EP2649629A1 - Schalter mit loeschkammer - Google Patents

Schalter mit loeschkammer

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Publication number
EP2649629A1
EP2649629A1 EP11793786.2A EP11793786A EP2649629A1 EP 2649629 A1 EP2649629 A1 EP 2649629A1 EP 11793786 A EP11793786 A EP 11793786A EP 2649629 A1 EP2649629 A1 EP 2649629A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
switch
chambers
switching chambers
switching
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Withdrawn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
EP11793786.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Lang
Lutz Friedrichsen
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 Electrical IP GmbH and Co KG
Original Assignee
Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
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 Electrical IP GmbH and Co KG filed Critical Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Priority to EP11793786.2A priority Critical patent/EP2649629A1/de
Publication of EP2649629A1 publication Critical patent/EP2649629A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/18—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H33/182—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
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/346—Details concerning the arc formation chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • 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
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • 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 which establish an electrically conductive connection by means of internal electrically conductive contacts
  • Circuit is disconnected by a switch, the flowing current can not go immediately to zero. In this case, an arc forms between the contacts.
  • This arc is a gas discharge by a per se non-conductive medium such as e.g. Air.
  • Arcs in AC-powered switches typically clear at zero crossing of the AC current. Due to the missing
  • Circuit is operated at sufficient current and voltage (typically greater than 1 A and greater than 50V) the arc will not extinguish by itself.
  • sufficient current and voltage typically greater than 1 A and greater than 50V
  • the arc time (time in which the arc burns) should be kept as small as possible, since the arc releases a large amount of heat, which is used to burn off the contacts and / or the thermal load of the
  • 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.
  • each of the switching chambers a Einzelunterbrecher 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 region in the ON state of the switch and for separating the first and second contact area 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 of 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. In an alternative
  • switches 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 shading of the switching chambers would have to be adapted for multi-pole operation.
  • DC operation refers to the operation of the switch in a DC circuit, it being for the quick erasure of the arcs in the switch not on the
  • the advantage of the claimed arrangement is the simple, symmetrical and therefore cost-effective design of the switch.
  • Single breakers are here the mechanical components that lead to a simple interruption of a circuit.
  • Single breakers in contrast to double breakers only a first and a second contact area at which the power is interrupted in the OFF state by means of separation of the contact areas. 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.
  • Single-breakers denote the first and second contact areas, the areas of the stationary contacts and the movable contact piece, which are in direct contact after closing the switch (ON state).
  • 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 substantially perpendicular to the direction of movement of the arc in the
  • 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 are less than 10% of
  • 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.
  • the magnets even extend beyond the extinguishing 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 in each case 2 magnets, 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
  • Arc baffles are preferably firmly 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
  • 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 in the
  • Extinguishing chamber divided into a plurality of partial arcs (Deionhunt).
  • the required minimum voltage for maintaining the arc is proportional to the number of extinguishing plates in the quenching chamber, whereby the voltage required to maintain the arc exceeds the available voltage, which leads to the extinction of the arc.
  • Fire extinguishing plates of a quenching chamber is in a single breaker in which the
  • 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 that is suitable, the
  • the arc guide plates can also be designed as a stamped and bent part. Also, thickness and width of the arc guide plates
  • Arc guide plates 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 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. Such an electrically insulating material is, for example, plastic.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • the contact pieces, the arc guide plates and extinguishing chambers are adjacent
  • Switching chambers are each arranged in a plane. This allows the
  • Switching chambers are arranged very compact in the switch.
  • the magnets are arranged laterally outside the switching chambers so that they have a substantially homogeneous magnetic field at least in the region of the first and second contact regions of all 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.
  • 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.
  • Numerical example may be made by one skilled in the art to 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 superimposed and juxtaposed in a plane switching chambers in the context of the present invention be extended or modified. 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.
  • the axes of motion coincide with the respective ones
  • the magnets are laterally outside the magnets
  • Switching chambers are arranged so that they are a substantially homogeneous
  • the switch can be built even more compact with the same good running behavior of the arcs.
