EP2079088A2 - Schaltgerät, insbesondere Leistungsschaltgerät, mit zwei in Reihe geschalteten Schaltkontaktpaaren zur Unterbrechung einer Strombahn. - Google Patents

Schaltgerät, insbesondere Leistungsschaltgerät, mit zwei in Reihe geschalteten Schaltkontaktpaaren zur Unterbrechung einer Strombahn. Download PDF

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EP2079088A2
EP2079088A2 EP09150080A EP09150080A EP2079088A2 EP 2079088 A2 EP2079088 A2 EP 2079088A2 EP 09150080 A EP09150080 A EP 09150080A EP 09150080 A EP09150080 A EP 09150080A EP 2079088 A2 EP2079088 A2 EP 2079088A2
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EP
European Patent Office
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switching
switching device
opening
contacts
contact pairs
Prior art date
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Withdrawn
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EP09150080A
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English (en)
French (fr)
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EP2079088A3 (de
Inventor
Carsten Lüders
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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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2079088A2 publication Critical patent/EP2079088A2/de
Publication of EP2079088A3 publication Critical patent/EP2079088A3/de
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    • 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
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/346—Details concerning the arc formation chamber
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01H73/045—Bridging contacts
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    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36—Metal parts
    • H01H2009/367—Metal parts defining a recurrent path, e.g. the subdivided arc is moved in a closed path between each pair of splitter plates

Definitions

  • the invention relates to a switching device with two series-connected switching contact pairs for interrupting a current path and with at least one arranged in the region of the switching contact pairs erase package for deleting the arcs resulting from the opening of the current path.
  • the switching contact pairs are arranged such that their opening paths are substantially parallel or antiparallel to each other.
  • the invention relates in particular to switching devices, in particular to power switching devices in the low voltage range, that is up to voltages of about 1000 volts.
  • Such switching devices are designed in particular for interrupting current paths in the event of a short circuit or in an overcurrent situation.
  • the switching devices can be single-pole or multi-pole, in particular three-pole.
  • the considered power switching devices are e.g. so-called MCCB switching devices (for Molded Case Circuit Breaker).
  • MCCB switching devices for Molded Case Circuit Breaker
  • the current to be interrupted is interrupted before it reaches its maximum value by the switch contacts of the MCCB are pulled apart by electromagnetic repulsion of adjacent conductors and so the power is interrupted.
  • the maximum current can be in the one to three-digit kA range.
  • the switching contacts may be e.g. be operated by means of a preferably electromagnetically actuated actuator.
  • the actuator may e.g. be controlled by an overcurrent detection unit.
  • the or in the range of switching contact pairs or the double contact used extinguishing packages are used for cooling the hot arc plasma when opening the switch contacts.
  • the electrical conductivity is reduced in such a way that the resistance in the arc is increased, the counter voltage is increased and the current is interrupted.
  • the switching contact pairs are connected in series such that the same current flowing in both arcs flows spatially in the same direction.
  • the extinguishing package is arranged in the area between the two opening tracks.
  • An essential basic idea of the invention is that rectified currents attract each other due to the acting Lorentz force.
  • the two arcs through which the same current flows attract each other.
  • the erase packet is arranged between the two arcs, they are driven into the erase package, so to speak.
  • the two arcs are cooled rapidly and consequently the current advantageously interrupted quickly.
  • the switching contact pairs each have a movable switching contact and in each case a fixed contact.
  • One of the movable switching contacts is electrically connected to the fixed contact of the other switching contact pair.
  • the remaining two switching contacts are each connected to the current path.
  • the two movable switching contacts are each pivotally mounted about a pivot point. It adjoin the two free ends of the movable switch contacts to the extinguishing package, with a minimum air gap of a few millimeters is maintained.
  • the free ends of the switching contacts usually each have a switching contact piece. Due to the pivotable mounting is advantageously a quick opening of the switch contacts possible.
  • the free ends of the two movable switch contacts move in the same direction when opening.
  • the free ends of the two movable switch contacts can move away from each other when opening.
  • the switching contact pairs each have two movable switching contacts, which then move away from each other when opening.
  • the free ends of the switching contacts adjoin the extinguishing package. It is one of the movable switching contacts electrically connected to the respective movable switching contact of the other switching contact, which moves when opening substantially in the opposite direction.
  • the simultaneous opening of the switching contact pairs allows in comparison to the previous solution an even faster opening, that is an even faster construction of an air separation path between two switching contacts of a switching contact pair.
