DE3413555C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Löscheinrichtung für elek­ trische Schalter, insbesondere Leistungs- und Leitungs­ schutzschalter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um die Beschädigung der Kontaktstücke infolge Lichtbo­ gen, die beim Öffnen eines elektrischen Stromkreises, das heißt dem Trennen der Kontaktstücke, insbesondere bei höheren Stromstärken auftreten, zu vermeiden, sind seit langem Maßnahmen vorgesehen, die den Lichtbogen schnellstmöglich von den Kontaktstücken entfernen und zum Erlöschen bringen.

Aus der DE 24 23 207 B2 ist eine Hochleistungsschalt­ strecke mit einem Löschblechpaket in einer Lichtbogen­ kammer bekannt, bei dem ein verschwenkbares Kontaktstück mit einem Ende an dem einen der beiden Lichtbogenleit­ bleche des Löschblechpaketes drehbar gelagert ist und an seinem freien Ende unmittelbar gegenüber dem als Fest­ kontaktstück und elektrische Anschlußstelle ausgebildet­ en Ende des anderen Lichtbogenleitblechs einen elektri­ schen Anschluß trägt. Der sich beim Öffnen der Schalt­ strecke ausbildende Schaltlichtbogen bewegt sich mit seinem Fußpunkt entlang dem beweglichen Kontaktstück bis zu dessen Drehlagerung an dem einen Lichtbogenleitblech fort, um daran anschließend von beiden Lichtbogenleit­ blechen aus von der Stirnseite her in das Löschblechpa­ ket einzudrehen. Aufgrund des sich bei der Trennung der Kontaktstücke bildenden magnetischen Feldes wird der gezündete Schaltlichtbogen mit seinem einen Fußpunkt entlang dem Schwenkkontaktstück in Richtung seiner Lagerstelle an dem einen Lichtbogenleitblech des Lösch­ blechpakets getrieben, während der andere Fußpunkt des Lichtbogens im Bereich der Festkontaktstelle des anderen Lichtbogenleitblechs bleibt. Sobald sich der Lichtbogen über die volle Höhe des Löschblechpakets erstreckt, kann er unter Aufteilung in eine entsprechende Anzahl von Teillichtbögen in das Löschblechpaket eindringen und sich dort selbst hinreichend abkühlen und entionisieren.

Eine weitere Lösung zur Löschung von Schaltlichtbögen ist aus der DE 27 16 619 B1 bekannt, die einen strom­ begrenzenden Leitungsschutzschalter mit Löscheinrichtung zum Gegenstand hat. Von den die Kontaktanordnung flan­ kierenden Isolierstoffplatten besteht die eine aus Keramik und die andere aus gasabgebendem Material mit einer Eiseneinlage. Die Platten sind so angeordnet, daß die von dem von einer Auslösespule ausgehenden magneti­ schen Streufeld resultierende auf einem bei Kontaktöff­ nung entstehenden Lichtbogen wirkende Kraftkomponente auf die Isolierstoffplatte mit Eiseneinlage gerichtet ist. Diese Kraft hat stets die gleiche Richtung da sich bei Stromumkehr auch die Feldrichtung umkehrt. In glei­ cher Richtung wirkt auch die den Lichtbogen anziehende Kraft der Eiseneinlage der Isolierstoffplatte. Auf diese Weise wird selbstregulierend eine ausreichende aber nicht zu starke Gasabgabe zur Kühlung des Lichtbogens erreicht. Infolge der gegeneinander gerichteten Kräfte tritt eine Symmetrierung des Lichtbogens ein, so daß eine höhere Laufgeschwindigkeit erreicht und ein un­ symmetrischer Kontaktabbrand vermieden wird.

Aus der DE 30 30 429 A1 ist eine Lichtbogenlöschkammer für ein elektrisches Installationsgerät, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter, mit einer jeden Kontaktstelle zugeordneten Lichtbogenlöschblechen bekannt, bei dem beidseitig zu jeder Kontaktstelle Eisenblechteile angeordnet sind, die von Isolierstoff­ stoffmaterial umgeben sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß zum einem die magnetische Beblasung des Lichtbogens verbessert wird, wodurch der Lichtbogen schneller von der Kontaktstelle weg und in die Lichtbo­ genlöschbleche einläuft und damit eine Verbesserung des Abschaltvorgangs bewirkt, und zum anderen durch die Gasabgabe der U-förmigen Isolierstoffbügel bzw. des Isolierstoffmaterials eine zusätzlich Lichtbogen löschende Wirkung erzielt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Schonung der Kontaktstelle vor Abbrand infolge der besseren Beblasung des Lichtbogens, wodurch die Edelmetallauflage an den Kontaktstücken selbst verkleinert werden kann.

