DE102021214615A1 - arcing chamber of a mechanical switch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Löschkammer (22) eines mechanischen Schalters (14), mit mehreren flächigen Löschstreifen (24) die parallel zueinander angeordnet und in einer Stapelrichtung (28) übereinandergestapelt sind. Die Löschstreifen (24) sind aus einer Keramik erstellt. Ferner betrifft die Erfindung einen mechanischen Schalter (14) sowie ein Verfahren (44) zur Herstellung einer Löschkammer (22).The invention relates to an arcing chamber (22) of a mechanical switch (14) with a plurality of flat arcing strips (24) which are arranged parallel to one another and stacked one on top of the other in a stacking direction (28). The erasing strips (24) are made of ceramic. The invention also relates to a mechanical switch (14) and a method (44) for producing an arcing chamber (22).
Description
Die Erfindung betrifft eine Löschkammer eines mechanischen Schalters sowie einen mechanischen Schalter. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Löschkammer.The invention relates to an arcing chamber of a mechanical switch and a mechanical switch. The invention also relates to a method for producing an arcing chamber.
Aus der
Das Löschblechpaket ist mittels mehrerer übereinander in einer Stapelrichtung gestapelter Löschbleche gebildet, die aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sind, meist aus einem ferromagnetischen Material. Mittels der Löschbleche wird der Lichtbogen in mehrere Teillichtbögen untergliedert, was zu einer Vervielfältigung der elektrischen Spannung führt, die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens erforderlich ist.The stack of arc splitters is formed by means of a plurality of arc splitters which are stacked one on top of the other in a stacking direction and are made of an electrically conductive material, usually a ferromagnetic material. The arc is divided into several partial arcs by means of the arc splitters, which leads to a multiplication of the electrical voltage required to maintain the arc.
Für die Aufrechterhaltung dieser Teillichtbögen ist jeweils eine bestimmte elektrische Spannung erforderlich, die üblicherweise zwischen 20 V und 30 V liegt und abhängig von dem geführten elektrischen Strom ist. Wenn beispielsweise 12 derartige Löschbleche vorhanden sind, ist ein Unterbrechen einer anliegenden elektrischen Spannung von 220 V sicher möglich. Damit aufgrund der Lichtbögen keine Beschädigung der Löschbleche auftritt oder zumindest ein etwaiger Abbrand vergleichsweise gering ist, sodass eine Mehrzahl an Schaltvorgängen durchgeführt werden kann, ist es erforderlich, dass die Löschbleche eine bestimmte Dicke aufweisen. Somit ergibt sich bei 12 Löschblechen eine Mindestgröße der Löschkammer in der Stapelrichtung von 25mm. Wenn höhere elektrische Spannungen sicher geschaltet werden sollen, sind mehr Löschbleche erforderlich, weswegen auch die Größe der Löschkammer zunimmt.A specific electrical voltage is required to maintain these partial arcs, which is usually between 20 V and 30 V and is dependent on the electrical current carried. If, for example, 12 such arc splitters are present, an electrical voltage of 220 V that is present can be reliably interrupted. So that the arc splitters are not damaged or at least any burn-off is comparatively small, so that a plurality of switching processes can be carried out, the splitter plates must have a specific thickness. With 12 quenching plates, this results in a minimum size of the quenching chamber of 25mm in the stacking direction. If higher electrical voltages are to be switched safely, more arc splitters are required, which is why the size of the arcing chamber also increases.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Löschkammer sowie einen besonders geeigneten mechanischen Schalter als auch ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Löschkammer Schutzschalter anzugeben, wobei eine Baugröße verringert und/oder Herstellungskosten reduziert sind.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable quenching chamber and a particularly suitable mechanical switch as well as a particularly suitable method for producing a quenching chamber circuit breaker, the size being reduced and/or production costs being reduced.
Hinsichtlich der Löschkammer wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des mechanischen Schalters durch die Merkmale des Anspruchs 8 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the arcing chamber, the object is achieved by the features of claim 1, with regard to the mechanical switch by the features of claim 8 and with regard to the method by the features of claim 9. Advantageous developments and refinements are the subject of the respective dependent claims.
Die Löschkammer ist im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil eines mechanischen Schalters und hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Der mechanische Schalter weist dabei einen Festkontakt und einen dazu beweglich gelagerten Bewegkontakt auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und zur Stromführung innerhalb des mechanischen Schalters dienen. Beispielsweise wird mittels weiterer Elemente des mechanischen Schalters dabei der Festkontakt ortsfest gehalten. Der Bewegkontakt ist vorzugsweise mittels eines Scharniers, beispielsweise eines Filmscharniers oder dergleichen, beweglich gelagert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Bewegkontakt bezüglich des Festkontakts in eine transversale Richtung verbringbar.In the intended state, the arcing chamber is a component of a mechanical switch and is suitable for this purpose, in particular provided and set up. The mechanical switch has a fixed contact and a moving contact that is mounted so that it can move, which are electrically connected in series and serve to carry current within the mechanical switch. For example, the fixed contact is held in place by means of additional elements of the mechanical switch. The moving contact is preferably movably mounted by means of a hinge, for example a film hinge or the like. Alternatively or in combination with this, the moving contact can be moved in a transverse direction with respect to the fixed contact.
In dem elektrisch leitenden Zustand des mechanischen Schalters liegen die beiden Kontakte vorzugsweise mechanisch direkt aneinander an und sind im nichtleitenden Zustand voneinander beabstandet. Hierbei werden die Kontakte zueinander in einer Öffnungsrichtung verbracht. Unter Öffnungsrichtung wird insbesondere die Richtung verstanden, in die der Bewegkontakt bezüglich des Festkontakts verbracht wird, um den mechanischen Schalter von dem (elektrisch) leitenden in den nichtleitenden Zustand zu überführen. Beispielsweise wird der Bewegkontakt bezüglich des Festkontakts transversal verbracht. Hierbei bezeichnet die Öffnungsrichtung die Richtung, die parallel zur transversalen Geraden ist. Alternativ wird der Bewegkontakt bezüglich des Festkontakts rotiert, insbesondere mittels eines Scharniers oder einer feststehenden Achse. In diesem Fall ist die Öffnungsrichtung tangential bezüglich der Rotationsachse.In the electrically conductive state of the mechanical switch, the two contacts are preferably mechanically in direct contact with one another and are spaced apart from one another in the non-conductive state. In this case, the contacts are brought to one another in an opening direction. The opening direction is understood in particular as meaning the direction in which the moving contact is moved with respect to the fixed contact in order to convert the mechanical switch from the (electrically) conductive to the non-conductive state. For example, the moving contact is moved transversally with respect to the fixed contact. Here, the opening direction denotes the direction that is parallel to the transversal straight line. Alternatively, the moving contact is rotated with respect to the fixed contact, in particular by means of a hinge or a fixed axis. In this case, the opening direction is tangential to the axis of rotation.
Die Löschkammer weist in einer Stapelrichtung übereinander gestapelte Löschstreifen auf, also mehrere Löschstreifen, insbesondere mindestens zwei Löschstreifen und geeigneterweise weniger als 100 Löschstreifen. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Löschstreifen zwischen 5 und 80, zwischen 8 und 50 oder zwischen 10 und 30. Geeigneterweise ist die Anzahl der Löschstreifen kleiner gleich 20.The arcing chamber has extinguishing strips stacked one on top of the other in a stacking direction, that is to say a plurality of extinguishing strips, in particular at least at least two erasing strips and suitably less than 100 erasing strips. Preferably the number of erasing strips is between 5 and 80, between 8 and 50 or between 10 and 30. Suitably the number of erasing strips is less than or equal to 20.
Die Löschstreifen sind flächig ausgestaltet und erstrecken sich somit jeweils lediglich in einer Ebene. Senkrecht zu dieser Ebene ist die Ausdehnung jedes Löschstreifens verringert, und die Ausdehnung, die auch als Dicke bezeichnet ist, ist zweckmäßigerweise kleiner oder gleich 2 mm, 1,5 mm oder 1 mm. Die Löschstreifen sind zweckmäßigerweise senkrecht zur Stapelrichtung angeordnet sowie jeweils parallel zueinander. Vorzugsweise überdecken sich dabei die Projektionen der Löschstreifen parallel zur Stapelrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig. Somit ist eine vergleichsweise kompakte Löschkammer bereitgestellt.The erasing strips are flat and therefore only extend in one plane. Perpendicular to this plane, the extent of each eraser strip is reduced and the extent, also referred to as thickness, is suitably less than or equal to 2mm, 1.5mm or 1mm. The erasing strips are expediently arranged perpendicularly to the stacking direction and parallel to one another. The projections of the erasing strips preferably overlap parallel to the stacking direction at least partially, preferably completely. A comparatively compact arcing chamber is thus provided.