  • the opening of the switch contact pairs can followed by one actor each. It may alternatively or additionally be due to electromagnetic repulsion of the switching contacts, in particular by the flowing short-circuit current. In the latter case, the geometric arrangement and design of the switching contacts takes place so that substantially repulsive forces act on the two movable switching contacts. This can be done for example by a known U-shaped design of the fixed contacts.
  • the switching contact pairs each have two switching contacts which pivot away from one another when opening.
  • the switching contact pairs may each have two, parallel to each other when opening moving away switching contacts.
  • the movable contacts are then movably connected via a movable strand to the connection conductor or to the current path.
  • the erase packet consists of an electrically non-conductive material.
  • a material is e.g. a thermoplastic or a ceramic. This prevents the two deletion packages from taking the "shortcut" over the deletion package. In such a case, the voltage path required to extinguish the current would no longer suffice, and consequently the current would not be interrupted or interrupted too slowly.
  • the aforementioned quenching packet should preferably also have a partition made of an electrically non-conductive material. In this case, it is ensured with particular certainty that when the two arcs run in, there is no connection between the two arcs and thus a shortcut through the erase packet.
  • the erase package is made of an electrically conductive material, in particular of a metal such as iron.
  • the extinguishing package in this case necessarily has a partition made of an electrically non-conductive material.
  • FIG. 1 shows an example of a switching device 1 according to the invention according to a first embodiment in a side view.
  • two switching contact pairs designated by the reference symbols 2, 3 are provided for interrupting a current path 4.
  • the current i to be interrupted by the inventive switching device 1 flows in the FIG. 1 left to right.
  • the switching contact pairs 2, 3 each have a movable switching contacts 21, 31 and in each case a fixed contact 22, 32.
  • the switching contact pairs 2, 3 are connected in series in such a way that the same current i flowing in the two arcs 6 flows spatially in the same direction.
  • the current direction is symbolized by an arrow approximately in the middle of the two arcs 6.
  • This is achieved for the present embodiment in that exactly one of the movable switching contacts 31 is electrically connected to the fixed contact 22 of the other switching contact pair 2.
  • the remaining switching contacts 21, 32 are each connected to the current path 4 via a connecting conductor 8.
  • the current i coming from the left flows over the left partial arc 61 of the first switching contact pair 2 from top to bottom. It continues to flow via the connecting conductor 8 to the movable switching contact 31 of the right switching contact pair 3 to continue from there via the right part of the arc 62 from top to bottom to the right flow path 4 on.
  • the current directions are reversed when the current i would flow from right to left into the switching device 1.
  • the same current i flowing in both arcs 6 flows spatially in the same direction, ie from bottom to top.
  • the deletion package 5 between the two opening paths 7, that is, between the free ends of the switching contacts 21, 22, 31, 32, respectively.
  • the opening tracks 7 are characterized by an arrow opposite the direction of the flow.
  • the opening of the switching contact pairs 2, 3 takes place in accordance with the illustration shown from bottom to top.
  • the two movable switching contacts 21, 31 are each pivotally mounted about a pivot point 10. The two free ends of the switching contacts 21, 31, that is in particular the switching contact pieces 11 of the two switching contacts 21, 31, adjoin the extinguishing package 5.
  • the Lorentz force F is the cross product of the current i as well as of the magnetic field, ie the magnetic induction B1, B2.
  • the current i flows perpendicular to the magnetic field B1, which is generated by the right current i in the partial arc 62. Due to the Lorentz force F, the left partial arc 61 is pressed into the extinguishing package 5, so to speak.
  • the magnetic field B2 is shown, which is generated by the left current i in the left partial arc 61.
  • the reference symbol E denotes a sectional plane perpendicular to the image plane of the FIG. 1 runs and to which the switching contact pairs 2, 3 are arranged symmetrically.
  • the reference character L designates the longitudinal extension or symmetry axis of the deletion package 5.
  • a partition wall is referred to, which electrically separates the two arcs 6 from each other.
  • the not further designated plates of the extinguishing package 5 itself are exemplified of an electrically non-conductive plastic, such as made of a thermoplastic.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • POM polyoxymethylene
  • the extinguishing package 5 can moreover be made of a magnetic material, in particular of a ferromagnetic material.
  • the two arcs 6 are further pressed by the magnetic amplification in the deletion package 5 shown.
  • An electrically non-conductive plastic and at the same time magnetically conductive plastic can e.g. be a previously described thermoplastic, in whose matrix ferromagnetic particles, such as metallic iron, cobalt, nickel particles or alloys thereof are introduced.
