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Für Niederspannungsschaltanlagen bestimmter Leistungs-
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schalter oder Schutzschalter mit in einer Deionkammer angeordneten
Funkenlöschblechen Die Erfindung befaßt sich mit der Ausgestaltung eines Leistungsschalters
oder Schutzschalters für Niederspannungsschaltanlagen, beispielsweise eines Leitungsschutzschalters
mit einem in einer Deionkammer angeordneten Blechpaket aus flächigen, einen Funkeneinlaufschlitz
aufweisenden und in einem Abstand zueinander gehaltenen Funkenlöschblechen.
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Die Entwicklungstendenz bei Schaltern der genannten Art geht zum einen
dahin, diese Schalter aus Gründen der
Platzersparnis möglichst klein
und in einer sogenannten Schmalbauweise zu gestalten, und zum anderen sind die Bestrebungen
darauf gerichtet, die Schaltleistungen bzw.
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- bei Leitungsschutzschaltern oder dergleichen - das Kurzschlußschaltvermögen
der Schalter weiter zu verbessern, d.h. höhere Ströme schalten zu können, ohne gleichzeitig
die Lebensdauer der Schalter zu beeinträchtigen.
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Eine sehr wesentliche Verbesserung der Schaltleistungen gegenüber
ursprünglichen Schaltgeräten ist durch die Anordnung einer Deionkammer mit darin
vorgesehenen Funkenlöschblechen im Bereich des Lichtbogenweges erzielt worden.
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Weitere Verbesserungen sind durch unterschiedlichste Ausbildungen
der einzelnen Funkenlöschbleche sowie durch die Verwendung von Leitblechen für den
Lichtbogen und durch andere Maßnahmen erzielt worden. In jüngerer Zeit hat man zusätzlich
vorgeschlagen, Teile bzw. Wandungen der Deionkammer aus einem Material zu fertigen,
welches unter Lichtbogen einwirkung Gas abgibt, beispielsweise ein Fiber-Material
(DE-OS 24 10 049).
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Fiber-Materialien weisen hygroskopische Eigenschaften auf, d.h. sie
speichern eine gewisse Menge an Wasser, welches der Umgebungsluft entnommen wird.
Beim Schaltvorgang verdunstet u.a. wenigstens ein Teil dieser Feuchtigkeit, was
zur Kühlung des Lichtbogens beiträgt. Andere gasende Materialien, insbesondere Acrylharze,
geben unter Lichtbogeneinfluß elektronegative Gase ab, die ebenfalls eine Lichtbogenkühlung
bzw.
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eine Erhöhung des Lichtbogengradienten bewirken.
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Andere Maßnahmen zur Verbesserung der Schaltleistungen und zur Verminderung
von Rückzündungen sind in dem Vorschlag zu sehen, eines oder mehrere der Funkenlöschbleche
stellenweise mit einem isolierenden Material zu belegen oder zu beschichten, wodurch
erreicht wird, daß der sogenannte Fußpunkt des Lichtbogens lediglich auf dem isolationsfreien
Bereich des Funkenlöschbleches brennt (DE-OS 26 16 825).
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine weitere Verbesserung
des Schaltvermögens von Schaltern der eingangs genannten Art zu erzielen, insbesondere
eine derartige Stabilisierung des Lichtbogens zu erreichen, daß er nach dem Einlauf
in das Blechpaket bis zum Erlöschen stabil brennt und an seinem Bestreben, wieder
aus dem Blechpaket herauszulaufen, was zu den gefürchteten Rückzündungen führt,
weitgehend gehindert wird.
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Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung der Schaltleistung in Richtung
der Aufgabenstellung dadurch erreicht, daß ein stabförmiges, im Querschnitt rundes,
ovales oder mehreckiges Element aus bei Lichtbogeneinwirkung gasendem Material (nachfolgend
deshalb als "aktives Element" bezeichnet, nämlich bei Lichtbogeneinwirkung aktiv
reagierend), wenigstens nahe den Enden der Funkeneinlaufschlitze vorgesehen und
etwa senkrecht zu den Funkenlöschblechen entlang dem Blechpaket angeordnet ist.
