DE69017992T2 - Schaltervorrichtung mit Lichtbogenbildung fördernden Stromschleifen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schutz-Trennschaltervorrichtung für eine Kurzschlußströmen ausgesetzte Schaltung, bei der die natürliche Entwicklung des Lichtbogens, der bei der Öffnung eines Paars von in einer Kammer angeordneten Kontakten auftritt und sich entlang eines Deflektor-Leiters bewegt, von einer magnetischen Induktion unterstützt und beschleunigt wird, die von mindestens einer diese Ströme leitenden Schleife entwickelt wird, die sich außerhalb der Kammer in einer Ebene befindet, welche im wesentlichen parallel zu der ist, die durch diesen Deflektor und diese Kontakte verläuft.
• Sie betrifft genauer gesagt eine Schutz-Trennschaltervorrichtung einer Art ähnlich der, die im Patent EP-231 600 beschrieben ist, bei der die leitende Schleife von einem mit dem ortsfesten Kontakt verbundenen ersten Endabschnitt gebildet wird, der durch eine Zunge verlängert wird, die den Deflektor-Leiter bildet und über einen Schleifenabschnitt mit einem zweiten Endabschnitt verbunden ist, der in Flucht mit der Zunge angeordnet ist und der sich direkt oder indirekt an eine Anschlußklemme des die Vorrichtung aufnehmenden Geräts anschließen soll.
• Diese Vorrichtungen, die hauptsächlich in Geräten zum Schutz gegen Überspannungen eingesetzt werden, benutzen den Kunstgriff einer Unterstützung des Blasens des Lichtbogens mittels einer Induktion, die auf seinem Weg aufgebaut wird, um seine Ausdehnung zu beschleunigen und seine Entstabilisierung voranzutreiben. Aufgrund dieses Kunstgriffs kann man kleinere Begrenzergeräte herstellen, die sowohl in industriellen Anlagen als auch für den häuslichen Gebrauch immer häufiger benötigt werden, wo die technischen Kosten eines der Haut-Auswahlkriterien bilden.
• Die Herstellung von Stromschleifen ist ein relativ kostspieliger Vorgang, da sie entweder den Zusammenbau mehrerer Elemente oder das Ausschneiden und Falten ausgeschnittener leitender Teile erfordert, deren Entwicklung in der Ebene der Metallfolie, aus der sie entnommen werden, die zur Verfügung stehende Oberfläche schlecht nutzt; diese Schneidetechnik ist jedoch interessant, da sie die Fertigstellung von in sehr großen Mengen hergestellten Geräten dadurch vereinfacht, daß der Hersteller keine späteren Schweiß und/oder Zusammenbaumaßnahmen durchführen muß.
• Die Erfindung möchte nun eine wie oben definierte Trennschaltervorrichtung vorschlagen, bei der die Ausbildung der Stromschleife den folgenden Bedingungen entspricht: Einfachheit, leichter Zusammenbau, verringerter Platzbedarf in der Breite und reduzierte Herstellungskosten.
• Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß:
• - die Schleife aus einem die Zunge enthaltenden festen Teil besteht, wobei der erste Endabschnitt mit dem festen Kontakt und der zweite Endabschnitt mit einer Klemme verbunden ist,
• - der Schleifenabschnitt ausgehend von einem Längsabschnitt eines einzigen, aus einem Band ausgeschnittenen flachen Rohlings gebildet wird, der im wesentlichen im rechten Winkel zu einer Ebene parallel zur durch die Kontakte verlaufenden Mittelebene umgeschlagen ist,
• - der Längsabschnitt in seiner eigenen Umschlagebene ausgezogen und umgebogen wird, damit die Schleife sich in einer Ebene parallel zur Mittelebene erstreckt.
• Weitere Maßnahmen, die einerseits die Wirksamkeit einer Schleife, deren überdeckte Oberfläche und somit die Länge gewissen Kriterien entsprechen müssen, und andererseits die Notwendigkeit berücksichtigen, auf das verwendete Material keine übermäßigen Verformungsbeanspruchungen zu übertragen, können dazu führen, interessante Größenverhältnisse zu definieren.
• Schließlich werden nachfolgend außerdem besondere Anordnungen genauer erläutert, die auf den Erhalt interessanter Begrenzungseigenschaften durch Erhöhung der Wirksamkeit der Schleife abzielen.
• Die Erfindung sowie eine bevorzugte Ausführungsform und eine Variante werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
• Figur 1 zeigt im Aufriß die Vorrichtung im Schnitt durch eine Mittelebene, die durch die Verschiebeachse eines beweglichen Teils des Schalters und durch eine zugehörige Klemme verläuft.
• Figur 2 zeigt die Vorrichtung der Figur 1 von oben.
• Figur 3 zeigt in Perspektive ein magnetisches Unterstützungsteil, das zwei Stromschleifen aufweist.
• Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei in der Erfindung verwendete Rohlinge.
• Figur 6 zeigt in Perspektive einer Variante eines magnetischen Unterstützungsteils mit zwei Stromschleifen.
• Figur 7 zeigt eine Ansicht des dem Teil der Figur 6 entsprechenden Rohlings.
• Figur 8 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines magnetischen Unterstützungsteils für eine Trennschaltervorrichtung mit einfacher Unterbrechung.
• Figur 9 zeigt im Aufriß ein Gehäuse, das das die Schleifen tragende leitende Teil aufnimmt.
• Figur 10 zeigt im Aufriß eine Innenseite einer der Schalen des Gehäuses.
• Figur 11 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der beiden Schalen und des Sockels, die das isolierende Gehäuse bilden.
• Eine Trennschaltervorrichtung 1, bei der man die Erfindung vorteilhafterweise anwenden kann, kann gemäß Figur 1 in ein prismatisches isolierendes Gehäuse 2 eingebaut werden, in dessen Innerem sich eine (oder zwei) Trennkammer 3 befindet; man kann sich zum Beispiel eine vollständigere Vorrichtung vorstellen, indem man eine Symmetrie in Bezug auf die Verschiebeachse XX' einer beweglichen Kontaktbrücke 4 herstellt.
