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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Ein gattungsgemäßes Schaltgerät umfasst schließbare Kontakten und eine den Kontakten zugeordnete Löschkammer, die einen ersten Löschbereich sowie einen unmittelbar neben dem ersten Löschbereich angeordneten zweiten Löschbereich aufweist, wobei erster Löschbereich und zweiter Löschbereich durch eine Trennwand räumlich voneinander getrennt sind, und wobei das Schaltgerät derart ausgelegt ist, dass ein beim Öffnen der Kontakte entstehender Schaltlichtbogen stets in einem der beiden Löschbereiche mittels einer Lichtbogenblaseinrichtung des Schaltgeräts vom Ort seiner Entstehung weggeblasen und zum Erlöschen gebracht wird, wohingegen der jeweils andere der beiden Löschbereiche nicht zur Löschung genutzt wird.
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Ein Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist aus
US 5,004,874 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein bidirektionales Schaltschütz, bei dem in Abhängigkeit der Stromrichtung einer der beiden Löschbereiche zum Einsatz kommt, während der jeweils andere Löschbereich nicht genutzt wird.
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Schaltgeräte nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Dabei besteht ein allgemeiner Trend hin zu immer kleiner und leichter werdenden Schaltgeräten. Um Beschädigungen benachbarter Teile zu vermeiden und die immer strenger werdenden Sicherheitsvorschriften einhalten zu können, muss verhindert werden, dass Plasma, welches durch den Schaltlichtbogen beim Abschaltvorgang innerhalb des Schaltgeräts entsteht, nach außen tritt.
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Bei dem aus der Druckschrift
US 5,004,874 bekannten Schaltgerät handelt es sich um ein geschlossenes Schaltschütz. Bei bekannten geschlossenen Schaltschützen kompakter Bauweise ist die Nennschaltleistung jedoch relativ stark begrenzt. Bei hohen Schaltleistungen wird im Gehäuseinneren relativ viel Plasma und damit einhergehend ein hoher Überdruck erzeugt, der ohne entsprechend größere Dimensionierung zu einer Zerstörung des Schaltgeräts führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltgerät der gattungsgemäßen Art anzugeben, das bei kompakter Bauweise eine hohe Schaltleistung garantiert, wobei gleichzeitig sichergestellt sein muss, dass das im Gehäuseinneren aufgrund des Schaltlichtbogen entstehende Plasma nicht nach außen tritt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einem Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn die Trennwand zwischen dem ersten Löschbereich und dem zweiten Löschbereich zumindest eine Überströmöffnung aufweist, die den ersten Löschbereich derart mit dem zweiten Löschbereich verbindet, dass Plasma, welches durch den Schaltlichtbogen erzeugt wird, von dem Löschbereich, in welchem der Schaltlichtbogen zum Erlöschen gebracht wird, in den jeweils anderen, ungenutzten Löschbereich strömen kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der beiden Löschbereiche einen Raum darstellt, welcher ein erstes Ende, das dem Ort der Entstehung des Schaltlichtbogens am nächsten ist, ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende, auf das sich der Schaltlichtbogen aufgrund der Einwirkung der Lichtbogenblaseinrichtung zu bewegt, eine das erste Ende und das zweite Ende miteinander verbindende erste Seite, sowie eine der ersten Seite gegenüberliegende und ebenfalls das erste Ende und das zweite Ende miteinander verbindende zweite Seite aufweist, wobei die Trennwand jeweils eine dritte Seite des Raums bildet und das erste Ende, das zweite Ende, die erste Seite und die zweite Seite miteinander verbindet, und wobei der Raum ferner eine der Trennwand gegenüberliegende vierte Seite aufweist.
