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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Trennschalter und insbesondere
einen automatischen strombegrenzenden Trennschalter, der ein System
mit doppelter Unterbrechung in Reihe mit mindestens zwei Lichtbogenlöschkammern
für jeden Pol
aufweist.
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Elektrische
Niederspannungssysteme, die durch starke Ströme und hohe Leistungspegel
gekennzeichnet sind, verwenden in der Regel spezielle Vorrichtungen,
die mit einem System versehen sind, das den Nennstrom, der für die verschiedenen
Verbraucher erforderlich ist, die Einschaltung und Abschaltung des
Verbrauchers, den Schutz der Verbraucher gegen unvorhergesehene
Ereignisse, wie Überlastung
und Kurzschlüsse,
durch automatische Öffnung
des Stromkreises, und schließlich
die Abschaltung des geschützten
Stromkreises durch Öffnen
der Laufkontakte in Bezug auf die Festkontakte, um eine vollständige Isolierung
des Verbrauchers in Bezug auf die elektrische Leistungsquelle zu
erreichen, gewährleistet.
Diese Geräte
sind allgemein als automatische Leistungsschalter zur Verwendung
in industriellen Niederspannungssystemen bekannt.
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Es
gibt mehrere industrielle Lösungen
für diese
Vorrichtungen. Die am meisten verbreitete Lösung setzt auf komplexe Mechanismen,
die durch die mechanische Energie angetrieben werden, welche zuvor
in speziellen Federn gespeichert wurde, für die Öffnung der Kontakte.
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Wenn
der voraussichtliche Pegel des Kurzschlussstroms besonders hoch
ist, reicht die Energie, die in den Federn gespeichert wird, für eine wirksame Kontaktöffnung möglicherweise
nicht aus. In diesen Fällen
werden in der Regel spezielle Arten von automatischen Trennschaltern
verwendet, die mit technischen Lösungen
versehen sind, die eine Erhöhung der
Unterbrechungsleistung zum Ziel haben.
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Zu
den erfolgreichsten Lösungen
gehören insbesondere
zwei, die häufig
zusammen verwendet werden.
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Die
erste dieser Lösungen
beinhaltet eine Verdoppelung der Kontakte. In diesem Fall wird jeder Pol
in zwei separaten Regionen unterbrochen, die elektrisch miteinander
in Reihe geschaltet sind, so dass jede für sich weniger mechanischer
und thermischer Beanspruchung ausgesetzt ist.
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Die
zweite Lösung
beruht auf einer Verkürzung
der Auslösezeit,
um zu verhindern, dass der angenommene Kurzschlussstrom seinen maximalen Wert
erreicht.
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Dies
ist eine Lösung,
die verlangt, dass der Stromweg eine Form aufweist, die im Falle
eines Kurzschlusses ein elektrodynamisches Phänomen auslöst, das in der Lage ist, positiv
zur Erzeugung des mechanischen Schubs, der nötig ist, um die Kontakte zu öffnen, beizutragen.
In einigen Fällen
beträgt die
erforderliche Energie immerhin mehrere hundert Newton pro Meter.
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Diese
Lösungen
sind häufig
innerhalb so genannter begrenzender Trennschalter verwirklicht, die,
wie allgemein bekannt, im Prinzip einen hohen Wirkungsgrad und eine
gute Zuverlässigkeit
aufweisen, die aber zu einigen typischen mäßigen oder kritischen Situationen
führen.
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Tatsächlich weiß man, dass
die Verdoppelung der Unterbrechungselemente eine erhebliche Vergrößerung der
Vorrichtung mit sich bringt. Außerdem
ist es notwendig, die beiden Laufkontakte jedes Pols mittels Kupferlitzen
miteinander in Reihe zu verbinden, die, da sie flexibel und daher
relativ dünn
sein müssen,
notwendigerweise zu hohen Energieverlusten aufgrund des Joule-Effekts
führen.
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Außerdem besteht
das Risiko einer ungenügenden
Verteilung der mechanischen Lasten, die von den Laufkontakten gestützt werden,
mit daraus folgenden Rückwirkungen
auf die elektrische Leitfähigkeit
des Trennschalters. Dieses Phänomen
kann sich während
des Lebenszyklus der Einheit verschlechtern, da es mit der konstanten, aber
unregelmäßigen Abnutzung
der Platten verbunden ist, die sich in den Regionen befinden, wo
die Laufkontakte auf die Festkontakte treffen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines automatischen
strombegrenzenden Trennschalters, dessen Mechanismus und Funktionsprinzip
im Hinblick auf die Trennschalter des Standes der Technik vereinfacht
sind.
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Das
Dokument
FR 2 373 143 offenbart
eine Vorrichtung gemäß der Präambel von
Anspruch 1.
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Innerhalb
dieser Aufgabe ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung
eines automatischen strombegrenzenden Trennschalters, der die Verteilung
der mechanischen Lasten, die von den Laufkontakten getragen werden,
verbessert.
