EP2463878A1 - Switch with arcing chamber - Google Patents
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- EP2463878A1 EP2463878A1 EP10194012A EP10194012A EP2463878A1 EP 2463878 A1 EP2463878 A1 EP 2463878A1 EP 10194012 A EP10194012 A EP 10194012A EP 10194012 A EP10194012 A EP 10194012A EP 2463878 A1 EP2463878 A1 EP 2463878A1
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- 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
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- H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
- H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
Definitions
- the invention relates to switches with extinguishing chambers for the rapid extinction of an arc during the separation process.
- Electrical switches are components in a circuit that establish an electrically conductive connection (switching state "ON” or ON state) or disconnect (switching state "OFF”, or OFF state) by means of internal electrically conductive contacts.
- switching state "ON” or ON state or disconnect
- switching state "OFF" or OFF state
- current-carrying connection to be cut
- an inductive circuit is disconnected by a switch, the flowing current can not go to zero immediately.
- an arc forms between the contacts.
- This arc is a gas discharge through a non-conductive medium such as air.
- Arcs in AC-powered switches typically clear at zero crossing of the AC current.
- Extinction of an arc is typically accelerated by the use of a magnetic field that is poled to exert a driving force on the arc toward the quenching chambers.
- the size of the driving force depends on the strength of the magnet or magnets.
- permanent magnets are used to generate a strong magnetic field.
- the driving force of the magnetic field towards the quenching chambers is given only at a certain current flow direction.
- In order to avoid polungs intimide errors of installation of switches or switches are needed for both directions, would be switch with a fast and independent of the respective polar erase behavior for arcing, which arise during the switching off of the switch between the open contacts, desirable. In particular, such an erase behavior would be desirable in two-pole switches with a not much more complex structure compared to single-ended switches.
- a switch suitable for a polarity-independent multipolar DC operation with at least two switching chambers wherein each of the switching chambers between a single breaker with a stationary contact with a first contact region and a movable electrically conductive contact piece with a second contact region for respectively producing an electrically conductive connection between the first and second contact areas in the ON state of the switch and for disconnecting the first and second contact areas in the OFF state of the switch and two extinguishing chambers for extinguishing the arc, which may occur between the first and second contact regions when the OFF state is established; and at least two magnets for generating a magnetic field at least in the region of the first and second contact areas of the switching chambers for exerting a magnetic force on the arcs, so that each arc is driven in the direction of one of the extinguishing chambers, regardless of the current direction in the arc, wherein the movable contact pieces the switching chambers are arranged substantially parallel to the direction of the magnetic field in the switching chambers
- the switch according to the present invention has a fast, reliable and current-independent quenching behavior and therefore prevents polarization-related installation errors and is suitable for applications where switches are required for both current directions.
- the rapid quenching of the arc also minimizes thermal stress on the contact bridge.
- the components of the switch according to the invention allow a symmetrical structure, which is thereby cheaper.
- the individual breaker executes a translatory movement during the separation and closing of the contacts.
- substantially in the present invention includes all embodiments that deviate less than 10% from the setpoint or mean.
- a switch according to the present invention includes any type of switches suitable for multi-pole operation. These switches can be, for example, two-pole or multi-pole switches.
- the number of switching chambers may therefore be two or more switching chambers, wherein the switching chambers are preferably operated parallel to each other. Examples of these switches are contactors, switch disconnectors or circuit breakers.
- the switch is suitable for DC operation, but could also be used in AC operation.
- switches in the context of the present invention may also be switches in which the two or more switching chambers are connected in series and thus constitute single-pole switches in their actual operation. Such switches are nevertheless suitable for multi-pole operation, since only the interconnection of the switching chambers would have to be adapted for multi-pole operation.
- the polarity-independent DC operation refers to the operation of the switch in a DC circuit, wherein it does not depend on the current direction in the switch and thus not on the current direction in the arcs for the rapid erasure of the arcs in the switch.
- arcs may occur between the first and second contact regions of the switching chambers, in which the current can flow from the first to the second contact region or vice versa.
- Single breakers are here the mechanical components that lead to a simple interruption of a circuit.
- the single breakers have only a first and a second contact region, at which the current in the OFF state is interrupted by means of separation of the contact regions. Accordingly, the separation distance (distance between the first and second contact area in the OFF state) is to be selected twice as large for single breakers as for corresponding double breakers.
- the first and second contact portions denote the areas of the fixed contacts and the movable contact piece which are in direct contact after the switch is closed (ON state). In the ON state, a current flows from the stationary contact via the first contact region into the second contact region of the contact piece in contact therewith.
- the immobile contact and the first and second contact region and the movable contact piece consist of an electrically conductive material.
- the first and second contact region may be a subregion of the immovable contact or the contact piece, or a separate component, which is arranged on the stationary contact or the contact piece.
- the above movement is along a movement axis of the contact piece perpendicular to the surfaces of the contact areas.
- the contact piece is for example in a contact bridge of an electrically insulating material, preferably made of plastic, movably supported by a spring, which also exerts the necessary contact pressure in the ON state of the switch.
- the switch is opened by moving the contact piece in the opposite direction.
- the axis of movement of the contact piece is aligned substantially perpendicular to the direction of movement of the arc in the quenching chambers.
- the movement of the contact piece can be done manually or electrically.
- the first and second contact areas may differ in shape and material.
- the areas of the first and second contact areas can vary between extended areas and punctiform contacts.
- the material of the contact areas may be any suitable electrically conductive material, for example, silver-tin oxide.
- the magnetic field for exerting the driving force on the arc is preferably a magnetic field which is substantially homogeneous at least in the region of the first and second contact regions.
- the term "substantially" in the present invention includes all embodiments that deviate less than 10% from the setpoint or mean.
- the greater the magnetic field strength at the location of the arc the stronger the driving Lorenz force acts on the arc.
- the magnet is a permanent magnet.
- a very strong permanent magnetic field may be provided by a permanent magnet which is, for example, a rare earth magnet.
- rare earth magnets are made of NdFeB or SmCo alloy. These materials have a high coercive force and therefore also allow, for example, a provision of the magnets as very thin plates, which allows a more compact design of the switch.
- the magnets are arranged such that the magnets extend at least along the arc guide plates. In a preferred embodiment, the magnets even extend beyond the quenching chambers. The time until the arc is driven into the quenching chambers or along the bridge plates depends on the magnetic field strength and the homogeneity of the magnetic field.
- the magnets are preferably arranged so that they generate a magnetic field perpendicular to the current flow in the arc and perpendicular to the desired direction of movement of the arc.
- the shape of the magnets can be suitably chosen within the scope of the invention by a person skilled in the art.
- the magnets are preferably arranged as pairs of two magnets each, the number of magnets is thus preferably two or more times thereof in a switch.
- the magnets comprise at least two plate-shaped magnets, preferably permanent magnets, whose surfaces are arranged parallel to one another.
- the surfaces of the magnets are arranged parallel to the desired direction of movement of the arcs.
- arc guide plates extend in at least one of the switching chambers in two opposite directions from the first contact region and the second contact region to two extinguishing chambers arranged at the end of the arc guide plates.
- extend here includes the possibilities that the arc guide plates protrude to the respective contact areas and / or extinguishing chambers, without being directly fixed to it or even a firm connection of the arc guide plates at least with the first contact area and / or the extinguishing chambers received.
- the arc guide plates are preferably fixedly connected to the first contact area. Thus, obstacles to the movement of the arc such as air gaps are avoided, at least for immobile contact.
- the Arc guide plate protrudes at the contact piece at least close to the second contact area, so as to allow a quick routing of the arc from the second contact area.
- the arc guide plate for the second contact region may also be connected to the contact piece and reach close to the extinguishing clip at the other end of the arc guide plate.
