EP1683173A1 - Lichtbogen-löschvorrichtung - Google Patents

Lichtbogen-löschvorrichtung

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EP1683173A1
EP1683173A1 EP04798170A EP04798170A EP1683173A1 EP 1683173 A1 EP1683173 A1 EP 1683173A1 EP 04798170 A EP04798170 A EP 04798170A EP 04798170 A EP04798170 A EP 04798170A EP 1683173 A1 EP1683173 A1 EP 1683173A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arc
conductor loop
guide rail
current
loop
Prior art date
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Granted
Application number
EP04798170A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1683173B1 (de
Inventor
Gunther Eckert
Paul Herma
Wolfgang Leitl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1683173A1 publication Critical patent/EP1683173A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1683173B1 publication Critical patent/EP1683173B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Not-in-force legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/121—Protection of release mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/02—Details
    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet

Definitions

  • the invention relates to an arc extinguishing device for a switching device according to claim 1.
  • Such an arc extinguishing device serves to interrupt or extinguish an arc which arises when a pair of contact pieces through which a current flows are opened.
  • the current flows over increasingly smaller areas of an associated contact zone and heats them up more and more.
  • a molten bridge is created which finally breaks off in the case of small currents or evaporates in the case of large currents. The current can therefore only continue to flow via an arc in the form of a conductive plasma column.
  • the strength of the arc is influenced by the amount and type of current switched.
  • short-circuit currents of up to 15000 A occur, for example.
  • the arc generates temperatures of up to 20,000 K in the switch housing during its burning time, depending on a supply with direct or alternating current however, leads to harmful effects for the switch components.
  • metal and insulating parts can be damaged or destroyed by the action of the arc.
  • a multi-pole circuit breaker which is provided in a power supply to a contact with a blow loop to promote arcing; the blow loop is formed in that a supply line, viewed in the direction of arc travel, behind one Fixed contact piece is connected to an arc rail, which has the fixed contact piece.
  • the blowing current is permanently flowed through by the operating current of a circuit, which leads to an increased power loss and thus to an increased heating of the circuit breaker.
  • stronger heating requires the use of thermally stable and more cost-intensive materials, and on the other hand an adaptation of the thermal release so that it can compensate for self-heating by means of a correspondingly larger dimensioning of the release path.
  • a current conductor track which has an electrically conductive transition to the further arc guide rail in the sense of a conductor loop and is electrically insulated from a switch contact pair, due to a connection-free arrangement of the conductor loop to the switch contact pair in the region of a switching chamber with a commutated arc from one the switch contacts are guided onto the further arc guide rail by a current driving the arc into the arc quenching chamber via the current conductor track;
  • a physical principle of action is used, according to which current-carrying conductors - here a first area of the current conducting path and the arc - repel each other and current-carrying conductors - here a second area of the current conducting path and the arc - attract in the same direction. Due to the loop geometry and the arc running, repulsive forces and forces of attraction act together on the arc and open in a higher arc acceleration in the direction of the arc quenching chamber.
  • a current conductor track is advantageously arranged on the further arc guide rail on both sides of the switch contact pair, so that the driving effect on the arc caused by the current is increased with a low use of material. Accordingly, a conductor loop can be arranged on both sides of the switch contact pair, which are electrically conductively connected at least at one loop end.
  • the shape and position of the conductor loop is advantageously adapted to a switching chamber, with good use of space in the sense of a large effective conductor length being ensured.
  • the conductor loop advantageously extends into a region of the switch contact pair, which likewise increases the effective conductor length, in particular of a first and a second partial region of the conductor loop.
  • the two subregions each have a position essentially parallel to the arc, so that there is an optimal force effect of the mutually influencing magnetic fields.
  • the conductor loop advantageously extends into a region of the arc quenching chamber, so that the attractive forces influencing the arc are effective right into the arc quenching chamber.
  • the second section of the conductor loop advantageously has a length which corresponds to the distance between the two arc guide rails from one another in the region of the arc quenching chamber; this favors the force of attraction acting on the arc until the arc enters the arc quenching chamber.
  • the conductor loop is made in one piece, so that one can benefit from efficient production; the conductor loop can be designed as a stamped-bent part or as a flat-band bent part or as a wire molded part.
  • one loop end of the conductor loop extends into the area of the arc quenching chamber, which favors a persistence of the arc in the arc quenching chamber.
  • the other end of the conductor loop is in an electrically conductive connection to a connection terminal, in particular also to a thermal release, so that a sufficient outflow of the current can take place.
  • the arc guide rail is advantageously arranged in a funnel shape to the further arc guide rail in such a way that the arc is elongated in the direction of the arc quenching chamber and results in an increase in the arc voltage.
