EP3341950B1 - Kontaktvorrichtung für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter - Google Patents

Kontaktvorrichtung für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter Download PDF

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EP3341950B1
EP3341950B1 EP16739178.8A EP16739178A EP3341950B1 EP 3341950 B1 EP3341950 B1 EP 3341950B1 EP 16739178 A EP16739178 A EP 16739178A EP 3341950 B1 EP3341950 B1 EP 3341950B1
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EP
European Patent Office
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contact
connection element
region
magnet
angle
Prior art date
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Active
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EP16739178.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3341950A1 (de
Inventor
Robert Hoffmann
Thomas Westebbe
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP3341950A1 publication Critical patent/EP3341950A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3341950B1 publication Critical patent/EP3341950B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/18—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H33/182—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/546—Contact arrangements for contactors having bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—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 contact device for an electrical switch.
  • the invention further relates to an electrical switch which has the contact device.
  • Switching arcs occur in a relay when the current is interrupted. These must be interrupted in order to safely interrupt the current flow and prevent the component from being destroyed.
  • Blowing magnets are often used to extinguish arcs.
  • a blow magnet is a permanent magnet or electromagnet that is used to deflect the switching arc between the contacts of the relay by the Lorentz force acting on the arc and thereby lengthen it and thus extinguish it more quickly.
  • the document JP 2011 204478 A discloses a contact device according to the preamble of claim 1.
  • the object on which the invention is based is to create a contact device for an electrical switch and an electrical switch which enable more reliable operation of the electrical switch and/or have a lower probability of failure, in particular a probability of at least partial destruction is reduced.
  • the invention is characterized by a contact device for an electrical switch.
  • the contact device comprises a first connection element, a second connection element and a movable contact bridge.
  • the contact device comprises at least two magnets for extinguishing arcs that arise when the electrical switch is switched.
  • the magnets generate a magnetic field in a first area, which includes at least a first contact area and a second contact area, in which the first connection element or the second connection element are in contact with the contact bridge when the electrical switch is in a closed switching position.
  • the contact device comprises a plurality of deflection elements which are arranged and designed to distort the magnetic field in such a way that a first arc that forms between the first connection element and the contact bridge and a second arc that forms between the second connection element and the contact bridge , regardless of a respective current direction in the connection elements, are pushed in different, mutually repellent directions.
  • a direct arc short circuit in the electrical switch can be prevented.
  • the arcs are lengthened and extinguished more quickly because they have a larger surface area and therefore cool down more quickly and the arcs, which contain ionized air, lose their conductivity more quickly.
  • the contact device can be advantageously used for electrical switches that are used in connection with charging and discharging an electrical energy storage device, since different current directions occur here.
  • the contact bridge can assume a first position in which the contact bridge conductively connects the first connection element and the second connection element. Furthermore, the contact bridge can assume a second position in which the first connection element and the second connection element are insulated.
  • a first direction vector which represents the direction in which the first arc is urged, closes an angle within the area larger with a connection axis that connects a center of the first contact region to a center of the second contact region 90° to less than 270°.
  • a second direction vector which represents the direction in which the second arc is urged, forms an angle with the connecting axis within the range of less than 90° to greater than -90°.
  • the first direction vector has a directional component along the connection axis that points away from the second contact area.
  • the second direction vector has a directional component along the connection axis that points away from the first contact area. This ensures that there is no connection between the two arcs.
  • At least two deflection elements are each partially arranged around an area in which the first connection element and the second connection elements and the contact bridge are arranged.
  • the area in which the first connection element and the second connection element and the contact bridge are arranged and around which the at least one deflection element is arranged is rectangular or approximately rectangular. This advantageously enables cost-effective production of the contact device.
  • At least one of the magnets is arranged on a first side of the area in which the first connection element and the second connection element and the contact bridge are arranged. Furthermore, at least one of the magnets is arranged on a second side of the area opposite the first side.
  • the contact device has a first deflection element which comprises a first angle with a first angular section and a second angular section, the first angular section running at least partially along a first end face of the area and the second angular section running at least partially along the first side of the area.
  • the contact device has a second deflection element which comprises a second angle which has a first angular section and a second angular section, wherein the first angular section runs at least partially along a second end face of the region opposite the first end face and the second angular section runs partially along the second side of the area.
  • the angles effect advantageously, that the magnetic field is distorted independently of a respective current direction in the first and second connection element in such a way that the first arc, which forms between the first connection element and the contact bridge, and the second arc, which forms between the second connection element and the contact bridge forms, are pushed in different, mutually repellent directions.
