DE102017202370B4 - Arc quenching device, electromechanical protective switching device and manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Lichtbogenlöschvorrichtung (10) für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät (1),
- mit einer Löschkammer, in der mehrere Löschbleche (22) in einer Stapelrichtung (R) voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind, wobei zumindest eines der Löschbleche (22) in einem ersten Bereich eine geringere erste Blechdicke (d1), und in einem zweiten Bereich eine verstärkte zweite Blechdicke (d2) aufweist, wobei die Löschbleche (22) einen v-förmigen Einschnitt (23) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkte zweite Blechdicke (d2) des zumindest einen Löschblechs (22) um einen Wurzelbereich des v-förmigen Einschnitts (23) herum ausgebildet ist, wobei das zumindest eine Löschblech (22) als Stanz-Biege-Teil ausgebildet ist und die verstärkte zweite Blechdicke (d2) durch Umbiegen einer Blechlasche (24) gebildet ist, wobei die Blechlasche (24) zumindest teilweise aus dem Material des v-förmigen Einschnitts (23) gebildet ist.
Arc quenching device (10) for an electromechanical protective switching device (1),
- with an arcing chamber in which several arc splitters (22) are spaced apart from one another in a stacking direction (R) and arranged parallel to one another, with at least one of the arc splitters (22) having a smaller first plate thickness (d1) in a first area and a smaller first plate thickness (d1) in a second area Area has a reinforced second sheet thickness (d2), the arc splitters (22) having a v-shaped incision (23), characterized in that the reinforced second sheet thickness (d2) of the at least one arc splitter (22) around a root region of the v shaped incision (23), the at least one arc splitter (22) being designed as a stamped and bent part and the reinforced second sheet metal thickness (d2) being formed by bending over a sheet metal tab (24), the sheet metal tab (24) being at least is partially formed from the material of the V-shaped incision (23).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschvorrichtung für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, welches vorzugsweise als Leistungsschalter, als Leitungsschutzschalter oder als Fehlerstromschutzschalter ausgebildet ist. Die Lichtbogenlöschvorrichtung ist dabei zum Löschen eines beim Öffnen eines Schaltkontakts des Schutzschaltgerätes entstehenden Lichtbogens ausgebildet und weist hierzu eine Löschkammer auf, in der mehrere Löschbleche in einer Stapelrichtung voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Schutzschaltgerät zur Überwachung eines elektrischen Stromkreises, welches eine derartige Lichtbogenlöschvorrichtung aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der für die Lichtbogenlöschvorrichtung benötigten Löschbleche.The invention relates to an arc quenching device for an electromechanical protective switching device, which is preferably designed as a circuit breaker, a miniature circuit breaker or a fault current circuit breaker. The arc quenching device is designed to quench an arc that occurs when a switching contact of the protective switching device opens, and for this purpose has a quenching chamber in which several quenching plates are spaced apart from one another in a stacking direction and arranged parallel to one another. Furthermore, the invention relates to an electromechanical protective switching device for monitoring an electrical circuit, which has such an arc quenching device, and a method for producing the arc quenching plates required for the arc quenching device.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Schutzschaltgeräte bekannt. Hierzu zählen beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter. Sie werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt und dienen der Überwachung sowie der Absicherung eines elektrischen Stromkreises. Leistungsschalter sind dabei speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter(sogenannter LS-Schalter), welcher auch als „Miniature Circuit Breaker“ (MCB) bezeichnet wird, stellt in der Elektroinstallation eine sogenannte Überstromschutzeinrichtung dar und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher und Anlagen vor Überlast. Auf diese Weise werden beispielsweise elektrische Leitungen vor Beschädigung durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes geschützt. Various protective switching devices are known from the prior art. These include, for example, circuit breakers, miniature circuit breakers or residual current circuit breakers. They are used in particular as switching and safety elements in electrical power supply networks and serve to monitor and protect an electrical circuit. Circuit breakers are specially designed for high currents. A circuit breaker (so-called circuit breaker), which is also known as a "miniature circuit breaker" (MCB), represents a so-called overcurrent protection device in electrical installations and is used in particular in the area of low-voltage networks. Circuit breakers and miniature circuit breakers guarantee safe shutdown in the event of a short circuit and protect consumers and systems from overload. In this way, for example, electrical lines are protected from damage due to excessive heating as a result of an excessively high electric current.