Die Löschstreifen sind aus einer Keramik erstellt, die insbesondere elektrisch nicht leitend und vorzugsweise thermisch leitend ist. Besonders bevorzugt wird als Keramik eine Oxid-Keramik wie zum Beispiel eine Aluminium-Oxid Keramik (Al2O3) verwendet.The erasing strips are made of a ceramic that is, in particular, electrically non-conductive and preferably thermally conductive. An oxide ceramic such as, for example, an aluminum oxide ceramic (Al2O3) is particularly preferably used as the ceramic.
Die Löschkammer dient insbesondere dem Ablöschen eines Lichtbogens, der zum Beispiel bei Betätigung des etwaigen mechanischen Schalters entsteht. Hierfür ist die Löschkammer zweckmäßigerweise geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Beispielsweise umfasst die Löschkammer, ein Treibelement zum Treiben des, zum Beispiel bei einem Schaltvorgang des etwaigen mechanischen Schalters, entstehenden Lichtbogens zu oder zwischen die Löschstreifen.The arcing chamber is used in particular to extinguish an arc that occurs, for example, when any mechanical switch is actuated. For this purpose, the arcing chamber is expediently suitable, in particular provided and set up. For example, the quenching chamber comprises a driving element for driving the arc that is produced, for example during a switching operation of any mechanical switch, to or between the extinguishing strips.
Bei Betrieb wird aufgrund der Ausbildung der Löschstreifen als elektrischer Isolator der Lichtbogen nicht mittels der Löschstreifen teilweise aufgefangen, sodass mehrere Teillichtbögen ausgebildet werden. Vielmehr wird aufgrund der elektrisch isolierenden Eigenschaften der Löschstreifen der Lichtbogen verformt, insbesondere gebogen, sodass eine Länge des Lichtbogens verlängert ist. Aufgrund der vergrößerten Länge des Lichtbogens und der damit einhergehenden höheren erforderlichen elektrischen Spannung ist es möglich, dass der Lichtbogen erlischt. Somit weist bei Erlöschen der Lichtbogen eine Länge auf, die anderweitig lediglich mit einer vergrößerten Löschkammer erreicht werden kann.During operation, the arc is not partially intercepted by means of the extinguishing strips due to the formation of the extinguishing strip as an electrical insulator, so that a number of partial arcs are formed. Rather, due to the electrically insulating properties of the extinguishing strips, the arc is deformed, in particular bent, so that the length of the arc is increased. Due to the increased length of the arc and the associated higher electrical voltage required, it is possible for the arc to go out. Thus, when the arc is extinguished, it has a length that can otherwise only be achieved with an enlarged arcing chamber.
Zudem erfolgt mittels der Löschstreifen eine Abkühlung des Lichtbogens, nämlich des zur Ausbildung des Lichtbogens erforderlichen Plasmas. Infolgedessen steigt ebenfalls die elektrische Spannung, die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens erforderlich ist, und bei einer ausreichenden Abkühlung erlischt der Lichtbogen. Dabei erfolgt aufgrund der thermischen Leitfähigkeit der Löschstreifen ein effizienter Abtransport der Wärme von dem Bereich der Löschstreifen, in dem der Wärmeeintrag von dem Lichtbogen in den jeweiligen Löschstreifen erfolgt. Infolgedessen ist eine Kühlwirkung weiter verbessert, sodass auch bei einer verringerten Baugröße der Löschkammer ein sicheres Ablöschen des Lichtbogens erfolgt. Zudem ist aufgrund der separaten Löschstreifen auch bei einer unregelmäßigen Erwärmung dieser eine sich deswegen ausbildende mechanische Spannung auf die einzelnen Löschstreifen beschränkt. Daher bilden sich auch bei einer vergleichsweise gro-ßen Temperaturdifferenz zwischen den einzelnen Löschstreifen keine mechanische Spannung zwischen diesen aus, die zu einer Zerstörung führen könnte. Infolgedessen ist eine Stabilität und Betriebssicherheit erhöht.In addition, the arc is cooled by means of the quenching strips, namely the plasma required to form the arc. As a result, the electrical voltage required to maintain the arc also increases, and upon sufficient cooling, the arc is extinguished. Due to the thermal conductivity of the quenching strips, the heat is efficiently transported away from the area of the quenching strips in which the heat input from the arc into the respective quenching strips takes place. As a result, a cooling effect is further improved, so that the arc is reliably extinguished even with a reduced size of the arcing chamber. In addition, because of the separate erasing strips, even if the heating is irregular, any mechanical stress that develops as a result is limited to the individual erasing strips. Therefore, even with a comparatively large temperature difference between the individual erasing strips, no mechanical stress develops between them that could lead to destruction. As a result, stability and operational reliability are increased.
Vorzugsweise sind die Löschstreifen mittels zweier parallel zur Stapelrichtung sowie zueinander angeordneter Metallplatten umgeben, die zum Beispiel aus einem ferromagnetischen Metall erstellt sind. Mittels der Metallplatten erfolgt zumindest teilweise eine Formung des Magnetfelds, das mittels des abzulöschenden Lichtbogens erstellt wird, sodass ein beschleunigtes Treiben des Lichtbogens zwischen die Löschstreifen erfolgt.The erasing strips are preferably surrounded by two metal plates which are arranged parallel to the stacking direction and to one another and are made of a ferromagnetic metal, for example. The metal plates are used to at least partially shape the magnetic field that is created by the arc to be extinguished, so that the arc is driven accelerated between the extinguishing strips.
Beispielsweise sind die Löschstreifen jeweils rechteckförmig, was eine Fertigung vereinfacht. Besonders bevorzugt jedoch sind diese zumindest teilweise V-förmig und weisen somit eine Kerbe auf. Die Kerbe befindet sich dabei zweckmäßigerweise auf der Seite, die bei Betrieb zunächst in Kontakt mit dem Lichtbogen gelangt. Somit erfolgt ein Verbiegen oder eine sonstige Verformung des Lichtbogens im Wesentlichen erst, wenn sich der Lichtbogen bereits in der Kerbe befindet, und ein Bewegen des Lichtbogens von dem Löschstreifen weg ist mittels der Kerbe somit vermieden. Infolgedessen ist eine Funktionssicherheit weiter erhöht.For example, the erase strips are each rectangular, which simplifies manufacture. Particularly preferably, however, these are at least partially V-shaped and thus have a notch. The notch is expediently located on the side that first comes into contact with the arc during operation. Thus, a bending or other deformation of the arc essentially only occurs when the arc is already in the notch, and a movement of the arc away from the extinguishing strip is thus avoided by means of the notch. As a result, functional reliability is further increased.
In einer Ausführungsform sind die Löschstreifen in der Stapelrichtung zueinander beabstandet, sodass zwischen den einzelnen Löschstreifen jeweils ein Freiraum gebildet ist. Hierbei ist die Dicke des Freiraums, also die Ausdehnung in Stapelrichtung, vorzugsweise größer oder gleich der Dicke der Löschstreifen, des 1,5- oder Zweifachen der Löschstreifen. Auf diese Weise ist auch eine vergleichsweise umfangreiche Verformung des Lichtbogens möglich, sodass dieser eine vergleichsweise große Länge aufweist. Insbesondere wird hierbei der Lichtbogen zwischen jeweils benachbarten Löschstreifen u- oder v-förmig gebogen. Auf diese Weise ist auch ein Wärmeeintrag über eine vergleichsweise große Länge in die jeweiligen Löschstreifen ermöglicht, weswegen eine vergleichsweise effiziente Abkühlung erfolgt. Aufgrund der Beabstandung der Löschstreifen zueinander ist zudem das Gewicht der Löschkammer reduziert.In one embodiment, the erasing strips are spaced apart from one another in the stacking direction, so that a free space is formed between the individual erasing strips. In this case, the thickness of the free space, ie the extent in the stacking direction, is preferably greater than or equal to the thickness of the erasing strips, 1.5 times or twice the erasing strips. In this way, a comparatively extensive deformation of the arc is also possible, so that it has a comparatively great length. In particular, the arc is bent in a U- or V-shape between adjacent extinguishing strips. In this way, it is also possible to introduce heat into the respective erasing strips over a comparatively large length, which is why comparatively efficient cooling takes place. Due to the distance The weight of the arcing chamber is also reduced by connecting the extinguishing strips to each other.
Beispielsweise sind die Löschstreifen zueinander unterschiedlich oder besonders bevorzugt zueinander baugleich. Auf diese Weise können Gleichteile verwendet werden, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. Aufgrund der Beabstandung der Löschstreifen in der Stapelrichtung zueinander werden dabei vergleichsweise große Raumbereiche, bereitgestellt, in die der Lichtbogen geführt werden kann, sodass dessen Länge vergrößert wird.For example, the extinguishing strips are different from one another or particularly preferably identical in construction to one another. In this way, identical parts can be used, which is why manufacturing costs are reduced. Due to the spacing of the quenching strips from one another in the stacking direction, comparatively large spatial areas are provided into which the arc can be guided, so that its length is increased.
