EP2597666A1 - Schalter für Gleichstrombetrieb mit mindestens einer Schaltkammer - Google Patents

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EP2597666A1
EP2597666A1 EP11190519.6A EP11190519A EP2597666A1 EP 2597666 A1 EP2597666 A1 EP 2597666A1 EP 11190519 A EP11190519 A EP 11190519A EP 2597666 A1 EP2597666 A1 EP 2597666A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching
switch according
contact
bridge
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11190519.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Gerving
Volker Lang
Johannes Meissner
Ralf Thar
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.)
Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Eaton Industries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Industries GmbH filed Critical Eaton Industries GmbH
Priority to EP11190519.6A priority Critical patent/EP2597666A1/de
Priority to PCT/EP2012/073603 priority patent/WO2013076303A1/de
Publication of EP2597666A1 publication Critical patent/EP2597666A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36—Metal parts
    • H—ELECTRICITY
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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
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H9/443—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/546—Contact arrangements for contactors having bridging contacts

Definitions

  • the invention relates to a switch for a polarity-independent DC operation with at least one switching chamber, each switching chamber having two switching pieces each having a first contact region, wherein the switching pieces are arranged substantially parallel to each other and wherein each switching chamber a movable and electrically conductive bridge switching piece with two second contact areas for Producing an electrically conductive connection between the first and second contact regions and for separating at least one of the second contact regions from the respective first contact region.
  • Electrical switches are components in a circuit that establish or disconnect an electrically conductive connection by means of internal, electrically conductive contacts. With a live connection to be cut, current flows through the contacts until they are separated. When an inductive circuit is disconnected by a switch, the current flow does not reduce immediately to zero, so that an arc can form between the contacts.
  • the arc is a gas discharge by a per se non-conductive medium, such as air.
  • AC alternating current
  • arcs usually erase at the zero crossing of the alternating current. Since such a zero crossing of the current in switches with DC operation (DC) is missing, stable arcing can occur when disconnecting the contacts.
  • An object of the invention is to provide a switch with a faster and / or more reliable erasure behavior of resulting turn-off arcs than the prior art.
  • each switching chamber has two contact pieces, each with a first contact region, and an electrically conductive bridge contact piece which can be moved with a switching bridge.
  • An electrically conductive connection between the first and second contact regions can be produced via the bridge contact element, wherein a breaker switch can only be disconnected via one of the contact pairs of the first and second contact regions, while the other contact pair remains permanently connected, for example via a stranded conductor.
  • a double break switch is disconnected both second contact areas of the respective first contact area.
  • the switching pieces are arranged substantially parallel to one another and preferably extend in a longitudinal direction through the switching chamber.
  • each chamber preferably has at least two magnets, in particular permanent magnets.
  • the bridge contact piece is arranged substantially transversely to the contact pieces and has at least two movable, bow-shaped angled arc conductors.
  • the arc conductors are to be understood as movable with respect to the switching chamber. The movement thus takes place together with the bridge switching piece, not relative to this.
  • the bridge switch piece is arranged transversely to the switching pieces, which is to be understood in that the bridge switching piece with the substantially parallel switching pieces forms an angle of more than zero degrees.
  • the bridge switching piece is preferably aligned substantially perpendicular to the switching pieces, since the arc is moved by the magnetic field along the switching pieces and thus the angled bridge switching piece is thus advantageously affected slightly by the influence of the arc.
  • the angled movable arc conductors run in the same plane as the contact pieces, but removed by the skid-shaped bend of these. As a result, the arc is advantageously widened.
  • the switching pieces are angled in sections adjacent to the contact areas to fixed arc conductors.
  • at least two extinguishing devices are provided per switching chamber or contact pair for extinguishing arcing, which can occur during separation of the first and second contact regions.
  • Particularly preferably four erasing devices are provided for polarity-independent erasing of the arcs.
  • the movable arc conductors preferably extend from the second contact areas toward the extinguishing devices.
  • the Fixed arc conductors also preferably extend from the first contact areas toward the extinguishing devices. It is particularly preferred that a distance of the fixed arc conductor from the movable arc conductors increases in the direction of the extinguishing devices.
  • the bridge switching piece between the second contact areas on a crank there is provided that at least two magnets are provided for generating a magnetic field, wherein an additional magnet for influencing the magnetic field is arranged on a movable switching bridge, wherein the switching bridge also carries the bridge or the bridge pieces.
  • the additional magnet is in particular movable to amplify the magnetic field strength with the switching bridge in a region of the separable first and second contact areas, which is made possible by the cranking of the bridge switching piece.
  • the field strength of the magnetic field is significantly increased in this area by the additional magnet, which allows an advantageously accelerated erasing of arcs.
  • the additional magnet is preferably arranged in a recess in the movable switching bridge in height of the contact areas.
  • the magnetic field is used to exert a magnetic force on the arc or arcs, so that at least one of the arcs, preferably independently of the current direction in the arc, is driven in the direction of one of the extinguishing devices, wherein the contact pieces of the switching chambers are arranged so that the second contact areas are located in a line substantially perpendicular to the direction of movement of the arcs.
  • the additional magnet is movable to amplify the magnetic field strength with the switching bridge in a region of the separable first and second contact areas.