Ein Fehlerstromschutzschalter ist eine Schutzeinrichtung zur Realisierung eines Schutzes gegen einen gefährlichen Fehlerstrom in einer elektrischen Anlage. Ein derartiger Fehlerstrom, welcher auch als Differenzstrom bezeichnet wird, tritt auf, wenn ein spannungsführendes Leitungsteil einen elektrischen Kontakt gegen Erde aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer elektrischen Anlage berührt: in diesem Fall fließt der Strom als Fehlerstrom durch den Körper der betreffenden Person gegen die Erdung ab. Zum Schutz gegen derartige Körperströme muss der Fehlerstromschutzschalter bei Auftreten eines derartigen Fehlerstroms die elektrische Anlage schnell und sicher allpolig vom Leitungsnetz trennen. Im allgemeinen technischen Sprachgebrauch werden anstelle des Begriffs „Fehlerstromschutzschalter“ auch die Begriffe FI-Schutzschalter (kurz: FI-Schalter), Differenzstromschutzschalter (kurz: DI-Schalter) oder RCD (für „Residual Current Protective Device“) gleichwertig verwendet.A residual current circuit breaker is a protective device to protect against a dangerous residual current in an electrical system. Such a fault current, which is also referred to as differential current, occurs when a live part of the line has an electrical contact to earth. This is the case, for example, when a person touches a live part of an electrical installation: in this case, the current flows as a fault current through the person's body towards earth. To protect against such body currents, the fault current circuit breaker must quickly and safely disconnect all poles of the electrical system from the mains when such a fault current occurs. In general technical usage, instead of the term "residual current circuit breaker", the terms FI circuit breaker (short: FI switch), residual current circuit breaker (short: DI switch) or RCD (for "Residual Current Protective Device") are used equivalently.
Zur Überwachung bzw. zur Absicherung des elektrischen Stromkreises wird das jeweilige Schutzschaltgerät über zwei Anschlussklemmen mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen Leitung zu unterbrechen. Das Schutzschaltgerät weist dabei einen Schaltkontakt mit einem ortsfesten Festkontakt sowie einem relativ dazu beweglichen Bewegkontakt auf. Der Bewegkontakt ist hierbei über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes betätigbar, so dass der Schaltkontakt geöffnet und geschlossen werden kann. Auf diese Weise wird bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes, beispielsweise eines Kurzschlusses oder einer elektrischen Überlast, die Schaltmechanik aktiviert und somit der Schaltkontakt geöffnet, um die elektrische Leitung zu unterbrechen und damit den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.To monitor or to protect the electrical circuit, the respective protective switching device is electrically conductively connected via two connection terminals to an electrical line of the circuit to be monitored in order to interrupt the electrical current in the respective line if necessary. The protective switching device has a switching contact with a stationary contact and a moving contact that is movable relative thereto. The moving contact can be actuated via a switching mechanism of the protective switching device, so that the switching contact can be opened and closed. In this way, when a predefined condition occurs, for example a short circuit or an electrical overload, the switching mechanism is activated and the switching contact is thus opened in order to interrupt the electrical line and thus separate the monitored circuit from the electrical line network. Such protective switching devices are also known as modular installation devices in the field of low-voltage technology.
Wird der Schaltkontakt zu einem Zeitpunkt geöffnet, zu dem ein elektrischer Strom über den Schaltkontakt fließt, so bildet sich beim Öffnen des Schaltkontakts zwischen dem Festkontaktstück und dem sich davon entfernenden Bewegkontaktstück ein aus ionisierter Luft gebildeter Lichtbogen aus. Zum Deio-ni-sieren - und damit zum Löschen des Lichtbogens - weisen herkömmliche Schutzschaltgeräte eine sogenannte Lichtbogenlöschkammer - auch Deionisationskammer genannt - auf. Diese ist in unmittelbarer Nähe des Schaltkontakts angeordnet und weist ihrerseits eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter und voneinander beabstandeter Löschbleche auf. Ein elektromechanisches Schutzschaltgerät mit einer derartigen Lichtbogenlöschkammer ist beispielsweise aus der dt. Offenlegungsschrift
Wird der Lichtbogen in die Löschkammer getrieben, so teilt er sich beim Auftreffen auf die Löschbleche in mehrere Teillichtbögen auf, welche anschließend elektrisch in Reihe geschaltet zwischen den einzelnen Löschblechen brennen. Die mehreren, elektrisch sequentiell hintereinander geschalteten Teil-Lichtbögen führen insgesamt zu einer höheren Bogenspannung. Zusammen mit einer Kühlungswirkung der Löschbleche, welche dem Lichtbogen Wärme entzieht, führt dies im weiteren Verlauf zu einem Erlöschen des Lichtbogens. Um dabei ein gutes Löschverhalten zu erreichen muss der Lichtbogen daher möglichst schnell vom Schaltkontakt weg in die Lichtbogenlöschkammer getrieben und dort zum Erlöschen gebracht werden.If the arc is driven into the quenching chamber, it splits into several partial arcs when it hits the quenching plates, which then burn electrically in series between the individual quenching plates. The multiple partial arcs that are electrically connected sequentially one behind the other lead to a higher arc voltage overall. Together with a cooling effect of the quenching plates, which extracts heat from the arc, this leads to the arc being extinguished as it progresses. In order to achieve good quenching behavior, the arc must therefore be driven away from the switching contact into the arc quenching chamber as quickly as possible and extinguished there.