  • FIG. 1 shows a section of a switching device with a closed pair of switching contacts and an arcing chamber according to claim 1
  • FIG. 2 shows a section of the switching device according to FIG. 1 with an open pair of switching contacts.
  • the switching device 1 shows a section of a switching device 1 with an arc extinguishing device, which has a schematically illustrated housing 2.
  • the switching device 1 is designed as a circuit breaker and includes, in addition to an electromagnetic release 3, a thermal release 4 and a pair of switching contacts with a fixed contact 5 and a moving contact 6.
  • the fixed contact 5 is placed on an arc guide rail 7 serving as a contact carrier, which at the same time has an electrically conductive connection to a coil of the electromagnetic release 3.
  • the coil in turn leads to a schematically illustrated connection terminal.
  • the arc guide rail 7 leads into an arc quenching chamber 8 via a subsequent yoke.
  • the arc guide rail 7 has an ear-shaped configuration in the area after the fixed contact 5, towards the arc quenching chamber 8.
  • the moving contact 6 is fastened on a movable contact arm 9 which is rotatably mounted about an axis, not shown here.
  • Both the electromagnetic release 3 and the thermal release 4 - here a bimetal - can, depending on the fault, cause the movable contact arm 9 to pivot.
  • a further arc guide rail 10 is provided at a distance from the arc guide rail 7 and has the arc extinguishing chamber 8 in its free-side region.
  • the two funnel-shaped arc guiding Rails 7, 10 together serve for the targeted guiding of an arc 11 according to FIG. 2 into the arc extinguishing chamber 8 receiving the arc 11.
  • the one through the switching contact pair 5, 6 and the two arc guide rails 7, 10 and optionally through an arc entry zone the area defined for the arc extinguishing chamber 8 is referred to as the switching or prechamber 12.
  • the switching chamber 12 has, inter alia, a current conductor track 13 which is provided with a first, second and third partial area 13a, 13b and 13c.
  • the current conductor track 13 has in its first partial area 13a an electrically conductive transition to the further arc guide rail 10 in the sense of a conductor loop 10, 13.
  • the conductor loop 10, 13 is adapted in shape and position to the contours of the switching chamber 12 and can optionally be drawn with the second partial region 13 b partially behind the arc quenching chamber 8.
  • this can be designed as a stamped and bent part or as a flat strip bent part or as a wire molded part.
  • the conductor loop 10, 13 is connected to the transition according to FIG. 1 by one of several common joining methods, although the transition can also be carried out in one piece.
  • the conductor loop 10, 13 projects without connection, that is to say without touching the arc guide rail 7 or the movable contact arm 9 including its contacts 5 or 6, into the region of the switch contact pair 5, 6. There is also no contacting of the conductor loop 10, 13 at its intersection.
  • the current conductor track 13 as part of the conductor loop 10, 13 therefore runs back behind the pair of switching contacts 5, 6, with reference to the drawing level in FIG.
  • such a current conductor track 13 can also be arranged on the other arc guide rail 10 on both sides of the switch contact pair 5, 6. Corresponding to the arrangement shown in broken lines in FIG.
  • the additional current conductor track runs above the switching contact pair 5, 6 in relation to the drawing plane.
  • one Another embodiment possible in which there is a complete conductor loop 10, 13 on both sides of the switch contact pair 5, 6.
  • the two conductor loops 10, 13 are electrically conductively connected at one loop end, which leads to a further connection terminal.
  • the current I symbolized by an arrow is fed in at the connection terminal.
  • the current I flows through the coil of the electromagnetic release 3 over a portion of the arc guide rail 7 up to the contact zone of the switching contact pair 5,6 and from there via the movable contact arm 9 further via a wire to the thermal release 4 and finally to the additional connection terminal to which a consumer can be connected.
  • the switching device 1 In normal operation of the switching device 1, that is to say when the switching contact pair 5, 6 is closed, the current flow does not run through the conductor loop 10, 13, so that in addition to a short current path, a low internal resistance and a low power loss of the switching device 1 can also be used.
  • the switching device 1 can also be designed as a circuit breaker or contactor, for example.
  • FIG. 2 shows a section of the switching device 1 according to FIG. 1 with the switching contact pair 5, 6 open.
  • the contact position shown here corresponds to a trip or fault in which a short-circuit or overload current flows.
  • the current flow corresponds up to the switching contact pair 5, 6 to the course according to FIG. 1.
  • the contact pieces 5, 6 are separated, the current flows over increasingly smaller areas of an associated contact zone and heats them up more and more.
  • a molten bridge is formed which finally breaks off in the case of small currents or evaporates in the case of large currents.