  • Fig. L (a) perspective view and (b) top view of an embodiment of an OFF-switch according to the present invention with two switching chambers arranged in a plane.
  • FIG. 2 shows a side view of the switch 1 in the OFF state ZA according to FIG. 1.
  • 3 shows another embodiment of a switch in one (a) perspective
  • 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 I Ia, Ib for a two-pole operation arranged in a plane.
  • Each of the switching chambers 11a, 11b comprises a single interrupter with a fixed 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 for
  • the contact pieces 30 of the adjacent switching chambers I Ia, I Ib are arranged here for a coupled movement along the direction of movement BA at a common contact bridge 3.
  • Contact bridge 3 made of an electrically insulating material (e.g., plastic) on which the contact pieces 30 are mounted for mutual electrical insulation.
  • the contact pieces 30 themselves are each a movable strand 34 with the
  • Terminals 35 for the contact pieces 30 of the switching chambers I Ia, 1 lb connected.
  • 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 Schalk chambers 1 la, 1 lb form a solid mechanical unit.
  • Switching chambers 11a, 11b have two extinguishing chambers 4 with extinguishing plates 8 for extinguishing the electric arc 5, which can occur between the first and second contact regions 21, 31 when the OFF state is established.
  • Embodiment extends to generate a magnetic field for exerting the strongest possible magnetic force F on the arcs 5 of the first and second contact regions 21, 31 of the switching chambers I Ia, I Ib laterally over 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 each arranged at the end of the arc guide 6 erasure chambers 4.
  • a corresponding (upper) arc guide extends from the contact piece 31 also 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 particularly fast by the constantly acting force F in the
  • 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 in a plane arranged switching chambers I Ia, I Ib.
  • the second switching chamber 1 lb is shown in Fig.2 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 and 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.
  • FIG. 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 included as in Figures 1 and 2 also in this embodiment.
  • the movable contact pieces 30 are not arranged as in Figure 1 along a line, but arranged offset parallel to each other. Accordingly, 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.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung stellt einen Schalter bereit, der ein schnelles, zuverlässiges und von der Stromrichtung unabhängiges Löschverhalten von entstandenen Lichtbögen zeigt und für einen mehrpoligen Betrieb geeignet ist. Der Schalter (1) umfasst dabei mindestens zwei Schaltkammern (11a, 11b), wobei jeder der Schaltkammern (11a, 11b) einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt (2) mit einem ersten Kontaktbereich (21) und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück (30) mit einem zweiten Kontaktbereichen (31) zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) im EIN-Zustand des Schalters (1) und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs (21, 31) im AUS-Zustand des Schalter (1) und zwei Löschkammern (4) zum Löschen des Lichtbogens (5), der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) auftreten kann; sowie mindestens zwei Magnete (71, 72) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) der Schaltkammern (11a, 11b) zur Ausübung einer magnetischen Kraft (F) auf die Lichtbögen (5), so dass jeder Lichtbogen (5) unabhängig von der Stromrichtung (I) im Lichtbogen (5) in Richtung einer der Löschkammern (4) getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke (30) der Schaltkammern (11a, 1b) im Wesentlichen parallel zur Richtung des magnetischen Felds (M) in den Schaltkammern (11a, 11b) angeordnet sind und eine translatorische Bewegung durchführen.

Description

SCHALTER MIT LOESCHKAMMER
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Schalter mit Löschkammern zur schnellen Löschung eines Lichtbogens während des Trennvorgangs. Stand der Technik
Elektrische Schalter sind Komponenten in einem Stromkreis, die mittels interner elektrisch leitender Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung herstellen
(Schaltzustand„EHST" 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 1 A 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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
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 Verschattung 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.
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.