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Ein
weiteres Ziel ist die Schaffung eines automatischen strombegrenzenden
Trennschalters, bei dem die Energievernichtung aufgrund des Joule-Effekts
minimiert ist.
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Ein
weiteres Ziel ist die Schaffung eines automatischen strombegrenzenden
Trennschalters, der insgesamt kleinere Abmessungen bei gleicher
elektrischer Leistung und Lebenserwartung aufweist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
automatischen strombegrenzenden Trennschalters, der sehr zuverlässig ist
und relativ einfach und zu konkurrenzfähigen Kosten hergestellt werden
kann.
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Diese
Aufgabe, diese und weitere Ziele, die im folgenden deutlicher werden,
werden durch einen automatischen strombegrenzenden Trennschalter gelöst bzw.
erreicht, der ein isolierendes Gehäuse aufweist, in dem Festkontaktmittel
und Laufkontaktmittel, Stellmittel zur Verstellung der Laufkontaktmittel
zwischen offenen und geschlossenen Schaltkreisbedingungen und Lichtbogenlöschmittel
untergebracht sind, die mindestens eine erste und eine zweite Lichtbogenlöschkammer
einschließen,
die voneinander getrennt sind, wobei die Festkontaktmittel mindestens
einen ersten und einen zweiten Festkontakt einschließen, die
voneinander beabstandet sind und jeweils angrenzend an die ersten
bzw. zweiten Lichtbogenlöschkammern
angeordnet sind, wobei die Laufkontaktmittel mindestens einen ersten
Laufkontakt und einen zweiten Laufkontakt einschließen, die elektrisch
in Reihe geschaltet sind und sich gleichzeitig zwischen offenen
und geschlossenen Schaltkreispositionen bewegen können, dadurch
gekennzeichnet, dass die Laufkontaktmittel jeweils einen ersten Kontaktarm
und einen zweiten Kontaktarm aufweisen, die jeweils ein erstes Ende,
an dem der erste Laufkontakt bzw. der zweite Laufkontakt befestigt sind,
und ein zweites Ende aufweisen, das jeweils an einem gemeinsamen
Drehzapfen, der wirkmäßig mit dem
Stellmittel verbunden ist, befestigt ist und sich frei um diesen
drehen kann.
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Auf
diese Weise erhält
man in der Praxis einen automatischen strombegrenzenden Trennschalter,
der die gestellte Aufgabe und die gesetzten Ziele vollständig erfüllt bzw.
erreicht. Insbesondere ermöglichen
die spezielle Gestaltung und das Funktionsprinzip des Laufkontaktmittels
die Reduzierung der Zahl und die Vereinfachung von erforderlichen
Teilen, ohne die Funktionskennzahlen des Trennschalters zu ändern.
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Weitere
Merkmale und Vorzüge
werden aus der Beschreibung von bevorzugten, aber nicht exklusiven
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Trennschalters
deutlich, die lediglich anhand eines nicht-beschränkenden
Beispiels in der begleitenden Zeichnung dargestellt sind, wobei:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Beispiels für einen der Pole eines automatischen strombegrenzenden
Trennschalters gemäß der Erfindung
ist;
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2 eine
perspektivische Darstellung von Einzelheiten eines Pols eines automatischen
strombegrenzenden Trennschalters gemäß der Erfindung ist;
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3 eine
Teilschnittsicht der gleichen Einzelheiten des Pols eines automatischen
strombegrenzenden Trennschalters der 2 ist;
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4 eine
teilweise Schnittsicht anderer Einzelheiten eines Pols eines automatischen
strombegrenzenden Trennschalters gemäß der Erfindung ist.
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Wie
in den Figuren dargestellt, weist der automatische strombegrenzende
Trennschalter gemäß der Erfindung
ein isolierendes Gehäuse 1 auf,
von dem nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Im Gehäuse 1 sind
Festkontaktmittel, allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet,
und Laufkontaktmittel, allgemein mit der Bezugszahl 20 bezeichnet,
untergebracht. Der Trennschalter weist auch Stellmittel zum Bewegen der
Laufkontaktmittel zwischen einer offenen Schaltkreisbedingung (in
den 3 und 4 gestrichelt dargestellt) und
einer geschlossenen Schaltkreisbedingung auf. Ein Detail des Stellmittels
ist in den 1 und 4 gezeigt,
welche ein Beispiel für
einen Antriebsstrang 30 zeigen.
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Der
Trennschalter weist ferner ein Lichtbogenlöschmittel auf, das von zwei
voneinander getrennten Lichtbogenlöschkammern gebildet wird; die Lichtbogenlöschkammern
sind in den Figuren um der Klarheit willen nicht dargestellt. 1 zeigt
jedoch die Sitze 2 und 3, die im Gehäuse 1 ausgebildet
sind und dazu dienen, diese Lichtbogenlöschkammern aufzunehmen.
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Die
Festkontaktmittel 10 beinhalten einen ersten Festkontakt 11 und
einen zweiten Festkontakt 12, die voneinander beabstandet
sind und die jeweils angrenzend an die ersten und zweiten Lichtbogenlöschkammern
an den Sitzen 2 und 3 angeordnet sind.
