DE102022122226A1

DE102022122226A1 - Schaltgerät mit Lichtbogenbegrenzung

Info

Publication number: DE102022122226A1
Application number: DE102022122226.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schmid; Stefan Kolm; Andrej Ignatov
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 2022-09-02
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2024-03-07
Also published as: WO2024047047A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit zumindest einer Kontaktstelle umfassend einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt, wobei zumindest einer der Kontakte beweglich ist und die bei-den Kontakte miteinander in Kontakt bringbar sind, und wobei der zumindest einen Kontaktstelle eine Löschkammer zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, einen beim Öffnen der Kontakte entstehenden Schaltlichtbogen zu löschen, und mit einer Trennwand, die die Löschkammer in einen ersten Löschbereich und einen zweiten Löschbereich unterteilt, und mit einer Lichtbogenblaseinrichtung, die eingerichtet ist, den zwischen den Kontakten entstehenden Schaltlichtbogen in Abhängigkeit der Polarität der Kontakte in eine erste Richtung oder in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung von den Kontakten wegzublasen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schaltgerät ein erstes Ablenkelement und ein zweites Ablenkelement aufweist, wobei das erste Ablenkelement derart eingerichtet ist, dass der Schaltlichtbogen beim Wegblasen in die erste Richtung in den ersten Löschbereich abgelenkt wird, und wobei das zweite Ablenkelement derart eingerichtet ist, dass der Schaltlichtbogen beim Wegblasen in die zweite Richtung in den zweiten Löschbereich abgelenkt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßes Schaltgerät umfasst zumindest eine Kontaktstelle mit einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, wobei zumindest einer der Kontakte beweglich ist und die beiden Kontakte miteinander in Kontakt bringbar sind, und wobei der zumindest einen Kontaktstelle eine Löschkammer zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, einen beim Öffnen der Kontakte entstehenden Schaltlichtbogen zu löschen, und eine Trennwand, die die Löschkammer in einen ersten Löschbereich und einen zweiten Löschbereich unterteilt, sowie eine Lichtbogenblaseinrichtung, die eingerichtet ist, den zwischen den Kontakten entstehenden Schaltlichtbogen in Abhängigkeit der Polarität der Kontakte in eine erste Richtung oder in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung von den Kontakten wegzublasen
Gattungsgemäße Schaltgeräte werden in vielen Bereichen eingesetzt. Das Schalten von elektrischen Lasten bringt hohe Anforderungen an das Schaltgerät mit sich. So entsteht beim Öffnen eines stromdurchflossenen Kontaktes ein Lichtbogen, der umso energiereicher und schwerer zu löschen ist, je höher die zu schaltende Last ist. Kann ein Lichtbogen nur unzureichend oder gar nicht gelöscht werden, kann das Schaltgerät stark beschädigt oder gar zerstört werden.
Um Lichtbögen zu löschen, ist es daher bekannt, den Lichtbogen mittels eines Magnetfeldes auszulenken und ihn dadurch in die Länge zu ziehen, sodass der Lichtbogen von selber erlischt oder von einer entsprechenden Vorrichtung zum Erlöschen gebracht werden kann. Für hohe zu schaltende Lasten sind folglich komplexere Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung nötig als bei geringeren Lasten, was bei steigenden zu schaltenden Lasten einen immer größer werdenden Bauraumbedarf zur Folge hat.
Ein Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist aus DE102020104258A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt ein Schaltgerät mit zumindest zwei miteinander kommunizierenden Löschbereichen. Die Löschbereiche werden durch eine Trennwand räumlich voneinander getrennt, wobei die Trennwand Überströmöffnungen aufweist, die die beiden Löschbereiche derart miteinander verbindet, dass durch den Lichtbogen erzeugtes Plasma von einem Löschbereich in den jeweils ungenutzten anderen Löschbereich strömen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltgerät anzugeben, das bei gleichbleibend kompakter Bauweise in der Lage ist, höhere elektrische Lasten zu trennen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn das Schaltgerät ein erstes Ablenkelement und ein zweites Ablenkelement aufweist, wobei das erste Ablenkelement derart eingerichtet ist, dass der Schaltlichtbogen beim Wegblasen in die erste Richtung in den ersten Löschbereich abgelenkt wird, und wobei das zweite Ablenkelement derart eingerichtet ist, dass der Schaltlichtbogen beim Wegblasen in die zweite Richtung in den zweiten Löschbereich abgelenkt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung verläuft die Trennwand im Wesentlichen parallel zur ersten und zweiten Bewegungsrichtung des durch die Lichtbogenblaseinrichtung von der Kontaktstelle weggeblasenen Schaltlichtbogens.
Die Trennwand ist vorzugsweise als ebene Trennwand ausgeführt, die eine Ebene aufspannt. Denkbar ist jedoch auch, dass die Trennwand Unebenheiten, wie beispielsweise einen Knick, eine Kante oder dergleichen aufweist, wobei sich auch in diesem Fall eine Hauptausdehnungsrichtung der Trennwand und somit eine Ebene definieren lässt. Die Trennwand kann vorteilhafterweise einteilig ausgeführt sein, denkbar ist jedoch auch, das die Trennwand mehrteilig ausgeführt ist.
Dass die Trennwand im Wesentlichen parallel zur ersten und zweiten Bewegungsrichtung der Lichtbogenblaseinrichtung verläuft, bedeutet im vorliegenden Fall, dass der Winkel zwischen den Bewegungsrichtungen und der Trennwand nicht mehr als 15°, vorzugsweise nicht mehr als 10° und weiter vorzugsweise nicht mehr als 5° beträgt.
