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Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Löschvorrichtung
für ein
Schaltgerät,
insbesondere Schutzschaltgerät,
gemäß Patentanspruch
1.
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Eine derartige Lichtbogen-Löschvorrichtung dient
zur Unterbrechung bzw. Löschung
eines Lichtbogens, der bei Öffnung
eines stromdurchflossenen Kontaktstückpaares entsteht. Beim Trennen
der Kontaktstücke
fließt
der Strom über
immer kleiner werdende Bereiche einer zugehörigen Kontaktzone und heizt
diese immer stärker
auf. Kurz vor der eigentlichen Trennung der Kontaktstücke entsteht
eine schmelzflüssige
Brücke,
die bei kleinen Strömen schließlich abreißt bzw.
bei großen
Strömen
verdampft. Der Strom kann demnach nur noch über einen Lichtbogen bzw. Ausschaltlichtbogen
Weiterfließen.
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Aus der
DE 38 03 849 C1 ist eine
Hochleistungs-Schaltstrecke für
Schutzschaltgeräte
bekannt, die eine zwischen Schenkeln angeordnete Löschkammer
zur Lichtbogenlöschung
aufweist.
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Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine
Lichtbogen-Löschvorrichtung
anzugeben, die eine zuverlässige
und schnelle Löschung
bzw. Unterbrechung eines Lichtbogens mit einfachen Mitteln gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
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Die der Erfindung zugrundeliegende
Idee beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer herkömmlichen
Lichtbogen-Löschvorrichtung
mit einer ersten Lichtbogen-Leitschiene und mit einer zweiten Lichtbogen-Leitschiene
sowie mit einer zwischen diesen angeordneten Lichtbogen-Löschkammer
der zu löschende Lichtbogen
zwar in die Lichtbogen-Löschkammer
hineinläuft,
jedoch ggf. wieder aus der Lichtbogen-Löschkammer herausläuft und
dieses Herauslaufen durch einen zwischenzeitlich erhöhten ohmschen
Widerstand zumindest eines der beiden trichterförmig angeordneten Lichtbogen-Leitschienen
bedingt ist; der zunehmende ohmsche Widerstand – zumindest eines der beiden
Lichtbogen-Leitschienen – ist
durch den energiereichen Lichtbogen und einer damit einhergehenden
Aufheizung begründet.
Da der den Lichtbogen begleitende Strom auf dem Weg des geringstens
Widerstandes fließt,
erfolgt das Herauslaufen des Lichtbogens aus der Lichtbogen-Löschkammer
in einen kühleren
bzw. widerstandsreduzierten sowie verjüngten Bereich der ersten und
der zweiten Lichtbogen-Leitschiene.
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Mittels einer Nebenschluss-Leiterbahn,
beispielsweise in Form einer Kupferleiterbahn, die an einer zu einer
ersten Lichtbogen-Leitschiene beabstandeten zweiten Lichtbogen-Leitschiene
angeordnet ist und bis in einen Bereich einer Lichtbogen-Löschkammer reicht, kann der
zu löschende Lichtbogen
auf die einen Stromfluss begünstigende Nebenschluss-Leiterbahn
kommutieren und ein den Lichtbogen in die Lichtbogen-Löschkammer
treibender Strom über
die Nebenschluss-Leiterbahn abgeleitet werden; hierbei wird ein
Pendeln – Hineinlaufen bzw.
Herauslaufen – des
Lichtbogens zwischen einem Bereich der beiden Lichtbogen-Leitschienen und
der Lichtbogen-Löschkammer
vermieden bzw. ein Verharren des Lichtbogens in der Lichtbogen-Löschkammer gewährleistet.
Eine zuverlässige und
schnelle Löschung
des Lichtbogens und eine vergleichsweise hohe Lebensdauer eines
die Lichtbogen-Löschvorrichtung
aufweisenden Schaltgerätes
kann somit erzielt werden.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte
Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche
werden im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert; darin zeigen:
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1 eine
Lichtbogen-Löschvorrichtung
als Teil eines abschnittsweise dargestellten Schutzschalter in einer
Seitenansicht;
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2 einen
Teilbereich der Lichtbogen-Löschvorrichtung
mit einer zweiten Lichtbogen-Leitschiene und einer Neben schluss-Leiterbahn gemäß 1 in einer räumlichen
Darstellung;
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3 eine
weitere Ausführungsvariante
der zweiten Lichtbogen-Leitschiene und der Nebenschluss-Leiterbahn
in einer räumlichen
Darstellung; und
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4 die
weitere Ausführungsvariante
der zweiten Lichtbogen-Leitschiene
und der Nebenschluss-Leiterbahn gemäß 3 in einer Seitenansicht.
