DE4424560A1 - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, ins­ besondere einen Gleichstromschalter.

Beim Unterbrechen eines elektrischen Stroms wird durch Selbstinduktion in einem Stromkreis eine Spannung er­ zeugt, die versucht, den Strom aufrechtzuerhalten. Ver­ wendet man als Unterbrechungsmittel einen Schalter, der den Stromkreis schlagartig trennt, so kann die Selbstin­ duktionsspannung einen Lichtbogen hervorrufen, der die Trennstelle am Schalter überspringt. Ein einmal gezünde­ ter Lichtbogen kann dann durch eine relativ geringe Span­ nung aufrechterhalten werden. Der Lichtbogen bewirkt, daß trotz geöffnetem Schalter ein Strom im Stromkreis fließt. Darüberhinaus kann der Schalter wegen der hohen Lichtbo­ gentemperaturen beschädigt oder zerstört werden.

Im Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um bei einem Schalter einen beim Ausschalten entstandenen Lichtbogen zu löschen.

Eine Maßnahme ist die Verwendung einer elektronischen Schaltung zur Lichtbogenlöschung. Ein bekanntes Schal­ tungsprinzip beruht darauf, den Zeitpunkt der Auftrennung des Stromkreises mit dem eines Nulldurchgangs des Stromes zusammenfallen zu lassen, wobei bei Gleichstrom ein Null­ durchgang erst herbeigeführt werden muß, z. B. durch kapazi­ tive Mittel. Ein anderes bekanntes Schaltungsprinzip beruht darauf, durch Verwendung von für Spannungsspitzen durch­ lässigen Bauelementen (z. B. Zenerdioden) den Unterbre­ chungsvorgang zeitlich zu strecken und so die Selbstinduk­ tionsspannung zu verringern (siehe z. B. DE 34 29 469 A1 und DE 27 18 634 A1). Derartige elektronische Schaltungen sind jedoch bei Schaltern für hohe Ströme relativ aufwendig. Bei einem Ausfall der elektronischen Schaltung können zudem der Schalter durch einen Lichtbogen und nachgeschaltete elek­ trische Einrichtungen durch den weiter fließenden Licht­ bogenstrom zerstört werden.

Eine andere bekannte Maßnahme besteht darin, den Schalter in einer Atmosphäre (z. B. Wasserstoffgas) zu betreiben, in der die zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens nötige Spannung erhöht ist (siehe z. B. DE 38 17 361 C2). Die Wirk­ samkeit dieser Maßnahme ist jedoch im allgemeinen begrenzt.

Eine weitere bekannte Maßnahme besteht darin, den Licht­ bogen mit Hilfe einer Blasvorrichtung (z. B. einer Druck­ luft-Blasvorrichtung) zu löschen. Auch dies ist relativ aufwendig und störanfällig.

Ein elektrischer Schalter, der relativ einfach aufgebaut ist und gute Löscheigenschaften aufweist, ist in der Fir­ mendruckschrift "Schaltbau, Nockenschaltelemente Typ S 306, S 307, 1992" offenbart. Der Schalter weist zwei im Abstand voneinander angeordnete Kontaktstücke auf, die durch eine hubbewegliche Strombrücke elektrisch miteinander verbunden werden können. Hinter den Kontaktstücken ist jeweils ein Permanentmagnet vorgesehen, derart, daß bei einer bestimmten Polung des Magneten ein Lichtbogen zwi­ schen einem Kontaktstück und der Strombrücke durch die Wirkung des Magnetfelds nach außen gedrängt wird und da­ durch erlischt. Der Schalter arbeitet also mit einem soge­ nannten "magnetischen Blasfeld". Für Wechselströme ist dieses permanentmagnetische Blasfeld jedoch nicht geeignet. Hierfür ist vorgesehen, daß ein magnetisches Blasfeld mit wechselnder Polung durch eine- U-förmige Ausbildung der Kon­ taktstücke erzielt wird. Dieses Wechselblasfeld ist im allgemeinen relativ schwach. Obwohl dieser bekannte Schal­ ter zufriedenstellend arbeitet, ist es wünschenswert, das Löschverhalten weiter zu verbessern.

Der Erfindung geht von dem technischen Problem aus, einen elektrischen Schalter mit einfachem Aufbau und verbessertem Löschverhalten zu schaffen.

Die Erfindung löst dieses Problem mit dem Gegenstand des Anspruchs 1, also mit einem elektrischen Schalter, insbe­ sondere Gleichstromschalter, mit: zwei im Abstand vonein­ ander angeordneten elektrischen Kontaktstücken, einer zwi­ schen einer EIN- und AUS-Position bewegbaren Strombrücke mit mehreren Kontaktpunkten, welche in der EIN-Position die Kontaktstücke elektrisch verbindet und in der AUS-Position die Kontaktstück-Verbindung löst, und einem oder mehreren Löschblechen, welche(s) im Abstand zur Strombrücken-Peri­ pherie angeordnet ist/sind. Der Abstand beträgt vorzugs­ weise das 0,05- bis 2fache des Kontaktabstands in der AUS- Position (im folgenden kurz "Kontaktabstand" genannt).