• Diese Kontaktbrücke trägt dann Pastillen 5, 6, die mit festen Kontaktpastillen 7, 8 zusammenwirken, und ist hier der Wirkung einer Kontaktdruckfeder 9 unterworfen, die durch die Bewegung eines äußeren Drückers 10 komprimiert oder gelöst werden kann, der auf ein Führungs- und seitliches Haltemittel 11 der Kontaktbrücke einwirkt.
• Der feste Kontakt 8 ist auf einen Endabschnitt 12 eines leitenden Teils 13 aus Kupfer gelötet, das einen umgebogenen Abschnitt 14, einen aufsteigenden Zweig 15a, 15, einen absteigenden Zweig 16 und einen zweiten Endabschnitt 17 aufweist, der verschoben und umgebogen ist, um eine Anschlußklemme 18 aufzunehmen; eine einen Deflektor bildenden Verlängerung 19 des Abschnitts 12 erstreckt sich in der Kammer in Richtung der Klemme bis in einen den Kontakten entgegengesetzten Bereich 20, in dem sich Mittel befinden können, die einen Lichtbogen destabilisieren können, wie z.B. ein enger Schlitz, Fraktionierungsrippen usw.
• Vorteilhafterweise ist ein flaches magnetisierbares Teil 21 unter dem Deflektor 19 angeordnet.
• Ein zweites leitendes Ablenkungsteil 22, das sich ebenfalls in einer nicht dargestellten symmetrischen Kammer erstrecken würde, ermöglicht dem Strom eines Lichtbogens 23, zwischen der Klemme 18 und einer entgegengesetzten symmetrischen Klemme 24 zu fließen und einen zweiten, zum ersten symmetrischen Lichtbogen 25 zu speisen, dessen Stromkreis durch einen symmetrischen Deflektor 19' verläuft.
• Wenn ein Strom J von der Klemme 18 zur Klemme 24 verläuft, indem er die Leiter 17, 16, 15, 14, 12, 19, den Lichtbogen 23, den zweiten Deflektor 22 und die entsprechenden symmetrischen Elemente durchquert, bilden die verschiedenen Segmente 14, 15, 16, 17 eine leitende Schleife 30, die in der vom Lichtbogen durchquerten Zone zwischen dem festen Kontakt und dem Bereich 20 eine Induktion einer zur Figur senkrechten Richtung erzeugen kann.
• Das Zusammenwirken dieser Induktion und des im Lichtbogen 23 verlaufenden Stroms J überträgt auf diesen Laplace- Kräfte, die eine Verschiebung in der Zeichnung nach rechts bewirken, die schneller ist, als es die natürliche Ausdehnung wäre, sowie eine Verlängerung seines Felds aufgrund der divergierenden Strecken der Deflektoren; der Lichtbogen 23 wird seinerseits nach rechts verschoben.
• Diese Verformungen und Bewegungen des Lichtbogens entwickeln in diesem eine erhöhte Spannung, die notwendig ist, um ein schnelles Absinken der Kurzschlußströme J zu erhalten.
• Wie in Figur 3 zu sehen, kann man zwischen der Klemme und dem ersten Deflektor zwei Schleifen 30a, 30b parallel zur Mittelebene PP' der Trennschaltervorrichtung verbinden, die durch die Achse XX', die Pastille 5 und die Klemme 18 verläuft.
• Ein unbearbeiteter Ausschnitts-Metallrohling 26 mit einem Längsabschnitt 28, 28a, 28b, wie in Figur 4 zu sehen, kann vorteilhafterweise verwendet werden, um ein leitendes Teil mit nur einer Schleife herzustellen, wenn man ihn Verformungen in seiner Ebene unterwirft, die die verschiedenen Elemente 19, 12, 14, 17; 15, 15a, 16, 16a an den entsprechenden Stellen entstehen lassen.
• Diese Verformungen enthalten Wölbungen und/oder lokale Verlängerungen des Metalls in der Ebene sowie Faltungen, die an den Winkeln erscheinen müssen, wie dies in den schraffierten bzw. punktförmig markierten Zonen der Figur 4 zu sehen ist. Beim Studium der Figur 4 kann man die so erhaltene Materialeinsparung erkennen.
• Ein Rohling 27 eines Teils, der in Figur 5 zu sehen ist, wird verwendet, wenn dieses Teil zwei Schleifen 30c, 30b aufweisen soll, wie sie in Figur 3 zu sehen sind, wo man feststellt, daß man darauf verzichten kann, die Trennungen - S - -und - T - durchzuführen. Ähnlich wie im vorhergehenden Fall werden hier die Schleifen 30 durch Umbiegen, zum Beispiel im rechten Winkel zu einer Biegeebene parallel zur Ebene PP' der (nicht vorstehenden) Ränder des Rohlings, und dann Ausziehen/Wölben dieser Ränder in der Umbiegeebene gebildet.
• Das dargestellte leitende Teil zeigt zum Beispiel in Figur 1 die Tatsache, daß der oder die aufsteigende(n) Zweig(e) 15a an den Abschnitt 12 über einen Abschnitt 14 angeschlossen sind, der sich auf einer Höhe unterhalb der der Ebene SS' befindet, in der die feste Kontaktpastille 6 befestigt ist. Dieser Zweig 15 ist außerdem derart angeordnet, daß das Kontaktpaar 5, 8 sich zwischen den Zweigen 15a und 16 befindet. Diese Maßnahmen, die lokal die Verteilung der Induktion verbessern, um die ursprüngliche Bewegung des Lichtbogens zu begünstigen, sind besonders einfach durchzuführen bei einer Schleife, die durch die vorhergehenden Operationen gebildet wurde.
• Man könnte aber auch die Erfindung zum Beispiel auf ein Teil 33 mit zwei Schleifen 38a, 38b anwenden, das in Figur 6 gezeigt ist, bei dem weder der umgebogene vordere Abschnitt 14, noch der vordere Abschnitt 17 vorhanden sind und bei dem zwei Traversen 31, 32 vorgesehen sind, um den festen Kontakt 34 zu tragen bzw. der Klemme 35 zugeordnet zu werden; ein entsprechender Rohling 39 ist in Figur 7 gezeigt. Man stellt fest, daß im Gegensatz zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel die Wurzeln der aufsteigenden Zweige 38c, 38d in der Ebene Q beginnen, die die Kontaktpastille 34 enthält.