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In 1 ist
eine Lichtbogen-Löschvorrichtung 1 als
Teil eines abschnittsweise dargestellten Schaltgerätes 2,
insbesondere eines Schutzschaltgerätes, hier eines Leitungsschutzschalters,
gezeigt. Die Lichtbogen-Löschvorrichtung 1 ist
mit einer ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 – auch Lichtbogen-Laufschiene genannt – und einer
zu der ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 beabstandeten
V-förmigen zweiten
Lichtbogen-Leitschiene 4 versehen,
die zueinander trichterförmig
angeordnet sind. Die erste Lichtbogen-Leitschiene 3 weist
eine ohrenähnliche Form
auf, wobei deren Freiende 5 geradlinig verläuft. Gemeinsam
mit einer an dem zugehörigen
Festende 6 der ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 angeordneten Auslösespule 7 ist
eine einstückige
Einheit gegeben, die über
eine integrierte Kontaktfahne 8 geräteeingangsseitig von einem
zu schaltenden Strom I durchflossen wird.
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Die beiden Lichtbogen-Leitschienen 3,4 dienen
zur gezielten Führung
eines Lichtbogens 9 in eine zwischen der ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 und
der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 angeordneten, den
Lichtbogen 9 aufnehmenden, unterbrechenden sowie löschenden
Lichtbogen-Löschkammer 10.
Die Position der Lichtbogen-Löschkammer 10 ist
hierbei beabstandet zwischen dem Freiende 5 der ersten
Lichtbogen-Leitschiene 3 und einem Freiende 11 der
zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 vorgesehen.
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Die Lichtbogen-Löschkammer 10 ist mit
einer Reihe von zueinander über
eine Löschblech-Halterung 12 auf
Distanz gehalte nen Löschblechen 13 versehen,
die den Lichtbogen 9 in mehrere Teillichtbögen unterteilt,
so dass eine vorteilhafte Längung und
Kühlung
des Lichtbogens 9 erzielt werden kann.
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Das Freiende 11 der zweiten
Lichtbogen-Leitschiene 4 taucht hierbei in eine Aussparung 14 gemäß 2 einer Nebenschluss-Leiterbahn 15 und
ist zumindest teilweise von dieser umfasst, wobei eine gemeinsame
Ebene E gegeben ist. Die Nebenschluss-Leiterbahn 15 ist derart ausgebildet
und/oder angeordnet, dass sie mit ihrem Freiende 16 bis
in einen Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 reicht und
diese zumindest teilweise überdeckt.
Ein zu dem Freiende 11 zugehöriges Festende 17 der
zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 ist mit einem Festende 18 der
Nebenschluss-Leiterbahn 15 zum einem und mit einem Bimetallträger 19 für ein Bimetall
zum anderen elektrisch leitenden verbunden, wobei geräteausgangsseitig
der zu schaltende Strom I über
einen Kontaktfuß 21 abfließen kann.
Das Bimetall 20 steht seinerseits je nach Auslenkzustand
mit einem beweglichen Kontaktarm 22 ebenfalls in einer
elektrisch leitenden Verbindung.
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Neben dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
gemäß 1, kann eine weitere Nebenschluss-Leiterbahn,
die an der ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 angeordnet ist
und bis in einen Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 reicht,
vorgesehen werden. Sowohl die Nebenschluss-Leiterbahn 15 wie
auch die weitere Nebenschluss-Leiterbahn können aus verschiedenen Leiterwerkstoffen,
wie beispielsweise Kupfer, Aluminium od.dgl. bestehen, wobei die
jeweiligen Bauteile, wie die zweite Lichtbogen-Leitschiene 4,
die Nebenschluss-Leiterbahn 15 und der Bimetallträger 19 bzw.
die erste Lichtbogen-Leitschiene 3, die weitere Nebenschluss-Leiterbahn
und die Auslösespule 7 als
einstöckige
Einheit vorgesehen werden können.
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Sofern im Ausschaltmoment des Schaltgerätes 2,
insbesondere des Leitungsschutzschalters, mittels des Bimetalls 20 bzw.
mittels eines Auslöseankers 23 der
zu schaltende Strom I über ein
an der ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 bzw. an dem beweglichen
Kontaktarm angeordnetes Kontaktpaar 24 fließt, entsteht
der Lichtbogen 9 zwischen besagtem Kontaktpaar 24.
Der Lichtbogen 9 kann bei dem Hineinlaufen in die Lichtbogen-Löschkammer 10 auf das Freiende 16 der
Nebenschluss-Leiterbahn 15 kommutieren, wobei der den Lichtbogen 9 in
die Lichtbogen-Löschkammer 10 treibende
Strom I über
die gegenüber
der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 widerstandsreduzierte
bzw. leitwerterhöhte
Nebenschluss-Leiterbahn 15 abgeleitet werden kann. Der Fließweg des
Stromes I wird demnach weg von der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 hin
zu der Nebenschluss-Leiterbahn 15 geleitet.
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Durch die Positionierung des Freiendes 16 der
Nebenschluss-Leiterbahn 15 auf
Höhe einer
löschungswirksamen
Kommutierungsstelle 25, wird der Lichtbogen 9 bereits
beim ersten Hineinlaufen in die Lichtbogen-Löschkammer 10 an die
Kommutierungsstelle 25 getrieben, wobei dieser zwischen
dem Freiende 5 der ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 und der
Kommutierungsstelle 25 bis zu seinem Verlöschen verbleibt.