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. 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 j eweils 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 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 Minimal Spannung 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 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 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 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 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 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 einer Ausführungsform decken sich die Bewegungsachsen der jeweiligen
Kontaktstücke bei der Anordnung der Schaltkammern übereinander. Dadurch kann der Schalter noch kompakter gebaut werden.
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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen im Detail dargestellt.
Fig. l : (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.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Fig.1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schalters 1 im AUS-Zustand ZA gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Schaltkammern I Ia, I Ib für einen zweipoligen Betrieb angeordnet in einer Ebene. Jeder der Schaltkammern I Ia, 1 lb umfasst einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt 2 mit einem ersten Kontaktbereich 21 und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück 30 mit einem zweiten Kontaktbereichen 31. Das bewegliche Kontaktstück 30 dient zur
Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich 21, 31 im EIN-Zustand des Schalters 1 und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs 21, 31 im AUS-Zustand des Schalter 1. Die Kontaktstücke 30 der benachbarter Schaltkammern I Ia, I Ib sind hier zu einer gekoppelten Bewegung entlang der Bewegungsrichtung B A an einer gemeinsamen Kontaktbrücke 3 angeordnet. Die Montage der Kontaktstücke erfolgt über ein Befestigungsteil 32 als Teil der
Kontaktbrücke 3, das aus einem elektrisch isolierenden Material (z.B. Plastik) besteht, auf das die Kontaktstücke 30 zur gegenseitigen elektrischen Isolierung montiert sind. Die Kontaktstücke 30 selber sind jeweils über eine bewegliche Litze 34 mit den
Anschlussklemmen 35 für die Kontaktstücke 30 der Schaltkammern I Ia, 1 lb verbunden. An das Befestigungsteil 32 sind die Kontaktstücke 31 der beiden Schaltkammern montiert, die gleichsam durch das Befestigungsteil 32 aus Plastik voneinander elektrisch isoliert sind. Hier bilden das Befestigungsteil 32 und die beiden Kontaktstücke 30 der benachbarten Schalkammern 1 la, 1 lb eine feste mechanische Einheit. Jede der
Schaltkammern I Ia, 1 lb besitzt zwei Löschkammern 4 mit Löschblechen 8 zum Löschen des Lichtbogens 5, der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich 21, 31 auftreten kann. Der Magnet 72 in dieser
Ausführungsform erstreckt sich zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zur Ausübung einer möglichst starken magnetischen Kraft F auf die Lichtbögen 5 von den ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 31 der Schaltkammern I Ia, I Ib seitlich über die
Löschkammern 4 bis zu deren Ende hinaus. Aus Übersichtsgründen ist der Magnet 71 nur in Fig. 1(b) gezeigt. In dieser Ausführungsform bildet der Magnet 72 den
magnetischen Nord-Pol und der Magnet 71 den magnetischen Süd-Pol für das magnetische Feld in der Schaltkammer. Die Magnetfeldrichtung ist durch den gestrichelten Pfeil M in Fig.1(b) dargestellt. Entsprechend einer Stromrichtung I im Lichtbogen (in Fig.1(a) durch den gestrichelten Pfeil zwischen den Kontaktbereichen 21, 31 dargestellt) vom zweiten zum ersten Kontaktbereich bzw. umgekehrt wirken die Kräfte F auf die zwischen den beiden ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 31 der beiden Schaltkammern 1 la, 1 lb brennenden Lichtbögen 5 und treiben diese in die jeweiligen Löschkammern 4. Außerdem erstrecken sich Lichtbogenleitbleche 6 in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem ersten Kontaktbereich 21 und dem zweiten Kontaktbereich 31 zu den beiden jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche 6 angeordneten Löschkammern 4. Ein entsprechendes (oberes) Lichtbogenleitblech erstreckt sich vom Kontaktstück 31 ebenfalls zu den Löschkammern 4. Hierbei ist das obere Lichtbogenleitblech jeweils am beweglichen Kontaktstück 30 angeordnet und ragt so nahe wie möglich an die Löschkammern 4 heran. In einer alternativen
Ausführungsform könnten die oberen Lichtbogenleitbleche auch an der Löschkammer befestigt sein und so nahe wie möglich an das Kontaktstück heranragen. So wird der Lichtbogen 5 besonders schnell durch die beständig wirkende Kraft F in die
Löschkammern 4 getrieben. Die Anordnung von jeweils zwei Löschkammern 4 pro Schaltkammer I Ia, 1 lb bewirkt, dass jeder Lichtbogen 5 unabhängig von der
Stromrichtung im Lichtbogen 5 immer in Richtung einer der Löschkammern 4 getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke 30 der Schaltkammern 1 la, 1 lb für eine möglichst kompakte Anordnung mehrerer Schaltkammern in einer Ebenen im
Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung T der Lichtbögen 5 angeordnet sind, siehe Fig.1(b). Analog zu den Anschlussklemmen 35 für die Kontaktstücke 30 besitzen die Schalkammern 1 la, 1 lb entsprechende Anschlussklemmen 22 für die unbeweglichen Kontakte 2.