Die Strombrücke mit wenigstens zwei Kontaktpunkten, d. h. wenigstens einem Kontaktpunkt gegenüber jedem der beiden beabstandeten Kontaktstücke, stellt sicher, daß der Schal­ ter zwei in Reihe geschaltete Trennstellen aufweist, daß sich also zwei Lichtbögen in Reihe ausbilden müssen. Die gesamte Lichtbogengrenzspannung ist durch diese Maßnahme gegenüber einem Schalter mit nur einer Trennstelle prak­ tisch verdoppelt. Die Anordnung eines oder mehrerer Lösch­ bleche mit seitlichem Abstand zur Strombrücke bewirkt, daß ein Lichtbogen von einem Kontaktpunkt der Strombrücke entlang des/der Löschbleche(s) und ggf. der/des Kontakt­ stücke(s) weggeführt, verlängert, abgekühlt und hierdurch schnell gelöscht wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß das/die außen angeordnete(n) Löschblech(e) das durch den Lichtbogen erzeugte magnetische Feld so verzerren, daß es eine nach außen gerichtete Kraft auf den Lichtbogen ausübt. Der Lichtbogen wird also durch ein selbsterregtes magneti­ sches Blasfeld nach außen getrieben. Das/die Löschblech(e) sind vorzugsweise aus einem stromleitenden und magnetischen Material.

Der erfindungsgemäße elektrische Schalter hat folgende Vorteile:

• - sehr gute Löscheigenschaften, weshalb er auch bei sehr hohen Stromstärken einsetzbar ist;
• - Unabhängigkeit der Löscheigenschaften von der Span­ nungsrichtung, weshalb er gleichermaßen als Gleich- und Wechselstromschalter einsetzbar ist;
• - eine hohe Lebensdauer; und
• - einfacher Aufbau und geringer Herstellungsaufwand.

Zur weiteren Erhöhung der Löschwirkung sind die Löschbleche vorzugsweise paarweise oder stapelweise übereinander ange­ ordnet (Anspruch 2). Vorzugsweise ordnet man jedem Ende der Strombrücke jeweils ein Paar oder einen Stapel von Lösch­ blechen zu, so daß der Schalter insgesamt zwei Löschblech­ paare oder -stapel aufweist. Die Löschbleche verlaufen vorzugsweise vom Schalterinneren nach außen und können entweder parallel oder senkrecht zur anfänglichen Richtung des Lichtbogens orientiert sein. Die Löschbleche eines Paares oder Stapels sind voneinander beabstandet, wobei der Abstand zweier Löschbleche an deren inneren Enden vorzugs­ weise das 0,05- bis 1fache des Kontaktabstands beträgt. Dadurch werden zwischen den Löschblechen eines Paares oder Stapels ein bzw. mehrere Löschblechschlitz(e) ausgebildet. Ein sich beim Ausschaltvorgang bildender Lichtbogen kann zunächst aufgrund des oben erwähnten, selbsterregten Blasfeldes in den/die Löschblechschlitz(e) einwandern. Der eingewanderte Lichtbogen realisiert im Schlitz eine anti­ parallele Stromführung. Ein davon herrührendes Blasfeld trägt zum weiteren Einwandern bei. In jedem Fall wird der Lichtbogen schnell von den Kontaktpunkten der Strombrücke und den Kontaktstücken abgezogen und gelöscht.

Vorzugsweise vergrößert sich der Abstand zwischen den Löschblechen eines Paares oder Stapels nach außen (Anspruch 3). Der entlang eines Löschblech-Paares nach außen abwan­ dernde Lichtbogen muß hierdurch eine ständig größer werden­ de Strecke durchlaufen. Zusätzlich vergrößert diese Lösch­ blechanordnung die Verzerrung des selbstinduzierten magne­ tischen Blasfeldes, so daß der Lichtbogen schneller in dem Schlitz nach außen wandert. Die mit der Vergrößerung der Lichtbogenlänge einhergehende Verstärkung des Kühleffektes trägt zu einem besonders schnellen Löschen des Lichtbogens bei.

Vorteilhaft ist das innere Ende des Löschblechs bzw. sind die inneren Enden der Löschbleche scharfkantig ausgebildet (Anspruch 4). Die damit einhergehende Vergrößerung der elektrischen Feldstärke erleichtert ein Überspringen des Lichtbogens auf das/die Löschblech(e).

