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Die Erfindung betrifft eine polaritätsunabhängige Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Schaltkontakt, wobei jedem der beiden Schaltkontakte jeweils eine Lichtbogenlöschkammer eindeutig zugeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein polaritätsunabhängiges Gleichstrom-Schaltgerät mit einer derartigen polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Schutzschaltgeräten bekannt: Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter (sogenannter LS-Schalter) ist eine in der Elektroinstallation verwendete Überstromschutzeinrichtung und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher sowie elektrische Anlagen vor Überlast, beispielsweise vor Beschädigung der elektrischen Leitungen durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes. Sie sind dazu ausgebildet, einen zu überwachenden Stromkreis im Falle eines Kurzschlusses oder bei Auftreten einer Überlast selbsttätig abzuschalten und damit vom übrigen Leitungsnetz zu trennen. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter werden daher insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente zur Überwachung und Absicherung eines elektrischen Stromkreises in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Leitungsschutzschalter sind aus den Druckschriften
DE 10 2015 217 704 A1 ,
EP 2 980 822 A1 ,
DE 10 2015 213 375 A1 ,
DE 10 2013 211 539 A1 oder
EP 2 685 482 B1 prinzipiell vorbekannt.
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Mit Hilfe eines Fehlerstromschutzschalters ist auch ein Personen-, Sach- oder Brandschutz realisierbar. Dabei handelt es sich um Schaltgeräte, die bei einem in elektrischen Geräten und Anlagen auftretenden Fehler diese Geräte und Anlagen innerhalb kürzester Zeit abschalten und somit vom restlichen Stromnetz trennen, wenn elektrischer Strom „auf falschem Weg“, etwa durch den Körper einer Person, gegen Erde fließt. Hierzu vergleicht der Fehlerstromschutzschalter die Stromstärke des zu einem elektrischen Verbraucher hinfließenden Stromes mit der Stärke des von dem Verbraucher zurückfließenden Stromes. Fehlerstromschutzschalter sind beispielsweise aus den Druckschriften
EP 0 957 558 A2 ,
DE 10 2014 208 036 A1 oder
DE 10 2014 202 485 A1 vorbekannt.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik auch Schaltgeräte ohne eigene Schutzfunktion bekannt. Hierunter fallen beispielsweise die sogenannten Lastschalter, Trennschalter oder Lasttrennschalter. Unter den letztgenannten werden Schaltgeräte verstanden, welche hinsichtlich ihrer Funktionalität sowohl die Anforderungen an einen Lastschalter - das Schalten unter elektrischer Last - als auch die an einen Trennschalter gestellten Anforderungen - das annähernd leistungslose Trennen elektrischer Anlagenteile - erfüllen. Lasttrennschalter sind dazu geeignet, große elektrische Ströme abzuschalten, allerdings ist ihr Schaltvermögen in der Regel kleiner als das der Leistungsschalter. In Niederspannungsnetzen werden Lasttrennschalter beispielsweise zur Unterbrechung von Hauptstromkreisen im Bereich der Hauptverteilung eingesetzt, wobei die Schaltleistung üblicherweise im Bereich zwischen 40 und 63 kA liegt. Gemäß DIN EN 60947-3 werden sowohl Lasttrennschalter, als auch Last- und Trennschalter in Abhängigkeit ihres jeweiligen Leistungsvermögens in sogenannte Gebrauchskategorien, in denen je nach Anwendungsfall unterschiedliche Anforderungen definiert sind, eingeteilt.
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Die vorstehend genannten Schaltgeräte sind zumeist über Anschlussklemmen mit der elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen Leitung zu unterbrechen. Hierzu weist das Schaltgerät einen Schaltkontakt mit einem feststehenden Kontaktelement - dem sogenannten Festkontakt - sowie einem relativ dazu bewegbaren Kontaktelement - dem sogenannten Bewegkontakt - auf. Zur Durchleitung eines elektrischen Stromes kontaktiert der Bewegkontakt den Festkontakt. Zur Trennung des Stromflusses wird der Bewegkontakt von dem Festkontakt wegbewegt. Der Bewegkontakt ist dabei beispielsweise über eine Schaltmechanik des Schaltgerätes betätigbar, so dass der Schaltkontakt geöffnet und geschlossen werden kann. Bei einem Schutzschaltgerät kann somit bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes, beispielsweise eines Kurzschlusses oder einer Überlast, der Schaltkontakt geöffnet werden, um den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
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Das Unterbrechen des Stromflusses durch Öffnen des Schaltkontakts führt dabei zumindest kurzzeitig zu einem Spannungs-überschlag zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktelement, da der Abstand während des Trennvorganges der Kontaktelemente zur Isolation noch nicht ausreicht. Befindet sich ein Gas zwischen den beiden Schaltkontakten, so wird dieses bei entsprechend hoher Spannungsdifferenz zwischen den Kontaktelementen durch den Überschlag ionisiert, wobei sich aufgrund der Gasentladung ein Lichtbogen ausbildet. Zum Löschen dieses Lichtbogens weisen herkömmliche Schaltgeräte eine Lichtbogenlöschvorrichtung, beispielsweise eine sogenannte Löschkammer mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter und voneinander beabstandeter Löschbleche, auf. Alternativ kann die Lichtbogenlöschvorrichtung auch lediglich aus mehreren, parallel zueinander ausgerichteter Lösch- oder Kühlbleche bestehen. Wird der Lichtbogen in Richtung der Lichtbogenlöschvorrichtung getrieben, so teilt er sich bei Auftreffen auf die Löschbleche in mehrere Teil-Lichtbögen auf, welche anschließend in Reihe geschaltet zwischen den einzelnen Löschblechen brennen. Die mehreren, elektrisch sequentiell hintereinander geschalteten Teil-Lichtbögen führen in Summe zu einer höheren Bogenspannung, was in der Folge zu einem schnelleren Erlöschen des Lichtbogens führt.
