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Die Erfindung betrifft einen Lasttrennschalter, bei dem der Strom durch mechanisches Öffnen von Kontaktstellen unterbrochen wird.
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In der Niederspannungstechnik finden Lasttrennschalter ihren Einsatz beispielsweise an Maschinen oder Gebäuden, insbesondere als Hauptschalter zum vollständigen Trennen des Stroms der Maschine bzw. des Gebäudes. Grundsätzlich wird bei Lasttrennschaltern der Strom durch mechanisches Öffnen von Kontaktstellen des Lasttrennschalters unterbrochen. Lasttrennschalter können von Hand über einen Drehgriff betätigt werden. Hierbei lädt der Anwender über den Drehgriff einen Antrieb auf. Bei Erreichen eines Überschlagspunkts, bzw. eines Totpunkts, des Antriebs entspannt sich das Federnpaket und öffnet die Kontaktstellen. Der Antrieb entkoppelt dabei den Drehgriff von dem Öffnen der Kontaktstellen. Der eigentliche Stromtrennvorgang findet somit unter gleichen, vom Anwender unabhängigen Bedingungen statt.
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Während des Öffnungsvorgangs entsteht physikalisch bedingt ein Lichtbogen. Der hierbei entstehende Lichtbogen verbrennt das Material der Kontaktstellen. Je länger ein Lichtbogen beim Öffnungsvorgang vorhanden ist, umso mehr werden die Kontaktstellen geschädigt. Eine Lichtbogenlöschung kann die Lebensdauer der Kontaktstellen und somit des Lasttrennschalters erhöhen.
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1a zeigt einen Lasttrennschalter gemäß dem Stand der Technik in geschlossener Schaltstellung. 1b zeigt den Lasttrennschalter aus 1a in geöffneter Schaltstellung. Der Lasttrennschalter 100 weist einen ersten elektrischen Kontakt 101 auf. Der Lasttrennschalter 100 weist des Weiteren einen zweiten elektrischen Kontakt 102 auf. Beispielsweise ist der erste elektrische Kontakt 101 mit einer Stromversorgung verbunden und der zweite elektrische Kontakt 102 mit einem elektrischen Gerät. Der Lasttrennschalter 100 weist ein Schaltelement 103 auf. Das Schaltelement 103 weist einen ersten Bewegtkontakt 104 und einen zweiten Bewegtkontakt 105 auf. Das Schaltelement 103 verbindet den ersten elektrischen Kontakt 101 und den zweiten elektrischen Kontakt 102, indem der erste Bewegtkontakt 104 den ersten elektrischen Kontakt 101 elektrisch kontaktiert und der zweite Bewegtkontakt 105 den zweiten elektrischen Kontakt 102 elektrisch kontaktiert. Beim Öffnen des Lasttrennschalters 100 wird das Schaltelement 103 gedreht, in der Darstellung gemäß den 1a und 1b entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Hierbei löst sich der erste Bewegtkontakt 104 von dem ersten elektrischen Kontakt 101 und der zweite Bewegtkontakt 105 von dem zweiten elektrischen Kontakt 102. Die elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 101 und dem zweiten elektrischen Kontakt 102 ist somit unterbrochen.
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Zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 101 und dem ersten Bewegtkontakt 104 sowie zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt 102 und dem zweiten Bewegtkontakt 105 entsteht beim Öffnen des Lasttrennschalters 100 jeweils ein Lichtbogen. Der Lichtbogen verbrennt sowohl den ersten elektrischen Kontakt 101 und den zweiten elektrischen Kontakt 102 als auch den ersten Bewegtkontakt 104 und den zweiten Bewegtkontakt 105. Der Lichtbogen erstreckt sich im Wesentlichen zwischen den jeweiligen Kontakten auf einer möglichst kurzen Strecke, da der elektrische Strom, der durch die Luft fließt und den Lichtbogen bildet, den Weg mit dem geringsten Widerstand durch die Luft wählt. Dies ist in 1b durch die gestrichelten Linien dargestellt.
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Um der Beschädigung der Kontaktstellen 101, 102, 104, 105 entgegenzuwirken, weist der Lasttrennschalter 100 Lichtbogenbleche 106 auf. Die Lichtbogenbleche 106 sind so angeordnet, dass sie bei der Öffnungsbewegung des Schaltelements 103 beim Öffnen des Lasttrennschalters 100 nicht behindern und trotzdem möglichst nah an dem entstehenden Lichtbogen angeordnet sind. Die Lichtbogenbleche 106 sind metallisch und entziehen dem Lichtbogen Energie, wenn dieser die Lichtbogenbleche 106 berührt. Durch den Entzug der Energie wird die Spannung, die zwischen den jeweiligen Kontakten anliegt, abgebaut und der Lichtbogen erlischt schneller, als wenn die Lichtbogenbleche 106 dem Lichtbogen die Energie nicht entziehen würden. Somit sorgen die Lichtbogenbleche 106 passiv für ein schnelleres Zusammenbrechen des Lichtbogens. Hierdurch reduziert sich die Dauer, für die der Lichtbogen besteht, und somit reduziert sich die Beschädigung der Kontaktstellen. Dies kann durch eine hohe Geschwindigkeit bei der Öffnungsbewegung beschleunigt werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Konzept für eine Lichtbogenlöschung aufzuzeigen.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, eine Lichtbogenlöschung durch ein mechanisches Einwirken aktiv zu beschleunigen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Lasttrennschalter gelöst. Der Lasttrennschalter hat einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt. Der Lasttrennschalter hat ein Schaltelement, welches in einer ersten Schaltstellung ausgebildet ist, den ersten elektrischen Kontakt mit dem zweiten elektrischen Kontakt elektrisch zu verbinden, und welches in einer zweiten Schaltstellung ausgebildet ist, den ersten elektrischen Kontakt von dem zweiten elektrischen Kontakt elektrisch zu trennen. Der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt sind in der zweiten Schaltstellung durch einen Trennbereich beabstandet. Der Lasttrennschalter hat ein verlagerbares Isolationselement, das bei Überführung des Schaltelements in die zweite Schaltstellung in den Trennbereich einführbar ist, um einem Lichtbogen in dem Trennbereich entgegenzuwirken.