  • the current I therefore continues to flow via the arc 11 in the form of a conductive plasma column.
  • the arc 11 is commutated - as symbolized by the curved arrow - from the moving contact 6 to the conductor loop 10.13, in particular to the further arc guide rail 10.
  • the arc follows the physical principle of choosing the path of least resistance and jumps to the potential of the conductor loop 10.13.
  • the current conductor track 13 is equipped with an insulation means, such as an insulation plate 14 according to FIGS. 1 and 2 or an insulating housing part, against the commutation of the arc 11 from the moving contact 6 onto the current conductor track 13.
  • the insulation plate 14 extends essentially over the first and second partial areas 13a and 13b of the current conductor track 13. the insulation plate 14 can be guided over the third partial region 13c of the current conductor track 13. There is also a cover for the transition from the further arc guide rail
  • the insulation means can also be provided for the additional current conductor track.
  • the conductor loop 10, 13 After commutation of the arc 11, the conductor loop 10, 13 is in series between the two connection terminals in the current path for a few milliseconds during its burning time.
  • the entire current I which is caused by an overload or a short circuit, therefore flows via the conductor loop 10, 13 only after commutation.
  • the use of cheaper materials with a lower conductivity, such as steel instead of copper, for the conductor loop 10, 13 also has a cost-saving effect.
  • the arc 11 is magnetically influenced in the sense of bundling or directing the magnetic field.
  • the direction of current flow in the first partial area 13a of the conductor loop 10, 13 is opposite to that of the arc 11.
  • current-carrying conductors - here arc 11 and first partial area 13a - have mutually repelling magnetic fields, as a result of which the arc 11 is pressed between the two arc guide rails 7, 10 in the direction of the arc quenching chamber 8, since the conductor loop 10, 13 is stationary and Furthermore, the direction of current flow in the second partial area 13b of the conductor loop 10, 13 is equated with that of the arc 11.
  • a current conductor track 13 which provides an electrically conductive transition to the further arc guide rail 10 in the sense of a conductor loop 10 , 13 and is electrically insulated from a pair of switching contacts 5, 6, the conductor loop 10, 13 being arranged without connection to the pair of switching contacts 5, 6 and in the region of a switching chamber 12 in such a way that, when the arc 11 is commutated, one of the switching contacts 5; 6, a current I driving the arc 11 into the arc quenching chamber 8 is guided over the current conductor track 13 onto the further arc guide rail 10.

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Description

Beschreibung
Lichtbogen-Löschvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Löschvorrichtung für ein Schaltgerät gemäß Patentanspruch 1.
Eine derartige Lichtbogen-Löschvorrichtung dient zur Unterbrechung bzw. Löschung eines Lichtbogens, der beim Öffnen eines stro durchflossenen Kontaktstückpaares entsteht. Beim Trennen der Kontaktstücke fließt der Strom über immer kleiner werdende Bereiche einer zugehörigen Kontaktzone und heizt diese immer stärker auf. Kurz vor der eigentlichen Trennung der Kontaktstücke entsteht eine schmelzflüssige Brücke, die bei kleinen Strömen schließlich abreißt bzw. bei großen Strömen verdampft. Der Strom kann demnach nur noch über einen Lichtbogen in Form einer leitenden Plasmasäule weiterfließen.
Die Stärke des Lichtbogens wird dabei von der Höhe und Art des geschalteten Stroms beeinflusst. Im Fall eines Kurzschlusses in einem durch einen Leitungsschutzschalter abgesicherten Stromkreis entstehen beispielsweise Kurzschlussströme von bis zu 15000 A. Der Lichtbogen erzeugt dabei im Schaltergehäuse während seiner Brenndauer in Abhängigkeit von einer Versorgung mit Gleich- oder Wechselstrom Temperaturen von bis zu 20000 K. Die hohe thermische Belastung führt jedoch zu schädlichen Wirkungen für die Schalterbauteile. Beispielsweise können Metall- und Isolierteile durch die Lichtbogeneinwirkung beschädigt oder zerstört werden. Demzufolge ist es erforderlich, den Lichtbogen schnellstmöglich zum Verlöschen zu bringen, um den thermischen Energieumsatz zu minimieren.