Die beschriebenen Löscheinrichtungen, die nach dem Prinzip der erzwungenen Löschung arbeiten, bestehen vorzugsweise aus einer Vorkammer, die den Lichtbogen einengt und auf eine günstige Länge bringt, sowie aus einem sich daran anschließenden Löschblechstapel, der den Lichtbogen in Teillichtbögen unterteilt. Zur Begren­ zung der Vorkammer werden häufig eingelegte Bleche oder Platten aus Keramik oder einem gasabgebenden Material verwendet. Derartige Teile werden vorzugsweise durch entsprechende Ausformungen der Gehäusewandungen von außen abgestützt. Eine innere Begrenzung des Vorkammer­ raumes wird meist durch entsprechende Anordnung der Lichtbogenlaufschienen erreicht.

Angesichts der Anzahl der einzubauenden Teile, ihrer Größe sowie der kompakten Bauweise der Schalter sowie dem Trend zu weiterer Verkleinerung der Abmessungen sind die Nachteile augenfällig. Die Montage vieler kleiner Teile ist schwierig und zeitaufwendig. Bei der Ausgestaltung der Lichtbogenlaufschienen ist ihre distanzierende Funk­ tion zu berücksichtigen. Zur Lagefixierung der Einlege­ teile müssen die Gehäusehälften verschiedene Auflage­ punkte aufweisen.

Aus der US 17 80 684 ist ein elektrisches Schaltgerät bekannt geworden, bei der die Vorkammer aus sog. Lichtbo­ genbarrieren gebildet ist, die in mit einem Profil verse­ hene Öffnungen in der Schaltgerätegrundplatte steckbar und aus diesen wieder entfernbar sind, und zwar ohne Werkzeugbenutzung. Die Anbringung der aus lichtbogenbe­ ständigem Material bestehenden Barrieren ist insbesondere bei Leitungsschutzschaltern, bei denen bestimmte Abmes­ sungen eingehalten werden müssen, nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher diese Nachteile zu vermeiden, die Montage der Vorkammer zu vereinfachen und die Funktion der Löscheinrichtung zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Danach werden die Vorkammerplatten, die die seitliche Begrenzung der Vor­ kammer bewirken, aus einem spritz- oder gießbaren Mate­ rial hergestellt, wobei beide Platten durch wenigstens zwei Querstege miteinander verbunden sind und als ein einstückiger Vorkammerblock in die Vorkammer eingesetzt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung werden an den Vor­ kammerblock Nocken angeformt, die zur Positionierung im Schaltergehäuse entfallen können. Hieraus resultiert ein besonderer Kostenvorteil für die Herstellung der Schal­ tergehäuse bzw. deren Preßwerkzeuge. Eine weitere Verbes­ serung wird erzielt, wenn im Schaltergehäuse Vertiefungen vorgesehen sind, in welche die am Vorkammerblock ange­ formten Nocken zu seiner Fixierung eingreifen.

Alternativ können die Schaltergehäuse auch Ausnehmungen aufweisen, welche die als federnde Schnappelemente ausgebildeten Nocken des Vorkammerblocks aufnehmen. Um eine sichere Fixierung beim Montageablauf zu erreichen, können die Nocken auch von außen vernietet sein. In vorteilhafter Ausbildung des einstückigen Vorkammer­ blocks wird dieser aus einem thermoplastischen Kunst­ stoff hergestellt, wobei zu seiner starren Fixierung in der Vorkammer die angeformten Nocken die Gehäusewand durchgreifen und von außen mittels einem Warmstempel nietförmig verformt werden. Bei dieser Ausgestaltung wird nur ein einziges Teil benötigt, das sich zudem günstig herstellen läßt und die Handhabung bei der Schaltermontage wesentlich vereinfacht.

Die bereits erwähnten Querstege, die die beiden Vor­ kammerplatten miteinander verbinden, sind vorzugsweise so anzuordnen, daß ein Quersteg oberhalb oder hinter dem Lichtbogenkommutierungspunkt, das ist der Ort, an dem der Lichtbogenfußpunkt von der Kontaktnase auf die Leitschiene wechselt oder kommutiert, und ein oder mehrere Querstege vor dem Löschblechpaket liegen. Der damit erreichte Vorteil besteht darin, daß der Quer­ steg hinter dem Kommutierungspunkt die gasabgebende Fläche im Rücken des Lichtbogens vergrößert.