  • the first and second angles enable the contact device to be manufactured cost-effectively.
  • the at least one deflection element has magnetically conductive material or consists of magnetically conductive material.
  • the first and second deflection elements have magnetically conductive material or consist of magnetically conductive material. The magnetically conductive material enables the desired deflection of the magnetic field lines to be achieved.
  • the second angle section of the first angle and the second angle is designed and arranged in such a way that it at least partially covers the at least one magnet of the first side or the second side.
  • the second angle section of the first angle and/or the second angle is designed and arranged such that it completely covers the at least one magnet of the first side or the second side. This advantageously enables sufficient deflection of the magnetic field lines with little material expenditure.
  • the at least one magnet on the first side and the at least one magnet on the second side are arranged such that sides of the magnets with the same polarity face each other. That is, the first and second magnets are mounted in such a way that they repel each other. This makes it possible to achieve additional deflection of the magnetic field lines in the first and second contact areas.
  • the contact device has a first magnet which is arranged on the first side. Furthermore, the contact device has a second magnet which is arranged on the second side.
  • the first magnet and the second magnet each cover a second area that extends from the first contact area of the first connection element to the second contact area of the second connection element.
  • the first magnet and the second magnet are arranged and designed such that they cover at least the first contact area and the second contact area. This makes it possible to generate a suitable magnetic field.
  • the magnets can also be smaller and each be arranged between the contact areas.
  • the invention is characterized by an electrical switch which has the contact device according to the first aspect and a drive unit.
  • the drive unit is designed to move the contact bridge of the contact device between a first position, in which the contact bridge connects the first connection element and the second Connecting element conductively connects, and to move back and forth to a second position in which the first connecting element and the second connecting element are insulated.
  • Advantageous embodiments of the first aspect also apply to the second aspect.
  • the electrical switch can be a relay.
  • the drive unit preferably has a magnetic drive and the contact bridge assumes the second position when the magnetic drive is de-energized.
  • Figure 1 shows an embodiment of an electrical switch.
  • the electrical switch is designed, for example, as a relay 10.
  • the relay 10 includes a drive unit 20 and a contact device 30.
  • the drive unit 20 includes, for example, a magnetic drive with at least one coil 24 and a plunger 26, which is arranged in the at least one coil 24.
  • the coil 24 can be subjected to a voltage from the outside in order to generate a magnetic field in the plunger 26, whereby the plunger 26 can be moved axially along its longitudinal axis in the direction of the contact device 30.
  • the coil 24 and the plunger 26 are preferably arranged within a magnetizable yoke 28.
  • the contact device 30 comprises a first connection element 31, a second connection element 32 and a movable contact bridge 33.
  • the drive unit 20, in particular the plunger 26, is arranged and designed, depending on an energization of the coil 24, the contact bridge 33 of the contact device 30 between a first position in which the contact bridge 33 conductively connects the first connection element 31 and the second connection element 32, and a second position in which the first connection element 31 and the second connection element 32 are insulated.
  • the contact device 30 comprises at least two magnets, a first magnet 35 and a second magnet 36, for extinguishing arcs that arise when the electrical switch is switched, the magnets 35, 36 generating a magnetic field in a first area which is at least a first contact area and a second contact area, in which the first connection element 31 and the second connection element 32 are in contact with the contact bridge 33 when the electrical switch is in a closed switching position.
  • the contact device 30 comprises at least two deflection elements which are arranged and designed to distort the magnetic field in such a way that a first arc, which forms between the first connection element 31 and the contact bridge 33, and a second arc, which forms between the second connection element 32 and the contact bridge 33, regardless of a respective current direction in the connection elements 31, 32, are pushed in different, mutually repellent directions.
  • Figure 2 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of the contact device 30.
  • the contact device 30 has a frame that delimits a space in which the first connection element 31 and the second connection elements 32 as well as the contact bridge 33 are at least partially arranged.
  • the frame can be part of a housing or a contact chamber, for example a ceramic chamber.
  • the frame facilitates a stable arrangement of the magnets 35, 36 and the deflection elements.
  • the contact device 30 has a first deflection element and a second deflection element, which are part of the frame.
  • the first and second deflection elements preferably have a magnetically conductive material or consist of a magnetically conductive material.
  • the frame has a first side wall 37 and a second side wall 38 opposite the first side wall 37.