Ferner ist zu beachten, dass der durch den Lichtbogen verursachte Wärmeeintrag in das Schutzschaltgerät umso größer ist, je länger der Lichtbogen brennt und nicht gelöscht wird. Daher dient es auch dem Schutz des Schutzschaltgerätes und der darin verbauten Komponenten, wenn der Lichtbogen möglichst schnell zum Erlöschen gebracht werden kann.It should also be noted that the longer the arc burns and is not extinguished, the greater the heat input into the protective switching device caused by the arc. It therefore also serves to protect the protective switching device and the components installed in it if the arc can be extinguished as quickly as possible.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtbogenlöschvorrichtung, ein elektromechanisches Schutzschaltgerät zur Überwachung eines elektrischen Stromkreises sowie ein Verfahren zur Herstellung der für die Lichtbogenlöschvorrichtung benötigten Löschbleche bereitzustellen, welche sich durch eine schnelle und sichere Löschung eines beim Öffnen des Schaltkontaktes des Schutzschaltgerätes entstehenden Lichtbogens bei gleichzeitig geringen Herstellkosten auszeichnen.It is the object of the present invention to provide an arc quenching device, an electromechanical protective switching device for monitoring an electrical circuit and a method for producing the arc quenching plates required for the arc quenching device, which are characterized by rapid and reliable quenching of an arc occurring when the switching contact of the protective switching device opens distinguish at the same time low manufacturing costs.
Aus der Druckschrift
Diese Aufgabe wird durch die Lichtbogenlöschvorrichtung, das elektromechanische Schutzschaltgerät zur Überwachung eines elektrischen Stromkreises sowie das Verfahren zur Herstellung der für die Lichtbogenlöschvorrichtung benötigten Löschbleche gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the arc quenching device, the electromechanical protective switching device for monitoring an electrical circuit and the method for producing the arc quenching plates required for the arc quenching device according to the independent claims. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschvorrichtung für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät weist eine Löschkammer auf, in der mehrere Löschbleche in einer Stapelrichtung voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind. Dabei weist zumindest eines der Löschbleche in einem ersten Bereich eine geringere erste Blechdicke und in einem zweiten Bereich eine verstärkte zweite Blechdicke auf. Weiterhin weisen die Löschbleche einen v-förmigen Einschnitt auf, wobei die verstärkte zweite Blechdicke des zumindest einen Löschblechs um einen Wurzelbereich des v-förmigen Einschnitts herum ausgebildet ist. Das zumindest eine Löschblech ist dabei als Stanz-Biege-Teil ausgebildet, wobei die verstärkte zweite Blechdicke durch Umbiegen einer Blechlasche des Stanz-Biege-Teils gebildet ist, wobei die Blechlasche zumindest teilweise aus dem Material des v-förmigen Einschnitts gebildet ist.The arc quenching device according to the invention for an electromechanical protective switching device has an arcing chamber in which a plurality of arc splitters are spaced apart from one another in a stacking direction and are arranged parallel to one another. At least one of the quenching plates has a smaller first plate thickness in a first area and an increased second plate thickness in a second area. Furthermore, the arc splitters have a V-shaped incision, with the increased second sheet thickness of the at least one arc splitter being formed around a root area of the V-shaped incision. The at least one arc splitter is designed as a stamped and bent part, the increased second sheet thickness being formed by bending over a sheet metal tab of the stamped and bent part, the sheet metal tab being formed at least partially from the material of the v-shaped incision.
Die Löschbleche einer Lichtbogenlöschvorrichtung bestehen in der Regel aus Stahl und ziehen den Lichtbogen aufgrund ihrer magnetischen Wirkung sowie ihrer besonderen Gestaltung der dem Lichtbogen zugewandten Kontur in die Mitte der Löschkammer. Trifft der Lichtbogen auf die Löschbleche, so teilt er sich in mehrere elektrisch zueinander in Reihe geschaltete Einzel-Lichtbögen auf, wodurch der Widerstand ansteigt und der Stromfluss absinkt, so dass der Lichtbogen schließlich erlischt. Der zweite Bereich weist im Vergleich zu der im ersten Bereich vorhandenen ersten Blechdicke eine verstärkte zweite Blechdicke auf, d.h. die Blechdicke des betreffenden Löschblechs ist teilweise verstärkt ausgebildet. Auf diese Weise wird in den Abschnitten des Löschblechs, in denen sich der Lichtbogen vorwiegend aufhält, die Blechdicke soweit verstärkt, dass das Löschblech durch die mit dem Lichtbogen einhergehende Wärmeentwicklung nicht vollständig aufgeschmolzen wird, während in denjenigen Abschnitten des Löschblechs, in denen sich der Lichtbogen nicht oder kaum aufhält und das Material dementsprechend nicht oder kaum beansprucht wird, die Blechdicke entsprechend reduziert ist. Auf diese Weise wird die Effizienz des Materialeinsatzes deutlich verbessert, was sich positiv auf die Materialkosten - und damit auf die Herstellkosten - auswirkt.The quenching plates of an arc quenching device are usually made of steel and draw the arc into the center of the arcing chamber due to their magnetic effect and the special design of the contour facing the arc. If the arc hits the quenching plates, it splits into several individual arcs that are electrically connected in series with one another, as a result of which the resistance increases and the flow of current decreases, so that the arc is finally extinguished. Compared to the first sheet thickness present in the first region, the second area has an increased second sheet thickness, i.e. the sheet thickness of the relevant arc splitter is partially thicker. In this way, in the sections of the quenching plate where the arc mainly resides, the plate thickness is increased to such an extent that the quenching plate is not completely melted by the heat generated by the arc, while in those sections of the quenching plate where the arc is hardly or not at all and the material is accordingly not or hardly stressed, the sheet thickness is reduced accordingly. In this way, the efficiency of the use of materials is significantly improved, which has a positive effect on the material costs - and thus on the manufacturing costs.