- the quenching chamber includes any type of components that are suitable for bringing an arc to extinguish. In one embodiment of the quenching chamber, this comprises a plurality of quenching plates between the first arc guide plates, which are both arranged in parallel in the quenching chamber. For rapidly extinguishing an arc, a Lorenz force is preferably exerted on it by the magnets until it enters the quenching chamber.
- the quenching plates in the quenching chambers are for example V-shaped.
- the arc is divided in the quenching chamber into a plurality of partial arcs (Deionwait).
- the required minimum voltage for maintaining the arc is proportional to the number of extinguishing plates present in the quenching chamber, whereby the voltage required to maintain the arc exceeds the available voltage, which leads to the extinction of the arc.
- the necessary number of quenching plates of a quenching chamber is in a single breaker, in which the deletion function always by 1 quenching chamber (always only one quenching chamber or the other quenching chamber) is exercised, correspondingly higher than in quenching chambers for double breaker at the same operating voltage.
- the quenching plates are held in an insulating material to which the arc guide plates are also attached.
- the arc guide plates can have any shape which is suitable for guiding the arc into the first extinguishing chambers.
- the arc guide plates can also be designed as a stamped and bent part.
- the thickness and width of the arc guide plates can also vary. The distance between the lower and the upper arc guide plate can grow with increasing distance to the first and second contacts.
- the contacts of adjacent switching chambers are arranged for coupled movement in a common contact bridge.
- the contact bridge is designed so that the contacts of the two single interrupter adjacent switching chambers are moved simultaneously, so either both contacts are moved to the ON state or in the OFF state of the switch.
- the movement of the two contact pieces is not independent.
- the common movement realizes a common switching behavior and keeps the complexity of the switch low, which enables cost-effective production.
- the contact bridge is designed so that the contacts of adjacent switching chambers are electrically isolated from each other. Thus, short circuits between the adjacent contact pieces are avoided, which enables reliable operation of the switch, in particular with a common contact bridge.
- the contact bridge comprises a fixing part made of an electrically insulating material, on which the contact pieces of adjacent switching chambers are mounted.
- an electrically insulating material is, for example, plastic. If the contact pieces are mounted on the common fastening part, then the electrical insulation of the contact pieces against each other is easy to realize by the choice of the material of the fastening part. Further, the joint mounting of the contact pieces on this fixing part allows a simple mechanical movement of the contact pieces on the movement of the common fastening part.
- the contact bridge comprising the contacts of adjacent switching chambers and the fastening part forms a mechanical unit.
- This mechanical unit performs a translatory movement.
- the movement for separating the contacts here has no rotational components, whereby the switch according to the invention does not require mechanical translations. This makes the switch easier and cheaper to manufacture.
- the contact piece of the switching chamber via a movable Wire is connected to a terminal.
- a contacting of the contact piece can be achieved in spite of the movable fastening part with contact piece attached thereto.
- the movable strand consists for example of flexible copper.
- the strand is attached to the attachment part of the contact bridge and electrically connected to the contact piece.
- the switch has a simpler symmetrical design and a low installation height and can be manufactured in accordance with cost.
- the contact pieces, the arc guide plates and extinguishing chambers of adjacent switching chambers are each arranged in a plane.
- the switching chambers can be arranged very compact in the switch.
- the magnets are arranged laterally outside the switching chambers so that they generate a substantially homogeneous magnetic field at least in the region of the first and second contact regions of all of the switching chambers arranged in a plane.
- the switch can be made compact due to the small number of components (only 2 magnets). Since the magnets preferably have to generate a homogeneous magnetic field across two or more switching chambers, preferably permanent magnets made of a high coercive force magnetic material are used in this arrangement.
- At least two switching chambers are arranged one above the other.
- the dimensions of the switch can be designed differently for corresponding applications than in the arrangement of the switching chambers in a plane.
- the arrangements of switching chambers one above the other can also be combined with the arrangement of further switching chambers in one plane in other embodiments.
- two switching chambers in one plane and further two arranged in a plane switching chambers can be arranged above the first two switching chambers.
- two switching chambers are arranged side by side in a plane and each two switching chamber one above the other.
- Such a switch would thus be suitable for a four-pole switching operation.
- the axes of movement of the respective contact pieces overlap one another in the arrangement of the switching chambers. This makes the switch even more compact.
- the magnets are arranged laterally outside of the switching chambers so that they generate a substantially homogeneous magnetic field at least in the region of the first and second contact regions of all superimposed switching chambers.
- FIG. 1 (a) shows a perspective view of an embodiment of a switch 1 in the OFF state ZA according to the present invention with two switching chambers 11a, 11b for a two-pole operation arranged in a plane.
- Each of the switching chambers 11a, 11b comprises a single interrupter with a stationary contact 2 with a first contact region 21 and a movable electrically conductive contact piece 30 with a second contact region 31.
- the movable contact piece 30 serves to establish an electrically conductive connection between the first and second contact region 21 , 31 in the ON state of the switch 1 and for separating the first and second contact regions 21, 31 in the OFF state of the switch 1.
- the contact pieces 30 of the adjacent switching chambers 11a, 11b are here to a coupled movement along the direction of movement BA at a common Contact bridge 3 arranged.
- the contact pieces 30 themselves are each connected via a movable wire 34 to the connection terminals 35 for the contact pieces 30 of the switching chambers 11a, 11b.
- the contact pieces 31 of the two switching chambers are mounted, which are as it were electrically isolated from each other by the fixing part 32 made of plastic.
- the fastening part 32 and the two contact pieces 30 of the adjacent scarfing chambers 11a, 11b form a fixed mechanical unit.
- Each of the switching chambers 11a, 11b has two extinguishing chambers 4 with extinguishing plates 8 for extinguishing the arc 5, which may occur between the first and second contact regions 21, 31 when the OFF state is established.
- the magnet 72 in this embodiment extends to generate a magnetic field for exerting the strongest possible magnetic force F on the arcs 5 from the first and second contact portions 21, 31 of the switching chambers 11a, 11b laterally beyond the quenching chambers 4 to the end thereof.
- the magnet 71 only in Fig. 1 (b) shown.
- the magnet 72 forms the north magnetic pole and the magnet 71 forms the south magnetic pole for the magnetic field in the switching chamber.
- the magnetic field direction is indicated by the dashed arrow M in FIG 1b shows ).
- a current direction I in the arc (in 1 (a) represented by the dashed arrow between the contact areas 21, 31) from the second to the first contact area or vice versa
- the forces F act on the between the two first and second contact areas 21, 31 of the two switching chambers 11a, 11b burning arcs 5 and drive them in the
- arc guide plates 6 extend in two opposite directions from the first contact region 21 and the second contact region 31 to the two extinguishing chambers 4 respectively arranged at the end of the arc guide plates 6.
- a corresponding (upper) arc guide plate also extends from the contact piece 31 to the Extinguishing chambers 4.
- the upper arc guide plate is arranged in each case on the movable contact piece 30 and projects as close as possible to the extinguishing chambers 4 zoom.
- the upper arc guide plates could also be attached to the quenching chamber and protrude as close as possible to the contact piece.
- the arc 5 is driven very quickly by the constantly acting force F in the quenching chambers 4.
- the arrangement of two extinguishing chambers 4 per switching chamber 11a, 11b causes each arc 5 is always driven in the direction of one of the extinguishing chambers 4 regardless of the current direction in the arc 5, wherein the movable contact pieces 30 of the switching chambers 11a, 11b for a compact arrangement possible a plurality of switching chambers in a plane substantially perpendicular to the direction of movement T of the arcs 5 are arranged, see Fig.1 (b) , Analogous to the connection terminals 35 for the contact pieces 30, the scarfing chambers 11a, 11b have corresponding connection terminals 22 for the immovable contacts 2.
- Fig.2 shows a side view of the switch 1 in the OFF state ZA according to Fig. 1 ,
- the contact bridge 3 comprises a Mounting part 32 (not explicitly shown here), which is movably mounted by means of a spring 33 in a guide of the contact bridge 3 along the direction of movement BA.