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Ein Lasttrennschalter kann dazu dienen, die Stromversorgung von Maschinen oder Gebäuden vollständig zu trennen, beispielsweise als Hauptschalter. Hierbei kann durch mechanisches Öffnen der Kontaktstellen die Stromversorgung vollständig unterbrochen werden.
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Das Schaltelement kann einen ersten Bewegtkontakt und einen zweiten Bewegtkontakt aufweist, um den ersten elektrischen Kontakt bzw. den zweiten elektrischen Kontakt zu kontaktieren. Der erste Bewegtkontakt und der zweite Bewegtkontakt sind Teile des Schaltelements, die den ersten elektrischen Kontakt bzw. den zweiten elektrischen Kontakt in der ersten Schaltstellung des Schaltelements kontaktieren. Der erste Bewegtkontakt und der zweite Bewegtkontakt werden beim Übergang des Schaltelements von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung von dem ersten elektrischen Kontakt bzw. dem zweiten elektrischen Kontakt getrennt.
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Ist der Lasttrennschalter in einer Offenstellung, so ist das Schaltelement in der zweiten Schaltstellung und die elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt ist unterbrochen. Der Bereich zwischen den Kontaktstellen des Schaltelements, insbesondere dem erste Bewegtkontakt bzw. dem zweite Bewegtkontakt und dem jeweils zugehörigen ersten elektrischen Kontakt bzw. zweiten elektrischen Kontakt ist der Trennbereich. Der Trennbereich entsteht also durch die Öffnungsbewegung des Schaltelements aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und dem sich hieraus ergebenden minimalen Abstand zwischen dem Schaltelement und dem ersten elektrischen Kontakt bzw. zwischen dem Schaltelement und dem zweiten elektrischen Kontakt. Der minimale Abstand in diesem Sinne ist die Strecke des Weges, der von einem Lichtbogen aufgrund des geringsten Widerstands gewählt würde, um den ersten elektrischen Kontakt bzw. den zweiten elektrischen Kontakt mit dem Schaltelement zu überbrücken.
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Der Lasttrennschalter weist ein verlagerbares Isolationselement auf. Verlagerbar umfasst hierbei eine Eigenschaft des Isolationselements, aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar zu sein, insbesondere durch eine Verschiebung. Durch die Verlagerung des Isolationselements wird wenigstens ein Teil des Isolationselements in den Trennbereich eingeführt. Somit ist das Isolationselement in den Trennbereich einführbar. Ist das Isolationselement in dem Trennbereich angeordnet, ist das Isolationselement demnach zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem Schaltelement angeordnet und zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt und dem Schaltelement angeordnet. Das Isolationselement bildet demnach eine Isolierung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem Schaltelement, insbesondere zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem ersten Bewegtkontakt des Schaltelements, sowie zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt und dem Schaltelement, insbesondere zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt und dem zweiten Bewegtkontakt des Schaltelements.
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Durch das Einbringen des Isolationselements in den Trennbereich wird der Widerstand für den Lichtbogen zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem Schaltelement bzw. zweiten elektrischen Kontakt und dem Schaltelement so erhöht, dass der Lichtbogen um das Isolationselement herumragen müsste, um eine Verbindung herzustellen, was eine größere Energie erfordern würde als ohne das Isolationselement, so dass der Lichtbogen früher erlischt. Das Isolationselement trägt dazu bei, die für den Zusammenbruch des Lichtbogens zu erreichende Trennstrecke in kürzerer Zeit zu erreichen. Hierdurch wird aktiv zur schnelleren Lichtbogenlöschung beigetragen.
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In einer Ausgestaltung ist das Isolationselement bei Überführung des Schaltelements in die erste Schaltstellung aus dem Trennbereich herausführbar.
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Beim Schließen des Lasttrennschalters kann das Isolationselement aus dem Trennbereich herausgeführt werden, so dass das Schaltelement den ersten elektrischen Kontakt und den zweiten elektrischen Kontakt wieder verbinden kann. Insbesondere kann das Isolationselement vorzeitig herausgeführt werden.