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Das
Laufkontaktmittel 20 weist einen ersten Laufkontakt 21 und
einen zweiten Laufkontakt 22 auf, die miteinander elektrisch
in Reihe verbunden sind und die gleichzeitig zwischen offenen und
geschlossenen Schaltkreisstellungen bewegt werden können. Wie
in 2 dargestellt, weist das Laufkontaktmittel 20 ferner
einen ersten Kontaktarm 23 und einen zweiten Kontaktarm 24 auf,
die aus zwei länglichen Leiterplatten bestehen,
die ein erstes Ende, das mit den Bezugszahlen 25 bzw. 26 bezeichnet
ist, an dem der erste Laufkontakt 21 und der zweite Laufkontakt 22 befestigt
sind, aufweisen. Das zweite Ende, das von der Bezugszahl 27 für den ersten
beweglichen Arm 23 bezeichnet wird, während das Ende des zweiten
beweglichen Arms 24 nicht sichtbar ist, ist so an einem
gemeinsamen Drehzapfen 40 befestigt, dass die beiden beweglichen
Arme 23 und 24 sich frei um diesen drehen können. Der
gemeinsame Drehzapfen 40 ist daher wirkmäßig mit
dem Stellmittel verbunden, um eine Bewegung der Laufkontakte zu
ermöglichen.
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Vorteilhafterweise
sind die ersten und zweiten Kontaktarme 23 und 24 mittels
mindestens eines flexiblen Leiters miteinander in Reihe verbunden. Wie
in den Figuren dargestellt, kann die elektrische Reihenschaltung
mittels eines Paars aus Kupferlitzen 51 und 52 geschaffen
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der gemeinsame Drehzapfen 40 an einer Platte 31 befestigt,
die wirkmäßig mit
dem Stellmittel verbunden ist. Die Platte 31 kann frei
in einem geeigneten Raum, der zwischen den Sitzen 2 und 3 der
Lichtbogenlöschkammern
ausgebildet ist, gleiten.
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Wie
gesagt ist es wichtig, dass die mechanischen Lasten korrekt auf
die Laufkontakte aufgeteilt werden, wobei auch der Verschleiß ausgeglichen wird,
der während
der Nutzungsdauer der Einheit auftritt. Zu diesem Zweck sind die
ersten und zweiten Kontaktarme 23 und 23 vorzugsweise
wirkmäßig mit elastischen
Mitteln verbunden, die diese Funktion erfüllen. Wie in 2 dargestellt,
kann das elastische Mittel beispielsweise zwei Federn 32 und 33 beinhalten,
die jeweils mit den ersten und zweiten Kontaktarmen 23 und 24 verbunden
sind, beispielsweise nahe ihren Enden, die sich gegenüber den
Laufkontakten 20 befinden.
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Die
Verbindung der Laufkontaktteile mit dem Stellmittel kann beispielsweise
mittels eines Kupplungshebels 34 bewerkstelligt werden,
dessen eines Ende starr mit dem Drehzapfen 40 verbunden
ist, während
sein anderes Ende starr mit dem Antriebsstrang 30 verbunden
ist.
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In
der Praxis hat sich gezeigt, dass der automatische strombegrenzende
Trennschalter gemäß der Erfindung
die gestellte Aufgabe und die gesteckten Ziele vollständig erfüllt bzw.
erreicht. Die Vorteile, die sich daraus ergeben, dass die Drehachsen
der beiden Laufkontakte zusammenlaufen, was eine Folge des gemeinsamen
Drehpunkts der Kontaktarme ist, sind die folgenden.
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Erstens
ist die Verteilung der mechanischen Lasten, die von den Laufkontakten
getragen werden, besser, was Vorteile im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit
des Trennschalters und die Verschleißfestigkeit und Stabilität des kinematischen
Systems und damit des Trennschalters bringt. Die Vereinfachung des
kinematischen Mechanismus, die auf der Anordnung der Laufkontakte
um einen gemeinsamen Drehpunkt beruht, ermöglicht die ständige Neuanpassung
und Optimierung der Geometrie der Kupplung zwischen den Laufkontakten
und den Festkontakten, wodurch die Wirkungen des normalen fortschreitenden
und unabhängigen
Verschleißes
der Kontakte wirksam kompensiert werden.
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Ferner
ermöglicht
die verringerte Komplexität
des kinematischen Systems die Verringerung des allgemeinen Platzbedarfs
der Einheiten für
eine gleichmäßige elektrische
Leistung und zu erwartende Nutzungsdauer.
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Man
sollte nicht übersehen,
dass es durch die Anordnung der Laufkontakte an einem gemeinsamen
Drehpunkt möglich
ist, die Leiter, in der Regel Kupferlitzen, die mit jedem der Laufkontaktpaare,
die zu den jeweiligen Polen gehören,
verbunden sind, zu verkürzen;
dadurch sinkt auch der elektrische Widerstand proportional zur Verkürzung, wodurch
Verluste aufgrund des Joule-Effekts verringert werden.