-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenkammer für Niederspannungsleistungsschalter
gemäß dem generischen
Teil des Anspruchs 1, wie z.B. aus US-A-5589672 bekannt, insbesondere
auf Leistungsschalter mit gegossenem Gehäuse.
-
Es
ist bekannt, dass Leistungsschalter mit gegossenem Gehäuse normalerweise
in industriellen elektrischen Niederspannungssystemen verwendet werden,
d.h. Systeme, welche mit bis zu etwa 1000 Volt arbeiten. Solche
Leistungsschalter sind gewöhnlich
mit einem System versehen, welches sicher stellt, dass der für die verschiedenen
Nutzer erforderliche nominale Strom die Verbindung und Trennung der
Last, Schutz gegen irgendwelche unnormalen Bedingungen, wie etwa Überlast
und Kurzschluss, durch automatisches Öffnen des Schaltkreises und das
Trennen des abgesicherten Schaltkreises sicher stellt, durch Öffnen der
sich bewegenden Kontakte bezüglich
der festen Kontakte (galvanische Trennung), um eine vollständige Isolation
der Last bezüglich
der elektrischen Leistungsquelle zu erreichen.
-
Die
kritische Funktion des Unterbrechens des Stroms (sei es Nominal-, Überlast- oder Kurzschlussstrom)
wird vorgesehen durch den Leistungsschalter in einem spezifischen
Teil des Leistungsschalters, welcher durch die sog. Entionisierungslichtbogenkammer
gebildet ist. Als Folge der Öffnungsbewegung
bewirkt die Spannung zwischen den Kontakten die dielektrische Entladung
der Luft, was zu der Ausbildung des elektrischen Lichtbogens in der
Kammer führt.
Der Lichtbogen wird durch elektromagnetische und fluiddynamische
Effekte im Inneren einer Reihe von in der Kammer angeordneten Metallplatten
vorangetrieben, welche dazu gedacht sind, um den Lichtbogen durch
Kühlung
auszulöschen.
-
Während der
Lichtbogenausbildung ist die durch Joule-Effekt freigesetzte Energie
sehr hoch und bewirkt thermische und mechanische Spannungen im Innern
des Plattenaufnahmebereichs. Um diesen Spannungen zu widerstehen,
muss die Gestaltung der Lichtbogenkammer sorgfältig berechnet sein, um so
eine Komponente zu erhalten, welche stabil genug ist, um den mechanischen
Spannungen zu widerstehen, und klar definiert ist, um so den Lichtbogen
geeigneterweise in den Auslöschbereich zu
führen,
während
sie Schutz für
die Bereiche bietet, welche nicht betroffen sein dürfen. Es
ist auch allgemein übliche
Praxis, in die Lichtbogenkammer Elemente einzufügen, welche aus isolierenden
Materialien hergestellt sind, in der Lage, gasförmige Substanzen in der Anwesenheit
eines elektrischen Lichtbogens zu emittieren. Solche Substanzen
wechselwirken mit den Plasmaionen, welche durch den Lichtbogen erzeugt
werden, wodurch sie zur Verringerung des Gesamtphänomens durch
Verringerung der Konduktivität
beitragen.
-
1 und 2 veranschaulichen ein typisches Beispiel
einer Lichtbogenkammer des Standes der Technik. Die Kammer umfasst
allgemein zwei Seitenwände 1,
welche aus isolierendem Material hergestellt sind, eine Mehrzahl
von metallischen Platten 2 und zumindest ein Schutzelement 3,
hergestellt aus isolierendem Material. Die Platten 2 sind
allgemein U-förmig
und weisen an ihren äußeren Seitenkanten eine
Mehrzahl von Vorsprüngen 21 auf.
Die Seitenwände 11 weisen
eine Mehrzahl von Öffnungen 11 auf,
welche geeignet sind, um mit den entsprechenden Vorsprüngen 21 der
Platten 2 (siehe 2)
für eine
Plattenpositionierung und -fixierung zusammen zu passen. Eine Plattenfixierung
wird beispielsweise vorgesehen durch Aufstauchen der Vorsprünge 21, wodurch
eine Aufnahme der Platten und eine mechanische Stabilität der Lichtbogenkammer
sicher gestellt ist. Sobald sie zusammengebaut ist, wird die Lichtbogenkammer
in einen geeigneterweise vorgesehenen Raum, gebildet in dem Gehäuse des
Leistungsschalters, eingefügt.
-
Obwohl
diese Lösung
geeigneterweise die nötigen
Erfordernisse erfüllt,
ist sie hinsichtlich der Anzahl der erforderlichen Komponenten und
aufgrund einer Komplexität
der Herstellung nicht völlig zufrieden
stellend. Es ist in der Tat auch zusätzlich zu den aus isolierendem
Material hergestellten Seitenwänden
notwendig, geeignete Komponenten (z.B. das schützende Element 3)
für Lichtbogenführung/-schutz
vorzusehen.