Vorzugsweise verlaufen die beiden Bewegungsrichtungen nicht nur parallel zur Trennwand bzw. zur von der Trennwand aufgespannten Ebene, sondern nahezu innerhalb der von der Trennwand aufgespannten Ebene.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Löschkammer eine erste Seitenwand und eine der ersten Seitenwand gegenüberliegende zweite Seitenwand auf, sowie eine die erste und zweite Seitenwand verbindende erste Stirnwand und eine die erste und zweite Seitenwand verbindende und der ersten Stirnwand gegenüberliegende zweite Stirnwand sowie eine die Seitenwände und Stirnwände abschließende erste Decke sowie eine zweite Decke, die der ersten Decke gegenüberliegt und ebenfalls die Seitenwände und Stirnwände abschließt und ist die Trennwand zur ersten und zweiten Seitenwand und zur ersten und zweiten Decke im Wesentlichen orthogonal ausgerichtet und zu den Stirnwänden im Wesentlichen parallel ausgerichtet ist. Vorzugsweise unterteilt die Trennwand die Löschkammer in zwei im Wesentlichen gleich große Löschbereiche.
Eine im Wesentlichen orthogonale Ausrichtung bedeutet in diesem Fall, dass der Winkel der Trennwand zu den beiden Seitenwänden und zu den beiden Decken nicht mehr als 15°, vorzugsweise nicht mehr als 10° und weiter vorzugsweise nicht mehr als 5° von einem rechten Winkel abweicht. Gleiches gilt für die parallele Ausrichtung der Trennwand zu den beiden Stirnwänden. Vorzugsweise beträgt die Parallelitätsabweichung nicht mehr als 15°, weiter vorzugsweise nicht mehr als 10° und besonders bevorzugt nicht mehr als 5°.
Im Wesentlichen gleich große Löschbereiche bedeutet im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung, dass die Größe eines Löschbereichs nicht mehr als 75 %, vorzugsweise nicht mehr als 70 % und weiter vorzugsweise nicht mehr als 65 % der Größe der Löschkammer beträgt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schaltgerät zumindest eine Kontaktstelle aufweist. Besonders vorteilhaft wirkt sich das erfindungsgemäße Schaltgerät bei einer Ausführung als bidirektionaler Schalter mit doppelter Kontaktunterbrechung und folglich mit zwei Kontaktstellen aus. Entsprechend ist dann beiden Kontaktstellen jeweils eine Löschkammer zugeordnet, die wiederum durch jeweils eine Trennwand in zwei Löschbereiche aufgeteilt sind. Ein derart gestaltetes Schaltgerät umfasst dann zwei Trennwände sowie zwei erste Ablenkelemente und zwei zweite Ablenkelemente. Die Abgrenzung der Löschkammern zueinander kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Denkbar ist, dass jede der beiden Löschkammern in einem eigenen Gehäuse angeordnet ist, alternativ kann die Abgrenzung auch durch ein eigens dafür vorgesehenes Bauteil erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Trennwand zumindest eine Überströmöffnung auf, die dazu geeignet ist, das durch den Schaltlichtbogen erzeugte Plasma von einem der beiden Löschbereiche in den jeweils anderen Löschbereich strömen zu lassen, wobei die Trennwand vorzugsweise zumindest 5 Überströmöffnungen aufweist und weiter vorzugsweise zumindest 20 Überströmöffnungen aufweist, wobei die Fläche der Überströmöffnungen bezogen auf die Gesamtfläche der Trennwand zumindest 10 %, vorzugsweise zumindest 20 % und weiter vorzugsweise zumindest 30 % beträgt.
Der Vorteil einer möglichst großen Fläche von Überströmöffnungen liegt darin, dass das vom Lichtbogen erzeugte Plasma von dem Löschbereich, in dem der Lichtbogen gelöscht wird, in den jeweils nicht genutzten anderen Löschbereich überströmen kann und dadurch günstigere Bedingungen zur Löschung des Lichtbogens geschaffen werden. Ist die Fläche von Überströmöffnungen jedoch zu groß, kann die Trennwand die beiden Löschbereiche nicht mehr effektiv voneinander trennen und es besteht die Gefahr, dass sich der Lichtbogen in der gesamten Löschkammer ausbreitet und nicht nur in dem vorgesehenen Löschbereich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung bildet die Trennwand durch die Überströmöffnungen ein wiederkehrendes Muster, das zumindest über 50 %, vorzugsweise über zumindest 60 % und weiter vorzugsweise über zumindest 70 % der Trennwandfläche verteilt ist.
Vorteilhafterweise ist das wiederkehrende Muster ein Gittermuster und ist über einen möglichst großen Bereich der Trennwand verteilt. Denkbar ist jedoch auch, dass das Gittermuster in den Bereichen der Trennwand vorgesehen ist, in denen durch die Ausbreitung des Lichtbogens besonders viel Plasma entsteht.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung sind das erste und das zweite Ablenkelement unter einem Winkel zur Trennwand angeordnet, wobei der Winkel zumindest 5°, vorzugsweise zumindest 10° und weiter vorzugsweise zumindest 35° und nicht mehr als 45° beträgt, wobei die Ausrichtung des Ablenkelements vorzugsweise durch eine Drehung der Ablenkelemente relativ zur Trennwand um eine erste Achse erreicht wird, die innerhalb der Trennwand liegt und parallel zur ersten Decke verläuft.
