EP3103130B1 - Schaltsystem - Google Patents

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EP3103130B1
EP3103130B1 EP15700952.3A EP15700952A EP3103130B1 EP 3103130 B1 EP3103130 B1 EP 3103130B1 EP 15700952 A EP15700952 A EP 15700952A EP 3103130 B1 EP3103130 B1 EP 3103130B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
switching system
arc
quenching
porous material
Prior art date
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Active
Application number
EP15700952.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3103130A1 (de
Inventor
Thorsten SCHRANK
Michael Kurrat
Ernst-Dieter Wilkening
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.)
Ellenberger and Poensgen GmbH
Original Assignee
Ellenberger and Poensgen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ellenberger and Poensgen GmbH filed Critical Ellenberger and Poensgen GmbH
Publication of EP3103130A1 publication Critical patent/EP3103130A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3103130B1 publication Critical patent/EP3103130B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/02—Details
    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc
    • 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
    • H01H9/302—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a switching system with a first contact and with a second contact, which can be moved relative to one another in an opening direction.
  • the switching system is intended in particular for the low-voltage range, preferably for a relay or for a contactor, with the voltages to be switched being up to 1500V in direct voltage operation and 1000V in alternating voltage operation.
  • a circuit breaker for direct current and alternating current with two contact points is known.
  • a contact bridge is arranged between the contact points and is moved in the transverse direction when the circuit breaker trips.
  • the arcs that occur at the two contact points are driven by a blower device.
  • one of the two arcs is blown up to an edge region of the contact bridge, whereas one of the base points of the other arc is essentially brought into electrical contact with the two contact points by means of baffles.
  • the two contact points are electrically short-circuited by means of the second arc and the second arc takes over the electrical function of the contact bridge in the closed state.
  • the second arc is thus connected in parallel with the contact bridge.
  • the first of the two arcs is then extinguished.
  • the remaining arc is driven into an arcing chamber by means of a further blowing device and extinguished there.
  • EP 01 79 912 A1 discloses a circuit breaker comprising an inorganic porous material.
  • the inorganic material serves to absorb light.
  • DE 10 2007 028 204 A1 discloses a circuit breaker with switching gas cooling. A metal foam is used to cool down a switching gas caused by an arc. The resulting arc itself is extinguished using quenching plates.
  • CN 102 129 924 A it is known to use a porous metal foam in a circuit breaker.
  • the porous metal foam is used to discharge ionized gas.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable switching system with a first contact, with a second contact, which can be moved relative to one another in an opening direction, and a circuit breaker with the switching system, with an arc forming between the two contacts being extinguished comparatively efficiently , and the weight and size are particularly reduced.
  • the switching system has a first contact and a second contact, which are electrically connected in series and are used to carry current within the switching system.
  • the two contacts can be moved relative to one another in an opening direction.
  • the first contact is fixed, ie it is held in place by means of further elements of the switching system.
  • the second contact is movably mounted, for example, by means of a hinge, for example a film hinge or the like.
  • the first contact is a fixed contact and the second contact is a moving contact.
  • both contacts are movably arranged within the switching system.
  • the first contact is movably mounted by means of a hinge.
  • at least one of the contacts can be moved in a transverse direction.
  • the two contacts are preferably mechanically in direct contact with one another and are spaced apart from one another in the non-conductive state.
  • the contacts are brought to each other in the opening direction.
  • the opening direction is understood in particular as the direction in which the second contact is brought relative to the first contact in order to convert the switching system from the conductive to the non-conductive state.
  • the second contact is moved transversely with respect to the first contact.
  • the opening direction denotes the direction that is parallel to the transversal straight line.
  • the second contact is rotated with respect to the first contact, in particular by means of a hinge or a fixed axis. In this case, the opening direction is tangential to the axis of rotation.
  • the switching system includes an arcing chamber with an arcing element, the arcing chamber being arranged in particular adjacent to the two contacts.
  • the arcing element of the arcing chamber consists of a porous material.
  • the quenching chamber essentially consists of the quenching element or merely has an additional holder for the quenching element.
  • the porous material is particularly preferably open-pored. In other words, the individual pores of the material are connected to one another.
  • the extinguishing element is suitably not electrically conductive, that is to say made of an electrically insulating material.
  • the switching system includes a drive element for driving an arc into the arcing chamber.
  • the arcing chamber, the driving element and the two contacts are arranged in such a way that an arc occurring when the two contacts open is driven between them by means of the driving element into the arcing chamber.
  • a plasma forms in the area of the pores, through which the current flows.
  • the length of the arc formed between the two contacts is increased since the arc propagates only within the pores.
  • the cross-section of the arc is limited. This leads to an increased electrical voltage, which is required to maintain the arc.
  • a heat exchange takes place between the plasma and the comparatively cool extinguishing element. Due to the large contact area between the plasma and the extinguishing element, the heat exchange is comparatively efficient, so that the plasma is cooled to a comparatively high degree.
  • the cooling of the plasma and the associated energy withdrawal ensure an increase in the electrical field strength of the arc. Between the first and second contact, this leads to a sharp and rapid increase in the arc voltage. As soon as the arc voltage reaches or exceeds the value of the electrical voltage applied to the switching system, this leads to a limitation and reduction of the current flow up to and including its interruption.
  • the arc is cooled relatively efficiently and limited in its cross-sectional area and is thus extinguished relatively quickly and consequently puts the switching system in a non-conductive state.
  • porous material makes it possible to manufacture a comparatively light and compact switching system.
  • production of a porous material is simpler and faster than, for example, the arrangement of splitter plates.
  • the switching system can be created comparatively quickly and inexpensively.
  • the speed at which the arc field strength rises is comparatively high, so that the switching system can be switched to a non-conducting state comparatively quickly.
  • the switching system is expediently used in a motor vehicle or an airplane, which is possible due to the comparatively light and compact design of the switching system.
  • the switching system is intended in particular for high direct voltages, preferably for high-voltage relays or for a contactor.
  • the switching system should, preferably in conjunction with a switch in the form of a relay or contactor, for high DC voltages of z. B. at least 330 V and for carrying and separating a continuous current of z. B. at least 32 A, 100 A, 320 A or 1000 A may be suitable.
  • the switching system is suitable for carrying and isolating a continuous current of up to several hundred amperes and a continuous voltage of several hundred volts, with the voltages to be switched being, for example, up to 1500V in DC voltage operation and 1000V in AC voltage operation.
  • the porous material preferably has a pore density, also referred to as cell width, between 20 ppi and 30 ppi (pores per inch). In other words is the number of pores per inch is between 20 and 30. In still other words the number of pores is between 7.5 and 12 per centimeter. Conveniently, the density is equal to 20 ppi, 25 ppi or 30 ppi.