In einer Alternative hierzu liegen die Löschstreifen aneinander an und sind somit zu einem Stapel geschichtet. Beispielsweise sind hierbei die Löschstreifen aneinander befestigt, beispielsweise mittels Klebens, oder diese liegen lediglich lose aneinander an. Der Stapel selbst weist mehrere in der Stapelrichtung übereinanderliegende, voneinander abgetrennte Kammern auf, die somit zueinander in der Stapelrichtung beabstandet sind. Die Kammern sind derart ausgebildet, dass der Lichtbogen bei Betrieb in diese hineingeleitet wird, sodass ein Raumbereich zur Verlängerung des Lichtbogens bereitsteht. Dabei sind die einzelnen in den Kammern angeordneten Teilbereiche des Lichtbogens mit die jeweiligen Kanten der Kammern umgreifenden Abschnitten verbunden. Mit anderen Worten ist die Löschkammer derart ausgebildet, dass der Lichtbogen in die einzelnen Kammern gezwungen wird, sodass der Lichtbogen aufgeweitet und dessen Länge vergrö-ßert wird. Aufgrund des Stapels ist dabei eine Stabilität der Löschkammer vergrö-ßert sowie ein Bauraum verringert.In an alternative to this, the erasing strips abut one another and are thus layered to form a stack. For example, in this case the erasing strips are attached to one another, for example by means of gluing, or they are only loosely in contact with one another. The stack itself has a plurality of chambers lying one above the other and separated from one another in the stacking direction, which are thus spaced apart from one another in the stacking direction. The chambers are designed in such a way that the arc is directed into them during operation, so that a spatial area is available for the arc to be extended. In this case, the individual partial areas of the arc arranged in the chambers are connected to sections encompassing the respective edges of the chambers. In other words, the arcing chamber is designed in such a way that the arc is forced into the individual chambers, so that the arc is widened and its length is increased. Because of the stack, stability of the arcing chamber is increased and installation space is reduced.
Insbesondere sind die Kammern auf der Seite des Stapels geöffnet, auf der sich der Lichtbogen bei dessen Bildung befindet, und auf die der Lichtbogen somit trifft. Mit anderen Worten sind die Kammern auf der dem Entstehungsort des Lichtbogens oder zumindest der Auftreffrichtung des Lichtbogens zugewandten Seite des Stapels geöffnet.In particular, the chambers are open on the side of the stack on which the arc is when it is formed and on which the arc thus strikes. In other words, the chambers are open on the side of the stack facing the point at which the arc originates or at least the direction in which the arc impinges.
Aufgrund des Übereinanderstapelns der Löschstreifen weist der Stapel vorzugsweise mehrere senkrecht zur Stapelrichtung angeordnete und übereinander gestapelte Lagen auf. Beispielsweise ist hierbei jede der Lagen mittels jeweils eines Löschstreifens gebildet. Dabei sind die Kammern zum Beispiel sacklochartig ausgestaltet und weisen somit ein geschlossenes Ende auf, das insbesondere das dem Entstehungsort des Lichtbogens abgewandte Ende des Stapels ist. Beispielsweise sind hierbei die Löschstreifen zueinander baugleich. Zum Beispiel sind die die jeweilige Kammer bildende Aussparungen jedes Löschstreifen seitlich versetzt. Dabei sind insbesondere übereinanderliegende Löschstreifen, oder zumindest einige hiervon, zueinander gedreht, sodass die zueinander getrennten Kammern gebildet sind. Alternativ hierzu sind zumindest einige der Löschstreifen unterschiedlich, sodass die einzelnen zueinander beabstandeten Kammern gebildet sind.Because the erasing strips are stacked on top of one another, the stack preferably has a plurality of layers arranged perpendicular to the stacking direction and stacked on top of one another. For example, each of the layers is formed by means of an erasing strip. The chambers are designed, for example, like blind holes and thus have a closed end, which is in particular the end of the stack facing away from the point of origin of the arc. For example, in this case the erase strips are structurally identical to one another. For example, the recesses of each extinguishing strip that form the respective chamber are laterally offset. In this case, in particular, superimposed erasing strips, or at least some of them, are rotated relative to one another, so that the chambers that are separate from one another are formed. As an alternative to this, at least some of the erasing strips are different, so that the individual chambers spaced apart from one another are formed.
In einer Alternative weist jede Lage zweckmäßigerweise jeweils zwei der Löschstreifen auf. Dabei umfasst jede Lage zum Beispiel noch weitere Löschstreifen oder besonders bevorzugt lediglich die zwei Löschstreifen. Die beiden Löschstreifen der jeweiligen Lage sind zweckmäßigerweise zueinander beabstandet, sodass zwischen diesen die jeweilige Kammer zumindest teilweise gebildet ist. Alternativ hierzu liegen die beiden Löschstreifen jeder Lage zumindest abschnittsweise aneinander an, und die jeweilige Kammer ist auch hier sacklochartig ausgestaltet.In an alternative, each layer expediently has two of the erasing strips. In this case, each layer comprises, for example, further erasing strips or particularly preferably only the two erasing strips. The two erasing strips of the respective layer are expediently spaced apart from one another, so that the respective chamber is at least partially formed between them. As an alternative to this, the two erasing strips of each layer rest against one another at least in sections, and the respective chamber is also designed here like a blind hole.
Geeigneterweise sind die Lagen auf mehrere Gruppen aufgeteilt, wobei die Lagen der jeweils gleichen Gruppe aneinander anliegen und zueinander baugleich sind. Infolgedessen ist eine Ausdehnung der Kammern in Stapelrichtung vergrößert. Folglich steht ein vergleichsweise großer Raumbereich zur Ausbildung des Lichtbogens bereit, sodass dieser auch tatsächlich u-/v-förmig verbogen wird. Beispielsweise sind jeder der Gruppen zwischen zwei und fünf derartige Lagen zugeordnet, wobei der Stapel zum Beispiel zwischen zwei und fünf derartige Gruppen aufweist.The layers are suitably divided into several groups, with the layers of the same group lying against one another and being structurally identical to one another. As a result, an expansion of the chambers in the stacking direction is increased. Consequently, a comparatively large spatial area is available for the formation of the arc, so that it is actually bent in a U/V shape. For example, between two and five such layers are associated with each of the groups, with the stack having, for example, between two and five such groups.
Beispielsweise sind die Löschstreifen jeder Lage zueinander baugleich oder besonders bevorzugt unterschiedlich zueinander. Infolgedessen sind die Lagen insbesondere unsymmetrisch, und die sich auf diese Weise ergebenden Kammern sind zumindest teilweise seitlich versetzt. Bevorzugt sind hierbei jeder der Lagen jeweils die gleichen Löschstreifen zugeordnet, sodass lediglich zwei unterschiedliche Arten von Löschstreifen vorhanden sind. Bei unterschiedlicher Anordnung der Löschstreifen der jeweiligen Lage ist es somit möglich, die voneinander abgetrennten Kammern zu bilden. Insbesondere sind hierbei die Lagen ebenfalls auf Gruppen aufgeteilt, wobei sich die Lagen der jeweils gleichen Gruppe nicht unterscheiden, und wobei die Lagen jeder Gruppe direkt übereinander gestapelt sind. Somit sind insbesondere jeweils übernächste Gruppen in der Stapelrichtung zueinander gleichartig aufgebaut. Aufgrund der gleichen Löschstreifen ist die Anzahl an Gleichteilen erhöht, weswegen Herstellungskosten reduziert sind.For example, the erasing strips of each layer are structurally identical to one another or particularly preferably different from one another. As a result, the layers are particularly asymmetrical and the resulting chambers are at least partially offset laterally. The same erasing strips are preferably assigned to each of the layers, so that only two different types of erasing strips are present. With a different arrangement of the extinguishing strips of the respective layer, it is thus possible to form the chambers that are separated from one another. In particular, the layers are also divided into groups, with the layers of the same group not differing, and with the layers of each group being stacked directly on top of one another. Thus, in particular, the next-but-one groups in the stacking direction are constructed identically to one another. Due to the same deletion strips, the number of identical parts is increased, which is why manufacturing costs are reduced.
