EP2701167A1 - Schaltvorrichtung - Google Patents

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Publication number
EP2701167A1
EP2701167A1 EP13170963.6A EP13170963A EP2701167A1 EP 2701167 A1 EP2701167 A1 EP 2701167A1 EP 13170963 A EP13170963 A EP 13170963A EP 2701167 A1 EP2701167 A1 EP 2701167A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
switching
switching device
cassette
gas channel
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.)
Ceased
Application number
EP13170963.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg-Uwe DAHL
Torsten Ahlert
Thomas Leye
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2701167A1 publication Critical patent/EP2701167A1/de
Ceased 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
    • 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
    • H01H1/2041—Rotating bridge
    • H01H1/2058—Rotating bridge being assembled in a cassette, which can be placed as a complete unit into a circuit breaker
    • 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
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes

Definitions

  • the present invention relates to a switching device, in particular an electrical circuit breaker, for the protection of an electrical circuit.
  • switching devices are known in principle. They serve to be used as a fuse of electrical circuits to separate in overload situations Polan say this switching device from each other. The disconnection of this electrical connection serves to avoid damage to components or devices arranged in the electrical circuit.
  • known switching devices often have a switching mechanism which is rotatable.
  • the rotatable switching arms of such a switching mechanism can connect and disconnect a fixed contact with a movable contact.
  • a redundant design is provided, so that a double arm can be brought on both sides of a rotation axis as a moving contact with corresponding two fixed contacts in connection.
  • a disadvantage of known switching devices is that when releasing the contacts in case of overload often creates an arc. This arc leads to the formation of gas, which must leave the switching room of the switching mechanism.
  • a channel is provided in known switching devices basically, which is formed in the surrounding housing or in the polar cassette. Through this channel, the gas, which arises during the switching process by the arc, leave the switch room.
  • known switching devices as z. B. from the US Pat. No. 6,480,082 B1 are known, the protection of the electrical components of the switching device is not known. So there is basically the danger that gas, which is not or only poorly dissipated, leads to contamination inside the control room, especially in the field of electrical components.
  • a switching device is designed in particular as an electrical power switch. It serves to protect an electrical circuit and has two pole connections. In addition, a switching mechanism for automatically disconnecting the electrical connection of the two Pole connections provided in the event of overload.
  • a switching device on electrical components for the control of the switching device.
  • a Polkassette is provided, in which in a switch room, the switching mechanism is arranged. The Polkassette accordingly has this switching space for the arrangement of the switching mechanism.
  • a switching device according to the invention is characterized in that the pile cassette has at least one gas channel, which is connected to the switch room in a gas-communicating manner. This gas channel is designed to deliver gas from the polar cassette to the electrical components past the environment.
  • two pole connections are provided, so that the switching device can be part of an electrical circuit. It serves to protect against overload situations, as z. B may occur in the event of a short circuit of the electrical circuit.
  • the switching mechanism can, for. B. be designed as a rotary switching mechanism, and thus in particular one or more movable contacts or correspondingly have one or more fixed contacts. By rotation, a connection or disconnection of the electrical connection of the two pole connections can be carried out.
  • the electrical components for the control of the switching device are in particular components that react sensitively with respect to electrically conductive contamination. These can be transistors, resistors, printed circuit boards or even more complex electrical components. These electrical components are not disposed within the Polkassette in which in the switch room, the switching mechanism is added, but outside the Polkassette.
  • the gas channel is formed in the polar cassette.
  • this gas channel can be made available by the geometric design of the polar cassette as a free flow cross-section over which a gas-communicating connection between the environment and the control room in direct or indirect Way can be made.
  • a direct delivery of the gas to the environment means that the gas duct opens at one end into the switching space and at its other end in the vicinity of the switching device. Indirect delivery is given when the gas duct opens at its one end in the control room and at its other end to a transfer in a gas discharge duct.
  • This gas discharge channel can z. B. can be arranged and formed in the surrounding housing of the switching device.
  • the gas channel in the Polkassette has at least one extension, which allows passage of the gas past the electrical components.
  • a transfer of the gas to a subsequent gas discharge channel only after the gas has passed through the electrical components through the gas channel.
  • the electrical components are protected and possible weak points in the form of seals in the interface between the gas duct and gas discharge duct are geometrically after passing through the electrical components.
  • the gas channel in the pile cassette can be made of a particularly durable material.
  • a thermosetting material may be used to form the entire polar cassette and thus also the gas channel.
  • the resulting high switching pressures in the formation of an arc can be effectively buffered in this way.
  • a thermoset material for the Polkassette and thus for the gas channel with higher thermal stability can be equipped without bringing high costs, so that a thermal stabilization at the high switching temperatures in the switching device according to the invention is possible.
  • the contamination which is caused by the gas generated in the separation of the pole terminals, is in particular an electrically conductive soot. This is achieved by the invention Design of the gas channel effectively kept away from the electrical components, so that a short circuit of the electrical components effectively eliminated by a variety of switching operations and the probability can be reduced.