Der im Wesentlichen v-förmig geformte Einschnitt hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, um den Lichtbogen möglichst schnell zwischen die Löschbleche zu ziehen. Auf diese Weise wird die Löschleistung der Lichtbogenlöschvorrichtung deutlich verbessert, und der mit der Lichtbogenentstehung verbundene Energieeintrag in das Schutzschaltgerät deutlich reduziert. Unter dem Begriff „Wurzelbereich des v-förmigen Einschnitts“ ist der Bereich um die Spitze des v-förmigen Einschnitts herum zu verstehen. Da hier der Lichtbogen zuerst auf das Löschblech trifft, ist dort der zweite Bereich mit der verstärkten zweiten Blechdicke ausgebildet.The essentially V-shaped incision has turned out to be particularly advantageous in order to draw the arc between the arc splitters as quickly as possible. In this way, the quenching performance of the arc quenching device is significantly improved, and the energy input into the protective switching device associated with the formation of the arc is significantly reduced. The term "root area of the V-shaped incision" means the area around the apex of the V-shaped incision. Since the arc hits the quenching plate here first, the second area with the increased second plate thickness is formed there.
Indem der verstärkte zweite Bereich - und damit die zweite Blechdicke - durch Umbiegen einer Blechlasche im Rahmen einer ohnehin erforderlichen Stanz-Biege-Bearbeitung des Löschblechs gebildet wird, ist ein zusätzlicher Prozessschritt zur Befestigung eines zusätzlichen Blechteils zur Bildung des verstärkten zweiten Bereichs entbehrlich. Auf diese Weise werden die Fertigungskosten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Löschblechs weiter reduziert.Because the reinforced second area—and thus the second sheet thickness—is formed by bending a sheet metal tab as part of the punching and bending processing of the quenching plate that is required anyway, an additional process step for attaching an additional sheet metal part to form the reinforced second area is unnecessary. In this way, the production costs for producing the arc splitter according to the invention are further reduced.
Der v-förmige Einschnitt wird in der Regel durch einen Stanzvorgang erzeugt. Indem das dabei ausgeschnittene Material zur Bildung des verstärkten zweiten Bereichs verwendet wird, wird ein effizienter Ressourceneinsatz ermöglicht. Die Materialkosten, und damit die Herstellkosten des Löschblechs, werden auf diese Weise weiter reduziert.The V-shaped incision is usually created by a punching process. By using the material thereby cut out to form the reinforced second region, an efficient use of resources is made possible. The material costs, and thus the manufacturing costs of the arc splitter, are further reduced in this way.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogenlöschvorrichtung beträgt die erste Blechdicke vorzugsweise 0,3mm bis 0,5mm, und die zweite Blechdicke (d2) vorzugsweise 0,6mm bis 1,0mm.In an advantageous development of the arc extinguishing device, the first sheet metal thickness is preferably 0.3 mm to 0.5 mm, and the second sheet metal thickness (d2) is preferably 0.6 mm to 1.0 mm.
Für den durch den Lichtbogen stärker beanspruchten zweiten Bereich hat sich eine zweite Blechdicke von 0,6mm bis 1,0mm als vorteilhaft herausgestellt, damit das Löschblech durch den Lichtbogen nicht vollständig aufgeschmolzen wird. In dem weniger beanspruchten ersten Bereich, welcher beispielsweise zur Halterung des Löschblechs oder zur Gasführung dient, hat sich eine erste Blechdicke von 0,3mm bis 0,5mm als ausreichend herausgestellt.A second sheet thickness of 0.6 mm to 1.0 mm has proven to be advantageous for the second area, which is more heavily stressed by the arc, so that the quenching sheet is not completely melted by the arc. A first sheet thickness of 0.3 mm to 0.5 mm has proven to be sufficient in the first area, which is subjected to less stress and which is used, for example, to hold the quenching plate or to guide the gas.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogenlöschvorrichtung ist der erste Bereich durch einen Randbereich des zumindest einen Löschblechs gebildet.In a further advantageous development of the arc extinguishing device, the first area is formed by an edge area of the at least one arc quenching plate.