Das äußere bzw. die äußeren Enden des/der Löschbleche(s) ist/sind bevorzugt mit einem Radius R von den Kon­ taktstücken oder - bei Löschblech-Paaren - voneinander weggebogen (Anspruch 5). Hierdurch lassen sich hohe elek­ trische Feldstärken an den Löschblechenden vermeiden und ein Abreißen des Lichtbogens erleichtern. Der Radius R beträgt vorzugsweise das 0,05- bis 5fache des Kontakt­ abstandes.

Vorteilhaft ist gegenüber den äußeren Enden jedes Lösch­ bleches oder jedes Löschblechpaars oder -stapels ein Kühl­ blech vorgesehen, das im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Löschblechs bzw. einer Symmetrieebene des Löschblech­ paars oder -stapels orientiert ist (Anspruch 6). Das Kühl­ blech trägt durch Feldverzerrung zu dem selbsterregten magnetischen Blasfeld bei, derart, daß sich der Lichtbogen an das Kühlblech anschmiegt und aufgrund des damit verbun­ denen Kühleffekts schnell erlischt.

Bevorzugt sind die Kontaktstücke und die Strombrücke so ausgebildet, daß - wenigstens im Bereich der Trennstellen des Schalters - eine antiparallele Stromführung zur Erzeu­ gung eines magnetischen Blasfelds realisiert ist, das so gerichtet ist, daß ein Lichtbogen von einer Trennstelle zu dem/den benachbarten Löschblech(en) getrieben wird (An­ spruch 7).

Vorzugsweise wird diese Maßnahme dadurch realisiert, daß die Kontaktstücke im wesentlichen U-förmig ausgebildet und mit ihren offenen Enden voneinander weg weisen (Anspruch 8). Hierdurch fließen antiparallele Ströme im Bereich der Trennstellen jeweils in den Kontaktstücken und der Strom­ brücke. Die mit diesen antiparallelen Strömen jeweils ein­ hergehenden Magnetfelder überlagern sich zu einem resultie­ renden magnetischen Blasfeld, welches einen Lichtbogen nach außen zu dem/den Löschblech(en) hin treibt.

Vorzugsweise weisen auch die Kontaktstücke mehrere Kontakt­ punkte auf, denen jeweils an den Enden der Strombrücken mehrere Kontaktpunkte zugeordnet sind (Anspruch 9). Dadurch hat jede der beiden Trennstellen des Schalters mehrere parallelgeschaltete Kontaktpunktpaare. Die Parallelschal­ tung verringert die Verlustleistung, und zwar sind Verlust­ leistung und Anzahl der Kontaktpunktpaare umgekehrt propor­ tional zueinander. Durch die bevorzugte Weiterbildung nach Anspruch 9 wird somit ein Schalter geschaffen, der zusätz­ lich eine sehr niedrige Verlustleistung hat.

(Anmerkung: Die Parallelschaltung von Kontaktpunktpaaren kann auch bei einem Schalter gemäß der vorliegenden Erfin­ dung, der jedoch nicht mit Löschblechen ausgerüstet ist, besonders vorteilhaft sein. Es wird daher der Vorbehalt geltend gemacht, auch einen unabhängigen Patentanspruch auf den Gegenstand des Anspruchs 9 rückbezogen auf Anspruch 1, jedoch ohne dessen Merkmal c) (Löschbleche), zu richten. Daran anschließen können sich Unteransprüche, die auf das Merkmal c) des Anspruchs 1 und auf die Gegenstände der Unteransprüche 2 bis 8 und 10 bis 17 gerichtet sind.).

Vorzugsweise sind zusätzlich zu den Kontaktpunkten beweg­ bare Kontaktlamellen vorgesehen, die ihre EIN-Position später und ihre AUS-Position früher als die Kontaktpunkte erreichen (Anspruch 10). Die an sich bekannten Kontaktla­ mellen (Technische Rundschau, Jahrgang 67, Nr. 36, 26. August 1975) haben den Vorteil einer Stromübertragung mit sehr kleiner Verlustleistung. Sie werden jedoch leicht durch Lichtbögen beschädigt und erschweren zudem wegen ihrer relativ großen Ausdehnung ein "Wegblasen" von Licht­ bögen. Für Ströme, die bei Unterbrechung zu Lichtbögen führen, sind Kontaktlamellen als Stromübertragungselement daher kaum geeignet. Gemäß der bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 10 wird jedoch beim Ausschalten zunächst die Lamellenverbindung getrennt, wodurch sich der Stromfluß im Schalter zunächst unter Erhöhung der Verlustleistung voll­ ständig auf die Kontaktstückverbindungen verlagert. Erst dann werden die Kontaktstückverbindungen getrennt, so daß sich Lichtbögen nur dort, nicht jedoch an den Lamellenver­ bindungen, ausbilden können. Durch die bevorzugte Weiter­ bildung nach Anspruch 10 wird somit ein Schalter geschaf­ fen, der zusätzlich eine ganz besonders niedrige Ver­ lustleistung hat.

