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Slektrisches Schaltgerät Die Erfindung betrifft ein elektrisches
Schaltgerat, das wenigstens einen bewegbaren Konktakt aufweist, der mit einem zweiten
Kontakt zusammenarheitet, wobei jeder Kontakt mit jeweils eine1 Anschlußpol verbunden
ist.
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Ein Schaltgerat wie beispielsweise ein Schalter wird als eine Vorrichtung
mit bestimmter Schaltleistung definiert, die auf Schließen und Öffnen eines Stromkreises
abgestellt ist und die sich in einer von zwei Stellungen befindet, wenn sie von
keiner äußeren Kraft beeinflußt wird. Diese beiden Stellungen entsprechen dem Zustand
bei geöffnetem und geschlossenem Stromkreis.
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Die Definition "Schaltleistune" gibt an, bis zu welcher Stromstärke
das Schaltgerät ohne Schaden zu leiden bei ihrer Prüfspannung abschaltet. Die Schaltleistung
ist außer von der Öffnungsgeschwindigkeit des Stromkreises auch von der konstruktiven
Geometrie des Schaltraumes abhängig. Besonders wenn eine große Schaltleistung bei
kleinen geometrischen Abmessungen des
SchaltgerËttes erzielt werden
soll, ist die Formgeometrie von großer Bedeutung.
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Als Beispiel werden keine Schutzschalter erwihnt, die mit einer Prtifspannung
von /I3 V, 50 Hz einen elektrischen Strom bis zu einer Stromstärke von 1500 A unterbrechen
sollen, für die ein biontageraum von höchsten 10 cm' zur Verfügung steht. Für derartige
Schutzschalter ist der konstruktive Aufbau der Unterbrecherstelle selbst, also der
Kontakt und deren Funktionsumgebung von großer Bedeutung.
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Bei Hochleistungsschaltgeräten ist die Anwendung des sogenannten Magnetblasens"
eine bekannte Maßnahme.
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Geräte dieser Art wie Schutzschalter werden mittels eines Auslösemagneten
ausgelöst, wenn der Strom, beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses, über einen
bestimmten Wert steigt. Wenn die Kontakte beim Öffnen voneinander entfernt werden,
entsteht an der Berührungsstelle ein Lichtbogen, auf den eine elektrodynamische
Kraft des vom Strom gebildeten Magnetfeldes einwirkt.
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Diese sogenannte "Magnetblaskraft" , die vom durch die Kontakte und
den Lichtbogen gebildeten Strompfad erzeugt wird, verschiebt den Lichtbogen gegen
die divergierenden Spitzen der Kontakte und von dort in eine Löschkammer, für die
mehrere Lösungen bekannt sind.
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Ein Nachteil dieser bekannten Hochleistungsschaltgeräte besteht darin,
daß der Lichtbogen relativ lange zwischen den beiden Kontakten brennt und womit
die Kontakte schnell erhitzt. Den einen Kontakt kann man stationär ausbilden und
daher groß und massiv bauen, so daß ein länger zwischen den Kontakten brennender
Lichtbogen diesen nicht beschädigt, jedoch muß der
bewegbare Kontakt
leicht gebaut sein, damit für die Öffnungs- und Schließbewegungen keine großen Nassen
bewegt werden müssen und die Bewegungszeit möglichst kurz gehalten werde kann. Die
bewegbaren Kontakte der bekannten Hociileistungsschaltgeräte können daher leicht
überhitzt werden und an den Berührungsstellen verbrennen. Diese Gefahr ist auf jeden
Fall dann gegeben, wenn eine rasche Öffnungsbewegung mit mäßiger Antriebskraft erzielt
werden soll.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, klein dimensionierbare schnell-wirkende
Schaltgeräte mit voneinander entfernbaren Kontakten bauen zu können, bei denen die
Gefahr des Verbrennens der Kontakte durch zwischen diesen gebildete Lichtbögen sehr
gering ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
vorgeschlagen. Bevorzugte weitere Ausgestaltungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Die Grundidee der Erfindung besteht darin, den Lichtbogen von dem
bewegbaren Kontakt, dessen Masse klein ist, sofort nach Öffnen der Kontakte und
damit nach Zündung des Lichtbogens zu entfernen. Hierdurch erreicht man unter anderem,
daß der bewegbare Kontakt nur eine sehr kurze Zeit vom Strom und Lichtbogen beansprucht
wird, so daß er leicht gebaut werden kann und dementsprechend die Funktionsgeschwindigkeit
des Schalters zunimmt. Die vorgeschlagene Hilfselektrode kann aus ferromagnetischem
Material hergestellt sein, wodurch das Magnetblasen wirkungsvoller durchgeführt
werden kann.