Besonders bevorzugt weist die Löschkammer noch zusätzlich zwei Gruppen oder zumindest zwei Lagen auf, die den Abschluss des Stapels in der Stapelrichtung an gegenüberliegenden Enden bilden. Diese umfassen jeweils einen Löschstreifen mit einer abweichenden Form, wobei die Löschstreifen beispielsweise rechteckförmig ausgestaltet sind. Infolgedessen wird der Lichtbogen endseitig nochmals verformt, wobei auch bei einem vergleichsweise tiefen Einführen des Lichtbogens in den Stapel die Position der Endpunkte des Lichtbogens konstant ist. Auch ist auf diese Weise eine Montage des Stapels an weiteren Bestandteilen einfach.Particularly preferably, the arcing chamber additionally has two groups or at least two layers, which form the end of the stack in the stacking direction at opposite ends. These each include an erasing strip with a different shape, the erasing strips being configured, for example, rectangular. As a result, the arc is deformed again at the end, with the position of the end points of the arc being constant even if the arc is introduced comparatively deep into the stack. This also makes it easy to assemble the stack on other components.
Beispielsweise sind die Löschstreifen aneinander befestigt, oder durch diese ragt zum Beispiel eine Stange, an der die Löschstreifen befestigt sind. Insbesondere ist hierbei die Stange in jeweils ein Loch der Löschstreifen eingepresst, und/oder ein Presspaket ist mittels der Stange und der Löschstreifen realisiert. Besonders bevorzugt jedoch umfasst die Löschkammer einen Halter, mittels dessen die Löschstreifen jeweils randseitig gehalten sind. Insbesondere ist hierbei der Halter aus einer Keramik gefertigt, sodass dieser ebenfalls abbrandsicher ist. Alternativ ist der Halter aus einem sonstigen Material erstellt, das zweckmäßigerweise elektrisch nicht leitfähig ist. Vorzugsweise ist der Keramik aus einem Polyamid gefertigt, wie PA 12 oder PA 6,6. Zweckmäßigerweise umfasst die Löschkammer zwei derartige Halter, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Löschstreifen befinden, sodass zwischen diesen die Löschstreifen gehalten sind. Aufgrund der beiden Halter ist eine Stabilität erhöht. Insbesondere sind die beiden Halter baugleich oder spiegelbildlich zueinander aufgebaut. Geeigneterweise ist der Halter bzw. sind die Halter parallel zu der Richtung angeordnet, in die der Lichtbogen zum Ablöschen bezüglich der Löschstreifen bewegt wird. Somit wird das Ablöschen des Lichtbogens mittels der Halter nicht behindert.For example, the erasing strips are fastened to one another, or a rod to which the erasing strips are fastened protrudes through them, for example. In this case, in particular, the rod is pressed into a hole in each of the erasing strips and/or a press package is implemented using the rod and the erasing strips. Particularly preferably, however, the arcing chamber includes a holder by means of which the arcing strips are each held at the edges. In this case, in particular, the holder is made of a ceramic, so that it is also burn-proof. Alternatively, the holder is made of some other material that is expediently electrically non-conductive. The ceramic is preferably made of a polyamide, such as
Zum Beispiel sind die Löschstreifen zueinander beabstandet, und der Halter weist mehrere Nuten auf, wobei jeder der Löschstreifen in jeweils eine zugeordnete der Nuten eingeschoben ist. Somit ist eine Konstruktion und Montage vereinfacht. Geeigneterweise weist der oder die Halter mehrere derartige Nuten auf, wobei beispielsweise in jeder Nut jeweils einer der Löschstreifen randseitig einliegt. Alternativ hierzu sind einige der Nuten frei von der Löschstreifen. Aufgrund der Überzahl an Nuten ist es somit möglich, die Anzahl und Position der Löschstreifen auf den jeweiligen Anwendungsfall hin auszuwählen, sodass die Löschkammer für eine Vielzahl an unterschiedlichen Anwendungsfällen konfiguriert werden kann. Dabei ist ein Umgestalten nicht erforderlich, sondern es ist lediglich die Anzahl und die Position der Löschstreifen entsprechend zu wählen. Somit sind Herstellungskosten reduziert.For example, the eraser strips are spaced from one another and the holder has a plurality of grooves, with each of the eraser strips being inserted into an associated one of the grooves. Thus, construction and assembly is simplified. The holder or holders suitably has a plurality of such grooves, with one of the erasing strips lying in each groove at the edge, for example. Alternatively, some of the grooves are free of the eraser strip. Due to the majority of grooves, it is therefore possible to select the number and position of the extinguishing strips for the respective application, so that the arcing chamber can be configured for a large number of different applications. A redesign is not necessary, it is only necessary to select the number and position of the erasing strips accordingly. Thus, manufacturing costs are reduced.
Alternativ hierzu sind beispielsweise die Löschstreifen zu dem Stapel zusammengefügt, und der Stapel wird mittels des Halters umgegriffen, sodass die Löschstreifen zueinander mittels des Halters stabilisiert sind. Somit ist eine Anzahl an benötigten Teilen sowie Herstellungsschritten verringert.As an alternative to this, the erasing strips are joined together to form the stack, and the stack is gripped by the holder, so that the erasing strips are stabilized relative to one another by the holder. Thus, a number of required parts and manufacturing steps are reduced.
Zum Beispiel ist mittels des Halters zudem das etwaige Treibelement gehalten, insbesondere ein Permanentmagnet, sodass eine Wechselwirkung zwischen dem Treibelement und dem Lichtbogen verbessert, wenn dieser sich zwischen den Löschstreifen befindet.For example, any driving element is also held by the holder, in particular a permanent magnet, so that an interaction between the driving element and the arc is improved when this is located between the extinguishing strips.
Der mechanische Schalter, der im Weiteren insbesondere auch lediglich als Schalter bezeichnet ist, weist einen Festkontakt und einen Bewegkontakt auf, der beispielsweise an einer bezüglich des Festkontakts beweglich gelagerten Kontaktbrücke angebunden ist. Zumindest ist der Bewegkontakt beweglich zum Festkontakt gelagert, nämlich mittels der Kontaktbrücke. Beispielsweise ist der Bewegkontakt an der Kontaktbrücke festgeschweißt und zum Beispiel einstückig mit dieser. Alternativ hierzu ist der Bewegkontakt aus einem von der Kontaktbrücke abweichenden Material gefertigt. Beispielsweise ist der Festkontakt festgehalten und dessen Position somit starr. Alternativ hierzu ist auch die Position des Festkontakts variabel, und dieser ist zum Beispiel mittels einer weiteren Brücke oder sonstiger mechanischen Gegebenheiten beweglich gelagert. Hierbei ist es insbesondere möglich, den Bewegkontakt in mechanisch direkten Kontakt mit dem Festkontakt zu verbringen, sodass diese mechanisch direkt aneinander anliegen. Folglich sind der Festkontakt und der Bewegkontakt elektrisch miteinander kontaktiert, und der mechanische Schalter befindet sich im elektrisch leitenden Zustand. Bei einem Beabstanden des Bewegkontakt von dem Festkontakt sind diese nicht mehr elektrisch direkt miteinander kontaktiert, und der elektrische Schalter befindet sich in dem elektrisch nicht leitenden Zustand.The mechanical switch, which in particular is also simply referred to below as a switch, has a fixed contact and a moving contact, which is connected, for example, to a contact bridge that is movably mounted with respect to the fixed contact. At least the moving contact is movably mounted to the fixed contact, namely by means of the contact bridge. For example, the moving contact is welded to the contact bridge and, for example, is in one piece with it. As an alternative to this, the moving contact is made from a material that differs from the contact bridge. For example, the fixed contact is fixed and its position is therefore rigid. As an alternative to this, the position of the fixed contact is also variable, and this is movably mounted, for example, by means of a further bridge or other mechanical conditions. In this case, it is in particular possible to bring the moving contact into direct mechanical contact with the fixed contact, so that they are mechanically in direct contact with one another. Consequently, the fixed contact and the moving contact are electrically connected to each other, and the mechanical switch is in the electrically conductive state. When the moving contact is spaced apart from the fixed contact, they are no longer in direct electrical contact with one another, and the electrical switch is in the electrically non-conductive state.
Vorzugsweise umfasst der mechanische Schalter ein Gehäuse, das zum Beispiel aus einem Kunststoff gefertigt ist, und innerhalb dessen sowohl der Festkontakt als auch der Bewegkontakt angeordnet ist. Hierbei ist die Kontaktbrücke zweckmäßigerweise mittels eines Scharniers oder sonstigen Lagers an dem Gehäuse gelagert, beispielsweise eines Gleitlagers. In einer Weiterbildung ist mittels des Gehäuses selbst eine Führung gebildet, mittels derer die Kontaktbrücke gelagert ist. Der Festkontakt ist besonders bevorzugt starr an dem Gehäuse oder zumindest unbeweglich bezüglich des Gehäuses angeordnet, weswegen eine Konstruktion vereinfacht ist. Zum Beispiel ist die Kontaktbrücke mechanisch direkt mit einer starren (etwaigen) Stromschiene des Hauptstrompfads verbunden und somit insbesondere mit einem der etwaigen Anschlüsse. Zur beweglichen Lagerung ist die Kontaktbrücke dabei zweckmäßigerweise schwenkbar gelagert.The mechanical switch preferably includes a housing which is made of a plastic, for example, and within which both the fixed contact and the moving contact are arranged. In this case, the contact bridge is expediently mounted on the housing by means of a hinge or other bearing, for example a sliding bearing. In a development, a guide is formed by means of the housing itself, by means of which the contact bridge is mounted. The fixed contact is particularly preferably arranged rigidly on the housing or at least immovably with respect to the housing, which is why a construction is simplified. For example, the contact bridge is mechanically connected directly to a rigid (possible) busbar of the main current path and thus in particular to one of the possible connections. For the purpose of movable mounting, the contact bridge is expediently mounted in a pivotable manner.