Denkbar ist jedoch auch, dass die Ablenkelemente zusätzlich um eine oder beide anderen orthogonal zur ersten Achse stehenden Achsen angewinkelt ausgerichtet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die beiden Ablenkelemente in entgegengesetzte Richtungen von der Trennwand abgewinkelt und sind die beiden Ablenkelemente mit der Trennwand einteilig ausgeführt.
Von Vorteil ist dabei, wenn die Winkel, in denen die beiden Ablenkelemente von der Trennwand abgewinkelt sind, betragsmäßig gleich groß sind. Denkbar ist jedoch auch, dass, abhängig von der Position und der Lage der Trennwand innerhalb der Löschkammer, die Winkel einen unterschiedlichen Betrag aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weisen sowohl das erste als auch das zweite Ablenkelement zumindest eine Überströmöffnung, vorzugsweise zumindest zwei Überströmöffnungen und weiter vorzugsweise zumindest drei Überströmöffnungen auf, die dazu geeignet sind, das durch den Schaltlichtbogen erzeugte Plasma von einem Löschbereich in den anderen Löschbereich strömen zu lassen, wobei die Fläche der Überströmöffnungen bezogen auf die Gesamtfläche des Ablenkelements zumindest 5 %, vorzugsweise zumindest 10 % und weiter vorzugsweise zumindest 20 % beträgt.
Um möglichst viel Plasma in den an der Löschung des Lichtbogens nicht beteiligten Löschbereich strömen zu lassen, ist es von Vorteil, eine möglichst große Gesamtfläche der Überströmöffnungen zu erreichen. Die Überströmöffnungen selber und die Gesamtfläche der Überströmöffnungen können allerdings nicht beliebig groß ausgeführt werden, da die eigentliche Funktion der Ablenkelemente, nämlich das Ablenken des Lichtbogens in den jeweiligen Löschbereich, nicht beeinträchtigt werden soll.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Schaltgerät ein erstes und ein zweites Blockierelement auf, wobei das erste Blockierelement den ersten Löschbereich derart begrenzt, dass ein Schaltlichtbogen, der sich durch den Aufbau des Schaltgeräts und durch die Anordnung der Lichtbogenblaseinrichtung kreisförmig in die erste oder die zweite Richtung um den zweiten Kontakt ausbreitet, beim Wegblasen in die erste Richtung in den ersten Löschbereich abgelenkt wird, an einer Ausbreitung über 350° hinaus, vorzugsweise über 300° hinaus und weiter vorzugsweise über 270° hinaus gehindert wird und wobei das zweite Blockierelement den zweiten Löschbereich derart begrenzt, dass ein Schaltlichtbogen, der beim Wegblasen in die zweite Richtung in den zweiten Löschbereich abgelenkt wird, an einer Ausbreitung über 350° hinaus, vorzugsweise über 300° hinaus und weiter vorzugsweise über 270° hinaus gehindert wird.
Der Aufbau des Löschbereichs in Verbindung mit der Anordnung des jeweiligen Blockierelements sorgen dafür, dass der Schaltlichtbogen für ein schnelles Erlöschen möglichst weit ausgelenkt wird, dabei jedoch innerhalb des Löschbereichs gehalten wird, ohne in Kontakt mit weiteren Bauteilen des Löschgerätes zu kommen. Auch ein mögliches Wiederzentzünden des Lichtbogens durch Annäherung an eine Kontaktstelle wird dadurch verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das zweite Blockierelement durch das erste Ablenkelement gebildet und wird das erste Blockierelement durch das zweite Ablenkelement gebildet. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführung, bei der die Ablenkelemente und Blockierelemente durch unterschiedliche Bauteile gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Schaltgerät ein erstes und ein zweites Begrenzungselement, wobei das erste Begrenzungselement einen orthogonal zum ersten Blockierelement ausgerichteten Fortsatz des ersten Blockierelements bildet und in den ersten Löschbereich hineinragt und dabei eine Seitenfläche der Schaltbrücke derart gegenüber dem ersten Löschbereich abschirmt, dass der Fußpunkt eines Schaltlichtbogens, der beim Wegblasen in die erste Richtung zusammen mit dem Schaltlichtbogen eine Bewegung innerhalb des ersten Löschbereichs und einer im Wesentlichen parallel zur Trennwand verlaufenden Ebene um den zweiten Kontakt herum vollzieht, an einer Ausbreitung von mehr als 300°, vorzugsweise mehr als 270° und weiter vorzugsweise mehr als 180° gehindert wird und wobei das zweite Begrenzungselement einen orthogonal zum zweiten Blockierelement ausgerichteten Fortsatz des zweiten Blockierelements bildet und in den zweiten Löschbereich hineinragt und dabei eine Seitenfläche der Schaltbrücke derart gegenüber dem zweiten Löschbereich abschirmt, dass der Fußpunkt eines Schaltlichtbogens, der beim Wegblasen in die zweite Richtung zusammen mit dem Schaltlichtbogen eine Bewegung innerhalb des zweiten Löschbereichs und einer im Wesentlichen parallel zur Trennwand verlaufenden Ebene um den zweiten Kontakt herum vollzieht, an einer Ausbreitung von mehr als 300°, vorzugsweise mehr als 270° und weiter vorzugsweise mehr als 180° gehindert wird.