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Ein schnelles Erlöschen ist wesentlich, um den mit dem Lichtbogen einhergehenden Energieeintrag in das Gehäuse des Schaltgerätes möglichst gering zu halten, um Beschädigungen am Schaltgerät sowie an der Elektroinstallation zu vermeiden. Um den Lichtbogen möglichst schnell in die Löschkammer zu treiben und dort zum Erlöschen zu bringen, weisen Schaltgeräte, insbesondere solche, welche für den Einsatz in Wechselstromnetzen vorgesehen sind, oftmals eine sogenannte Blasschleife auf. Hierbei handelt es sich um eine Leiterschleife, welche im Bereich des Schaltkontakts angeordnet ist und wie eine elektrische Spule wirkt. Diese kann dauerhaft bestromt sein, ist sinnvoller Weise aber elektrisch so verschaltet, dass sie erst bei einem durch Öffnen des Schaltkontakts auftretenden Lichtbogen zusätzlich bestromt wird. Das aus der bestromten Blasschleife resultierende elektromagnetische Feld ist dabei derart orientiert, dass es auf den Lichtbogen eine Lorentzkraft ausübt, welche den Lichtbogen vom Schaltkontakt weg in Richtung der Lichtbogen-Löschvorrichtung drängt. Entsprechende Schaltgeräte sind bspw. aus der Patentschrift
DE 2 841 004 B1 oder aus der Offenlegungsschrift
DE 3 333 792 A1 bekannt. Blasschleifen haben jedoch den Nachteil, dass sie bei geringen Strömen nur ein kleines elektromagnetisches Feld erzeugen, so dass die daraus resultierende elektromagnetische Kraft auf den Lichtbogen vergleichsweise klein ist. Ihre volle Wirkung entfalten sie daher erst bei großen Strömen, wie sie beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses auftreten.
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Bei Schaltgeräten für Gleichstrom-Anwendungen, sogenannten DC-Schaltgeräten, ist speziell die Löschung elektrischer Ströme kleiner 150 Ampere problematisch, da die dynamische Antriebskraft bzw. das Eigenfeld des Lichtbogens bei diesen Strömen nicht ausreichend hoch sind, um den Lichtbogen in die Lichtbogenlöschkammer zu treiben und ihn dort zu halten und zum Erlöschen zu bringen. Zur Verstärkung der auf den Lichtbogen wirkenden Kraft werden üblicher Weise Permanentmagnete eingesetzt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass im Bereich des Lichtbogens zu beiden Seiten je ein Permanentmagnet angeordnet wird. Mittels eines Permanentmagneten ist eine vergleichsweise hohe magnetische Feldstärke realisierbar, jedoch ist das von einem Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld hinsichtlich seiner Orientierungsrichtung zeitlich konstant, weswegen bei der Montage des Permanentmagneten auf die zur jeweiligen elektrischen Stromflussrichtung richtige magnetische Polung zu achten ist, um eine entsprechende Kraft auf den Lichtbogen in der gewünschten Richtung zu erzeugen. Bei Wechselstrom- (AC-) Anwendungen werden - aufgrund der ständig wechselnden Polarität des Lichtbogenstromes - Permanentmagnete zur Beeinflussung des Lichtbogens in Schaltgeräten daher in der Regel nicht verwendet.