Der mechanische Schalter weist eine Löschkammer mit mehreren flächigen Löschstreifen auf, die parallel zueinander angeordnet und in einer Stapelrichtung übereinandergestapelt sind. Die Löschstreifen sind aus einer Keramik, wie Al2O3 erstellt. Bei einem Überführen des mechanischen Schalters von dem (elektrisch) leitenden in den nichtleitenden Zustand ist es möglich, dass zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt aufgrund einer vergleichsweise hohen elektrischen Spannung ein Plasma gebildet wird und somit ein Lichtbogen entsteht, über den ein elektrischer Strom fließt. Infolgedessen besteht ein Stromfluss durch den mechanischen Schalter auch bei geöffneten Kontakten fort, also wenn der Bewegkontakt von dem Festkontakt mechanisch beabstandet ist. Der Lichtbogen wird geeigneterweise aufgrund eines Magnetfelds, das beispielsweise von dem Lichtbogen selbst erzeugt wird, in die Löschkammer getrieben. Zweckmäßigerweise ist der mechanische Schalter entsprechend ausgestaltet. Beispielsweise sind hierfür der Bewegkontakt und der Festkontakt entsprechend angeordnet. Alternativ oder in Kombination ist zum Beispiel zusätzlich ein Treibelement, wie ein Permanentmagnet und/oder eine elektrische Spule oder Drossel vorhanden, die auch als Blasfeldspule bezeichnet wird. Zum Beispiel wird die Spule/Drossel mittels des von dem mechanischen Schalter geführten elektrischen Stroms, insbesondere über den Lichtbogen, gespeist. Zusammenfassend sind die Löschkammer, das etwaige Treibelement und die beiden Kontakte geeigneterweise derart angeordnet, dass ein bei einer Öffnung (Beabstandung) der beiden Kontakte entstehender Lichtbogen mittels des Treibelements in die Löschkammer, vorzugsweise zwischen die Löschstreifen, getrieben wird.The mechanical switch has an arcing chamber with a plurality of flat arcing strips which are arranged parallel to one another and stacked one on top of the other in a stacking direction. the delete strips are made of a ceramic such as Al2O3. When the mechanical switch is switched from the (electrically) conductive to the non-conductive state, it is possible for a plasma to be formed between the fixed contact and the moving contact due to a comparatively high electrical voltage, and thus an arc to form through which an electrical current flows. As a result, there is a current flow through the mechanical switch even when the contacts are open, ie when the moving contact is mechanically spaced from the fixed contact. The arc is suitably driven into the quenching chamber due to a magnetic field generated, for example, by the arc itself. The mechanical switch is expediently designed accordingly. For example, the moving contact and the fixed contact are arranged accordingly for this purpose. Alternatively or in combination, a drive element such as a permanent magnet and/or an electrical coil or choke is also present, for example, which is also referred to as a blow-out field coil. For example, the coil/choke is powered by the electrical current carried by the mechanical switch, particularly via the arc. In summary, the arcing chamber, any driving element and the two contacts are suitably arranged such that an arc occurring when the two contacts are opened (spacing) is driven by the driving element into the arcing chamber, preferably between the extinguishing strips.
Wenn der Lichtbogen in die Löschkammer eintritt, ist aufgrund der elektrischen Isolationswirkung der aus der Keramik erstellten Löschstreifen ein Ausbreiten in den Löschstreifen selbst nicht möglich. Infolgedessen erfolgt mittels der Löschstreifen eine Verformung des Lichtbogens, der somit in die Länge gezogen wird. Infolgedessen steigt die elektrische Spannung, die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens erforderlich ist.When the arc enters the arcing chamber, it cannot spread into the extinguishing strips themselves due to the electrical insulating effect of the extinguishing strips made of ceramic. As a result, the arc is deformed by means of the quenching strips and is thus stretched. As a result, the electrical voltage required to sustain the arc increases.
Ferner findet zwischen dem Plasma und den Löschstreifen ein Wärmeaustausch statt. Das Kühlen des Plasmas und der damit einhergehende Energieentzug sorgen für eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke des Lichtbogens. Da die Löschstreifen aus einem thermisch leitfähigen Material erstellt sind, erfolgt nicht lediglich eine lokale Erwärmung der einzelnen Löschstreifen, sondern jeweils eine vergleichsweise großvolumige, weswegen ein vergleichsweise hoher Energieentzug erfolgt. Da die Löschstreifen der Löschkammer untereinander jedoch separat sind, und jeweils eine begrenzte Dicke, also deren Ausdehnung in Stapelrichtung, aufweisen, wie beispielsweise maximal 2 mm, 1,5 mm oder 1 mm, sind die aufgrund einer ungleichmäßigen Erwärmung auftretenden mechanischen Spannungen begrenzt. Folglich ist auch bei einem unterschiedlichen Energieeintrag von dem Lichtbogen auf die einzelnen Löschstreifen ein Ausbilden einer übermäßigen mechanische Spannung in der Löschkammer vermieden, die anderweitig zu einer Zerstörung führen könnte.Heat exchange also takes place between the plasma and the erase strips. The cooling of the plasma and the associated energy withdrawal ensure an increase in the electrical field strength of the arc. Since the extinguishing strips are made of a thermally conductive material, the individual extinguishing strips are not only heated locally, but rather in a comparatively large volume, which is why a comparatively high energy extraction takes place. However, since the extinguishing strips of the arcing chamber are separate from one another and each have a limited thickness, i.e. their extent in the stacking direction, such as a maximum of 2 mm, 1.5 mm or 1 mm, the mechanical stresses that occur due to uneven heating are limited. Consequently, even if the energy input from the arc to the individual extinguishing strips differs, excessive mechanical stress is prevented from developing in the arcing chamber, which could otherwise lead to destruction.
Die Erhöhung der elektrischen Feldstärke führt zu einem starken und schnellen Anstieg der Lichtbogenspannung. Sobald die Lichtbogenspannung den Wert der an dem mechanischen Schalter anliegenden elektrischen Spannung erreicht oder diesen übersteigt, führt dies zu einer Begrenzung und Reduzierung des Stromflusses bis hin zu seiner Unterbrechung. Zusammenfassend wird der Lichtbogen aufgrund der erhöhten Lichtbogenspannung gelöscht und folglich der mechanische Schalter (tatsächlich) in den nichtleitenden Zustand versetzt.The increase in electric field strength leads to a sharp and rapid increase in arc voltage. As soon as the arc voltage reaches or exceeds the value of the electrical voltage applied to the mechanical switch, this leads to a limitation and reduction of the current flow up to and including its interruption. In summary, due to the increased arc voltage, the arc is quenched and consequently the mechanical switch is (actually) placed in the non-conductive state.
Vorzugsweise ist der mechanische Schalter ein Bestandteil eines Schutzschalters, und die Erfindung betrifft insbesondere auch einen derartigen Schutzschalter. Der Schutzschalter dient insbesondere der Absicherung, also dem Schutz, einer elektrischen Leitung und/oder einer Komponente, wie eines Geräts. Mit anderen Worten handelt sich bei dem Schutzschalter somit um einen Leitungsschutzschalter bzw. einen Geräteschutzschalter. Geeigneterweise ist hierbei das Gehäuse des Schalters mittels des Gehäuses des Schutzschalters gebildet. Der Schutzschalter weist zweckmäßigerweise eine Ansteuereinheit auf, mittels derer der mechanische Schalter in Abhängigkeit von bestimmten Gegebenheiten angesteuert ist, beispielsweise bei einem Überstrom oder einer Überspannung. Die Ansteuereinheit ist beispielsweise mittels eines Antriebs und/oder einer Steuereinheit gebildet. Die Steuereinheit umfasst beispielsweise einen Sensor, wobei in Abhängigkeit des mittels des Sensors erfassten Werts der Antrieb betätigt und infolgedessen der mechanische Schalter geöffnet wird.Preferably, the mechanical switch is part of a circuit breaker, and the invention also relates in particular to such a circuit breaker. The circuit breaker is used in particular to safeguard, ie protect, an electrical line and/or a component such as a device. In other words, the circuit breaker is a line circuit breaker or a device circuit breaker. In this case, the housing of the switch is suitably formed by means of the housing of the circuit breaker. The circuit breaker expediently has a control unit, by means of which the mechanical switch is controlled as a function of certain circumstances, for example in the event of an overcurrent or an overvoltage. The control unit is formed, for example, by means of a drive and/or a control unit. The control unit includes a sensor, for example, the drive being actuated as a function of the value detected by the sensor, and as a result the mechanical switch being opened.