Innerhalb einer im Wesentlichen parallel zur Trennwand verlaufenden Ebene, bedeutet im vorliegenden Fall, dass der idealisierte Bogen, den die Bewegung des Lichtbogenfußpunktes beschreibt nicht mehr als 15°, vorzugsweise nicht mehr als 10° und weiter vorzugsweise nicht mehr als 5° von besagter Ebene abweicht.
Neben der die Lichtbogenausbreitung begrenzenden Wirkung besteht noch eine weitere Anforderung an die Trennwand und an die vorzugsweise einteilig mit der Trennwand ausgebildeten Ablenk- und Blockier- bzw. Begrenzungselemente. Durch den Kontakt mit dem Lichtbogen soll diesem durch Wärmeleitung und in Form von Verdampfungsenergie Wärme entzogen werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Trennwand daher aus einem entsprechend hierfür geeigneten Kunststoff oder einer geeigneten Keramik.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts ohne Gehäuse,
2: einen Aufbau und eine Anordnung der Löschkammern des erfindungsgemäßen Schaltgeräts,
3: eine Ansicht von oben durch einen Schnitt durch das Gehäuse des erfindungsgemäßen Schaltgeräts,
4: eine Vorderansicht durch einen Schnitt durch das Gehäuse des erfindungsgemäßen Schaltgeräts,
5: eine Seitenansicht der Anordnung der Trennwände in den Löschkammern des erfindungsgemäßen Schaltgeräts,
6: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Trennwand des erfindungsgemäßen Schaltgeräts.

Für die folgenden Ausführungsformen gilt, dass 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 verwiesen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. Zur besseren Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Merkmale wurde auf die Darstellung des vorderen und seitlichen Gehäuses sowie die Abgrenzung der beiden Löschkammern in dieser Figur verzichtet. Diese lassen sich jedoch beispielsweise den 2 und 3 entnehmen.
Das Schaltgerät 1 umfasst zwei Kontaktstellen 2 mit jeweils einem als Festkontakt ausgeführten ersten Kontakt 3 und einem zweiten Kontakt 4. Die Kontakte 3, 4 sind als sogenannte Kontaktpillen ausgeführt, wobei die Festkontakte 3 Teil eines Kontaktbereichs 3a sind.
Anhand des in der Darstellung hinteren Festkontakts 3 ist gut zu erkennen, wie der Festkontakt 3 als großer Kontaktbereich 3a ausgeführt ist und der Kontakt zum beweglichen Kontakt 4 mittels einer Kontaktpille 3 hergestellt wird. Bei dem in der Darstellung vorderen Festkontakt 3 ist aus Gründen der Übersicht nur die Kontaktpille gezeigt. Die zweiten Kontakte 4 sind auf einer Kontaktbrücke 27 angeordnet. Der Antrieb der Kontaktbrücke 27 ist der Übersicht halber nicht dargestellt. Der Antrieb der Kontaktbrücke 27 ist eingerichtet, die beiden beweglichen Kontakte 4 mit den beiden Festkontakten 3 in eine geschlossene Stellung, also in Kontakt, zu bringen oder aus der geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung zu bringen.
Beiden Kontaktstellen 2 ist jeweils eine Löschkammer 5 zugeordnet. Eine genauere Darstellung der Anordnung der Löschkammern 5 zu den Kontaktstellen 2 und ihrer Abgrenzung voneinander durch das Gehäuse 26 ist 2 zu entnehmen.
Mit Bezug wieder auf 1 in Verbindung mit 3 ist die Unterteilung der Löschkammern 5 in einen ersten Löschbereich 7 und einen zweiten Löschbereich 8 durch die Trennwände 6 zu erkennen. In der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1 sind das erste Ablenkelement 12 und das zweite Ablenkelement 13 jeweils einteilig mit der Trennwand 6 ausgeführt. Gutzu erkennen ist auch, dass die Ablenkelemente 12, 13 unter einem bestimmten Winkel 21, siehe dazu auch 5, zur Trennwand 6 angeordnet sind. Der Winkel 21 liegt im gezeigten vorteilhaften Ausführungsbeispiel in einem Bereich von 35°-45°. Jedenfalls sollte der Winkel zumindest 5°, vorzugsweise zumindest 10° und besonders bevorzugt entsprechend dem gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest 35° und nicht mehr als 45°. Dabei ist die Ebene der Ablenkelemente um eine Achse geneigt, die orthogonal zu den Seitenwänden 14, 15 und innerhalb der Ebene der Trennwand 6 verläuft.
Denkbar ist auch, dass die Ablenkelemente 12, 13 zusätzlich zur dargestellten Drehung eine Drehung um eine Hochachse, die innerhalb der Ebene der Trennwand liegt und parallel zu den Seitenwänden 14, 15 verläuft, erfahren.