  • the first and second side walls 37, 38 are preferably designed to be magnetically non-conductive.
  • the first magnet 35 is arranged on the first side wall 37.
  • the first side wall 37 has a recess in which the first magnet 35 is arranged.
  • the second magnet 36 is arranged, for example, on the second side wall 38.
  • the second side wall 38 has a recess in which the second magnet 36 is arranged.
  • the first magnet 35 and the second magnet 36 are each arranged on the first side wall 37 and on the second side wall 38, respectively, such that sides of the magnets 35, 36 with the same polarity face each other.
  • the first magnet 35 and the second magnet 36 are arranged directly opposite each other on an inside of the frame.
  • the first deflection element is designed as a first angle 39 with a first and second angle section 41, 42.
  • the first angle section 41 runs along a first Front side of the frame and the second angle section 42 is at least partially arranged along the first side wall 37.
  • the second deflection element is designed as a second angle 40 with a first angle section 43 and a second angle section 44, the first angle section 43 running along a second end face of the frame opposite the first end face and the second angle section 44 partially arranged along the second side wall 38 is.
  • the second angle sections 42, 44 of the first angle 39 and the second angle 40 are each arranged on an outside of the first side wall 37 and the second side wall 38, respectively.
  • Figure 3 shows a top view of the contact device 30.
  • a first magnetic field profile is shown.
  • a current through the first connection element 31 and second connection element 32 has a first current direction.
  • a first and second direction vector FL1, FL2 is shown.
  • the first direction vector FL1 represents, by way of example, the direction in which the first arc is pushed.
  • the second direction vector FL2 represents, by way of example, the direction in which the second arc is pushed.
  • the two direction vectors FL1, FL2 point away from each other.
  • the direction vectors FL1, FL2 each represent force vectors of the Lorentz force, which acts on the ionized air, i.e. the arcs, at the corresponding point.
  • the first direction vector FL1 includes a directional component along a connecting axis, which is a center of the first contact area connects to a center of the second contact area, which points away from the second contact area.
  • the second direction vector FL2 has a directional component along the connection axis that points away from the first contact area.
  • Figure 4 shows a top view of the contact device 30.
  • a second magnetic field profile is shown.
  • a current through the first connection element 31 and second connection element 32 has a second current direction that is opposite to the first current direction.
  • the first arc and second arcs are forced in different directions than in Figure 3 case shown.
  • the first direction vector FL1 includes a directional component along the connection axis, which points away from the second contact area
  • the second direction vector FL2 also has a directional component along the connection axis, which points away from the first contact area.

Landscapes

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung für einen elektrischen Schalter. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Schalter, der die Kontaktvorrichtung aufweist.
  • Relais und insbesondere Schütze werden überwiegend zum Schalten hoher und höchster elektrischer Lasten eingesetzt. Solche Schalter weisen bevorzugt Kontaktkammern auf, an die hohe Anforderungen in Bezug auf mögliche Betriebstemperaturen, erlaubte Innendrücke, das elektrische Isolationsvermögen und die Lichtbogenbeständigkeit gestellt werden. In einem Relais treten beim Unterbrechen des Stromes Schaltlichtbögen auf. Diese müssen unterbrochen werden, um den Stromfluss sicher zu unterbrechen und einer Zerstörung des Bauteils entgegen zu wirken.
  • Zum Löschen der Lichtbögen werden häufig Blasmagnete eingesetzt. Ein Blasmagnet ist ein Permanentmagnet oder Elektromagnet, der dazu genutzt wird, den Schaltlichtbogen zwischen den Kontakten des Relais durch die auf den Lichtbogen wirkende Lorentzkraft abzulenken und dadurch zu verlängern und somit schneller zum Verlöschen zu bringen.