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Das von den Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld ist üblicher Weise symmetrisch und so orientiert, dass der Lichtbogen - bei richtiger Polung - vom Schaltkontakt weg in gerader Richtung in die Lichtbogenlöschkammer getrieben wird. Dabei kann es vorkommen, dass das Magnetfeld im Bereich des für Lichtbogenlöschkammern üblichen V-förmigen Einschnitts der Löschbleche aufgrund der Entfernung zu den Permanentmagneten nur schwach ausgeprägt ist, so dass die auf den Lichtbogen wirkende Kraft im Bereich unmittelbar vor dem Einlaufen in die Lichtbogenlöschkammer zu gering ist. Dieses Problem tritt vor allem bei kleinen Strömen kleiner 150 Ampere auf. Um ein schnelleres Löschen des Lichtbogens zu erreichen, gibt es bereits Gleichstrom-Schaltgeräte, welche mit Hilfe von Permanentmagneten ein asymmetrisches Magnetfeld erzeugen, wodurch der Lichtbogen nicht nur in Richtung der Lichtbogenlöschkammer getrieben, sondern darüber hinaus auch quer zu dieser Bewegungsrichtung abgelenkt wird, um den Lichtbogen außermittig in den V-förmigen Einschnitt der Löschbleche bzw. der Lichtbogenlöschkammer zu treiben. Derartige DC-Schaltgeräte mit asymmetrischem Magnetfeld sind beispielsweise aus den europäischen Patenten EP°2°061°051°B1, EP°1°995°747°B1 oder EP°2°189°996°B1 vorbekannt.
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All diese Gleichstrom-Schaltgeräte haben jedoch das Problem, dass die durch das Magnetfeld des Permanentmagneten erzeugte, auf den Lichtbogen wirkende Kraft von der Polarität des elektrischen Stromes abhängig ist. Dies bedeutet, dass einerseits beim Einbau des Schaltgerätes streng auf die entsprechend richtige Polung geachtet werden muss. Das weitaus größere Problem besteht jedoch darin, dass bei vielen Gleichstrom-Anwendungen in dezentralen Energieversorgungsnetzen gar keine einheitliche Stromrichtung vorgegeben ist, d.h. die Stromrichtung kann je nach aktuellem Stromverbrauch bzw. der aktuellen Erzeugungssituation wechseln. Blasschleifen wiederum haben das Problem, dass bei geringen Strömen die auf den Lichtbogen wirkende Kraft zu gering ist, um den Lichtbogen in Richtung der Löschkammer zu treiben und somit ein schnelles Erlöschen des Lichtbogens zu erreichen.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine alternative Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung sowie ein alternatives Gleichstrom-Schaltgerät bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Probleme zumindest teilweise überwinden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die polaritätsunabhängige Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung sowie das polaritätsunabhängige Gleichstrom-Schaltgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße polaritätsunabhängige Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung für ein elektromechanisches Schaltgerät, insbesondere für einen Gleichstrom-Leitungsschutzschalter weist einen ersten Schaltkontakt, seinerseits aufweisend einen ersten Festkontakt sowie einen relativ dazu beweglichen ersten Bewegkontakt, sowie einen zweiten Schaltkontakt, seinerseits aufweisend einen zweiten Festkontakt sowie einen relativ dazu beweglichen zweiten Bewegkontakt, auf. Dabei ist dem ersten Schaltkontakt eine erste Lichtbogenlöschkammer eindeutig zugeordnet, um einen beim Öffnen des bestromten ersten Schaltkontakts entstehenden ersten Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen. Dem zweiten Schaltkontakt ist eine zweite Lichtbogenlöschkammer eindeutig zugeordnet, um einen beim Öffnen des bestromten zweiten Schaltkontakts entstehenden zweiten Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen. Dabei ist in einer ersten Richtung zwischen der ersten und der zweiten Lichtbogenlöschkammer ein Schaltkontaktbereich gebildet, in dem der erste und der zweite Schaltkontakt angeordnet sind. In einer quer zur ersten Richtung orientierten zweiten Richtung sind der erste und der zweite Schaltkontakt hintereinander angeordnet und elektrisch derart zueinander in Reihe geschaltet, dass sie im bestromten Zustand in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflossen werden. Ferner weist die Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Schaltkontaktbereich auf, um den ersten oder den zweiten Lichtbogen in die ihm zugeordnete Löschkammer zu drängen.
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Mit Hilfe der Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes wird im Schaltkontaktbereich ein Magnetfeld mit einer zeitlich konstanten, vordefinierten Richtung erzeugt. Da bei der erfindungsgemäßen, polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung die beiden Schaltkontakte elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind und im bestromten Zustand in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflossen werden, wirkt auf einen der beiden Lichtbögen eine Kraft, welche diesen Lichtbogen in die ihm zugeordnete Lichtbogenlöschkammer drängt. Mit dem Erlöschen dieses einen Lichtbogens ist der Stromfluss unterbrochen, so dass auch der andere Lichtbogen erlischt. Die Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung weist einen Strompfad mit zwei durch die beiden Schaltkontakte gebildeten Unterbrechungsstellen auf und funktioniert dadurch unabhängig von der Polarität des den Strompfad durchfließenden Gleichstromes.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung weist die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes zumindest einen Permanentmagneten auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung weist die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes zusätzlich eine Blasschleife auf.