Vorteilhaft sind dabei die Kontaktpunkte und die Kontaktla­ mellen federgelagert und kommen unter Federdruck mit den Kontaktplatten in Verbindung (Anspruch 11). Hierdurch wird ein fester Anpreßdruck der Kontaktpunkte und der Kontaktla­ mellen während des Einschaltzustandes gewährleistet. Dies trägt zu einer niedrigen Verlustleistung bei und schließt ein unerwünschtes kurzzeitiges Abheben bzw. Trennen der Kontaktlamellen und Kontaktpunkte aus.

Vorzugsweise ist eine die Kontaktlamellen tragende Verbin­ dungseinheit so ausgebildet, daß sie bei einer Hubbewegung der Strombrücke eine Bewegung quer zur Strombrücken-Bewe­ gungsrichtung derart ausführt, daß eine Gleitbewegung der Kontaktlamellen auf den Kontaktstücken im wesentlichen ausgeschlossen ist (Anspruch 12). Hierzu folgende Erläute­ rung: Bei geöffnetem Schalter sind die Kontaktlamellen im wesentlichen hochkant, jedoch leicht verkippt an ihrem Trä­ ger befestigt. Beim Schließen des Schalters werden die Kontaktstücke an die Lamellen an der dem Träger gegenüber­ liegenden Seite angedrückt, wodurch sich der Verkippungs­ winkel der Kontaktlamellen vergrößert. Diese Vergrößerung des Verkippungswinkels geht im allgemeinen mit einer Gleit­ bewegung der Kontaktlamellen auf den Kontaktstücken einher. Gemäß der bevorzugten Weiterbildung des Anspruchs 12 wird jedoch diese Gleitbewegung und der damit einhergehende Verschleiß ausgeschlossen, was die Lebensdauer des Schal­ ters beträchtlich verlängert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalter mit einem hermetisch geschlossenem Gehäuse ver­ sehen (Anspruch 13). Hierdurch wird ein Schalter geschaf­ fen, der selbst in explosionsgefährdeten Bereichen einsetz­ bar ist. Die Unterbringung des Schalters in einem herme­ tisch geschlossenem Gehäuse wird durch seine guten Löschei­ genschaften ermöglicht. Diese stellen nämlich sicher, daß nur eine relativ geringe Lichtbogenwärme abzuführen ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schaltergehäuse mit einem Löschmedium, vorzugsweise Luft, konserviertem Pflanzenöl, Silikonöl oder Isolieröl, gefüllt (Anspruch 14), welches aufgrund seiner Kühl- und Löschwir­ kung eine Lichtbogenlöschung unterstützt. Bevorzugt ist dabei der Schalter so ausgebildet, daß die Strombrücke bei ihrer Bewegung von der EIN- in die AUS-Position eine Strö­ mung des Löschmediums hervorruft (Anspruch 17). Diese Strö­ mung trägt zusätzlich zur Lichtbogenlöschung bei. Sie ver­ stärkt nämlich insbesondere durch Verwirbelungseffekte die Kühlwirkung des Löschmediums.

Die Löschgeschwindigkeit wird bevorzugt dadurch erhöht, daß der Schalter mit einer elektrischen oder elektronischen Einrichtung zur Lichtbogenlöschung gekoppelt ist (Anspruch 16). Die Einrichtung kann z. B. so arbeiten, daß der Aus­ schaltzeitpunkt mit einem Nulldurchgang der Spannung zu­ sammenfällt (wobei im Fall eines Gleichstromes der Null­ durchgang z. B. mit Hilfe kapazitiver Mittel herbeigeführt werden muß). Ein anderes Arbeitsprinzip beruht darauf, den Ausschaltvorgang z. B. mit Hilfe von Durchlaßmitteln für Spannungsspitzen (etwa Z-Dioden, Thyristoren) zeitlich zu strecken.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalter durch einen bistabilen Stelltrieb betätigbar (An­ spruch 15). Der Stelltrieb stellt sicher, daß der Schalter stets einen von zwei stabilen Zuständen - eine EIN- und eine AUS-Position - einnimmt. Zum Hin- und Herschalten zwischen den beiden stabilen Zuständen bedarf es nur eines kurzen Schaltimpulses an den Stelltrieb. Ein dauerhaftes Anlegen einer Schaltspannung, wie es z. B. bei monostabilen Relais erforderlich ist, wird dadurch vermieden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels, deren linke Hälfte die AUS-Position und deren rechte Hälfte die EIN-Position des Schal­ ters zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbei­ spiels entsprechend der Ansicht von Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbei­ spiels entsprechend der Ansicht von Fig. 1; und

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 4.