  • Das Dokument JP 2011 204478 A offenbart eine Kontaktvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, eine Kontaktvorrichtung für einen elektrischen Schalter und einen elektrischen Schalter zu schaffen, die einen zuverlässigeren Betrieb des elektrischen Schalters ermöglichen und/oder eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen, da insbesondere eine Wahrscheinlichkeit einer zumindest teilweisen Zerstörung reduziert ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch eine Kontaktvorrichtung für einen elektrischen Schalter. Die Kontaktvorrichtung umfasst ein erstes Anschlusselement, ein zweites Anschlusselement und eine bewegliche Kontaktbrücke. Ferner umfasst die Kontaktvorrichtung zumindest zwei Magnete zur Löschung von Lichtbögen, die beim Schalten des elektrischen Schalters entstehen. Die Magnete erzeugen ein Magnetfeld in einem ersten Bereich, der zumindest einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich umfasst, in denen bei einer geschlossenen Schaltstellung des elektrischen Schalters das erste Anschlusselement beziehungsweise das zweite Anschlusselement in Kontakt mit der Kontaktbrücke sind. Des Weiteren umfasst die Kontaktvorrichtung mehrere Ablenkelemente, die angeordnet und ausgebildet sind, das Magnetfeld derart zu verzerren, dass ein erster Lichtbogen, der sich zwischen dem ersten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, und ein zweiter Lichtbogen der sich zwischen dem zweiten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, unabhängig von einer jeweiligen Stromrichtung in den Anschlusselementen in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen gedrängt werden.
  • Dies hat den Vorteil, dass eine Verbindung der beiden Lichtbögen, insbesondere in einem Gasraum der Kontaktvorrichtung, verhindert werden kann und zwar egal, in welche Richtung der Strom in der Kontaktvorrichtung fließt. Ein direkter Lichtbogenkurzschluss in dem elektrischen Schalter kann verhindert werden. Unter Ausnutzung der Lorentzkräfte werden die Lichtbögen verlängert und verlöschen schneller, da sie eine größere Oberfläche aufweisen und damit schneller auskühlen und die Lichtbögen, die ionisierte Luft umfassen, ihre Leitfähigkeit schneller verlieren. Die Kontaktvorrichtung kann vorteilhaft für elektrische Schalter, die im Zusammenhang mit einem Laden und Entladen eines elektrischen Energiespeichers eingesetzt werden, genutzt werden, da hier unterschiedliche Stromrichtungen auftreten.
  • Die Kontaktbrücke kann eine erste Stellung einnehmen, in der die Kontaktbrücke das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement leitend verbindet. Ferner kann die Kontaktbrücke eine zweite Stellung einnehmen, in der das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement isoliert sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt schließt ein erster Richtungsvektor, der die Richtung repräsentiert, in die der erste Lichtbogen gedrängt wird, mit einer Verbindungsachse, die ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs mit einem Zentrum des zweiten Kontaktbereichs verbindet, einen Winkel innerhalb des Bereichs größer 90° bis kleiner 270° ein. Ein zweiter Richtungsvektor, der die Richtung repräsentiert, in die der zweite Lichtbogen gedrängt wird, schließt mit der Verbindungsachse einen Winkel innerhalb des Bereichs kleiner 90° bis größer -90° ein. Der erste Richtungsvektor weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem zweiten Kontaktbereich weg weist. Der zweite Richtungsvektor weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem ersten Kontaktbereich weg weist. So kann sichergestellt werden, dass keine Verbindung der beiden Lichtbögen erfolgt.
  • Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Ablenkelemente jeweils teilweise um einen Bereich angeordnet, in dem das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselemente und die Kontaktbrücke angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Bereich, in dem die das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement und die Kontaktbrücke angeordnet sind und um den das zumindest eine Ablenkelement angeordnet ist, rechteckförmig oder näherungsweise rechteckförmig. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige Herstellung der Kontaktvorrichtung.
  • Erfindungsgemäß ist zumindest einer der Magnete auf einer ersten Seite des Bereichs angeordnet, in dem das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement und die Kontaktbrücke angeordnet sind. Ferner ist zumindest einer der Magnete auf einer zu der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Bereichs angeordnet. Die Kontaktvorrichtung weist ein erstes Ablenkelement auf, das einen ersten Winkel umfasst mit einem ersten Winkelabschnitt und einem zweiten Winkelabschnitt, wobei der erste Winkelabschnitt zumindest teilweise entlang einer ersten Stirnseite des Bereichs verläuft und der zweite Winkelabschnitt zumindest teilweise entlang der ersten Seite des Bereichs verläuft. Des Weiteren weist die Kontaktvorrichtung ein zweites Ablenkelement auf, das einen zweiten Winkel umfasst, der einen ersten Winkelabschnitt und einen zweiten Winkelabschnitt aufweist, wobei der erste Winkelabschnitt zumindest teilweise entlang einer zu der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Bereichs verläuft und der zweite Winkelabschnitt teilweise entlang der zweiten Seiten des Bereichs verläuft. Die Winkel bewirken vorteilhafterweise, dass sich das Magnetfeld unabhängig von einer jeweiligen Stromrichtung in dem ersten und zweiten Anschlusselement derart verzerrt, dass der erste Lichtbogen, der sich zwischen dem ersten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, und der zweite Lichtbogen, der sich zwischen dem zweiten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen gedrängt werden. Ferner ermöglichen der erste und der zweite Winkel eine kostengünstige Herstellung der Kontaktvorrichtung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weise das zumindest eine Ablenkelement magnetisch leitfähiges Material auf oder besteht aus magnetisch leitfähigem Material. Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Ablenkelement magnetisch leitfähiges Material auf oder bestehen aus magnetisch leitfähigem Material. Das magnetisch leitfähige Material ermöglicht, eine gewünschte Ablenkung der Magnetfeldlinien zu erzielen.