• Im beschriebenen Trennschaltergerät verschiebt sich der Lichtbogen, indem er seine Füße auf zwei entgegengesetzten Deflektoren 19, 19' hält, die zu beiden Seiten einer Kontaktbrücke 4 mit doppelter Unterbrechung angeordnet sein können.
• Wenn man einer zwischen zwei Klemmen 44, 45 angeordneten Trennschaltervorrichtung mit einfacher Unterbrechung 40 eine oder mehrere erfindungsgemäße Stromschleifen zuordnen will (siehe Figur 8), sieht man am Ende eines beweglichen Kontakthebels 41 eine Spitze 42 vor, damit einer der beiden Lichtbogenfüße sich auf einer leitenden Oberfläche festhaken kann, die sich von der der beweglichen Pastille 43 unterscheidet, wobei ein leitendes Geflecht 48 dazu dient, den Stromkreis zu schließen.
• In Anbetracht der gekrümmten Strecke, der diese Spitze folgt, muß der Stromschleife oder den Stromschleifen 46, 47 unbedingt eine entsprechende Form verliehen werden, die es erlaubt, mechanischer Verformungsschritte der oben beschriebenen Art durchzuführen.
• Bei Trennschaltervorrichtungen mit einfacher und doppelter Unterbrechung, die für Geräte mit Nennstromstärken von 16 A bis 63 A bestimmt sind, kann man ein Verhältnis K von etwa 1,5 bis 4 zwischen der entwickelten Länge - B - der Schleife (zum Beispiel Abschnitte 15a, 15 und 16a, 16 der Figur 3) und dem Abstand - D - definieren, der die Länge des Deflektors 19 darstellt.
• Diese Werte, die vorteilhaft sind, um den Schleifen eine gute Wirksamkeit bei der Unterstützung der Entwicklung des Lichtbogens zu verleihen, ohne das Metall wie z.B. Kupfer übertriebenen Belastungen auszusetzen, sind natürlich nicht einschränkend, unter Berücksichtigung der besonderen Anwendungen, die in Betracht gezogen werden könnten, und der Dicke, die das Band haben könnte, aus dem die Rohlinge gemacht werden.
• Es ist außerdem klar, daß die Abschnitte 17 bzw. 32, die bisher direkt Klemmen 18 bzw. 35 zugeordnet waren, mit Hilfe von Verlängerungsleitern indirekt angeschlossen werden könnten, wenn die Klemmen sich weiter entfernt in einem eigenen Gehäuse befinden würden.
• Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das leitende Teil mit seiner Schleife oder seinen Schleifen und seinen Kontakt- und Klemmenbereichen ein nichtlösbares Ganzes darstellt, ist es nicht möglich, dieses direkt in ein Gehäuse beliebiger Form einzufügen, da ein Teil sich innerhalb und ein anderer Teil sich außerhalb dieses Gehäuses befindet.
• Im Rahmen der Erfindung, die sich auf ein Trennschaltergerät bezieht, siehe Figuren 9 bis 11, muß man also notwendigerweise ein Gehäuse 50 definieren, das die Verwendung dieses leitenden Unterstützungsteils erlaubt, insbesondere wenn dieses zwei Schleifen besitzt. Dieses Gehäuse, das in den Figuren 11, 12, 13 dargestellt ist, auf die sich bezogen wird, um ein Gehäuse mit zwei symmetrischen Trennkammern zu zeigen, besteht aus zwei isolierenden Schalen 52, 53, die in Bezug auf eine mittlere Verbindungsebene WW' im wesentlichen symmetrisch sind, wo sich nach dem Zusammenbau die Mittelebene PP' des leitenden Teils befinden wird, und aus einem Sockel 54, der hauptsächlich lokal den Hohlraum verschließen soll, der zwischen den beiden Schalen liegt, um die beiden symmetrischen Trennkammern eines eine Kontaktbrücke aufweisenden Trennschalters zu bilden.
• Dieser Sockel enthält hauptsächlich einen axialen Führungskanal 55, der einen Träger einer beweglichen Kontaktbrücke aufnimmt, wie der in Figur 1 mit 10 bezeichnete, und eine bestimmte Anzahl von Aussparungen 56, 57 und 58, 59, die die Endabschnitte wie 14 und 17 aufnehmen, um sie festzulegen.
• Dieses erste Instellungbringen des leitenden Teils kann hier geschehen, indem wenn nötig die Elastizität dieses leitenden Teils parallel zur Ebene PP' ausgenutzt wird. Die Aussparungen 58, 59, die in einer zentralen Rippe 60 des Sokkels ausgearbeitet sind, die eine geringere Breite als die der Außenfläche 61 hat, erstrecken sich bis zu dieser Fläche und lassen zu beiden Seiten der Mittelebene zwei parallele Arme 62, 63 stehen, die zum Halt einer Klemme 18 beitragen.
• Die Schalen 52, 53 besitzen je auf einer Innenwand 64 der Kammer einerseits Aussparungen oder Nuten 65, 66 und 67, um die entgegengesetzten Ränder der individuellen Deflektoren 19 bzw. die des gemeinsamen Deflektors 22 zu befestigen und andererseits einen Vorsprung 68, der das Ende der Rückholfeder 9 der Kontaktbrücke aufnimmt.
• Auf einer der Wand 64 einer Schale entgegengesetzten Außenwand 69 befinden sich offene Gänge oder Vertiefungen mit geringer Tiefe 71, 72, die so ausgebildet sind, daß sie die Außenteile der Schleifen 30c, 30b aufnehmen, und die danach zwischen einem Bereich 73 nahe dem Abschnitt 14 und einem Bereich 74 nahe dem Abschnitt 17 des leitenden Teils verlaufen. Seitliche Aussparungen 75 und 76, die sich vor den Aussparungen 56, 57 befinden, ermöglichen den Durchlaß der Enden der aufsteigenden äußeren Zweige der Schleifen bis zum Innenvolumen des zwischen den Schalen vorliegenden Hohlraums.
• Das Instellungbringen der Schalen geschieht gleichzeitig in Richtung F, indem die Schleifen 30a, 30b vom leitenden Teil weggespreizt und anschließend in den Gängen 71, 72 umgebogen werden; diese letzteren, deren Tiefe nicht wesentlich größer ist als die Dicke der Stromschleifen, können gleichzeitig die verschiedenen das Gehäuse bildenden Teile halten oder dazu beitragen.