  • the switching device may additionally comprise further components, in particular a surrounding housing.
  • a surrounding housing encloses the switching device to the outside and has inside a receiving space in which both the polar cassette, as well as separately from it, preferably, the electrical components can be arranged.
  • a switching device can be further developed such that the pile cassette is formed in several pieces.
  • the pile cassette has two half shells.
  • the individual components of the polar cassette are connected to each other.
  • the multi-part design of the polar cassette reduces the cost.
  • the production of two pole half shells can be particularly cost-effective and simple.
  • a connection takes place z. B. via connecting means in the form of screws or rivets.
  • a connection with adhesive and / or welding technology is possible in the context of the present invention. It is advantageous if the connection of the individual components of the polar cassette allows a resistance to high pressures. For example, pressures of greater than 20 MPa are to be expected when switching the switching mechanism.
  • the material of the pile cassette and in particular also the connection of the individual components are preferably designed such that they can withstand such high pressures. The type of connection is adapted to the materials used in the individual components.
  • the components of the pile cassette are at least partially sealed against each other.
  • This may in particular be a seal by means of a tongue and groove connection.
  • the sealing takes place with regard to the high pressures during switching, so that even at such high pressures is avoided that the switching gas leaves the gas channel.
  • the seal by means of a tongue and groove connection is particularly advantageous because it is inexpensive and easy to manufacture.
  • these tongue and groove connections can be designed as a guide, so that the sealing effect is automatically generated when assembling the individual components of the polar cassette.
  • the seal is therefore to be understood in particular with regard to an undesired escape of gas from the gas channel.
  • seals with additional sealing means are possible.
  • the pile cassette is at least partially formed of a material having high mechanical resistance to the resulting pressures when switching the switching mechanism.
  • This may in particular be a thermoset material.
  • the high mechanical resistance leads to resistance to the high switching pressures in the range of more than about 20 MPa.
  • the material has a high thermal stability.
  • temperatures of up to 5000 ° K can be mentioned as a thermal load.
  • the thermal load is only very briefly in the range of milliseconds, so that the greater attention is paid to the mechanical resistance to the resulting switching pressures.
  • the resulting pressures can be changed by increasing the free flow cross-section of the gas channel, in particular reduced.
  • more than one gas channel is provided, so that a large entire flow cross-section can be provided, which allows a quick dissipation and thus a reduction of the switching pressures.
  • a surrounding housing is provided around the pile cassette, in which not only the pile cassette but also the electrical components are arranged.
  • a surrounding housing can be made particularly cost-effective in the sense of the present invention.
  • a thermoplastic material can be used in the injection molding process for the production of the surrounding housing.
  • the housing protects on the one hand the polar cassette and on the other hand also the electrical components.
  • the electrical components are thus outside of the polar cassette, but arranged within the surrounding housing.
  • the enclosure thus provides a single unit of the switching device, which is particularly advantageous in terms of mounting in a cabinet.
  • such a housing may have mechanical interfaces for insertion in a holder of a control cabinet.
  • the surrounding housing has a gas discharge channel which is in gas-communicating connection with the gas channel of the polar cassette.
  • This is a variant with the already described indirect discharge of the gas from the control room. So there is a transfer of the gas from the gas channel in the gas discharge channel.
  • This transfer point or the interface between gas duct and gas discharge duct is preferably sealed, as will be explained in more detail in the following paragraph.
  • the position of this interface is arranged such that the gas channel and thus also the gas flowing therein have already passed the electrical components.
  • this interface is geometrically aligned such that even in the case of a partial leakage at this interface, the gas can not get in the direction of the electrical components. Thus, contamination of the electrical components by the switching gas is effectively avoided even with poor or ineffective sealing of this interface.
  • a switching device can advantageously be further developed in that the gas channel has an aerodynamically optimized inner contour at least in sections. Due to the design of the gas channel in the polar cassette, this can be done particularly cost-effectively and simply, since no interfaces to other channels in this section of the gas guide must be taken into account.
  • the fluidic optimization is to be understood in particular with reference to a triggering mechanism, which can be arranged in the gas channel. This release mechanism is triggered by flow against the gas guided in the gas channel, so that an improvement of the flow and thus an increased inflow pressure have a safer triggering of the release mechanism result.
  • a corresponding optimization with regard to the free flow cross section can also be made in the context of the present invention. Thus, by increasing the free flow cross-section, an increase in the volume flow and thus a reduction of the switching pressure can take place.
  • a further advantage is when, in a switching device according to the invention, the gas channel has a rectangular or substantially rectangular free flow cross section at least in sections.
  • a rectangular or substantially rectangular free flow cross-section has the advantage that with a small space requirement, maximization or enlargement of the free flow cross-section takes place. As has already been explained, can be reduced by increasing the free flow cross-section of the switching pressure. This reduces to the same extent the risk of damage to the gas channel or the risk of leakage at any existing sealing points.