- the fastening part is provided as a common fastening part for the contact pieces 30 of adjacent switching chambers 11a, 11b arranged in a plane.
- the second switching chamber 11b is in Fig.2 shown as a rear switching chamber.
- the contact piece 30 has, on its side facing the first contact region 21, a second contact region 31.
- the first and second contact regions 21, 31 are embodied here as cuboidal components which are applied to the fixed contact 2 or to the contact piece 30.
- the spring 33 in the contact bridge 3 presses the first and second contact regions 21, 31 together in the ON state with the necessary contact pressure for producing an electrical contact.
- the respective contact areas 21, 31 can be connected by means of corresponding connection terminals 22, 35 with a circuit.
- the arc guide plate 6 is connected for immovable contact with the terminal 22.
- the terminals 35 are connected via a movable wire 34 to the contact piece 30.
- the movable strand 34 consists of flexible copper.
- the strand 34 is fastened to the fastening part 32 of the contact bridge 3 and connected in an electrically conductive manner to the contact piece 30.
- Figure 3 shows another embodiment of the switch 1 in the OFF state ZA in a (a) perspective view and in a (b) top view.
- the components are as in Fig.1 and 2 also included in this embodiment.
- the movable contact pieces 30 are not as in Fig.1 arranged along a line, but arranged offset from each other in parallel.
- the fastening part 32 here extends substantially vertically to the contact pieces 30.
- the contact pieces 30 are also connected here by strands 34 with the connection terminals 35 electrically conductive. Due to the staggered arrangement of the contact pieces 30 in the common, forming a mechanical unit contact bridge 3, the switch 1 can be made more compact.
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- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Schalter mit Löschkammern zur schnellen Löschung eines Lichtbogens während des Trennvorgangs.The invention relates to switches with extinguishing chambers for the rapid extinction of an arc during the separation process.
Elektrische Schalter sind Komponenten in einem Stromkreis, die mittels interner elektrisch leitender Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung herstellen (Schaltzustand "EIN" oder EIN-Zustand) oder trennen (Schaltzustand "AUS", oder AUS-Zustand). Im Fall einer zu trennenden stromführenden Verbindung fließt Strom durch die Kontakte bis diese voreinander getrennt werden. Wenn ein induktiver Stromkreis durch einen Schalter getrennt wird, kann der fließende Strom nicht unmittelbar auf Null gehen. In diesem Fall bildet sich ein Lichtbogen zwischen den Kontakten. Dieser Lichtbogen ist eine Gasentladung durch ein an sich nichtleitendes Medium wie z.B. Luft. Lichtbögen in Schaltern mit Wechselstrombetrieb (AC) löschen in der Regel beim Nulldurchgang des Wechselstroms. Aufgrund des fehlenden Nulldurchgangs des Stroms entstehen in Schaltern mit Gleichstrombetrieb (DC) beim Trennen der Kontakte (Ausschalten des Schalters) stabil brennende Lichtbögen, sofern die Lichtbogenspannung deutlich kleiner als die Betriebsspannung ist. Wenn der Stromkreis bei ausreichend Strom und Spannung betrieben wird, (typischerweise bei mehr als 1A und mehr als 50V) wird sich der Lichtbogen nicht von selbst löschen. Zu diesem Zweck werden in solchen Schaltern Löschkammern zum Löschen des Lichtbogens verwendet. Die Lichtbogenzeit (Zeit in der der Lichtbogen brennt) soll möglichst klein gehalten werden, da der Lichtbogen eine große Wärmemenge freisetzt, die zum Abbrennen der Kontakte und/oder zur thermischen Belastung der Kontaktbrücke im Schalter führt und somit die Lebensdauer des Schalters verringert. Bei zwei- oder mehrpoligen Schaltern mit zwei oder mehr Schaltkammern werden entsprechend höhere Wärmemengen durch Lichtbögen freigesetzt als bei einpoligen Schaltern. Hier ist es also besonders notwendig, dass dieser Lichtbogen schnell gelöscht wird.Electrical switches are components in a circuit that establish an electrically conductive connection (switching state "ON" or ON state) or disconnect (switching state "OFF", or OFF state) by means of internal electrically conductive contacts. In the case of a current-carrying connection to be cut, current flows through the contacts until they are separated from each other. When an inductive circuit is disconnected by a switch, the flowing current can not go to zero immediately. In this case, an arc forms between the contacts. This arc is a gas discharge through a non-conductive medium such as air. Arcs in AC-powered switches typically clear at zero crossing of the AC current. Due to the lack of zero crossing of the current arise in switches with DC operation when disconnecting the contacts (switching off the switch) stable burning arcs, provided that the arc voltage is significantly smaller than the operating voltage. If the circuit is operated with sufficient current and voltage (typically greater than 1A and greater than 50V), the arc will not extinguish by itself. For this purpose, extinguishing chambers are used to extinguish the arc in such switches. The arc time (time in which the arc burns) should be kept as small as possible, because the arc releases a large amount of heat, which leads to burning of the contacts and / or thermal stress on the contact bridge in the switch and thus reduces the life of the switch. In two- or multi-pole switches with two or more switching chambers correspondingly higher amounts of heat are released by arcing than in unipolar Switches. So here it is especially necessary that this arc is extinguished quickly.
Eine Löschung eines Lichtbogens wird in der Regel durch die Verwendung eines magnetischen Feldes beschleunigt, das so gepolt ist, dass es eine treibende Kraft auf den Lichtbogen in Richtung der Löschkammern ausübt. Die Größe der treibenden Kraft hängt hierbei von der Stärke des oder der Magneten ab. Üblicherweise werden zur Erzeugung eines starken Magnetfeldes Permanentmagneten verwendet. Unglücklicherweise ist die treibende Kraft des magnetischen Feldes in Richtung der Löschkammern nur bei einer bestimmten Stromflussrichtung gegeben. Um polungsbedingte Einbaufehler von Schaltern zu vermeiden oder wenn Schalter für beide Stromrichtungen benötigt werden, wären Schalter mit einem schnellen und von der jeweiligen Polung unabhängigen Löschverhalten für Lichtbögen, die während des Abschaltens des Schalters zwischen den geöffneten Kontakten entstehen, wünschenswert. Insbesondere wäre ein solches Löschverhalten in zweipoligen Schaltern mit einem gegenüber einpoligen Schaltern nicht wesentlich komplexeren Aufbau wünschenswert.Extinction of an arc is typically accelerated by the use of a magnetic field that is poled to exert a driving force on the arc toward the quenching chambers. The size of the driving force depends on the strength of the magnet or magnets. Usually, permanent magnets are used to generate a strong magnetic field. Unfortunately, the driving force of the magnetic field towards the quenching chambers is given only at a certain current flow direction. In order to avoid polungsbedingte errors of installation of switches or switches are needed for both directions, would be switch with a fast and independent of the respective polar erase behavior for arcing, which arise during the switching off of the switch between the open contacts, desirable. In particular, such an erase behavior would be desirable in two-pole switches with a not much more complex structure compared to single-ended switches.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen für einen mehrpoligen Betrieb geeigneten Schalter bereitzustellen, der ein schnelles, zuverlässiges und von der Stromrichtung unabhängiges Löschverhalten von entstandenen Lichtbögen zeigt.It is an object of the present invention to provide a switch suitable for multi-pole operation, which exhibits a fast, reliable and current-independent quenching behavior of arcing.