  • a comparatively strong fanning out of the arc within the quenching element can be achieved by means of such a cell width. As a result, an arc is quenched comparatively quickly within the quenching element.
  • the porous material expediently has a porosity of between 70% and 90%, the porosity denoting the ratio of the cavity volume to the total volume.
  • the ratio of the total volume minus the void volume to the total volume referred to as the solids content of the porous material, is in particular equal to 10%, 20% or 30%.
  • the porous material is a ceramic foam which, in particular, has open pores.
  • a comparatively stable extinguishing element is provided in this way.
  • the porous material is Al 2 O 3 .
  • the quenching element is comparatively resistant to high temperatures that arise as a result of an electric arc.
  • a comparatively large number of switching processes can be carried out by means of the switching system, with the erosion of the quenching element being comparatively low.
  • an electrical short circuit by means of the quenching element is ruled out due to the comparatively high specific electrical resistance of the material.
  • the extinguishing element is designed as a hollow cylinder.
  • the cross section of the extinguishing element is annular perpendicularly to its cylinder axis.
  • the second contact is at least partially arranged within the erasing element.
  • the second contact is guided by means of the central recess in the quenching element.
  • the arcing chamber surrounds the second contact and an arc spreading between the second contact and the first contact is driven comparatively quickly into the arcing chamber.
  • the first contact is designed essentially in the shape of a ring or disk and is in direct mechanical contact with one of the cover surfaces of the hollow-cylindrical extinguishing element.
  • the second contact is suitably arranged within the erase element such that the second contact is in direct mechanical contact with the first contact.
  • the second contact is moved away from the first contact by the quenching element in the opening direction, which is parallel to the cylinder axis of the quenching element. In this way, the arc spreads within a certain area and thermal stress or other damage to any other components of the switching system or other elements is excluded.
  • the switching system has a third contact, the position of which is fixed with respect to the first contact.
  • the first and the third contact are fixed contacts.
  • the second contact is movable with respect to both the first and third contacts.
  • the third contact is connected in particular in series with the first and second contacts.
  • the erasing element is arranged between the first contact and the third contact.
  • the second contact is expediently designed in such a way that the arc spreads between the first and third contact before it is extinguished and is driven from there into the extinguishing element by means of the driving element.
  • the erasing element is in direct mechanical contact with both the first and the third contact. In this way, it is no longer possible for the arc to spread outside the quenching element after a certain point in time. Spreading around the quenching element is not possible because of the direct mechanical contact.
  • the extinguishing element is expediently essentially cuboid. A comparatively simple manufacture of the switching system is made possible by means of such a configuration.
  • the first contact is kept at a defined distance from the third contact by means of the erasing element, so that even if a fastening is detached from the first and/or third contact, these two do not come into direct mechanical contact and the switching system is consequently short-circuited.
  • the second contact is in contact with the first and the third contact when the switching system is in the on state.
  • the second contact is expediently designed to be essentially cuboid.
  • the distance between the second contact and the quenching element is suitably increased.
  • the second contact is moved away from the quenching element.
  • the two free ends of the second contact are expediently spaced apart from both the first and the third contact.
  • the further arc that is formed between the second contact and the first or third contact is extinguished.
  • the second contact no longer carries any current and the arc only forms between the first and the third contact.
  • the arc is driven by the driving element into the arcing chamber, which is located between the two contacts, and is extinguished there.
  • the opening direction is away from the quenching element and in particular perpendicular to the shortest connection between the first and third contacts.
  • the driving element is a magnetic element.
  • a magnetic field is generated by means of the driving element.
  • the driving element has a number of magnetic elements, which leads to a comparatively homogeneous magnetic field.
  • the drive element is a permanent magnet, which is preferably made of ferrite. In this way it is possible to create the switching system comparatively inexpensively.
  • the permanent magnet is made of NdFeB, which enables the switching system to have comparatively compact dimensions.
  • the magnetic element is a coil or has at least one coil which generates the magnetic field when it is supplied with suitable current.
  • the magnetic driving element is expediently arranged adjacent to the arcing chamber, and preferably the magnetic field flows through the arcing chamber comparatively strongly.
  • the magnetic field within the arcing chamber is at least a quarter of the maximum magnetic field strength of the magnetic drive element.
  • the magnetic field in the area of the first and second contact is perpendicular to the opening direction. In this way, an arc occurring between the first and second contact is moved comparatively quickly from its original position due to the acting Lorentz force, and burning of the first and/or second contact in the area of mutual mechanical contact is avoided.
  • the driving element is, for example, a consumable element in the form of a solid or a gel-like liquid whose boiling point is below the temperature of the arc.
  • the material of the consumable element is expediently electrically non-conductive, i.e. electrically insulating, e.g. Plexiglas.
  • the drive element is arranged in the area of the two contacts in which the arc occurs.
  • the point of origin of the arc is between the driving element and the arcing chamber. Due to the propagation of the arc, the consumable element is at least partially converted into a gaseous state. As a result of the gas flow created by the outgassing consumable element, the arc is driven into the arcing chamber.
  • the circuit breaker preferably comprises a switching system with a first contact and a second contact, which can be moved relative to one another in an opening direction.
  • the switching system also includes an arcing chamber and a driving element for driving an arc into the arcing chamber, for example a magnetic element that generates a magnetic field, in particular a permanent magnet or an electromagnet.
  • the quenching chamber has a quenching element made of a porous material. Due to the use of the porous material for the quenching element, it is possible to build the circuit breaker comparatively small, compact and light.
  • the circuit breaker is part of a photovoltaic system or a motor vehicle.
  • the circuit breaker is designed to switch comparatively high voltages, in particular greater than or equal to 450 V, and/or high currents, in particular greater than or equal to 10 A.
  • the rated voltage of the circuit breaker is 330 V and the rated current is 32 A, 100 A or 320 A.
  • the rated current is 1000 A.
  • the circuit breaker is useful for carrying and disconnecting a continuous current of up to several hundred amperes and a continuous voltage of several hundred volts suitable, the voltages to be switched amounting to, for example, up to 1500V in DC operation and 1000V in AC operation.
  • the circuit breaker includes a monitoring device, by means of which the electrical current and/or the electrical voltage flowing through the circuit breaker is monitored.
  • the monitoring device has, for example, electrical and/or electronic components or includes a bimetallic element that bends when the rated voltage and/or the rated current is exceeded.
  • a circuit breaker 2 is shown in fragmentary form in a schematically simplified exploded view.
  • the axisymmetric circuit breaker 2 comprises a switching system 4 with a first housing part 6 and a second housing part 8.
  • the first housing part 6 has a groove 10, within which a cuboid arcing chamber 12 is arranged, which is formed by an arcing element 14 made of a porous material is.