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In einer Ausgestaltung weist der Lasttrennschalter eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, auf. Durch die Feder ist das Isolationselement in den Trennbereich einführbar.
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Eine Feder ist günstig herzustellen und ein zuverlässiger Energiespeicher. Das Isolationselement ist aufgrund einer mechanischen Kraft ohne zusätzliche elektrische Steuerung bewegbar.
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In einer Ausgestaltung übt die Feder in der ersten Schaltstellung des Schaltelements eine Vorspannung auf das Isolationselement aus.
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Ist das Schaltelement in der ersten Schaltstellung, so sind die Kontakte geschlossen und das Schaltelement verbindet den ersten elektrischen Kontakt mit dem zweiten elektrischen Kontakt. Hierbei ist das Isolationselement nicht in dem Trennbereich angeordnet. Die Feder kann eine Vorspannung, insbesondere eine mechanische Vorspannung auf das Isolationselement ausüben. Hierdurch muss eine Kraft nicht erst beim Öffnen aufgebaut werden, sondern kann direkt beim Öffnen des Lasttrennschalters wirken. Dies kann das Einführen des Isolationselements in den Trennbereich beschleunigen.
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In einer Ausgestaltung umfasst der Lasttrennschalter einen Antrieb. Der Antrieb ist dazu eingerichtet, bei Betätigung das Schaltelement von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung zu bringen oder von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung zu bringen. Das Isolationselement ist mit dem Antrieb verbunden, so dass bei Betätigung des Antriebs das Isolationselement in den Trennbereich einführbar ist, wenn es nicht in dem Trennbereich angeordnet ist oder aus dem Trennbereich herausführbar ist, wenn es in dem Trennbereich angeordnet ist.
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Der Lasttrennschalter kann einen Antrieb aufweisen. Der Antrieb kann ein Federpaket umfassen, das mit einem Drehgriff verbunden ist. Wird der Drehgriff von einen Benutzer gedreht, so wird das Federpaket geladen. Bei Erreichen eines Umschlagpunkts, bzw. Totpunkts, entspannt sich das Federpaket und bewegt das Schaltelement, so dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt durch das Schaltelement unterbrochen wird. Das Isolationselement kann mit dem Antrieb verbunden sein, sodass eine Verschiebung des Isolationselements durch den Antrieb bewirkt werden kann.
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In einer Ausgestaltung ist das Schaltelement durch eine rotatorische Bewegung von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung bringbar oder von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung bringbar.
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Das Schaltelement kann als Rotor ausgestaltet sein. So können der erste Bewegtkontakt und der zweite Bewegtkontakt von dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt durch eine Drehbewegung schnell getrennt werden.
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In einer Ausgestaltung weist das Isolationselement einen Koppelpin auf. Der Antrieb weist eine Führungsrampe auf. Das Isolationselement ist mittels einer Verschiebung des Koppelpins durch die Führungsrampe von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung bringbar oder von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung bringbar.
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Der Koppelpin kann an dem Isolationselement angeordnet sein. Die Führungsrampe kann an dem Antrieb angeordnet sein. Der Koppelpin und die Führungsrampe sind insbesondere mechanisch stabil und belastbar ausgestaltet. Durch ein Zusammenspiel der Rampe mit der Führungsrampe kann der Koppelpin an der Führungsrampe entlanggleiten. Somit kann eine rotatorische Bewegung der Führungsrampe in eine lineare Bewegung des Koppelpins umgesetzt werden. Auch eine Umlenkung einer rotatorischen oder linearen Bewegung um beispielsweise 90 Grad ist so möglich.
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In einer Ausgestaltung ist der Lasttrennschalter dazu eingerichtet, einen mehrphasigen Anschluss zu schalten. Der Lasttrennschalter weist hierbei wenigstens einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt je Phase auf.
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Mehrphasige Anschlüsse können beispielsweise bei elektrischen Maschinen eingesetzt werden, insbesondere Drehstromanlagen. Beispielsweise hat der Lasttrennschalter Anschlüsse für drei Phasen. Jede Phase kann hierbei einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt aufweisen. Damit kann ein Lasttrennschalter, der drei Phasen hat, drei erste elektrische Kontakte und drei zugehörige zweite elektrische Kontakte aufweisen. Das Schaltelement kann zwischen einem ersten elektrischen Kontakt und zwischen einem zweiten elektrischen Kontakt angeordnet sein und verbindet jeweils die zugehörigen ersten elektrischen Kontakte mit den zugehörigen zweiten elektrischen Kontakten in der ersten Schaltstellung und trennt alle ersten elektrischen Kontakte von allen zweiten elektrischen Kontakten in der zweiten Schaltstellung. Der Trennbereich umfasst hierbei alle Bereiche, die jeweils zwischen einem zusammengehörenden Kontaktpaar entstehen, d.h. beispielsweise zwischen einem ersten elektrische Kontakt und einem zugehörigen ersten Bewegtkontakt, die einer Phase zugeordnet sind. Entsprechendes gilt für jede Phase und jedes weitere Kontaktpaar. Hierfür kann das Schaltelement zu jedem ersten elektrischen Kontakt einen ersten Bewegtkontakt und zu jedem zweiten elektrischen Kontakt einen zweiten Bewegtkontakt aufweisen.