Der oder die Querstege vor dem Löschblechpaket verhin­ dern bei einem im Löschblechpaket befindlichem in Einzellichtbögen aufgeteilten Lichtbogen ein Rückzünden in den Vorkammerraum, da dieser durch den oder die Stege rascher entionisiert wird. Die gasabgebende Wirkung der Vorkammerplatten wirkt - wesentlich unterstützt durch die Stege - bis in den Blechausschnitt des Löschblech­ stapels hinein. Auf diese Weise werden die Teillichtbö­ gen stabiler zwischen den Löschblechen gehalten.

Gasabgebende Materialien mit lichtbogenlöschenden Eigen­ schaften für Lichtbogenlöscheinrichtungen elektrischer Schalter und dgl. sind beispielsweise aus der DE 25 39 013 A1 oder DE-AS 16 40 778 bekannt geworden.

Bei Rückzündung der Teillichtbögen in den Blechaus­ schnitt setzt umgehend die gasabgebende Wirkung der Stege ein, und der Lichtbogen wird beschleunigt wieder zur Aufteilung in den Löschblechstapel getrieben.

Gleichzeitig verhindern die Stege ein Hineinlaufen des rückgezündeten Lichtbogens in die Vorkammer.

Die Anzahl der Querstege hängt ab von der jeweiligen Schaltleistung und der damit verbundenen Lichtbogen­ energie.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine herkömmliche Kontaktanordnung eines Schalters mit Löschkammer und Vorkammer, in welche ein Vorkammerblock gemäß der Erfindung eingesetzt ist,

Fig. 2 eine herkömmliche Kontaktanordnung mit Lösch­ kammer und Vorkammer, in welche ein Vorkammer­ block gemäß der Erfindung eingesetzt ist (gegenüber Fig. 1 geänderte Anordnung des beweglichen Kontaktstücks),

Fig. 3 eine Seitenansicht des Vorkammerblocks, wie er in Fig. 1 vorgesehen ist, mit drei Querstegen,

Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Vorkammerblocks wie er in Fig. 1 vorgesehen ist, mit einem Quer­ steg,

Fig. 6 eine Seitenansicht zu Fig. 5,

Fig. 7 die Draufsicht auf einen im Gehäuse montierten Vorkammerblock, dessen Nocken in gehäuseseiti­ ge Ausnehmungen greifen,

Fig. 8 die Draufsicht eines in das Gehäuse einge­ setzten Vorkammerblocks, dessen Nocken durch gehäuseseitige Ausnehmungen durchgreifen und vernietet sind,

Fig. 9 Teilschnitt eines Vorkammerblocks mit Schnappelement als Nocken.

Die in Fig. 1 dargestellte Kontaktanordnung besteht aus einem beweglichen Kontaktstück 10, welches in dem nicht näher dargestellten Gehäuse in einem Drehpunkt 11 dreh­ bar gelagert ist. Sein Kontakthorn 12 liegt an einem Festkontaktstück 14 an, welches mit einer Leitschiene 16 verbunden ist. Die Leitschiene 16 ist die obere Begren­ zung der Löschkammer 18, welche einen Löschblechstapel 20 aufnimmt. Nach unten wird die Löschkammer 18 begrenzt von einer Leitschiene 22, welche auch die an die Lösch­ kammer unmittelbar anschließende Vorkammer 24 seitlich und nach unten begrenzt. In die vom Löschblechstapel 20 und der Leitschiene 22 begrenzte Vorkammer 24 wird ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Vorkammerblock 26 eingesetzt.

Gegenüber der Kontaktstelle des Kontakthorns 12 des beweglichen Kontaktstücks 10 mit dem Festkontaktstück 14 befindet sich im Vorkammerblock 26 auf der abgewandten Seite ein Quersteg 28, unterhalb dieser Kontaktstelle sind die Seitenwände des Vorkammerblocks durch zwei Querstege 30 miteinander starr verbunden.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 befindet sich die Kontaktstelle zwischen dem Kontakthorn 12 des bewegli­ chen Kontaktstücks 10, welches ebenfalls an einer Lagerstelle 11 im nicht näher dargestellten Gehäuse drehbar befestigt ist, und einem Festkontaktstück 23 auf der dem Löschblechstapel 20 gegenüberliegenden Seite. Demgemäß ändert sich die übrige Anordnung geringfügig. An das Festkontaktstück 23 schließt die Leitschiene 22 an, welche seitlich und unterhalb die Vorkammer 24 mit dem eingesetzten Vorkammerblock 27 sowie die Löschkammer 18 begrenzt. Die Begrenzung der Löschkammer nach oben erfolgt durch die Leitschiene 17. Der Vorkammerblock 27 weist in Höhe der Kontaktstelle zwischen Kontakthorn 12 und Festkontaktstück 23 einen Quersteg 28 auf. Unterhalb des Querstegs 28 sind direkt vor dem Löschblechstapel 20 angeordnet drei Querstege 31 vorgesehen.