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter geeignet für einen polaritätsunabhängigen mehrpoligen Gleichstrombetrieb mit mindestens zwei Schaltkammern, wobei jeder der Schaltkammern einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt mit einem ersten Kontaktbereich und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück mit einem zweiten Kontaktbereich zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich im EIN-Zustand des Schalters und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs im AUS-Zustand des Schalter und zwei Löschkammern zum Löschen des Lichtbogens, der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich auftreten kann, umfasst; sowie mindestens zwei Magnete zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche der Schaltkammern zur Ausübung einer magnetischen Kraft auf die Lichtbögen, so dass jeder Lichtbogen unabhängig von der Stromrichtung im Lichtbogen in Richtung einer der Löschkammern getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke der Schaltkammern im Wesentlichen parallel zur Richtung des magnetischen Felds in den Schaltkammern angeordnet sind. Der Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt ein schnelles, zuverlässiges und von der Stromrichtung unabhängiges Löschverhalten und beugt daher polungsbedingte Einbaufehler vor und ist für Anwendungen geeignet, wo Schalter für beide Stromrichtungen benötigt werden. Durch die schnelle Löschung des Lichtbogens wird außerdem die thermische Belastung der Kontaktbrücke minimiert. Die Komponenten des erfindungsgemäßen Schalters ermöglichen einen symmetrischen Aufbau, der dadurch auch kostengünstiger ist. Der Einzelunterbrecher führt hierbei beim Trennen und Schließen der Kontakte eine translatorische Bewegung aus. Der Ausdruck "im Wesentlichen" umfasst in der vorliegenden Erfindung alle Ausführungsformen, die weniger als 10% vom Sollwert oder Mittelwert abweichen.This object is achieved by a switch suitable for a polarity-independent multipolar DC operation with at least two switching chambers, wherein each of the switching chambers between a single breaker with a stationary contact with a first contact region and a movable electrically conductive contact piece with a second contact region for respectively producing an electrically conductive connection between the first and second contact areas in the ON state of the switch and for disconnecting the first and second contact areas in the OFF state of the switch and two extinguishing chambers for extinguishing the arc, which may occur between the first and second contact regions when the OFF state is established; and at least two magnets for generating a magnetic field at least in the region of the first and second contact areas of the switching chambers for exerting a magnetic force on the arcs, so that each arc is driven in the direction of one of the extinguishing chambers, regardless of the current direction in the arc, wherein the movable contact pieces the switching chambers are arranged substantially parallel to the direction of the magnetic field in the switching chambers. The switch according to the present invention has a fast, reliable and current-independent quenching behavior and therefore prevents polarization-related installation errors and is suitable for applications where switches are required for both current directions. The rapid quenching of the arc also minimizes thermal stress on the contact bridge. The components of the switch according to the invention allow a symmetrical structure, which is thereby cheaper. The individual breaker executes a translatory movement during the separation and closing of the contacts. The term "substantially" in the present invention includes all embodiments that deviate less than 10% from the setpoint or mean.
Ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst jede Art von Schaltern geeignet für einen mehrpoligen Betrieb. Diese Schalter können beispielsweise zwei- oder mehrpolige Schalter sein. Die Anzahl der Schaltkammern kann daher zwei oder mehr Schaltkammern betragen, wobei die Schaltkammern bevorzugt parallel zueinander betrieben werden. Beispiele für diese Schalter sind Schütze, Lasttrennschalter oder Leistungsschalter. Der Schalter ist dabei geeignet für Gleichstrombetrieb, könnte aber auch im Wechselspannungsbetrieb verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform können Schalter im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Schalter sein, in denen die zwei oder mehr Schaltkammern in Reihe geschaltet sind und die damit in ihrem tatsächlichen Betrieb einpolige Schalter darstellen. Solche Schalter sind dennoch für einen mehrpoligen Betrieb geeignet, da nur die Verschaltung der Schaltkammern für einen mehrpoligen Betrieb angepasst werden müßte. Der polaritätsunabhängige Gleichstrombetrieb bezeichnet den Betrieb des Schalters in einem Gleichstromkreis, wobei es für das schnelle Löschen der Lichtbögen im Schalter nicht auf die Stromrichtung im Schalter und damit nicht auf die Stromrichtung in den Lichtbögen ankommt. Hier können zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen der Schaltkammern Lichtbögen auftreten, in denen der Strom vom ersten zum zweiten Kontaktbereich oder umgekehrt fließen kann. Da das im Wesentlichen konstante und in seiner Richtung festgelegte Magnetfeld (vorgegeben durch den Einbau der Magnete in den Schalter) den Lichtbogen bei einer festen Stromrichtung immer in eine entsprechend der Lorenzkraft definierten Richtung treibt, müssen für den Betrieb des Schalter in der anderen Stromrichtung (= andere Stromrichtung im Lichtbogen) zusätzliche Maßnahmen zur schnellen Löschung von Lichtbögen getroffen werden, was durch Anordnung von einer weiteren zweiten Löschkammer pro Schaltkammer für die andere mögliche Kraftrichtungen aufgrund der beiden möglichen Stromrichtungen pro Lichtbogen realisiert ist. Der Vorteil der beanspruchten Anordnung ist der einfache, symmetrische und damit kostengünstige Aufbau des Schalters.A switch according to the present invention includes any type of switches suitable for multi-pole operation. These switches can be, for example, two-pole or multi-pole switches. The number of switching chambers may therefore be two or more switching chambers, wherein the switching chambers are preferably operated parallel to each other. Examples of these switches are contactors, switch disconnectors or circuit breakers. The switch is suitable for DC operation, but could also be used in AC operation. In an alternative embodiment, switches in the context of the present invention may also be switches in which the two or more switching chambers are connected in series and thus constitute single-pole switches in their actual operation. Such switches are nevertheless suitable for multi-pole operation, since only the interconnection of the switching chambers would have to be adapted for multi-pole operation. The polarity-independent DC operation refers to the operation of the switch in a DC circuit, wherein it does not depend on the current direction in the switch and thus not on the current direction in the arcs for the rapid erasure of the arcs in the switch. Here arcs may occur between the first and second contact regions of the switching chambers, in which the current can flow from the first to the second contact region or vice versa. Since the essentially constant magnetic field (defined by the installation of the magnets in the switch) always drives the arc in a direction defined by the Lorentz force in a fixed current direction, the operation of the switch in the other current direction (= other current direction in the arc) additional measures for the rapid deletion of arcs are made, which is realized by the arrangement of a further second extinguishing chamber per switching chamber for the other possible directions of force due to the two possible directions of current per arc. The advantage of the claimed arrangement is the simple, symmetrical and therefore cost-effective design of the switch.