  • At least one second gas channel is arranged in the polar cassette and is connected to the switching room in a gas-communicating manner.
  • This second gas channel is designed for a discharge of gas from the switching chamber in another direction, in particular substantially in an opposite direction, than the other gas channel.
  • the second gas channel is located at a position in which it does not have to be passed by electrical components. In this way, the free flow cross-section can be further increased and thus the resulting pressure ratio can be reduced during the switching situation.
  • the switching device 10 is a switching mechanism 40, which is designed as a rotary switching mechanism. Not shown in detail are corresponding fixed contacts and movable contacts that can be separated and closed by rotation of the switching mechanism 40.
  • the switching mechanism 40 is arranged in a switching space 62 of a pile cassette 60. This switching space is a free volume in which gas, which is formed by an arc when disconnecting the contacts of the switching mechanism 40, can propagate.
  • a first gas channel 64 and a second gas channel 66 are provided in order to remove the gas. Decisive is at least the provision of the first gas channel 64. This leads away from the top right of the switch room 62 and passes (not shown) the discharged gas of the environment. This transfer of the switching gas can be direct or indirect, as will be explained later.
  • Fig. 1 it is in the switching device 10 to an embodiment with a surrounding housing 70.
  • This enclosure 70 surrounds the polar cassette 60 completely.
  • electrical components 50 are still provided in the surrounding housing 70, which allow regulation of the switching device 10, in particular of the switching mechanism 40.
  • the two pole terminals 20 and 30 are shown schematically. These two pole terminals 20 and 30 are electrically conductively connected to one another, wherein this electrically conductive connection can be separated via the switching mechanism 40.
  • the electrical components 50 are located within the housing 70, but outside of the polar cassette 60.
  • the gas channel 64 which is formed in the polar cassette 60 , passes the electrical components 50.
  • a transfer point which must be sealed, is avoided here next to the electrical components 50.
  • a second gas channel 66 is provided, which has a transfer point in a gas discharge channel 72 of the housing 70. This additional second gas channel 66 increases the free flow cross section, so that the pressure which arises when switching the switching mechanism 40, can be reduced.
  • Fig. 2 shows a possible embodiment of an interface between a gas channel 64 and a gas discharge channel 72, which is arranged in the surrounding housing 70.
  • This transfer point between Polkassette 60 and surrounding housing 70 is located at a position at which the gas within the gas channel 64, the electrical components 50 has already passed.
  • Fig. 2 shows that the electrical components 50 are contaminated by gas and correspondingly electrically conductive contamination.
  • Fig. 3 schematically a cross-section through an embodiment of a polar cassette 60 is shown.
  • the pile cassette 60 is formed of two half-shells 60a and 60b.
  • the switch room 62 is formed, in which the switching mechanism 40 can be accommodated.
  • the gas channel 64 is likewise formed between the two pole half shells 60a and 60b.
  • the sealing of the gas channel 64 between the two pole half shells 60a and 60b takes place via a tongue and groove connection 68. This can be done particularly cost-effective and easy mounting of these two pole half shells 60a and 60b while ensuring a secure seal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung), insbesondere elektrischer Leistungsschalter, für die Absicherung einer elektrischen Schaltung, aufweisend zwei Polanschlüsse und eine Schaltmechanik für das automatische Trennen der elektrischen Verbindung der beiden Polanschlüsse in einem Überlastfall, weiter aufweisend elektrische Bauteile für die Regelung der Schaltvorrichtung (10) und eine Polkassette, in welcher in einem Schaltraum die Schaltmechanik angeordnet ist, dass die Polkassette zumindest einen Gaskanal aufweist, welcher mit dem Schaltraum in gaskommunizierender Weise verbunden ist und ausgebildet ist, Gas aus der Polkassette an den elektrischen Bauteilen vorbei an die Umgebung abzugeben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter, für die Absicherung einer elektrischen Schaltung.
  • Solche Schaltvorrichtungen sind grundsätzlich bekannt. Sie dienen dazu, als Sicherung von elektrischen Schaltungen eingesetzt zu werden, um in Überlastsituationen Polanschlüsse dieser Schaltvorrichtung voneinander zu trennen. Das Trennen dieser elektrischen Verbindung dient dazu, eine Beschädigung von in der elektrischen Schaltung angeordneten Bauteilen bzw. Geräten zu vermeiden. Hierfür weisen bekannte Schaltvorrichtungen häufig eine Schaltmechanik auf, die rotierbar ausgebildet ist. Die rotierbaren Schaltarme einer solchen Schaltmechanik können einen Festkontakt mit einem bewegbaren Kontakt verbinden und lösen. Häufig ist eine redundante Ausführung vorgesehen, so dass ein Doppelarm zu beiden Seiten einer Drehachse als Bewegtkontakt mit entsprechenden zwei Festkontakten in Verbindung gebracht werden kann.