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Als Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes kommen beispielsweise eine Blasschleife, aber auch ein oder mehrere Permanentmagnete in Betracht. Sowohl ein oder mehrere Permanentmagnete als auch eine von einem Gleichstrom durchflossene Blasschleife sind dazu geeignet, im Schaltkontaktbereich ein zeitlich konstantes Magnetfeld zu erzeugen. Darüber hinaus ist es prinzipiell ebenso möglich, sowohl eine Blasschleife als auch ein oder mehrere Permanentmagnete zur Erzeugung des Magnetfeldes zu verwenden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung ist die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltkontakt angeordnet. Bei Verwendung einer Blasschleife kann es aus Platzgründen vorteilhaft sein, diese im Schaltkontaktbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltkontakt anzuordnen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung ist die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes seitlich neben dem ersten und dem zweiten Schaltkontakt angeordnet.
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Insbesondere bei Verwendung eines Permanentmagneten kann es aus Gründen der räumlichen Allokation vorteilhaft sein, diesen im Randbereich des Schaltkontaktbereichs, und den ersten und den zweiten Schaltkontakt dementsprechend unmittelbar nebeneinander, anzuordnen. Bei Verwendung mehrerer Permanentmagnete ergibt sich dementsprechend eine Anordnung der beiden Schaltkontakte zwischen den mehreren Permanentmagneten.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung sind der erste Schaltkontakt und der zweite Schaltkontakt mechanisch derart miteinander gekoppelt, dass bei Öffnen eines der beiden Schaltkontakte auch der jeweils andere Schaltkontakt geöffnet wird.
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Durch die mechanische Kopplung der beiden Schaltkontakte ist sichergestellt, dass bei Öffnen des ersten Schaltkontakts auch der zweite Schaltkontakt geöffnet wird, und dass bei Öffnen des zweiten Schaltkontakts auch der erste Schaltkontakt geöffnet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung in einem Schaltgerät mit einer Gehäusebreite von nur einer Teilungseinheit montierbar. Auf diese Weise ist ein äußerst kompaktes Schaltgerät realisierbar.
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Das erfindungsgemäße, polaritätsunabhängige Gleichstrom-Schaltgerät, insbesondere Gleichstrom-Leitungsschutzschalter, weist ein Isolierstoffgehäuse mit einer Frontseite, einer Befestigungsseite, sowie mit die Front- und die Befestigungsseite verbindende Schmal- und Breitseiten, auf. Weiterhin weist das Schaltgerät eine polaritätsunabhängige Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, welche in dem Isolierstoffgehäuse aufgenommen und gehaltert ist, auf, wobei die erste Richtung einer Normalenrichtung der beiden Schmalseiten entspricht.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen, polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung ist ein Gleichstrom-Schaltgerät realisierbar, welches unabhängig von der Polarität des im angeschlossenen Stromkreis fließenden Gleichstroms voll funktionsfähig ist. Dies ist insbesondere bei Gleichstrom-Anwendungen, bei denen keine einheitliche Stromrichtung vorgegeben ist - beispielsweise in dezentralen Energieversorgungsnetzen, wo die Stromrichtung kann je nach aktuellem Stromverbrauch bzw. der aktuellen Erzeugungssituation wechseln kann - ein nicht zu unterschätzender Vorteil.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Gleichstrom-Schaltgerätes sind die beiden Schaltkontakte durch eine Schaltmechanik des Schaltgerätes gegenläufig betätigbar.
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Hierunter ist zu verstehen, dass der erste Bewegkontakt und der zweite Bewegkontakt in entgegengesetzter Richtung bewegt werden, um beide Schaltkontakte jeweils zu öffnen oder zu schließen. Auf diese Weise ist eine platzsparende Allokation der Komponenten des Schaltgerätes im Isolierstoffgehäuse realisierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Gleichstrom-Schaltgerätes weist das Isolierstoffgehäuse eine Breite von einer Teilungseinheit auf. Auf diese Weise ist ein äußerst kompaktes Schaltgerät realisierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Gleichstrom-Schaltgerät aus einem Kompakt-Schaltgerät mit zwei Strompfaden in einer Teilungseinheit gebildet, bei dem die beiden Strompfade elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind.
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Zur Realisierung des erfindungsgemäßen, polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Schaltgerätes kann ein bestehendes Schutzschaltgerät mit zwei Strompfaden in einer Teilungseinheit als Basis verwendet werden, indem der Ausgangsanschluss des einen Strompfades ist mit dem Eingangsanschluss des anderen Strompfades elektrisch leitend verbunden wird, wobei noch die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Schaltkontaktbereich anzuordnen ist. Auf diese Weise wird ein einpoliges, doppeltunterbrechendes Schaltgerät mit zwei Schaltstellen und zwei den Schaltstellen zugeordneten Auslöseeinrichtungen gebildet, ohne dass hierzu eine völlig neues Schaltgerät entwickelt werden muss.