Aus der DE 35 01 314 AI ist ein mehrpoliger Leitungsschutzschalter bekannt, der in einer Stromzuführung zu einem Kontakt mit einer Blasschleife zur Förderung des Lichtbogenlaufs versehen ist; die Blasschleife ist dadurch gebildet, dass eine Zuleitung in Lichtbogenlaufrichtung gesehen hinter einem Festkontaktstück mit einer Lichtbogenlaufschiene verbunden ist, die das Festkontaktstück aufweist. Die Blasschleife wird jedoch permanent vom Betriebsstrom eines Schaltkreises durchflössen, was zu einer erhöhten Verlustleistung und damit zu einer erhöhten Erwärmung des Leitungsschutzschalters führt. Eine stärkere Erwärmung bedingt zum einen den Einsatz von thermisch stabileren und kostenintensiveren Werkstoffen und zum anderen eine Anpassung des thermischen Auslösers, so dass dieser die Eigenerwärmung durch eine entsprechend größere Bemessung des Auslösewegs kompensieren kann.
Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Lichtbogen-Löschvorrichtung anzugeben, die mit einfachen Mitteln eine schnelle Löschung eines Lichtbogens bei einer geringen Eigenerwärmung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Mittels einer Strom-Leiterbahn, die einen elektrisch leitenden Übergang zu der weiteren Lichtbogen-Leitschiene im Sinne einer Leiterschleife aufweist und gegenüber einem Schaltkontaktpaar elektrisch isoliert ist, kann auf Grund einer verbindungsfreien Anordnung der Leiterschleife zu dem Schaltkontaktpaar im Bereich einer Schaltkammer bei kommutiertem Lichtbogen von einem der Schaltkontakte auf die weitere Lichtbogen-Leitschiene ein den Lichtbogen in die Lichtbogen- Löschkammer treibender Strom über die Strom-Leiterbahn geführt werden; dabei wird ein physikalisches Wirkprinzip nutzbar gemacht, wonach sich gegensinnig stromdurchflossene Leiter - hier ein erster Bereich der Strom-Leiterbahn und der Lichtbogen - abstoßen und gleichsinnig stromdurchflossene Leiter - hier ein zweiter Bereich der Strom-Leiterbahn und der Lichtbogen - anziehen. Auf Grund der Schleifengeometrie und des Lichtbogenlaufs wirken dadurch Abstoßungskräfte und Anziehungskräfte zusammen auf den Lichtbogen ein und münden in einer höheren Lichtbogenbeschleunigung in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer .
Da die Leiterschleife erst durch einen Überlast oder Kurz- schluss bedingten Fehlerfall im Zuge des Kommutierungsvor- gangs von Strom durchflössen wird, ergibt sich im Normalbetrieb neben einem kurzen Strompfad auch ein geringer Innenwiderstand und eine geringe Verlustleistung des Schaltgeräts. Im Fehlerfall kommt dann ein längerer Strompfad, ein größerer Innenwiderstand und eine entsprechende Strombegrenzung zum Tragen, so dass eine zuverlässige und schnelle Löschung des Lichtbogens erreicht wird. Darüber hinaus wird eine vergleichsweise hohe Lebensdauer eines die Lichtbogen-Löschvorrichtung aufweisenden Schaltgerätes unter Verwendung von einfachen und platzsparenden Mitteln erzielt.
Mit Vorteil ist beiderseits des Schaltkontaktpaars eine Strom-Leiterbahn an der weiteren Lichtbogen-Leitschiene angeordnet, so dass bei einem geringen Materialeinsatz die durch den Strom bedingte Treibwirkung auf den Lichtbogen verstärkt wird. Dementsprechend kann auch beiderseits des Schaltkontaktpaars jeweils eine Leiterschleife angeordnet werden, die zumindest an einem Schleifenende elektrisch leitend verbunden sind.
Vorteilhafterweise ist die Leiterschleife in Form und Lage an eine Schaltkammer angepasst, wobei eine gute Raumnutzung im Sinne einer großen wirksamen Leiterlänge gewährleistet ist.
Mit Vorteil reicht die Leiterschleife bis in einen Bereich des Schaltkontaktpaares, wodurch ebenfalls die wirksame Leiterlänge, insbesondere eines ersten und eines zweiten Teilbereichs der Leiterschleife, vergrößert wird. Die beiden Teilbereich weisen dabei jeweils für sich eine zu dem Lichtbogen im Wesentlichen parallele Lage auf, so dass eine optimale Kraftwirkung der sich gegenseitig beeinflussenden Magnetfelder gegeben ist. Vorteilhafterweise reicht die Leiterschleife bis in einen Bereich der Lichtbogen-Löschkammer, so dass die den Lichtbogen beeinflussenden Anziehungskräfte bis in die Lichtbogen- Löschkammer hinein wirksam sind.
Mit Vorteil weist der zweite Teilbereich der Leiterschleife eine Länge auf, die dem Abstand der beiden Lichtbogen-Leitschienen zueinander im Bereich der Lichtbogen-Löschkammer entspricht; dadurch wird die auf den Lichtbogen wirkende Anziehungskraft bis zum Einlauf des Lichtbogens in die Lichtbogen-Löschkammer begünstigt.