  • the quenching element 14 is made of Al 2 O 3 and the porosity of the material used for the quenching element 14 is equal to 85% and the pore density is 20 ppi.
  • the lateral boundary surfaces of the groove 10 are partially formed by a first contact 16 and a third contact 18, each consisting of a copper strip bent into a U-shape.
  • One of the two mutually parallel legs of the copper strips lies in a recess 20 of the first housing part 6 .
  • the limb connecting the two mutually parallel limbs forms the boundary of the groove 10.
  • the extinguishing element 14 is in direct mechanical contact with the two limbs of the copper strips forming the boundary of the groove 10.
  • the erasing element 14 is essentially in the area of the two recesses 20, so that the groove 10 is subdivided by means of the erasing element.
  • the second housing part 8 has a permanent magnet 26 which in turn covers the arcing space 22 and whose magnetic field M is essentially perpendicular to the second contact 24 and the groove 10 .
  • the first housing part 6 also has a permanent magnet, which is arranged on the mirror image of the permanent magnet 26 of the second housing part 8 . In this way, the magnetic field M in the area of the groove 10 is comparatively homogeneous.
  • an electric current flows from the connection 27 of the first contact 16 to the second contact 24 and via this to the third contact 18.
  • Further components of a circuit that is protected by the circuit breaker 2 are connected to the connection 27 of the third contact.
  • the second contact 24 is moved in an opening direction 28 that is parallel to the groove 10 .
  • the opening direction 28 is directed away from the extinguishing element 14 .
  • the second contact 24 is moved by means of a guide and mechanism, not shown here, which is actuated by a monitoring device, also not shown.
  • the current flowing via the two connections 27 is recorded and evaluated by means of this. If the current exceeds a specific rated value, which is 320 A, the second contact 24 is moved in the opening direction 28 .
  • An arc is formed between the free ends 32 of the second contact 24 and the respectively adjacent first contact 16 and the third contact 18 , which arc leads to a further current flow between the two terminals 27 despite the open contacts 16 , 18 , 24 .
  • These two arcs are moved due to the magnetic field M generated by the permanent magnet 26 , which is perpendicular to the opening direction 28 .
  • one end of one of the arcs is driven from one of the free ends 32 to the other free end 32 of the second contact 24, from where this end of the arc flashes over to the first or third contact 16, 18.
  • an arc 34 is formed between the first contact 16 and the third contact 18 within the arcing space 22 and the remaining arc is extinguished.
  • a current flows from the first contact 16 via the arc 34 to the third contact 18 and the circuit breaker is still live.
  • the arc 34 is driven into the arcing chamber 12 counter to the opening direction 28 by means of the permanent magnet 26 due to the Lorentz force. Once the arc 34 reaches the end of the arcing space 22 , the arc 34 enters the quenching element 14 . There, the arc 34 is forced into the pores of the quenching element 14, resulting in a limitation of the cross section of the arc 34 and an increase in its length. Due to the comparatively large-area contact between the arc 34 and the quenching element 14, a comparatively efficient cooling of the arc 34 is brought about. The arc voltage rises comparatively sharply, which results in the flow of current between the two terminals 27 being suppressed.
  • the extinguishing element 14 made of Al 2 O 3 is a ceramic foam and has a pore density of 30ppi and a porosity of 80%. Furthermore, the extinguishing element 14 is designed as a hollow cylinder and is positioned within a first housing 36 .
  • the ring-shaped first contact 16 is connected to the extinguishing element 14 at an axial end of the extinguishing element 14 extending in the opening direction 28 .
  • the first contact 16 also delimits a pot-shaped second housing 38, on the bottom of which one of the connections 27 is located.
  • the opening of the cup-shaped second housing 38 is aligned with the first contact 16, which is aligned concentrically thereto, and the central recess of the extinguishing element 14.
  • the second contact 24, which is also ring-shaped, is carried by a pin 40 with a pin tip 42 made of a non-conductive material, in particular Plexiglas or the like, and a pin shaft 44 made of an electrically conductive material.
  • the second contact 24 is located between the pin tip 42 and the pin shaft 44, at the end of which is opposite the pin tip 42, the second connection 27 of the switching system 4 is located.
  • the pin 40 is disposed within the first housing 36 and the second housing 38 and positively engages and is guided by the respective central recesses.
  • the pin 40 In the conductive state of the switching system 4, the pin 40 is located within the first housing 36 and the second housing 38. Here, the pin tip 42 is inserted into the second housing 38 until the second contact 24 is flush the first contact is 16. In other words, the pen tip 42 is substantially entirely within the second housing 38. The second contact 24 mechanically abuts the first contact 16 directly. As a result, a current flows from the connection 27 arranged on the second housing 38 via the second housing 38 and the first contact 16 to the second contact 24 and from there via the pin shaft 44 to the connection 27 arranged there.
  • the pin 40 is moved out of the second housing 38 along the opening direction 28 .
  • the second contact 24 moves through the quenching element 14 to the end of the first housing 36 facing away from the second housing 38.
  • the arc 34 forms between the first contact 16 and the second contact 24 along the pin tip 42. Due to the effect of heat on the pin tip 42, the latter partially evaporates, which, because of the pressure increased in this way, leads to a gas flow running perpendicularly to the opening direction 28.
  • the flow of particles drives the arc 34 radially outward into the quenching element 14. As the pin 40 is displaced, the length of the arc 34 is increased.
  • the number of pores of the porous material of the quenching element 14 within which a plasma is formed or into which the plasma is forced increases, the plasma carrying the flow of electric current between the two terminals 27 .
  • the strength of the interaction between the arc 34 and the quenching element 14 and thus the increase in the arc voltage is so great that this limits the flow of current between the two terminals 27 and ultimately prevents it .

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltsystem mit einem ersten Kontakt und mit einem zweiten Kontakt, die zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich sind. Das Schaltsystem ist insbesondere für den Niederspannungsbereich vorgesehen, vorzugsweise für ein Relais oder für ein Schütz, wobei die zu schaltenden Spannungen bis zu 1500V im Gleichspannungsbetrieb und 1000V im Wechselspannungsbetrieb betragen.