-
Des
Weiteren darf die Tatsache nicht ignoriert werden, dass eine adäquate mechanische
Stabilität
nur sicher gestellt ist durch den komplizierten Vorgang des Fixierens
der Platten an den Seitenwänden,
z.B. durch Aufstauchen der Vorsprünge, welche an den Kanten der
Platten vorhanden sind.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtbogenkammer
für Niederspannungsleistungsschalter
vorzusehen, welche aus einer begrenzten Anzahl von Komponenten gebildet
ist, welche geringer ist als die Anzahl der Komponenten herkömmlicher
Lichtbogenkammern.
-
Innerhalb
des Rahmens dieser Aufgabe ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Lichtbogenkammer für Niederspannungsleistungsschalter
vorzusehen, welche keine komplizierten Zusammenbauschritte erfordert.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtbogenkammer
für Niederspannungsleistungsschalter
vorzusehen, welche eine adäquate
mechanische Stabilität
aufweist, ohne komplizierte mechanische Vorgänge zu erfordern.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtbogenkammer
für Niederspannungsleistungsschalter
vorzusehen, welche leicht im Inneren des Pols des Leistungsschalters
zusammengebaut werden kann.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtbogenkammer
für Niederspannungsleistungsschalter
vorzusehen, welche nicht die Verwendung von zusätzlichen Elementen erfordert, in
der Lage, gasartige Substanzen zu emittieren, welche die mit dem
Lichtbogen zusammenhängenden Phänomene reduzieren.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtbogenkammer
für Niederspannungsleistungsschalter
vorzusehen, welche höchst zuverlässig, verhältnismäßig einfach
herzustellen und von konkurrenzfähigen
Kosten ist.
-
Dieses
Ziel, diese Aufgaben und andere, welche im Folgenden deutlich werden,
werden erreicht durch eine Lichtbogenkammer für Niederspannungsleistungsschalter,
dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:
- – mehrere,
im Wesentlichen U-förmige
Metallplatten;
- – eine
Einfassung, hergestellt aus isolierendem Material, welche im Wesentlichen
wie ein Parallelepiped geschnitten ist und zwei Seitenwände, eine
Bodenwand, eine Deckenwand und eine Rückwand aufweist, wobei die
Seitenwände
an der Innenseite mehrere wechselseitig gegenüber liegende Schlitze für das Einfügen der
Metallplatten aufweisen, wobei die Boden- und die Deckenwand jeweils eine Öffnung aufweisen,
wobei die Einfassung an der Vorderseite offen ist.
-
Auf
diese Art und Weise hat man den Vorteil, dass eine mechanisch stabile
Lichtbogenkammer mit einer reduzierten Anzahl von Komponenten vorgesehen
wird, und dass der komplexe mechanische Vorgang des Aufstauchens
vermieden wird.
-
Weitere
Charakteristika und Vorteile der Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung
werden aus der Beschreibung einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen
Ausführungsform
deutlich werden, dargestellt nur mittels eines nicht beschränkenden Beispiels
in den beigefügten
Zeichnungen, wobei:
-
1 eine auseinandergezogene
perspektivische Ansicht einer auseinander gebauten Lichtbogenkammer
des Standes der Technik ist;
-
2 eine perspektivische Ansicht
einer zusammengebauten Lichtbogenkammer des Standes der Technik
ist;
-
3 eine auseinander gezogene
perspektivische Ansicht einer auseinander gebauten Lichtbogenkammer
gemäß der Erfindung
ist;
-
4 eine Draufsicht eines
Pols eines Niederspannungsleistungsschalters ist, welcher eine Lichtbogenkammer
gemäß der Erfindung
aufweist;
-
5 eine auseinandergezogene
perspektivische Ansicht einer Lichtbogenkammer gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung ist;
-
6 eine perspektivische Ansicht
einer Einfassung einer Lichtbogenkammer gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist.
-
Mit
Bezugnahme auf 3 umfasst
die Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung,
welche aus Klarheitsgründen
auseinander gebaut gezeigt ist, eine Mehrzahl von Metallplatten 30,
welche im Wesentlichen U-förmig
sind. Die Lichtbogenkammer umfasst weiter eine Einfassung 40,
hergestellt aus isolierendem Material, welche im Wesentlichen geformt
ist wie ein Parallelepiped, mit zwei Seitenwänden 41 und 42,
einer Bodenwand 43, einer Deckenwand 44 und einer
Rückwand 46.
Die Einfassung 40 ist an der vorderen Wand offen, um das
Einfügen
der Platten 30 zu erlauben, wie im Detail im Folgenden beschrieben.