Die Anordnung der Ablenkelemente 12, 13 zur Trennwand 6 sorgt dafür, dass ein zwischen den Kontakten 3, 4 entstehender Schaltlichtbogen, der je nach Polarität der Kontakte 3, 4 von der Lichtbogenblaseinrichtung 9 in die erste Richtung 10 oder in die der ersten Richtung 10 entgegengesetzte zweite Richtung 11 von den Kontakten 3, 4 weggeblasen wird, in den vorgesehenen Löschbereich 7, 8 abgelenkt wird. Vorzugsweise sind die Ablenkelemente 12, 13 mit einem betragsmäßig gleichen Winkel 21 in entgegengesetzter Richtung zur Trennwand 6 angeordnet. Denkbar ist jedoch auch, dass die jeweiligen Winkel 21 betragsmäßig ungleich sind. Die Ausrichtung der Ablenkelemente 12, 13 in entgegengesetzter Richtung ist jedoch bei der in 1 gezeigten Ausführungsform notwendig.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Ablenkelement 12 derart angeordnet, dass ein Lichtbogen, der durch die Lichtbogenblaseinrichtung 9 in die erste Richtung 10 von der Kontaktstelle 2 weggeblasen wird, in den ersten Löschbereich 7 abgelenkt wird. Entsprechend ist das zweite Ablenkelement 13 derart angeordnet, dass ein Lichtbogen, der durch die Lichtbogenblaseinrichtung 9 in die zweite Richtung 11 von der Kontaktstelle 2 weggeblasen wird, in den zweiten Löschbereich 8 abgelenkt wird.
Insbesondere aus 3 geht gut hervor, dass die Trennwand 6 im Wesentlichen parallel zur ersten 10 und zweiten Bewegungsrichtung 11 des Lichtbogens verläuft. Mit Bezug auch auf 4 entsteht der Lichtbogen an der Kontaktstelle 2 zwischen dem ersten Kontakt 3 und dem zweiten Kontakt 4. Aufgrund der Ausrichtung der Kontaktbrücke 27 und des durch die Lichtbogenblaseinrichtung 9 erzeugten Magnetfelds wird der entstehende Lichtbogen je nach Polarität der Festkontakte 3 in die erste Richtung 10 oder in die zweite Richtung 11 von der Kontaktstelle 2 weggeblasen. Dabei wandert der Fußpunkt des Lichtbogens innerhalb der Darstellungsebene von der zweiten Kontaktstelle 4 ausgehend um die Kontaktbrücke 27 herum. Der obere Fußpunkt des Lichtbogens, der an der am ersten Kontakt 3 entsteht, vollzieht eine Bewegung entlang des Kontaktbereichs 3a. 3 zeigt, dass der Lichtbogen infolge der Ausbreitung in eine Richtung 10, 11 auf die schräge Ebene eines Ablenkelements 12, 13 trifft und bei einer fortschreitenden Ausbreitung in den jeweiligen Löschbereich 7, 8 abgelenkt wird. Wie bereits beschrieben, ist das erste Ablenkelement 12 derart angeordnet, dass ein Lichtbogen, der in die erste Richtung 10 weggeblasen wird, in den ersten Löschbereich 7 abgelenkt wird und sich dort weiter ausdehnen kann und dadurch gelöscht wird.
Zur effektiven Löschung des Lichtbogens ist es von Vorteil, wenn die Trennwand 6 eine Überströmöffnung 20 aufweist, damit das durch den Lichtbogen entstehende Plasma von dem Löschbereich 7, 8, in dem der Lichtbogen gelöscht wird, in den jeweils ungenutzten Löschbereich 7, 8 überströmen kann. In der gezeigten Ausführung der Trennwand 6 ist eine Vielzahl an Überströmöffnungen 20 vorgesehen. Ein besonders guter Effekt wird erzielt, wenn die Trennwand zumindest 5 Überströmöffnungen 20 und vorzugsweise zumindest 10 Überströmöffnungen 20 aufweist und die Gesamtfläche der Überströmöffnungen 20 bezogen auf die Gesamtfläche der Trennwand 6 zumindest 10 % und vorzugsweise zumindest 30 % beträgt. Auch die Ablenkelemente 12, 13 weisen Überströmöffnungen 20 auf, bei denen die Fläche der Überströmöffnungen 20 bezogen auf die Gesamtfläche des Ablenkelements 12, 13 zumindest 10 % beträgt. Idealerweise sind die Überströmöffnungen 20 annähernd gleichmäßig über die Gesamtfläche der Trennwand 6 und der Ablenkelemente 12, 13 verteilt.
Bei der Anordnung der Überströmöffnungen 20 der Trennwand 6 ist eine Art Gittermuster umgesetzt, das über eine möglichst große Fläche der Trennwand 6 verteilt ist. Denkbar ist jedoch auch, dass die Überströmöffnungen 20 vorzugsweise dort angeordnet werden, wo sich der Lichtbogen bevorzugt ausdehnt.
In 3 ist auch gut zu erkennen, dass der Bogen, den der Lichtbogen durch die Ausdehnung beschreibt, im Wesentlichen in der Ebene der Trennwand 6 liegt und nach dem Ablenken in einen der beiden Löschbereiche 7, 8 im Wesentlichen parallel zur Trennwand 6 ausgerichtet bleibt.
2 veranschaulicht den grundsätzlichen Aufbau der Löschkammern 5 des erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. Die Löschkammern 5 weisen eine erste Seitenwand 14 und eine der ersten Seitenwand 14 gegenüberliegende zweite Seitenwand 15 sowie eine die erste Seitenwand 14 und die zweite Seitenwand 15 verbindende erste Stirnwand 16 und eine die erste Seitenwand 14 und die zweite Seitenwand 15 verbindende und der ersten Stirnwand 16 gegenüberliegende zweite Stirnwand 17 auf. In der Ausführung, die in der 2 gezeigt ist, sind die Seitenwände 14, 15 und die Stirnwände 16, 17 durch das Gehäuse gebildet. Beide Löschkammern 5 werden durch einen Fortsatz des Gehäuses 26, das orthogonal zu den Seitenwänden 14, 15 und parallel zu den Stirnwänden 16, 17 ausgerichtet ist, voneinander abgegrenzt. Ferner weisen die Löschkammern 5 eine erste Decke 18 auf, die gewissermaßen den Boden der Löschkammern 5 bildet und die Seitenwände 14, 15 sowie die Stirnwände 16, 17 abschließt. Die zweite Decke 19, die die Löschkammern 5 von oben abschließt, ist in dieser Figur nicht dargestellt. Gut zu erkennen ist auch, dass die Lichtbogenblaseinrichtung 9 innerhalb der Löschkammern 5 angeordnet ist und dass die Löschkammern 5 gleich groß ausgeführt sind.