In Fig. 3 ist die Seitenansicht eines Vorkammerblocks dargestellt, dessen gegenüber der Kontaktstelle, dem Kommutierungspunkt, befindlicher Quersteg 28 einen rechteckigen Querschnitt aufweist, und dessen vor dem Löschblechstapel befindliche Querstege 30 runden Quer­ schnitt haben. In seiner Außenkontur ist der Vorkammer­ block 26 der Gehäusekontur angeglichen. Der Bereich der Seitenflächen 25 des Vorkammerblocks 26, der den Kommu­ tierungspunkt umfaßt, weist eine Rechteckaussparung 32 auf, und auf der diagonal gegenüberliegenden Seite ist eine Anschrägung 34 vorgesehen, die sich an die der Gehäusekontur angepaßte Leitschiene 22 anlegt. Die Form der Aussparung ist hierbei so gewählt, daß eine Montage des Vorkammerblocks 26 auch bei bereits montierten beweglichem Kontaktstück 10 und Festkontaktstück 14 sowie der Leitschiene 22 (gemäß Fig. 1) möglich ist.

In Fig. 4 ist eine Frontansicht des Vorkammerblocks 26 dargestellt mit zwei Vorkammerplatten 25, die durch einen Quersteg 28 sowie durch drei Querstege 30 mitein­ ander verbunden sind.

Fig. 5 zeigt die Seitenansicht eines Vorkammerblocks 26 mit einer Rechteckaussparung 32 und einer Anschrägung 34 entsprechend Fig. 3. Der seitlich neben dem Kommutie­ rungspunkt befindliche Quersteg 29 hat Dreiecksquer­ schnitt. Unterhalb der Rechteckaussparung 32 ist in dem Bereich, der im eingebauten Zustand vor dem Löschblech­ stapel 20 befindlich ist, ein Quersteg 30 mit rundem Querschnitt angeordnet.

Fig. 6 zeigt die Frontansicht eines derartigen Vorkam­ merblocks, der aus zwei Vorkammerplatten 25 besteht, welche durch einen Quersteg 29 sowie einem Quersteg 30 miteinander verbunden sind.

In Fig. 7 ist der Vorkammerblock 26 in Draufsicht dargestellt. An die Vorkammerplatten 25, welche durch einen Quersteg 28 sowie durch einen Quersteg 30 mitein­ ander verbunden sind, sind vier Nocken 36 angeformt, welche in entsprechend angeordnete Ausnehmungen 42 in den Gehäuseseitenwänden 40 zur Fixierung des Vorkammer­ blocks 26 geführt sind.

In Fig. 8 ist ebenfalls ein Vorkammerblock 26 in Drauf­ sicht dargestellt, wobei an seine Vorkammerplatten 25, die einen Quersteg 28 und 30 miteinander verbunden sind, vier Nocken 36 angeformt sind, welche die Gehäusewand 40 in Ausnehmungen 44 durchgreifen. Zur Fixierung des Vorkammerblocks sind die Nocken 37 von außen an die Gehäusewand 40 mittels Nieten 38 befestigt.

In Fig. 9 ist in einem Ausschnitt die Schnappverbindung des Vorkammerblocks 26 im Gehäuse gezeigt. Ein in Längsrichtung von einer Stirnfläche aus geschlitzter Zapfen 46, der mit den Vorkammerplatten 25 fest verbun­ den ist, weist unmittelbar an seinem freien Ende eine wulstartige Verdickung 48 auf, die beim Einsetzen des Vorkammerblocks 26 in das Schaltergehäuse in entspre­ chende geformte Ausnehmungen 50 formschlüssig eingreift, wobei aufgrund des Schlitzes 52 in Zapfen 46 dessen Enden federnd sich radial zusammendrücken lassen, um nach Entlastung die ursprüngliche Lage wieder einzuneh­ men.