Die Seitenwände
sind innen versehen mit einer Mehrzahl von wechselseitig gegenüber liegenden
Schlitzen 47 für
die gleitende Einfügung
der Metallplatten 30. Die Bodenwand weist zumindest eine Öffnung 48 auf,
um den Durchgang des Lichtbogenlöschkontakts
zu erlauben. Geeigneterweise weist die Deckenwand zumindest eine Öffnung 49 auf,
welche die Entlüftung
der Gase erlaubt, welcher erzeugt werden. Die untere Wand 43,
die Deckenwand 44 und die Rückwand 46 schützen auch
die Bereiche, auf welche sich der Lichtbogen nicht auswirken darf.
-
Der
Zusammenbau der Lichtbogenkammer, die so erhalten wird, ist daher
stark vereinfacht, wobei der einzig nötige Vorgang das Einfügen der
Platten 30 in die Schlitze 47 der Einfassung 40 ist.
-
Vorteilhafterweise
decken gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung
die Schlitze 47 nur einen Teil der inneren Oberfläche der
Seitenwände 41 und 42 ab,
eher als deren gesamte Länge.
Dementsprechend weisen die Metallplatten 30 zwei seitliche Arme 31 und 32 auf,
welche die Arme der U-Form bilden, und einen soliden Bodenabschnitt 33,
welcher ungefähr
so breit ist wie der Abstand zwischen den Seitenwänden 41 und 42,
oder, allgemeiner, so geformt ist, um dem inneren Profil der Seitenwände 41 und 42 zu
entsprechen. Die Breite der Platten 30 an den seitlichen
Armen 31 und 32 ist ungefähr gleich dem Abstand zwischen
den Endoberflächen
der zwei wechselseitig gegenüber
liegenden Schlitze 47.
-
Vorteilhafterweise
weisen die Metallplatten 30 zumindest einen erhöhten Abschnitt 34 an
zumindest einem der seitlichen Arme 31 und 32 auf,
bevorzugt an beiden Armen 31 und 32. Wenn die
Platte 30 in ein Paar von wechselseitig gegenüber liegenden Schlitzen 47 eingeführt ist,
kontrastiert der erhöhte Abschnitt
mechanisch mit den inneren Oberflächen des Schlitzes, wodurch
sicher gestellt wird, dass die Position während eines Zusammenbaus beibehalten wird.
-
Bevorzugt
ist die Länge
der seitlichen Arme 31 und 32 größer als
die Länge
der Schlitze 47, so dass die seitlichen Arme zumindest
teilweise frontal von dem Körper
der Einfassung, welche aus isolierendem Material hergestellt ist,
vorragen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die Rückwand 46 der
Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung
einen geformten Vorsprung 50 auf. Geeigne terweise weist
der Vorsprung 50 einen Abschnitt 51 auf, welcher
entlang zumindest einem Abschnitt der Rückwand 50 läuft, und
einen erhöht geformten
Abschnitt 52 an dem oberen Ende der Rückwand.
-
Der
Vorsprung 50 und die Abmessungen der Arme 31 und 32 erleichtern
den Zusammenbau der Lichtbogenkammer im Inneren des Pols und tragen zur
Aufnahme der Platten 30 bei.
-
Die
Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung
ist in der Tat geeigneterweise in einem Pol eines Niederspannungsleistungsschalters
angewandt und sie ist insbesondere geeignet für Niederspannungsleistungsschalter
mit gegossenem Gehäuse.
-
4 ist eine Draufsicht eines
Pols eines Niederspannungsleistungsschalters, welcher eine Lichtbogenkammer
gemäß der Erfindung
aufweist. Gemäß einer
allgemeinen Ausführungsform
umfasst der Pol ein Gehäuse 60,
hergestellt aus isolierendem Material, in dessen Innerem eine Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung
ist. In dem Gehäuse
des Niederspannungsleistungsschalters mit gegossenem Gehäuse wird
das Gehäuse 60 gebildet
durch das gegossene Kunststoffgehäuse des Leistungsschalters.
-
Gemäß der Ausführungsform
der 4, in welcher ein
einzelner Pol aus Einfachheitsgründen gezeigt
ist, weist das Gehäuse 60 an
seiner inneren Oberfläche
ein geformtes Profil 61 auf, welches geeignet ist, um mit
dem Vorsprung 50 und dem erhöht geschnittenen Abschnitt 52 der
Lichtbogenkammer zusammen zu passen.
-
Bevorzugt
weist das Gehäuse 60 ein
zusätzliches
innengeformtes Profil 62 auf, welches geeignet ist, um
komplementär
mit dem vorderen Ende der Arme 31 und 32 der Platten 30 zusammen
zu passen, welche von dem Körper
der Einfassung 40 vorragen.
