DE3302884C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter, mit einem feststehenden Kontaktträger mit festem Kontaktstück und einem beweglichen Kontaktträger mit beweglichem Kontaktstück, welches dem feststehenden Kontaktstück gegenübersteht und zusammen mit diesem das Öffnen und Schließen eines Stromkreises bewirkt, mit einem im Bereich des festen und des beweglichen Kontaktträgers angeordnetem Entionisierungsgitter zum Löschen des beim Abheben des beweglichen Kontaktstücks vom festen Kontaktstück auftretenden Lichtbogens, sowie mit einem nahe dem festen Kontaktträger angeordneten und mit diesem mechanisch und elektrisch verbundenen Lichtbogenführungsstück zur Übernahme des Lichtbogens, welches im wesentlichen L-förmigen Querschnitt besitzt, und das einen ersten, zum Entionisierungsgitter hinweisenden Abschnitt und einen zweiten, rechtwinklig angesetzten, ungefähr in der Ebene des festen Kontaktstücks und parallel zu diesem angeordneten zweiten Abschnitt mit einer das feste Kontaktstück aufnehmenden Ausnehmung aufweist, so daß das Lichtbogenführungsstück zumindest von zwei Seiten nahe an das feste Kontaktstück heranreicht, von diesem jedoch durch einen Luftspalt elektrisch isoliert ist.

Derartige Leistungsschalter werden dazu verwendet, die Zufuhr von elektrischer Energie zu- bzw. abzuschalten. Wegen der hohen, über die beiden Kontakte fließenden Ströme ist es von besonderer Wichtigkeit, den bei der Trennung der Kontakte entstehenden Lichtbogen schnell zu löschen, um stabile Abschalteigenschaften zu erhalten.

Ein elektrischer Leistungsschalter der in Rede stehenden Art ist bereits aus der DE-OS 28 03 249 bekannt. Dieser vorbekannte Leistungsschalter weist einen freien ersten Schenkel und einen dazu parallel verlaufenden zweiten Schenkel auf, welcher wiederum rechtwinklig an einen senkrecht stehenden Schenkel angesetzt ist. Der senkrechte Schenkel weist in seinem unteren Teil eine Öffnung auf, durch die ein Ansatz am freien Schenkel hindurchtritt. Die Öffnung befindet sich auf einem derartigen Niveau, daß der Ansatz hindurchtreten kann, ohne jedoch aufgrund des vorgesehenen Spieles mit ihr in Kontakt zu treten. Der freie Schenkel ist mit dem senkrechten Schenkel also nicht direkt über den Ansatz elektrisch verbunden, sondern lediglich über die beiden Stege und den zum freien ersten Schenkel parallelen zweiten Schenkel. Nach Abheben des beweglichen Kontaktstücks wird ein Lichtbogen zwischen diesem und der Oberfläche des oberen der beiden parallelen Schenkel des Löschgliedes gezogen. Mit wachsender Entfernung des beweglichen Kontaktteils vom Löschglied wandert der löschgliedseitige Fußpunkt des Lichtbogens über dessen senkrecht angeordneten Schenkel in Richtung der Löschfläche. Dabei bedingt der gezogene Lichtbogen einen Strom, der ausgehend vom Lichtbogenfußpunkt entlang des senkrecht stehenden Schenkels nach unten zum Gehäuse hin abfließt. Der Strom nimmt zwangsläufig diesen Weg des geringsten Widerstands, da zwischen dem senkrecht stehenden Schenkel und dem dazu rechtwinklig und zum beweglichen Kontaktstück parallelen freien Schenkel des Löschglieds keine direkte leitende Verbindung besteht. Auch wenn ein Teil des abfließenden Stromes nicht direkt nach unten zum Gehäuse hin abfließt, sondern durch den unteren, parallel zum ersten freien Schenkel des Löschglieds verlaufenden zweiten Schenkel, ist der dann stromführende Schenkel des Löschglieds so weit vom Lichtbogen entfernt, daß das durch den Strom hervorgerufene magnetische Feld keinen nennenswerten Einfluß auf den zwischen dem Ende des beweglichen Kontaktstücks und dem senkrecht stehenden Schenkel des Löschglieds haben kann. Dieses aus dem Stand der Technik bekannte Löschglied unterstützt daher die Wanderung des Lichtbogens auf die Löschfläche nur in unzureichender Weise.