  • Nachteilig bei bekannten Schaltvorrichtungen ist es, dass beim Lösen der Kontakte im Überlastfall häufig ein Lichtbogen entsteht. Dieser Lichtbogen führt zur Entstehung von Gas, welches den Schaltraum der Schaltmechanik verlassen muss. Hierfür ist bei bekannten Schaltvorrichtungen grundsätzlich ein Kanal vorgesehen, welcher im Umgehäuse oder in der Polkassette ausgebildet ist. Über diesen Kanal kann das Gas, welches beim Schaltvorgang durch den Lichtbogen entsteht, den Schaltraum verlassen. Jedoch ist bei bekannten Schaltvorrichtungen, wie sie z. B. aus der US 6,480,082 B1 bekannt sind, der Schutz der elektrischen Bauteile der Schaltvorrichtung nicht bekannt. So besteht dort grundsätzlich die Gefahr, dass Gas, welches nicht oder nur schlecht abgeleitet wird, zu Verschmutzungen im Inneren des Schaltraums, insbesondere im Bereich von elektrischen Bauteilen führt. Wird beispielsweise ein Kanal in einem Umgehäuse der Schaltvorrichtung zur Verfügung gestellt, so muss eine Abdichtung dieses Umgehäusekanals zum Schaltraum erfolgen, welche als Sollbruchstelle bei den hohen Schaltdrücken die Gefahr aufweist, dass Gas und damit Verschmutzungen elektrische Bauteile für die Regelung der Schaltvorrichtung beeinträchtigen. Da es sich bei diesen Verschmutzungen zumeist um elektrisch leitfähige Verschmutzungen handelt, kann es auf diese Weise zu unerwünschten Kurzschlusssituationen in den elektrischen Bauteilen und damit zur Beschädigung oder sogar Zerstörung der Schaltvorrichtung kommen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Schaltvorrichtungen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltvorrichtung, insbesondere einen Leistungsschalter, zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise eine Verschmutzung elektrischer Bauteile der Schaltvorrichtung, insbesondere aufgrund einer Plasma- oder Gasentwicklung bei Schaltvorgängen, vermeidet.
  • Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Unteransprüchen und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist insbesondere als elektrischer Leistungsschalter ausgebildet. Er dient der Absicherung einer elektrischen Schaltung und weist zwei Polanschlüsse auf. Darüber hinaus ist eine Schaltmechanik für das automatische Trennen der elektrischen Verbindung der beiden Polanschlüsse im Überlastfall vorgesehen. Weiter weist eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung elektrische Bauteile für die Regelung der Schaltvorrichtung auf. Darüber hinaus ist eine Polkassette vorgesehen, in welcher in einem Schaltraum die Schaltmechanik angeordnet ist. Die Polkassette weist demnach diesen Schaltraum für die Anordnung der Schaltmechanik auf. Eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Polkassette zumindest einen Gaskanal aufweist, welcher mit dem Schaltraum in gaskommunizierender Weise verbunden ist. Dieser Gaskanal ist ausgebildet, um Gas aus der Polkassette an den elektrischen Bauteilen vorbei an die Umgebung abzugeben.
  • Erfindungsgemäß sind also zwei Polanschlüsse vorgesehen, so dass die Schaltvorrichtung Teil einer elektrischen Schaltung sein kann. Sie dient zur Sicherung gegen Überlastsituationen, wie sie z. B im Kurzschlussfall der elektrischen Schaltung vorkommen können. Die Schaltmechanik kann z. B. als Rotations-Schaltmechanik ausgebildet sein, und somit insbesondere ein oder mehrere bewegbare Kontakte oder entsprechend ein oder mehrere Festkontakte aufweisen. Durch Rotation kann ein Verbinden bzw. Trennen der elektrischen Verbindung der beiden Polanschlüsse durchgeführt werden. Die elektrischen Bauteile für die Regelung der Schaltvorrichtung sind insbesondere Bauteile, die hinsichtlich elektrisch leitfähiger Verschmutzungen sensibel reagieren. Dies können Transistoren, Widerstände, Leiterplatten oder auch komplexere elektrische Bauteile sein. Diese elektrischen Bauteile sind nicht innerhalb der Polkassette angeordnet, in welchem in dem Schaltraum die Schaltmechanik aufgenommen ist, sondern außerhalb der Polkassette.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist der Gaskanal in der Polkassette ausgebildet. So kann dieser Gaskanal durch die geometrische Ausbildung der Polkassette als freier Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt sein, über welchen eine gaskommunizierende Verbindung zwischen der Umgebung und dem Schaltraum in direkter oder in indirekter Weise hergestellt werden kann. Eine direkte Abgabe des Gases an die Umgebung bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass der Gaskanal an einem Ende in dem Schaltraum und an seinem anderen Ende in der Umgebung der Schaltvorrichtung mündet. Eine indirekte Abgabe ist dann gegeben, wenn der Gaskanal an seinem einen Ende im Schaltraum und an seinem anderen Ende an einer Übergabe in einen Gasableitungskanal mündet. Dieser Gasableitungskanal kann z. B. im Umgehäuse der Schaltvorrichtung angeordnet und ausgebildet sein. Jedoch ist entscheidend, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Gaskanal in der Polkassette zumindest eine Erstreckung aufweist, welche ein Leiten des Gases an den elektrischen Bauteilen vorbei ermöglicht. Bei indirekter Abgabe an die Umgebung erfolgt also eine Übergabe des Gases an einen nachfolgenden Gasableitungskanal erst nachdem das Gas die elektrischen Bauteile durch den Gaskanal passiert hat. Damit sind die elektrischen Bauteile geschützt und mögliche Schwachstellen in Form von Abdichtungen bei der Schnittstelle zwischen Gaskanal und Gasableitungskanal liegen geometrisch nach dem Passieren der elektrischen Bauteile.
