteigt. Dies führt zu einer Erhitzung des Verbindungselementes 22, so dass diese ein Schmelzen des Verbindungselementes 22 bewirken kann. Alternativ oder zusätzlich zu dem Schmelzprozess kann durch die Wärmeentwicklung auch ein explosiver Prozess ausgelöst werden. Dazu können in örtlicher Nähe zu den Schwächungselementen, insbesondere also zu den Bohrungen 58, Pyroelemente 60 vorgesehen werden. Ein solches Verbindungselement 22 ist im Bereich hoher Gleichspannungen und Wechselspannungen weit wirksamer als ein klassischer Schmelzdraht. Im Übrigen kann das Vorsehen mehrerer Bohrungen 58 oder auch mehrerer Bereiche von Bohrungen 58 (oder entsprechender Schwächungen) das Ausbilden mehrerer kurzer Trennstrecken fördern. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Ausbildung mehrerer kurzer Trennstrecken gegenüber einer einzigen langen Trennstrecke vorteilhaft, weil dann nach Art einer Serienschaltung von Widerständen pro getrennter Strecke nur ein entsprechender Bruchteil, der zwischen den Kontakten 28 und 30 anliegenden elektrischen Spannung anliegt, und daher die hier auftretenden, entsprechend schwächeren Lichtbögen sehr viel leichter abgekühlt bzw. gelöscht werden können.
9 zeigt eine andere Ausführungsform des Schalters 10 in der bekannten Ansicht. Dieser weist wiederum ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 und einem Gehäusedeckel 16 auf. Der Innenraum 18 des Gehäuses 12 ist mit einem Isolatormedium 20 gefüllt. Im Isolatormedium 20 ist ein Verbindungselement 22 angeordnet, welches mit dem Schaltkolben 24 verbunden ist. Jedoch steht der Schaltkolben 24 hier senkrecht zum Verbindungselement 22. Eine Trennstrecke wird also erzeugt, indem Abschnitte des Verbindungselementes 22 in einem Winkel zur Hauptersteckungsrichtung des Verbindungselementes verschoben (in aller Regel schnell herausgerissen) werden. Winkel zwischen 5° und 90° sind dabei zweckmäßig, auch wenn hier nur ein 90°-Winkel dargestellt ist.
Für den Schaltkolben 24 ist dabei ein Kolbengehäuse 50 vorgesehen, welches senkrecht auf die zylindrische Wand des Gehäuses 12 aufgesetzt ist.
Der Schaltkolben 24 erzeugt eine Multitrennstelle im Verbindungselement 22. Dazu ist der Schaltkolben mit einem Kollektor 82 verbunden, welcher seinerseits durch Verbinder 84 (ausgeführt als Verbindungshaken) auf das Verbindungselement 22 einwirkt. So lässt sich effektiv eine Multitrennstelle erzeugen, bei der in vorbestimmter Weise viele kleine Trennstrecken erzeugt werden.
In der beschriebenen Weise lässt sich also ein robuster Trennschalter preiswert herstellen, welcher manuell durch geringe Modifikationen, aber auch fernsteuerbar, also triggerbar auslösbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Schalter
12: Gehäuse
14: Gehäuseboden
16: Gehäusedeckel
18: Innenraum
20: Isolatormedium
22: Verbindungselement
24: Schaltkolben
26: Schaltkolbenführung
28: erster Kontakt
30: zweiter Kontakt
32: Ankerpunkt
34: Aufnahme
36: Kontaktstelle
38: Kontaktdraht
40: Faltenbalg
42: elektrische Durchführung
44: Griffbereich
46: Greifring
48: Endplatte
50: Kolbengehäuse
52: Hohlraum
54: Stirnwand/Stirnfläche
56: Induktionsspule
58: Bohrung
60: Pyroelement
62: Sensordraht
64: Blattfeder
66: Pyroseele
68: Brennkammer
70: Zündverbindung
72: Wandöffnung
74: Zapfen, Sichtelement
76: Membran (auch Mehrschichtmembran)
78: Membranstützring
80: Zündelement
82: Kollektor
84: Verbinder
t: Trennstrecke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CH 240670 [0003]
DE 1928922 C3 [0005]
DE 1050858 [0006]
DE 202007013841 U1 [0007]
DE 19819662 A1 [0008]
DE 10205369 B4 [0010]

Claims

Schalter, insbesondere Trennschalter (10) für hohe Gleich- und Wechselströme bei hohen Spannungen, (a) welcher aus einer Leitstellung in eine Trennstellung überführt werden kann und (b) welcher ein Gehäuse (12), einen ersten Kontakt (28), einen zweiten Kontakt (30), einen vom Gehäuse (12) geführten Schaltkolben (24) und ein Verbindungselement (22) aufweist, welches in der Leitstellung des Schalters (10) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt (28) und dem zweiten Kontakt (30) herstellt, (c) wobei das Gehäuse (12) einen das Verbindungselement (22) umgebenden Innenraum (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, (d) dass das Verbindungselement (22) zumindest abschnittsweise in dem Innenraum (18) verläuft, (e) dass der Innenraum (18) mit einem Isolatormedium (20) gefüllt ist und (f) dass der Schalter so ausgebildet ist, dass eine mechanische Bewegung des Schaltkolbens (24) den Schalter (10) von der Leitstellung in die Trennstellung überführen kann, wobei der Schaltkolben (24) mechanisch so auf das Verbindungselement (22) wirkt, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt (28) und dem zweiten Kontakt (30) an mindestens einer Trennstelle unterbrochen wird.
Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein außerhalb des Innenraums (18) des Gehäuses (12) angeordneter Antrieb zur Bewegung des Schaltkolbens (24) vorgesehen ist, welcher den Schaltkolben (24) nach einer Aktivierung des Antriebs mit einer die Bewegung des Schaltkolbens verursachenden Bewegungskraft beaufschlagt, wobei der Antrieb insbesondere als induktiver Antrieb, als Wirbelstromantrieb oder als Gasdruckantrieb ausgebildet ist, bei welchem der Gasdruck mittels eines gaserzeugenden Materials erzeugt wird, insbesondere durch Verbrennung oder Oxidation eines flüssigen und/oder festen gaserzeugenden Materials, insbesondere eines aktivierbaren pyrotechnischen gaserzeugenden Materials.
Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruckantrieb eine vom Innenraum (18) des Gehäuses (12) getrennte Brennkammer (68) aufweist, in welcher das gaserzeugende Material vorgesehen ist, wobei der Schaltkolben (24) so ausgestaltet ist, dass er unmittelbar vom Gasdruck zur Erzeugung der Bewegung des Schaltkolbens beaufschlagbar ist, oder wobei der Schaltkolben mittelbar vom Gasdruck beaufschlagbar ist, indem ein vom Gasdruck bewegtes Element den Schaltkolben beaufschlagt.
Schalter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem das nicht durch das gaserzeugende Material genutzte Volumen der Brennkammer (68) zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, mit einem flüssigen, festen oder gelartigen Material gefüllt ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Isolatormedium (20) ein Silikat oder Mineral oder Quarzsand ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verbindungselement (22) ein Röhrchen, ein Draht oder ein flächig, insbesondere streifenförmig ausgebildetes Element ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mechanische Bewegung des Schaltkolbens (24) zur Überführung des Schalters (10) von der Leitstellung in die Trennstellung eine translatorische Bewegung entlang der hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des Verbindungselementes (22) ist oder eine Bewegung in einem Winkel von 5° bis 90° zur hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des Verbindungselementes (22) ist.
Schalter nach Anspruch 7, bei dem die translatorische Bewegung das Verbindungselement (22) zerreißt oder das Verbindungselement (22) vom ersten Kontakt (28) und/oder zweiten Kontakt (30) löst, wobei die translatorische Bewegung des Schaltkolbens (24) über die Reißstellung oder die den elektrischen Kontakt auflösende Stellung hinaus fortgeführt wird.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verbindungselement (22) als Schmelzelement, beispielsweise Schmelzdraht, ausgelegt ist, so dass der Schalter (10) bei einer bestimmten elektrischen Last zunächst ohne Bewegung des Schaltkolbens (24) in eine Trennstellung überführt wird, wobei eine gleichzeitige oder anschließende Bewegung des Schaltkolbens (24) die Trennstrecke (t) vergrößert.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verbindungselement (22) mindestens einen mechanisch geschwächten Querschnitt aufweist, um damit mindestens eine Trennstelle geometrisch festzulegen.
Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem der Gasdruckantrieb eine Membran (76) aufweist, welche beim Aktivieren des Gasdruckantriebs deformiert wird, wobei der Schaltkolben (24) mechanisch mit der Membran (76) verbunden ist, so dass eine Bewegung der Membran auf den Schaltkolben (24) übertragen wird.
Schalter nach Anspruch 11, bei dem zusätzlich ein Membranstützelement, beispielsweise ein Membranstützring (78) vorgesehen ist, welches die Bewegung der Membran (78) infolge des Gasdrucks zumindest in einem oder mehreren Teilbereichen beschränkt.
Schalter nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Membran aus mehr als einer übereinander liegenden Materialschicht besteht (Mehrschichtmembran).
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verbindungselement (22) einen oder mehrere elektrisch geschwächte Querschnitte aufweist, um damit bei einer bestimmten Überlast die Trennung des Verbindungselements durch den Überlaststrom zu erreichen, wobei zwei oder mehr elektrisch wirksam geschwächte aber räumlich voneinander getrennte Querschnittsbereiche in Längsrichtung des Verbindungselements (22) hintereinander angeordnet sein können, um bei gewünschter Überlast eine an den multiplen Trennstellen wirkende, gegenüber der am Schalter (10) anliegenden äußeren Quellspannung entsprechend reduzierte Schaltspannung zu erreichen.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem pyrotechnisches Material (60) am Verbindungselement (22) angebracht ist, um die Bildung einer Trennstelle auszulösen oder zu unterstützen oder bei dem das Verbindungselement einen als Brennkammer (68) wirkenden inneren Hohlraum (52) aufweist, in welchen das pyrotechnische Material eingebracht ist, wobei vorzugsweise das nicht durch das gaserzeugende Material genutzte Volumen der Brennkammer zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, mit einem ölförmigen, gelförmigen, fettförmigen oder festen Füllstoff gefüllt ist, um das Leervolumen in der Brennkammer zu verringern und gleichzeitig die Ankoppelung der vom Zündelement (80) erzeugten Druckwelle mit geringer Dämpfung an die Membran (76) zu verbessern.