Aus der DE-OS 14 15 944 ist ferner ein Kontaktträger mit einem festen Kontaktstück bekannt, welcher L-förmig ausgebildet ist und gleichzeitig als Lichtbogenführungsstück dient.

Angesichts dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Leistungsschalter so zu verbessern, daß der zu löschende Lichtbogen schnell und sicher in Richtung auf das Entionisierungsgitter getrieben wird.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem elektrischen Leistungsschalter der eingangs erwähnten Art; gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der in der Ebene des festen Kontaktteils liegende zweite Abschnitt des Lichtbogenführungsstückes an dessen zu dem Entionisierungsgitter hinweisenden ersten Abschnitt einstückig angeformt ist, so daß dann, wenn sich der Lichtbogenfußpunkt auf dem ersten Abschnitt befindet, der Strom des zu löschenden Lichtbogens von diesem ersten Abschnitt zum vorderen, mit dem feststehenden Kontaktträger elektrisch leitend verbundenen Ende des Lichtbogenführungsstücks abgeleitet wird.

Der erfindungsgemäße elektrische Leistungsschalter besitzt also ein Löschglied, dessen beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Abschnitte einstückig miteinander verbunden sind, was eine elektrisch hervorragend leitende Verbindung der beiden Abschnitte ergibt. Hierdurch fließt der Lichtbogenstrom, ausgehend vom Lichtbogenfußpunkt auf dem ersten Abschnitt, durch den oberen Abschnitt des Lichtbogenführungsstücks antiparallel und in nächster Nähe zum gezogenen Lichtbogen. Das durch diesen fließenden Strom erzeugte magnetische Feld ist deshalb dem Lichtbogen so nahe, daß dieser infolge der senkrecht einwirkenden Kraft in Richtung der Löschbleche schnell und sicher nach oben getrieben wird. Hierdurch wird der Lichtbogen wesentlich schneller gelöscht; der Leistungsschalter zeichnet sich durch hervorragende Abschaltleistungen aus.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des elektrischen Leistungsschalters gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A-1F das Entstehen und die Wanderung eines gezogenen Lichtbogens innerhalb eines Leistungsschalters;

Fig. 2A, 2B Lichtbogenführungsstück und Kontaktträger einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, in einer Draufsicht bzw. einem Vertikalschnitt entlang der Linie B-B′;

Fig. 3 Lichtbogenführungsstück und Kontaktträger einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, in einem Vertikalschnitt,

Fig. 4 Lichtbogenführungsstück und Kontaktträger einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, ebenfalls in einem Vertikalschnitt;

Fig. 5A, 5B das Lichtbogenführungsstück gemäß Fig. 4, in einer Draufsicht bzw. einem Vertikalschnitt entlang der Linie C-C′ in Fig. 5A;

Fig. 6A, 6B eine weitere Ausführungsform des feststehenden Kontaktteils des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, in einer Draufsicht bzw. einem Vertikalschnitt entlang der Linie D-D′ in Fig. 6A;

Fig. 7A, 7B das Lichtbogenführungsstück gemäß den Fig. 5A und 5B, in einer Draufsicht, bzw. einem Vertikalschnitt entlang der Linie E-E′ in Fig. 7A; und

Fig. 8A, 8B das Lichtbogenführungsstück einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einem Schnittbild entlang der Linien G-G′ oder H-H′ in Fig. 8A.

In den Fig. 1A bis 1F ist die Entstehung bzw. das Wandern des Lichtbogens innerhalb eines elektrischen Leistungsschalters dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1A die beiden Kontaktstücke 11 a und 13 a in geschlossener Stellung. Beim Abheben des beweglichen Kontaktstücks 11 a vom feststehenden Kontaktstück 13 a (vgl. Fig. 1B) wird zwischen diesen ein Lichtbogen 23 gezogen. Bei zunehmendem Abstand der beiden Kontaktstücke 11 a und 13 a voneinander wächst dieser Lichtbogen 23. Seine beiden Enden werden rasch auf eine Kommutatorelektrode 22 und ein Lichtbogenführungsstück 13 b übergeben ( Fig. 1C). Dabei wird der Lichtbogen 23 von dem durch die Kontaktträger 11 und 13 fließenden elektrischen Strom getrieben. Auf den Lichtbogen 23 wirkt dabei ein infolge des fließenden elektrischen Stromes hervorgerufenes, starkes Magnetfeld. Dieses Magnetfeld hat eine Kraft zur Folge, die den Lichtbogen 23 vom Kontaktstück 11 a auf eine Elektrode 22 hinüberschiebt, wobei die Form der Kommutatorelektrode diesen Übergang begünstigt. Da das Lichtbogenführungsstück 13 b aus magnetischem Material hergestellt ist, wird der Lichtbogen 23 zu diesem hingezogen, wobei der Endpunkt des Lichtbogens 23 vom festen Kontaktstück 13 a schnell auf das Lichtbogenführungsstück 13 b übergeben wird. In Fig. 1D ist der Lichtbogen 23 bereits weiter vorwärtsgetrieben und aufgeweitet. Er nimmt anschließend die in Fig. 1E gezeigte Position ein. Schließlich wird der Lichtbogen 23 im Deionisierungsgitter 21 gelöscht, wie in Fig. 1F gezeigt, wodurch der Abschaltvorgang beendet ist.