  • Aus der DE 10 2009 013 337 B4 ist ein Schutzschalter für Gleichstrom- und Wechselstrom mit zwei Kontaktstellen bekannt. Zwischen den Kontaktstellen ist eine Kontaktbrücke angeordnet, die bei einem Auslösen des Schutzschalters in transversaler Richtung verbracht wird. Die an den beiden Kontaktstellen entstehenden Lichtbögen werden mittels einer Blaseinrichtung getrieben. Einer der beiden Lichtbögen wird hierbei bis zu einem Randbereich der Kontaktbrücke geblasen, wohingegen einer der Fußpunkte des anderen Lichtbogens mittels Leitblechen im Wesentlichen in elektrischen Kontakt mit den beiden Kontaktstellen verbracht wird. Mit anderen Worten werden mittels des zweiten Lichtbogens die beiden Kontaktstellen elektrisch kurzgeschlossen und der zweite Lichtbogen übernimmt die elektrische Funktion der Kontaktbrücke im geschlossenen Zustand. Der zweite Lichtbogen ist somit parallel zu der Kontaktbrücke geschaltet. Der erste der beiden Lichtbögen erlischt hierbei. Der verbleibende Lichtbogen wird mittels einer weiteren Blaseinrichtung in eine Löschkammer getrieben und dort zum Erlöschen gebracht.
  • Aus EP 01 79 912 A1 ist ein Schutzschalter bekannt, der ein anorganisches poröses Material umfasst. Das anorganische Material dient der Absorption von Licht. In DE 10 2007 028 204 A1 ist ein Leistungsschalter mit Schaltgaskühlung offenbart. Ein Metallschaum dient der Abkühlung eines aufgrund eines Lichtbogens hervorgerufenen Schaltgases. Der entstehende Lichtbogen selbst wird mittels Löschblechen gelöscht.
  • Auch aus CN 102 129 924 A ist es bekannt, einen porösen Metallschaum in einem Schutzschalter einzusetzen. Hierbei dient der poröse Metallschaum der Ableitung von ionisiertem Gas.
  • DE 22 37 280 A1 offenbart ein Schaltsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Schaltsystem mit einem ersten Kontakt, mit einem zweiten Kontakt, die zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich sind, und einen Schutzschalter mit dem Schaltsystem anzugeben, wobei ein sich zwischen den beiden Kontakten bildender Lichtbogen vergleichsweise effizient gelöscht wird, und wobei das Gewicht und die Größe insbesondere reduziert sind.
  • Hinsichtlich des Schaltsystems wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Schutzschalters durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das Schaltsystem weist einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und zur Stromführung innerhalb des Schaltsystems dienen. Die beiden Kontakte sind zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich. Hierbei ist beispielsweise der erste Kontakt feststehend, also wird mittels weiterer Elemente des Schaltsystems ortsfest gehalten. Der zweite Kontakt ist beispielsweise mittels eines Scharniers, beispielsweise eines Filmscharniers oder dergleichen, beweglich gelagert. Mit anderen Worten ist der erste Kontakt ein Festkontakt und der zweite Kontakt ein Bewegkontakt. Alternativ hierzu sind beide Kontakte beweglich innerhalb des Schaltsystems angeordnet. Insbesondere ist der erste Kontakt mittels eines Scharniers beweglich gelagert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zumindest einer der Kontakte in eine transversale Richtung verbringbar.
  • In dem leitenden Zustand des Schaltsystems liegen die beiden Kontakte vorzugsweise mechanisch direkt aneinander an und sind im nichtleitenden Zustand voneinander beabstandet. Hierbei werden die Kontakte zueinander in die Öffnungsrichtung verbracht. Unter Öffnungsrichtung wird insbesondere die Richtung verstanden, in die der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts verbracht wird, um das Schaltsystem von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand zu überführen. Beispielsweise wird der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts transversal verbracht. Hierbei bezeichnet die Öffnungsrichtung die Richtung, die parallel zur transversalen Geraden ist. Alternativ wird der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts rotiert, insbesondere mittels eines Scharniers oder einer feststehenden Achse. In diesem Fall ist die Öffnungsrichtung tangential bezüglich der Rotationsachse.
  • Das Schaltsystem umfasst eine Löschkammer mit einem Löschelement, wobei die Löschkammer insbesondere benachbart zu den beiden Kontakten angeordnet ist. Das Löschelement der Löschkammer besteht aus einem porösen Material. Insbesondere besteht die Löschkammer im Wesentlichen aus dem Löschelement oder weist lediglich zusätzlich eine Halterung für das Löschelement auf. Besonders bevorzugt ist das poröse Material offenporig. Mit anderen Worten sind die einzelnen Poren des Materials miteinander verbunden. Geeigneterweise ist hierbei das Löschelement elektrisch nicht leitend, also aus einem elektrisch isolierenden Material.
  • Ferner umfasst das Schaltsystem ein Treibelement zum Treiben eines Lichtbogens in die Löschkammer. Die Löschkammer, das Treibelement und die beiden Kontakte sind derart angeordnet, dass ein bei Öffnung der beiden Kontakte entstehender Lichtbogen zwischen diesen mittels des Treibelements in die Löschkammer getrieben wird. Bei einem Überführen des Schaltsystems von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand ist es möglich, dass zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt aufgrund einer vergleichsweise hohen elektrischen Spannung ein Plasma gebildet wird und somit ein Lichtbogen entsteht, über den ein elektrischer Strom fließt. In Folge dessen besteht ein Stromfluss durch das Schaltsystem auch bei geöffneten Kontakten fort. Mittels des Treibelements wird der Lichtbogen in die Löschkammer getrieben und breitet sich in dem Löschelement aus. Insbesondere bildet sich im Bereich der Poren ein Plasma, über das der Strom fließt. Mit anderen Worten wird die Länge des zwischen den beiden Kontakten gebildeten Lichtbogens erhöht, da sich der Lichtbogen lediglich innerhalb der Poren ausbreitet. Zudem wird bei einer geeigneten Wahl der Porengröße der Querschnitt des Lichtbogens begrenzt. Dies führt zu einer erhöhten elektrischen Spannung, die zum Erhalt des Lichtbogens erforderlich ist.
  • Zwischen dem Plasma und dem vergleichsweise kühlen Löschelement findet ein Wärmeaustausch statt. Aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen dem Plasma und dem Löschelement ist der Wärmeaustausch vergleichsweise effizient, so dass das Plasma vergleichsweise stark gekühlt wird. Das Kühlen des Plasmas und der damit einhergehende Energieentzug sorgen für eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke des Lichtbogens. Zwischen dem ersten und zweiten Kontakt führt dies zu einem starken und schnellen Anstieg der Lichtbogenspannung. Sobald die Lichtbogenspannung den Wert der an dem Schaltsystem anliegenden elektrischen Spannung erreicht oder diesen übersteigt, führt dies zu einer Begrenzung und Reduzierung des Stromflusses bis hin zu seiner Unterbrechung. Zusammenfassend wird der Lichtbogen vergleichsweise effizient gekühlt und in seiner Querschnittsfläche begrenzt und somit vergleichsweise schnell gelöscht und folglich das Schaltsystem in einen nichtleitenden Zustand versetzt.