Die Seitenwände 14, 15, die Stirnwände 16, 17 und die Decken 18, 19 können zwar grundsätzlich durch das Gehäuse des Schaltgeräts 1 gebildet werden, denkbar ist jedoch auch, dass diese durch andere Bauteile, wie Abdeckungen oder weitere Funktionselemente, gebildet werden.
Aus 3 geht die Anordnung der Trennwände 6 innerhalb der Löschkammern 5 hervor. Die Trennwände 6 sind parallel zu den Stirnwänden 16, 17 und orthogonal zu den Seitenwänden 14, 15 ausgerichtet. Von Vorteil ist, wenn die Trennwände 6 außerdem wie in der vorliegenden Ausführungsform unterhalb der Kontaktstellen 2 angeordnet sind. Bei entsprechender Dimensionierung der maßgeblichen Bauteile kann eine Trennwand 7 eine Löschkammer 5 in zwei gleich große Löschbereiche 7, 8 aufteilen. Denkbar ist jedoch auch, dass die Löschbereiche 7, 8 eine unterschiedliche Größe aufweisen.
6 zeigt eine Ausführungsform der Trennwand 6 eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. Die Trennwand 6 ist einteilig mit den Ablenkelementen 12, 13 ausgeführt und umfasst überdies ein erstes Begrenzungselement 24 und ein zweites Begrenzungselement 25, wobei die Begrenzungselemente 24, 25 jeweils als Fortsatz eines Ablenkelements 12, 13 ausgebildet sind und orthogonal von diesen abstehen.
Anhand von 1 wird nun im Folgenden der Mechanismus der Lichtbogenlöschung bei einem erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 beschrieben.
Wird der Kontakt an beiden Kontaktstellen 2 durch eine Bewegung der Kontaktbrücke 27 nach unten unterbrochen, entsteht an beiden Kontaktstellen 2 zwischen den Kontakten 3, 4 ein Lichtbogen. Der Einfachheit halber wird im Folgenden auf die im Bild vordere Kontaktstelle 2 und den Fall, dass der Lichtbogen nach rechts von der Kontaktstelle 2 weggeblasen wird, Bezug genommen.
Bei entsprechender Polarität wird ein Lichtbogen, der an der vorderen Kontaktstelle 2 zwischen dem Festkontakt 3 und dem beweglichen Kontakt 4 entsteht, durch die Lichtbogenblaseinrichtung 9 nach rechts von der Kontaktstelle 2 weggeblasen. Durch die Anordnung der Kontakte 3, 4 auf der Kontaktbrücke 27 und des Kontaktbereichs 3a sowie die Ausrichtung des Magnetfelds durch die Lichtbogenblaseinrichtung 9 wird der am Kontakt 4 entstehende Fußpunkt des Lichtbogens dazu veranlasst, eine in der Trennwandebene liegende Bewegung im Uhrzeigersinn um die Kontaktbrücke 27 herum zu vollziehen. Der Fußpunkt des Lichtbogens, der am Festkontakt 3 entsteht, vollzieht dagegen eine Bewegung im Bild nach rechts entlang des Kontaktbereichs 3a des vorderen Festkontakts 3, der hier nicht dargestellt ist, jedoch analog zum hier dargestellten Kontaktbereich 3a des hinteren Festkontakts 3 ausgeführt ist. Durch den größer werdenden Abstand der beiden Fußpunkte zueinander und die Auslenkung des Lichtbogens in Form eines Bogens wird der Lichtbogen immer weiter in die Länge gezogen. Trifft der Lichtbogen auf die schräge Ebene des rechten vorderen Ablenkelements 20, wird dieser in den im Bild vorderen Löschbereich 7 abgelenkt.
Der Lichtbogen breitet sich nun innerhalb des Löschbereichs 7 im Wesentlichen parallel zur Trennwand 6 aus, bis das erste Blockierelement 22, das den ersten Löschbereich 7 an dieser Stelle begrenz, den Lichtbogen daran hindert, sich weiter auszubreiten und den vorderen Kontaktbereich 3a links der Kontaktbrücke 27 zu erreichen und sich erneut zu entzünden.
In der gezeigten Ausführungsform wird das erste Blockierelement 22 durch das zweite Ablenkelement 13 gebildet. Analog dazu wird ein zweites Blockierelement 23, das einen Lichtbogen, der in den zweiten Löschbereich 8 der vorderen Kontaktstelle 2 abgelenkt wird, an der weiteren Ausdehnung über den zweiten Löschbereich 8 hinaus gehindert, durch das erste Ablenkelement 12 gebildet.