Ein derartiges aktives Element vermag mehrere die Schaltleistung begünstigende Funktionen
zu erfüllen, nämlich zum einen wirken die bei Lichtbogen~ einwirkung entstehenden
Gase, wie bereits eingangs angedeutet, auf die Atmosphäre und den Lichtbogen selbst
kühlend und löschend, außerdem ist der Gasungseffekt intensiver, da dieses aktive
Element mit dem Lichtbogen kurzzeitig eine intensivere Berührung hat als dieses
beispielsweise bei die Deionkammer umgebenden Wandungen aus gasendem Material der
Fall ist, und zum anderen erfüllt das aktive Element auch eine strömungsmechanische
Funktion, indem es sich sowohl den Rückzündungsbestrebungen buchstäblich "in den
Weg stellt" als auch durch seine Gasabgabe einen gewissen Druckaufbau zwischen dem
in die Funkenlöschbleche eingelaufenen Lichtbogen und dem freien Raum davor schafft.
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Dieser Druckaufbau begünstigt also das Verharren des brennenden Lichtbogens
im Bereich der Funkenlöschbleche. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß nicht die
Wandungen um das
Blechpaket aus bei Lichtbogeneinwirkung gasendem
Material zu bestehen brauchen und folglich einem gewissen Verschleiß ausgesetzt
sind, sondern daß stattdessen eben ein gesondertes aktives Element hierfür dient.
Die Wandungen um das Blechpaket können deshalb aus lichtbogenbeständigem Material
bestehen.
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Eine konkrete Ausgestaltungsmöglichkeit für den Erfindungsgedanken
ist in dem Vorschlag zu sehen, das aktive Element am Ende der Funkeneinlaufschlitze
anzuordnen und seine Querschnittskontur der Form des Endbereiches der Funkeneinlaufschlitze
anzupassen. Hierdurch ist, wie Versuche ergeben haben, ein günstiger Effekt bezüglich
einer Rückzündungsminderung und einer Stabilisierung des Lichtbogens zu erzielen.
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Einem Alternativvorschlag zufolge ist es aber auch möglich das aktive
Element senkrecht oder wenigstens angenähert senkrecht durch Öffnungen in den Funkenlöschblechen
ragen zu lassen, die nahe den Endbereichen der Funkeneinlaufschlitze angeordnet
sind. Je nach Ausbildung der Funkenlöschbleche und der Deionkammer kann der letztgenannte
Vorschlag dahingehend präzisiert werden, daß man das aktive Element in der eben
geschilderten Lage durch Öffnungen in den Funkenlöschblechen ragen läßt, die etwa
mittig zwischen den Endbereichen der Funkeneinlaufschlitze und den den Einlaufschlitzen
entgegengesetzten Kanten der Funkenlöschbleche liegen. Auch eine solche Lage des
aktiven Elementes vermag eine Stabilisierung des Lichtbogens zu bewirken, und zwar
durch dessen intensive Kühlung in demjenigen Bereich, in dem der Lichtbogen nach
seinem Einlauf brennt. Je nach Ausbildung des aktiven Elementes und des dieses umgebenden
Blechpaketes ist hier unter Umständen sogar eine weitere Aufteilung des Lichtbogens
gegeben, wodurch der Löschvorgang weiter beschleunigt wird.
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Die letztgenannten Ausgestaltungsmöglichkeiten sind besonders geeignet
zur Verwirklichung eines anderen Gestaltungsvorschlages, nämlich die Funkenlöschbleche
durch das aktive Element wenigstens teilweise zu halten, beispielsweise durch Aufpressen
der Funkenlöschbleche auf das aktive Element oder - unter Verwendung von Abstandshülsen,
die gleichfalls aus bei Lichtbogeneinwirkung gasendem Material bestehen können -
durch Verspannen der Teile zueinander. Hierdurch ist eine Vereinfachung des konstruktiven
Aufbaues innerhalb der Deionkammer erzielbar, was wiederum der Kostengestaltung
entgegenkommt.
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Als Werkstoff für derartige aktive Elemente werden insbesondere Acrylharz
oder Polyacetal vorgeschlagen. Diese Materialien sind nicht nur preiswert sondern
auch gut zu bearbeiten und hinsichtlich ihrer Gasungseigenschaften besonders wirkungsvoll.
Es können aber auch andere Materialien Verwendung finden, die, ebenso wie die eben
genannten Werkstoffe, bei Lichtbogeneinwirkung elektronegative Gase abgeben, wodurch
eine zusätzliche Kühlung und Entionisierung des Lichtbogens erzielt werden kann.