  • the auxiliary magnet is movable in close proximity to the region of the first and second contact regions, not between the first and second contact regions.
  • the at least two magnets are, for example, at least twice as far away from the first and second contact regions as the additional magnet.
  • the at least two magnets can in particular be arranged outside the switching chamber or in the region of the switching chamber wall, also on the inside of the switching chamber wall, preferably in an insulating pocket.
  • the magnets are preferably designed as at least two plate-shaped magnets whose surfaces are arranged parallel to each other.
  • the two switching chambers are provided for a multi-pole operation.
  • the two switching chambers in particular have a common switching bridge for moving the bridge contact pieces and for electrical insulation of the switching chambers against each other.
  • an additional magnet is arranged on the common switching bridge for each switching chamber.
  • the two switching chambers are arranged one above the other, seen in a direction of movement of the switching bridge.
  • the switch has a modular construction, wherein the switch is provided with only one switching chamber for a single-pole operation and can be extended by adding at least one second switching chamber for a multi-pole operation.
  • Further preferred switching pieces are designed for multi-pole operation such that the terminals of the switch with respect to their position and / or installation position correspond to a multi-pole AC switch.
  • a faulty wiring due to an unfamiliar position of the terminals in DC switches over the AC switches used much more often over a long time is thereby advantageously avoided.
  • FIG. 1 shows a switch according to the invention, in particular a multi-pole, independent of the current direction compact switch according to the invention in an operation to show an efficient quenching behavior by the shortest possible arc time.
  • the connections of the main current paths or contact pieces 10a, 20a are arranged opposite to each other at the same level, relative to the installation depth of the switch, as in the case of a commercially available AC contactor.
  • the opposing contact pieces 10b, 20b are in the FIG. 1 arranged behind the switch and therefore only in the rest Figures 2 and 3a or 3b recognizable.
  • the switch in the form of two superimposed switching chambers 41 a, 41 b of preferably identical construction ,
  • the switching arrangements for each pole are housed in two separate, identical switching chambers 41 a, 41 b, which are arranged one above the other.
  • the switching chambers 41 a, 41 b are mounted with their opening sides facing each other.
  • the two switching chambers 41 a, 41 b are sealed against each other by a partition 43 made of insulating material. In this way, a cost-effective solution is realized with compact installation conditions.
  • the partition wall 43 is designed as a lid, the switch according to the invention can also be constructed modular, either single-pole with only one switching chamber 41 b or two-pole with two switching chambers 41 a, 41 b.
  • the first pole or the first switching chamber 41a has two contact pieces 10a, 10b, each having a first contact region 11 and a bridge bridge 30 movable and electrically conductive Brückenschalt Georgia 30 with two second contact areas 31 for producing an electrically conductive connection between the first and second contact areas 11, 31 and for separating the second contact areas 31 from the respective first contact area 11.
  • the second switching chamber 41b has two switching pieces 20a, 20b each having a first contact region 21.
  • the bridge contactor 30 with second contact regions 31 is identical to the first switching chamber 41a and therefore also designated.
  • the movable bridge switching pieces 30 of both poles are in this case arranged one above the other at the common switching bridge 35, whereby a synchronized switching process is realized for both poles.
  • the first and second contact areas 11, 31 and 21, 31 become hereinafter also referred to as fixed contact areas 11, 21 and movable contact areas 31 which form contact pairs.
  • the pairs of contacts each have two opposite, preferably identical extinguishing devices 61, 62.
  • the extinguishing devices are preferably designed as so-called Deion chambers, which consist of a stack arrangement of mutually electrically insulated sheets 66 each having an air gap between two adjacent sheets.
  • the extinguishing devices from a simple niche arrangement without splitter stacks, with walls of insulating material, preferably made of thermosetting plastic or ceramic, consist, the individual niches are spatially sufficiently sealed against each other and each an outer wall with suitably dimensioned exhaust openings is broken, which for pressure relief against the switching operation caused by the switching arcs caused by the pressure increase.
  • the movable contact areas 31 are located respectively at the intersection between the bridge contact piece 30, which are rotated by about 90 degrees against the connecting axis of two opposing extinguishing devices 61, 62, and from there right angle outgoing arc runners 32. Between the contact areas 31, each bridge contact piece on a crank whereby the auxiliary magnet 51c can be positioned in the immediate vicinity of the contact regions 31.
  • FIGS. 3a and 3b are two perspective views of the switch according to FIG. 1 , but without chamber walls of the switching chambers 41 a, 41 b, shown.
  • the perspective in FIG. 3a corresponds to the FIG. 1
  • the FIG. 3b a 90 degree rotated perspective shows.
  • the switching pieces 10a, 10b, 20a, 20b are designed differently with the fixed contact areas 11, 21 for the two poles of the switch, which are additionally described below with reference to FIGS FIGS. 3a and 3b to be discribed.
  • a parallel offset of the two contact pieces 10a, 10b is achieved, in such a way that both are aligned in parallel to each other current paths in the direction of the longer chamber side.
  • the switching pieces 20 a, 20 b executed in a similar manner, but with the difference that both switching pieces 20 a, 20 b immediately after entry into the switching chamber 41 b initially at right angles in a direction parallel to the short side of Switching chamber 41 b are angled so that they extend in the direction of the chamber bottom.