Der Schutzschalter ist vorzugsweise zur Gleichstromunterbrechung ausgestaltet und zum Beispiel lediglich unidirektional oder besonders bevorzugt bidirektional. Besonders bevorzugt ist eine maximal mittels des Schutzschalters schaltbare elektrische Spannung größer als 100 V, 200 V oder 500 V. Zum Beispiel ist die maximal mittels des Schutzschalters schaltbare elektrische Spannung kleiner als 3500 V oder 3000 V. Hierfür ist der Schutzschalter jeweils geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet.The circuit breaker is preferably designed for direct current interruption and is, for example, only unidirectional or particularly preferably bidirectional. A maximum electrical voltage that can be switched by means of the circuit breaker is particularly preferably greater than 100 V, 200 V or 500 V. For example, the maximum electrical voltage that can be switched by means of the circuit breaker is less than 3500 V or 3000 V. The circuit breaker is suitable for this, in particular intended and furnished.
Besonders bevorzugt wird der Schutzschalter in einem Kraftfahrzeug verwendet, insbesondere in einem Bordnetz, mittels dessen ein elektrischer Gleichstrom geführt ist. Besonders bevorzugt ist der Schutzschalter ein Bestandteil eines Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs und dient insbesondere der Absicherung einer Hochvoltbatterie und/oder eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs, mittels dessen zum Beispiel ein Antrieb erfolgt. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Schiff, Boot oder Luftfahrzeug. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug landgebunden und zum Beispiel schienengeführt. Das Kraftfahrzeug ist in diesem Fall beispielsweise ein Triebwagen, eine Lokomotive, ein Zug oder eine Straßenbahn. Alternativ ist das Kraftfahrzeug unabhängig von Schienen oder dergleichen bewegbar. Zweckmäßigerweise ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw) oder besonders bevorzugt ein Nutzkraftwagen, wie zum Beispiel ein Bus oder ein Lastkraftwagen (Lkw). Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines derartigen Schutzschalters zur Absicherung eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs und ein sprechendes Kraftfahrzeug.The circuit breaker is particularly preferably used in a motor vehicle, in particular in an on-board network, by means of which an electrical direct current is conducted. The circuit breaker is particularly preferably a component of a high-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle and is used in particular to protect a high-voltage battery and/or a Electric motor of a motor vehicle, by means of which a drive takes place, for example. The motor vehicle is, for example, a ship, boat or aircraft. However, the motor vehicle is particularly preferably land-based and, for example, rail-guided. In this case, the motor vehicle is, for example, a railcar, a locomotive, a train or a tram. Alternatively, the motor vehicle can be moved independently of rails or the like. The motor vehicle is expediently a passenger car (car) or particularly preferably a commercial vehicle, such as a bus or a truck (truck). Furthermore, the invention also relates to the use of such a circuit breaker for protecting a high-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle and a speaking motor vehicle.
Das Verfahren dient der Herstellung einer Löschkammer eines mechanischen Schalters, wobei die Löschkammer mehrere flächige Löschstreifen aufweist, die parallel zueinander angeordnet und in einer Stapelrichtung übereinandergestapelten sind. Die Löschstreifen sind dabei aus einer Keramik erstellt.The method is used to produce an arcing chamber of a mechanical switch, the arcing chamber having a plurality of flat arcing strips which are arranged parallel to one another and stacked one on top of the other in a stacking direction. The erasing strips are made of ceramic.
Das Verfahren sieht vor, dass zunächst eine Keramikplatte bereitgestellt ist. Die Keramikplatte ist hierbei starr und insbesondere bereits gebrannt. Somit ist die Keramikplatte vergleichsweise stabil ausgestaltet. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird die Keramikplatte zur Herstellung zumindest einiger der Löschstreifen aufgetrennt, sodass aus der Keramikplatte zumindest zwei oder mehr der Löschstreifen erstellt werden. Besonders bevorzugt wird eine Vielzahl derartiger Löschstreifen aus jeweils einer entsprechenden Keramikplatte erstellt, beispielsweise mindestens 5, 10 oder 20 derartige Löschstreifen. Falls die Löschkammer mehr Löschstreifen aufweist, als aus einer Keramikplatte erstellt werden können, wird zweckmäßigerweise eine weitere oder mehrere weitere Keramikplatten herangezogen, die ebenfalls zur Herstellung der Löschstreifen aufgetrennt werden. Nachfolgend werden die Löschstreifen parallel zueinander angeordnet und in der Stapelrichtung übereinander gestapelt. Mit anderen Worten werden die Löschstreifen zusammengesetzt, und insbesondere zueinander stabilisiert, vorzugsweise mittels des etwaigen Halters.The method provides that a ceramic plate is initially provided. In this case, the ceramic plate is rigid and, in particular, already fired. The ceramic plate is thus designed to be comparatively stable. In a subsequent work step, the ceramic plate is separated to produce at least some of the erasing strips, so that at least two or more erasing strips are produced from the ceramic plate. Particularly preferably, a large number of such erasing strips are each produced from a corresponding ceramic plate, for example at least 5, 10 or 20 such erasing strips. If the quenching chamber has more quenching strips than can be created from one ceramic plate, one or more further ceramic plates are expediently used, which are also separated to produce the quenching strips. Subsequently, the erasing strips are arranged parallel to each other and stacked one on top of the other in the stacking direction. In other words, the erasing strips are put together and, in particular, stabilized relative to one another, preferably by means of any holder.
Bei dem Verfahren werden die Löschstreifen somit erst nach dem Beenden aus der Keramikplatte herausgelöst, sodass kein Grünling für die einzelnen Löschstreifen erforderlich ist. Auf diese Weise ist ein Brennprozess vereinfacht. Auch ist bei der Größenbestimmung der Löschstreifen eine Schrumpfung, die aufgrund des Brennprozesses auftritt, nicht zu berücksichtigen. Mit anderen Worten erfolgt keine Veränderung der Größe der Löschstreifen. Infolgedessen können Fertigungstoleranzen vergleichsweise gering gewählt werden.In the process, the erasing strips are only detached from the ceramic plate after the end, so that no green body is required for the individual erasing strips. In this way, a burning process is simplified. Also, when determining the size of the erasing strips, shrinkage that occurs due to the firing process does not have to be taken into account. In other words, there is no change in the size of the erase strips. As a result, manufacturing tolerances can be selected to be comparatively small.
Vorzugsweise wird als Material der Keramikplatte ein Aluminiumoxid Keramik herangezogen. Somit ist es möglich, als Keramikplatte eine Platte zu verwenden, die zum Beispiel auch bei der Herstellung von Leiterplatten als Träger oder bei der Herstellung von Halbleitern Verwendung finden kann. Mit anderen Worten stehen bereits derartige Keramikplatten zur Verfügung, die somit lediglich anderweitig verwendet werden. Folglich ist das Herstellen der Löschkammer mit bereits vorhandenen Bauteilen möglich, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. Insbesondere betrifft somit auch die Erfindung die Verwendung einer Keramikplatte aus der Leiterplatten- oder Halbleiterherstellung zur Herstellung einer Löschkammer.An aluminum oxide ceramic is preferably used as the material of the ceramic plate. It is thus possible to use a plate as the ceramic plate which can also be used, for example, as a carrier in the manufacture of printed circuit boards or in the manufacture of semiconductors. In other words, such ceramic plates are already available, which are therefore only used for other purposes. Consequently, it is possible to manufacture the arcing chamber with components that are already present, which is why manufacturing costs are reduced. In particular, the invention therefore also relates to the use of a ceramic plate from the production of printed circuit boards or semiconductors for the production of an arcing chamber.
Beispielsweise wird die Keramikplatte zur Herstellung der Löschstreifen aufgeschnitten. Mit anderen Worten werden die Löschstreifen aus der Keramikplatte geschnitten. Zum Beispiel erfolgt dies mittels einer Säge. Besonders bevorzugt jedoch wird die Keramikplatte lediglich zunächst eingeritzt, sodass die Keramikplatte im Bereich des Ritzes strukturell geschwächt ist. Die Kontur des Ritzes entspricht hierbei der Kontur der herzustellenden Löschstreifen. Nachfolgend wird die Keramikplatte an dem Ritz/ den Ritzen gebrochen, sodass die Löschstreifen gebildet sind.For example, the ceramic plate is cut open to produce the erasing strips. In other words, the erasing strips are cut out of the ceramic plate. For example, this is done using a saw. Particularly preferably, however, the ceramic plate is only initially scored, so that the ceramic plate is structurally weakened in the area of the scratch. The contour of the scratch corresponds to the contour of the erasing strip to be produced. The ceramic plate is then broken at the scribe(s) so that the erasing strips are formed.