Vorteilhafterweise ist die Leiterschleife einstückig ausgeführt, wodurch von einer rationellen Fertigung profitiert werden kann; die Leiterschleife ist dabei als Stanz-Biegeteil oder als Flachband-Biegeteil oder als Draht-Formteil ausführbar .
Mit Vorteil reicht ein Schleifenende der Leiterschleife bis in den Bereich der Lichtbogen-LÖschkammer hinein, wodurch ein Verharren des Lichtbogens in der Lichtbogen-Löschkammer begünstigt wird.
Vorteilhafterweise steht die Leiterschleife mit ihrem anderen Schleifenende in einer elektrisch leitenden Verbindung zu einer Anschlussklemme, insbesondere auch zu einem thermischen Auslöser, so dass ein hinreichender Abfluss des Stroms stattfinden kann .
Mit Vorteil ist die Lichtbogen-Leitschiene zu der weiteren Lichtbogen-Leitschiene trichterförmig derart angeordnet, dass eine Längung des Lichtbogens in Richtung der Lichtbogen- Löschkammer gegeben ist und eine Erhöhung der Lichtbogenspannung zur Folge hat.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; darin zeigen:
FIG 1 einen Ausschnitt eines Schaltgerätes mit einem geschlossenen Schaltkontaktpaar und einer Lichtbogen- Löschkammer gemäß Patentanspruch 1, und FIG 2 einen Ausschnitt des Schaltgerätes gemäß FIG 1 mit einem geöffneten Schaltkontaktpaar.
In FIG 1 ist ein Ausschnitt eines Schaltgerätes 1 mit einer Lichtbogen-Löschvorrichtung gezeigt, das ein schematisch dargestelltes Gehäuse 2 aufweist. Das Schaltgerät 1 ist hierbei als Leitungsschutzschalter ausgeführt und umfasst unter anderen neben einem elektromagnetischen Auslöser 3, einen thermischen Auslöser 4 und ein Schaltkontaktpaar mit einem Festkontakt 5 und einem Bewegkontakt 6. Der Festkontakt 5 ist auf einer als Kontaktträger dienenden Lichtbogen-Leitschiene 7 platziert, die zugleich eine elektrisch leitende Verbindung zu einer Spule des elektromagnetischen Auslöser 3 aufweist. Die Spule führt ihrerseits zu einer schematisch dargestellten Anschlussklemme. Freiendseitig führt die Lichtbogen-Leitschiene 7 über ein anschließenden Joch bis in eine Lichtbogen-Löschkammer 8 hinein. Die Lichtbogen-Leitschiene 7 ist im Bereich nach dem Festkontakt 5, hin zu der Lichtbogen- Löschkammer 8 ohrenförmig ausgestaltet. Der Bewegkontakt 6 ist auf einem beweglichen Kontaktarm 9 befestigt, der um eine hier nicht dargestellte Achse drehbeweglich gelagert ist. Sowohl der elektromagnetische Auslöser 3 als auch der thermische Auslöser 4 - hier ein Bimetall - können, je nach Fehlerfall, ein Verschwenken des beweglichen Kontaktarms 9 bewirken.
Zu der Lichtbogen-Leitschiene 7 ist eine dazu beabstandete weitere Lichtbogen-Leitschiene 10 vorgesehen, die in ihrem freiendeseitigen Bereich die Lichtbogen-LÖschkammer 8 aufweisen. Die beiden trichterförmig angeordneten Lichtbogen-Leit- schienen 7,10 dienen zusammen der gezielten Führung eines Lichtbogens 11 gemäß FIG 2 in die den Lichtbogen 11 aufnehmende Lichtbogen-Löschkammer 8. Der durch das Schaltkontaktpaar 5,6 und die beiden Lichtbogen-Leitschienen 7,10 sowie ggf. durch eine Lichtbogen-Einlaufzone der Lichtbogen-Löschkammer 8 definierte Bereich wird als Schalt- oder Vorkammer 12 bezeichnet. Die Schaltkammer 12 weist unter anderem eine Strom-Leiterbahn 13 auf, die mit einem ersten, zweiten und dritten Teilbereich 13a, 13b und 13c versehen ist. Die Strom- Leiterbahn 13 weist in ihrem ersten Teilbereich 13a einen elektrisch leitenden Übergang zu der weiteren Lichtbogen- Leitschiene 10 im Sinne einer Leiterschleife 10,13 auf. Die Leiterschleife 10,13 ist hierbei in Form und Lage an die Konturen der Schaltkammer 12 angepasst und kann ggf. mit dem zweiten Teilbereich 13b teilweise hinter die Lichtbogen- Löschkammer 8 gezogen sein. Neben den gängigen Materialien, wie Kupfer, Aluminium oder Stahl für die Leiterschleife 10,13 ist diese als Stanz-Biegeteil oder als Flachband-Biegeteil oder als Draht-Formteil ausführbar.