Im folgenden beziehen sich Richtungs- bzw. Orts-Angaben, wie Ausdrücke "oben", "unten", "rechts", "links", "ver­ tikal" und ähnliche, auf die in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellte Orientierung des Schalters. Die Angaben "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf die Richtungen zum Mittelpunkt des Schalters hin bzw. von diesem weg. Derartige Angaben dienen lediglich der leichteren Lesbar­ keit der Beschreibung und sind keinesfalls einschränkend zu verstehen. Im übrigen werden in den Figuren für funk­ tionsmäßig im wesentlichen gleiche Teile gleiche Bezugszei­ chen verwendet.

Gemäß Fig. 1 weist Schalter 10 ein hermetisch geschlossenes Gehäuse 12 aus einem elektrisch nichtleitenden Material und einen auf dem Gehäuse aufsitzendem bistabilen Magnetstell­ trieb 14 auf. Der bistabile Magnetstelltrieb 14 kann über zwei Anschlußkabel 16 und 18 mit elektrischen Pulsen in die EIN-Position oder in die AUS-Position gestellt werden. Er ist mit einem Hubelement 20 gekoppelt, welches an seinem dem Magnetstelltrieb 14 abgewandten, in das Gehäuse 12 hineinreichenden Ende 22 eine Strombrücke 24 trägt. Die Strombrücke 24 wird durch mehrere (z. B. vier) parallel nebeneinander angeordnete Brückenelemente 25 gebildet, welche die Form von gestreckten Quadern aufweisen, deren Längsachse quer zum Hubelement 20 verläuft (Fig. 2). An den unteren Enden der Brückenelemente 25 ist jeweils ein nach unten vorstehender Kontaktpunkt 26 vorgesehen. Die Strom­ brücke 24 weist also an ihren beiden Enden jeweils ins­ gesamt vier Kontaktpunkte 26 auf. An den diesen Kon­ taktpunkten 26 gegenüberliegenden feststehenden Kontakt­ stücken 30, 32 ist jeweils eine entsprechende Anzahl von Kontaktpunkten 28 angeordnet; im vorliegenden Ausführungs­ beispiel also vier Kontaktpunkte 28. Die Kontaktstücke 30, 32 sind voneinander beabstandet angeordnet und U-förmig ausgebildet, wobei die offenen Enden der beiden "U′s" voneinander weg weisen und jeweils der obere Schenkel die Kontaktstücke 28 trägt, während der untere Schenkel aus dem Gehäuse 12 hinaus geführt ist und als Anschlußklemme 38, 40 dient. Somit fließen im Bereich der Kontaktpunkte 26, 28 im unteren und im oberen U-Schenkel, sowie in der Strombrücke jeweils antiparallele Ströme, deren resultierendes Magnet­ feld ein Teil des magnetischen Blasfelds ist, welches den Lichtbogen nach außen treibt. Die Kontaktstücke 30 und 32 können aber auch eben und die Strombrücke 24 z. B. hausdach­ förmig ausgestaltet sein.

Die Kontaktpunkte 26 treten in Kontakt mit den entsprechen­ den Kontaktpunkten 28 der Kontaktstücke 30, 32. Um in der EIN-Position einen ausreichenden Anpreßdruck zwischen allen einander paarweise zugeordneten Kontaktpunkten 26 und 28 zu gewährleisten, ist jedes Brückenelement 25 eigenständig in vertikaler Richtung verschiebbar am Ende 22 des Hubelemen­ tes 20 befestigt. Zudem drückt eine elastische Einrichtung, hier eine pro Brückenelement 25 vorgesehene Druckfeder 34 jeden Strombrücken-Kontaktpunkt 26 relativ zum Hubelement 20 nach unten (Fig. 2).

In kleinem Abstand von den äußeren Enden der Strombrücke 24 ist jeweils ein ebenes rechteckförmiges Löschblech 44, 46 vorgesehen. Die Löschbleche 44, 46 liegen parallel zur Strombrücke 24 (d. h. in einer horizontalen Ebene), ungefähr auf der Höhe der Strombrücken-Kontaktpunkte 26 in der EIN- Position. Die Löschbleche 44, 46 sind aus einem elektrisch leitenden, magnetisierbaren Material (z. B. aus Stahlblech) gefertigt und elektrisch von der Strombrücke 24 und den Kontaktstücken 30, 32 isoliert angeordnet. Die Löschbleche 44, 46 und die zu ihnen parallelen äußeren Abschnitte der oberen U-Schenkel bilden gemeinsam jeweils einen horizontal nach außen verlaufenden Löschblechschlitz 47. Die Höhe des Schlitzes 47 beträgt ungefähr 1/3 des Abstandes der Kon­ taktpunkte 26, 28 in der AUS-Position.