  • Erfindungsgemäß ist jeweils der zweite Winkelabschnitt des ersten Winkels und des zweiten Winkels derart ausgebildet und angeordnet, dass er den zumindest einen Magneten der ersten Seite beziehungsweise der zweiten Seite zumindest teilweise überdeckt. Vorzugsweise ist der zweite Winkelabschnitt des ersten Winkels und/oder des zweiten Winkels derart ausgebildet und angeordnet, dass er den zumindest einen Magneten der ersten Seite beziehungsweise der zweiten Seite vollständig überdeckt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine ausreichende Ablenkung der Magnetfeldlinien mit geringem Materialaufwand.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind der zumindest eine Magnet der ersten Seite und der zumindest eine Magnet der zweiten Seite derart angeordnet, dass gleichpolige Seiten der Magnete sich zugewandt sind. Das heißt, der erste und der zweite Magnet sind derart montiert, dass sie abstoßend aufeinander wirken. Dadurch kann eine zusätzliche Ablenkung der Magnetfeldlinien im ersten und zweiten Kontaktbereich erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Kontaktvorrichtung einen ersten Magneten auf, der auf der ersten Seite angeordnet ist. Des Weiteren weist die Kontaktvorrichtung einen zweiten Magneten auf, der an der zweiten Seite angeordnet ist. Hierbei überdecken der erste Magnet und der zweite Magnet jeweils einen zweiten Bereich, der sich von dem ersten Kontaktbereich des ersten Anschlusselements zu dem zweiten Kontaktbereich des zweiten Anschlusselements erstreckt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind der erste Magnet und der zweite Magnet derart angeordnet und ausgebildet, dass sie zumindest jeweils den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich überdecken. Dies ermöglicht, ein geeignetes Magnetfeld zu erzeugen. Alternativ können die Magnete auch kleiner sein und jeweils zwischen den Kontaktbereichen angeordnet sein.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch einen elektrischen Schalter, der die Kontaktvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und eine Antriebseinheit aufweist. Die Antriebseinheit ist dazu ausgebildet, die Kontaktbrücke der Kontaktvorrichtung zwischen einer ersten Stellung, in der die Kontaktbrücke das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement leitend verbindet, und einer zweiten Stellung, in der das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement isoliert sind, hin und her zu bewegen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts gelten hierbei auch für den zweiten Aspekt.
  • Der elektrische Schalter kann ein Relais sein. Vorzugsweise weist die Antriebseinheit einen Magnetantrieb auf und die Kontaktbrücke nimmt die zweite Stellung ein, wenn der Magnetantrieb unbestromt ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schalters, der eine Kontaktvorrichtung umfasst,
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Kontaktvorrichtung,
    Figur 3
    eine Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung mit einem ersten Magnetfeldverlauf, und
    Figur 4
    die Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung mit einem zweiten Magnetfeldverlauf.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schalters. Der elektrische Schalter ist beispielsweise als Relais 10 ausgebildet.
  • Das Relais 10 umfasst eine Antriebseinheit 20 und eine Kontaktvorrichtung 30. Die Antriebseinheit 20 umfasst beispielsweise einen Magnetantrieb mit zumindest einer Spule 24 und einem Stößel 26, der in der zumindest einen Spule 24 angeordnet ist. Die Spule 24 kann von außen mit einer Spannung beaufschlagt werden, um ein Magnetfeld in dem Stößel 26 zu erzeugen, wodurch der Stößel 26 axial entlang seiner Längsachse in Richtung der Kontaktvorrichtung 30 bewegbar ist. Die Spule 24 und der Stößel 26 sind vorzugsweise innerhalb eines magnetisierbaren Jochs 28 angeordnet.