  • the one switching piece 20a is subsequently again angled 90 degrees in the direction parallel to the short chamber wall to be angled in front of the chamber wall again at right angles in the direction parallel to the chamber bottom. In this way, the switching piece 20a is guided parallel to the longitudinal-side chamber wall analogously to the switching chamber 41a of the first pole along the chamber bottom.
  • the second switching piece 20b is again bent at right angles in the region of the chamber bottom in such a way that it is parallel to the first contact piece along the chamber bottom.
  • the two switching pieces 20a, 20b extend from the switching chamber wall initially below the extinguishing devices 61, 62. Outside the same, they are angled obliquely upward again, so that the two fixed contact areas 21 equal to the center of the extinguishing devices 61, 62 are arranged.
  • a switch is realized with an optimized arc running behavior, in such a way that the resulting switching arcs are directed under the action of magnetic Blasfelder within very short times targeted in the direction of one of the extinguishing device 61, 62. Due to the special design of the contact pieces 10a, 10b, 20a, 20b is further achieved that the connections of the main current paths are arranged with respect to position and depth as in a multi-pole AC switch.
  • each of the two switching chambers 41 a, 41 b an arrangement of at least two permanent magnets 51 a, 51 b and an additional magnet 51 c arranged.
  • the two magnets 51a, 51b may, for example, be arranged outside the switching chambers 41a, 41b, while the additional magnet 51c for influencing the magnetic field is arranged on the movable switching bridge 35, preferably in each case at the level of the movable contact areas 31.
  • the bridge switching pieces 30 between the contact areas 31 double cranked.
  • a low-cost magnet arrangement is obtained in this way realized a comparatively high magnetic field strength in the region of the switching contacts.
  • the permanent magnetic arrangement Due to the effective Lorentz force, the permanent magnetic arrangement always causes the partial arcs resulting from the opening of the contacts to be moved in the direction of two of the four extinguishing devices 61, 62 and extinguished there, irrespective of the current direction.
  • the arrangement of the additional magnet 51 c directly in the region of the switching contacts allows the generation of a homogeneous magnetic field of high magnetic field strength, which allows due to its blowing rapid propagation of the arc in the direction of the respective extinguishing device 61, 62 and thus a comparatively short residence time of the arc between the Contact areas 11, 31 and 21, 31 result, which advantageously reduces the erosion of the contacts and the life of the switch is increased.
  • the permanent magnets 51a, 51b and 51c are preferably made of ferritic material and / or of rare earth materials such as Nd-Fe-B or Sa-Co and / or of materials which allow the formation of plastic-bonded moldings.
  • the switching chamber housing are preferably made of ceramic or thermosetting plastic and divided into four bays separated by bulkheads, each carrying on one outer exhaust openings.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Schalter für einen polaritätsunabhängigen Gleichstrombetrieb mit mindestens einer Schaltkammer (41a), wobei jede Schaltkammer zwei Schaltstücke (10a,10b) mit jeweils einem ersten Kontaktbereich (11) aufweist, wobei die Schaltstücke im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und wobei jede Schaltkammer (41a) ein bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück (30) mit zwei zweiten Kontaktbereichen (31) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (11,31) und zum Trennen mindestens eines der zweiten Kontaktbereiche (31) von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich (11) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schalter für einen polaritätsunabhängigen Gleichstrombetrieb mit mindestens einer Schaltkammer, wobei jede Schaltkammer zwei Schaltstücke mit jeweils einem ersten Kontaktbereich aufweist, wobei die Schaltstücke im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und wobei jede Schaltkammer ein bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück mit zwei zweiten Kontaktbereichen zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen und zum Trennen mindestens eines der zweiten Kontaktbereiche von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich aufweist.
  • Elektrische Schalter sind Komponenten in einem Stromkreis, die mittels interner, elektrisch leitender Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung herstellen oder trennen. Bei einer zu trennenden, stromführenden Verbindung fließt Strom durch die Kontakte, bis diese voreinander getrennt werden. Wenn ein induktiver Stromkreis durch einen Schalter getrennt wird, reduziert sich der Stromfluss nicht unmittelbar auf Null, so dass es zur Bildung eines Lichtbogens zwischen den Kontakten kommen kann. Der Lichtbogen ist eine Gasentladung durch ein an sich nichtleitendes Medium, wie beispielsweise Luft. In Schaltern mit Wechselstrombetrieb (AC) löschen Lichtbögen in der Regel beim Nulldurchgang des Wechselstroms. Da ein solcher Nulldurchgang des Stroms in Schaltern mit Gleichstrombetrieb (DC) fehlt, können beim Trennen der Kontakte stabile Lichtbögen entstehen. Sofern der Stromkreis bei ausreichender Stromstärke und Spannung betrieben wird, beispielsweise bei mehr als etwa ein Ampere und mehr als 50 Volt, verlischt der Lichtbogen nicht selbsttätig. Aus diesem Grund sind bei derartigen Schaltern Löschkammern bekannt, die zum Löschen des Lichtbogens dienen. Die Zeitspanne, während der der Lichtbogen brennt, soll so kurz wie möglich gehalten werden, da der Lichtbogen eine große Wärmemenge freisetzt, die zum Abbrennen der Kontakte und/oder zur thermischen Belastung der Schaltkammer 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 besteht daher besonderer Bedarf, die Lichtbögen schnell zu löschen.