Grundsätzlich würde es genügen, nur die an die Kontaktpunk­ te 26, 28 angrenzenden Abschnitte der Löschbleche 44, 46 magnetisierbar und elektrisch leitend auszugestalten, so­ weit diese Abschnitte für eine Lichtbogenlöschung ausrei­ chen. Im Prinzip könnten die Löschbleche 44, 46 auch mit der Strombrücke elektrisch verbunden sein.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert:
Wird der bistabile Magnetstelltrieb 14 über die Anschlußka­ bel 16, 18 mit einem elektrischen Puls beaufschlagt, bewegt er das Hubelement 20 aus der EIN-Position in die AUS-Posi­ tion oder umgekehrt. In der Ein-Position fließt der Strom von einer Anschlußklemme, z. B. der Klemme 38, durch das Kontaktstück 30, die sich berührenden Kontaktpunkte 28, 26, die Strombrücke 24, die sich berührenden Kontaktpunkte 26, 28 und schließlich durch das Kontaktstück 32 zur anderen Anschlußklemme 40. Die bereits genannten Druckfedern 34 sorgen dabei für einen ausreichender Anpreßdruck zwischen den einzelnen Kontaktpunkten 26, 28, der einen schlechten Kontakt oder gar ein unerwünschtes Abheben der Kontaktpunk­ te 26, 28 ausschließt.

Wird der Magnetstelltrieb 14 wiederum mit einem Puls be­ aufschlagt, bewegt er die Strombrücke 24 mit den Kontakt­ punkten 26 in die AUS-Position und unterbricht den Strom­ fluß. Hierdurch können Lichtbögen zwischen den getrennten Kontaktpunkten 26, 28 entstehen.

Das von der antiparallelen Stromführung herrührende magnetische Blasfeld drängt die Lichtbögen von den Kontakt­ punkten 26, 28 nach außen zu den jeweils benachbarten Löschblechen 44, 46. Diese verzerren die vom Lichtbogen­ strom erzeugten magnetischen Felder. Dadurch wandern die Lichtbögen entlang der Löschbleche 44, 46 weiter nach außen. Durch den innigen Kontakt mit den Löschblechen 44, 46 und den U-Schenkeln der Kontaktstücke 30, 32 kühlen die Lichtbögen schnell ab und erlöschen.

Schalter 10 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 und 2) in der Ausgestaltung der Löschbleche: Anstelle der einzelnen Löschbleche 44, 46 sind jeweils Löschblechpaare angeordnet. Die Löschbleche 44, 46 eines Paares sind in einem inneren Abschnitt im wesent­ lichen eben. Sie sind nach außen keilförmig auseinander­ laufend und symmetrisch zu einer horizontalen Mittenebene angeordnet. Ihre äußeren Enden sind voneinander weg ge­ krümmt. Der so gebildete Löschblechschlitz 47 ist nach außen offen. Damit hat ein Löschblechpaar einen Quer­ schnitt, der dem einer Trompetenmündung ähnelt. Der Winkel zwischen zwei Löschblechen 44, 46 beträgt in dem ebenem Abschnitt 10° bis 90°, z. B. 45°. Die Mittenebene liegt in Vertikalrichtung im wesentlichen mittig zwischen den Kontaktpunkten 26, 28 in der AUS-Position. Die Krümmung der Löschbleche 44, 46 kann einen festen oder einen nach außen kleiner werdenden Radius R haben. Die Löschbleche 44, 46 berühren außen das Gehäuse 12 nicht; der äußere Abstand zum Gehäuse beträgt das 0,05- bis 2fache, z. B. das 0,2fache des Kontaktabstands. Die Löschbleche 44, 46 eines Paares sind elektrisch voneinander, von den Kontaktstücken 30, 32 und von der Strombrücke 24 isoliert. Im Prinzip können sie auch mit dem jeweils benachbarten Kontaktelement, also dem Kontaktstück 30, 32 bzw. der Strombrücke 24 elektrisch verbunden sein.

Gegenüber den äußeren Öffnungen der Löschblechschlitze 47 ist innen am Gehäuse 12 jeweils ein ebenes Kühlblech 48 vorgesehen. Es ist senkrecht zur Mittenebene der Lösch­ bleche 44, 46 orientiert und kann einen Teil der Innenwand des Gehäuses 12 bilden. Es besteht aus einem leitfähigen, magnetisierbaren Material und ist von anderen Teilen des Schalters 10 elektrisch isoliert.