  • Aufgrund der Verwendung des porösen Materials ist es ermöglicht, ein vergleichsweise leichtes und kompaktes Schaltsystem zu fertigen. Zudem ist die Fertigung eines porösen Materials einfacher und schneller als beispielsweise die Anordnung von Löschblechen. In Folge dessen kann das Schaltsystem vergleichsweise schnell und kostengünstig erstellt werden. Ferner ist die Geschwindigkeit des Anstiegs der Lichtbogenfeldstärke vergleichsweise groß, sodass ein vergleichsweise schnelles Versetzen des Schaltsystems in einen nichtleitenden Zustand ermöglicht ist.
  • Zweckmäßigerweise wird das Schaltsystem in einem Kraftfahrzeug oder einem Flugzeug verwendet, was aufgrund der vergleichsweise leichten und kompakten Ausführung des Schaltsystems möglich ist. Das Schaltsystem ist insbesondere für hohe Gleichspannungen, vorzugsweise für Hochvolt-Relais oder für ein Schütz, vorgesehen. Das Schaltsystem soll, vorzugsweise in Verbindung mit einem Schalter in Form eines Relais oder Schützes, für hohe Gleichspannungen von z. B. mindestens 330 V und zum Tragen und Trennen eines Dauerstroms von z. B. mindestens 32 A, 100 A, 320 A oder 1000 A geeignet sein. Insbesondere ist das Schaltsystem zum Tragen und Trennen eines Dauerstromes von bis zu mehreren hundert Ampere und einer Dauerspannung von mehreren hundert Volt geeignet, wobei die zu schaltenden Spannungen z.B. bis zu 1500V im Gleichspannungsbetrieb und 1000V im Wechselspannungsbetrieb betragen.
  • Vorzugsweise weist das poröse Material eine Porendichte, auch als Zellweite bezeichnet, zwischen 20 ppi und 30 ppi (pores per inch) auf. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Poren pro inch zwischen 20 und 30. Mit nochmals anderen Worten ist die Anzahl der Poren zwischen 7,5 und 12 pro Zentimeter. Zweckmäßigerweise ist die Dichte gleich 20 ppi, 25 ppi oder 30 ppi. Mittels einer derartigen Zellweite ist eine vergleichsweise starke Auffächerung des Lichtbogens innerhalb des Löschelements erreichbar. In Folge dessen wird ein Lichtbogen vergleichsweise schnell innerhalb des Löschelements gelöscht.
  • Zweckmäßigerweise weist das poröse Material eine Porosität zwischen 70 % und 90 % auf, wobei die Porosität das Verhältnis des Hohlraumvolumens zu dem Gesamtvolumen bezeichnet. Das Verhältnis des Gesamtvolumens abzüglich des Hohlraumvolumens zu dem Gesamtvolumen, als Feststoffanteil des porösen Materials bezeichnet, ist insbesondere gleich 10 %, 20 % oder 30 %. Bei einer derartigen Wahl der Porosität ist einerseits eine vergleichsweise hohe strukturelle Stabilität des Löschelements gewährleistet. Andererseits sind vergleichsweise viele Hohlräume geschaffen, innerhalb derer sich die Lichtbögen ausbreiten.
  • Das poröse Material ist eine Schaumkeramik, die insbesondere offenporig ist. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise stabiles Löschelement bereitgestellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das poröse Material Al2O3. Bei einer derartigen Materialwahl ist das Löschelement vergleichsweise resistent gegen hohe Temperaturen, die sich aufgrund eines Lichtbogens ergeben. In Folge dessen können vergleichsweise viele Schaltvorgänge mittels des Schaltsystems durchgeführt werden, wobei der Abbrand des Löschelements vergleichsweise gering ist. Zudem ist ein elektrischer Kurzschluss mittels des Löschelements aufgrund des vergleichsweise hohen spezifischen elektrischen Widerstands des Werkstoffs ausgeschlossen.
  • Beispielsweise ist das Löschelement hohlzylindrisch ausgestaltet. Insbesondere ist der Querschnitt des Löschelements senkrecht zu dessen Zylinderachse ringförmig. Innerhalb des Löschelements ist der zweite Kontakt zumindest teilweise angeordnet. Beispielsweise wird der zweite Kontakt mittels der zentralen Aussparung des Löschelements geführt. Auf diese Weise umgibt die Löschkammer den zweiten Kontakt und ein sich zwischen dem zweiten Kontakt und dem ersten Kontakt ausbreitender Lichtbogen wird vergleichsweise schnell in die Löschkammer getrieben. Insbesondere ist der erste Kontakt im Wesentlichen ring- oder scheibenförmig ausgestaltet und in direktem mechanischen Kontakt mit einer der Deckflächen des hohlzylindrischen Löschelements. Im leitendem Zustand ist der zweite Kontakt geeigneterweise derart innerhalb des Löschelements angeordnet, dass der zweite Kontakt in direktem mechanischen Kontakt mit dem ersten Kontakt ist. Zur Überführung des Schaltsystems in einen nichtleitenden Zustand wird der zweite Kontakt in Öffnungsrichtung, die parallel zur Zylinderachse des Löschelements ist, durch das Löschelement von dem ersten Kontakt weg bewegt. Auf diese Weise breitet sich der Lichtbogen innerhalb eines bestimmten Bereichs aus und eine thermische Belastung oder sonstige Beschädigung von etwaigen weiteren Bestandteilen des Schaltsystems oder sonstiger Elemente ist ausgeschlossen.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Schaltsystem einen dritten Kontakt auf, dessen Position bezüglich des ersten Kontakts fest ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem ersten und dem dritten Kontakt um Festkontakte. In Folge dessen ist der zweite Kontakt bezüglich sowohl des ersten als auch des dritten Kontakts beweglich. Der dritte Kontakt ist im leitenden Zustand des Schaltsystems insbesondere in Reihe zu dem ersten und zweiten Kontakt geschalten. Zwischen dem ersten Kontakt und dem dritten Kontakt ist das Löschelement angeordnet. Zweckmäßigerweise ist der zweite Kontakt derart beschaffen, dass sich der Lichtbogen vor dessen Löschung zwischen dem ersten und dritten Kontakt ausbreitet und von dort mittels des Treibelements in das Löschelement getrieben wird. Mit anderen Worten wird der Lichtbogen, sofern er nicht bereits auf dem Weg zur Löschkammer erlischt, in die Löschkammer getrieben. Insbesondere ist das Löschelement in direktem mechanischem Kontakt mit sowohl dem ersten als auch dem dritten Kontakt. Auf diese Weise ist eine Ausbreitung des Lichtbogens außerhalb des Löschelements ab einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehr möglich. Eine Ausbreitung um das Löschelement herum ist wegen des direkten mechanischen Kontakts nicht möglich. Zweckmäßigerweise ist das Löschelement im Wesentlichen quaderförmig. Mittels einer derartigen Ausgestaltung ist eine vergleichsweise einfache Fertigung des Schaltsystems ermöglicht.