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In einer Ausgestaltung weist das Isolationselement eine Lasche auf, die bei der zweiten Schaltstellung des Schaltelements in den Trennbereich einführbar ist, um dem Lichtbogen entgegenzuwirken.
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Eine Lasche kann ein Vorsprung, insbesondere eine Ende eines Eingriffselements des Isolationselements, oder ein anderes flächenartig ausgestaltetes Element sein, das an dem Isolationselement angeordnet ist. Die Lasche kann in den Trennbereich eingeführt werden, so dass die Lasche in wenigstens zwei Raumrichtungen erstreckt ist, die im Wesentlichen senkrecht zu dem minimalen Abstand zwischen dem Schaltelement und dem ersten elektrischen Kontakt bzw. dem zweiten elektrischen Kontakt verlaufen. Im Wesentlichen senkrecht umfasst übliche Toleranzen, sowohl aus einer Fertigung, als auch Toleranzen, die sich durch beispielsweise eine rotatorische Öffnungsbewegung im Vergleich zu einer linearen Öffnungsbewegung ergeben.
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In einer Ausgestaltung weist das Isolationselement für jedes Kontaktpaar eine Lasche auf.
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Wird für jedes Kontaktpaar, d. h. für jedes Paar aus erstem elektrischen Kontakt und zweitem elektrischen Kontakt wenigstens eine Lasche benutzt, so können die einzelnen Laschen kleiner ausgestaltet werden als ein großes Bauteil, das über alle Kontaktpaare hinwegreicht. Hierdurch lässt sich Material und Gewicht sparen.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Isolationselement ein elektrisch isolierendes Material, insbesondere einen nichtleitenden Kunststoff oder eine Keramik.
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Ein elektrisch isolierendes Material eignet sich insbesondere zum Verlängern des effektiven minimalen Abstands zwischen dem Schaltelement und dem ersten elektrischen Kontakt bzw. dem zweiten elektrischen Kontakt. Das heißt, ein isolierendes Material beschleunigt die Zeit, die nötig ist, dass die Trennstrecke zur Lichtbogenlöschung früher erreicht wird. Der effektive minimale Abstand zwischen dem Schaltelement und dem entsprechenden elektrischen Kontakt kann als der Weg zwischen dem zwischen dem Schaltelement und dem entsprechenden elektrischen Kontakt verstanden werden, der den geringsten Widerstand aufweist, sodass sich hierüber ein Lichtbogen ausbreiten kann.
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In einer Ausgestaltung weist das Isolationselement wenigstens teilweise einen U-förmigen Querschnitt auf. Das Schaltelement ist hierbei zwischen Eingriffselementen des U-förmigen Querschnitts angeordnet.
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Mit einem U-förmigen Querschnitt bzw. einer U-förmigen Form des Isolationselements kann das Isolationselement um das Schaltelement herum angeordnet werden, was Platz spart.
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In einer Ausgestaltung sind die freien Enden der Eingriffselemente in den Trennbereich einführbar.
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Die Eingriffselemente des U-förmigen Querschnitts können in den Trennbereich hineinragen bzw. so weit um das Schaltelement herumragen, dass durch eine mechanische Verschiebung des Isolationselements die Eingriffselemente des Isolationselements in den Trennbereich einführbar sind.
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In einer Ausgestaltung weisen die freien Enden der Eingriffselemente einen abgewinkelten Bereich auf, der in den Trennbereich einführbar ist. Hierbei basiert der Winkel des abgewinkelten Bereichs auf einem Öffnungswinkel des Schaltelements in der zweiten Schaltstellung.
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Der Teil des Isolationselements, der in den Trennbereich eingeführt wird, kann einen Winkel relativ zu dem Teil aufweisen, der den Teil des Isolationselements, der in den Trennbereich eingeführt wird, trägt. Beispielsweise weist das Isolationselement einen U-förmigen Querschnitt auf und die Eingriffselemente des U-förmigen Querschnitts können in den Trennbereich einführbar sein. Somit kann jeweils ein Bereich an einem freien Ende des jeweiligen Eingriffselements im Vergleich zum Rest des jeweiligen Eingriffselements angewinkelt sein. Hierdurch kann eine Geometrie des ersten elektrischen Kontakts bzw. des zweiten elektrischen Kontakts nachgebildet werden, so dass das Isolationselement einen möglichst geringen Abstand zu dem jeweiligen elektrischen Kontakt aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Anordnung mit einem Lasttrennschalter der oben beschriebenen Art gelöst. Die Anordnung umfasst ein elektrisches Gerät mit einer elektrischen Versorgung. Hierbei ist der Lasttrennschalter zwischen dem elektrischen Gerät und der elektrischen Versorgung angeordnet, sodass das elektrische Gerät bei der ersten Schaltstellung des Schaltelements mit der elektrischen Versorgung elektrisch verbunden ist und bei der zweiten Schaltstellung des Schaltelements von der elektrischen Versorgung getrennt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1a einen Querschnitt eines Lasttrennschalters gemäß dem Stand der Technik;
- 1b einen weiteren Querschnitt des Lasttrennschalters gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Lasttrennschalters gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
- 3 eine weitere perspektivische Darstellung des Lasttrennschalters gemäß der Ausgestaltung der Erfindung;
- 4 einen Querschnitt des Lasttrennschalters gemäß der Ausgestaltung der Erfindung;
- 5 eine Aufsicht des Lasttrennschalters gemäß der Ausgestaltung der Erfindung in einem Gehäuseteil;
- 6 eine Vergrößerung eines Ausschnitts aus 5; und
- 7 eine perspektivische Darstellung eines Teils des Lasttrennschalters gemäß der Ausgestaltung der Erfindung.