  • Es ist weiterhin bekannt, die Löschung des Lichtbogens durch die Verwendung eines magnetischen Felds zu beschleunigen, das so gepolt ist, dass es eine treibende Kraft auf den Lichtbogen in Richtung der Löschkammern ausübt. Zur Erzeugung eines starken Magnetfelds werden in der Regel Permanentmagneten verwendet. Die treibende Kraft des magnetischen Felds in Richtung der Löschkammern ist nur bei einer bestimmten Stromflussrichtung gegeben. Polungsbedingte Einbaufehler von Schaltern werden durch Schalter für beide Stromrichtungen vermieden, die ein von der jeweiligen Polung unabhängiges Löschverhalten für Lichtbögen aufweisen. Ein solcher Schalter ist beispielsweise in der Druckschrift EP 2 061 053 A2 beschrieben.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schalter mit einem gegenüber dem Stand der Technik schnelleren und/oder zuverlässigeren Löschverhalten von entstandenen Ausschaltlichtbögen zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird durch den Schalter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Schalter soll für einen polaritätsunabhängigen Gleichstrombetrieb geeignet sein, eine oder mehrere Schaltkammern aufweisen und vorzugsweise doppeltunterbrechend ausgeführt sein. Jede Schaltkammer weist erfindungsgemäß zwei Schaltstücke mit jeweils einem ersten Kontaktbereich und ein mit einer Schaltbrücke bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück auf. Über das Brückenschaltstück ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen herstellbar, wobei ein einfachunterbrechender Schalter nur über eines der Kontaktpaare aus erstem und zweitem Kontaktbereich trennbar ist, während das andere Kontaktpaar beispielsweise über eine Litze dauerhaft verbunden bleibt. Bei einem doppeltunterbrechenden Schalter erfolgt ein Trennen beider zweiter Kontaktbereiche von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich. Die Schaltstücke sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und verlaufen vorzugsweise in einer Längsrichtung durch die Schaltkammer. Zur Erzeugung eines magnetischen Felds weist jede Kammer bevorzugt mindestens zwei Magnete, insbesondere Permanentmagnete auf.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Brückenschaltstück im Wesentlichen quer zu den Schaltstücken angeordnet ist und mindestens zwei bewegliche, kufenförmig abgewinkelte Lichtbogenleiter aufweist. Die Lichtbogenleiter sind als beweglich bezüglich der Schaltkammer zu verstehen. Die Bewegung erfolgt also gemeinsam mit dem Brückenschaltstück, nicht relativ zu diesem. Das Brückenschaltstück ist quer zu den Schaltstücken angeordnet, was dahingehend zu verstehen ist, dass das Brückenschaltstück mit den im Wesentlichen parallel verlaufenden Schaltstücken einen Winkel von mehr als Null Grad einschließt. Das Brückenschaltstück ist vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zu den Schaltstücken ausgerichtet, da der Lichtbogen durch das Magnetfeld entlang der Schaltstücke bewegt wird und das abgewinkelte Brückenschaltstück somit vorteilhaft geringfügig durch den Einfluss des Lichtbogens betroffen ist. Die abgewinkelten beweglichen Lichtbogenleiter hingegen verlaufen in derselben Ebene, wie die Schaltstücke, entfernen sich durch die kufenförmige Abwinkelung jedoch von diesen. Dadurch wird der Lichtbogen vorteilhaft aufgeweitet.
  • Vorzugsweise sind auch die Schaltstücke in zu den Kontaktbereichen benachbarten Abschnitten zu festen Lichtbogenleitern abgewinkelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass je Schaltkammer bzw. Kontaktpaar mindestens zwei Löschvorrichtungen zum Löschen von Lichtbögen, welche beim Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche auftreten können, vorgesehen sind. Besonders bevorzugt sind vier Löschvorrichtungen zum polaritätsunabhängigen Löschen der Lichtbögen vorgesehen.
  • Die beweglichen Lichtbogenleiter erstrecken sich vorzugsweise von den zweiten Kontaktbereichen aus in Richtung zu den Löschvorrichtungen. Die festen Lichtbogenleiter erstrecken sich ebenfalls bevorzugt von den ersten Kontaktbereichen aus in Richtung zu den Löschvorrichtungen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Abstand der festen Lichtbogenleiter von den beweglichen Lichtbogenleitern sich in Richtung der Löschvorrichtungen vergrößert.