Bei dem Schalter 10 gemäß Fig. 3 ist die Löschwirkung weiter verbessert: Ein Lichtbogen wird zunächst durch das magnetische Blasfeld der antiparallen Stromführung im Bereich der Kontaktpunkte 26, 28 nach außen zu dem benach­ barten Löschblechpaar gedrängt. Hier tritt er in den Löschblechschlitz 47 ein. Dies kann durch eine scharfkanti­ ge Ausbildung der inneren Enden 49 unterstützt werden. Die Keilform des Schlitzes 47 sorgt für eine Verstärkung des vom Lichtbogen selbsterregten magnetischen Blasfelds und trägt so zu einer raschen Abführung des Lichtbogens nach außen bei. Am äußeren Ende des Schlitzes 47 gelangt der Lichtbogen in den Einfluß des Kühlblechs 48. Die vom Kühl­ blech 48 bewirkte Feldverzerrung zieht ihn weiter nach außen. Die gekrümmte Ausbildung der äußeren Löschblechenden erleichtert den Austritt aus dem Schlitz 47. Der Lichtbogen schmiegt sich an das Kühlblech 48 an und erlischt durch den damit verbundenen Kühleffekt. Der Schalter ist auch ver­ schleißfester, da die Kontaktstücke 30, 32 nicht am Lösch­ vorgang teilnehmen.

Bei Schalter 10 gemäß Fig. 4 und 5 sind zusätzlich Kontakt­ lamellen 52 vorgesehen. Sie sind an einer mit dem Hubele­ ment 20 verbundenen Verbindungseinheit 50 befestigt. Zum Andrücken der Kontaktlamellen 52 gegen die inneren Teile der oberen U-Schenkel der Kontaktstücke 30, 32 ist eine elastische Einrichtung, wie eine Druckfeder 35 vorgesehen, die die Verbindungseinheit 50 gegen das Hubelement 20 abstützt.

Die Kontaktlamellen 52 sind an der Verbindungseinheit 50 hochkant unter einem kleinen Verkippungswinkel zur Vertika­ len - z. B. 20° - befestigt. Beim Andrücken der Kontaktla­ mellen 52 gegen die Kontaktstücke 30, 32 vergrößert sich der Verkippungswinkel auf z. B. 30°. Um eine mit dieser Verkippung einhergehenden Gleitbewegung der Kontaktlamellen 52 auf den Kontaktstücken 30, 32 zu vermeiden, ist die Verbindungseinheit 50 an dem Hubelement 20 horizontal beweglich geführt. Beim Verstellen von der EIN- in die AUS- Position und umgekehrt führt sie eine Relativbewegung in horizontaler Richtung aus. Die Richtung und die Weite dieser Bewegung ist so gewählt, daß eine Gleitbewegung der Kontaktlamellen 52 auf den Kontaktstücken 30, 32 im wesent­ lichen vermieden wird. In vertikaler Richtung ist die Verbindungseinheit 50 so an dem Hubelement 20 geführt, daß die Kontaktlamellen 52 beim Übergang von der EIN- in die AUS-Position früher als die Kontaktpunkte 26 von den Kontaktstücken 30, 32 abheben.

Im einzelnen läuft der Ausschaltvorgang folgendermaßen ab: In der EIN-Position fließt ein größerer Teil des Stromes über die Kontaktlamellen-Kontaktstück-Verbindung, da diese einen geringeren Übergangswiderstand als die Kontaktpunkt- Kontaktpunkt-Verbindung hat. Beim Übergang in die AUS- Position wird zunächst die Kontaktlamellen-Kontaktstück- Verbindung getrennt, wodurch sich der Stromfluß vollständig auf die Kontaktpunkt-Kontaktpunkt-Verbindung verlagert. In diesem Zwischenzustand ist die Verlustleistung höher. Dann wird auch die Kontaktpunkt-Kontaktpunkt-Verbindung ge­ trennt, wodurch es zur Bildung von Lichtbögen kommen kann. Diese wandern nach außen und erlöschen, ohne die empfindli­ chen Lamellen zu schädigen.

Ein viertes (nicht gezeigtes) Ausführungsbeispiel gleicht im wesentlichen dem in Fig. 3 gezeigten. Statt der Lösch­ blechpaare sind Löschblechstapel aus jeweils mehr als zwei übereinander angeordneten Löschblechen vorgesehen. Die Abstände der Löschbleche erweitern sich nach außen. Die Stapel haben somit einen fächerförmigen Querschnitt.