  • Such a plastic preferably has a magnetic permeability of more than 10.
  • the plastic may also be an electrically conductive plastic, if a corresponding electrically non-conductive partition wall 9 is inserted in the extinguishing package 5 in order to electrically separate the two switching contact pairs 2, 3 from each other.
  • Conductive plastics can e.g. by the addition of electrically conductive substances, such as metals, carbon black or graphite, or by suitable doping of electrically non-conductive polymers.
  • FIG. 2 shows the switching device 1 according to FIG. 1 in a top view.
  • the connecting conductor 8 is guided around the extinguishing package 5 and around the switching contact pair 3 in order to effect a corresponding current flow in the opposite direction.
  • the reference character Q denotes a transverse symmetry axis of the erase packet 5.
  • the pivot axes of the pivotally designed switching contacts 21, 31 are designated.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the switching device 1 according to the invention in a side view.
  • the movable switching contacts 21, 31 move linearly from the fixed contacts 22, 32 along the registered opening path 7 away from bottom to top. The movement takes place in the example of FIG. 3 in each case via an actuator designated by the reference numeral 12.
  • the two actuators 12 are preferably summarized to an actuator 12.
  • the two movable switching contacts 21, 31 are electrically connected via a movable strand to the current path 4 and to the connecting conductor 8, respectively.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the switching device 1 according to the invention in a side view.
  • the free ends of the two movable switching contacts 21, 32 ' are formed such that they move away from each other when opening.
  • the illustrated left switch contact 21 moves from bottom to top.
  • the right movable switch contact 32 ' moves from top to bottom.
  • the two arcs 6 are driven by the acting Lorentz force F in the extinguishing package 5.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the switching device 1 according to the invention in a side view with closed switching contacts 21, 22 ', 31, 32'.
  • the latter are each arranged pivotably about a pivot point 10.
  • the contact pieces 11 of the switching contact pairs 2, 3 lie in a ground plane G, which is arranged perpendicular to the sectional plane E.
  • the switching contact pairs 2, 3 shown are preferably arranged in mirror image to both planes G, E.
  • the free ends of the switching contacts 21, 22 ', 31, 32' in turn adjoin the extinguishing package 5.
  • FIG. 6 shows the switching device 1 according to FIG. 5 with opening switching contacts 21, 22 ', 31, 32', which move away from each other. It is one of the movable switching contacts 22 'electrically connected to the respective movable switching contact 31 of the other switching contact pair 2, which moves when opening substantially in the opposite direction.
  • the current i flows again in the same spatial direction, that is, from top to bottom.
  • the current i flow in the two arcs 6 spatially in the same direction, regardless of whether the current i flows over the current paths 4 from left to right or vice versa from right to left.
  • the switching device 1 according to the invention is thus suitable for interrupting direct currents as well as alternating currents.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Ein Schaltgerät (1), insbesondere ein Leistungsschaltgerät, weist zwei in Reihe geschaltete Schaltkontaktpaare (2, 3) zur Unterbrechung einer Strombahn (4) und zumindest ein im Bereich der Schaltkontaktpaare (2, 3) angeordnetes Löschpaket (5) zum Löschen der beim Öffnen der Strombahn (4) entstehenden Lichtbögen (6) auf. Die Schaltkontaktpaare (2, 3) sind derart angeordnet, dass ihre Öffnungsbahnen (7) im Wesentlichen parallel oder antiparallel zueinander verlaufen. Erfindungsgemäß sind die Schaltkontaktpaare (2, 3) derart in Reihe geschaltet, dass der in den beiden Lichtbögen (6) fließende selbe Strom (i) räumlich in die gleiche Richtung fließt. Das Löschpaket (5) ist im Bereich zwischen den Öffnungsbahnen (7) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit zwei in Reihe geschalteten Schaltkontaktpaaren zur Unterbrechung einer Strombahn und mit zumindest einem im Bereich der Schaltkontaktpaare angeordneten Löschpaket zum Löschen der beim Öffnen der Strombahn entstehenden Lichtbögen. Die Schaltkontaktpaare sind derart angeordnet, dass ihre Öffnungsbahnen im Wesentlichen parallel oder antiparallel zueinander verlaufen.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Schaltgeräte, insbesondere auf Leistungsschaltgeräte im Niederspannungsbereich, das heißt bis zu Spannungen von ca. 1000 Volt. Derartige Schaltgeräte sind insbesondere zur Unterbrechung von Strombahnen in einem Kurzschlussfall oder in einem Überstromfall ausgebildet. Weiterhin können die Schaltgeräte einpolig oder mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein.