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Dadurch wird eine kompakte Bauweise erzielt. Der Abstand zwischen erster Seite und zweiter Seite definiert eine Breite des Löschbereichs, der Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende eine Höhe des Löschbereichs, und der Abstand zwischen der Trennwand und der jeweils vierten Seite definiert eine Tiefe des Löschbereichs. Das erste Ende, das zweite Ende, die erste Seite und die zweite Seite des ersten Löschbereichs entsprechen in ihrer Position den jeweiligen Enden und Seiten des zweiten Löschbereichs. Das bedeutet beispielsweise, dass die erste Seite des ersten Löschbereichs mit der ersten Seite des zweiten Löschbereichs zusammenfällt bzw. lediglich durch die Trennwand von der ersten Seite des zweiten Löschbereichs getrennt ist. Die aufgrund der Lichtbogenblaseinrichtung vorgegebene Bewegungsrichtung des Schaltlichtbogens im ersten Löschbereich verläuft im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung eines im zweiten Löschbereich zum Erlöschen zu bringenden Schaltlichtbogens. Die Lichtbogenblaseinrichtung sorgt mit anderen Worten dafür, dass der Schaltlichtbogen, unabhängig davon, ob der Schaltlichtbogen im ersten Löschbereich oder im zweiten Löschbereich zum Erlöschen gebracht wird, stets in der gleichen Richtung vom Ort seiner Entstehung weggeblasen wird. Im Wesentlichen parallel bedeutet in diesem Zusammenhang eine Abweichung von maximal 15°, vorzugsweise von maximal 10°, weiter vorzugsweise von maximal 5°. Weiter vorzugsweise herrscht Parallelität.
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Weiter vorzugsweise ist die Lichtbogenblaseinrichtung derart ausgelegt, dass die Bewegungsrichtung des Schaltlichtbogens im Wesentlichen parallel zur Trennwand verläuft. Im Wesentlichen parallel bedeutet auch in diesem Zusammenhang eine Abweichung von maximal 15°, vorzugsweise von maximal 10°, weiter vorzugsweise von maximal 5° und besonders bevorzugt von 0°.
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Weiter vorzugsweise ist die Lichtbogenblaseinrichtung derart ausgelegt, dass eine Längserstreckung des Schaltlichtbogens im Wesentlichen parallel zur Trennwand verläuft. Diese Ausführungsform trägt ebenfalls zu einer kompakten Bauweise bei. Im Wesentlichen parallel bedeutet auch in diesem Zusammenhang eine Abweichung von maximal 15°, vorzugsweise von maximal 10°, weiter vorzugsweise von maximal 5° und besonders bevorzugt von 0°.
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Die Seiten eines jeden Löschbereichs werden weiter vorzugsweise durch Seitenwände gebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Überströmöffnung an der ersten Seite und/oder an der zweiten Seite in der Trennwand ausgebildet. Die Überströmöffnung(en) befindet/befinden sich bevorzugt nur außen an der ersten Seite und/oder der zweiten Seite. Der in Breitenrichtung betrachtete mittlere Bereich der Trennwand weist vorzugsweise zumindest nahe dem ersten Ende keine Überströmöffnung auf. Weiter vorzugsweise weist der in Breitenrichtung betrachtete mittlere Bereich der Trennwand zumindest zwischen dem ersten Ende und vorzugsweise vorgesehenen, am zweiten Ende angeordneten Löschelementen keine Überströmöffnung auf. Der in Breitenrichtung betrachtete mittlere Bereich der Trennwand ohne Überströmöffnung nimmt weiter vorzugsweise zumindest 70 % der zwischen erster Seite und zweiter Seite gemessenen Breite ein. Dadurch bleibt eine wirksame Trennung zwischen den beiden Löschbereichen gewährleistet.