Das Einritzen und/oder Schneiden der Keramikplatte erfolgt vorzugsweise mittels eines Lasers oder zum Beispiel mittels eines Wasserstrahls. Infolgedessen ist ein Ausbilden von Spänen oder dergleichen und auch ein Verschleiß verringert. Folglich ist ein kostengünstiges Herstellen der Löschkammer ermöglicht. Auch ist auf diese Weise das Herstellen von vergleichsweise kleinen Löschstreifen ermöglicht, sodass eine Größe der Löschkammer verringert ist.The ceramic plate is preferably scored and/or cut by means of a laser or, for example, by means of a water jet. As a result, formation of chips or the like and wear are reduced. Consequently, it is possible to produce the arcing chamber in a cost-effective manner. This also makes it possible to produce comparatively small extinguishing strips, so that the size of the arcing chamber is reduced.
Die im Hinblick auf die Löschkammer erläuterten Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf den mechanischen Schalter / den Schutzschalter / das Verfahren sowie untereinander zu übertragen und umgekehrt.The developments and advantages explained with regard to the arcing chamber can also be transferred to the mechanical switch/the circuit breaker/the method as well as to each other and vice versa.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch vereinfacht einen Schaltkreis mit einem Schutzschalter, der einen mechanischen Schalter mit einer Löschkammer umfasst, -
2 den mechanischen Schalter in einer Schnittdarstellung, der eine mehrere Löschstreifen aufweisende Löschkammer umfasst, -
3 perspektivisch die in zwei Haltern gehaltenen Löschstreifen, -
4 in einer Draufsicht einen der Löschstreifen, -
5 ein Verfahren zur Herstellung der Löschkammer, -
6 in einer Draufsicht eine Keramikplatte, -
7 perspektivisch eine alternative Ausführungsform der Löschkammer, -
8 in einer Draufsicht eine Lage eines Stapels, die zwei Löschstreifen aufweist, -
9 perspektivisch die Löschkammer gemäß7 , wobei einer der Halter weggelassen ist, -
10 ,11 aus unterschiedlichen Perspektiven jeweils einen der Halter der Löschkammer gemäß7 , und -
12 ,13 perspektivisch eine jeweils alternative Ausführungsform des Stapels.
-
1 schematically simplified circuit with a circuit breaker comprising a mechanical switch with an arcing chamber, -
2 the mechanical switch in a sectional view, which comprises an arcing chamber having several arcing strips, -
3 in perspective the extinguishing strips held in two holders, -
4 in a plan view one of the extinguishing strips, -
5 a method for manufacturing the arcing chamber, -
6 in a plan view a ceramic plate, -
7 in perspective an alternative embodiment of the arcing chamber, -
8th in a top view, a layer of a stack that has two erasing strips, -
9 in perspective the quenching chamber according to7 , with one of the holders omitted, -
10 ,11 according to one of the holders of the arcing chamber from different perspectives7 , and -
12 ,13 in perspective an alternative embodiment of the stack.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
In
Die Ansteuereinheit 12 umfasst einen Magnetfeldsensor, einen Stromsensor und/oder einen Spannungssensor. Anhand der gemessenen Werte wird mittels eines Mikrocontrollers der Ansteuereinheit 12 überprüft, ob ein Fehlerfall vorliegt, wie ein Überstrom. In diesem Fall wird ein Antrieb der Ansteuereinheit 12 betrieben, mittels dessen ein mechanischer Schalter 14 zur Unterbrechung des Stromflusses geschalten wird. Hierbei wird ein Bewegkontakt 16 von einem Festkontakt 18 des mechanischen Schalters 14 beabstandet, sodass diese nicht mehr mechanisch aneinander anliegen. Hierbei ist es möglich, dass sich ein Lichtbogen 20 ausbildet, sodass auch weiterhin ein Stromfluss über den Schutzschalter 8 erfolgt. Zum Ablöschen des Lichtbogens 20 weist der mechanischen Schalter 14 eine Löschkammer 22 mit mehreren Löschstreifen 24 auf. Zum Schutz des Schutzschalters 8 vor mechanischen Einflüssen und zum Schutz der den Schutzschalter 8 umgebenden Gegenständen sind die Löschkammer 22 und die sonstigen Bestandteile des mechanischen Schalters 14 sowie die Ansteuereinheit 12 innerhalb eines Gehäuses 26 angeordnet, das aus einem Kunststoff erstellt ist.The
In
An einer parallel zur ersten Stromschiene 30 sowie in der Stapelrichtung 28 darüber angeordneten Kontaktbrücke 32 ist der Bewegkontakt 16 befestigt. Hierbei ist die Kontaktbrücke 32 längsverschieblich in der Stapelrichtung 28 gelagert, sodass ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem Bewegkontakt 16 sowie dem Festkontakt 18 hergestellt sowie gelöst werden kann. Ferner weist der mechanische Schalter 14 eine zweite Stromschiene 34 auf, wobei die Kontaktbrücke 32 in der Stapelrichtung 28 zwischen den beiden Stromschienen 30, 34 angeordnet ist. Auch die Kontaktbrücke 32 sowie die zweite Stromschiene 34 ist aus einem Kupfer gefertigt.The moving
Die zweite Stromschiene 34 ist von weiteren Bestandteilen des mechanischen Schalters 14 elektrisch isoliert angeordnet, und diese ist parallel zur Kontaktbrücke 32 in dem Bereich angeordnet, in dem diese sich in Stapelrichtung 28 überdecken. In dem über die Kontaktbrücke 32 überstehenden Bereich ist die zweite Stromschiene 34 abgeknickt, sodass ein Abstand zu der ersten Stromschiene 30 vergrö-ßert ist. In einer nicht dargestellten Variante ist die zweite Stromschiene 34 mit der Kontaktbrücke 32 oder sonstigen Bestandteilen elektrisch kontaktiert, vorzugsweise mittels einer Litze.The
In Stapelrichtung 28 zwischen dem Freiende der zweiten Stromschiene 34 und der ersten Stromschiene 30 ist die Löschkammer 22 angeordnet, die in
Zusammenfassend sind die Löschstreifen 24 randseitig mittels der beiden Halter 36 jeweils gehalten. Aufgrund der jeweils freigelassenen Nuten 28 zwischen benachbarten Löschstreifen 24 sind diese in der Stapelrichtung 28 zueinander beabstandet. Zur Montage werden die Löschstreifen 24 in die jeweiligen Nuten 38 geschoben, wobei kein zusätzliches Befestigungsmittel erforderlich sind, weswegen eine Herstellung vereinfacht ist. Aufgrund der Überzahl an Nuten 38 ist es hierbei auch möglich, die Löschkammer 22 anderweitig zu konfigurieren und beispielsweise eine erhöhte Anzahl an Löschstreifen 24 zu verwenden, wobei deren Abstand in Stapelrichtung 28 somit verringert ist.In summary, the erasing
Einer der zueinander baugleichen Löschstreifen 24 ist in
Parallel zu den Haltern 36 sind zwei Metallplatten 41 angeordnet, die elektrisch isoliert von den Stromschienen 30, 34 sowie der Kontaktbrücke 32 sind. Die beiden Metallplatten 41 sind aus einem ferromagnetischen Material, nämlich Eisen, erstellt, und die beiden Halter 36 sowie die beiden Stromschienen 30, 34 sind teilweise zwischen den beiden Metallplatten 41 angeordnet. In einer nicht näher dargestellten Variante ist an zumindest einer der Metallplatten 41 ein Treibelement, nämlich ein Permanentmagnet, angeordnet, mittels dessen eine Magnetisierung der zugeordneten Metallplatten 41 erfolgt.Two
Beim Öffnen des mechanischen Schalters 14, also beim Beabstanden des Bewegkontakts 16 von dem Festkontakt 18, wofür die Kontaktbrücke 32 entsprechend bewegt wird, ist es möglich, dass sich der Lichtbogen 20 zwischen dem Bewegkontakt 16 und dem Festkontakt 18 ausbildet. Folglich besteht auch weiterhin ein Stromfluss zwischen der ersten Stromschiene 30 und der Kontaktbrücke 32 und somit über den Schutzschalter 8. Aufgrund des mittels des Lichtbogens 20 erstellten Magnetfelds das mit den Metallplatten 41 wechselwirkt, und/oder aufgrund des Treibelements wird der Lichtbogen 20 in Richtung der Löschstreifen 24 ausgebeult. Bei zunehmender Verformung springt der Lichtbogen 20 von der Kontaktbrücke 32 auf die zweite Stromschiene 34 über, die mittels eines sich ausbildenden weiteren Lichtbogens 42 elektrisch mit der Kontaktbrücke 32 verbunden ist.When the