  • Die betrachteten Leistungsschaltgeräte sind z.B. sogenannte MCCB-Schaltgeräte (für Molded Case Circuit Breaker). Bei einem derartigen Schaltgerät wird der zu unterbrechende Strom unterbrochen, bevor dieser seinen Maximalwert erreicht, indem die Schaltkontakte des MCCB durch elektromagnetische Abstoßung benachbarter Leiter auseinander gezogen werden und so der Strom unterbrochen wird. Der maximale Strom kann im einbis dreistelligen kA-Bereich liegen.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Schaltkontakte z.B. mittels eines vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Aktors betätigt werden. Der Aktor kann z.B. durch eine Überstromerfassungseinheit angesteuert werden.
  • Das oder die im Bereich der Schaltkontaktpaare bzw. des Doppelkontaktes eingesetzten Löschpakete dienen zur Kühlung des heißen Lichtbogenplasmas beim Öffnen der Schaltkontakte. Durch die Herabkühlung des Plasmas wird die elektrische Leitfähigkeit derart herabgesetzt, dass der Widerstand im Lichtbogen erhöht wird, die Gegenspannung erhöht wird und der Strom unterbrochen wird.
  • Problematisch bei den derzeitigen Schaltgeräten ist es, dass die beim Öffnen der Schaltkontakte entstehenden Lichtbögen eher dazu tendieren, nicht in die kalten Bleche hineinzulaufen. Zur Behebung dieses Problems ist es z.B. bekannt, sogenannte Blasmagnete einzusetzen. Dennoch ist auch diese Lösung für alle Schalthandlungen nicht zufriedenstellend bzw. zu aufwändig.
  • Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es somit eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Schaltgerät anzugeben.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Schaltgerät, insbesondere durch ein Leistungsschaltgerät, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
  • Erfindungsgemäß sind die Schaltkontaktpaare derart in Reihe geschaltet, dass der in beiden Lichtbögen fließende selbe Strom räumlich in die gleiche Richtung fließt. Das Löschpaket ist im Bereich zwischen den beiden Öffnungsbahnen angeordnet.
  • Wesentlicher Grundgedanke der Erfindung ist, dass sich gleichgerichtete Ströme auf Grund der wirkenden Lorentz-Kraft gegenseitig anziehen. Mit anderen Worten ziehen sich die beiden Lichtbögen, durch den derselbe Strom fließt, gegenseitig an. Dadurch, dass das Löschpaket zwischen den beiden Lichtbögen angeordnet ist, werden diese sozusagen in das Löschpaket hineingetrieben. Die beiden Lichtbögen werden rasch abgekühlt und folglich der Strom vorteilhaft schnell unterbrochen.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Schaltkontaktpaare jeweils einen beweglichen Schaltkontakt und jeweils einen Festkontakt auf. Einer der beweglichen Schaltkontakte ist mit dem Festkontakt des anderen Schaltkontaktpaares elektrisch verbunden. Die verbleibenden beiden Schaltkontakte sind jeweils an der Strombahn angeschlossen. Durch diese schaltungstechnische Anordnung wird erreicht, dass der Strom in den beiden Lichtbögen in gleicher Richtung fließt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind die beiden beweglichen Schaltkontakte jeweils um einen Drehpunkt schwenkbar gelagert. Es grenzen die beiden freien Enden der beweglichen Schaltkontakte an das Löschpaket an, wobei ein Mindestluftspalt von wenigen Millimetern eingehalten wird. Die freien Enden der Schaltkontakte weisen üblicherweise jeweils ein Schaltkontaktstück auf. Durch die schwenkbare Lagerung ist vorteilhaft eine schnelle Öffnung der Schaltkontakte möglich.
  • Einer weiteren Ausführungsform zu Folge bewegen sich die freien Enden der beiden beweglichen Schaltkontakte beim Öffnen im Wesentlichen in die gleiche Richtung. Alternativ können sich die freien Enden der beiden beweglichen Schaltkontakte beim Öffnen voneinander wegbewegen.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform weisen die Schaltkontaktpaare jeweils zwei bewegliche Schaltkontakte auf, die sich dann beim Öffnen voneinander wegbewegen. Die freien Enden der Schaltkontakte grenzen an das Löschpaket an. Es ist einer der beweglichen Schaltkontakte mit dem jeweiligen beweglichen Schaltkontakt des anderen Schaltkontaktes elektrisch verbunden, welcher sich beim Öffnen im Wesentlichen in entgegen gesetzter Richtung bewegt.