Fig.2 zeigt eine Seitenansicht des Schalters 1 im AUS-Zustand ZA gemäß Fig. 1. Hier wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit gegenüber Fig. 1 ein Teil der Komponenten beider Schaltkammern I Ia, 1 lb weggelassen. Die Kontaktbrücke 3 umfasst ein Befestigungsteil 32 (hier nicht explizit dargestellt), das mittels einer Feder 33 in einer Führung der Kontaktbrücke 3 entlang der Bewegungsrichtung BA beweglich gelagert ist. Das Befestigungsteil ist als gemeinsames Befestigungsteil für die Kontaktstücke 30 benachbarter in einer Ebene angeordneter Schaltkammern I Ia, I Ib vorgesehen. Die zweite Schaltkammer 1 lb ist in Fig.2 als hintere Schaltkammer gezeigt. Das
Kontaktstück 30 besitzt auf seiner dem ersten Kontaktbereich 21 zugewandten Seite einen zweiten Kontaktbereich 31. Die ersten und zweiten Kontaktbereiche 21, 31 sind hier als quaderförmigen Komponenten ausgeführt, die auf den unbeweglichen Kontakt 2 bzw. auf das Kontaktstück 30 aufgebracht sind. Die Feder 33 in der Kontaktbrücke 3 drückt die ersten und zweiten Kontaktbereiche 21, 31 im EIN-Zustand mit dem nötigen Kontaktdruck zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zusammen. Die jeweiligen Kontaktbereiche 21, 31 können mittels entsprechender Anschlussklemmen 22, 35 mit einer Stromkreis verbunden werden. Dazu ist das Lichtbogenleitblech 6 für den unbeweglichen Kontakt mit der Anschlussklemme 22 verbunden. Die Anschlussklemmen 35 sind über eine bewegliche Litze 34 mit dem Kontaktstück 30 verbunden. Somit kann eine Spannung an das bewegliche Kontaktstück 30 unabhängig von der Position des Kontaktstücks 30 angelegt werden. Die bewegliche Litze 34 besteht dabei aus flexiblem Kupfer. Die Litze 34 ist dabei am Befestigungsteil 32 der Kontaktbrücke 3 befestigt und elektrisch leitend mit dem Kontaktstück 30 verbunden.
Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform des Schalters 1 im AUS-Zustand ZA in einer (a) perspektivischen Ansicht und in einer (b) Draufsicht. Die Komponenten sind wie in Fig.1 und 2 auch in dieser Ausführungsform enthalten. Hier sind allerdings die beweglichen Kontaktstücke 30 nicht wie in Fig.1 entlang einer Line angeordnet, sonder parallel zueinander versetzt angeordnet. Entsprechend erstreckt sich das Befestigungsteil 32 hier im Wesentlichen vertikal zu den Kontaktstücken 30. Die Kontaktstücke 30 sind auch hier durch Litzen 34 mit den Anschlussklemmen 35 elektrisch leitend verbunden. Durch die versetzte Anordnung der Kontaktstücke 30 in der gemeinsamen, eine mechanische Einheit bildenden Kontaktbrücke 3 kann der Schalter 1 kompakter gebaut werden. 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.