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Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
und der nachfolgenden Beschreibung hierzu, soll der Erfindungsgegenstand näher erläutert
werden.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Sicht in eine Deionkammer eines Schaltgerätes,
Fig. 2 einen Schnitt durch diese Deionkammer entsprechend dem in Figur 1 angedeuteten
und mit "II-II" gekennzeichneten Schnittverlauf,
Fig. 3 einen Schnitt
durch die Deionkammer entsprechend dem in Figur 1 mit III-III angedeuteten Schnittverlauf,
Fig. 4 und 5 je eine Sicht auf ein Funkenlöschblechpaket mit darin angeordnetem
aktiven Element und Fig. 6 eine Seitenansicht eines Funkenlöschblechpaketes mit
darin angeordnetem aktiven Element und Abstandshülsen zwischen den einzelnen Funkenlöschblechen.
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In Figur 1 ist ein Teil eines Gehäuses 11 eines elektrischen Schaltgerätes
erkennbar, von dem allerdings nur die im Zusammenhany mit dem Erfinungsgegenstand
interessierenden Teile dargestellt sind. Bei diesen Teilen handelt es sich um ein
bewegliches Kontaktstück 12, um ein festes Kontaktstück 13, welches nach unten verlängert
ist und ein unteres Lichtbogenleitblech 14 bildet, ferner um ein oberes Lichtbogenleitblech
15, welches mittels einer Litze 16 elektrisch leitend mit dem beweglichen Kontaktstück
12 verbunden ist, und schließlich sind die Funkenlöschbleche 17,18,19 und 20 zu
nennen, in deren Schlitzen 21 (siehe Figur 3) ein aktives Element 22 anliegt. Aus
der Schnittdarstellung in Figur 2 ist weiterhin zu entnehmen, daß das Gehäuse 11
mittels einem Deckel 23 verschließbar ist. In dieser Darstellung in Figur 2 sind
wieder das untere und das obere Lichtbogenleitblech (14,15) erkennbar sowie die
Funkenlöschbleche 17 bis 20. Aus der Schnittdarstellung in Figur 3 ist außer dem
Gehäuse 11 und dem mit dem festen Kontaktstück 13 vereinten unteren Lichtbogenleitblech
14 sowie dem Deckel 23 noch die Ausbildung des Funkenlöschbleches 19 zu entnehmen,
welches eine völlig gleiche Formgebung hat wie die übrigen Funkenlöschbleche 17,18
und 20.
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Beim Schaltvorgang wird das bewegliche Kontaktstück 12 auf nicht näher
erkennbare Weise um die Achse 24 geschwenkt, wobei die kontaktgebende, gekrümmt
dargestellte eigentliche Kontaktfläche des Kontaktstückes 12 zum festen Kontaktstück
13 hin oder von diesem Kontaktstück fortbewegt wird. Beim Öffnungsvorgang bildet
sich, falls hierdurch ein hoher Strom unterbrochen wird, zwischen den Kontaktanlageflächen
des beweglichen Kontaktstückes 12 und des festen Kontaktstückes 13 ein zunächst
kurzer Lichtbogen 25, der durch eine gekrümmte Linienführung angedeutet ist.
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Mit fortschreitendem Öffnungsvorgang wandert dieser Lichtbogen entlang
dem unteren Lichtbogenleitblech 14 in Richtung der Funkenlöschbleche 17 bis 20.
Mittels einer längeren gekrümmten Linienführung, die mit der Ziffer 26 bezeichnet
ist, soll der Lichtbogen in einer Zwischenphase seines Weges angedeutet werden.
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Nach dem Eintritt in das aus den Funkenlöschblechen 17 bis 20 gebildete
Blechpaket teilt er sich in Einzellichtbögen auf, die zwischen den einzelnen Funkenlöschblechen
(17 bis 20) solange brennen, bis sie erlöschen und der Ausschaltvorgang somit beendet
ist. Der zwischen dem unteren Lichtbogenleitblech und dem untersten Funkenlöschblech
20 angedeutete Teillichtbogen ist mit der Ziffer 27 versehen. Die Bewegungsrichtung
des geschilderten Lichtbogens deutet im übrigen ein mit der Ziffer 28 gekennzeichneter
Pfeil an. Auf diesem Wege muß der Lichtbogen das bereits erwähnte aktive Teil 22
umgehen, welches übrigens am Ende der Schlitze 21 an den Funkenlöschblechen angeordnet
ist, senkrecht zu den Funkenlöschblechen 17 bis 20 verläuft und sich in seinem Querschnitt
der Form des Endbereiches der Funkeneinlaufschlitze anpaßt.