Da der Lichtbogen durch die Löschbleche in die Mitte der Löschkammer geleitet wird, ist dort der zweite Bereich mit der verstärkten zweiten Blechdicke angeordnet, während der erste Bereich mit der im Vergleich dazu reduzierten ersten Blechdicke vorwiegend im Randbereich der Löschblechs angeordnet ist. Dieser Randbereich dient vorwiegend dazu, das Löschblech in der Löschkammer zu fixieren und die Gasführung des bei der Lichtbogenentstehung auftretenden Plasmas positiv zu beeinflussen.Since the arc is guided through the quenching plates into the center of the arcing chamber, the second area with the increased second plate thickness is arranged there, while the first area with the first plate thickness, which is reduced in comparison thereto, is arranged predominantly in the edge area of the quenching plate. This edge area mainly serves to fix the quenching plate in the arcing chamber and to positively influence the gas flow of the plasma that occurs when the arc is formed.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogenlöschvorrichtung ist das zumindest eine Löschblech aus einem größeren ersten Blechteil sowie einem kleineren zweiten Blechteil, welches im zweiten Bereich fest mit dem ersten Blechteil verbunden ist, gebildet.In a further advantageous development of the arc quenching device, the at least one arc quenching plate is formed from a larger first sheet metal part and a smaller second sheet metal part, which is firmly connected to the first sheet metal part in the second region.
Grundsätzlich ist es ebenso möglich, den zweiten Bereich des Löschblechs durch Verbinden eines kleineren zweiten Blechteils mit einem größeren ersten Blechteil zu realisieren. Das größere erste Blechteil weist dabei die Form eines herkömmlichen Löschblechs mit der ersten Blechdicke auf, während das zweite Blechteil lediglich die Form des zweiten Bereichs aufweist. Durch Verbinden des ersten Blechteils mit dem zweiten Blechteil weist das Löschblech in diesem Verbindungsbereich dann insgesamt die zweite Blechdicke auf.In principle, it is also possible to realize the second area of the arc splitter by connecting a smaller second sheet metal part to a larger first sheet metal part. The larger first sheet metal part has the shape of a conventional arc splitter with the first sheet metal thickness, while the second sheet metal part only has the shape of the second region. By connecting the first sheet metal part to the second sheet metal part, the arc splitter then has the second sheet thickness overall in this connection area.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Lichtbogenlöschvorrichtung sind die Löschbleche zu einem Löschblechpaket zusammengefasst und mittels einer Halteeinrichtung in der Stapelrichtung voneinander beabstandet gehalten.In a further advantageous development of the arc quenching device, the arc splitters are combined to form an arc splitter stack and are held at a distance from one another in the stacking direction by means of a holding device.
Indem die mehreren Löschbleche zu einem Löschblechpaket, d.h. zu einer Baugruppe zusammengefasst sind, wird der Montageaufwand der Lichtbogenlöschvorrichtung in das Gehäuse des Schutzschaltgerätes deutlich reduziert.By combining the several arc splitters to form a stack of arc splitters, i.e. to form an assembly, the effort required to install the arc quenching device in the housing of the protective switching device is significantly reduced.
Das erfindungsgemäße elektromechanisches Schutzschaltgerät zur Überwachung eines elektrischen Stromkreises weist ein Isolierstoffgehäuse, in dem die Komponenten des Schutzschaltgerätes aufgenommen und gehaltert sind, sowie eine Lichtbogenlöschvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art auf, wobei das Isolierstoffgehäuse einen vorkonfigurierten Bereich aufweist, der zur Aufnahme der Lichtbogenlöschvorrichtung ausgebildet ist.The electromechanical protective switching device according to the invention for monitoring an electrical circuit has an insulating housing, in which the components of the protective switching device are accommodated and held, and an arc quenching device of the type described above, the insulating housing having a preconfigured area which is designed to accommodate the arc quenching device.
Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes zur Überwachung eines elektrischen Stromkreises, welches eine derartige Lichtbogenlöschvorrichtung aufweist, wird auf die Vorteile der vorstehend beschriebenen Lichtbogenlöschvorrichtung verwiesen.With regard to the advantages of the electromechanical protective switching device according to the invention for monitoring an electrical circuit, which has such an arc quenching device, reference is made to the advantages of the arc quenching device described above.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Löschblechs für eine Lichtbogenlöschvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art weist die Schritte:
- a) Bereitstellen einer Platine zur Herstellung des Löschblechs,
- b) Einschneiden der Platine zur Herstellung des v-förmigen Einschnitts, sowie
- c) Umbiegen des eingeschnittenen Bereichs um 180°,
- a) providing a circuit board for producing the quenching plate,
- b) cutting the board to produce the V-shaped incision, and
- c) bending the cut area by 180°,