  • Ferner wird mittels des Löschelements der erste Kontakt in einem definierten Abstand zu dem dritten Kontakt gehalten, so dass auch bei einem etwaigen Ablösen einer Befestigung von dem ersten und/oder dritten Kontakt diese beiden nicht in direkten mechanischen Kontakt gelangen und folglich das Schaltsystem kurzgeschlossen wird.
  • Beispielsweise liegt der zweite Kontakt im leitenden Zustand des Schaltsystems an dem ersten und an dem dritten Kontakt an. Zweckmäßigerweise ist der zweite Kontakt im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet. Im nichtleitenden Zustand des Schaltsystems ist der Abstand zwischen dem zweiten Kontakt und dem Löschelement geeigneterweise vergrößert. Mit anderen Worten wird zur Überführung des Schaltsystems von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand der zweite Kontakt von dem Löschelement weg bewegt. Hierbei werden zweckmäßigerweise die beiden Freienden des zweiten Kontakts sowohl von dem ersten als auch von dem dritten Kontakt beabstandet. In Folge dessen bildet sich zunächst ein Lichtbogen zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt und einer zwischen dem zweiten und dem dritten Kontakt aus. Mittels des Treibelements wird zumindest einer der Lichtbögen entlang des zweiten Kontakts getrieben, bis dieser auf den ersten bzw. dritten Kontakt überschlägt. In Folge dessen erlischt der weitere Lichtbogen, der zwischen dem zweiten Kontakt und dem ersten bzw. dritten kontakt gebildet ist. Mit anderen Worten führt der zweite Kontakt keinen Strom mehr und der Lichtbogen bildet sich lediglich zwischen dem ersten und dem dritten Kontakt aus. Von dort wird der Lichtbogen mittels Treibelements in die Löschkammer, die sich zwischen den beiden Kontakten befindet, getrieben und erlischt dort. Die Öffnungsrichtung ist bei einer derartigen Ausgestaltung des Schaltsystems von dem Löschelement weg und insbesondere senkrecht zur kürzesten Verbindung zwischen dem ersten und dritten Kontakt.
  • Geeigneterweise ist das Treibelement ein magnetisches Element. Mit anderen Worten wird mittels des Treibelements ein Magnetfeld erzeugt. Alternativ weist das Treibelement eine Anzahl magnetischer Elemente auf, was zu einem vergleichsweise homogenen Magnetfeld führt. Insbesondere ist das Treibelement ein Permanentmagnet, der vorzugsweise aus einem Ferrit erstellt ist. Auf diese Weise ist es ermöglicht, das Schaltsystem vergleichsweise kostengünstig zu erstellen. Alternativ ist der Permanentmagnet aus NdFeB gefertigt, was vergleichsweise kompakte Abmessungen des Schaltsystems ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform ist das magnetische Element eine Spule oder weist zumindest eine Spule auf, die bei einer geeigneten Bestromung das Magnetfeld erzeugt.
  • Zweckmäßigerweise ist das magnetische Treibelement benachbart zur Löschkammer angeordnet, und vorzugsweise ist die Löschkammer vergleichsweise stark von dem Magnetfeld durchflossen. Insbesondere beträgt das Magnetfeld innerhalb der Löschkammer zumindest ein Viertel der maximalen Magnetfeldstärke des magnetischen Treibelements. Geeigneterweise ist das Magnetfeld im Bereich des ersten und zweiten Kontakts senkrecht zur Öffnungsrichtung. Auf diese Weise wird ein sich zwischen dem ersten und zweiten Kontakt entstehender Lichtbogen aufgrund der wirkenden Lorentzkraft vergleichsweise schnell von seiner ursprünglichen Position weg bewegt und ein Abbrand des ersten und/oder zweiten Kontakts im Bereich einer gegenseitigen mechanischen Anlage vermieden.
  • Alternativ hierzu ist das Treibelement beispielsweise ein Abbrandelement in Form eines Festkörpers oder einer gelartigen Flüssigkeit, dessen Siedetemperatur unterhalb der Temperatur des Lichtbogens liegt. Zweckmäßigerweise ist das Material des Abbrandelements elektrisch nicht leitend, also elektrisch isolierend, z.B. Plexiglas. Insbesondere ist das Treibelement hierbei im Bereich der beiden Kontakte angeordnet, in dem der Lichtbogen entsteht. Insbesondere ist der Entstehungsort des Lichtbogens zwischen dem Treibelement und der Löschkammer. Aufgrund der Ausbreitung des Lichtbogens wird das Abbrandelement zumindest teilweise in einen gasförmigen Zustand überführt. In Folge der entstehenden Gasströmung des ausgasenden Abbrandelements wird der Lichtbogen in die Löschkammer getrieben.
  • Der Schutzschalter umfasst vorzugsweise ein Schaltsystem mit einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt, die zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich sind. Ferner umfasst das Schaltsystem eine Löschkammer und ein Treibelement zum Treiben eines Lichtbogens in die Löschkammer, beispielsweise ein magnetisches Element, das ein Magnetfeld erzeugt, insbesondere einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten. Die Löschkammer weist mit einem Löschelement aus einem porösen Material auf. Aufgrund der Verwendung des porösen Materials für das Löschelement ist es ermöglicht, den Schutzschalter vergleichsweise klein, kompakt und leicht zu bauen. Insbesondere ist der Schutzschalter Bestandteil einer Photovoltaikanlage oder eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere ist der Schutzschalter ausgelegt, vergleichsweise hohe Spannungen, insbesondere größer oder gleich 450 V, und/oder hohe Ströme, insbesondere größer oder gleich 10 A zu schalten. Insbesondere ist die Nennspannung des Schutzschalters 330 V und der Nennstrom 32 A, 100 A oder 320 A. Beispielsweise beträgt der Nennstrom 1000 A. Zweckmäßigerweise ist der Schutzschalter zum Tragen und Trennen eines Dauerstromes von bis zu mehreren hundert Ampere und einer Dauerspannung von mehreren hundert Volt geeignet, wobei die zu schaltenden Spannungen z.B. bis zu 1500V im Gleichspannungsbetrieb und 1000V im Wechselspannungsbetrieb betragen. Der Schutzschalter umfasst insbesondere zusätzlich zu dem Schaltsystem eine Überwachungsvorrichtung, mittels derer der durch den Schutzschalter fließende elektrische Strom und/oder die elektrische Spannung überwacht wird. Die Überwachungsvorrichtung weist beispielsweise elektrische und/oder elektronische Komponenten auf oder umfasst ein Bimetallelement, das sich bei Überschreiten der Nennspannung und/oder des Nennstroms verbiegt.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    in einer Explosionszeichnung eine erste Ausführungsform des Schutzschalters mit einem Schaltsystem ,
    Fig. 2
    in einer Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform des Schutzschalters.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In Fig. 1 ist in einer Explosionsdarstellung schematisch vereinfacht ein Schutzschalter 2 ausschnittsweise dargestellt. Der achsensymmetrische Schutzschalter 2 umfasst ein Schaltsystem 4 mit einem ersten Gehäuseteil 6 und einem zweiten Gehäuseteil 8. Der erste Gehäuseteil 6 weist eine Nut 10 auf, innerhalb derer eine quaderförmig gestaltete Löschkammer 12 angeordnet ist, die von einem aus einem porösen Material bestehenden Löschelement 14 gebildet ist. Das Löschelement 14 ist aus Al2O3 gefertigt, und die Porosität des für das Löschelements 14 verwendeten Materials ist gleich 85% und die Porendichte beträgt 20ppi. Die seitlichen Begrenzungsflächen der Nut 10 sind teilweise von einem ersten Kontakt 16 und einem dritten Kontakt 18 gebildet, die jeweils aus einem in eine in U-Form gebogenen Kupferstreifen bestehen. Die Kupferstreifen liegt hierbei jeweils mit einem der beiden zueinander parallelen Schenkel in einer Aussparung 20 des ersten Gehäuseteils 6 ein. Der die beiden zueinander parallelen Schenkel verbindende Schenkel bildet die Begrenzung der Nut 10. Das Löschelement 14 ist mit den beiden die Begrenzung der Nut 10 bildenden Schenkeln der Kupferstreifen in direktem mechanischem Kontakt. Hierbei befindet sich das Löschelement 14 im Wesentlichen im Bereich der beiden Aussparungen 20, so dass die Nut 10 mittels des Löschelements unterteilt ist.