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Die erfindungsgemäße Schaltgeräteanordnung weist ein erstes polaritätsunabhängiges Gleichstrom-Schaltgerät sowie ein zweites polaritätsunabhängiges Gleichstrom-Schaltgerät auf, die jeweils wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind, wobei eine Ausgangs-Anschlussklemme es ersten Gleichstrom-Schaltgerätes mit einer Eingangs-Anschlussklemme des zweiten Gleichstrom-Schaltgerätes elektrisch leitend verbunden ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Schaltgeräteanordnung zumindest ein weiteres polaritätsunabhängiges Gleichstrom-Schaltgerät der vorstehend beschriebenen Art auf, wobei die Ausgangs-Anschlussklemme des zweiten Gleichstrom-Schalt¬gerätes mit der Eingangs-Anschlussklemme des zumindest einen weiteren Gleichstrom-Schaltgerätes elektrisch leitend verbunden ist.
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Werden mehrere polaritätsunabhängige Gleichstrom-Schaltgeräte elektrisch in Reihe geschaltet, so können mit dieser Anordnung auch höhere elektrische Lasten sicher abgeschaltet werden, da die maximalen Nennspannungen der einzelnen Schaltgeräte bei einer elektrischen Reihenschaltung der Schaltgeräte zu einer maximalen Gesamtspannung addieren. Auf dieser Weise ist es möglich, auch höhere Spannungen als die maximal zulässige Nennspannung der einzelnen Schaltgeräte sicher zu schalten.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung, des polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Schaltgerätes sowie der Schaltgeräteanordnung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
- 1 und 2 schematische Darstellungen des polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Schaltgerätes in verschiedenen Ansichten;
- 3 und 4 schematische Darstellungen der polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung in verschiedenen Ansichten;
- 5 und 6 schematische Detaildarstellungen der polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung;
- 7 und 8 schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Schaltgeräte-Anordnung.
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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.
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In den 1 und 2 ist das erfindungsgemäße, polaritätsunabhängige Gleichstrom-Schaltgerät 1 in Grund- und Aufriss schematisch dargestellt. Das Gleichstrom-Schaltgerät 1 weist ein Isolierstoffgehäuse 2 auf, welches seinerseits eine Frontseite 3, eine der Frontseite 3 gegenüberüberliegende Befestigungsseite 4, sowie die Frontseite 3 und die Befestigungsseite 4 verbindende Schmalseiten 5 und Breitseiten 6 aufweist. Mit Hilfe eines im Bereich der Befestigungsseite 4 am Isolierstoffgehäuse 2 in einer ersten Richtung R1 beweglich gelagerten Schiebers 17 ist das Schaltgerät 1 an einer Trag- oder Hutschiene (nicht dargestellt) befestigbar. Im Bereich der Frontseite 3 ist ein Betätigungselement 9 angeordnet, mit dessen Hilfe das Schaltgerät 1 manuell betätigt werden kann.
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Das Isolierstoffgehäuse 2 ist in Schmalbauweise ausgeführt und weist in einer zur ersten Richtung R1 orthogonal orientierten zweiten Richtung R2 eine Breite B von nur einer Teilungseinheit (1TE) auf, was ca. 18mm entspricht. In der Mitte des Isolierstoffgehäuses 2 verläuft - im Wesentlichen parallel zu den Breitseiten 6 - eine Trennwand 20 (strichliert dargestellt), welche das Isolierstoffgehäuse 2 in zwei annähernd gleich große Teilbereiche unterteilt. Im ersten Teilbereich ist ein erster Strompfad 21 angeordnet, welcher von der einen Schmalseite 5 zur gegenüberliegenden Schmalseite 5 verläuft. Ebenso ist im zweiten Teilbereich ein zweiter Strompfad 22 angeordnet, welcher im Wesentlichen von der einen Schmalseite 5 zur gegenüberliegenden Schmalseite 5 verläuft. In jedem der beiden Strompfade 21 bzw. 22 ist ein Schaltkontakt 11 bzw. 12 angeordnet, welche mit Hilfe einer Schaltmechanik 16 des Schaltgerätes 1 geöffnet werden können, um den jeweiligen Strompfad 21 bzw. 22 im Bedarfsfall zu unterbrechen. Der erste Schaltkontakt 11 und der zweite Schaltkontakt 12 sind dabei derart miteinander gekoppelt, dass beim Öffnen eines der beiden Schaltkontakte auch der jeweils andere Schaltkontakt geöffnet wird. Über im Bereich der Schmalseiten 5 angeordnete Anschlussklemmen 18 sind die Strompfade 21 und 22 mit externen elektrischen Anschlussleitern (nicht dargestellt) eines zu überwachenden Stromkreises kontaktierbar.