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Die 2 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Lasttrennschalters 200 in geschlossener Stellung. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Lasttrennschalters 200 in einer offenen Stellung und 4 zeigt einen Querschnitt des Lasttrennschalters 200. 5 zeigt eine Aufsicht des Lasttrennschalters 200. 6 zeigt eine Vergrößerung eines Teils aus 5. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des Lasttrennschalters 200.
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Der Lasttrennschalter 200 weist drei erste elektrische Kontakte 201a, 201b und 201c auf. Des Weiteren weist der Lasttrennschalter 200 drei zweite elektrische Kontakte 202a, 202b, 202c auf. In 4 ist aufgrund der Querschnittsdarstellung nur ein erster elektrischer Kontakt 201 und ein zweiter elektrischen Kontakt 202 sichtbar. Im Folgenden wird der Lasttrennschalter 200 vornehmlich anhand eines ersten elektrischen Kontakts 201 und eines zweiten elektrischen Kontakts 202 beschrieben. Dies soll jedoch so verstanden werden, dass das jeweilige Merkmal alle ersten elektrischen Kontakte 201a, 201b und 201c sowie entsprechend alle zweiten elektrischen Kontakte 202a, 202b, 202c betrifft. Auch wenn die Singularform verwendet wird, ist jeder entsprechende elektrische Kontakt gemeint. In einer weiteren Ausgestaltung weist der Lasttrennschalter eine andere Anzahl erster, bzw. zweiter elektrischer Kontakte auf. In dieser Ausgestaltung gilt dies entsprechend.
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Die ersten elektrischen Kontakte 201 und die zweiten elektrischen Kontakte 202 sind dazu ausgelegt, mit einer elektrischen Versorgung bzw. einem elektrischen Gerät verbunden zu werden. Im gezeigten Beispiel sind die ersten elektrischen Kontakte 201 mit einer elektrischen Versorgung verbindbar. Die zweiten elektrischen Kontakte 202 sind mit einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem elektrischen Gerät, verbindbar.
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Der Lasttrennschalter 200 weist des Weiteren ein Schaltelement 203 auf. Das Schaltelement 203 ist so angeordnet, dass es den ersten elektrischen Kontakt 201 und den zweiten elektrischen Kontakt 202 verbinden kann. Insbesondere ist das Schaltelement 203 zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 201 und dem zweiten elektrischen Kontakt 202 angeordnet. Das Schaltelement 203 weist einen ersten Bewegtkontakt 204 und einen zweiten Bewegtkontakt 205 auf. Wie oben zu dem ersten elektrischen Kontakt 201 und dem zweiten elektrischen Kontakt 202 beschrieben, wird hier der erste Bewegtkontakt 204 und der zweite Bewegtkontakt 205, gegebenenfalls in Singularform, für jeden Bewegtkontakt 204, 205 benutzt, der jeweils einem der elektrische Kontakte 201, 202 zugeordnet ist. Insbesondere ist jedem ersten elektrischen Kontakt 201 ein erster Bewegtkontakt 204 und jedem zweiten elektrischen Kontakt 202 ein zweiter Bewegtkontakt 205 zugeordnet.
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Der erste Bewegtkontakt 204 und der zweite Bewegtkontakt 205 können durch Bewegung des Schaltelements 203 bewegt werden. Das Schaltelement 203 kann von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und zurück bewegt werden. In der ersten Schaltstellung ist das Schaltelement 203 ausgebildet, den ersten elektrischen Kontakt 201 mit dem zweiten elektrischen Kontakt 202 zu verbinden. In der zweiten Schaltstellung ist das Schaltelement 203 ausgebildet, den ersten elektrischen Kontakt 201 von dem zweiten elektrischen Kontakt 202 zu trennen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Schaltelement 203 um einen Rotor, der durch eine Drehbewegung den ersten Bewegtkontakt 204 von dem ersten elektrischen Kontakt 201 und den zweiten Bewegtkontakt 205 von dem zweiten elektrischen Kontakt 202 trennen kann. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Bewegtkontakte 204, 205 durch eine lineare Verschiebung von dem ersten, bzw. zweiten elektrischen Kontakt 201, 202 trennbar.