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sowohl an der ersten Seite als auch an der zweiten Seite jeweils eine Überströmöffnung in der Trennwand ausgebildet ist. So wird eine symmetrische Verteilung von Plasma und nichtionisierter Luft erreicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Überströmöffnung in einem dem ersten Ende zugewandten und dem zweiten Ende abgewandten Abschnitt der Trennwand ausgebildet ist. Dies trägt ebenfalls zu einer wirksamen Trennung der beiden Löschbereiche bei und führt zu einem vorteilhaften Strömungsverhalten durch die Überströmöffnung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in den beiden Löschbereichen jeweils Löschelemente angeordnet, in die der Schaltlichtbogen mittels der Lichtbogenblaseinrichtung getrieben und dadurch zum Erlöschen gebracht wird. Die Löschelemente sind vorzugsweise am zweiten Ende oder nahe des zweiten Endes angeordnet. Vorzugsweise stehen die Löschelemente von der Trennwand ab bzw. erstrecken sich zwischen der Trennwand und der jeweils gegenüberliegenden vierten Wand des jeweiligen Löschbereichs.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Überströmöffnung, vorzugsweise als zusätzliche Überströmöffnung in Ergänzung zu den weiter oben beschriebenen Überströmöffnungen, zwischen den Löschelementen und einem Deckel oder einer, am zweiten Ende bestehenden Gehäusewand des Schaltgeräts in der Trennwand ausgebildet ist. Dies sorgt dafür, dass Plasma durch die weitere Überströmöffnung vom aktuell genutzten Löschbereich in den nicht genutzten Löschbereich strömen kann. Ein durch das Plasma erzeugter Gegendruck wird durch die Überströmöffnung verringert oder eliminiert, so dass sich der Schaltlichtbogen weiter längen kann, was zu einer höheren Abschaltleistung führt. Vorzugsweise erstreckt sich die Überströmöffnung dabei im Wesentlichen über die gesamte zwischen erster Seite und zweiter Seite gemessenen Breite der beiden Löschbereiche, sodass die Trennwand (13) tatsächlich auf Höhe der Löschelemente endet. Bei dieser Ausführungsform wird ein besonders vorteilhaftes Strömungsverhalten bzw. ein besonders vorteilhafter Gasaustausch zwischen den beiden Löschbereich erzielt. Im Wesentlichen über die gesamte zwischen erster Seite und zweiter Seite gemessenen Breite der beiden Löschbereiche bedeutet in diesem Zusammenhang zumindest 80%, vorzugsweise 90%, besonders bevorzugt 100% der Breite des jeweiligen Löschbereichs.
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Die Erfindung spielt ihre Vorzüge insbesondere dann aus, wenn das Schaltgerät geschlossen ausgeführt ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass keine dedizierte Austrittsöffnung für den Schaltlichtbogen und/oder für Plasma, das durch den Schaltlichtbogen innerhalb des Schaltgeräts erzeugt wird, vorgesehen ist, wobei das Schaltgerät andererseits nicht hermetisch abgeschlossen ist, so dass ein Druckausgleich mit der Umgebung, beispielsweise durch Spalte in einem Gehäuse des Schaltgeräts, möglich ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Schaltgerät um ein bidirektionales Schaltgerät, wobei je nach Stromrichtung einer der beiden Löschbereiche zum Einsatz kommt. Weiter vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät um ein Schaltschütz.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts mit geöffneter Gehäusevorderseite und geöffneter linker Gehäusewand,
- 2 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Schaltgeräts aus 1 mit geöffneter Gehäusevorderseite,
- 3 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Schaltgerät aus den 1 und 2 entlang der in 2 eingezeichneten Schnittlinie III, und
- 4 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schaltgeräts aus den 1 bis 3 auf die in den 1 bis 3 jeweils links gelegene Gehäuseseite bei geöffneter linker Gehäusewand.
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Für die folgenden Ausführungen gilt das gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. Um die erfindungsrelevanten Merkmale bzw. Bauteile darstellen zu können, wurden in der Darstellung aus 1 sowohl die dem Betrachter zugewandte Gehäusevorderseite als auch die linke Gehäusewand nicht dargestellt. Aus demselben Grund wurde die Gehäusevorderseite auch in der Vorderansicht in 2 nicht dargestellt.