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Durch den vorbeiwandernden Lichtbogen wird das aktive Element 22 intensiv
mit diesem in Berührung gebracht, wodurch eine
Gasung ausgelöst
wird. Hierdurch entstehen im Bereich des aktiven Elementes elektronegative Gase,
die eine Entionisierung des Lichtbogens bewirken. Darüberhinaus entsteht ein Gasdruck,
der die Gefahr von Rückzündungen verhindert oder wenigstens stark mindert.
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Das vom aktiven Element 22 infolge Lichtbogeneinwirkung ausgehende
Gas trägt außerdem zur Kühlung der einzelnen Teillichtbögen bei.
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Figur 4 zeigt die Draufsicht auf ein Funkenlöschblechpaket 29 entsprechend
derjenigen Sicht, wie sie in der Figur 3 gezeigt ist. Auch diesem Funkenlöschblechpaket
29 ist ein aktives Element 30 zugeordnet, im Gegensatz zum vorher gezeigten Ausführungsbeispiel
jedoch ragt dieses aktive Element 30 - oval ausgebildet - durch seinem Querschnitt
entsprechende Öffnungen in den Funkenlöschblechen. Es ist nahe von Funkeneinlaufschlitzen
31 angeordnet und seine Wirkungsweise entspricht praktisch derjenigen des in der
Figur 3 dargestellten aktiven Elementes 22.
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Eine etwas abweichende Ausgestaltung hinsichtlich Lage und Form eines
aktiven Elementes 32 zeigt die Figur 5.
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Dieses aktive Element 32 ragt ebenfalls durch Öffnungen in einem Funkenlöschblechpaket
33 und es ist etwa mittig zwischen den Endbereichen von Funkeneinlaufschlitzen 34
und den den Einlaufschlitzen 34 entgegengesetzten Kanten der Funkenlöschbleche angeordnet.
Der Querschnitt des aktiven Elementes 32 ist in diesem dargestellten Ausführungsbeispiel
quadratisch, was weniger von Bedeutung für die chemische Reaktion des aktiven Elementes
32 ist, wohl aber vorteilhaft sein kann, wenn dieses aktive Element 32 gleichæeitig
- wenigstens teilweise - der Halterung
der einzelnen Funkenlöschbleche
des Funkenlöschblechpa ketes 33 dient. Sind nämlich die Funkenlöschbleche mit Öffnungen
gleichen Querschnitts ausgestattet, so wird hierdurch eine Verdrehung der einzelnen
Funkenlöschbleche in ihrer flächigen Ebene um das aktive Element 32 verhindert.
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Figur 6 schließlich zeigt eine Seitensicht auf ein Funkenlöschblechpaket
mit den Funkenlöschblechen 35,36,37,38 und 39, welches mittels eines aktiven Elementes
40 zusammengehalten ist. Dieses aktive Element 40 ragt durch Öffnungen in den einzelnen
Funkenlöschblechen (35 bis 39), weist an seinen aus dem Blechpaket austretenden
Enden Befestigungs-oder Spannelemente 41 und 42 auf und ist in seinen zwischen den
einzelnen Funkenlöschblechen liegenden Bereichen von Abstandshülsen umgeben, deren
(in der Figur) oberste mit der Ziffer 43 versehen ist. Zur besseren Veranschaulichung
sind die Funkenlöschbleche 35 und 36 sowie die beiden zuoberst liegenden Abstandshülsen
(43) im Schnitt dargestellt.
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Auch diese Abstandshülsen 43 bestehen aus bei Lichtbogeneinwirkung
gasendem Material und übernehmen somit stellenweise die chemischen Aufgabe des aktiven
Elementes 40. Im übrigen müssen diese Abstandshülsen 43 das aktive Element keinesfalls
ringsum dicht verschließen, sondern sie können sehr wohl mit Öffnungen in Form von
Bohrungen, Schlitzen oder dergleichen versehen sein oder aus einem derartig porösen
Material bestehen, daß die Lichtbogeneinwirkung auf das aktive Element 40 gewährleistet
ist.
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Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei den in den Figuren 1 bis
6 gezeigten Darstellungen lediglich um Ausführungsbeispiele für den Erfindungsgedanken,
die in mannigfacher Weise abgewandelt werden können, ohne den Erfindungsgedanken
zu verlassen.
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