  • Die gleichzeitige Öffnung der Schaltkontaktpaare ermöglicht im Vergleich zu der vorhergehenden Lösung eine noch schnellere Öffnung, das heißt einen noch schnelleren Aufbau einer Lufttrennstrecke zwischen jeweils zwei Schaltkontakten eines Schaltkontaktpaares. Die Öffnung der Schaltkontaktpaare kann mittels jeweils eines Aktors folgen. Sie kann alternativ oder zusätzlich auf Grund elektromagnetischer Abstoßung der Schaltkontakte insbesondere durch den hindurchfließenden Kurschlussstrom erfolgen. Im letzteren Fall erfolgt die geometrische Anordnung und Ausführung der Schaltkontakte so, dass im Wesentlichen abstoßende Kräfte auf die beiden beweglichen Schaltkontakte wirken. Dies kann z.B. durch eine bekannte U-förmige Ausbildung der Festkontakte erfolgen.
  • Nach einer Ausführungsform weisen die Schaltkontaktpaare jeweils zwei, sich beim Öffnen voneinander wegschwenkende Schaltkontakte auf. Alternativ können die Schaltkontaktpaare jeweils zwei, sich beim Öffnen parallel voneinander weg bewegende Schaltkontakte aufweisen.
  • In diesen beiden Fällen erfolgt keine Schwenkbewegung der Schaltkontakte, sondern eine linear geführte Bewegung der Schaltkontakte voneinander weg. Vorzugsweise sind die beweglichen Kontakte dann über eine bewegliche Litze mit dem Verbindungsleiter bzw. mit der Strombahn beweglich verbunden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform besteht das Löschpaket aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff. Ein derartiger Werkstoff ist z.B. ein Thermoplast oder eine Keramik. Dadurch wird verhindert, dass die beiden Löschpaket nicht die "Abkürzung" über das Löschpaket nehmen. In einem solchen Fall würde die zum Löschen des Stroms erforderliche Spannungsstrecke nicht mehr ausreichen und der Strom folglich nicht unterbrochen bzw. zu langsam unterbrochen werden.
  • Das zuvor genannte Löschpaket sollte vorzugsweise auch eine Trennwand aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff aufweisen. In diesem Fall wird besonders sicher gewährleistet, dass es beim Hineinlaufen der beiden Lichtbögen nicht zu einer Verbindung der beiden Lichtbögen und somit zu einer Abkürzung durch das Löschpaket hindurch kommt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Löschpaket aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus einem Metall wie Eisen, gefertigt. Das Löschpaket weist in diesem Fall zwingend eine Trennwand aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff auf. Der besondere Vorteil ist, dass durch die hohe und schnelle Wärmeaufnahmefähigkeit des metallischen Löschpaketes eine besonders schnelle Löschung der beiden Lichtbögen möglich ist.
  • Die Erfindung sowie vorteilhaft Ausführungen der Erfindung werden in weiteren anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen
    • FIG 1
    ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Schaltgerät nach einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht,
    FIG 2
    das Schaltgerät gemäß FIG 1 in einer Draufsicht,
    FIG 3
    eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes in einer Seitenansicht,
    FIG 4
    eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes in einer Seitenansicht,
    FIG 5
    eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes in einer Seitenansicht mit geschlossenen Schaltkontakten und
    FIG 6
    das Schaltgerät gemäß FIG 5 mit öffnenden Schaltkontakten.
  • FIG 1 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Schaltgerät 1 nach einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht. Bei dem gezeigten Schaltgerät 1 sind zwei mit den Bezugszeichen 2, 3 bezeichnete Schaltkontaktpaare zur Unterbrechung einer Strombahn 4 vorgesehen. Der durch das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 zu unterbrechende Strom i fließt in derFIG 1 von links nach rechts. Im Beispiel der FIG 1 weisen die Schaltkontaktpaare 2, 3 jeweils einen beweglichen Schaltkontakte 21, 31 und jeweils einen Festkontakt 22, 32 auf.
  • Erfindungsgemäß sind die Schaltkontaktpaare 2, 3 derart in Reihe geschaltet, dass der in den beiden Lichtbögen 6 fließende selbe Strom i räumlich in die gleiche Richtung fließt. Die Stromrichtung ist durch einen Pfeil in etwa der Mitte der beiden Lichtbögen 6 symbolisiert. Dies wird für das vorliegende Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass genau einer der beweglichen Schaltkontakte 31 mit dem Festkontakt 22 des anderen Schaltkontaktpaares 2 elektrisch verbunden ist. Die verbleibenden Schaltkontakte 21, 32 sind jeweils an der Strombahn 4 über einen Verbindungsleiter 8 angeschlossen.