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In der Zeichnung sind in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes im Vergleich mit einem bekannten Schaltgerät
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 die Kontakte eines bekannten Schaltgerätes in
geschlossener Stellung, Fig. 2 die Kontakte des Schaltgerätes aus Fig. 1 in geöffneter
Stellung, Fig. 3 die Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes in geschlossener
Stellung, wobei die Hilfselektrode in Längsrichtung geschnitten ist, Fig. 4 die
Kontaktanordnung aus Fig. 3 in geöffneter Stellung, Fig. 5 eine Draufsicht auf die
Kontaktanordnung des Schaltgerätes aus Fig. 3 und 4 und Fig. 6 eine Teildraufsicht
auf eine zweite Ausführungsform der Kontaktanordnung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
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Der in Fig. 1 und 2 angedeutete Schutzschälter besitzt einen stationären
Kontakt 1 und einen bewegbaren Kontakt 2, welche in der Position gemäß Fig. 1 einen
Stromkreis schließen. Zwischen dem bewegbaren Kontakt 2 und dem betreffenden Anschlußpol
des Schutzschalters ist ein Auslösemagnet M zum Auslösen des Schalters angeordnet.
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Wenn die Kontakte 1 und 2 voneinander gelöst werden, entsteht im Bereich
der Berührungsstelle ein Lichtbogen
V, wie in Fig. 2 angedeutet,
auf den in dem vom Strom gebildeten Magnetfeld eine elektrodynamische Kraft F in
Pfeilrichtung erwirkt. Diese sogenannte "Magnetblaskraft" schiebt den Lichtbogen
gegen die Spitzen V' der divergierenden Kontakte 1 und 2 und verbreitet ihn in einer
Löschkammer S, die in bekannter Weise ausgebildet sein kann.
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Das erfindungsgemäße Schaltgerät unterscheidet sich von diesem bekannten
Schaltgerät dadurch, daß eine Hilfselektrode 3 vorgesehen ist, welche das eine Ende
des Lichtbogens unmittelbar nach Öffnen des Schaltgerätes vom bewegbaren Kontakt
2 übernimmt.
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Spezielle Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit
den Figuren 3 bis 6 nachstehend erläutert.
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Gemäß Fig. 3 bis 5 ist zwischen dem feststehenden Kontakt 1 und dem
bewegbaren Kontakt 2 eine plattenförmige oder streifenförmige Hilfselektrode 3 angeordnet,
die in Fig. 3 und 4 längs ihrer Mittellinie gesclmitten dargestellt ist. Diese Hilfselektrode
ist feststehend angeordnet und enthäl-t eine Öffnung A, durch die der bewegbare
Kontakt 2 zum Schließen des Stromkreises hindurchragen kann, wie Fig. 3 zeigt. Zum
Öffnen wird der bewegbare Kontakt 2 vo feststehenden Kontakt 1 zurückgezogen, wobei
sich zwischen dem bewegbaren Kontakt 2 und dem feststehenden Kontakt 1 wiederum
ein Lichtbogen bildet. Sobald der bewegbare Kontakt weiter als der Abstand zwischen
dem feststehenden Kontakt 1 undr ebenfalls feststehenden Hilfselektrode 3 entfernt
worden ist, "springt" das eine Ende des Lichtbogens zur Hilfselektrode über, so
daß sich dieser nunmehr zwischen dem feststehenden Kontakt 1 und der Hilfselektrode
3 erstreckt und unter
einfluß der oben erwähnten elektrodynamischen
Kraft durch SIagne-tblasen zu den Spitzen der divergierenden Teile 1 und 3 wandert,von
wo er sich in einer Löschkammer S verbreitet.
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Die Elektrode 3 kann aus ferromagnetischem Material hergestellt sein,
wodurch das Magnetblasen begünstigt wird.
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Mit einem derartigen Schaltgerät, das beispielsweise als Schutzschalter
benutzt wird, ergibt sich der Vorteil, daß der Auslösemagnet N , der bei den bekarten
Schaltgeräten während des gesamten Auslösevorganges mit dem Stromkreis gekoppelt
ist, zwischen dem bewegbaren Kontakt 2 und der Hilfselektrode 3 angeordnet werden
kann, so daß der im Stromkreis entstehende Spannungsverlust nach Überspringen des
Lichtbogens vom bewegbaren Kontakt 2 auf die Hilfselektrode 3 beschleunigt wird.
Der Auslösemagnet liegt also nur während eines Teiles des Auslösevorganges im Stromkreis.
Die Wärmebelastung wird vermindert und man kann die Kontakte daher leichter als
üblich dimensionieren.
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Die erfindungsgemäße Grundidee kann in vielfacher Hinsicht abgewandelt
werden. So braucht die Hilfselektrode 3 nicht vollständig aus ferromagnetischem
Material zu bestehen. Vielmehr genügt es, wenn nur der Blasteil der Hilfselektrode
aus ferromagnetischem Material besteht. Auch ergibt sich aus Fig. 6, daß die Hilfselektrode
3 neben dem bewegbaren Kontakt 2 angeordnet werden kann. In Fig. 6 ist aus Gründen
der Anschaulichkeit der feststehende Kontakt 1 weggelassen.
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Weiterhin ist es möglich, die Kontakte 1 und 2 oder wenigstens einen
von diesen mit bekannten Kontaktstiften usw. auszustatten. Auch kann man unter dem
feststehenden Kontakt 1 und an den Seiten desselben in bekannter Weise eine das
Nagnetblasen fördernde Eisenplatte anordnen.
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Auch ist es möglich, die Vorrichtung symmetrisch auszubilden, indem
beide Kontakte bewegbar sind und jedem dieser bewegbaren Kontakte eine feststehende
Hilfselektrode zugeordnet ist.
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Patentansprüche