Aufgrund der Magnetfelder wird der zwischen der ersten Stromschiene 30 und der zweiten Stromschiene 34 gebildete Lichtbogen 20 weiter in Richtung der Löschstreifen 24 bewegt, bis dieser im Bereich der Kerben 39 auf die Löschstreifen 24 trifft. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verlauf des Lichtbogens 20 im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung 28, also geradlinig, wobei die Länge des Lichtbogens 20 vergrößert ist. Da die Löschstreifen 24 aus der elektrisch nicht leitenden Keramik erstellt sind, wird der Lichtbogen 20 in dem Bereich des Auftreffens auf den jeweilige Löschstreifen 24 an einem Weiterbewegen gehindert. Jedoch wird der Lichtbogen 20 in die in der Stapelrichtung 28 zwischen den Löschstreifen 24 gebildeten Räumen hineinbewegt und folglich U-förmig verformt wird, sodass die Länge des Lichtbogens 20 weiter zunimmt.Because of the magnetic fields, the
Zudem wird mittels der Löschstreifen 24 dem Lichtbogen 20 thermische Energie entzogen, da die thermisch leitfähigen Löschstreifen 24 die Wärme des Lichtbogens 20 aufnehmen. Dabei erfolgt eine im Wesentlichen gleichmäßige Erwärmung der einzelnen Löschstreifen 24, sodass mittels jedes der Löschstreifen 24 eine vergleichsweise große Menge thermischer Energie absorbiert wird. Hierbei unterbleibt auch bei einer unterschiedlichen Erwärmung der einzelnen Löschstreifen 24 untereinander ein Ausbilden von mechanischen Spannungen, da diese zueinander mechanisch getrennt sind.In addition, thermal energy is withdrawn from the
Aufgrund der Abkühlung sowie der Vergrößerung der Länge des Lichtbogens 20 steigt die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens 20 erforderliche elektrische Spannung an, bis diese die mittels der Stromquelle 4 bereitgestellte elektrische Spannung übersteigt. Infolgedessen erlischt der Lichtbogen 20 und nachfolgend auch der weitere Lichtbogen 42. Somit ist der Stromfluss über den Schutzschalters 8 unterbrochen.As a result of the cooling and the increase in the length of the
In
In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 50 wird in die Keramikplatte 48 die Kontur 52 von mehreren der Löschstreifen 24 eingeritzt. Hierfür wird entweder ein Laser oder ein Wasserstrahlschneider verwendet. Mittels des Lasers bzw. des Wasserstrahlschneiders wird somit die Keramikplatte 48 im Bereich der Kontur 52 strukturell geschwächt. Jedoch wird die Keramikplatte 48 dort nicht vollständig aufgetrennt, sodass einerseits eine Zeitdauer zum Herstellen der Kontur 52 verkürzt ist. Andererseits ist beim Schneiden lediglich das Halten der vollständigen Keramikplatte 48 erforderlich, weswegen ein Aufwand verringert ist. Nachfolgend wird die Keramikplatte 48 an den Konturen 52 gebrochen, sodass die Keramikplatte 48 aufgetrennt wird, wobei in dem hier dargestellten Beispiel insgesamt sechs derartige Löschstreifen 24 aus der Keramikplatte 48 gebrochen werden. Das Herausbrechen ist hierbei in einer vergleichsweise kurzen Zeit möglich.In a subsequent
Falls zum Herstellen der Löschkammer 22 mehr als die sechs Löschstreifen 24 benötigt werden, wird eine weitere Keramikplatte 48 entsprechend gebrochen. Falls hingegen weniger Löschstreifen 24 benötigt werden, werden die verbleibenden Löschstreifen 24 für eine weitere der Löschkammern 22 herangezogen. An den auf diese Weise hergestellten Löschstreifen 24 werden nachfolgend die Halteelemente 40 befestigt, sodass nachfolgend ein Bewegen der Löschstreifen 24 mittels der Halteelemente 40 ermöglicht ist.If more than the six extinguishing
In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 54 werden die Löschstreifen 24 parallel zueinander angeordnet und in der Stapelrichtung 28 übereinandergestapelte. Hierfür werden die Löschstreifen 24 in die entsprechenden Nuten 38 eingeführt, wobei mittels des Einführens die Löschstreifen 24 entsprechend angeordnet werden. Auch erfolgt ein Befestigen der Löschstreifen 24 an den jeweiligen Haltern 36. Zudem werden zusätzlich die Metallplatten 41 angeordnet oder sonstige Weitertätigkeiten durchgeführt.In a subsequent
In
Von den Lagen 58 ist eine in
Die beiden Löschstreifen 24 jeder Lage 58 sind zueinander senkrecht zu der Stapelrichtung 28 beabstandet, sodass zwischen diesen ein Schlitz 60 gebildet ist, der im Montagezustand parallel zu der ersten Stromschiene 30 verläuft. Im Montagezustand sind jeweils vier der Lagen 58 zu jeweils einer Gruppe 62 zusammengefasst, wobei die Löschstreifen 24 jeder Gruppe 62 bündig zueinander angeordnet sind. Die Löschstreifen 24 der jeweils benachbarten Gruppe 62 hingegen sind spiegelverkehrt bezüglich der Verlaufsrichtung der ersten Stromschiene 30 angeordnet, sodass der Stapel 56 mehrere in der Stapelrichtung 28 übereinanderliegende und voneinander abgetrennte Kammern 64 aufweist, die jeweils mittels der zueinander fluchtenden Schlitze 60 gebildet sind. Aufgrund der Keil- bzw. Trapezform sind dabei auch weiterhin die Kerben 39 bei jeder der Lagen 58 gebildet, die in die jeweilige Kammern 64 übergehen. Es sind insgesamt vier derartige Gruppen 62 vorhanden, die mittels der Halter 36 zueinander stabilisiert sind.The two extinguishing
Jeder der Halter 36, von denen in
Jeder der Löschstreifen 24 weist zwei parallel zur Stapelrichtung 28 verlaufende Löcher 68 auf, die mit jeweils den Löchern 68 der jeweils in Stapelrichtung 28 benachbarten und direkt anliegenden Löschstreifen 24 fluchten. Im Montagezustand sind durch diese nicht näher dargestellte Stangen geführt, die mittels einer Halterung 70 der Halter 36 stabilisiert werden. Die Stangen sind aus einem Polyamid erstellt. Jede Halterung 70 des jeweiligen Halters 36 weist, wie in
Auf der dem Stapel 56 gegenüberliegenden Seite weist jeder der Halter 36, wie in
In
Bei der in
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the individual exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteReference List
- 22
- Schaltkreiscircuit
- 44
- Stromquellepower source
- 66
- Lastload
- 88th
- Schutzschaltercircuit breaker
- 1010
- LeitungManagement
- 1212
- Ansteuereinheitcontrol unit
- 1414
- mechanischer Schaltermechanical switch
- 1616
- Bewegkontaktmoving contact
- 1818
- Festkontaktfixed contact
- 2020
- LichtbogenElectric arc
- 2222
- Löschkammerarcing chamber
- 2424
- Löschstreifenerase strips
- 2626
- GehäuseHousing
- 2828
- Stapelrichtungstacking direction
- 3030
- erste Stromschienefirst power rail
- 3232
- Kontaktbrückecontact bridge
- 3434
- zweite Stromschienesecond power rail
- 3636
- Halterholder
- 3838
- Nutgroove
- 3939
- Kerbescore
- 4040
- Halteelementholding element
- 4141
- Metallplattenmetal plates
- 4242
- weiterer Lichtbogenanother arc
- 4444
- VerfahrenProceedings
- 4646
- erster Arbeitsschrittfirst step
- 4848
- Keramikplatteceramic plate
- 5050
- zweiter Arbeitsschrittsecond step
- 5252
- Konturcontour
- 5454
- dritter Arbeitsschrittthird step
- 5656
- Stapelstack
- 5858
- LagePosition
- 6060
- Schlitzslot
- 6262
- Gruppegroup
- 6464
- Kammerchamber
- 6666
- FußFoot
- 6868
- LochHole
- 7070
- Halterungbracket
- 7272
- AufnahmeRecording
- 7474
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 7676
- weitere Gruppeanother group
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102009013337 B4 [0002]DE 102009013337 B4 [0002]
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-
2021
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-
2022
- 2022-12-13 WO PCT/EP2022/085593 patent/WO2023110853A1/en unknown
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Also Published As
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Legal Events
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