Die Funktion des einstückigen Vorkammerblocks 26, 27 besteht darin, daß beim Abheben des beweglichen Kontakt­ stücks 10 vom Festkontaktstück 14, 23 ein Lichtbogen gezündet wird, der von den Vorkammerplatten 25 seitlich begrenzt sich vom Festkontaktstück 14, 23 zu dem Lösch­ blechstapel 20 verlagert, der zwischen den Leitschienen 16, 17 und 22 angeordnet ist. Die Querstege 28, 29 tragen mit ihrer gasabgebenden Wirkung dazu bei, den Lichtbogen beschleunigt in den Löschblechstapel zu drängen, wo er erlischt. Hierbei ist die Ausgestaltung so vorgesehen, daß der Quersteg 28 hinter dem Kommutie­ rungspunkt eine sehr viel größere gasabgebende Fläche aufweist als die Querstege 30 vor dem Löschblechstapel 20. Hierdurch wird erreicht, daß die Lichtbogenlaufge­ schwindigkeit durch die Querstege 30 vor dem Löschblech- Stapel 20 beeinflußt wird, da die gasabgebende Fläche auf der Lichtbogenrückseite um ein Vielfaches größer ist. Befindet sich nun ein Lichtbogen im Löschblechsta­ pel 20, und ist er in Einzellichtbögen aufgeteilt, so verhindern dann der oder die Querstege 30 durch ihre gasabgebende Wirkung ein Rückzünden in die Vorkammer 24, da der Antrieb aus der Löschkammer 18 zurück in die Vorkammer 24 schwächer ist.

Der Quersteg 28, 29 hat insbesondere auf Fig. 1 bezogen die primäre Aufgabe, die Vorkammerplatten 25 auf Abstand zu halten. Die gasabgebenden Flächen sind die Flächen der Vorkammerplatten 25; d. h., die Lichtbogenenergie wird im Vorkammerbereich größtenteils als Zersetzungs­ energie umgesetzt.

Die Stege 28, 29 sind zusätzlich vorteilhaft so auszu­ führen, daß nach Kommutierung des Lichtbogenfußpunktes von dem beweglichen Kontaktstück 10 so auf die Leit­ schiene 16 bzw. 22 die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit erhöht wird, indem der Steg 28 oder 29 so nah wie möglich oberhalb an den Kommutierungspunkt herangeführt wird; d. h., die gasabgebende Fläche wird in diesem genannten Fußpunktbereich vergrößert.

Die Stege 30, welche dieselbe primäre Aufgabe wie die Stege 28, 29 haben, verringern prinzipell nachteilig die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit. Da aber die Stege 30 am Ende der Vorkammerplatten (in Lichtbogenlaufrichtung gesehen) angeordnet sind, und damit die gasabgebende Fläche hinter den Stegen durch die Vorkammerplatten 25 wesentlich größer ist als die Vorkammerplattenfläche unmittelbar in diesem Stegbereich und dem der Steg­ flächen, ist der Antrieb auf den Lichtbogen wesentlich größer als die Stauwirkung der Stege 30, so daß die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit praktisch nicht nachteilig beeinflußt wird.

Claims (10)

1. Löscheinrichtung für Leistungs- und Leitungs­ schutzschalter bestehend aus einer im Schaltergehäuse befindlichen Vorkammer und einem sich daran anschließen­ den Löschblechstapel, wobei die Vorkammer zur Lichtbo­ genführung und -begrenzung dienende seitliche Vorkammer­ platten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammerplatten (25) durch wenigstens zwei Querstege (28, 29, 30) miteinander verbunden einstückig herge­ stellt und als Vorkammerblock (26) in die Vorkammer (24) eingesetzt sind.

2. Löscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Vorkammerblock (26) angeformte Nocken (36) zur Positionierung im Schaltergehäuse dienen, so daß entsprechende Abstützpunkte im Schal­ tergehäuse entfallen.

3. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammer­ block (26) aus Gieß- oder Spritzformmasse hergestellt ist.

4. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammer­ block (26) mittels der angeformten Nocken (36), die in zugeordnete Ausnehmungen (42) des Schaltergehäuses eingepaßt sind, fixierbar ist.

5. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Schaltergehäuses Ausnehmungen (44) vorgesehen sind, durch welche die Nocken (36) des Vorkammerblocks (26) zu seiner Positionierung hindurchgreifen.

6. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Vorkammer­ block angeformten Nocken (36) als federnde Schnappele­ mente ausgebildet sind, welche in Ausnehmungen (44) der Wand des Schaltergehäuses einschnappen.

7. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkammer­ block (26) mittels Niet-, Schraub- oder Stiftverbindung im Schaltergehäuse fixierbar ist.

8. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Fixierung vorgesehenen Befestigungsstellen von außen zugänglich sind.

9. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den zur Verbindung der Vorkammerplatten (25) vorgesehenen Querstege (28, 29, 30) ein erster (28, 29) oberhalb oder hinter dem Lichtbogenkommutierungspunkt und ein zweiter Quersteg (30) oder mehrere vor dem Löschblechstapel (20) angeordnet sind.

10. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstege (28, 29, 30) derart ausgebildet sind, daß sie bei Auftre­ ten eines Lichtbogens Gas abgeben.