  • Ein weiterer Vorteil bei der vorliegenden Erfindung ist es, dass der Gaskanal in der Polkassette aus besonders widerstandsfähigem Material hergestellt sein kann. So kann z. B. ein duroplastisches Material verwendet werden, um die gesamte Polkassette und damit auch den Gaskanal auszubilden. Die entstehenden hohen Schaltdrücke bei der Ausbildung eines Lichtbogens können auf diese Weise wirksam abgepuffert werden. Auch ist ein duroplastisches Material für die Polkassette und damit für den Gaskanal mit höherer thermischer Stabilität ausstattbar, ohne hohe Kosten mit sich zu bringen, so dass auch eine thermische Stabilisierung bei den hohen Schalttemperaturen bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung möglich ist.
  • Die Verschmutzung, welche durch das entstehende Gas bei dem Trennen der Polanschlüsse entsteht, ist insbesondere ein elektrisch leitender Russ. Dieser wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gaskanals wirksam von den elektrischen Bauteilen ferngehalten, so dass ein Kurzschluss der elektrischen Bauteile über eine Vielzahl von Schaltvorgängen wirksam ausgeschlossen bzw. die Wahrscheinlichkeit dafür reduziert werden kann.
  • Selbstverständlich kann die Schaltvorrichtung zusätzlich weitere Bauteile, insbesondere ein Umgehäuse, aufweisen. Ein solches Umgehäuse schließt die Schaltvorrichtung nach außen ab und weist innen einen Aufnahmeraum auf, in welchem sowohl die Polkassette, als auch separat davon vorzugsweise die elektrischen Bauteile angeordnet sein können.
  • Eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Polkassette mehrstückig ausgebildet ist. Insbesondere weist die Polkassette zwei Halbschalen auf. Dabei sind die einzelnen Bauteile der Polkassette miteinander verbunden. Die mehrstückige Ausbildung der Polkassette reduziert den Kostenaufwand. So kann insbesondere die Herstellung von zwei Polhalbschalen besonders kostengünstig und einfach erfolgen. Eine Verbindung erfolgt z. B. über Verbindungsmittel in Form von Schrauben oder Nieten. Auch eine Verbindung mit Klebe- und/oder Schweißtechnik ist im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich. Von Vorteil ist es, wenn die Verbindung der einzelnen Bauteile der Polkassette eine Widerstandskraft gegen hohe Drücke erlaubt. So sind beim Schalten der Schaltmechanik insbesondere Drücke von größer als 20 MPa zu erwarten. Das Material der Polkassette und insbesondere auch die Verbindung der einzelnen Bauteile sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie derartig hohen Drücken widerstehen können. Die Art der Verbindung ist dabei an die verwendeten Materialien der einzelnen Bauteile angepasst.
  • Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung die Bauteile der Polkassette wenigstens abschnittsweise gegeneinander abgedichtet ausgebildet sind. Dabei kann es sich insbesondere um eine Abdichtung mittels einer Nut/Feder-Verbindung handeln. Die Abdichtung erfolgt hinsichtlich der hohen Drücke während des Schaltens, so dass auch bei derartigen hohen Drücken vermieden wird, dass das Schaltgas den Gaskanal verlässt. Die Abdichtung mittels einer Nut/Feder-Verbindung ist besonders vorteilhaft, da sie kostengünstig und einfach herzustellen ist. Auch wird auf zusätzliche Bauteile in Form von Dichtmitteln, wie sie z. B. O-Ringe darstellen, verzichtet. Darüber hinaus können diese Nut/Feder-Verbindungen als Führung ausgebildet sein, so dass die Dichtwirkung automatisch beim Zusammensetzen der einzelnen Bauteile der Polkassette erzeugt wird. Die Abdichtung ist also insbesondere hinsichtlich eines unerwünschten Austrittes von Gas aus dem Gaskanal zu verstehen. Selbstverständlich sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch Abdichtungen mit zusätzlichen Dichtmitteln möglich.
  • Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung die Polkassette zumindest abschnittsweise aus einem Material mit hoher mechanischer Widerstandskraft gegen die entstehenden Drücke beim Schalten der Schaltmechanik ausgebildet ist. Dabei kann es sich insbesondere um ein duroplastisches Material handeln. Die hohe mechanische Widerstandskraft führt zu einem Widerstand gegen die hohen Schaltdrücke im Bereich von mehr als ca. 20 MPa. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass das Material eine hohe thermische Stabilität aufweist. Dabei sind insbesondere Temperaturen von bis zu 5000 °K als thermische Belastung zu nennen. Jedoch besteht die thermische Belastung nur sehr kurzzeitig im Bereich von Millisekunden, so dass das größere Augenmerk auf die mechanische Widerstandskraft bezüglich der entstehenden Schaltdrücke gelegt wird. Selbstverständlich können die entstehenden Drücke durch eine Vergrößerung des freien Strömungsquerschnittes des Gaskanals verändert werden, insbesondere reduziert werden. Vorzugsweise ist daher auch mehr als ein Gaskanal vorgesehen, so dass ein großer gesamter Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt werden kann, welcher ein schnelles Ableiten und damit ein Reduzieren der Schaltdrücke ermöglicht.
  • Ein weiterer Vorteil kann dann erzielt werden, wenn bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung um die Polkassette ein Umgehäuse vorgesehen ist, in welchem neben der Polkassette auch die elektrischen Bauteile angeordnet sind. Ein solches Umgehäuse kann im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders kostengünstig ausgestaltet werden. So kann in einfacher und kostengünstiger Weise ein thermoplastisches Material im Spritzgussverfahren für die Herstellung des Umgehäuses Verwendung finden. Das Umgehäuse schützt zum einen die Polkassette und zum anderen zusätzlich auch die elektrischen Bauteile. Die elektrischen Bauteile sind also außerhalb der Polkassette, jedoch innerhalb des Umgehäuses angeordnet. Das Umgehäuse schafft somit eine einzige Einheit der Schaltvorrichtung, die hinsichtlich einer Montage in einem Schaltschrank besonders vorteilhaft ausgebildet ist. Auch kann ein solches Umgehäuse mechanische Schnittstellen zum Einsetzen in einer Halterung eines Schaltschrankes aufweisen.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung das Umgehäuse einen Gasableitungskanal aufweist, welcher mit dem Gaskanal der Polkassette in gaskommunizierender Verbindung steht. Dabei handelt es sich um eine Variante mit der bereits beschriebenen indirekten Ableitung des Gases aus dem Schaltraum. Es erfolgt also eine Übergabe des Gases von dem Gaskanal in den Gasableitungskanal. Diese Übergabestelle bzw. die Schnittstelle zwischen Gaskanal und Gasableitungskanal ist vorzugsweise abgedichtet, wie dies im nachfolgenden Absatz noch näher erläutert wird. Die Position dieser Schnittstelle ist derart angeordnet, dass der Gaskanal und damit auch das darin strömende Gas die elektrischen Bauteile bereits passiert haben. Vorzugsweise ist diese Schnittstelle geometrisch derart ausgerichtet, dass auch im Falle einer Teilleckage an dieser Schnittstelle das Gas nicht in Richtung der elektrischen Bauteile gelangen kann. Somit wird auch bei schlechter oder nicht wirksamer Abdichtung dieser Schnittstelle eine Verschmutzung der elektrischen Bauteile durch das Schaltgas wirksam vermieden.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung die Schnittstelle zwischen dem Gaskanal und dem Gasableitungskanal abgedichtet ist. Auch diese Abdichtung kann z. B. über die entsprechende geometrische Ausformung der beiden Anschlussstellen erfolgen. So ist eine Form von Nut und Feder und dementsprechend eine Nut/Feder-Abdichtung denkbar. Auch das Vorsehen eigener Dichtmittel, z. B. von O-Ringen, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.
  • Eine Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise dahingehend weitergebildet werden, dass der Gaskanal zumindest abschnittsweise eine strömungstechnisch optimierte Innenkontur aufweist. Durch die Ausbildung des Gaskanals in der Polkassette kann dies besonders kostengünstig und einfach erfolgen, da keine Schnittstellen zu anderen Kanälen in diesem Abschnitt der Gasführung zu berücksichtigen sind. Die strömungstechnische Optimierung ist insbesondere bezogen auf eine Auslösemechanik zu verstehen, welche im Gaskanal angeordnet sein kann. Diese Auslösemechanik wird durch Anströmen mit dem im Gaskanal geführten Gas ausgelöst, so dass eine Verbesserung der Anströmung und damit ein erhöhter Anströmdruck ein sichereres Auslösen der Auslösemechanik zur Folge haben. Auch eine entsprechende Optimierung hinsichtlich des freien Strömungsquerschnittes kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgen. So kann durch eine Vergrößerung des freien Strömungsquerschnittes eine Vergrößerung des Volumenstroms und damit eine Reduktion des Schaltdruckes erfolgen.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung der Gaskanal wenigstens abschnittsweise einen rechteckigen oder im Wesentlichen rechteckigen freien Strömungsquerschnitt aufweist. Ein rechteckiger oder im Wesentlichen rechteckiger freier Strömungsquerschnitt bringt den Vorteil mit sich, dass bei geringem Platzbedarf eine Maximierung bzw. eine Vergrößerung des freien Strömungsquerschnittes stattfindet. Wie bereits erläutert worden ist, kann durch eine Vergrößerung des freien Strömungsquerschnittes der Schaltdruck reduziert werden. Dies reduziert im gleichen Maße die Gefahr einer Beschädigung des Gaskanals bzw. die Gefahr einer Leckage bei etwaigen vorhandenen Dichtstellen.
  • Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung zumindest ein zweiter Gaskanal in der Polkassette angeordnet und mit dem Schaltraum in gaskommunizierender Weise verbunden ist. Dieser zweite Gaskanal ist für eine Ableitung von Gas aus dem Schaltraum in einer anderen Richtung, insbesondere im Wesentlichen in einer entgegengesetzten Richtung, als der andere Gaskanal ausgebildet. Vorzugsweise befindet sich der zweite Gaskanal also an einer Position, in welcher er nicht an elektrischen Bauteilen vorbeigeführt werden muss. Auf diese Weise kann der freie Strömungsquerschnitt weiter erhöht und damit das entstehende Druckverhältnis während der Schaltsituation reduziert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten "links", "rechts", "oben" und "unten" beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
    Fig. 2
    eine Ausführungsform eines Anschlusses zwischen Gaskanal und Gasableitungskanal und
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Polkassette.
  • In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10 im schematischen Querschnitt dargestellt. So findet sich bei dieser Ausführungsform der Schaltvorrichtung 10 eine Schaltmechanik 40 vor, welche als Rotations-Schaltmechanik ausgebildet ist. Nicht näher dargestellt sind entsprechende Festkontakte und bewegbare Kontakte, die durch Rotation der Schaltmechanik 40 getrennt und geschlossen werden können. Die Schaltmechanik 40 ist in einem Schaltraum 62 einer Polkassette 60 angeordnet. Dieser Schaltraum ist ein freies Volumen, in welchem sich Gas, welches durch einen Lichtbogen beim Trennen der Kontakte der Schaltmechanik 40 entsteht, ausbreiten kann. Um das Gas abzuführen, sind ein erster Gaskanal 64 und ein zweiter Gaskanal 66 vorgesehen. Entscheidend ist zumindest das Vorsehen des ersten Gaskanals 64. Dieser führt rechts oben von dem Schaltraum 62 weg und übergibt (nicht dargestellt) das abgeführte Gas der Umgebung. Diese Übergabe des Schaltgases kann direkt oder indirekt erfolgen, wie dies später noch näher erläutert wird.
  • Wie der Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, handelt es sich bei der Schaltvorrichtung 10 um eine Ausführungsform mit einem Umgehäuse 70. Dieses Umgehäuse 70 umgibt die Polkassette 60 vollständig. Darüber hinaus sind in dem Umgehäuse 70 noch elektrische Bauteile 50 vorgesehen, die eine Regelung der Schaltvorrichtung 10, insbesondere der Schaltmechanik 40, erlauben. An den beiden Enden links und rechts der Schaltvorrichtung 10 sind die beiden Polanschlüsse 20 und 30 schematisch dargestellt. Diese beiden Polanschlüsse 20 und 30 sind miteinander elektrisch leitend verbunden, wobei diese elektrisch leitende Verbindung über die Schaltmechanik 40 getrennt werden kann.
  • Wie der Fig. 1 gut zu entnehmen ist, befinden sich die elektrischen Bauteile 50 zwar innerhalb des Umgehäuses 70, jedoch außerhalb der Polkassette 60. Darüber hinaus ist gut zu erkennen, dass auf der oberen Seite der elektrischen Bauteile 50 der Gaskanal 64, welcher in der Polkassette 60 ausgebildet ist, an den elektrischen Bauteilen 50 vorbeiführt. Eine Übergabestelle, welche abgedichtet werden muss, ist hier neben den elektrischen Bauteilen 50 vermieden. So kann durch dieses Vorsehen des Gaskanals 64 in der Polkassette 60 wirksam vermieden werden, dass im Falle von möglichen Dichtungsleckagen Gas in Richtung der elektrischen Bauteile gelangt und diese verschmutzen würde.
  • Am linken unteren Ende der Schaltvorrichtung 10 ist ein zweiter Gaskanal 66 vorgesehen, welcher eine Übergabestelle in einem Gasableitungskanal 72 des Umgehäuses 70 aufweist. Dieser zusätzliche zweite Gaskanal 66 erhöht den freien Strömungsquerschnitt, so dass der Druck, welcher beim Schalten der Schaltmechanik 40 entsteht, reduziert werden kann.
  • Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Schnittstelle zwischen einem Gaskanal 64 und einem Gasableitungskanal 72, welcher im Umgehäuse 70 angeordnet ist. Hier erfolgt eine Überlappung, so dass bereits durch die geometrische Ausbildung dieser Schnittstelle eine Abdichtung dieser Übergabestelle erfolgt. Diese Übergabestelle zwischen Polkassette 60 und Umgehäuse 70 befindet sich an einer Position, an welcher das Gas innerhalb des Gaskanals 64 die elektrischen Bauteile 50 bereits passiert hat. Somit besteht nicht mehr die Gefahr, dass im Falle einer Leckage oder einer Teilleckage dieser Schnittstelle, wie sie Fig. 2 zeigt, die elektrischen Bauteile 50 durch Gas und entsprechend elektrisch leitfähige Verschmutzung verunreinigt werden.
  • In Fig. 3 ist schematisch ein Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Polkassette 60 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Polkassette 60 aus zwei Polhalbschalen 60a und 60b ausgebildet. Dazwischen bildet sich der Schaltraum 62 aus, in welchem die Schaltmechanik 40 aufgenommen werden kann. Darüber hinaus bildet sich ebenfalls zwischen den beiden Polhalbschalen 60a und 60b der Gaskanal 64 aus. Der Fig. 3 ist ebenfalls gut zu entnehmen, dass die Abdichtung des Gaskanals 64 zwischen den beiden Polhalbschalen 60a und 60b über eine Nut/Feder-Verbindung 68 erfolgt. Damit kann besonders kostengünstig und einfach eine Montage dieser beiden Polhalbschalen 60a und 60b erfolgen und gleichzeitig eine sichere Abdichtung gewährleistet werden.
  • Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung nur im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Schaltvorrichtung
    20
    Polanschluss
    30
    Polanschluss
    40
    Schaltmechanik
    50
    elektrische Bauteile
    60
    Polkassette
    60a
    Polhalbschale
    60b
    Polhalbschale
    62
    Schaltraum
    64
    Gaskanal
    66
    zweiter Gaskanal
    68
    Nut/Feder-Verbindung
    70
    Umgehäuse
    72
    Gasableitungskanal

Claims (10)

  1. Schaltvorrichtung (10), insbesondere elektrischer Leistungsschalter, für die Absicherung einer elektrischen Schaltung, aufweisend zwei Polanschlüsse (20, 30) und eine Schaltmechanik (40) für das automatische Trennen der elektrischen Verbindung der beiden Polanschlüsse (20, 30) in einem Überlastfall, weiter aufweisend elektrische Bauteile (50) für die Regelung der Schaltvorrichtung (10) und eine Polkassette (60), in welcher in einem Schaltraum (62) die Schaltmechanik (40) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Polkassette (60) zumindest einen Gaskanal (64) aufweist, welcher mit dem Schaltraum (62) in gaskommunizierender Weise verbunden ist und ausgebildet ist, Gas aus der Polkassette (60) an den elektrischen Bauteilen (50) vorbei an die Umgebung abzugeben.
  2. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Polkassette (60) mehrstückig ausgebildet ist, insbesondere zwei Polhalbschalen (60a, 60b) aufweist, wobei die einzelnen Bauteile der Polkassette (60) miteinander verbunden sind.
  3. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bauteile der Polkassette (60) wenigstens abschnittsweise gegeneinander abgedichtet ausgebildet sind, insbesondere mittels einer Nut/Feder-Verbindung (68).
  4. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Polkassette (60) zumindest abschnittsweise aus einem Material mit hoher mechanischer Widerstandskraft gegen die entstehenden Drücke beim Schalten der Schaltmechanik (40) ausgebildet ist, insbesondere aus einem duroplastischen Material.
  5. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass um die Polkassette (60) ein Umgehäuse (70) vorgesehen ist, in welchem neben der Polkassette (60) auch die elektrischen Bauteile (50) angeordnet sind.
  6. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Umgehäuse (70) einen Gasableitungskanal (72) aufweist, welcher mit dem Gaskanal (64) der Polkassette (60) in gaskommunizierender Verbindung steht.
  7. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schnittstelle zwischen dem Gaskanal (64) und dem Gasableitungskanal (72) abgedichtet ist.
  8. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gaskanal (64) zumindest abschnittsweise eine strömungstechnisch optimierte Innenkontur aufweist.
  9. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gaskanal (64) wenigstens abschnittsweise einen rechteckigen oder im Wesentlichen rechteckigen freien Strömungsquerschnitt aufweist.
  10. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein zweiter Gaskanal (66) in der Polkassette (60) angeordnet und mit dem Schaltraum (62) in gaskommunizierender Weise verbunden ist, welcher für eine die Ableitung von Gas aus dem Schaltraum (62) in einer anderen Richtung, insbesondere im Wesentlichen in einer entgegengesetzten Richtung, als der andere Gaskanal (64) ausgebildet ist.
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