  • Die Kontaktvorrichtung 30 umfasst ein erstes Anschlusselement 31, ein zweites Anschlusselement 32 und eine bewegliche Kontaktbrücke 33.
  • Die Antriebseinheit 20, insbesondere der Stößel 26, ist angeordnet und ausgebildet, abhängig von einer Bestromung der Spule 24, die Kontaktbrücke 33 der Kontaktvorrichtung 30 zwischen einer ersten Stellung, in der die Kontaktbrücke 33 das erste Anschlusselement 31 und das zweite Anschlusselement 32 leitend verbindet, und einer zweiten Stellung, in der das erste Anschlusselement 31 und das zweite Anschlusselement 32 isoliert sind, umzuschalten.
  • Die Kontaktvorrichtung 30 umfasst zumindest zwei Magnete, einen ersten Magneten 35 und einen zweiten Magneten 36, zur Löschung von Lichtbögen, die beim Schalten des elektrischen Schalters entstehen, wobei die Magnete 35, 36 ein Magnetfeld in einem ersten Bereich erzeugen, der zumindest einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich umfasst, in denen bei einer geschlossenen Schaltstellung des elektrischen Schalters das erste Anschlusselement 31 beziehungsweise das zweite Anschlusselement 32 in Kontakt mit der Kontaktbrücke 33 sind.
  • Ferner umfasst die Kontaktvorrichtung 30 zumindest zwei Ablenkelemente, die angeordnet und ausgebildet sind, das Magnetfeld derart zu verzerren, dass ein erster Lichtbogen, der sich zwischen dem ersten Anschlusselement 31 und der Kontaktbrücke 33 ausbildet, und ein zweiter Lichtbogen, der sich zwischen dem zweiten Anschlusselement 32 und der Kontaktbrücke 33 ausbildet, unabhängig von einer jeweiligen Stromrichtung in den Anschlusselementen 31, 32 in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen gedrängt werden. Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Kontaktvorrichtung 30.
  • Die Kontaktvorrichtung 30 weist einen Rahmen auf, der einen Raum begrenzt, in dem das erste Anschlusselement 31 und das zweite Anschlusselemente 32 sowie die Kontaktbrücke 33 zumindest teilweise angeordnet sind. Der Rahmen kann Teil eines Gehäuses sein oder einer Kontaktkammer, beispielsweise einer keramischen Kammer. Der Rahmen erleichtert eine stabile Anordnung der Magnete 35, 36 und der Ablenkelemente.
  • Für die Funktion der Lichtbogenlöschung ist eine jeweilige Anordnung der Magnete 35, 36 und der Ablenkelemente in Bezug auf die Anschlusselemente 31, 32 und die Kontaktbrücke 33 maßgebend.
  • Die Kontaktvorrichtung 30 weist ein erstes Ablenkelement und ein zweites Ablenkelement auf, die Teil des Rahmens sind. Das erste und zweite Ablenkelement weisen bevorzugt ein magnetisch leitfähiges Material auf oder bestehen aus einem magnetisch leitfähigem Material.
  • Der Rahmen weist eine erste Seitenwand 37 und eine zu der ersten Seitenwand 37 gegenüberliegende zweite Seitenwand 38 auf. Die erste und zweite Seitenwand 37, 38 sind vorzugsweise magnetisch nicht-leitend ausgebildet.
  • An der ersten Seitenwand 37 ist beispielsweise der erste Magnet 35 angeordnet. Alternativ weist die erste Seitenwand 37 eine Aussparung auf, in der der erste Magnet 35 angeordnet ist.
  • Der zweite Magnet 36 ist beispielsweise an der zweiten Seitenwand 38 angeordnet. Alternativ weist die zweite Seitenwand 38 eine Aussparung auf, in der der zweite Magnet 36 angeordnet ist.
  • Der erste Magnet 35 und der zweite Magnet 36 sind jeweils derart an der ersten Seitenwand 37 beziehungsweise an der zweiten Seitenwand 38 angeordnet, dass gleichpolige Seiten der Magnete 35, 36 sich zugewandt sind. Vorzugsweise sind der erste Magnet 35 und der zweite Magnet 36 auf einer Innenseite des Rahmens direkt gegenüberliegend angeordnet.