Der v-förmige Einschnitt wird nun nicht mehr dadurch erzeugt, dass dieser Teil des Löschblechs im Rahmen eines Stanzvorgangs vollständig ausgestanzt wird, sondern es werden lediglich die beiden Schenkel des v-förmigen Einschnitts in die Platine eingeschnitten. Die beiden Einschnitte sind dabei zwar zueinander hin orientiert, berühren sich aber im Wurzelbereich des v-förmigen Einschnitts nicht. Der eingeschnittene Bereich bleibt dadurch mit der ursprünglichen Platine über einen oder mehrere Stege verbunden und wird anschließend im Bereich des Steges / der Stege soweit umgebogen, bis er parallel zur Platine orientiert ist und plan auf dieser aufliegt, um derart den teilweise verstärkten zweiten Bereich zu bilden.The v-shaped incision is no longer produced by completely punching out this part of the arc splitter in a stamping process, but only the two legs of the v-shaped incision are cut into the circuit board. Although the two incisions are oriented towards one another, they do not touch in the root area of the v-shaped incision. The incised area remains connected to the original board by one or more webs and is then bent over in the area of the web(s) until it is oriented parallel to the board and lies flat on it, in order to form the partially reinforced second area .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Löschblechs für die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschvorrichtung zeichnet sich somit durch die Einfachheit und Effizienz seiner Herstellung aus: Indem der Teil eines Löschblechs, der im Rahmen des Stanzprozesses zur Herstellung des v-förmigen Einschnitts sowieso ausgeschnitten werden müsste, zur Bildung des zweiten Bereichs verwendet wird, können die Materialkosten gering gehalten werden. Ferner entfällt durch das Umbiegen ein zusätzlicher Fertigungsschritt zum Verbinden eines zusätzlichen Blechs mit dem ursprünglichen Löschblech. Das so geschaffene neuartige Löschblech - und damit die Lichtbogenlöschvorrichtung sowie auch das elektromechanische Schutzschaltgerät - lassen auf diese Weise deutlich kostengünstiger herstellen.The method according to the invention for producing an arc quenching plate for the arc quenching device according to the invention is therefore characterized by the simplicity and efficiency of its production: By the part of an arc splitter that would have to be cut out anyway as part of the stamping process to produce the V-shaped incision, to form the second area ver is used, the material costs can be kept low. Furthermore, bending over eliminates an additional manufacturing step for connecting an additional sheet to the original arc splitter. The novel quenching plate created in this way - and with it the arc quenching device as well as the electromechanical protective switching device - can be manufactured much more cost-effectively in this way.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Lichtbogenlöschvorrichtung, des elektromechanischen Schutzschaltgerätes sowie des Verfahrens zur Herstellung eines Löschblechs für die Lichtbogenlöschvorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
-
1 und2 schematische Darstellungen eines aus dem Stand der Technik vorbekannten Löschblechpaketes; -
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes; -
4 bis7 schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Löschblechpaketes in verschiedenen Ansichten; -
8 und9 schematische Darstellungen eines jeweils einzelnen Löschblechs in verschiedenen Bearbeitungsschritten.
-
1 and2 schematic representations of a prior art from the prior art splitter stack; -
3 a schematic representation of the electromechanical protective switching device according to the invention; -
4 until7 schematic representations of the splitter stack according to the invention in different views; -
8th and9 Schematic representations of an individual quenching plate in various processing steps.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.In the various figures of the drawing, the same parts are always provided with the same reference numbers. The description applies to all drawing figures in which the corresponding part can also be seen.
In den
Der v-förmige Einschnitt 23 hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, um den Lichtbogen 7 (siehe
Das Schutzschaltgerät 1 weist einen Eingangsanschluss 3-1 sowie einen Ausgangsanschluss 3-2 auf, welche ineinem Isolierstoffgehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 aufgenommen und gehaltert sind. Der Eingangsanschluss 3-1 sowie der Ausgangsanschluss 3-2 sind zur Kontaktierung des Schutzschaltgerätes 1 mit einem elektrischen Stromkreis (nicht dargestellt) ausgebildet und weisen jeweils eine Klemmschraube 3-3 zum Klemmen der elektrischen Anschlussleiter (nicht dargestellt) des Stromkreis auf. Der Eingangsanschluss 3-1 ist über eine elektrische Spule 8 miteinem im Isolierstoffgehäuse 2 ortsfest angeordneten Festkontakt 4 elektrisch leitend verbunden. Der Festkontakt 4 bildet zusammen mit einem relativ dazu beweglich gelagerten Bewegkontakt 5 einen Schaltkontakt, welcher geöffnet und geschlossen werden kann, um den Stromfluss zwischen dem Eingangsanschluss 3-1 und dem Ausgangsanschluss 3-2 zu unterbrechen oder zu ermöglichen. Hierzu ist der Bewegkontakt 5 aneinem im Isolierstoffgehäuse 2 beweglich gelagerten Bewegkontaktträger 6 befestigt.Der Bewegkontaktträger 6 wiederum ist mit dem Ausgangsanschluss 3-2 elektrisch leitend verbunden.
- The
protective switching device 1 has an input connection 3 - 1 and an output connection 3 - 2 , which are accommodated and held in an insulatingmaterial housing 2 of theprotective switching device 1 . The input connection 3-1 and the output connection 3-2 are designed to contact theprotective switching device 1 with an electrical circuit (not shown) and each have a clamping screw 3-3 for clamping the electrical connecting conductors (not shown) of the circuit. The input connection 3 - 1 is electrically conductively connected via an electric coil 8 to a stationary contact 4 arranged in a stationary manner in the insulatingmaterial housing 2 . The fixed contact 4 forms, together with a moving contact 5 movably mounted relative thereto, a switching contact which can be opened and closed in order to interrupt or enable the flow of current between the input connection 3-1 and the output connection 3-2. For this purpose, the moving contact 5 is fastened to a movingcontact carrier 6 that is movably mounted in the insulatinghousing 2 . The movingcontact carrier 6 in turn is electrically conductively connected to the output connection 3-2.