Auch der um die Kontaktbrücke 27 wandernde Fußpunkt des Lichtbogens muss daran gehindert werden, den Kontakt 4 wieder zu erreichen. Dazu ist das erste Begrenzungselement 24 vorgesehen, das in den ersten Löschbereich 7 hineinragt und dabei die im Bild linke Seitenfläche der Kontaktbrücke 27 derart gegenüber dem ersten Löschbereich 7 abschirmt, dass der Fußpunkt des Lichtbogens an einer weiteren Ausbreitung von mehr als 300° und vorzugsweise von mehr als 270° um die Kontaktbrücke 27 herum gehindert wird. Ein zweites Begrenzungselement 25 ist mit der gleichen Funktion für den zweiten Löschbereich 8 vorgesehen. Die Begrenzungselemente 24, 25 sind einteilig mit der Trennwand 6 und den Ablenkelementen 12, 13 ausgeführt.
Die beschriebene Anordnung sorgt dafür, dass der Lichtbogen innerhalb des Löschbereichs 7, 8 größtmöglich ausgelenkt und damit effektiv zur Löschung gebracht werden kann, ohne dabei in Kontakt mit Bauteilen zu kommen, die durch den Lichtbogen beschädigt werden könnten. Besonders vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass sich die räumliche Ausdehnung des Löschbereichs 7, 8 vor allem in Richtung der Ausbreitung des Lichtbogens erstreckt, wodurch der Bauraum des erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 optimal ausgenutzt werden kann.
Ein weiterer Vorteil zeigt sich durch die spezifische Anordnung der Kontakte 3, 4 in Verbindung mit den jeweiligen Kontaktbereichen 3a der Festkontakte 3 oberhalb der Trennwand 6 und im Wesentlichen innerhalb der Ebene der Trennwand 6 und mittig zwischen den beiden angewinkelten Ablenkelementen 12, 13, wobei die Ablenkelemente 12, 13 gleichzeitig die Blockierelemente 22, 23 bilden.
Bezugszeichenliste:

1: Schaltgerät
2: Kontaktstelle
3: erster Kontakt
3a: Kontaktbereich
4: zweiter Kontakt
5: Löschkammer
6: Trennwand
7: erster Löschbereich
8: zweiter Löschbereich
9: Lichtbogenblaseinrichtung
10: erste Richtung
11: zweite Richtung
12: erstes Ablenkelement
13: zweites Ablenkelement
14: erste Seitenwand
15: zweite Seitenwand
16: erste Stirnwand
17: zweite Stirnwand
18: erste Decke
19: zweite Decke
20: Überströmöffnung
21: Winkel
22: erstes Blockierelement
23: zweites Blockierelement
24: erstes Begrenzungselement
25: zweites Begrenzungselement
26: Gehäuse
27: Kontaktbrücke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020104258 A1 [0005]

Claims

Schaltgerät (1) mit zumindest einer Kontaktstelle (2) umfassend einen ersten Kontakt (3) und einen zweiten Kontakt (4), wobei zumindest einer der Kontakte (3, 4) beweglich ist und die beiden Kontakte (3, 4) miteinander in Kontakt bringbar sind, und wobei der zumindest einen Kontaktstelle (2) eine Löschkammer (5) zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, einen beim Öffnen der Kontakte (3, 4) entstehenden Schaltlichtbogen zu löschen, und mit einer Trennwand (6), die die Löschkammer (5) in einen ersten Löschbereich (7) und einen zweiten Löschbereich (8) unterteilt, und mit einer Lichtbogenblaseinrichtung (9), die eingerichtet ist, den zwischen den Kontakten (3, 4) entstehenden Schaltlichtbogen in Abhängigkeit der Polarität der Kontakte (3, 4) in eine erste Richtung (10) oder in eine der ersten Richtung (10) entgegengesetzte zweite Richtung (11) von den Kontakten (3, 4) wegzublasen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) ein erstes Ablenkelement (12) und ein zweites Ablenkelement (13) aufweist, wobei das erste Ablenkelement (12) derart eingerichtet ist, dass der Schaltlichtbogen beim Wegblasen in die erste Richtung (10) in den ersten Löschbereich (7) abgelenkt wird, und wobei das zweite Ablenkelement (13) derart eingerichtet ist, dass der Schaltlichtbogen beim Wegblasen in die zweite Richtung (11) in den zweiten Löschbereich (8) abgelenkt wird.
Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (6) im Wesentlichen parallel zur ersten (10) und zweiten Bewegungsrichtung (11) des durch die Lichtbogenblaseinrichtung (9) von der Kontaktstelle (2) weggeblasenen Schaltlichtbogens verläuft.
Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschkammer (5) aufweist eine erste Seitenwand (14) und eine der ersten Seitenwand (14) gegenüberliegende zweite Seitenwand (15), sowie eine die erste (14) und zweite Seitenwand (15) verbindende erste Stirnwand (16) und eine die erste (14) und zweite Seitenwand (15) verbindende und der ersten Stirnwand (16) gegenüberliegende zweite Stirnwand (17) sowie eine die Seitenwände (14, 15) und Stirnwände (16, 17) abschließende erste Decke (18) sowie eine zweite Decke (19), die der ersten Decke (18) gegenüberliegt und ebenfalls die Seitenwände (14, 15) und Stirnwände (16, 17) abschließt und dass die Trennwand (6) zur ersten (14) und zweiten Seitenwand (15) und zur ersten (18) und zweiten Decke (19) im Wesentlichen orthogonal ausgerichtet ist und zu den Stirnwänden (16, 17) im Wesentlichen parallel ausgerichtet ist.
Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (6) zumindest eine Überströmöffnung (20) aufweist, die dazu geeignet ist, das durch den Schaltlichtbogen erzeugte Plasma von einem der beiden Löschbereiche (7, 8) in den jeweils anderen Löschbereich (7, 8) strömen zu lassen, wobei die Trennwand (6) vorzugsweise zumindest 5 Überströmöffnungen (20) aufweist und weiter vorzugsweise zumindest 20 Überströmöffnungen (20) aufweist, wobei die Fläche der Überströmöffnungen (20) bezogen auf die Gesamtfläche der Trennwand (6) zumindest 10 %, vorzugsweise zumindest 20 % und weiter vorzugsweise zumindest 30 % beträgt.
Schaltgerät (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (6) durch die Überströmöffnungen (20) ein wiederkehrendes Muster bildet, das zumindest über 50 %, vorzugsweise über zumindest 60 % und weiter vorzugsweise über zumindest 70 % der Trennwandfläche verteilt ist.
Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Ablenkelement (12, 13) unter einem Winkel (21) zur Trennwand (6) angeordnet sind, wobei der Winkel (21) zumindest 5°, vorzugsweise zumindest 10° und weiter vorzugsweise zumindest 35° und nicht mehr als 45° beträgt, wobei die Ausrichtung der Ablenkelemente (12, 13) vorzugsweise durch eine Drehung der Ablenkelemente (12, 13) relativ zur Trennwand (6) um eine Achse erreicht wird, die innerhalb der Trennwand (6) liegt und parallel zur ersten Decke (18) verläuft.
Schaltgerät (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ablenkelemente (12, 13) in entgegengesetzte Richtungen von der Trennwand (6) abgewinkelt sind und dass die beiden Ablenkelemente (12, 13) einteilig mit der Trennwand (6) ausgeführt sind.
Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste (12) als auch das zweite Ablenkelement (13) zumindest eine Überströmöffnung (20), vorzugsweise zumindest zwei Überströmöffnungen (20) und weiter vorzugsweise zumindest drei Überströmöffnungen (20) aufweisen, die dazu geeignet sind, das durch den Schaltlichtbogen erzeugte Plasma von einem Löschbereich (7, 8) in den anderen Löschbereich (7, 8) strömen zu lassen, wobei die Fläche der Überströmöffnungen (20) bezogen auf die Gesamtfläche des Ablenkelements (12, 13) zumindest 5 %, vorzugsweise zumindest 10 % und weiter vorzugsweise zumindest 20 % beträgt.
Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) ein erstes Blockierelement (22) und ein zweites Blockierelement (23) aufweist, wobei das erste Blockierelement (22) den ersten Löschbereich (7) derart begrenzt, dass ein Schaltlichtbogen, der sich durch den Aufbau des Schaltgeräts (1) und durch die Anordnung der Lichtbogenblaseinrichtung (9) kreisförmig in die erste (10) oder die zweite Richtung (11) um den zweiten Kontakt (4) ausbreitet, beim Wegblasen in die erste Richtung (10) in den ersten Löschbereich (7) abgelenkt wird, an einer Ausbreitung über 350° hinaus, vorzugsweise über 300° hinaus und weiter vorzugsweise über 270° hinaus gehindert wird und wobei das zweite Blockierelement (23) den zweiten Löschbereich (8) derart begrenzt, dass ein Schaltlichtbogen, der beim Wegblasen in die zweite Richtung (11) in den zweiten Löschbereich (8) abgelenkt wird, an einer Ausbreitung über 350° hinaus, vorzugsweise über 300° hinaus und weiter vorzugsweise über 270° hinaus gehindert wird.
Schaltgerät (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Blockierelement (23) durch das erste Ablenkelement (12) gebildet wird und dass das erste Blockierelement (22) durch das zweite Ablenkelement (13) gebildet wird.
Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) ein erstes Begrenzungselement (24) und ein zweites Begrenzungselement (25) umfasst, wobei das erste Begrenzungselement (24) einen orthogonal zum ersten Blockierelement (22) ausgerichteten Fortsatz des ersten Blockierelements (22) bildet und in den ersten Löschbereich (7) hineinragt und dabei eine Seitenfläche der Schaltbrücke (27) derart gegenüber dem ersten Löschbereich (7) abschirmt, dass der Fußpunkt eines Schaltlichtbogens, der beim Wegblasen in die erste Richtung (10) zusammen mit dem Schaltlichtbogen eine Bewegung innerhalb des ersten Löschbereichs (7) und einer im Wesentlichen parallel zur Trennwand (6) verlaufenden Ebene um den zweiten Kontakt (4) herum vollzieht, an einer Ausbreitung von mehr als 300°, vorzugsweise mehr als 270° und weiter vorzugsweise mehr als 180° gehindert wird und wobei das zweite Begrenzungselement (25) einen orthogonal zum zweiten Blockierelement (23) ausgerichteten Fortsatz des zweiten Blockierelements (23) bildet und in den zweiten Löschbereich (8) hineinragt und dabei eine Seitenfläche der Schaltbrücke (27) derart gegenüber dem zweiten Löschbereich (8) abschirmt, dass der Fußpunkt eines Schaltlichtbogens, der beim Wegblasen in die zweite Richtung (11) zusammen mit dem Schaltlichtbogen eine Bewegung innerhalb des zweiten Löschbereichs (8) und einer im Wesentlichen parallel zur Trennwand (6) verlaufenden Ebene um den zweiten Kontakt (4) herum vollzieht, an einer Ausbreitung von mehr als 300°, vorzugsweise mehr als 270° und weiter vorzugsweise mehr als 180° gehindert wird.