  • Das erste Ablenkelement ist ausgeführt als ein erster Winkel 39 mit einem ersten und zweiten Winkelabschnitt 41, 42. Der erste Winkelabschnitt 41 verläuft entlang einer ersten Stirnseite des Rahmens und der zweite Winkelabschnitt 42 ist zumindest teilweise entlang der ersten Seitenwand 37 angeordnet.
  • Das zweite Ablenkelement ist ausgeführt als ein zweiter Winkel 40 mit einem ersten Winkelabschnitt 43 und einen zweiten Winkelabschnitt 44, wobei der erste Winkelabschnitt 43 entlang einer zu der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Rahmens verläuft und der zweite Winkelabschnitt 44 teilweise entlang der zweiten Seitenwand 38 angeordnet ist.
  • Die zweiten Winkelabschnitte 42, 44 des ersten Winkels 39 und des zweiten Winkels 40 sind jeweils auf einer Außenseite der ersten Seitenwand 37 beziehungsweise der zweiten Seitenwand 38 angeordnet.
  • Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung 30. Es ist ein erster Magnetfeldverlauf gezeigt. Ein Strom durch das erste Anschlusselement 31 und zweite Anschlusselement 32 weist eine erste Stromrichtung auf. Ferner ist ein erster und zweiter Richtungsvektor FL1, FL2 gezeigt. Der erste Richtungsvektor FL1 repräsentiert beispielhaft die Richtung, in die der erste Lichtbogen gedrängt wird. Der zweite Richtungsvektor FL2 repräsentiert beispielhaft die Richtung, in die der zweite Lichtbogen gedrängt wird. Die beiden Richtungsvektoren FL1, FL2 weisen voneinander weg. Die Richtungsvektoren FL1, FL2 repräsentieren jeweils Kraftvektoren der Lorentzkraft, die auf die ionisierte Luft, das heißt die Lichtbögen, an der entsprechenden Stelle wirkt.
  • Insbesondere umfasst der erste Richtungsvektor FL1 einen Richtungsanteil entlang einer Verbindungsachse, die ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs mit einem Zentrum des zweiten Kontaktbereichs verbindet, der von dem zweiten Kontaktbereich weg weist. Der zweite Richtungsvektor FL2 weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem ersten Kontaktbereich weg weist.
  • Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung 30. Es ist ein zweiter Magnetfeldverlauf gezeigt. Ein Strom durch das erste Anschlusselement 31 und zweite Anschlusselement 32 weist eine zu der ersten Stromrichtung entgegengesetzte zweite Stromrichtung auf. Der erste Lichtbogen und zweite Lichtbögen werden in andere Richtungen abgedrängt als in dem in Figur 3 gezeigten Fall. Aber auch hier umfasst der erste Richtungsvektor FL1 einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse, der von dem zweiten Kontaktbereich weg weist und auch der zweite Richtungsvektor FL2 weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem ersten Kontaktbereich weg weist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Relais
    20
    Antriebseinheit
    24
    Spule
    26
    Stößel
    28
    Joch
    30
    Kontaktvorrichtung
    31
    erstes Anschlusselement
    32
    zweites Anschlusselement
    33
    Kontaktbrücke
    35
    erster Magnet
    36
    zweiter Magnet
    37
    erste Seitenwand
    38
    zweite Seitenwand
    39
    erster Winkel
    40
    zweiter Winkel
    41
    erster Winkelabschnitt des ersten Winkels
    42
    zweiter Winkelabschnitt des ersten Winkels
    43
    erster Winkelabschnitt des zweiten Winkels
    FL1
    erster Richtungsvektor
    FL2
    zweiter Richtungsvektor
    M
    Magnetfeldlinie

Claims (7)

  1. Kontaktvorrichtung (30) für einen elektrischen Schalter aufweisend
    - ein erstes Anschlusselement (31),
    - ein zweites Anschlusselement (32),
    - eine bewegliche Kontaktbrücke (33),
    - zumindest zwei Magnete (35, 36) zur Löschung von Lichtbögen, die beim Schalten des elektrischen Schalters entstehen, wobei die Magnete (35, 36) ein Magnetfeld in einem ersten Bereich erzeugen, der zumindest einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich umfasst, in denen bei einer geschlossenen Schaltstellung des elektrischen Schalters das erste Anschlusselement (31) beziehungsweise das zweite Anschlusselement (32) in Kontakt mit der Kontaktbrücke (33) sind,