Die Fig. 2A, 2B, 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere das Lichtbogenführungsstück 13 b, des elektrischen Leistungsschalters.

Nach Fig. 2A und 2B weist das vordere Ende eines Lichtbogenführungsstücks 13 b einen Ausschnitt 13 j auf und ist mit seinem unteren Ende bei B am untersten Abschnitt des U-Bogens des feststehenden Kontaktträgers 13 hart angelötet. Bei dieser Konstruktion fließt Strom durch das Lichtbogenführungsstück 13 b in der durch den Pfeil in Fig. 2A angedeuteten Richtung, wodurch der Lichtbogen 23 zum Deionisierungsgitter 21 hin getrieben wird. Damit werden stabile Abschalteigenschaften erzielt.

Gemäß Fig. 3 ist bei einem zweiten Beispiel der vordere Endabschnitt des Lichtbogenführungsstückes 13 b, das in der Längsschnittdarstellung U-förmig ist, auf der Unterseite des ebenfalls U-förmigen feststehenden Kontaktträgers 13 im Bereich C hart verlötet.

Eine weitere Ausführungsform zeigt die Fig. 4. Bei dieser ist am Vorderende auf der Oberseite des feststehenden Kontaktträgers 13 das vordere Ende eines Lichtbogenführungsstücks 13 b im Bereich D hart angelötet. Statt des Hartlötens sind auch andere Verbindungstechniken brauchbar, wie Verschrauben.

Die Ausführungsformen wurden bisher in Verbindung mit einem Leistungsschalter beschrieben, der für die Steuerung des Schaltvorgangs einen Magneten verwendet, doch sind sie auch bei anderen Leistungsschaltern, wie Schaltern mit Preßstoffgehäusen, einsetzbar. Diese Art von elektromagnetischen Schaltvorrichtungen bietet einen stabilen Abschaltvorgang, weist jedoch folgendes Problem auf: Es sei angenommen, daß der eine Endpunkt eines Lichtbogens sich am Punkt P auf dem Lichtbogenführungsstück 13 b eines elektromagnetischen Schalters mit einem Aufbau gemäß Fig. 5A befindet. In diesem Fall verläuft der Lichtbogen vertikal zur Zeichenebene, ausgehend vom Punkt P, während das andere Bogenende sich an der Kommutatorelektrode 22 befindet. Wie durch Pfeile in Fig. 5A dargestellt, sind die von dem Lichtbogenführungsstück 13 b in den Bogen fließenden Ströme so, daß sie von den Punkten A und B auf dem Führungsstück 13 b zum Punkt P hin verlaufen. Der Strom zwischen den Punkten A und P sei mit i ₁, der zwischen den Punkten B und P mit i ₂ bezeichnet. Da der Abstand zwischen den Punkten A und P kleiner als der Abstand zwischen den Punkten B und P ist, ist i ₁<i ₂. F ₁ und F ₂ bezeichnen die durch die Ströme i ₁ und i ₂ hervorgerufenen Kräfte, die den Lichtbogen treiben, während F die Resultierende aus den Kräften F ₁ und F ₂ ist. Da nun i ₁<i ₂ ist, ist auch F ₁<F ₂. Der Lichtbogen wird durch die resultierende Kraft F getrieben, die in je eine in Fig. 5A nach rechts und nach oben gerichtete Kraftkomponente zerlegbar ist. Die nach oben gerichtete Kraftkomponente treibt den Bogen zum Rand 13 c des Lichtbogenführungsstücks 13 b, so daß es sich dann entlang dieses Randes 13 c bewegt. Nahe diesem Rand 13 c verläuft eine Wand der Bogenlöschkammer 19, die nun durch die vom Lichtbogen an dieser Stelle ausgehende Hitze beschädigt werden kann. Nach mehreren Abschaltvorgängen besteht deshalb die Möglichkeit, daß in die Lichtbogenkammer ein Loch eingebrannt wird, bei dem dann zwischen benachbarten Phasen keine Isolation mehr besteht und ein Phasenkurzschluß eintreten kann.