  • In der vorliegenden FIG 1 fließt somit der von links kommende Strom i über den linken Teillichtbogen 61 des ersten Schaltkontaktpaares 2 von oben nach unten. Er fließt weiter über den Verbindungsleiter 8 zum beweglichen Schaltkontakt 31 des rechten Schaltkontaktpaares 3, um von dort über den rechten Teillichtbogen 62 gleichfalls von oben nach unten zum rechten Strombahn 4 weiterzufließen. In entsprechender Weise kehren sich die Stromrichtungen um, wenn der Strom i von rechts nach links in das Schaltgerät 1 fließen würde. Auch in diesem Fall fließt der in beiden Lichtbögen 6 fließende selbe Strom i räumlich in die gleiche Richtung, das heißt von unten nach oben.
  • Weiterhin ist das Löschpaket 5 erfindungsgemäß zwischen den beiden Öffnungsbahnen 7, das heißt zwischen den freien Enden der Schaltkontakte 21, 22, 31, 32, angeordnet. Die Öffnungsbahnen 7 sind durch einen in Bezug auf die Stromrichtung entgegengesetzten Pfeil gekennzeichnet. Die Öffnung der Schaltkontaktpaare 2, 3 erfolgt entsprechend der gezeigten Darstellung von unten nach oben. Weiterhin sind die beiden beweglichen Schaltkontakte 21, 31 jeweils um einen Drehpunkt 10 schwenkbar gelagert. Die beiden freien Enden der Schaltkontakte 21, 31, das heißt insbesondere die Schaltkontaktstücke 11 der beiden Schaltkontakte 21, 31, grenzen an das Löschpaket 5 an.
  • Wie die FIG 1 weiter zeigt werden die beiden Lichtbögen 6 durch die wirkende Lorentz-Kraft F jeweils in Richtung zum Löschpaket 5 hin bewegt. Die Lorentz-Kraft F ist dabei das Kreuzprodukt aus dem Strom i sowie aus dem magnetischen Feld, das heißt der magnetischen Induktion B1, B2. Für den linken Teillichtbogen 61 fließt der Strom i senkrecht zu dem magnetischen Feld B1, welches von dem rechten Strom i im Teillichtbogen 62 erzeugt wird. Durch die Lorentz-Kraft F wird der linke Teillichtbogen 61 sozusagen in das Löschpaket 5 hineingedrückt. Im rechten Teil der FIG 1 ist das magnetische Feld B2 dargestellt, welches von dem linken Strom i im linken Teillichtbogen 61 erzeugt wird. In diesem Fall wird der rechte Teillichtbogen 62 durch die wirkende Lorentz-Kraft F nach links in das Löschpaket 5 hineingedrückt. Dies ist durch die gestrichelte Darstellung der beiden Lichtbögen 6 symbolisiert. Die beiden Lichtbögen 6 werden somit rasch abgekühlt und der Strom i schnell unterbrochen.
  • Mit dem Bezugszeichen E ist eine Schnittebene bezeichnet, die senkrecht zur Bildebene der FIG 1 verläuft und zu der die Schaltkontaktpaare 2, 3 symmetrisch angeordnet sind. Mit dem Bezugszeichen L ist die Längserstreckung bzw. Symmetrieachse des Löschpaketes 5 bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine Trennwand bezeichnet, welche die beiden Lichtbögen 6 elektrisch voneinander trennt. Die nicht weiter bezeichneten Platten des Löschpaketes 5 selbst sind beispielhaft aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff, wie z.B. aus einem Thermoplast, gefertigt. Der Thermoplast kann z.B. ein Polybutylenterephthalat (= PBT) oder ein Polyoximethylen (= POM) sein. Derartige Thermoplaste zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit, durch eine sehr gute Formbeständigkeit sowie durch ein hervorragendes Wärmealterungsverhalten aus.
  • Das Löschpaket 5 kann darüber hinaus aus einem magnetischen Werkstoff, insbesondere aus einem ferromagnetischen Werkstoff, gefertigt sein. In diesem Fall werden die beiden Lichtbögen 6 durch die magnetische Verstärkung noch weiter in das gezeigte Löschpaket 5 hineingedrückt. Ein elektrisch nichtleitender Kunststoff und zugleich magnetisch leitender Kunststoff kann z.B. ein zuvor beschriebener Thermoplast sein, in dessen Matrix ferromagnetische Partikel, wie metallische Eisen-, Kobalt-, Nickel-Partikel oder Legierungen daraus eingebracht sind. Ein derartiger Kunststoff weist vorzugsweise eine magnetische Permeabilitätszahl von mehr als 10 auf.