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Zur Auslösung des Schaltgerätes 1 im Kurzschlussfall jedem Strompfad 21 bzw. 22 ein Magnetauslöser 23 bzw. 24 zugeordnet. Mit anderen Worten: dem ersten Strompfad 21 ist ein erster Magnetauslöser 23 zugeordnet, welcher bei Auftreten eines Kurzschlusses direkt und/oder indirekt - beispielsweise mittels einer Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes 1 - auf den ersten Schaltkontakt 11 einwirkt und diesen öffnet, um den Strompfad 21 zu unterbrechen. Entsprechend ist dem zweiten Strompfad 22 ein zweiter Magnetauslöser 23 zugeordnet, welcher direkt und/oder indirekt auf den zweiten Schaltkontakt 12 einwirkt und diesen öffnet, um den Strompfad 22 zu unterbrechen. Zur Auslösung des Schaltgerätes 1 im Falle einer elektrischen Überlast weist das Schaltgerät 1 einen thermischen Auslöser 25 auf, welcher ebenfalls direkt und/oder indirekt auf den ersten Schaltkontakt 11 und/oder den zweiten Schaltkontakt 12 einwirkt, um den jeweils zugeordneten Strompfad 21 und/oder 22 im Falle einer thermischen Überlast zu unterbrechen. Unterhalb des ersten bzw. zweiten Magnetauslösers 23 bzw. 24, d.h. zur Befestigungsseite 4 hin, ist jeweils eine erste bzw. zweite Lichtbogenlöschkammer 13 bzw. 14 in dem Isolierstoffgehäuse 2 aufgenommen und gehaltert.
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Darüber hinaus ist im Inneren des Isolierstoffgehäuses 2 eine polaritätsunabhängige Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung 10, welche polaritätsunabhängig betrieben werden kann, aufgenommen und gehaltert. Diese wird im Folgenden anhand der schematischen Darstellungen der 3 und 4 näher erläutert, wobei 3 eine perspektivische Seitenansicht und 4 einer Draufsicht der erfindungsgemäßen, polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung 10 zeigen.
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Zur Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung 10 gehört der erste Schaltkontakt 11, welcher seinerseits einen ersten Festkontakt 11-1 sowie einen relativ dazu beweglichen ersten Bewegkontakt 11-2 aufweist, sowie der zum ersten Schaltkontakt 11 elektrisch in Reihe geschaltete zweite Schaltkontakt 12, welcher seinerseits einen zweiten Festkontakt 12-1 sowie einen relativ dazu beweglichen zweiten Bewegkontakt 12-2 aufweist. Dem ersten Schaltkontakt 11 ist die erste Lichtbogenlöschkammer 13 zugeordnet, welche dazu dient, einen beim Öffnen des bestromten ersten Schaltkontakts 11 entstehenden ersten Lichtbogen dort zum Erlöschen zu bringen. Entsprechend ist dem zweiten Schaltkontakt 12 die zweite Lichtbogenlöschkammer 14 zugeordnet, welche dazu dient, einen beim Öffnen des bestromten zweiten Schaltkontakts 12 entstehenden zweiten Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen. Vorzugsweise sind die beiden Lichtbogenlöschkammern 13 bzw. 14 in der ersten Richtung R1 nicht mittig angeordnet, sondern jeweils in Richtung einer der beiden Schmalseiten 5 und 6, d.h. die erste Lichtbogenlöschkammer 13 entgegen der ersten Richtung R1 zur ersten Schmalseite 5 hin, und die zweite Lichtbogenlöschkammer 14 in Richtung der ersten Richtung R1 zur der zweiten Schmalseite 6 hin verschoben, in dem Isolierstoffgehäuse 2 angeordnet, d.h. aufgenommen und gehaltert. In 3 ist eine entsprechende Anordnung der beiden Lichtbogenlöschkammern 13 bzw. 14 dargestellt, wobei sich lediglich noch die beiden Anschlussklemmen 18 zwischen der jeweiligen Schmalseite 5 bzw. 6 und der dieser jeweils zugeordneten Lichtbogenlöschkammer 13 bzw. 14 befinden.
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In der ersten Richtung R1 zwischen dem ersten Magnetauslöser 23 und dem zweiten Magnetauslöser 24 befinden sich die beiden Schaltkontakte 11 und 12, welche über die darüber liegend angeordnete Schaltmechanik 16 (siehe 1) betätigbar sind. Weiterhin befindet sich in der ersten Richtung R1 zwischen der ersten Lichtbogenlöschkammer 13 und der zweiten Lichtbogenlöschkammer 14 ein sogenannter Schaltkontaktbereich 15, in dem der erste Schaltkontakt 11 sowie der zweite Schaltkontakt 12 angeordnet sind. Vorzugsweise sind der erste Schaltkontakt 11 und der zweite Schaltkontakt 12 in dem Schaltkontaktbereich 15 nebeneinander angeordnet. Wird der erste Schaltkontakt 11 und/oder der zweite Schaltkontakt 12 geöffnet, so laufen die dabei entstehenden Lichtbögen in den Schaltkontaktbereich 15 und von dort weiter in die dem jeweiligen Schaltkontakt 11 bzw. 12 jeweils zugeordnete Lichtbogenlöschkammer 13 bzw. 14.