-
Zusätzliche
innere Vorsprünge 63,
geeignet, um die Aufnahme der Einfassung 40 zu erleichtern, können des
Weiteren vorhanden sein.
-
Auf
diese Art und Weise trägt
das Gehäuse 60 des
Pols, welches strukturell geeignet ist, um intensiven mechanischen
Belastungen zu widerstehen, zur mechanischen Aufnahme der Metallplatten bei.
-
In
der Ausführungsform
der 5 schließt der Lichtbogenkammer-Zusammenbau
eine Anzahl an im Wesentlichen U-förmigen Metallplatten ein. Die Einfassung 80 ist
im Wesentlichen wie ein Parallelepiped geformt und wiest zwei Seitenwände 81 und 82,
eine Bodenwand (nicht gezeigt), eine Deckenwand 84 und
eine Rückwand 86 auf.
Wie in der Figur gezeigt, weist die Deckenwand 84 eine Öffnung 89 auf,
welche das Entlüften
der Gase erlaubt. Die Seitenwände 81 und 82 sind
innen versehen mit einer Mehrzahl an wechselseitig gegenüber liegenden Schlitzen
für die
gleitende Einfügung
der Metallplatten 70. In der Ausführungsform der 5 decken die Schlitze den gesamten Teil
der inneren Oberflächen der
Seitenwände 81 und 82 ab
und die Montage erfolgt derartig, dass die Arme der U-förmigen Metallplatten
nach innen gerichtet werden.
-
6 stellt eine weitere Ausführungsform
einer Einfassung 90 einer Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung
dar. Auch in diesem Fall weist die Einfassung zwei Seitenwände 91 und 92,
eine Bodenwand 93, eine Deckenwand 94 und eine
Rückwand 96 auf.
Die Seitenwände
sind innen entlang der gesamten Oberflächen mit einer Mehrzahl von
wechselseitig gegenüber
liegenden Schlitzen 97 versehen zur Einfügung der
Metallplatten (nicht gezeigt). Öffnungen 98 und 99 sind
jeweils in der Boden- und Deckenwand vorhanden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Einfassung aus einem isolierenden Material
hergestellt sein, welches Zusammensetzungen einschließt, welche
in der Lage sind, gasartige Substanzen bei Anwesenheit eines elektrischen
Lichtbogens zu emittieren, wobei die Substanzen in der Lage sind, mit
den Plasmaionen wechselzuwirken, wodurch das Lichtbogenphänomen und damit
zusammenhängende
Auswirkungen reduziert werden. Beispiele solcher Substanzen sind
Zellulose, Melamin, Acetat-Harze, Aluminiumtrihydrat (ATH), fluorierte
Harze und/oder Verbindungen, Metallhydrate, ungesättigte Polyester,
etc.
-
Auf
diese Art und Weise ist es möglich,
die Verwendung der zusätzlichen
Elemente zu vermeiden, welche normalerweise in der Technik verwendet werden.
Da auch die gesamte Oberfläche,
welche in der Lage ist, solche Gase zu emittieren, größer ist
als in den Lichtbogenkammern der bekannten Arten (grundsätzlich ist
die gesamte Oberfläche
der Einfassung in der Lage, solche Gase zu emittieren), sind die
Leistungen bei Weitem besser als im Stand der Technik.
-
In
der Praxis wurde gefunden, dass die Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung
voll und ganz das angestrebte Ziel und die Aufgaben erreicht, da sie
aus einer verringerten Anzahl an Komponenten gebildet ist, welche
einfach zusammenzubauen sind, wobei komplizierte mechanische Aufstauchvorgänge vermieden
werden. In der vorgeschlagenen Ausführungsform sind die einzigen
Komponenten die Metallplatten und die isolierende Einfassung, welche
automatisch zusammengebaut werden können.
-
Eine
mechanische Stabilität
ist nicht eingeschränkt.
Wie gezeigt, können,
wenn die Lichtbogenkammer in den Pol eines Leistungsschalters eingefügt ist,
die Wände
des Pols zur mechanischen Aufnahme der Platten beitragen.
-
Die
Verwendung von Verbindungen, die in der Lage sind, gasartige Substanzen
zu emittieren, verringert das Ausmaß des Lichtbogenphänomens und
verringert demzufolge auch mechanische Belastungen.
-
Die
so gewonnene Lichtbogenkammer ist zahlreichen Modifikationen und
Variationen unterziehbar, welche alle innerhalb des Rahmens und
des erfinderischen Konzepts liegen, wie es durch die Ansprüche definiert
ist; alle Details können
des Weiteren durch andere technisch äquivalente Elemente ersetzt
werden. In der Praxis können
die verwendeten Materialien, solange sie mit der spezifischen Verwendung
kompatibel sind, ebenso wie die Abmessungen, irgendwie gemäß den Erfordernissen
und dem Stand der Technik sein.