Die Leiterschleife 10,13 ist an dem Übergang gemäß FIG 1 durch eines von mehreren üblichen Fügeverfahren verbunden, obgleich der Übergang auch einstückig ausführbar ist. Die Leiterschleife 10,13 ragt verbindungsfrei, das heißt ohne die Lichtbogen-Leitschiene 7 oder den beweglichen Kontaktarm 9 einschließlich deren Kontakte 5 bzw. 6 zu berühren, bis in den Bereich des Schaltkontaktpaares 5,6. Auch ist keine Kon- taktierung der Leiterschleife 10,13 an ihrer Überschneidungsstelle gegeben. Die Strom-Leiterbahn 13 als Teil der Leiterschleife 10,13 verläuft demnach bezogen auf die Zeichnungsebene der FIG 1 zurückversetzt hinter dem Schaltkontaktpaar 5,6. Selbstverständlich ist auch beiderseits des Schaltkontaktpaars 5,6 eine derartige Strom-Leiterbahn 13 an der weiteren Lichtbogen-Leitschiene 10 anordbar. Entsprechend der in FIG 1 strichliert dargestellten Anordnung verläuft die zusätzliche Strom-Leiterbahn bezogen auf die Zeichnungsebene oberhalb des Schaltkontaktpaars 5,6. Darüber hinaus ist eine weitere Ausführungsvariante möglich, bei der beiderseits des Schaltkontaktpaars 5,6 jeweils eine komplette Leiterschleife 10,13 gegeben ist. Die beiden Leiterschleifen 10,13, sind dabei an einem Schleifenende, das zu einer weiteren Anschlussklemme führt, elektrisch leitend verbunden.
Nach FIG 1 wird der durch einen Pfeil symbolisierte Strom I an der Anschlussklemme eingespeist. Der Strom I fließt durch die Spule des elektromagnetischen Auslösers 3 über einen Teilbereich der Lichtbogen-Leitschiene 7 bis hin zu der Kontaktzone des Schaltkontaktpaares 5,6 und von dort über den beweglichen Kontaktarm 9 weiter über eine Litze zu dem thermischen Auslöser 4 und schließlich an die weitere Anschlussklemme, an der ein Verbraucher anschließbar ist. Im Normalbetrieb des Schaltgeräts 1, also bei geschlossenem Schaltkontaktpaar 5,6 verläuft der Stromfluss nicht über die Leiterschleife 10,13, so dass neben einem kurzen Strompfad auch von einem niedrigen Innenwiderstand und von einer geringen Verlustleistung des Schaltgeräts 1 profitiert werden kann. Das Schaltgerät 1 ist neben der Ausführung als Leitungsschutzschalter beispielsweise auch als Leistungsschalter oder Schütz ausführbar.
In FIG 2 ist ein Ausschnitt des Schaltgerätes 1 gemäß FIG 1 mit geöffnetem Schaltkontaktpaar 5,6 gezeigt. Die hier gezeigte Kontaktstellung entspricht einem Auslöse- oder auch Fehlerfall, bei dem ein Kurzschluss- oder Überlaststrom fließt. Der Stromfluss entspricht zunächst bis zu dem Schaltkontaktpaar 5,6 dem Verlauf gemäß FIG 1. Beim Trennen der Kontaktstücke 5, 6 fließt der Strom über immer kleiner werdende Bereiche einer zugehörigen Kontaktzone und heizt diese immer stärker auf. Kurz vor der eigentlichen Trennung der Kontaktstücke 5,6 entsteht eine schmelzflüssige Brücke, die bei kleinen Strömen schließlich abreißt bzw. bei großen Strömen verdampft. Der Strom I fließt deshalb über den Lichtbogen 11 in Form einer leitenden Plasmasäule weiter. Da sich der bewegliche Kontaktarm 9 mit seinem Bewegkontakt 6 von dem Festkontakt 5 entfernt, der Lichtbogen jedoch, um nicht abzureißen, einer Längung auf Grund seiner Brenneigenschaft entgegenstrebt, erfolgt eine Kommutierung des Lichtbogens 11 - wie durch den gekrümmten Pfeil symbolisiert - von dem Bewegkontakt 6 zu der Leiterschleife 10,13, insbesondere zu der weiteren Lichtbogen-Leitschiene 10. Dabei folgt der Lichtbogen dem physikalischen Prinzip den Weg des geringsten Widerstandes zu wählen und springt auf das Potential der Leiterschleife 10,13 über. Die Strom-Leiterbahn 13 ist mit einem Isolationsmittel, wie beispielsweise einer Isolationsplatte 14 gemäß FIG 1 und 2 oder einem isolierenden Gehäuseteil, gegen die Kommutierung des Lichtbogens 11 von dem Bewegkontakt 6 auf die Strom-Leiterbahn 13 ausgerüstet. Die Isolationsplatte 14 erstreckt sich im Wesentlichen über den ersten und zweiten Teilbereich 13a und 13b der Strom-Leiterbahn 13. Ggf. kann die Isolationsplatte 14 bis über den dritten Teilbereich 13c der Strom-Leiterbahn 13 geführt sein. Auch ist eine Abdeckung des Übergangs von der weiteren Lichtbogen-Leitschiene
10 zu der Strom-Leiterbahn 13 zur Auslenkung des Lichtbogens
11 neben den Übergang, hin zu der weiteren Lichtbogen-Leitschiene 10, vorsehbar. Die Isolationsmittel sind sinngemäß auch für die zusätzliche Strom-Leiterbahn vorsehbar.