Bei weiteren Ausführungsformen der feststehenden Kontaktträger mit ihren Lichtbogenführungsstücken sind derartige Fehlerscheinungen vermieden. Zu diesem Zweck verjüngt sich das Lichtbogenführungsstück 13 b des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 6A und 6B mit zunehmender Entfernung von seinem Befestigungspunkt am feststehenden Kontaktstück. Es sei wieder angenommen, daß sich der eine Endpunkt des Lichtbogens im Punkt P befindet, und der Bogen von dieser Stelle sich senkrecht zur Zeichenebene erhebt, so daß er mit seinem anderen Ende zur Kommutatorelektrode 22 gelangt. Der Verlauf der Ströme im Lichtbogenführungsstück von den Punkten A und B zum Punkt P hin ist wiederum durch Pfeile angedeutet, die die Ströme i ₁ bzw. i ₂ kennzeichnen. Da der Abstand zwischen den Punkten A und P kürzer als zwischen den Punkten B und P ist, gilt i ₁<i ₂. Dadurch ist auch F ₁ (die durch i ₁ hervorgerufene Kraft) größer als F ₂ (die durch i ₂ hervorgerufene Kraft). Obgleich der durch die resultierende Kraft F beeinflußte Lichtbogen in Fig. 6A nach rechts und nach oben und damit an den Rand 13 c des Lichtbogenführungsstücks 13 b getrieben wird, wird die Bogenlöschkammerwand weniger erhitzt, da sich der Bogen beim Weiterlaufen von der Wand der Bogenlöschkammer 19 entfernt.

Weiter ist es möglich, daß folgende weitere Schwierigkeit auftritt. Es soll dazu auf die Fig. 7A und 7B Bezug genommen werden. Beim Abschalten des Laststroms entsteht ein Lichtbogen, der mit seinem einen Ende auf dem feststehenden Kontaktstück 13 a endet. Durch das Magnetfeld, das der durch den Kontaktträger 13 und den bewegbaren Kontaktträger 11 fließende Strom erzeugt, wird das Bogenende weggetrieben und dabei auf das Lichtbogenführungsstück 13 b übertragen. Das Bogenende läuft dann über die Flächen 13 d und 13 e des Lichtbogenführungsstückes 13 b und wird dann abgetrennt. Dadurch wird durch die Bogenwärme das Bogenführungsstück einseitig erhitzt, während die Unterseiten 13 f und 13 g nicht aufgeheizt werden. Das führt zum Verbiegen des Bogenführungsstücks in der durch die Pfeile B und C angedeuteten Richtung. Nach mehreren Wechselspielen, während denen die Verbiegungen akkumulieren, kommt das Lichtbogenführungsstück 13 b mit dem Gitter 21 in Berührung, was einen Fehler in der Vorrichtung bedeutet.

Um diesen Mangel zu beseitigen, kann ein Lichtbogenführungsstück gemäß Fig. 8A und 8B verwendet werden. In gleicher Weise, wie oben beschrieben, läuft das Lichtbogenende über die Oberflächen 13 d und 13 e des Lichtbogenführungsstückes, das an den Schnittstellen G-G′ bzw. H-H′ in Fig. 8A eine Querschnittsgestaltung entsprechend Fig. 8B hat. Danach zeigen die Oberflächen 13 d und 13 e ausgeprägte Rippen. Wenn diese Oberflächen des Lichtbogenführungsstückes durch die Lichtbogenhitze erwärmt werden, sorgt die durch die ausgeprägten Rippen 13 h erzielte Versteifung des Lichtbogenführungsstückes 13 b dafür, daß es sich nicht verbiegt. Das Lichtbogenführungsstück 13 b kommt folglich nicht mit dem Gitter in Berührung, so daß Fehler ausgeschlossen sind.

Weiter wird durch die ausgeprägten Rippen 13 h bewirkt, daß der Lichtbogen auf diesen und nicht an den Außenrändern 13 j des Lichtbogenführungsstücks entlang läuft, so daß auch die Möglichkeit zu thermischen Beschädigungen der Bogenlöschkammerwand 19 vermindert ist.