Einzelunterbrecher bezeichnen hier die mechanischen Komponenten, die zu einer einfachen Unterbrechung eines Stromkreises führen. Dazu besitzen die Einfachunterbrecher im Gegensatz zu Doppelunterbrechern nur einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich, an denen der Strom im AUS-Zustand mittels Trennung der Kontaktbereiche unterbrochen wird. Entsprechend ist die Trennstrecke (Distanz zwischen erstem und zweitem Kontaktbereich im AUS-Zustand) für Einzelunterbrecher doppelt so groß zu wählen wie für entsprechende Doppelunterbrecher. In jedem Einzelunterbrecher bezeichnen die ersten und zweiten Kontaktbereiche die Bereiche der unbeweglichen Kontakte und des beweglichen Kontaktstücks, die nach dem Schließen des Schalters (EIN-Zustand) im direkten Kontakt sind. Im EIN-Zustand fließt ein Strom vom unbeweglichen Kontakt über den ersten Kontaktbereich in den dazu im Kontakt stehenden zweiten Kontaktbereich des Kontaktstücks. Der unbewegliche Kontakt sowie der erste und zweite Kontaktbereich und das bewegliche Kontaktstück bestehen dazu aus einem elektrisch leitfähigen Material. Zum Schließen der Kontakte (EIN-Zustand) wird das Kontaktstück mit dem zweiten Kontaktbereich auf den ersten Kontaktbereich bewegt. Der erste und zweite Kontaktbereich kann dabei ein Teilbereich des unbeweglichen Kontakts oder des Kontaktstücks sein, oder eine separate Komponente, die auf den unbeweglichen Kontakt oder das Kontaktstück angeordnet ist. Die obige Bewegung erfolgt entlang einer Bewegungsachse des Kontaktstücks senkrecht zu den Oberflächen der Kontaktbereiche. Das Kontaktstück ist dabei beispielsweise in einer Kontaktbrücke aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise aus Plastik, mittels einer Feder beweglich gehaltert, die auch den notwendigen Kontaktdruck im EIN-Zustand des Schalters ausübt. Das Öffnen des Schalters erfolgt durch Bewegung des Kontaktstücks in die umgekehrte Richtung. Die Bewegungsachse des Kontaktstücks ist im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lichtbogens in die Löschkammern ausgerichtet. Die Bewegung des Kontaktstücks kann manuell oder elektrisch erfolgen. Die ersten und zweiten Kontaktbereiche können sich in Form und Material unterscheiden. Die Flächen der ersten und zweiten Kontaktbereiche können dabei zwischen ausgedehnten Flächen und punktförmigen Kontakten variieren. Das Material der Kontaktbereiche kann jedes geeignete elektrisch leitfähige Material, beispielsweise Silberzinnoxyd, sein.Single breakers are here the mechanical components that lead to a simple interruption of a circuit. For this purpose, in contrast to double breakers, the single breakers have only a first and a second contact region, at which the current in the OFF state is interrupted by means of separation of the contact regions. Accordingly, the separation distance (distance between the first and second contact area in the OFF state) is to be selected twice as large for single breakers as for corresponding double breakers. In each individual breaker, the first and second contact portions denote the areas of the fixed contacts and the movable contact piece which are in direct contact after the switch is closed (ON state). In the ON state, a current flows from the stationary contact via the first contact region into the second contact region of the contact piece in contact therewith. The immobile contact and the first and second contact region and the movable contact piece consist of an electrically conductive material. For closing the contacts (ON state), the contact piece with the second contact region is moved to the first contact region. The first and second contact region may be a subregion of the immovable contact or the contact piece, or a separate component, which is arranged on the stationary contact or the contact piece. The above movement is along a movement axis of the contact piece perpendicular to the surfaces of the contact areas. The contact piece is for example in a contact bridge of an electrically insulating material, preferably made of plastic, movably supported by a spring, which also exerts the necessary contact pressure in the ON state of the switch. The switch is opened by moving the contact piece in the opposite direction. The axis of movement of the contact piece is aligned substantially perpendicular to the direction of movement of the arc in the quenching chambers. The movement of the contact piece can be done manually or electrically. The first and second contact areas may differ in shape and material. The areas of the first and second contact areas can vary between extended areas and punctiform contacts. The material of the contact areas may be any suitable electrically conductive material, for example, silver-tin oxide.
Je stärker das magnetische Feld am Ort des Lichtbogens ist, desto schneller wird der Lichtbogen in die Löschkammer bzw. entlang des Brückenblechs getrieben und so gelöscht. Das magnetische Feld zur Ausübung der treibenden Kraft auf den Lichtbogen ist vorzugsweise ein zumindest im Bereich des ersten und zweiten Kontaktbereichs im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld. Der Ausdruck "im Wesentlichen" umfasst in der vorliegenden Erfindung alle Ausführungsformen, die weniger als 10% vom Sollwert oder Mittelwert abweichen. Je größer die magnetische Feldstärke am Ort des Lichtbogens ist, desto stärker wirkt die treibende Lorenzkraft auf den Lichtbogen. In einer Ausführungsform ist der Magnet daher ein Permanentmagnet. Ein sehr starkes permanentes Magnetfeld kann durch einen Permanentmagneten bereitgestellt werden, der beispielsweise ein Seltenerdmagnet ist. Seltenerdmagnete bestehen beispielsweise aus einer NdFeB- oder SmCo-Legierung. Diese Materialien besitzen eine hohe Koerzitivfeldstärke und ermöglichen daher auch beispielsweise eine Bereitstellung der Magnete als sehr dünne Platten, was eine kompaktere Bauweise des Schalters ermöglicht.The stronger the magnetic field at the location of the arc, the faster the arc is driven into the quenching chamber or along the bridge plate and so deleted. The magnetic field for exerting the driving force on the arc is preferably a magnetic field which is substantially homogeneous at least in the region of the first and second contact regions. The term "substantially" in the present invention includes all embodiments that deviate less than 10% from the setpoint or mean. The greater the magnetic field strength at the location of the arc, the stronger the driving Lorenz force acts on the arc. In one embodiment, therefore, the magnet is a permanent magnet. A very strong permanent magnetic field may be provided by a permanent magnet which is, for example, a rare earth magnet. For example, rare earth magnets are made of NdFeB or SmCo alloy. These materials have a high coercive force and therefore also allow, for example, a provision of the magnets as very thin plates, which allows a more compact design of the switch.
In einer Ausführungsform sind die Magnete dabei so angeordnet, dass sich die Magnete zumindest entlang der Lichtbogenleitbleche erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Magnete sogar über die Löschkammern hinaus. Die Zeit, bis der Lichtbogen in die Löschkammern bzw. entlang der Brückenbleche getrieben wird, hängt von der Magnetfeldstärke und von der Homogenität des Magnetfeldes ab. Dazu sind die Magnete bevorzugt so angeordnet, dass sie ein Magnetfeld senkrecht zum Stromfluss im Lichtbogen und senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung des Lichtbogens erzeugen. Die Form der Magnete kann im Rahmen der Erfindung vom Fachmann geeignet gewählt werden. Die Magnete sind bevorzugt als Paare von jeweils 2 Magneten angeordnet, die Anzahl der Magnete beträgt somit vorzugsweise zwei oder Vielfaches davon in einem Schalter. In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Magnete mindestens zwei plattenförmige Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt sind die Flächen der Magnete parallel zu der gewünschten Bewegungsrichtung der Lichtbögen angeordnet. Für eine schnelle Löschung der Lichtbögen mit Stromflüssen in beide Richtungen ist es vorteilhaft, dass ein starkes Magnetfeld im Bewegungsbereich der Lichtbögen für beide Stromrichtungen wirken kann. Eine entsprechende Magnetanordnung könnte auch ein homogenes magnetisches Feld bis zu den Löschkammern hin erzeugen.In one embodiment, the magnets are arranged such that the magnets extend at least along the arc guide plates. In a preferred embodiment, the magnets even extend beyond the quenching chambers. The time until the arc is driven into the quenching chambers or along the bridge plates depends on the magnetic field strength and the homogeneity of the magnetic field. For this purpose, the magnets are preferably arranged so that they generate a magnetic field perpendicular to the current flow in the arc and perpendicular to the desired direction of movement of the arc. The shape of the magnets can be suitably chosen within the scope of the invention by a person skilled in the art. The magnets are preferably arranged as pairs of two magnets each, the number of magnets is thus preferably two or more times thereof in a switch. In a further embodiment, the magnets comprise at least two plate-shaped magnets, preferably permanent magnets, whose surfaces are arranged parallel to one another. Preferably, the surfaces of the magnets are arranged parallel to the desired direction of movement of the arcs. For a rapid erasure of the arcs with current flows in both directions, it is advantageous that a strong magnetic field in the range of movement of the arcs can act for both current directions. A corresponding magnet arrangement could also generate a homogeneous magnetic field up to the quenching chambers.