  • Von dem ersten Kontakt 16, dem dritten Kontakt 18 und dem Löschelement 14 wird ein Lichtbogenraum 22 gebildet, der bis zu dem Ende der Nut 10 reicht. Dort ist im leitenden Zustand ein zweiter Kontakt 24 in Form eines Streifens aus Kupfer angeordnet. Der zweite Gehäuseteil 8 weist einen Permanentmagneten 26 auf, der den Lichtbogenraum 22 seinerseits abdeckt, und dessen Magnetfeld M im Wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Kontakt 24 und der Nut 10 ist. In einer hier nicht dargestellten Variante weist das erste Gehäuseteil 6 ebenfalls einen Permanentmagneten auf, der an der spiegelbildlich zu dem Permanentmagneten 26 des zweiten Gehäuseteils 8 angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Magnetfeld M im Bereich der Nut 10 vergleichsweise homogen.
  • Die beiden Schenkel des ersten Kontakts 16 und des dritten Kontakts 18, an denen der zweite Kontakt 24 im leitenden Zustand anliegt, weisen freiendseitig einen Anschluss 27 auf. Im Betrieb fließt ein elektrischer Strom von dem Anschluss 27 des ersten Kontakts 16 zu dem zweiten Kontakt 24 und über diesen zu dem dritten Kontakt 18. An dem Anschluss 27 des dritten Kontakts sind weitere Bestandteile eines Stromkreises angebunden, der mittels des Schutzschalters 2 abgesichert ist. Zur Überführung des Schaltsystems in den nichtleitenden Zustand wird der zweite Kontakt 24 in eine Öffnungsrichtung 28 bewegt, die parallel zu der Nut 10 ist. Die Öffnungsrichtung 28 ist dabei von dem Löschelement 14 weggerichtet. Die Bewegung des zweiten Kontakts 24 erfolgt mittels einer hier nicht dargestellten Führung und Mechanik, die von einer ebenfalls nicht gezeigten Überwachungseinrichtung betätigt wird. Mittels dieser wird der über die beiden Anschlüsse 27 fließende Strom erfasst und ausgewertet. Überschreitet der Strom einen bestimmten Nennwert, der 320 A beträgt, so wird der zweite Kontakt 24 in Öffnungsrichtung 28 verbracht.
  • Zwischen den Freienden 32 des zweiten Kontakts 24 und dem jeweils benachbarten ersten Kontakt 16 bzw. dem dritten Kontakt 18 bildet sich jeweils ein Lichtbogen aus, der trotz der geöffneten Kontakte 16, 18, 24 zu einem weiteren Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen 27 führt. Diese beiden Lichtbögen werden aufgrund des mittels des Permanentmagneten 26 erzeugten Magnetfelds M bewegt, das senkrecht zur Öffnungsrichtung 28 ist. Hierbei wird ein Ende eines der Lichtbögen von einem der Freienden 32 zum anderen Freiende 32 des zweiten Kontakts 24 getrieben, von wo dieses Ende des Lichtbogens auf den ersten bzw. dritten Kontakt 16, 18 überschlägt. In Folge dessen ist ein Lichtbogen 34 zwischen dem ersten Kontakt 16 und dem dritten Kontakt 18 innerhalb des Lichtbogenraums 22 gebildet und der verbleibende Lichtbogen erlischt. Somit fließt ein Strom von dem ersten Kontakt 16 über den Lichtbogen 34 zu dem dritten Kontakt 18 und der Schutzschalter ist weiterhin stromführend.
  • Der Lichtbogen 34 wird mittels des Permanentmagneten 26 aufgrund der Lorentzkraft entgegen der Öffnungsrichtung 28 in die Löschkammer 12 getrieben. Sobald der Lichtbogen 34 das Ende des Lichtbogenraums 22 erreicht, tritt der Lichtbogen 34 in das Löschelement 14 ein. Dort wird der Lichtbogen 34 in die Poren des Löschelements14 gedrängt, was zu einer Begrenzung des Querschnitts des Lichtbogens 34 und einer Vergrößerung von dessen Länge führt. Aufgrund des vergleichsweise großflächigen Kontakts zwischen dem Lichtbogen 34 und dem Löschelement 14 wird eine vergleichsweise effiziente Kühlung des Lichtbogens 34 hervorgerufen. Die Lichtbogenspannung steigt vergleichsweise stark an, was in einer Unterbindung des Stromflusses zwischen den beiden Anschlüssen 27 resultiert.