Die ausgeprägten Rippen 13 h können auch einen U-förmigen Querschnitt oder andere Formen haben, wenn damit nur die oben erwähnten Vorteile erreicht werden. Anstelle der mit dem Lichtbogenführungsstück 13 b einstückig durch Prägen hervorgerufenen Rippen 13 h können auch Rippen oder Vorsprünge in Form separater Teile aus demselben Material wie das Lichtbogenführungsstück angebracht sein, womit dieselben Vorteile erzielbar sind.

Claims (7)

1. Elektrischer Leistungsschalter, mit einem feststehenden Kontaktträger mit festem Kontaktstück und einem beweglichen Kontaktträger mit beweglichem Kontaktstück, welches dem feststehenden Kontaktstück gegenübersteht und zusammen mit diesem das Öffnen und Schließen eines Stromkreises bewirkt, mit einem im Bereich des festen und des beweglichen Kontaktträgers angeordnetem Entionisierungsgitter zum Löschen des beim Abheben des beweglichen Kontaktstücks vom festen Kontaktstück auftretenden Lichtbogens, sowie mit einem nahe dem festen Kontaktträger angeordneten und mit diesem mechanisch und elektrisch verbundenen Lichtbogenführungsstück zur Übernahme des Lichtbogens, welches im wesentlichen L-förmigen Querschnitt besitzt, und das einen ersten, zum Entionisierungsgitter hinweisenden Abschnitt und einen zweiten, rechtwinklig angesetzten, ungefähr in der Ebene des festen Kontaktstücks und parallel zu diesem angeordneten zweiten Abschnitt mit einer das feste Kontaktstück aufnehmenden Ausnehmung aufweist, so daß das Lichtbogenführungsstück zumindest von zwei Seiten nahe an das feste Kontaktstück heranreicht, von diesem jedoch durch ein elektrisch isolierendes Medium körperlich getrennt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der in der Ebene des festen Kontaktteils liegende zweite Abschnitt des Lichtbogenführungsstückes (13 b) an dessen zu dem Entionisierungsgitter (21) hinweisenden ersten Abschnitt einstückig angeformt ist, so daß dann, wenn sich der Lichtbogenfußpunkt auf dem ersten Abschnitt befindet, der Strom des zu löschenden Lichtbogens von diesem ersten Abschnitt zum vorderen, mit dem feststehenden Kontaktträger (13) elektrisch leitend verbundenen Ende des Lichtbogenführungsstücks (13 b) abgeleitet wird.

2. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Kontaktträger (13) im wesentlichen U-förmigen Querschnitt besitzt, wobei dessen einer, das feste Kontaktstück (13 a) tragende U-Schenkel parallel zu dem zweiten Abschnitt des Lichtbogenführungsstücks (13 b), jedoch elektrisch von diesem isoliert, verläuft, und daß dessen anderer U-Schenkel mit dem vorderen Ende des Lichtbogenführungsstücks (13 b) elektrisch leitend verbunden ist.

3. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zum Kontaktträger (13) verlaufende Abschnitt des Lichtbogenführungsstückes (13 b) im Abstand zu dem das feste Kontaktstück (13 a) tragenden U-Schenkel des Kontaktträgers (13) angeordnet ist.

4. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Kontaktträger (13) im wesentlichen U-förmigen Querschnitt besitzt und daß das Lichtbogenführungsstück (13 b) einen rechtwinklig nach unten an den zweiten, zum Kontaktträger (13) parallel verlaufenden Abschnitt angesetzten Zusatzabschnitt aufweist, dessen Ende mit dem die beiden U-Schenkel des Kontaktträgers (13) verbindenden Steg elektrisch leitend verbunden ist.

5. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die das feststehende Kontaktstück (13 a) aufnehmende Ausnehmung (13 j) im Lichtbogenführungsstück (13 b) bis in den Bereich der elektrischen leitenden Befestigung zwischen dem Lichtbogenführungsstück (13 b) und dem Kontaktträger (13) erstreckt.

6. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Lichtbogenführungsstück (13 b) in Richtung seines zum Entionisierungsgitter (21) hinweisenden Abschnitts verjüngt.

7. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (13 d, 13 e) des Lichtbogenführungsstücks (13 b) mit wenigstens einer ausgeprägten Rippe (13 h) versehen ist.