  • Weiterhin bevorzugt weist das Brückenschaltstück zwischen den zweiten Kontaktbereichen eine Kröpfung auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei Magnete zur Erzeugung eines magnetischen Felds vorgesehen sind, wobei ein Zusatzmagnet zur Beeinflussung des magnetischen Felds an einer beweglichen Schaltbrücke angeordnet ist, wobei die Schaltbrücke auch das oder die Brückenschaltstücke trägt. Der Zusatzmagnet ist insbesondere zur Verstärkung der magnetischen Feldstärke mit der Schaltbrücke in einen Bereich der trennbaren ersten und zweiten Kontaktbereiche bewegbar, was durch die Kröpfung des Brückenschaltstücks ermöglicht wird. Ein Vorteil dieses Zusatzmagneten besteht darin, dass das magnetische Feld im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche besonders gut beeinflussbar ist, da der Zusatzmagnet durch die Bewegung der Schaltbrücke in unmittelbare Umgebung der ersten und zweiten Kontaktbereiche gelangt. Insbesondere wird die Feldstärke des magnetischen Felds in diesem Bereich durch den Zusatzmagnet signifikant erhöht, was ein vorteilhaft beschleunigtes Löschen von Lichtbogen erlaubt. Der Zusatzmagnet ist vorzugsweise in einer Ausnehmung in der beweglichen Schaltbrücke in Höhe der Kontaktbereiche angeordnet.
  • Das magnetische Feld dient zur Ausübung einer magnetischen Kraft auf den oder die Lichtbögen, so dass mindestens einer der Lichtbögen, vorzugsweise unabhängig von der Stromrichtung im Lichtbogen, in Richtung einer der Löschvorrichtungen getrieben wird, wobei die Kontaktstücke der Schaltkammern so angeordnet sind, dass sich die zweiten Kontaktbereiche in einer Linie im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Lichtbögen befinden.
  • Der Zusatzmagnet ist zur Verstärkung der magnetischen Feldstärke mit der Schaltbrücke in einen Bereich der trennbaren ersten und zweiten Kontaktbereiche bewegbar. Darunter ist zu verstehen, dass der Zusatzmagnet in unmittelbare Nähe zu dem Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche bewegbar ist, nicht etwa zwischen die ersten und zweiten Kontaktbereiche. Die mindestens zwei Magnete sind dabei beispielsweise mindestens doppelt so weit von den ersten und zweiten Kontaktbereichen entfernt, wie der Zusatzmagnet. Die mindestens zwei Magnete können insbesondere außerhalb der Schaltkammer bzw. im Bereich der Schaltkammerwand angeordnet sein, auch an der Innenseite der Schaltkammerwand, vorzugsweise in einer isolierenden Tasche. Die Magnete sind bevorzugt als mindestens zwei plattenförmige Magnete ausgeführt, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei Schaltkammern für einen mehrpoligen Betrieb vorgesehen sind. Dabei weisen die zwei Schaltkammern insbesondere eine gemeinsame Schaltbrücke zum Bewegen der Brückenkontaktstücke und zur elektrischen Isolierung der Schaltkammern gegeneinander auf. Besonders bevorzugt ist für jede Schaltkammer ein Zusatzmagnet an der gemeinsamen Schaltbrücke angeordnet. Weiterhin bevorzugt ist vorgesehen, dass die zwei Schaltkammern übereinander angeordnet sind, in einer Bewegungsrichtung der Schaltbrücke gesehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schalter einen modularen Aufbau aufweist, wobei der Schalter mit nur einer Schaltkammer für einen einpoligen Betrieb vorgesehen ist und durch Hinzufügen mindestens einer zweiten Schaltkammer für einen mehrpoligen Betrieb erweiterbar ist.
  • Weiterhin bevorzugt sind Schaltstücke für einen mehrpoligen Betrieb derart ausgeführt, dass die Anschlüsse des Schalters hinsichtlich ihrer Position und/oder Einbaulage einem mehrpoligen AC-Schalter entsprechen. Eine fehlerhafte Beschaltung auf Grund einer ungewohnten Position der Anschlüsse bei Gleichstromschaltern gegenüber den über lange Zeit wesentlich häufiger eingesetzten Wechselstromschaltern wird dadurch vorteilhaft vermieden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
  • Es zeigen
    • Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters;
    • Figur 2 eine Explosionsdarstellung des Schalters gemäß Figur 1; und
    • Figuren 3a und 3b zwei perspektivische Ansichten eines Details des Schalters gemäß Figur 1.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalter, hier insbesondere einen mehrpoligen, von der Stromrichtung unabhängigen Kompaktschalter, der erfindungsgemäß bei einem Schaltvorgang ein effizientes Löschverhalten durch eine möglichst kurze Lichtbogenzeit zeigen soll. Die Anschlüsse der Hauptstrombahnen oder Schaltstücke 10a, 20a sind wie bei einem marktüblichen AC-Schütz jeweils gegenüberliegend auf gleichem Niveau, bezogen auf die Einbautiefe des Schalters, angeordnet. Die gegenüberliegenden Schaltstücke 10b, 20b sind in der Figur 1 hinter dem Schalter angeordnet und daher nur in den übrigen Figuren 2 und 3a bzw. 3b erkennbar.
  • Zur Realisierung einer kompakten Schaltanordnung, die beim Einbau in einen Schalt-schrank eine ähnlich geringe Einbaulänge und -breite hat wie ein reiner AC-Schalter für vergleichbare Stromstärken, ist der Schalter in Form zweier übereinanderliegender Schaltkammern 41 a, 41 b von vorzugsweise identischem Aufbau ausgeführt.