Vorteilhafterweise kann hierbei ein sicheres Hineinlaufen und Verharren
des Lichtbogens 9 in die bzw. in der Lichtbogen-Löschkammer 10 erzielt
werden. Das damit einhergehende schnelle Verlöschen des Lichtbogens 9 und
die geringe thermische Belastung erlauben zudem einerseits das Schaltvermögen des
Schaltgerätes 2 zu
erhöhen oder
bei gleichbleibendem Schaltvermögen
die Lichtbogen-Löschvorrichtung 1 zu
verkleinern bzw. andererseits die Lebensdauer des Schaltgerätes 2 zu
erhöhen.
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Da der elektrische Widerstand und/oder
der elektrische Leitwert der Nebenschluss-Leiterbahn 15 gegenüber der
zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 ggf. materialbedingt verringert
bzw. erhöht
ist, kann vorteilhafterweise ein Überspringen des Lichtbogens 9 auf
die Nebenschluss-Leiterbahn 15 bewirkt und ein Herauslaufen
des Lichtbogens 9 aus der Lichtbogen-Löschkammer 10 verhindert
und somit eine schnelle und sichere Löschung des besagten Lichtbogens 9 herbeigeführt werden.
Der verringerte elektrische Widerstand der Nebenschluss-Leiterbahn 15 ist
aufgrund einer gegenüber
der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 verkürzten, verbreiterten
und querschnittsvergrößerten Ausgestaltung
gegeben. Vorgenannte Maßnahmen
können
selbstverständlich
einzeln oder in Kombination zu einer Widerstandsverringerung bzw.
zu einer Leitwerterhöhung
führen.
Begünstigend
kommt hinzu, dass der Lichtbogen 9 einen weitaus geringeren
thermischen Einfluss auf die Nebenschluss-Leiterbahn 15 als
auf die zweite Lichtbogen-Leitschiene 4 hat, so dass der
zugehörige elektrische
Widerstand entsprechend klein bleibt.
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In 2 ist
ein Teilbereich der Lichtbogen-Löschvorrichtung 1 und
des Schaltgerätes 2 mit der
zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 und der Nebenschluss-Leiterbahn 15 gemäß 1 in einer perspektivischen
Darstellung gezeigt. Das Freiende 11 der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 ist
hierbei innerhalb der Aussparung 14 der Nebenschluss-Leiterbahn 15 angeordnet
und ist in der gemeinsamen Ebene E von dieser umfasst. Diese freiendseitig
beabstandete Anordnung der Nebenschluss-Leiterbahn 15 zu
der zweiten Lichtbogen-Leiterbahn 4 im Sinne einer Trennstrecke
bewirkt vorteilhafterweise eine weitere Längung und damit Schwächung des
Lichtbogens 9, wodurch ein Herauslaufen aus der Lichtbogen-Löschkammer 10 erschwert
und eine effiziente Löschung
gegeben sind.
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In 3 bzw. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante
der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 und der Nebenschluss-Leiterbahn 15 gezeigt.
Das Freiende 11 der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 ist gegenüber der
Ausführungsform
gemäß 1 und 2 verkürzt und die Nebenschluss-Leiterbahn 15 ohne die
Aussparung 14 gemäß 2 ausgeführt, wodurch mit Vorteil Material-
und Bauraum bei gleichbleibender Wirksamkeit eingespart werden können. Vielmehr
ist eine trennstreckenwirksame Beabstandung des Freiendes 11 der
zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 zu der Nebenschluss-Leiterbahn 15 gegeben.
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Die zuvor erläuterte Erfindung kann wie folgt zusammengefasst
werden.
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Um eine Lichtbogen-Löschvorrichtung 1 für ein Schaltgerät 2,
insbesondere Schutzschaltgerät, anzugeben,
die eine zuverlässige
und schnelle Löschung
bzw. Unterbrechung eines Lichtbogens 9 mit einfachen Mitteln
gewährleisten
soll, ist vorgesehen, dass an einer zu einer ersten Lichtbogen-Leitschiene 3 beabstandeten
zweiten Lichtbogen-Leitschiene 4 eine Nebenschluss-Leiterbahn 15 angeordnet
ist, derart dass der Lichtbogen 9 auf diese kommutiert und
ein den Lichtbogen 9 in eine Lichtbogen-Löschkammer 10 treibender
Strom I über
die Nebenschluss-Leiterbahn 15 ableitbar ist. Bedingt durch den
niedrigen Widerstand bzw. hohen Leitwert der Nebenschluss-Leiterbahn 15,
die als Bypass, Leiterbrücke
bzw. Umgehungsleiter dient, verharrt der Lichtbogen 9 in
der Lichtbogen-Löschkammer 10.