  • In Fig. 2 ist in einer Schnittdarstellung entlang der Öffnungsrichtung 28 eine weitere Ausgestaltungsform des Schaltsystems 4 gezeigt. Das aus Al2O3 gefertigte Löschelement 14 ist eine Schaumkeramik und weist eine Porendichte von 30ppi und eine Porosität von 80% auf. Ferner ist das Löschelement 14 hohlzylindrisch ausgestaltet und innerhalb eines ersten Gehäuses 36 positioniert. An einem axialen Ende des sich in Öffnungsrichtung 28 erstreckenden Löschelements 14 ist der ringförmig ausgestaltete erste Kontakt 16 an dem Löschelement 14 angebunden. Der erste Kontakt 16 begrenzt hierbei zudem ein topfförmig ausgestaltetes zweites Gehäuse 38, an dessen Topfboden sich einer der Anschlüsse 27 befindet. Die Öffnung des topfförmigen zweiten Gehäuses 38 fluchtet mit dem hierzu konzentrisch ausgerichteten ersten Kontakt 16 und der zentralen Aussparung des Löschelements 14.
  • Der ebenfalls ringförmig ausgestaltete zweite Kontakt 24 wird von einem Stift 40 mit einer Stiftspitze 42 aus einem nichtleitenden Material, insbesondere Plexiglas oder dergleichen, und einem Stiftschaft 44 aus einem elektrisch leitenden Material getragen. Der zweite Kontakt 24 befindet sich hierbei zwischen der Stiftspitze 42 und dem Stiftschaft 44, an dessen der Stiftspitze 42 gegenüber liegenden Ende sich der zweite Anschluss 27 des Schaltsystems 4 befindet. Der Stift 40 ist innerhalb des ersten Gehäuses 36 und des zweiten Gehäuses 38 angeordnet und liegt formschlüssig in den jeweiligen zentralen Aussparungen ein und wird von diesen geführt.
  • Im leitenden Zustand des Schaltsystems 4 befindet sich der Stift 40 innerhalb des ersten Gehäuses 36 und des zweiten Gehäuses 38. Hierbei ist die Stiftspitze 42 so weit in das zweite Gehäuse 38 eingeführt, bis der zweite Kontakt 24 bündig zu dem ersten Kontakt 16 ist. Mit anderen Worten befindet sich die Stiftspitze 42 im Wesentlichen vollständig innerhalb des zweiten Gehäuses 38. Der zweite Kontakt 24 liegt mechanisch direkt an dem ersten Kontakt 16 an. In Folge dessen fließt ein Strom von dem an dem zweiten Gehäuse 38 angeordneten Anschluss 27 über das zweite Gehäuse 38 und den ersten Kontakt 16 zu dem zweiten Kontakt 24 und von dort über den Stiftschaft 44 zu dem dort angeordneten Anschluss 27.
  • Zur Unterbrechung des Stromflusses wird der Stift 40 entlang der Öffnungsrichtung 28 aus dem zweiten Gehäuse 38 heraus bewegt. Der zweite Kontakt 24 bewegt sich hierbei durch das Löschelement 14 hindurch zu dem dem zweiten Gehäuse 38 abgewandten Ende des ersten Gehäuses 36. In Folge dessen bildet sich der Lichtbogen 34 zwischen dem ersten Kontakt 16 und dem zweiten Kontakt 24 entlang der Stiftspitze 42 aus. Aufgrund der Hitzeeinwirkung auf die Stiftspitze 42 verdampft diese partiell, was wegen des auf diese Weise erhöhten Drucks zu einer senkrecht zur Öffnungsrichtung 28 verlaufenden Gasströmung führt. Die Partikelströmung treibt den Lichtbogen 34 radial nach außen in das Löschelement 14. Mit zunehmender Verbringung des Stifts 40 wird die Länge des Lichtbogens 34 vergrößert. In Folge dessen nimmt die Anzahl der Poren des porösen Materials des Löschelements 14 zu, innerhalb derer ein Plasma gebildet ist oder in die das Plasma gedrängt ist, wobei das Plasma den elektrischen Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen 27 trägt. Ab einem bestimmten Abstand zwischen dem ersten Kontakt 16 und dem zweiten Kontakt 24 ist die Stärke der Wechselwirkung zwischen dem Lichtbogens 34 und dem Löschelement 14 und somit die Erhöhung der Lichtbogenspannung so groß, dass hierdurch der Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen 27 begrenzt und schließlich unterbunden wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Der Gegenstand der Erfindung ist durch die beigelegte Ansprüche definiert.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Schutzschalter
    4
    Schaltsystem
    6
    erstes Gehäuseteil
    8
    zweites Gehäuseteil
    10
    Nut
    12
    Löschkammer
    14
    Löschelement
    16
    erster Kontakt
    18
    dritter Kontakt
    20
    Aussparung
    22
    Lichtbogenraum
    24
    zweiter Kontakt
    26
    Permanentmagnet
    27
    Anschluss
    28
    Öffnungsrichtung
    32
    Freiende
    34
    Lichtbogen
    36
    erstes Gehäuse
    38
    zweites Gehäuse
    40
    Stift
    42
    Stiftspitze
    44
    Stiftschaft
    M
    Magnetfeld

Claims (10)

  1. Schaltsystem (4) mit einem ersten und einem zweiten Kontakt (16, 24), die zueinander in eine Öffnungsrichtung (28) beweglich sind, und mit einer Löschkammer (12), die ein Löschelement (14) aus einem porösen Material umfasst, sowie mit einem Treibelement (26) zum Treiben eines Lichtbogens (34) derart in die Löschkammer (12), dass sich dieser in dem Löschelement (14) ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material eine Schaumkeramik ist.
  2. Schaltsystem (4) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das poröse Material eine Porendichte zwischen 20 pores per inch und 30 pores per inch aufweist.
  3. Schaltsystem (4) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das poröse Material eine Porosität zwischen 70% und 90% aufweist.
  4. Schaltsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das poröse Material Al2O3 ist.
  5. Schaltsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Löschelement (14) hohlzylindrisch geformt und der zweite Kontakt (24) zumindest teilweise innerhalb des Löschelements (14) angeordnet ist.
  6. Schaltsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    gekennzeichnet durch
    einen dritten Kontakt (18), dessen Position bezüglich des ersten Kontakts (16) fest ist, wobei das Löschelement (14) zwischen dem ersten und dem dritten Kontakt (16, 18) angeordnet ist, und insbesondere in direktem mechanischen Kontakt mit diesen steht.
  7. Schaltsystem (4) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zweite Kontakt (24) im leitenden Zustand jeweils freiendseitig an dem ersten und an dem dritten Kontakt (16, 18) anliegt, wobei im nichtleitenden Zustand der Abstand zwischen dem zweiten Kontakt (24) und dem Löschelement (14) insbesondere vergrößert ist.
  8. Schaltsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Treibelement (26) magnetisch ist.
  9. Schaltsystem (4) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Magnetfeld (M) des magnetischen Treibelements (26) im Bereich der beiden Kontakte (16, 24) senkrecht zur Öffnungsrichtung (28) ist.
  10. Schutzschalter (2) mit einem Schaltsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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