Zur manuellen Betätigung des Schutzschaltgerätes 1 weist dieses an einer Frontseite des Isolierstoffgehäuses 2 ein Betätigungselement 9 auf, welches mit dem Bewegkontaktträger 6 in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise kann der Schaltkontakt mit Hilfe des Betätigungselements 9 manuell geöffnet und geschlossen werden.For manual actuation of the
Bei Auftreten eines Kurzschlusses wird die Spule 8 von dem hohen Kurzschlussstrom durchflossen. Dieser hohe Kurzschlussstrom wird dazu verwendet, den Schaltkontakt zu öffnen, indem ein in der Spule 8 beweglich gelagerter Stößel (nicht dargestellt) aufgrund der magnetischen Wirkung des Spulenstroms in die Spule 8 hineingezogen wird. Die ortsfest im Isolierstoffgehäuse 2 gelagerte Spule 8 bildet dabei zusammen mit dem beweglich gelagerten Stößel einen sogenannten elektromechanischen Auslöser. Im Auslösefall wirkt die Bewegung des Stößels auf den Bewegkontaktträger 6 ein, wodurch der Bewegkontakt 5 vom Festkontakt 4 wegbewegt wird.When a short circuit occurs, the high short-circuit current flows through the coil 8 . This high short-circuit current is used to open the switching contact by drawing a plunger (not shown) that is movably mounted in the coil 8 into the coil 8 due to the magnetic effect of the coil current. The coil 8, which is stationarily mounted in the insulating
Beim Öffnen des stromdurchflossenen Schaltkontakts entsteht ein Lichtbogen 7, welcher zunächst zwischen dem Festkontakt 4 und dem Bewegkontakt 5 brennt. Wird der Bewegkontakt 5 vom Festkontakt 4 wegbewegt, so führt die mit zunehmender Länge des Lichtbogens 7 ansteigende Bogenspannung dazu, dass der Lichtbogen 7 vom Bewegkontakt 5 auf eine Leitschiene 15, welche unterhalb des sich öffnenden Schaltkontakts angeordnet ist, kommutiert. Die Leitschiene 15 ist dabei Teil einer Lichtbogenlöschvorrichtung 10. Das eine Ende der Leitschiene 15 ist dabei an das untere Ende eines Löschblechpakets 20 geführt; das andere Ende der Leitschiene 15 ist mit dem Ausgangsanschluss 3-2 elektrisch leitend verbunden.When the current-carrying switching contact is opened, an arc 7 is created, which initially burns between the fixed contact 4 and the moving contact 5 . If the moving contact 5 is moved away from the fixed contact 4, the arc voltage, which increases with the length of the arc 7, causes the arc 7 to commutate from the moving contact 5 to a
Die Lichtbogenlöschvorrichtung 10 weist ferner ein Löschblechpaket 20 auf, welches aus einer Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Löschbleche 22 besteht. Die Löschbleche 22 sind parallel zueinander angeordnet und in einer Stapelrichtung R mittels einer Halteeinrichtung 21 voneinander beabstandet gehalten. Ein oberes Ende der Lichtbogenlöschvorrichtung 10 ist mit dem Festkontakt 4 elektrisch leitend verbunden.The
Die aufgrund des hohen Kurzschlussstromes auftretenden elektromagnetischen Kräfte wechselwirken mit dem Lichtbogen 7 derart, dass dieser von dem sich öffnenden Schaltkontakt wegbewegt wird. Dabei wird der Lichtbogen 7 zunächst in Richtung eines sogenannten Vorkammerbereichs 16, welcher sich unterhalb des Schaltkontakts vor der Lichtbogenlöschvorrichtung 10 befindet, getrieben. Im weiteren Verlauf wird der Lichtbogen 7 dann schließlich in das Löschblechpaket 20 der Lichtbogenlöschvorrichtung 10 gedrängt. Dabei trifft der Lichtbogen 7 auf die Löschbleche 22, wodurch er in eine entsprechende Mehrzahl elektrisch hintereinander geschalteter Teillichtbögen zerfällt. Aufgrund der daraus resultierenden höheren Bogenspannung reißt der Lichtbogen 7 schließlich ab und erlischt.The electromagnetic forces occurring as a result of the high short-circuit current interact with the arc 7 in such a way that it is moved away from the switching contact that is opening. The arc 7 is first driven in the direction of what is known as an
In den
Jedes der Löschbleche 22 besteht dabei aus einem größeren ersten Blechteil 22-1 sowie einem kleineren zweiten Blechteil 22-2. Die beiden Blechteile 22-1 und 22-2 liegen flächig aufeinander und sind fest miteinander verbunden, wobei das zweite Blechteil 22-2 im Wurzelbereich des v-förmigen Einschnitts 23 angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein erster Bereich gebildet, in dem lediglich das größere erste Blechteil 22-1 vorhanden ist, sowie ein kleinerer zweiter Bereich, in dem beide Blechteile 22-1 und 22-2 vorhanden sind. Dementsprechend weist das Löschblech 22 im ersten Bereich eine erste Blechdicke d1 auf, welcher der Blechdicke des ersten Blechteils 22-1 entspricht. Im zweiten Bereich weist das Löschblech 22 eine größere zweite Blechdicke d2 auf, welche im Wesentlichen der Summe der Blechdicken des ersten Blechteils 22-1 und des zweiten Blechteils 22-2 entspricht.Each of the quenching