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Um das Schaltelement 203 zu bewegen, weist der Lasttrennschalter 200 einen Antrieb 501 auf. Der Antrieb 501 ist in den 5 bis 7 gezeigt. Der Antrieb 501 umfasst ein Federnpaket (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt), das von einem Drehgriff (nicht dargestellt) durch einen Nutzer aufgeladen werden kann. Das Federnpaket kann sich auf einem Umschlagpunkt bzw. einem Totpunkt des Antriebs 501 entspannen und so das Schaltelement 203 drehen. Hierbei wird der Drehgriff, den der Benutzer anfasst, von dem Lasttrennschalter 200 elektrisch entkoppelt, so dass der Nutzer keinen elektrischen Kontakt zu dem Lasttrennschalter 200 und keinen mechanischen Kontakt zu dem Schaltelement 203 hat.
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Während der Öffnungsbewegung entsteht zwischen dem ersten Bewegtkontakt 204 und dem ersten elektrischen Kontakt 201 sowie zwischen dem zweiten Bewegtkontakt 205 und dem zweiten elektrischen Kontakt 202 ein Trennbereich. Das heißt, der Trennbereich entsteht zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 201 und dem zweiten elektrischen Kontakt 202. Der Trennbereich umfasst jeden Zwischenraum, der zwischen zwei zueinander gehörigen Kontaktstellen entsteht, wenn das Schaltelement 203 in die zweite Schaltstellung gebracht wird. Steht der Lasttrennschalter 200 unter elektrischer Spannung und wird das Schaltelement 203 von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung gebracht, so entstehen zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 201 und dem ersten Bewegtkontakt 204 sowie zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt 202 und dem zweiten Bewegtkontakt 205 jeweils ein Lichtbogen. Der Lichtbogen, bzw. die Lichtbögen entstehen im Trennbereich.
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Ein Lichtbogen im Allgemeinen ist eine Gasentladung und bildet Plasma, in dem Teilchen zumindest teilweise ionisiert sind. Hierdurch wird das Gas, in dem der Lichtbogen entsteht, elektrisch leitfähig. Diese elektrische Entladung, d. h. der Lichtbogen, verbindet den ersten elektrischen Kontakt 201 auf dem Weg mit dem geringsten Widerstand mit dem ersten Bewegtkontakt 204. Dies entspricht in Luft typischerweise dem minimalen Abstand zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 201 und dem ersten Bewegtkontakt 204. Das Gleiche gilt für den zweiten elektrischen Kontakt 202 und den zugehörigen zweiten Bewegtkontakt 205.
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Je größer der Abstand zwischen den Kontaktstellen ist, desto größer muss die Energie sein, die den Lichtbogen mit Energie versorgt, damit der Lichtbogen nicht abreißt. Die Kontaktstellen sind diejenigen Teile sowohl des ersten elektrischen Kontakts 201 und des zweiten elektrischen Kontakts 202, als auch des ersten Bewegtkontakts 204 und des zweiten Bewegtkontakts 205, die in der ersten Schaltstellung bei geschlossenem Lasttrennschalter 200 mechanischen Kontakt miteinander haben. Das heißt, vergrößert sich der Abstand zwischen den Kontaktstellen, so ist mehr Energie erforderlich, um einen Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Ist also das Schaltelement so weit gedreht, dass der Abstand zwischen dem ersten Bewegtkontakt 204 und dem ersten elektrischen Kontakt 201 bzw. dem zweiten Bewegtkontakt 205 und dem zweiten elektrischen Kontakt 202 groß genug ist, so bricht der Lichtbogen automatisch zusammen. Je länger der Lichtbogen besteht, umso größer ist der Schaden an den elektrischen Kontaktstellen.
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Der Lasttrennschalter 200 weist ein verlagerbares Isolationselement 206 auf. Das Isolationselement 206 dient der Lichtbogenlöschung und stellt somit ein Lichtbogentrennstück dar. Das Isolationselement 206 ist so ausgestaltet, dass es zwischen den ersten elektrischen Kontakten 101 und den ersten Bewegtkontakt 104 und zwischen den zweiten elektrischen Kontakt 102 und den zweiten Bewegtkontakt 105 eingreifen kann. Hierdurch wird der direkte Weg, der in 1b gestrichelt dargestellt ist, von dem Isolationselement 206 unterbrochen. Der Lichtbogen, der zwischen den jeweiligen Kontaktstellen entsteht, muss sich einen Weg um das Isolationselement 206 herum wählen, wie beispielsweise in 4 durch die gestrichelten Linien dargestellt. Dieser Weg um das Isolationselement 206 herum ist länger als der direkte Weg, wie in 1b dargestellt. Es ist also mehr Energie nötig, um den Lichtbogen auf dem längeren Weg aufrechtzuerhalten. Mehr Energie wird jedoch nicht bereitgestellt, daher bricht der Lichtbogen früher zusammen.
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Das Isolationselement 206 ist schlittenartig ausgebildet und weist wenigstens teilweise einen U-förmigen Querschnitt auf. Insbesondere weist das Isolationselement 206 jeweils im Bereich eines Kontaktpaars einen U-förmigen Querschnitt auf, wie in 4 zu sehen ist.
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Das Isolationselement 206 weist einen Grundkörper 207 auf, an dem Eingriffselemente 208 angeordnet sind. Die dem Grundkörper 207 abgewandten Enden der Eingriffselemente 208, d.h. die freien Enden der Eingriffselemente 208, weisen Laschen 209 auf.