  • Die Schaltanordnungen für jeden Pol sind in zwei separaten, identischen Schaltkammern 41 a, 41 b untergebracht, die übereinander angeordnet sind. Hierbei sind die Schaltkammern 41 a, 41 b mit ihren Öffnungsseiten zueinander gewandt montiert. Zur Sicherstellung einer ausreichenden elektrischen Isolation sind die beiden Schaltkammern 41 a, 41 b gegeneinander durch eine Trennwand 43 aus Isolierstoff abgeschottet. Auf diese Weise wird eine kostengünstige Lösung mit kompakten Einbauverhältnissen realisiert. Wenn die Trennwand 43 als Deckel ausgeführt wird, so kann der erfindungsgemäße Schalter auch modular aufgebaut werden, wahlweise einpolig mit nur einer Schaltkammer 41 b oder zweipolig mit beiden Schaltkammern 41 a, 41 b.
  • Mit Bezug auf die Explosionsdarstellung in Figur 2 wird der erfindungsgemäße Schalter weiter beschrieben. Der erste Pol bzw. die erste Schaltkammer 41a weist zwei Schaltstücke 10a, 10b mit jeweils einem ersten Kontaktbereich 11 und ein mit einer Schaltbrücke 35 bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück 30 mit zwei zweiten Kontaktbereichen 31 zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen 11, 31 und zum Trennen der zweiten Kontaktbereiche 31 von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich 11 auf. Die zweite Schaltkammer 41b weist zwei Schaltstücke 20a, 20b mit jeweils einem ersten Kontaktbereich 21 auf. Das Brückenschaltstück 30 mit zweiten Kontaktbereichen 31 ist identisch zu der ersten Schaltkammer 41a und daher ebenso bezeichnet. Die beweglichen Brückenschaltstücke 30 beider Pole befinden sich hierbei übereinander angeordnet an der gemeinsamen Schaltbrücke 35, wodurch für beide Pole ein synchronisierter Schaltvorgang realisiert ist.
  • Die ersten und zweiten Kontaktbereiche 11, 31 und 21, 31 werden nachfolgend auch als feststehende Kontaktbereiche 11, 21 und bewegliche Kontaktbereiche 31 bezeichnet, die Kontaktpaare bilden. Die Kontaktpaare weisen jeweils zwei gegenüberliegende, vorzugsweise identischen Löschvorrichtungen 61, 62 auf. Die Löschvorrichtungen sind vorzugsweise als sogenannte Deion-Kammern ausgeführt, die aus einer Stapelanordnung von gegeneinander elektrisch isolierten Blechen 66 mit jeweils einem Luftspalt zwischen zwei benachbarten Blechen bestehen. Alternativ dazu können die Löschvorrichtungen auch aus einer einfachen Nischenanordnung ohne Löschblechpakete, mit Wänden aus Isolierstoff, vorzugsweise aus duroplastischem Kunststoff oder Keramik, bestehen, wobei die einzelnen Nischen räumlich gegeneinander hinreichend abgeschottet sind und jeweils eine Außenwand mit geeignet dimensionierten Ausblasöffnungen durchbrochen ist, welche zur Druckentlastung gegen die beim Schaltvorgang durch die von den Schaltlichtbögen bewirkte Druckerhöhung dient.
  • Die Brückenschaltstücke 30 mit den beweglichen, zweiten Kontaktbereichen 31 befinden sich im eingeschalteten Zustand in Höhe der Mitte der Löschvorrichtungen 61, 62. In Richtung der Löschvorrichtungen 61, 62 sind sie jeweils zu kufenförmig abgewinkelten, beweglichen Lichtbogenleitern oder auch Lichtbogenlaufblechen 32 verlängert, wobei die auslaufenden Enden im ausgeschalteten Fall ungefähr in Richtung des äußeren Kanten 65 der Löschvorrichtungen weisen. Die beweglichen Kontaktbereiche 31 befinden sich jeweils am Schnittpunkt zwischen den Brückenschaltstück 30, welche um etwa 90 Grad gegen die Verbindungsachse zweier gegenüberliegender Löschvorrichtungen 61, 62 gedreht sind, und den von dort rechtwinklig abgehenden Lichtbogenlaufblechen 32. Zwischen den Kontaktbereichen 31 weist jedes Brückenschaltstück eine Kröpfung auf, wodurch der Zusatzmagnet 51c in unmittelbarer Nähe zu den Kontaktbereichen 31 positionierbar ist.