  • Alternativ kann der Kunststoff auch ein elektrisch leitender Kunststoff sein, wenn eine entsprechende elektrisch nichtleitende Trennwand 9 in dem Löschpaket 5 eingebracht ist, um die beiden Schaltkontaktpaare 2, 3 elektrisch voneinander zu trennen. Leitfähige Kunststoffe können z.B. durch Zusatz elektrisch leitender Stoffe, wie Metalle, Ruß oder Graphit, oder durch geeignete Dotierung von elektrisch nichtleitenden Polymeren, hergestellt sein.
  • FIG 2 zeigt das Schaltgerät 1 gemäß FIG 1 in einer Draufsicht. In dieser Darstellung ist zu sehen, dass der Verbindungsleiter 8 um das Löschpaket 5 sowie um das Schaltkontaktpaar 3 herum geführt ist, um einen entsprechenden Stromfluss in umgekehrter Richtung zu bewerkstelligen. Mit dem Bezugszeichen Q ist eine Quersymmetrieachse des Löschpaketes 5 bezeichnet. Mit den Bezugszeichen S sind die Schwenkachsen der schwenkbar ausgeführten Schaltkontakte 21, 31 bezeichnet.
  • FIG 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 in einer Seitenansicht. Im gezeigten Beispiel bewegen sich die beweglichen Schaltkontakte 21, 31 linear von den Festkontakten 22, 32 entlang der eingetragenen Öffnungsbahn 7 weg von unten nach oben. Die Bewegung erfolgt im Beispiel der FIG 3 jeweils über einen mit dem Bezugszeichen 12 bezeichneten Aktor. Die beiden Aktoren 12 sind vorzugsweise zu einem Aktor 12 zusammengefasst. Darüber hinaus sind die beiden beweglichen Schaltkontakte 21, 31 über eine bewegliche Litze mit der Strombahn 4 bzw. mit dem Verbindungsleiter 8 elektrisch verbunden.
  • FIG 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 in einer Seitenansicht. In diesem Fall sind die freien Enden der beiden beweglichen Schaltkontakte 21, 32' derart ausgebildet, dass sich diese beim Öffnen voneinander wegbewegen. Der gezeigte linke Schaltkontakt 21 bewegt sich dabei von unten nach oben. Dagegen bewegt sich der rechte bewegliche Schaltkontakt 32' von oben nach unten. Auch bei dieser Ausführungsform werden die beiden Lichtbögen 6 durch die wirkende Lorentz-Kraft F in das Löschpaket 5 hineingetrieben.
  • FIG 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 in einer Seitenansicht mit geschlossenen Schaltkontakten 21, 22', 31, 32'. Letztere sind jeweils um einen Drehpunkt 10 schwenkbar angeordnet. Die Kontaktstücke 11 der Schaltkontaktpaare 2, 3 liegen dabei in einer Grundebene G, die senkrecht zu der Schnittebene E angeordnet. Die gezeigten Schaltkontaktpaare 2, 3 sind vorzugsweise spiegelbildlich zu beiden Ebenen G, E angeordnet. Die freien Enden der Schaltkontakte 21, 22', 31, 32' grenzen wiederum an das Löschpaket 5 an.
  • FIG 6 zeigt das Schaltgerät 1 gemäß FIG 5 mit öffnenden Schaltkontakten 21, 22', 31, 32', welche sich voneinander wegbewegen. Es ist einer der beweglichen Schaltkontakte 22' mit dem jeweiligen beweglichen Schaltkontakt 31 des anderen Schaltkontaktpaares 2 elektrisch verbunden, welcher sich beim Öffnen im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung bewegt. Dabei schwenken die beiden beweglichen Schaltkontakte 21, 32' in Gegenuhrzeigerrichtung SL und die beiden anderen beweglichen Schaltkontakte 22', 31 in Uhrzeigerrichtung SR. Auch bei dieser Ausführungsform fließt der Strom i wiederum in die gleiche räumliche Richtung, das heißt von oben nach unten.