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Das Schaltgerät 1 weist zwei Festkontakte 2, 3 auf, die mittels einer Kontaktbrücke 4 elektrisch miteinander verbunden werden können. Der Antrieb der Kontaktbrücke 4 ist für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung und wurde daher ebenfalls nicht weiter dargestellt. Die beiden Festkontakte 2, 3 ragen seitlich aus dem Gehäuse 7 des erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1 hervor und bilden somit gleichzeitig die Anschlusskontakte des Schaltgeräts.
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Beim Öffnen der Kontakte entsteht ein Schaltlichtbogen 20, dessen kontaktbrückenseitiger Fußpunkt mittels einer entsprechend ausgelegten Lichtbogenblaseinrichtung dazu veranlasst wird, auf den gegenüberliegenden Festkontakt überzuspringen. Der Schaltlichtbogen 20 wird durch die Lichtbogenblaseinrichtung in weiterer Folge in die oberhalb der beiden Festkontakte 2, 3 bestehende Löschkammer getrieben und dort zum Erlöschen gebracht. Die Löschkammer ist durch eine Trennwand 13 aufgeteilt in einen vorderen ersten Löschbereich 5 und einen hinteren zweiten Löschbereich 6. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es sich bei dem gezeigten Schaltgerät um ein bidirektionales Schaltgerät handelt. Beim Öffnen der Kontakte entsteht sowohl zwischen dem ersten Festkontakt 2 und der Kontaktbrücke 4 als auch zwischen dem zweiten Festkontakt 3 und der Kontaktbrücke 4 ein Schaltlichtbogen. Aufgrund einer speziellen Ausgestaltung der Kontaktbrücke 4 und einer entsprechenden Auslegung der Lichtbogenblaseinrichtung springt der Fußpunkt eines der beiden Schaltlichtbögen von der Kontaktbrücke auf den jeweils gegenüberliegenden Festkontakt über, was zum Erlöschen des jeweils anderen Schaltlichtbogens führt. Der verbleibende Schaltlichtbogen 20 befindet sich in Abhängigkeit der Stromrichtung entweder vor oder hinter der Trennwand 13, sodass in Abhängigkeit der Stromrichtung entweder der erste Löschbereich 5 oder der zweite Löschbereich 6 zum Einsatz kommt, um den Schaltlichtbogen zum Erlöschen zu bringen. Dies bedeutet, dass jeweils einer der beiden Löschbereiche beim Abschaltvorgang nicht genutzt wird.
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Die beiden Löschbereiche 5 und 6 der Löschkammer haben im Wesentlichen ein quaderförmiges Volumen und beginnen oberhalb der beiden Festkontakte 2 und 3. Die beiden Festkontakte 2 und 3 markieren somit ein unteres erstes Ende 9 des jeweiligen Löschbereichs. Die nicht näher dargestellte Lichtbogenblaseinrichtung ist derart ausgelegt, dass sie den Schaltlichtbogen 20 vom ersten Ende 9 des Löschbereichs ausgehend zum gegenüberliegenden zweiten Ende 10 des jeweiligen Löschbereichs treibt, welches wiederum durch die Gehäuseoberseite 17 gebildet wird. Die in 2 links gelegene Gehäusewand markiert eine erste Seite 11 der beiden Löschbereiche, die rechte Gehäusewand markiert die gegenüberliegende zweite Seite 12 der beiden Löschbereiche. Die Trennwand 13 bildet jeweils eine dritte Seite der beiden Löschbereiche. Jeder Löschbereich 5, 6 weist ferner noch eine der Trennwand gegenüberliegende vierte Seite 14 auf, die von der jeweiligen Gehäusevorderseite bzw. Gehäuserückseite gebildet wird, was insbesondere in den 3 und 4 gezeigt ist.