Bei allen Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse evakuiert sein. Vorzugsweise ist es jedoch mit einem Medium gefüllt, vorzugsweise Luft, konserviertem Pflanzenöl, Silikonöl oder Isolieröl, welches zum Abkühlen und Löschen des Lichtbogens beiträgt. Eine elektrische oder elektronische Einrichtung zur Lichtbogenlöschung kann mit den Schaltern kombiniert sein. Es kann sich hierbei z. B. um eine Schaltung handeln, die den Zeitpunkt des Öffnens des Schalters auf einen Nulldurchgang des Stroms legt, oder die für Spannungsspit­ zen durchlässig ist. Bei Gleichstrom können außerdem Permanentmagnete vorgesehen sein. Sie sind so angeordnet, daß ihre Magnetfelder die Blaswirkung vergrößern.

Claims (17)

1. Elektrischer Schalter (10), insbesondere Gleichstrom­ schalter, mit:

• a) zwei im Abstand voneinander angeordneten elektri­ schen Kontaktstücken (30, 32);
• b) einer zwischen einer EIN- und einer AUS-Position bewegbaren Strombrücke (24) mit mehreren Kontakt­ punkten (26), welche in der EIN-Position die Kon­ taktstücke (30, 32) elektrisch verbindet und in der AUS-Position die Kontaktstück-Verbindung löst; und
• c) einem oder mehreren Löschblechen (44, 46), wel­ che(s) im Abstand zur Strombrücken-Peripherie an­ geordnet ist/sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, bei dem die Löschbleche (44, 46) paarweise oder stapelweise übereinander ange­ ordnet sind.

3. Schalter nach Anspruch 2, bei dem der Abstand zwischen den Löschblechen (44, 46) eines Paares oder Stapels sich nach außen vergrößert.

4. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das/die innere(n) Ende(n) (49) des/der Löschble­ che(s) (44, 46) scharfkantig ausgebildet ist/sind.

5. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das/die äußere(n) Ende(n) des/der Löschbleche(s) (44, 46) mit einem Radius R von den Kontaktstücken (30, 32) oder - bei Löschblech-Paaren - voneinander weg gebogen ist/sind.

6. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem gegenüber dem äußeren Ende jedes Löschblechs (44, 46) oder jedes Löschblechpaars oder -stapels ein Kühl­ blech (48) vorgesehen ist, das im wesentlichen senk­ recht zur Ebene des Löschblechs (44, 46) bzw. einer Symmetrieebene des Löschblechpaars oder -stapels orientiert ist.

7. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktstücke (30, 32) und die Strombrücke (24) so ausgebildet sind, daß eine antiparallele Stromführung zur Erzeugung eines magnetischen Blasfel­ des realisiert ist, das so gerichtet ist, daß ein Lichtbogen zu dem/den benachbarten Löschblech(en) (44, 46) getrieben wird.

8. Schalter nach Anspruch 7, bei dem die antiparallele Stromführung dadurch realisiert ist, daß die Kontakt­ stücke (30, 32) im wesentlichen U-förmig ausgebildet und mit ihren offenen Enden voneinander weg weisend angeordnet sind.

9. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktstücke (30, 32) jeweils mehrere Kon­ taktpunkte (28) aufweisen, denen jeweils an den Enden der Strombrücke (24) mehrere Kontaktpunkte (26) zu­ geordnet sind.

10. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich zu den Kontaktpunkten (26) bewegbare Kontaktlamellen (52) vorgesehen sind, die ihre EIN- Position später und ihre AUS-Position früher als die Kontaktpunkte (26) erreichen.

11. Schalter nach Anspruch 10, bei dem die Kontaktpunkte (26) und die Kontaktlamellen (52) federnd gelagert sind und unter Federdruck mit den Kontaktstücken (30, 32) in Verbindung kommen.

12. Schalter nach Anspruch 10 oder 11, bei dem eine die Kontaktlamellen (52) tragende Verbindungseinheit (50) so ausgebildet ist, daß sie beim Bewegen der Strom­ brücke (24) eine Bewegung quer zur Strombrücken-Bewe­ gungsrichtung derart ausführt, daß eine Gleitbewegung der Kontaktlamellen (52) auf den Kontaktstücken (30, 32) im wesentlichen ausgeschlossen ist.

13. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, der ein hermetisch geschlossenes Gehäuse (12) aufweist.

14. Schalter nach Anspruch 13, bei dem das Gehäuse (12) mit einem Löschmedium, vorzugsweise Luft, konservier­ tem Pflanzenöl, Silikonöl oder Isolieröl gefüllt ist.

15. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, der durch einen bistabilen Stelltrieb betätigbar ist.

16. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, der mit einer elektrischen oder elektronischen Einrichtung zur Lichtbogenlöschung gekoppelt ist.

17. Schalter nach Anspruch 14, der so ausgebildet ist, daß eine Bewegung der Strombrücke von der EIN- in die AUS- Position eine Strömung des Löschmediums hervorruft, die zum Löschen des Lichtbogens beiträgt.