Claims (6)

1. Schutz-Trennschaltervorrichtung für eine Kurzschlußströmen ausgesetzte Schaltung, bei der die natürliche Entwicklung des Lichtbogens, der bei der Öffnung zwischen einem beweglichen Kontakt (5, 6) und einem ortsfesten Kontakt (7, 8), die in einer Kammer (3) angeordnet sind, auftritt und sich entlang eines Deflektor-Leiters (19) bewegt, von einer magnetischen Induktion unterstützt und beschleunigt wird, die von mindestens einer diese Ströme leitenden Schleife (30) entwickelt wird, die sich außerhalb der Kammer (3) in einer Ebene befindet, die im wesentlichen parallel zu der ist, die durch diesen Deflektor (19) und diese Kontakte (5, 6; 7, 8) verläuft, wobei die Schleife (30) aus einem mit dem ortsfesten Kontakt (7, 8) verbundenen ersten Endabschnitt (14, 31) besteht, der durch eine Zunge (19) verlängert wird, die den Deflektor-Leiter bildet und strukturell über einen Schleifenabschnitt (30b, 30c) mit einem zweiten Endabschnitt (17, 32) verbunden ist, der in Flucht mit der Zunge (19) angeordnet ist und der sich direkt oder indirekt an eine Anschlußklemme des die Vorrichtung aufnehmenden Geräts anschließen soll,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Schleife (30) aus einem die Zunge (19) enthaltenden festen Teil besteht, wobei der erste Endabschnitt (12) mit dem festen Kontakt (7, 8) und der zweite Endabschnitt (17) mit einer Klemme (18) verbunden ist,