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Das Isolationselement 206 ist um das Schaltelement 203 herum so angeordnet, dass der Grundkörper 207 im Wesentlichen parallel zu einer Ebene angeordnet ist, die durch die Anordnung der ersten elektrischen Kontakte 101 und der zweiten elektrischen Kontakte 201 vorgegeben wird. Von dem Grundkörper 207 ragen die Eingriffselemente 208 an dem Schaltelement 203 vorbei, so dass diese auf Höhe der ersten elektrischen Kontakte 201 und der zweiten elektrischen Kontakte 202 neben dem Schaltelement 203 angeordnet sind. Das Isolationselement 206 bildet eine kammartige Struktur, wobei sich die Anzahl der Eingriffselemente 208 nach der Anzahl der ersten elektrischen Kontakte 201 und der zweiten elektrischen Kontakte 202 richtet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weicht die Anzahl ab und es ist beispielsweise ein Eingriffselement 208 für zwei oder mehrere Kontakte zusammen vorgesehen.
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Das Isolationselement 206 weist einen Koppelpin 210 auf. Der Koppelpin 210 ist dazu eingerichtet, mit einer Führungsrampe 502 des Antriebs 501 des Lasttrennschalters 200 zusammenzuwirken. Der Koppelpin 210 weist eine Rampe 211 auf. Bewegt sich der Antrieb 501 des Lasttrennschalters 200 (siehe 5 bis 7), so rutscht die Führungsrampe 502 des Antriebs 501 des Lasttrennschalters 200 an der Rampe 211 des Koppelpins 210 entlang und drückt das Isolationselement 206 in eine erste Ausgangsposition, so dass das Isolationselement 206 außerhalb des Trennbereichs angeordnet ist, so dass sich die Kontaktstellen schließen können und sich das Schaltelement 203 in der ersten Schaltstellung befindet.
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Der Lasttrennschalter 200 weist des Weiteren eine Feder 212 auf. Die Feder 212, insbesondere eine Druckfeder, ist an dem Isolationselement 206 angeordnet und baut eine Spannung zwischen dem Isolationselement 206 und einem Gehäuse 500 des Lasttrennschalters 200 auf. Durch die Führungsrampe 502 des Antriebs 501 des Lasttrennschalters 200 wird das Isolationselement 206 entgegen der Federkraft gedrückt, so dass sich Energie in der Feder 212 speichert. Die Führungsrampe 502 des Antriebs 501 und der Koppelpin 210 des Isolationselements 206 halten das Isolationselement 206 in der ersten Schaltstellung des Schaltelements 203 in einem Ruhezustand, so dass sich die Laschen 209 und die Eingriffselemente 208 neben den Kontaktstellen befinden, so dass der erste Kontakt 201 und der zweite Kontakt 202 mit dem Schaltelement 203 Kontakt haben können. Die Feder 212 übt hierbei dauerhaft eine Vorspannung auf das Isolationselement 206 aus. Hierdurch wird das Isolationselement 206 gegen die Führungsrampe 502 des Antriebs 501 des Lasttrennschalters 200 gedrückt. Insbesondere übt das Isolationselement 206 keinen Druck auf die Bewegtkontakte 204, 205 des Schaltelements 203 oder den ersten elektrischen Kontakt 201 bzw. den zweiten elektrischen Kontakt 202 aus.
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Wird der Lasttrennschalter 200 betätigt um die Stromzufuhr zu einer hiermit verbundenen Last zu unterbrechen, so wird durch die Betätigung der Antrieb 501 des Lasttrennschalters 200 aktiviert. Hierbei spannt sich ein Federnpaket (nicht dargestellt), das auf einem Umschlagpunkt den Antrieb 501 des Lasttrennschalters 200 bewegt. Hierdurch wird die Führungsrampe 502 von dem Koppelpin 210 wegbewegt und gibt die Bewegung des Isolationselements 206 entgegen der Richtung B (vgl. 6 und 7) frei, so dass sich die Feder 212 entspannen kann. Hierbei wird das Isolationselement 206 zwischen den ersten elektrischen Kontakt 201 und den ersten Bewegtkontakt 204 sowie zwischen den zweiten elektrischen Kontakt 202 und den zweiten Bewegtkontakt 205 gedrückt.
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Durch den Antrieb 501 wird des Weiteren das Schaltelement 203 gedreht, das den ersten Bewegtkontakt 204 von dem ersten elektrischen Kontakt 201 sowie den zweiten Bewegtkontakt 205 von dem zweiten elektrischen Kontakt 202 löst. Das Lösen erfolgt hierbei über eine rotatorische Bewegung. Hierbei wird der Trennbereich zwischen den jeweiligen Kontakten frei, in den das Isolationselement 206, angetrieben durch die Federkraft der Feder 212, eingeführt wird.
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Diese Offenstellung ist in 3 zu sehen. Das Schaltelement befindet sich in der zweiten Schaltstellung. Das Isolationselement 206 ist zwischen den Kontaktstellen so angeordnet, dass die minimale Lichtbogenstrecke, die ein Lichtbogen benötigt, um von dem ersten elektrischen Kontakt 201 zu dem ersten Bewegtkontakt 204 zu gelangen bzw. von dem zweiten elektrischen Kontakt 202 zu dem zweiten Bewegtkontakt 205 zu gelangen, vergrößert wird, indem der Lichtbogen um das Isolationselement 206 herumreichen müsste. Die Laschen 209 sind so dimensioniert, dass die Energie, die von dem Lasttrennschalter 200 elektrisch geschaltet wird, nicht ausreicht, dass der Lichtbogen um die Laschen 209 herumreicht.