In einer Ausführungsform erstrecken sich in mindestens einer der Schaltkammern Lichtbogenleitbleche in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich zu zwei jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche angeordneten Löschkammern. Der Ausdruck "erstrecken" umfasst hierbei die Möglichkeiten, dass die Lichtbogenleitbleche bis an die jeweiligen Kontaktbereiche und/oder Löschkammern heranragen, ohne dass sie direkt fest damit verbunden sind oder aber auch eine feste Verbindung der Lichtbogenleitbleche zumindest mit dem ersten Kontaktbereich und/oder den Löschkammern eingehen. Die Lichtbogenleitbleche sind dabei vorzugsweise mit dem ersten Kontaktbereich fest verbunden. Damit sind Hindernisse für die Bewegung des Lichtbogens wie beispielsweise Luftspalte zumindest für den unbeweglichen Kontakt vermieden. Das Lichtbogenleitblech ragt beim Kontaktstück zumindest nahe an den zweiten Kontaktbereich heran, um so eine schnelle Wegleitung des Lichtbogens vom zweiten Kontaktbereich zu ermöglichen. Alternativ kann das Lichtbogenleitblech für den zweiten Kontaktbereich auch mit dem Kontaktstück verbunden sein und am anderen Ende des Lichtbogenleitblechs nahe an die Löschklammer heranreichen. Die Löschkammer umfasst dabei jede Art von Komponenten, die geeignet sind, einen Lichtbogen zum Löschen zu bringen. In einer Ausführungsform der Löschkammer umfasst diese eine Vielzahl an Löschblechen zwischen den ersten Lichtbogenleitblechen, die beide in der Löschkammer parallel zueinander angeordnet sind. Zum schnellen Löschen eines Lichtbogens wird auf diesen durch die Magneten eine Lorenzkraft vorzugsweise so lange ausgeübt, bis dieser in die Löschkammer eintritt. Wenn die Baugröße innerhalb des Schalters ausreicht, ist es daher vorteilhaft, die Permanentmagneten so dicht wie möglich an die Löschkammern heran oder gar seitlich über die Löschkammern hinaus anzuordnen. Die Löschbleche in den Löschkammern sind beispielsweise V-förmig. Der Lichtbogen wird in der Löschkammer in eine Vielzahl an Teillichtbögen unterteilt (Deionkammer). Die dabei benötigte Minimalspannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens ist proportional zur Anzahl der in der Löschkammer vorhandenen Löschbleche, wodurch die benötigte Spannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens die zur Verfügung stehende Spannung übersteigt, was zum Löschen des Lichtbogens führt. Die notwendige Anzahl der Löschbleche einer Löschkammer ist in einem Einzelunterbrecher, bei dem die Löschfunktion immer durch 1 Löschkammer (immer nur die eine Löschkammer oder die andere Löschkammer) ausgeübt wird, entsprechend höher als bei Löschkammern für Doppelunterbrecher bei gleicher Betriebsspannung. Die Löschbleche sind in einem isolierenden Material gehaltert, an dem ebenso die Lichtbogenleitbleche befestigt sind. Die Lichtbogenleitbleche können dabei jede Form besitzen, die geeignet ist, den Lichtbogen in die ersten Löschkammern zu leiten. Die Lichtbogenleitbleche können auch als Stanzbiegeteil ausgeführt sein. Auch können Dicke und Breite der Lichtbogenleitbleche variieren. Der Abstand zwischen dem unteren und dem oberen Lichtbogenleitblech kann dabei mit größer werdendem Abstand zu den ersten und zweiten Kontakten anwachsen.In one embodiment, arc guide plates extend in at least one of the switching chambers in two opposite directions from the first contact region and the second contact region to two extinguishing chambers arranged at the end of the arc guide plates. The term "extend" here includes the possibilities that the arc guide plates protrude to the respective contact areas and / or extinguishing chambers, without being directly fixed to it or even a firm connection of the arc guide plates at least with the first contact area and / or the extinguishing chambers received. The arc guide plates are preferably fixedly connected to the first contact area. Thus, obstacles to the movement of the arc such as air gaps are avoided, at least for immobile contact. The Arc guide plate protrudes at the contact piece at least close to the second contact area, so as to allow a quick routing of the arc from the second contact area. Alternatively, the arc guide plate for the second contact region may also be connected to the contact piece and reach close to the extinguishing clip at the other end of the arc guide plate. The quenching chamber includes any type of components that are suitable for bringing an arc to extinguish. In one embodiment of the quenching chamber, this comprises a plurality of quenching plates between the first arc guide plates, which are both arranged in parallel in the quenching chamber. For rapidly extinguishing an arc, a Lorenz force is preferably exerted on it by the magnets until it enters the quenching chamber. If the size within the switch is sufficient, it is therefore advantageous to arrange the permanent magnets as close as possible to the extinguishing chambers or even laterally beyond the extinguishing chambers. The quenching plates in the quenching chambers are for example V-shaped. The arc is divided in the quenching chamber into a plurality of partial arcs (Deionkammer). The required minimum voltage for maintaining the arc is proportional to the number of extinguishing plates present in the quenching chamber, whereby the voltage required to maintain the arc exceeds the available voltage, which leads to the extinction of the arc. The necessary number of quenching plates of a quenching chamber is in a single breaker, in which the deletion function always by 1 quenching chamber (always only one quenching chamber or the other quenching chamber) is exercised, correspondingly higher than in quenching chambers for double breaker at the same operating voltage. The quenching plates are held in an insulating material to which the arc guide plates are also attached. The arc guide plates can have any shape which is suitable for guiding the arc into the first extinguishing chambers. The arc guide plates can also be designed as a stamped and bent part. The thickness and width of the arc guide plates can also vary. The distance between the lower and the upper arc guide plate can grow with increasing distance to the first and second contacts.
In einer Ausführungsform sind die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern zu einer gekoppelten Bewegung in einer gemeinsamen Kontaktbrücke angeordnet. Die Kontaktbrücke ist dabei so ausgestaltet, dass die Kontaktstücke der beiden Einzelunterbrecher benachbarter Schaltkammern simultan bewegt werden, also werden entweder beide Kontaktstücke in den EIN-Zustand oder in den AUS-Zustand des Schalters bewegt. Die Bewegung der beiden Kontaktstücke erfolgt nicht unabhängig voneinander. Durch die gemeinsame Bewegung wird einerseits ein gemeinsames Schaltverhalten realisiert und die Komplexität des Schalters gering gehalten, was eine kostengünstige Fertigung ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform ist dabei die Kontaktbrücke so ausgeführt, dass die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern gegeneinander elektrisch isoliert sind. Somit werden Kurzschlüsse zwischen den benachbarten Kontaktstücken vermieden, was einen zuverlässigen Betrieb des Schalters ermöglicht, insbesondere bei einer gemeinsamen Kontaktbrücke. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontaktbrücke ein Befestigungsteil aus einem elektrisch isolierenden Material, auf das die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern montiert sind. Ein solches elektrisch isolierendes Material ist beispielsweise Plastik. Sind die Kontaktstücke auf dem gemeinsamen Befestigungsteil montiert, so ist die elektrische Isolierung der Kontaktstücke gegeneinander einfach durch die Wahl des Materials des Befestigungsteils zu realisieren. Ferner ermöglicht die gemeinsame Montage der Kontaktstücke auf diesem Befestigungsteil eine einfache mechanische Bewegung der Kontaktstücke über die Bewegung des gemeinsamen Befestigungsteils.In one embodiment, the contacts of adjacent switching chambers are arranged for coupled movement in a common contact bridge. The contact bridge is designed so that the contacts of the two single interrupter adjacent switching chambers are moved simultaneously, so either both contacts are moved to the ON state or in the OFF state of the switch. The movement of the two contact pieces is not independent. On the one hand, the common movement realizes a common switching behavior and keeps the complexity of the switch low, which enables cost-effective production. In a further embodiment, the contact bridge is designed so that the contacts of adjacent switching chambers are electrically isolated from each other. Thus, short circuits between the adjacent contact pieces are avoided, which enables reliable operation of the switch, in particular with a common contact bridge. In a preferred embodiment, the contact bridge comprises a fixing part made of an electrically insulating material, on which the contact pieces of adjacent switching chambers are mounted. Such an electrically insulating material is, for example, plastic. If the contact pieces are mounted on the common fastening part, then the electrical insulation of the contact pieces against each other is easy to realize by the choice of the material of the fastening part. Further, the joint mounting of the contact pieces on this fixing part allows a simple mechanical movement of the contact pieces on the movement of the common fastening part.