  • In den Figuren 3a und 3b sind zwei perspektivische Ansichten des Schalters gemäß Figur 1, jedoch ohne Kammerwände der Schaltkammern 41 a, 41 b, dargestellt. Die Perspektive in Figur 3a entspricht der der Figur 1, während die Figur 3b eine um 90 Grad gedrehte Perspektive zeigt. Im Gegensatz zu den beweglichen Brückenschaltstücken 30 sind die Schaltstücke 10a, 10b, 20a, 20b mit den feststehenden Kontaktbereichen 11, 21 für die beiden Pole des Schalters unterschiedlich ausgeführt, die nachfolgend zusätzlich mit Bezug auf die Figuren 3a und 3b beschrieben werden. Im Fall der oberen Schaltkammer 41 a des einen Pols treten die beiden Schaltstückträger 10a, 10b jeweils gegenüberliegend parallel zur längeren Kammerwand am unteren Ende der Schaltkammer 41 a in diese ein, wobei das eine Schaltstück 10a unmittelbar hinter der inneren Kammerwand um 90 Grad in eine Richtung parallel der kurzen Seite der Schaltkammer 41 a abgewinkelt ist, um kurz vor Erreichen der seitlichen Kammerwand erneut um 90 Grad in einen Richtung parallel eines Kammerbodens bzw. der Trennwand 43 abgewinkelt zu werden. Auf diese Weise wird ein Parallelversatz der beiden Schaltstücke 10a, 10b erzielt, in der Weise, dass beide in parallel zu einander verlaufenden Strombahnen in Richtung der längeren Kammerseite ausgerichtet sind. Sie verlaufen dabei von der Schaltkammerwand ausgehend jeweils zunächst unterhalb der Löschvorrichtungen 61, 62. Außerhalb der Löschvorrichtungen 61, 62 sind sie in der Weise schräg nach oben abgewinkelt, dass die beiden Festkontakte 11 in Höhe der Mitte der Löschvorrichtungen 61, 62 angeordnet sind. Zusammen mit den beweglichen Brückenschaltstücken 30 entsteht so im Ergebnis eine Lichtbogen-Leiteranordnung aus den beweglichen Lichtbogenleitern 32 und festen Lichtbogenleitern 12, deren Abstand sich in Richtung der Löschvorrichtungen 61, 62 vergrößert. Entlang der Lichtbogenleiter 12, 32 wird der Lichtbogen mit Hilfe eines magnetischen Blasfelds bis zu einer Länge aufweitet, die der Höhe der kompletten Löschvorrichtung 61 bzw. 62 entspricht.
  • In der unteren Schaltkammer 41 b des zweiten Pols sind die Schaltstücke 20a, 20b in ähnlicher Weise ausgeführt, jedoch mit dem Unterschied, dass beide Schaltstücke 20a, 20b unmittelbar nach Eintritt in die Schaltkammer 41 b zunächst rechtwinklig in eine Richtung parallel zu der kurzen Seite der Schaltkammer 41 b abgewinkelt sind, so dass sie in Richtung auf den Kammerboden zu verlaufen. Das eine Schaltstück 20a wird anschließend erneut um 90 Grad in Richtung parallel zu der kurzen Kammerwand abgewinkelt, um vor der Kammerwand abermals rechtwinklig in Richtung parallel des Kammerbodens abgewinkelt zu werden. Auf diese Weise wird das Schaltstück 20a analog zur Schaltkammer 41a des ersten Pols entlang des Kammerbodens parallel zur längsseitigen Kammerwand geführt. Das zweite Schaltstück 20b ist im Bereich des Kammerbodens erneut rechtwinklig in der Weise abgebogen, dass es parallelversetzt zum ersten Schaltstück entlang des Kammerbodens verläuft. Analog zur Schaltkammer 41 a des ersten Pols verlaufen die beiden Schaltstücke 20a, 20b von der Schaltkammerwand ausgehend zunächst unterhalb der Löschvorrichtungen 61, 62. Außerhalb derselben sind sie wieder schräg nach oben abgewinkelt, so dass die beiden feststehenden Kontaktbereiche 21 in Höhe der Mitte der Löschvorrichtungen 61, 62 angeordnet sind.
  • Durch die beschriebene Ausführungsform wird ein Schalter mit einem optimierten Lichtbogenlaufverhalten realisiert, in der Weise, dass die entstehenden Schaltlichtbögen unter Einwirkung magnetischer Blasfelder innerhalb sehr kurzer Zeiten gezielt in Richtung einer der Löschvorrichtung 61, 62 gelenkt werden. Durch die spezielle Ausführung der Schaltstücke 10a, 10b, 20a, 20b wird weiterhin erreicht, dass die Anschlüsse der Hauptstrombahnen bezüglich Lage und Einbautiefe wie bei einem mehrpoligen AC-Schalter angeordnet sind.
  • Erfindungsgemäß ist bei der dargestellten Ausführungsform in jeder der beiden Schaltkammern 41 a, 41 b eine Anordnung von jeweils mindestens zwei Permanentmagneten 51a, 51 b und einem Zusatzmagneten 51 c angeordnet. Die zwei Magneten 51a, 51b können beispielsweise außerhalb der Schaltkammern 41 a, 41 b angeordnet sein, während der Zusatzmagnet 51c zur Beeinflussung des magnetischen Felds an der beweglichen Schaltbrücke 35 angeordnet ist, vorzugsweise jeweils in Höhe der beweglichen Kontaktbereiche 31. Zur Realisierung dieser Position sind die Brückenschaltstücke 30 zwischen den Kontaktbereichen 31 doppelt gekröpft. Im Ergebnis wird auf diese Weise eine kostengünstige Magnetanordnung mit einer vergleichsweise hohen Magnetfeldstärke im Bereich der Schaltkontakte realisiert.
