DE4424560A1 - Elektrischer Schalter - Google Patents
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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 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944424560 DE4424560A1 (de) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Elektrischer Schalter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944424560 DE4424560A1 (de) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Elektrischer Schalter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4424560A1 true DE4424560A1 (de) | 1996-01-18 |
Family
ID=6522944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944424560 Withdrawn DE4424560A1 (de) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Elektrischer Schalter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4424560A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0930628A1 (de) * | 1998-01-14 | 1999-07-21 | HTM SPORT S.p.A. | Tastschalter |
DE10048430A1 (de) * | 2000-09-29 | 2002-04-25 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelektrischer Aktor |
RU2629368C1 (ru) * | 2016-03-09 | 2017-08-29 | Валерий Иванович Сафонов | Электротехническое устройство |
WO2023020712A1 (en) * | 2021-08-17 | 2023-02-23 | Eaton Intelligent Power Limited | Switch disconnector with an arc extinguishing shield plate |
-
1994
- 1994-07-12 DE DE19944424560 patent/DE4424560A1/de not_active Withdrawn
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---|---|---|---|---|
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