Die Leiterschleife 10,13 liegt nach erfolgter Kommutierung des Lichtbogens 11 während seiner Brenndauer über wenige Millisekunden in Reihe zwischen den beiden Anschlussklemmen im Strompfad. Der gesamte, durch eine Überlast- oder einen Kurzschluss bedingte, Strom I fließt demnach erst nach der Kommutierung über die Leiterschleife 10,13. Dadurch wird eine signifikante Reduzierung der Erwärmung des Schaltgeräts 1 erreicht, so dass an den thermischen Auslöser 4 geringere Anforderungen bezüglich der Kompensation der Eigenerwärmung gestellt werden können. Kostensparend wirkt sich in diesem Zusammenhang auch der Einsatz von günstigeren Materialien mit einem geringeren Leitwert, wie etwa Stahl an Stelle von Kupfer für die Leiterschleife 10,13 aus. Durch die Anordnung der Leiterschleife 10,13 im Wesentlichen in der Zone der Schaltkammer 12 wird der Lichtbogen 11 im Sinne einer Bündelung bzw. Lenkung des Magnetfelds magnetisch beeinflusst. Die Stromflussrichtung in dem ersten Teilbereich 13a der Leiterschleife 10,13 ist der des Lichtbogens 11 entgegengesetzt." Gegensinnig stromdurchflossene Leiter - hier Lichtbogen 11 und erster Teilbereich 13a - weisen einander abstoßende Magnetfelder auf, wodurch der Lichtbogen 11 zwischen den beiden Lichtbogen-Leitschienen 7,10 in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer 8 gedrückt wird, da die Leiterschleife 10,13 ortsfest und biegesteif ausgeführt ist. Ferner ist die Stromflussrichtung in dem zweiten Teilbereich 13b der Leiterschleife 10,13 der des Lichtbogens 11 gleichgesetzt. Gleichsinnig stromdurchflossene Leiter - hier Lichtbogen 11 und zweiter Teilbereich 13b - weisen einander anziehende Magnetfelder auf, wodurch der Lichtbogen 11 zwischen den beiden Lichtbogen-Leitschienen 7,10 in Richtung der Lichtbogen- Löschkammer 8 auf Grund der ortsfesten und biegesteifen Leiterschleife 10,13 gezogen wird.
Diese, durch die Kraft F auf Grund der bogenförmig angeordneten Teilbereiche 13a und 13b bedingten, Wirkungen erfolgen schlagartig nach der Lichtbogenkommutierung. Dabei wirken neben den Abstoßungskräften auch Anziehungskräfte auf den Lichtbogen 11 ein, die ihn auch auf Grund seiner dabei entstehenden Eigendynamik in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer zwingt und so ein schnelles Einlaufen und Löschen unterstützt. Der Lichtbogen 11 wird in seiner Bewegung stark beschleunigt, da der gesamte Überlast- oder Kurzschlussstrom über die Leiterschleife 10,13 fließt, bevor er letztlich über den dritten Teilbereich 13c zu der weiteren Anschlussklemme zu einem hier nicht dargestellten Verbraucher gelangt. Je höher der Strom im Fehlerfall ausfällt, desto stärker ist die den Lichtbogen treibende Kraft. Ein dabei entstehender vergleichsweise langer Strompfad bedingt einen großen Innenwiderstand und dadurch eine hohe Strombegrenzung; das Schalt- vermögen des Schaltgeräts 1, insbesondere Schutzschaltgerät, steigt.