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Auf diese Weise können auch höhere Energien mit einem Lasttrennschalter geschaltet werden, der ohne Isolationselement 206 nur einen solchen Abstand zwischen den Kontakten des Schaltelements 203 und dem ersten elektrischen Kontakt 201 bzw. dem zweiten elektrischen Kontakt 202 erzeugen könnte, dass ein dauerhafter Lichtbogen entstehen würde. Hierbei wäre der Stromfluss durch den Lasttrennschalter 200 nicht abgeschaltet. Durch das Isolationselement 206 wird hier auch dieser Lichtbogen mit einer erhöhten Energie unterbrochen, so dass, ohne einen größeren Lasttrennschalter zu verwenden, eine höhere Energie unterbrochen werden kann.
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5 zeigt eine Aufsicht des Lasttrennschalters 200. Der Lasttrennschalter 200 ist hierbei mit einem Teil eines Gehäuses 500 dargestellt, in den der Lasttrennschalter 200 eingebaut ist. Zusätzlich sind Teile des Antriebs 501 des Lasttrennschalters 200 zu sehen, die an einer Verlegung des Isolationselements 206 beteiligt sind.
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In 5 ist der Lasttrennschalter 200 in Offenstellung zusehen. Das heißt, das Schaltelement 203 ist in der zweiten Schaltstellung und die ersten elektrischen Kontakte 201a, 201b, 201c und die zweiten elektrischen Kontakte 202a, 202b, 202c sind jeweils elektrisch von dem Schaltelement 203 getrennt.
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Die Feder 212 drückt gegen das Gehäuse 500 und übt so eine Kraft auf das Isolationselement 206 aus, das in Richtung des Antriebs 501 gepresst wird, also entgegen der Richtung B.
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Der Antrieb 501 weist eine Führungsrampe 502 auf, die dazu eingerichtet ist, bei einer Betätigung des Antriebs 501 mit dem Kopplepin 210 des Isolationselements 206 zusammenzuwirken und durch die Rampe 211 des Koppelpins 210 das Isolationselement 206 zu verlegen, d.h. das Isolationselement 206 zu verschieben und die Feder 212 zu spanen oder für das Isolationselement 206 Platz zu schaffen, um von der Feder 212 in Richtung Antrieb 501 geschoben zu werden.
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6 zeigt eine Vergrößerung eines Teils aus 5. Hierbei ist insbesondere ein Teil des Antriebs 501 mit der Führungsrampe 502 und der Koppelpin 210 mit der Rampe 211 zu sehen. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des Antriebs 501 und des Isolationselements 206 mit dem Koppelpin 210.
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In 6 und in 7 ist eine erste Richtung A und eine zweite Richtung B durch jeweils einen Pfeil angezeigt. Wird der Antrieb 501 aus der dargestellten Position heraus betätigt, so verschiebt sich die Führungsrampe 502 in Richtung A. An der in Richtung A angrenzenden Seite der Führungsrampe 502 ist der Koppelpin 210 angeordnet. Die Führungsrampe 502 drück mit einer abgeschrägten Seite hierbei so gegen die Rampe 211 des Koppelpins 210, dass der Koppelpin 210 und somit das Isolationselement 206 in Richtung B verschoben wird. Der Koppelpin 210 mit der Rampe 211 und die Führungsrampe 502 des Antriebs 501 wirken so zusammen, dass eine Umlenkung der Bewegungsrichtung des Antriebs 501 um 90 Grad erfolgt und das Isolationselement 206 von dem Antrieb 501 weggedrückt werden kann, wenn das Schaltelement 203 in die erste Schaltstellung gebracht wird. Hierbei wirken die Führungsrampe 502 und der Koppelpin 210 so zusammen, dass das Isolationselement 206 vorzeitig aus dem Trennbereich herausgeschoben wird, sodass das Schaltelement 203 die Schließbewegung ungehindert durchführen kann und einen elektrischen Kontakt zwischen den ersten Kontakten 201a, 201b, 201c und dem jeweils dazugehörigen zweiten elektrischen Kontakt 202a, 202b, 202c herstellen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200
- Lasttrennschalter
- 101, 201, 201a, 201b, 201c
- erster elektrischer Kontakt
- 102, 202, 202a, 202b, 202c
- zweiter elektrischer Kontakt
- 103, 203
- Schaltelement
- 104, 204
- erster Bewegtkontakt
- 105, 205
- zweiter Bewegtkontakt
- 106
- Lichtbogenblech
- 206
- Isolationselement
- 207
- Grundfläche
- 208
- Eingriffselement
- 209
- Lasche
- 210
- Koppelpin
- 211
- Rampe
- 212
- Feder
- 500
- Gehäuse
- 501
- Antrieb
- 502
- Führungsrampe
- A, B
- Richtung