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.
B ezugszei chenli ste
1 Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung
I Ia, 1 lb Schaltkammern in einem Schalter 1
2 unbeweglicher Kontakt
21 erster Kontaktb er ei ch
22 Anschlussklemme für den unbeweglichen Kontakt 3 Kontaktbrücke
30 bewegliches Kontaktstück
31 zweiter Kontaktbereich
32 Befestigungsteil
33 Feder der Kontaktbrücke
34 Litze
35 Anschlussklemme für die Kontaktbrücke
4 Löschkammer
5 Lichtbögen
6 Lichtbogenleitblech
71, 72 Magnete, bevorzugt Permanentmagnete
BA Bewegungsachse des beweglichen Kontaktstücks I Stromrichtung im Lichtbogen
M Magnetfeld
T Bewegungsrichtung des Lichtbogens
F Lorenzkraft auf den Lichtbogen
ZA getrennter Schalter (AUS-Zustand)

Claims

Patentansprüche
1. Ein Schalter (1) geeignet für einen polaritätsunabhängigen mehrpoligen
Gleichstrombetrieb mit mindestens zwei Schaltkammern (I Ia, 1 lb), wobei jeder der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt (2) mit einem ersten Kontaktbereich (21) und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück (30) mit einem zweiten Kontaktbereich (31) zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) im EIN-Zustand des Schalters (1) und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs (21, 31) im AUS-Zustand des Schalter (1) und zwei Löschkammern (4) zum Löschen des Lichtbogens (5), der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) auftreten kann, umfasst; sowie mindestens zwei Magnete (71, 72) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) zur Ausübung einer magnetischen Kraft (F) auf die Lichtbögen (5), so dass j eder Lichtbogen (5) unabhängig von der Stromrichtung (I) im Lichtbogen (5) in Richtung einer der Löschkammern (4) getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke (30) der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) im Wesentlichen parallel zur Richtung des magnetischen Felds (M) in den Schaltkammern (I Ia, 1 lb) angeordnet sind.
2. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) 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.
3. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (I Ia, 1 lb) zu einer gekoppelten Bewegung in einer gemeinsamen Kontaktbrücke (3) angeordnet sind.
4. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kontaktbrücke (3) so ausgeführt ist, dass die Kontaktstücke (30) benachbarter
Schaltkammern (I Ia, 1 lb) gegeneinander elektrisch isoliert sind.
5. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kontaktbrücke (3) ein Befestigungsteil (32) aus elektrisch isolierendem Material umfasst, auf das die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (I Ia, 1 lb) montiert sind.
6. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kontaktbrücke (3) umfassend die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (I Ia, 1 lb) und das Befestigungsteil (32) eine mechanische Einheit bilden.
7. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück (30) der Schaltkammer (I Ia, 1 lb) über eine bewegliche Litze (34) mit einer Anschlussklemme (35) verbunden ist.
8. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, 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.
9. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (71, 72) als mindestens zwei plattenförmige Magnete ausgeführt sind, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind.
10. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) in einer Ebene angeordnet sind.
11. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kontaktstücke (30), die Lichtbogenleitbleche (6) und Löschkammern (4) benachbarter Schaltkammern (I Ia, 1 lb) jeweils in einer Ebene angeordnet sind.
12. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Magnete (71, 72) seitlich außerhalb der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) 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 (I Ia, I Ib) erzeugen.
13. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schaltkammern (I Ia, 1 lb) übereinander angeordnet sind.
14. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bewegungsachsen (BA) der jeweiligen Kontaktstücke (30) decken.
15. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (71, 72) seitlich außerhalb der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) 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 (I Ia, 1 lb) erzeugen.
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