  • Die permanentmagnetische Anordnung bewirkt, dass die beim Öffnen der Kontakte entstehenden Teillichtbögen auf Grund der wirkenden Lorentzkraft unabhängig von der Stromrichtung stets in Richtung von zwei der insgesamt vier Löschvorrichtungen 61, 62 bewegt und dort zum Erlöschen gebracht werden. Die Anordnung des Zusatzmagneten 51 c unmittelbar im Bereich der Schaltkontakte ermöglicht die Erzeugung eines homogenes Magnetfelds von hoher Magnetfeldstärke, das auf Grund seiner Blaswirkung ein rasches Fortbewegen des Lichtbogens in Richtung der jeweiligen Löschvorrichtung 61, 62 ermöglicht und damit eine vergleichsweise kurze Verweilzeit des Lichtbogens zwischen den Kontaktbereichen 11, 31 und 21, 31 zur Folge hat, wodurch vorteilhaft der Abbrand der Kontakte vermindert und die Lebensdauer des Schalters gesteigert wird.
  • Die Permanentmagnete 51a, 51 b und 51c bestehen vorzugsweise aus ferritischem Material und/oder aus Material mit Anteilen seltener Erden, beispielsweise Nd-Fe-B oder Sa-Co und/oder aus Materialien, welche die Bildung kunststoffgebundener Formteile erlauben. Die Schaltkammergehäuse sind vorzugsweise aus Keramik oder Duroplast ausgeführt und in jeweils vier durch Schottwände abgetrennte Buchten unterteilt, die an einer Außenseite jeweils Ausblasöffnungen tragen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10a, 10b, 20a, 20b
    Schaltstücke
    11,21
    Erste, feststehende Kontaktbereiche
    12, 22
    Erste, feststehende Lichtbogenleiter
    30
    Brückenschaltstück
    31
    Zweiter, bewegbarer Kontaktbereich
    32
    Beweglicher Lichtbogenleiter
    35
    Bewegliche Schaltbrücke
    41a, 41b
    Schaltkammern
    43
    Trennwand
    51a, 51b
    Magnete
    51c
    Zusatzmagnet
    61, 62
    Löschvorrichtungen
    65
    Außenkante der Löschvorrichtung
    66
    Blech

Claims (15)

  1. Schalter für einen polaritätsunabhängigen Gleichstrombetrieb mit mindestens einer Schaltkammer (41a), wobei jede Schaltkammer
    - zwei Schaltstücke (10a, 10b) mit jeweils einem ersten Kontaktbereich (11), wobei die Schaltstücke im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, und
    - ein bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück (30) mit zwei zweiten Kontaktbereichen (31) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (11, 31) und zum Trennen mindestens eines der zweiten Kontaktbereiche (31) von dem jeweiligen ersten Kontaktbe-reich (11), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenschaltstück (30) im Wesentlichen quer zu den Schaltstücken (10a, 10b) angeordnet ist und mindestens zwei bewegliche, kufenförmig abgewinkelte Lichtbogenleiter (32) aufweist.
  2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstücke (10a, 10b) in zu den Kontaktbereichen (11) benachbarten Abschnitten zu festen Lichtbogenleitern (12) abgewinkelt sind.
  3. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenschaltstück (30) zwischen den zweiten Kontaktbereichen (31) eine Kröpfung aufweist.
  4. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Magnete (51a, 51b) zur Erzeugung eines magnetischen Felds vorgesehen sind, wobei ein Zusatzmagnet (5 1 c) zur Beeinflussung des magnetischen Felds an einer beweglichen Schaltbrücke (35) angeordnet ist.
  5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzmagnet (51c) zur Verstärkung der magnetischen Feldstärke mit der Schaltbrücke (35) in einen Bereich der trennbaren ersten und zweiten Kontaktbereiche (11, 31) bewegbar ist.
  6. Schalter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzmagnet (5 1 c) in einer Ausnehmung in der beweglichen Schaltbrücke (35) in Höhe der Kontaktbereiche (31) angeordnet ist.
  7. Schalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (51a, 51b) als mindestens zwei plattenförmige Magnete ausgeführt sind, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind.
  8. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Schaltkammer vier Löschvorrichtungen (61, 62) zum polaritätsunabhängigen Löschen von Lichtbögen, welche beim Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche (11, 31) auftreten können, vorgesehen sind.
  9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Lichtbogenleiter (32) sich von den zweiten Kontaktbereichen (31) aus in Richtung zu den Löschvorrichtungen (61, 62) erstrecken.
  10. Schalter nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Lichtbogenleiter (12) sich von den ersten Kontaktbereichen (11) aus in Richtung zu den Löschvorrichtungen (61, 62) erstrecken.
  11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand der festen Lichtbogenleiter (12) von den beweglichen Lichtbogenleitern (32) sich in Richtung der Löschvorrichtungen (61, 62) vergrößert.
  12. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schaltkammern (41a, 41b) für einen mehrpoligen Betrieb vorgesehen sind.
  13. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schaltkammern (41a, 41b) übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Schaltbrücke (35) zum Bewegen der Brückenschaltstücke (30) aufweisen.
  14. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau, wobei der Schalter mit nur einer Schaltkammer (41a) für einen einpoligen Betrieb vorgesehen ist und durch Hinzufügen mindestens einer zweiten Schaltkammer (41b) für einen mehrpoligen Betrieb erweiterbar ist.
  15. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Schaltstücke (10a, 10b, 20a, 20b) für einen mehrpoligen Betrieb, wobei die Schaltstücke derart ausgeführt sind, dass die Anschlüsse des Schalters hinsichtlich ihrer Position und/oder Einbaulage einem mehrpoligen AC-Schalter entsprechen.
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