Die zuvor erläuterte Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden :
Um eine Lichtbogen-Löschvorrichtung für ein Schaltgerät 1 anzugeben, die mit einfachen Mitteln eine schnelle Löschung eines Lichtbogens bei einer geringen Eigenerwärmung gewährleistet, ist eine Strom-Leiterbahn 13, die einen elektrisch leitenden Übergang zu der weiteren Lichtbogen-Leitschiene 10 im Sinne einer Leiterschleife 10,13 aufweist und gegenüber einem Schaltkontaktpaar 5,6 elektrisch isoliert ist, wobei die Leiterschleife 10,13 verbindungsfrei zu dem Schaltkontaktpaar 5, 6 und im Bereich einer Schaltkammer 12 derart angeordnet ist, dass bei kommutiertem Lichtbogen 11 von einem der Schaltkontakte 5; 6 auf die weitere Lichtbogen-Leitschiene 10 ein den Lichtbogen 11 in die Lichtbogen-Löschkammer 8 treibender Strom I über die Strom-Leiterbahn 13 geführt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtbogen-Löschvorrichtung für ein Schaltgerät (1), mit einer Lichtbogen-Leitschiene (7) und mit einer dazu beabstan- deten weiteren Lichtbogen-Leitschiene (10) , die zur gezielten Führung eines Lichtbogens (11) in eine zwischen den Lichtbogen-Leitschienen (7,10) angeordneten, den Lichtbogen (11) aufnehmenden Lichtbogen-Löschkammer (8) bestimmt sind, und mit einer Strom-Leiterbahn (13) , die einen elektrisch leitenden Übergang zu der weiteren Lichtbogen-Leitschiene (10) im Sinne einer Leiterschleife (10,13) aufweist und gegenüber einem Schaltkontaktpaar (5,6) elektrisch isoliert ist, wobei die Leiterschleife (10,13) verbindungsfrei zu dem Schaltkontaktpaar (5,6) und im Bereich einer Schaltkammer (12) derart angeordnet ist, dass bei kommutiertem Lichtbogen (11) von einem der Schaltkontakte (5; 6) auf die weitere Lichtbogen- Leitschiene (10) ein den Lichtbogen (11) in die Lichtbogen- Löschkammer (8) treibender Strom (I) über die Strom- Leiterbahn (13) geführt ist.
2. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach Anspruch 1, wobei beiderseits des Schaltkontaktpaars (5,6) eine Strom-Leiterbahn (13) an der weiteren Lichtbogen-Leitschiene (10) angeordnet ist.
3. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach Anspruch 1, wobei beiderseits des Schaltkontaktpaars (5,6) jeweils eine Leiterschleife (10,13) angeordnet ist, die zumindest an einem Schleifenende elektrisch leitend verbunden sind.
4. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Leiterschleife (10,13) in Form und Lage an die Schaltkammer (12) angepasst ist.
5. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Leiterschleife (10,13) bis in einen Bereich des Schaltkontaktpaares (5,6) erstreckt.
6. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Leiterschleife (10,13) bis in einen Bereich der Lichtbogen-Löschkammer (8) erstreckt.
7. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterschleife (10,13) mit einem ersten Teilbereich (13a) und einem zweiten Teilbereich (13b) versehen ist, die jeweils für sich eine zu dem Lichtbogen (11) im Wesentlichen parallele Lage aufweisen.
8. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite Teilbereich (13b) der Leiterschleife (10,13) eine Länge aufweist, die dem Abstand der beiden Lichtbogen- Leitschienen (7,10) zueinander im Bereich der Lichtbogen- Löschkammer (8) entspricht.
9. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterschleife (10,13) einstückig ausgeführt ist.
10. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterschleife (10,13) als Stanz- Biegeteil oder als Flachband-Biegeteil oder als Draht- Formteil ausgeführt ist.
11. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterschleife (10,13) mit einem Schleifenende bis in den Bereich der Lichtbogen-Löschkammer (8) reicht.
12. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Leiterschleife (10,13) mit ihrem anderen Schleifenende in einer elektrisch leitenden Verbindung zu einer Anschlussklemme, insbesondere auch zu einem thermischen Auslöser (4), steht.
13. Lichtbogen-Löschvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtbogen-Leitschiene (7) zu der weite- ren Lichtbogen-Leitschiene (10) trichterförmig angeordnet ist, derart, dass eine Längung des Lichtbogens (11) in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer (8) gegeben ist.
14. Schaltgerät (1), insbesondere Schutzschaltgerät, mit einer Lichtbogen-Löschvorrichtung nach Anspruch 1.
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