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Die 5 und 6 zeigen schematisch zwei Detaildarstellungen der vorstehend beschriebenen Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung 10, jeweils in perspektivischer Ansicht. In 5 sind dabei die wesentlichen Komponenten des ersten Strompfads 21 dargestellt, in 6 hierzu korrespondierend die wesentlichen Komponenten des zweiten Strompfads 22. Der erste Strompfad 21 beginnt bei der in 5 links dargestellten Anschlussklemme 18-1 und führt weiter über den ersten Magnetauslöser 23 zum ersten Festkontakt 11-1. Bei geschlossenem Schaltkontakt 11 verläuft der erste Strompfad 21 weiter über den ersten Bewegkontakt 11-2 über eine flexible Litze 27 zum thermischen Auslöser 25, welcher mit der rechts dargestellten Anschlussklemme 18-2 elektrisch leitend verbunden ist. Die in 5 rechts dargestellte Anschlussklemme 18-3 ist mit der in 6 dargestellten linken Anschlussklemme 18-2 elektrisch leitend verbunden (siehe auch Darstellung in 4), so dass der zum ersten Strompfad 21 elektrisch in Reihe geschaltete zweite Strompfad 22 von der in 6 links dargestellten Anschlussklemme 18-3 über einen starren Leiter und die damit verbundene Litze 28 zum zweiten Bewegkontakt 12-2 verläuft. Bei geschlossenem Schaltkontakt 12 verläuft der zweite Strompfad 22 weiter über den zweiten Festkontakt 12-1 und den zweiten Magnetauslöser 24 zur rechts dargestellten Anschlussklemme 18-4.
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Ferner ist in den Darstellungen der 5 und 6 auch die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welche in konstruktiv als Anordnung mehrerer Permanentmagnete 26 ausgeführt ist, gut zu erkennen. Durch diese Anordnung der Permanentmagnete 26 wird ein zeitlich konstantes Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien im Schaltkontaktbereich 15 im Wesentlichen orthogonal zu den Breitseiten 6 des Isolierstoffgehäuses 2 orientiert ist. Mit Hilfe dieses Magnetfeldes ist es möglich, zumindest einen der beim Öffnen der Schaltkontakte 11 und 12 auftretenden Lichtbögen in Richtung der ihm bzw. dem betreffenden Schaltkontakt 11 oder 12 zugeordneten Lichtbogenlöschkammer 13 bzw. 14 zu drängen, um ihn dort zum Erlöschen zu bringen. Da die beiden Lichtbögen elektrisch in Reihe geschaltet sind, erlischt mit dem Erlöschen des ersten Lichtbogens erlischt auch der zweite Lichtbogen. Da durch die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in jedem Fall auf einen der beiden Lichtbögen eine Kraft ausgeübt wird, welche diesen Lichtbogen in Richtung der ihm zugeordneten Lichtbogenlöschkammer drängt, kann die Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung 10 unabhängig von der Polarität, d.h. unabhängig von der Stromrichtung in den beiden Strompfaden 21 und 22 betrieben werden.
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In den 7 und 8 sind zwei Beispiele der erfindungsgemäßen Schaltgeräte-Anordnung mit mehreren polaritätsunabhängigen Gleichstrom-Schaltgeräten 1 schematisch dargestellt. Die verwendeten Bezugszeichen orientieren sich an den bisher für die Darstellungen der 1 bis 6 verwendeten Bezugszeichen, sind jedoch mit Buchstaben (a, b, usw.) indiziert, um kenntlich zu machen, auf welches der mehreren Schaltgeräte im Einzelnen Bezug genommen wird.
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Die Schaltgeräte-Anordnung gemäß 7 weist ein erstes polaritätsunabhängiges Gleichstrom-Schaltgerät 1a sowie ein zweites polaritätsunabhängiges Gleichstrom-Schaltgerät 1b auf. Beide Gleichstrom-Schaltgeräte 1a und 1b sind wie vorstehend beschriebenen ausgebildet, d.h. sie weisen jeweils die erfindungsgemäße, polaritätsunabhängige Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung 10 wie vorstehend beschrieben auf. Ferner können die beiden Gleichstrom-Schaltgerät 1a und 1b mechanisch fest aneinander gekoppelt und zu einer baulichen Einheit verbunden sein, beispielsweise durch Klemmen, Schrauben, Nieten, etc. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Das erste Gleichstrom-Schaltgerät 1a weist vier Anschlussklemmen 18a auf: die Eingangs-Anschlussklemme 18a-1, die intern über den ersten Strompfad mit dieser verbundene zweite Anschlussklemme 18a-2, welche mit der dritten Anschlussklemme 18a-3 unmittelbar verbunden ist, sowie die mit der dritten Anschlussklemme 18a-3 intern über den zweiten Strompfad verbundene Ausgangs-Anschlussklemme 18a-4. Das zweite Gleichstrom-Schaltgerät 1b weist dementsprechend vier Anschlussklemmen 18b auf: die Eingangs-Anschlussklemme 18b-1, die intern über den ersten Strompfad mit dieser verbundene zweite Anschlussklemme 18b-2, welche mit der dritten Anschlussklemme 18b-3 unmittelbar verbunden ist, sowie die mit der dritten Anschlussklemme 18b-3 intern über den zweiten Strompfad verbundene Ausgangs-Anschlussklemme 18b-4.