- der Schleifenabschnitt (30b, 30c) ausgehend von einem Längsabschnitt (28, 28a, 28b) eines einzigen, aus einem Band ausgeschnittenen flachen Rohlings (26, 27) gebildet wird, der im wesentlichen im rechten Winkel zu einer Ebene parallel zur durch die Kontakte (7, 8) verlaufenden Mittelebene (PP') umgeschlagen ist,

- der Längsabschnitt (28, 28a, 28b) in seiner eigenen Umschlagebene ausgezogen und umgebogen wird, damit die Schleife (30) sich in einer Ebene parallel zur Mittelebene (PP') erstreckt.

2. Trennschaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromschleifen (30c, 30b) zwischen den Endabschnitten (14, 17) zu beiden Seiten einer Mittelebene (PP') verlaufen, die durch die Kontakte (8, 7) und den Deflektor (19) verläuft.

3. Trennschaltervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wurzel (15a) eines aufsteigenden Zweigs (15) der Stromschleife (30) sich ausgehend vom ersten Abschnitt (14, 12) in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Verschieberichtung (XX') des beweglichen Kontakts (4) ausbildet und im wesentlichen in einer Halbebene (V, V') verläuft, die weder die Kontakte (5, 6, 7, 8) noch den Deflektor (19) enthält.

4. Trennschaltervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wurzel (15a) an den den festen Kontakt (5) aufnehmenden ersten Abschnitt (12) über eine umgebogene Klaue (14) angesetzt ist, die auf der diesem Kontakt in Bezug auf den beweglichen Kontakt (5) entgegengesetzten Seite angeordnet ist.

5. Trennschaltervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wurzel (38c, 38d) in der Ebene (Q) eines ersten Abschnitts (31) entsteht.

6. Trennschaltervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschleife(n) (30, 30c, 30b) in entgegengesetzten seitlichen Aussparungen (71, 72) eines Gehäuses (50) angeordnet sind, das durch die Zusammenfügung zweier entlang einer Verbindungsebene (WW'), die im wesentlichen parallel zu diesen Schleifen ist und durch den festen Kontakt (8) verläuft, zusammengefügter Schalen (52, 53) mit einem Sockel (54) gebildet wird, und in Kerben (75, 76) bzw. Rändern von Aussparungen (58, 59) gehalten werden, die die Endabschnitte (12, 14) bzw. (17) aufnehmen.