In einer Ausführungsform bildet die Kontaktbrücke umfassend die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern und das Befestigungsteil eine mechanische Einheit. Diese mechanische Einheit führt eine translatorische Bewegung aus. Im Gegensatz zu Schaltern gemäß des Stands der Technik hat die Bewegung zum Trennen der Kontakte hier keine rotatorischen Anteile, wodurch der erfindungsgemäße Schalter keine mechanischen Übersetzungen benötigt. Dadurch kann der Schalter einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.In one embodiment, the contact bridge comprising the contacts of adjacent switching chambers and the fastening part forms a mechanical unit. This mechanical unit performs a translatory movement. In contrast to switches according to the prior art, the movement for separating the contacts here has no rotational components, whereby the switch according to the invention does not require mechanical translations. This makes the switch easier and cheaper to manufacture.
In einer Ausführungsform ist das Kontaktstück der Schaltkammer über eine bewegliche Litze mit einer Anschlussklemme verbunden ist. Somit kann eine Kontaktierung des Kontaktstücks trotz des beweglichen Befestigungsteils mit darauf befestigtem Kontaktstück erreicht werden. Die bewegliche Litze besteht dabei beispielsweise aus flexiblem Kupfer. Bevorzugt ist die Litze am Befestigungsteil der Kontaktbrücke befestigt und elektrisch leitend mit dem Kontaktstück verbunden.In one embodiment, the contact piece of the switching chamber via a movable Wire is connected to a terminal. Thus, a contacting of the contact piece can be achieved in spite of the movable fastening part with contact piece attached thereto. The movable strand consists for example of flexible copper. Preferably, the strand is attached to the attachment part of the contact bridge and electrically connected to the contact piece.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters sind mindestens zwei der Schaltkammern in einer Ebene angeordnet, bevorzugt sind alle Schaltkammern in einer Ebene angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Schalter einen einfacheren symmetrischen Aufbau und eine geringe Einbauhöhe besitzt und entsprechend kostengünstig hergestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Kontaktstücke, die Lichtbogenleitbleche und Löschkammern benachbarter Schaltkammern jeweils in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch können die Schaltkammern sehr kompakt im Schalter angeordnet werden. In einer weiteren Ausführungsform sind die Magnete seitlich außerhalb der Schaltkammern so angeordnet, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche aller der in einer Ebene angeordneten Schaltkammern erzeugen. Durch diese Anordnung der Magnete wird einerseits die Anzahl der Magnete auf ein Minimum reduziert, was die Komplexität des Schalters heransetzt und somit eine kostengünstigere Fertigung erlaubt. Andererseits kann der Schalter aufgrund der geringen Komponentenzahl (nur 2 Magnete) kompakt gebaut werden. Da die Magnete vorzugsweise ein homogenes Magnetfeld über zwei oder mehr Schaltkammern hinweg erzeugen müssen, werden in dieser Anordnung vorzugsweise Permanentmagnete aus einem Magnetmaterial mit hoher Koerzitivfeldstärke verwendet.In one embodiment of the switch according to the invention at least two of the switching chambers are arranged in a plane, preferably all switching chambers are arranged in one plane. This has the advantage that the switch has a simpler symmetrical design and a low installation height and can be manufactured in accordance with cost. In a preferred embodiment, the contact pieces, the arc guide plates and extinguishing chambers of adjacent switching chambers are each arranged in a plane. As a result, the switching chambers can be arranged very compact in the switch. In a further embodiment, the magnets are arranged laterally outside the switching chambers so that they generate a substantially homogeneous magnetic field at least in the region of the first and second contact regions of all of the switching chambers arranged in a plane. This arrangement of the magnets on the one hand reduces the number of magnets to a minimum, which approaches the complexity of the switch and thus allows a more cost-effective production. On the other hand, the switch can be made compact due to the small number of components (only 2 magnets). Since the magnets preferably have to generate a homogeneous magnetic field across two or more switching chambers, preferably permanent magnets made of a high coercive force magnetic material are used in this arrangement.
In einer alternativen Ausführungsform des Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung sind mindestens zwei Schaltkammern übereinander angeordnet. Mit einer solchen Anordnung können für entsprechende Anwendungen die Dimensionen des Schalters anderes gestaltet werden als bei der Anordnung der Schaltkammern in einer Ebene. Die Anordnungen von Schaltkammern übereinander kann in anderen Ausführungsformen auch mit der Anordnung weiterer Schaltkammern in einer Ebene kombiniert werden. Beispielsweise können zwei Schaltkammern in einer Ebene und weiter zwei in einer Ebene angeordnete Schaltkammern oberhalb der ersten beiden Schaltkammern angeordnet werden. Somit sind jeweils zwei Schaltkammern nebeneinander in einer Ebene und jeweils zwei Schaltkammer übereinander angeordnet. Ein solcher Schalter wäre somit für einen vierpoligen Schaltbetrieb geeignet. Das voranstehenden Zahlenbeispiel kann durch den Fachmann auch auf andere Anordnungen mit 3, 4, 5 oder mehr Schaltkammern in einer Ebenen oder durch 3, 4, 5 oder mehr Schaltkammern übereinander oder durch beliebige Kombinationen aus übereinander und nebeneinander in einer Ebene angeordneten Schaltkammern im Rahmen der vorliegenden Erfindung erweitert oder modifiziert werden. Durch die mögliche symmetrische Anordnung der Schaltkammern kann ein Schalter mit beispielsweise 4 Schaltkammern sehr kompakt und daher platzsparend realisiert werden.In an alternative embodiment of the switch according to the present invention, at least two switching chambers are arranged one above the other. With such an arrangement, the dimensions of the switch can be designed differently for corresponding applications than in the arrangement of the switching chambers in a plane. The arrangements of switching chambers one above the other can also be combined with the arrangement of further switching chambers in one plane in other embodiments. For example, two switching chambers in one plane and further two arranged in a plane switching chambers can be arranged above the first two switching chambers. Thus, two switching chambers are arranged side by side in a plane and each two switching chamber one above the other. Such a switch would thus be suitable for a four-pole switching operation. The above numerical example can by those skilled in other arrangements with 3, 4, 5 or more switching chambers in a plane or by 3, 4, 5 or more switching chambers on top of each other or by any combination of superposed and side by side in a plane switching chambers in the context of extended or modified according to the present invention. Due to the possible symmetrical arrangement of the switching chambers, a switch with, for example, 4 switching chambers can be made very compact and therefore space-saving.
In einer Ausführungsform decken sich die Bewegungsachsen der jeweiligen Kontaktstücke bei der Anordnung der Schaltkammern übereinander. Dadurch kann der Schalter noch kompakter gebaut werden.In one embodiment, the axes of movement of the respective contact pieces overlap one another in the arrangement of the switching chambers. This makes the switch even more compact.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Magnete seitlich außerhalb der Schaltkammern so angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche aller übereinander angeordneten Schaltkammern erzeugen. Dadurch kann der Schalter bei gleich guten Laufverhalten der Lichtbögen noch kompakter gebaut werden.In a further embodiment, the magnets are arranged laterally outside of the switching chambers so that they generate a substantially homogeneous magnetic field at least in the region of the first and second contact regions of all superimposed switching chambers. As a result, the switch can be built even more compact with the same good running behavior of the arcs.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen im Detail dargestellt.
- Fig.1:
- (a) perspektivische Ansicht und (b) Draufsicht einer Ausführungsform eines Schalters im AUS-Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Schaltkammern angeordnet in einer Ebene.