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Bei dieser Schaltgeräte-Anordnung sind nun die Ausgangs-Anschlussklemme 18a-4 des ersten Gleichstrom-Schaltgerätes 1a mit der Eingangs-Anschlussklemme 18b-1 des zweiten Gleichstrom-Schaltgerätes 1b elektrisch verbunden, wodurch sich eine elektrische Reihenschaltung der beiden Gleichstrom-Schaltgeräte 1a und 1b ergibt. Der Eingangsanschluss dieser Anordnung ist durch die Eingangs-Anschlussklemme 18a-1 des ersten Gleichstrom-Schaltgerätes 1a gebildet, der Ausgangsanschluss durch die Ausgangs-Anschlussklemme 18b-4 des zweiten Gleichstrom-Schaltgerätes 1b. Auf diese Weise ist es möglich, die maximale Nennspannung eines einzelnen Gleichstrom-Schaltgerätes zu verdoppeln, da sich die maximale Gesamtspannung gleichmäßig auf die beiden Gleichstrom-Schaltgeräte 1a und 1b aufteilt.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Anordnung um ein oder mehrere weitere Gleichstrom-Schaltgeräte 1 zu erweitern, um noch eine noch höhere maximale Gesamtspannung zu ermöglichen. In 8 ist dementsprechend eine Anordnung mit vier Gleichstrom-Schaltgeräten 1a, 1b, 1c und 1d dargestellt, welche elektrisch zueinander in Reihe geschaltet sind. Der Eingangsanschluss dieser aus vier Gleichstrom-Schaltgeräten 1a, 1b, 1c und 1d bestehenden Anordnung ist entsprechend durch die Eingangs-Anschlussklemme 18a-1 des ersten Gleichstrom-Schaltgerätes 1a gebildet, der Ausgangsanschluss der Anordnung entsprechend durch die Ausgangs-Anschlussklemme 18d-4 des vierten Gleichstrom-Schaltgerätes 1d.
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Abschließend sei angemerkt, dass eine derartige, aus mehreren Gleichstrom-Schaltgeräten bestehende Anordnung lediglich für einen Pol eines abzusichernden Lastkreises dient. Bei mehrpoligen Anwendungen sind dementsprechend mehrere derartige Anordnungen, also zwei Schaltgeräteanordnungen für 2-polige Anwendungen bzw. vier Schaltgeräteanordnungen für 4-polige Anwendungsfälle vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleichstrom-Schaltgerät
- 2
- Isolierstoffgehäuse
- 3
- Frontseite
- 4
- Befestigungsseite
- 5
- Schmalseite
- 6
- Breitseite
- 9
- Betätigungselement
- 10
- Gleichstrom-Lichtbogenlöschvorrichtung
- 11
- ersten Schaltkontakt
- 11-1
- ersten Festkontakt
- 11-2
- zweiter Bewegkontakt
- 12
- zweiter Schaltkontakt
- 12-1
- zweiter Festkontakt
- 12-2
- zweiter Bewegkontakt
- 13
- erste Lichtbogenlöschkammer
- 14
- zweite Lichtbogenlöschkammer
- 15
- Schaltkontaktbereich
- 16
- Schaltmechanik
- 17
- Schieber
- 18
- Anschlussklemme
- 20
- Trennwand
- 21
- erster Strompfad
- 22
- zweiter Strompfad
- 23
- erster Magnetauslöser
- 24
- zweiter Magnetauslöser
- 25
- thermischer Auslöser
- 26
- Permanentmagnet
- 27
- Litze
- 28
- Litze
- B
- Breite
- R1
- erste Richtung
- R2
- zweite Richtung
- TE
- Teilungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015217704 A1 [0002]
- EP 2980822 A1 [0002]
- DE 102015213375 A1 [0002]
- DE 102013211539 A1 [0002]
- EP 2685482 B1 [0002]
- EP 0957558 A2 [0003]
- DE 102014208036 A1 [0003]
- DE 102014202485 A1 [0003]
- DE 2841004 B1 [0007]
- DE 3333792 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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