    - zumindest ein erstes Ablenkelement und ein zweites Ablenkelement, die Teil eines Rahmens sind und die angeordnet und ausgebildet sind, das Magnetfeld derart zu verzerren, dass ein erster Lichtbogen, der sich zwischen dem ersten Anschlusselement (31) und der Kontaktbrücke (33) ausbildet, und ein zweiter Lichtbogen, der sich zwischen dem zweiten Anschlusselement (32) und der Kontaktbrücke (33) ausbildet, unabhängig von einer jeweiligen Stromrichtung in den Anschlusselementen (31, 32) in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen gedrängt werden,
    wobei
    - das erste Ablenkelement und das zweite Ablenkelement teilweise um einen Bereich angeordnet sind, in dem das erste Anschlusselement (31) und das zweite Anschlusselement (32) und die Kontaktbrücke (33) angeordnet sind,
    - zumindest einer der Magnete (35) auf einer ersten Seite des Bereichs, in dem das erste Anschlusselement (31) und das zweite Anschlusselement (32) und die Kontaktbrücke (33) angeordnet sind, angeordnet ist,
    - zumindest einer der Magnete (36) auf einer zu der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Bereichs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das erste Ablenkelement als ein erster Winkel (39) ausgeführt ist, mit einem ersten Winkelabschnitt (41) und einem zweiten Winkelabschnitt (42), wobei der erste Winkelabschnitt (41) zumindest teilweise entlang einer ersten Stirnseite des Bereichs verläuft und der zweite Winkelabschnitt (42) zumindest teilweise entlang der ersten Seite des Bereichs verläuft,
    - das zweite Ablenkelement als ein zweiter Winkel (40) ausgeführt ist, der einen ersten Winkelabschnitt (43) und einen zweiten Winkelabschnitt (44) aufweist, wobei der erste Winkelabschnitt (43) zumindest teilweise entlang einer zu der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Bereichs verläuft und der zweite Winkelabschnitt (44) teilweise entlang der zweiten Seite des Bereichs verläuft,
    - der zweite Winkelabschnitt (42) des ersten Winkels (39) derart ausgebildet und auf einer Außenseite einer ersten Seitenwand (37) des Rahmens angeordnet ist, dass er den zumindest einen Magneten der ersten Seite zumindest teilweise überdeckt, und der zweite Winkelabschnitt (44) des zweiten Winkels (40) derart ausgebildet und auf einer Außenseite einer zweiten Seitenwand (38) des Rahmens angeordnet ist, dass er den zumindest einen Magneten der zweiten Seite zumindest teilweise überdeckt.
  2. Kontaktvorrichtung (30) nach Anspruch 1, bei der das zumindest eine Ablenkelement magnetisch leitfähiges Material aufweist oder aus magnetisch leitfähigem Material besteht.
  3. Kontaktvorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der zumindest eine Magnet der ersten Seite und der zumindest eine Magnet der zweiten Seite derart angeordnet sind, dass gleichpolige Seiten der Magnete sich zugewandt sind.
  4. Kontaktvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die
    - einen ersten Magneten (35) aufweist, der auf der ersten Seite des Bereichs angeordnet ist, in dem das erste Anschlusselement (31) und das zweite Anschlusselement (32) und die Kontaktbrücke (33) angeordnet sind, und
    - einen zweiten Magneten (36) aufweist, der auf der zweiten Seite des Bereichs angeordnet ist, wobei der erste Magnet (35) und der zweite Magnet (36) jeweils einen zweiten Bereich überdecken, der sich von dem ersten Kontaktbereich des ersten Anschlusselements (31) zu dem zweiten Kontaktbereich des zweiten Anschlusselements (32) erstreckt.
  5. Kontaktvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der erste Magnet (35) und der zweite Magnet (36) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie zumindest jeweils den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich überdecken.
  6. Kontaktvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei der erste Winkel (39) und der zweite Winkel (40) zueinander diagonal gegenüberliegend angeordnet sind.
  7. Elektrischer Schalter, aufweisend
    - eine Kontaktvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und
    - eine Antriebseinheit (20) die dazu ausgebildet ist, die Kontaktbrücke (33) der Kontaktvorrichtung (30) zwischen einer ersten Stellung, in der die Kontaktbrücke (33) das erste Anschlusselement (31) und das zweite Anschlusselement (32) leitend verbindet, und einer zweiten Stellung, in der das erste Anschlusselement (31) und das zweite Anschlusselement (32) isoliert sind, hin und her zu bewegen.
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