  • Wie bei allen gezeigten Ausführungsformen fließen der Strom i in den beiden Lichtbögen 6 jeweils räumlich in die gleiche Richtung, unabhängig davon, ob der Strom i über die Strombahnen 4 von links nach rechts oder umgekehrt von rechts nach links fließt. Das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 ist somit zur Unterbrechung von Gleichströmen als auch von Wechselströmen geeignet.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltgerät, Leistungsschaltgerät, MCCB
    2, 3
    Schaltkontaktpaare
    4
    Strombahn
    5
    Löschpaket
    6
    Lichtbögen
    7
    Öffnungsbahn
    8
    Verbindungsleiter, Verbindungsbahn
    9
    Trennwand
    10
    Drehpunkt, Gelenk
    11
    Kontaktstück
    12
    Aktor
    13
    Litze
    21, 31,
    beweglicher Schaltkontakt
    22', 32' 22, 32
    Festkontakt
    61, 62
    Teillichtbögen
    i
    Strom
    E
    Symmetrieebene
    G
    Grundebene
    L
    Längserstreckung
    F
    Kraft, Lorentzkraft
    B1
    magnetisches Feld, magnetische Induktion des zweiten Teillichtbogens
    B2
    magnetisches Feld, magnetische Induktion des ersten Teillichtbogens
    S
    Drehachse, Schwenkachse
    SL
    Gegenuhrzeigerrichtung
    SR
    Uhrzeigerrichtung

Claims (11)

  1. Schaltgerät, insbesondere Leistungsschaltgerät, mit zwei in Reihe geschalteten Schaltkontaktpaaren (2, 3) zur Unterbrechung einer Strombahn (4) und mit zumindest einem im Bereich der Schaltkontaktpaare (2, 3) angeordneten Löschpaket (5) zum Löschen der beim Öffnen der Strombahn (4) entstehenden Lichtbögen (6), wobei die Schaltkontaktpaare (2, 3) derart angeordnet sind, dass ihre Öffnungsbahnen (7) im Wesentlichen parallel oder antiparallel zueinander verlaufen,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Schaltkontaktpaare (2, 3) derart in Reihe geschaltet sind, dass der in den beiden Lichtbögen (6) fließende selbe Strom (i) räumlich in die gleiche Richtung fließt und
    - dass das Löschpaket (5) im Bereich zwischen den beiden Öffnungsbahnen (7) angeordnet ist.
  2. Schaltgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaltkontaktpaare (2, 3) jeweils einen beweglichen Schaltkontakt (21, 31) und jeweils einen Festkontakt (22, 32) aufweisen, dass einer der beweglichen Schaltkontakte (31) mit dem Festkontakt (22) des anderen Schaltkontaktpaares (2) elektrisch verbunden ist und dass die verbleibenden Schaltkontakte (21, 32) jeweils an der Strombahn (4) angeschlossen sind.
  3. Schaltgerät nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden beweglichen Schaltkontakte (21, 31) jeweils um einen Drehpunkt (10) schwenkbar gelagert sind und dass die beiden freien Enden der beweglichen Schaltkontakte (21, 31) an das Löschpaket (5) grenzen.
  4. Schaltgerät nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die freien Enden der beiden beweglichen Schaltkontakte (21, 31) beim Öffnen im Wesentlichen in die gleiche Richtung bewegen.
  5. Schaltgerät nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die freien Enden der beiden beweglichen Schaltkontakte (21, 32') beim Öffnen voneinander wegbewegen.
  6. Schaltgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaltkontaktpaare (2, 3) jeweils zwei bewegliche Schaltkontakte (21, 22', 31, 32') aufweisen, welche sich beim Öffnen voneinander wegbewegen, dass die freien Enden der Schaltkontakte (21, 22', 31, 32') an das Löschpaket (5) grenzen und dass einer der beweglichen Schaltkontakte (22') mit dem jeweiligen beweglichen Schaltkontakt (31) des anderen Schaltkontaktpaares (2) elektrisch verbunden ist, welcher sich beim Öffnen im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung bewegt.
  7. Schaltgerät nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaltkontaktpaare (2, 3) jeweils zwei, sich beim Öffnen voneinander wegschwenkende Schaltkontakte (21, 22', 31, 32') aufweisen.
  8. Schaltgerät nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaltkontaktpaare (2, 3) jeweils zwei, sich beim Öffnen parallel voneinander wegbewegende Schaltkontakte (21, 22', 31, 32') aufweisen.
  9. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Löschpaket (5) aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff besteht.
  10. Schaltgerät nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    und dass das Löschpaket (5) eine Trennwand (9) aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff aufweist.
  11. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Löschpaket (5) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus einem Metall, besteht und dass das Löschpaket (5) eine Trennwand (9) aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff aufweist.
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