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Jeder der beiden Löschbereiche 5, 6 verfügt über mehrere Löschelemente, in die der Schaltlichtbogen getrieben und dabei zum Erlöschen gebracht wird. Die Löschelemente stehen dabei vom oberen Ende der Trennwand 13 ab bzw. erstrecken sich jeweils zwischen der Trennwand und der gegenüberliegenden Gehäuseseite. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt sich dabei zum einen um einfache Löschplatten 15 und zum anderen um zylindrische Permanentmagneten 16, die jeweils von einer Schutzhülse ummantelt sind, den Schaltlichtbogen an sich ziehen und dabei gleichzeitig als Löschelemente bzw. Löschmagneten fungieren. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass in 1 lediglich die Löschplatten 15 und Permanentmagneten 16 des vorderen Löschbereichs 5 deutlich erkennbar sind. Der hintere zweite Löschbereich 6 verfügt ebenfalls über entsprechende Löschelemente 15 und 16, was insbesondere aus 4 hervorgeht.
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Der tatsächliche genutzte Löschraum der beiden Löschbereiche 5 und 6 endet auf Höhe der Löschelemente 15 und 16, da der Schaltlichtbogen 20, sofern er nicht bereits auf dem Weg zu den Löschelementen erlischt, durch die Löschelemente 15 und 16 zum Erlöschen gebracht wird. Gehäuseseitig sind oberhalb der Löschelemente 15 und 16 Gehäuserippen 18 vorgesehen. Diese stehen von der Gehäuseoberseite nach innen ab und erstrecken sich über die gesamte Tiefe der beiden Löschbereiche 5 und 6. Sie verhindern ein Wiederzünden des Schaltlichtbogens oberhalb der Löschelemente 15 und 16.
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Wie den Zeichnungen unschwer entnommen werden kann, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 um ein geschlossenes Schaltgerät. Um das Schaltvermögen bei gleichzeitig äußerst kompakter Bauweise zu erhöhen, sind bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät Überströmöffnungen 8 in der mittleren Trennwand 13 zwischen den beiden Löschbereichen 5 und 6 vorgesehen. Zwei derartige Überströmöffnungen 8 befinden sich dabei seitlich im unteren Bereich der Trennwand, also am unteren ersten Ende 9 der beiden Löschbereiche. Die unmittelbare Nähe zum unteren Ende und zu der jeweiligen Seitenwand 11 bzw. 12 garantiert weiterhin eine wirksame Trennung der beiden Löschbereiche, zumindest was eine unbeabsichtigte Ausbreitung oder Verlagerung des Schaltlichtbogens betrifft. Gleichzeitig ermöglichen die Überströmöffnungen einen gewissen Gasaustausch zwischen den beiden Löschbereichen, was entscheidend dazu beiträgt, das Plasma, welches aufgrund des Schaltlichtbogens innerhalb des Gehäuses erzeugt wird, nicht nach außen treten zu lassen.
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Zwischen den Löschelementen 15, 16 und der Gehäuseoberseite 17 besteht eine weitere Überströmöffnung 19, die sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der beiden Löschbereiche erstreckt, sodass die Trennwand 13 tatsächlich auf Höhe der Löschelemente 15, 16 endet. Die weitere Überströmöffnung 19 verstärkt den oben beschriebenen positiven Effekt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltgerät
- 2
- Festkontakt
- 3
- Festkontakt
- 4
- Kontaktbrücke
- 5
- erster Löschbereich
- 6
- zweiter Löschbereich
- 7
- Gehäuse
- 8
- Überströmöffnung
- 9
- erstes Ende des Löschbereichs
- 10
- zweites Ende des Löschbereichs
- 11
- erste Seite des Löschbereichs
- 12
- zweite Seite des Löschbereichs
- 13
- Trennwand bzw. dritte Seite des Löschbereichs
- 14
- vierte Seite des Löschbereichs
- 15
- Löschelement
- 16
- Löschmagnet
- 17
- Gehäuseoberseite
- 18
- Gehäuserippen
- 19
- weitere Überströmöffnung
- 20
- Schaltlichtbogen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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