- Fig.2:
- Seitenansicht des Schalters 1 im AUS-Zustand ZA gemäß
Fig. 1 . - Fig.3:
- eine andere Ausführungsform eines Schalters in einer (a) perspektivischen Ansicht und in einer (b) Draufsicht.
- Fig.1:
- (a) perspective view and (b) top view of an embodiment of an off-state switch according to the present invention having two switch chambers arranged in a plane.
- Figure 2:
- Side view of the switch 1 in the OFF state ZA according to
Fig. 1 , - Figure 3:
- another embodiment of a switch in a (a) perspective view and in a (b) top view.
Die detaillierte Darstellung der Erfindung in diesem Abschnitt und in den Figuren ist als Beispiel für mögliche Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung und daher nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere angegebene Größen sind auf die jeweiligen Betriebsbedingungen des Schalters (Strom, Spannung) von Fachmann anzupassen. Daher sind alle angegebenen Größen nur als Beispiel für bestimmte Ausführungsformen zu verstehen.The detailed description of the invention in this section and in the figures is to be understood as an example of possible embodiments within the scope of the invention and therefore not restrictive. Specified sizes in particular must be adapted to the respective operating conditions of the switch (current, voltage) by a specialist. Therefore, all sizes given are to be understood as an example only for specific embodiments.
Alternative Ausführungsformen, die der Fachmann möglicherweise im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht zieht, sind vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ebenfalls mit umfasst. In den Ansprüchen umfassen Ausdrücke wie "ein" auch die Mehrzahl. In den Ansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht einschränkend auszulegen.Alternative embodiments that may be considered by those skilled in the art within the scope of the present invention are also included within the scope of the present invention. In the claims, terms such as "a" include the plural. Reference signs indicated in the claims are not to be construed restrictively.
- 11
- Schalter gemäß der vorliegenden ErfindungSwitch according to the present invention
- 11a, 11611a, 116
- Schaltkammern in einem Schalter 1Switching chambers in a switch 1
- 22
- unbeweglicher Kontaktimmovable contact
- 2121
- erster Kontaktbereichfirst contact area
- 2222
- Anschlussklemme für den unbeweglichen KontaktTerminal for immovable contact
- 33
- KontaktbrückeContact bridge
- 3030
- bewegliches Kontaktstückmovable contact piece
- 3131
- zweiter Kontaktbereichsecond contact area
- 3232
- Befestigungsteilattachment portion
- 3333
- Feder der KontaktbrückeSpring of the contact bridge
- 3434
- Litzebraid
- 3535
- Anschlussklemme für die KontaktbrückeConnection terminal for the contact bridge
- 44
- Löschkammerextinguishing chamber
- 55
- Lichtbögenelectric arc
- 66
- Lichtbogenleitblecharc guide
- 71, 7271, 72
- Magnete, bevorzugt PermanentmagneteMagnets, preferably permanent magnets
- BABA
- Bewegungsachse des beweglichen KontaktstücksMovement axis of the movable contact piece
- II
- Stromrichtung im LichtbogenCurrent direction in the arc
- MM
- Magnetfeldmagnetic field
- TT
- Bewegungsrichtung des LichtbogensDirection of movement of the arc
- FF
- Lorenzkraft auf den LichtbogenLorenzkraft on the arc
- ZAZA
- getrennter Schalter (AUS-Zustand)separate switch (OFF state)
Claims (15)
dadurch gekennzeichnet, dass
in mindestens einer der Schaltkammern (11a, 11b) sich Lichtbogenleitbleche (6) in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem ersten Kontaktbereich (21) und dem zweiten Kontaktbereich (31) zu zwei jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche (6) angeordneten Löschkammern (4) erstrecken.The switch (1) according to claim 1,
characterized in that
arc guide plates (6) extend in at least one of the switching chambers (11a, 11b) in two opposite directions from the first contact region (21) and the second contact region (31) to two extinguishing chambers (4) arranged respectively at the end of the arc guide plates (6).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) zu einer gekoppelten Bewegung in einer gemeinsamen Kontaktbrücke (3) angeordnet sind.The switch (1) according to one of claims 1 or 2,
characterized in that
the contact pieces (30) of adjacent switching chambers (11a, 11b) are arranged in a coupled movement in a common contact bridge (3).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktbrücke (3) so ausgeführt ist, dass die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) gegeneinander elektrisch isoliert sind.The switch (1) according to claim 3,
characterized in that
the contact bridge (3) is designed such that the contact pieces (30) of adjacent switching chambers (11a, 11b) are electrically insulated from one another.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktbrücke (3) ein Befestigungsteil (32) aus elektrisch isolierendem Material umfasst, auf das die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) montiert sind.The switch (1) according to claim 4,
characterized in that
the contact bridge (3) comprises a fastening part (32) of electrically insulating material, on which the contact pieces (30) of adjacent switching chambers (11a, 11b) are mounted.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktbrücke (3) umfassend die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) und das Befestigungsteil (32) eine mechanische Einheit bilden.The switch (1) according to claim 5,
characterized in that
the contact bridge (3) comprising the contact pieces (30) of adjacent switching chambers (11a, 11b) and the fastening part (32) form a mechanical unit.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktstück (30) der Schaltkammer (11a, 11b) über eine bewegliche Litze (34) mit einer Anschlussklemme (35) verbunden ist.The switch (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the contact piece (30) of the switching chamber (11a, 11b) is connected to a connection terminal (35) via a movable wire (34).
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Magnete (71, 72) zumindest entlang der Lichtbogenleitbleche (6) bis zu den Löschkammern (4) erstrecken, bevorzugt über die Löschkammern (4) hinaus erstrecken.The switch (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the magnets (71, 72) extend at least along the arc guide plates (6) as far as the extinguishing chambers (4), preferably extending beyond the extinguishing chambers (4).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnete (71, 72) als mindestens zwei plattenförmige Magnete ausgeführt sind, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind.The switch (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the magnets (71, 72) are designed as at least two plate-shaped magnets whose surfaces are arranged parallel to each other.
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei der Schaltkammern (11a, 11b) in einer Ebene angeordnet sind.The switch (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
at least two of the switching chambers (11a, 11b) are arranged in a plane.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktstücke (30), die Lichtbogenleitbleche (6) und Löschkammern (4) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) jeweils in einer Ebene angeordnet sind.The switch (1) according to claim 10,
characterized in that
the contact pieces (30), the arc guide plates (6) and extinguishing chambers (4) of adjacent switching chambers (11a, 11b) are each arranged in a plane.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnete (71, 72) seitlich außerhalb der Schaltkammern (11a, 11b) so angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) aller der in einer Ebene angeordneten Schaltkammern (11a, 11b) erzeugen.The switch (1) according to one of claims 10 or 11,
characterized in that
the magnets (71, 72) are arranged laterally outside the switching chambers (11a, 11b) so as to have a substantially homogeneous magnetic field (M) at least in the region of the first and second contact regions (21, 31) of all arranged in one plane Generate switching chambers (11a, 11b).
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens zwei Schaltkammern (11a, 11b) übereinander angeordnet sind.The switch (1) according to one of claims 1 to 9,
characterized in that
the at least two switching chambers (11a, 11b) are arranged one above the other.
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Bewegungsachsen (BA) der jeweiligen Kontaktstücke (30) decken.The switch (1) according to claim 13,
characterized in that
the axes of movement (BA) of the respective contact pieces (30) coincide.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnete (71, 72) seitlich außerhalb der Schaltkammern (11a, 11b) so angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) aller übereinander angeordneten Schaltkammern (11a, 11b) erzeugen.The switch (1) according to claim 13 or 14
characterized in that
the magnets (71, 72) are arranged laterally outside the switching chambers (11a, 11b) so that they have a substantially homogeneous magnetic field (M) at least in the region of the first and second contact regions (21, 31) of all switching chambers (11a , 11b).
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