Die erste Blechdicke d1 wird somit im Wurzelbereich des v-förmigen Einschnitts 23 durch die Blechdicke des zweiten Blechteils 22-2 verstärkt, so dass sich dort die zweite Blechdicke d2 ergibt. Dies hat den Vorteil, dass die Löschbleche 20 im zweiten Bereich, in dem der Lichtbogen 7 in die Löschkammer 20 einläuft und der deswegen deutlich stärker beansprucht ist, die größere zweite Blechdicke d2 aufweisen. Der erste Bereich, welcher einen Randbereich des jeweiligen Löschblechs 22 darstellt und vorliegend u-förmig um den zweiten Bereich herum angeordnet ist, ist demgegenüber deutlich weniger stark beansprucht und weist daher die geringere erste Blechdicke d1 auf. Somit wird das Material des jeweiligen Löschblechs 22 dort, wo eine erhöhte thermische Belastung durch den Lichtbogen 7 gegeben ist, so dick dimensioniert, dass es vom Lichtbogen 7 nicht vollständig aufgeschmolzen wird. An den übrigen Stellen des Löschblechs 22, an denen der Lichtbogen 7 nur kurz oder gar nicht verweilt und das Material daher einer deutlich geringeren Beanspruchung ausgesetzt ist, weist das Löschblech 22 daher die geringere erste Blechdicke d1 auf. Auf diese Weise ist ein geringerer Materialverbrauch für die Löschbleche 22 realisierbar.The first sheet metal thickness d1 is thus reinforced in the root area of the V-shaped
Das in den
Idealer Weise wird die Form der Löschbleche 22 dabei so gestaltet, dass das zweite Blechteil 22-2 zumindest teilweise aus dem Material gebildet ist, das beim Ausstanzen des v-förmigen Einschnitts 23 ohnehin als Abfall anfällt.Ideally, the shape of the arc splitters 22 is designed in such a way that the second sheet metal part 22 - 2 is formed at least partially from the material that accumulates as waste anyway when the V-shaped
Anhand der
- a) Bereitstellen einer Platine zur Herstellung des Löschblechs 22,
- b) Einschneiden der Platine zur Herstellung des v-
förmigen Einschnitts 23, und - c) Umbiegen des eingeschnittenen Bereichs um 180°
- a) providing a circuit board for producing the
arc splitter 22, - b) cutting the blank to produce the V-shaped
cut 23, and - c) Bending the incised area 180°
Die Blechlasche 24, der die Funktion des kleineren zweiten Blechteils 22-2 zukommt, wird anschließend um 180° umgebogen, so dass sie flächig auf dem größeren ersten Blechteil 22-1 des Löschblechs 22 zu liegen kommt. Durch das Umbiegen der Blechlasche 24 ist ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt zum Verbinden der beiden Blechteile 22-1 und 22-2 entbehrlich.The
Die beiden
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Schutzschaltgerätprotective switching device
- 22
- Isolierstoffgehäuseinsulating housing
- 22
- Isolierstoffgehäuseinsulating housing
- 3-13-1
- Eingangsanschlussinput port
- 3-23-2
- Ausgangsanschlussoutput port
- 3-33-3
- Klemmschraubeclamping screw
- 44
- Festkontaktfixed contact
- 55
- Bewegkontaktmoving contact
- 66
- Bewegkontaktträgermoving contact carrier
- 77
- LichtbogenElectric arc
- 88th
- SpuleKitchen sink
- 99
- Betätigungselementactuator
- 1010
- Lichtbogenlöschvorrichtungarc extinguishing device
- 1515
- Leitschieneguardrail
- 1616
- Vorkammerbereichantechamber area
- 2020
- Löschblechpaketsplitter stack
- 2121
- Halteeinrichtungholding device
- 2222
- Löschblechquenching plate
- 22-122-1
- erstes Blechteilfirst sheet metal part
- 22-222-2
- zweites Blechteilsecond sheet metal part
- 2323
- Einschnittincision
- 2424
- Blechlaschesheet metal tab
- 2525
- Schnittcut
- 2626
- Öffnung opening
- d1d1
- erste Blechdickefirst sheet thickness
- d2d2
- zweite Blechdicke second sheet thickness
- RR
- Stapelrichtungstacking direction
Claims (7)
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DE102017202370.8A DE102017202370B4 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Arc quenching device, electromechanical protective switching device and manufacturing process |
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DE102017202370A1 DE102017202370A1 (en) | 2018-08-16 |
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ID=62982685
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DE102011002714A1 (en) | 2011-01-14 | 2012-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Protective switching device e.g. circuit breaker of electric power distribution system, has metal plates that are magnetically coupled with ends of solenoid coil so that generated magnetic field is induced between the metal plates |
-
2017
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