EP3439004A1 - Auslöseelement eines druckauslösers, druckauslöser mit solch einem auslöseelement und elektrischer schalter - Google Patents

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EP3439004A1
EP3439004A1 EP18184233.7A EP18184233A EP3439004A1 EP 3439004 A1 EP3439004 A1 EP 3439004A1 EP 18184233 A EP18184233 A EP 18184233A EP 3439004 A1 EP3439004 A1 EP 3439004A1
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EP
European Patent Office
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trigger
pressure
actuator
pressure release
electrical switch
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Withdrawn
Application number
EP18184233.7A
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French (fr)
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Oliver Andersen
Pawel Biedunkiewicz
Jörg-Uwe DAHL
Erhard Deylitz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a triggering element of a pressure release for an electrical switch, a pressure release with a triggering element and an electrical switch with such a pressure release.
  • current-limiting switching devices in particular current-limiting circuit breakers, for example in the form of MCCBs (Molded Case Circuit Breaker), are used in widely branched power distribution networks. It is customary to operate a selective staggering with a minimum nominal current distance of the switching devices involved. Each branching level can be protected depending on the connected consumers with a suitably sized switching device against occurring overloads and short circuits.
  • MCCBs Molded Case Circuit Breaker
  • a switching device which is arranged closest to a consumer and which is often referred to as near-consumer or downstream switching device designed for the lowest nominal current. If a short-circuit current now flows both through the consumer-oriented switching device and through a switching device which is arranged in the hierarchy of the power distribution network above the consumer-oriented switching device and is often referred to as consumer-distant or upstream switching device, then only the consumer-oriented switching device should switch off. In other words, in the event of a fault (short circuit), only the switching device that is closest to the event should interrupt the flow of current.
  • the switching contact pairs of the consumer-near and the consumer remote switching device pull when opening an arc, the opening width of the switching contact pairs and the arc energy in the consumer switching device due to the lower mass moment of inertia of its movable Current path including the switching contacts are higher. This possibly single-pole opening must be followed by an all-pole switch-off of the consumer-oriented switchgear.
  • the consumer remote switching device must not switch off, in order not to separate further consumers from the power distribution network.
  • the consumer remote switching device may act by supporting the short-term switching contacts but supportive, so for example, by limiting the current contribute to the shutdown of the consumer switching device.
  • Switchgear which act staggered in power distribution networks behave selectively. In order to achieve this selectivity, it is necessary for the switching devices closest to the fault to interrupt the current paths of all the switching poles faster than the higher-level switching devices.
  • the circuit breaker disclosed in the documents comprises an overload and / or short-circuit detecting member for acting on a switch-off mechanism in the event of a fault, the automatic shutdown of the circuit breaker. Furthermore, the circuit breaker disclosed in the publications comprises an actuator responsive to an overpressure generated in the separation zone of said switch contacts by an arc drawn upon electrodynamic recoil of the switch contacts to actuate the circuit breaker of the circuit breaker.
  • a gas-tight unit is disclosed as the actuator, which is exclusively connected to the separation zone of the switching contacts and comprises a movable element, such as a piston or a membrane, with a limited control stroke.
  • the movable element is acted upon on the one hand with the said overpressure and on the other hand by a return device with adapted effective force.
  • the displacement of the movable element causes the triggering mechanism of the circuit breaker to be triggered, wherein the said adapted action recovery device is dimensioned to prevent accidental tripping on a single overload or a response of a downstream current limiting circuit breaker.
  • the extremely high temperature of the arc in the switching chamber creates a high pressure, which is used by a pressure release to trigger the electrical switching device.
  • High switching capacities result in particularly high temperatures and correspondingly high pressures, which can damage the internal pressure release.
  • the damage can be, for example, burn holes, bursting or merging, which can make the pressure release inoperative.
  • Triggering element are specified in the subclaims 2 to 5.
  • the object is also achieved according to the invention by the pressure release according to claim 6.
  • Advantageous embodiments are specified in the subclaims 7 to 9.
  • the object is also achieved according to the invention by the electrical switch according to claim 10.
  • An advantageous embodiment is specified in the dependent claim 11.
  • the triggering element according to claim 1 comprises an actuator for a pressure release, wherein the pressure release is provided with at least one flow channel per electrical pole, wherein the at least one pole of the electrical switch comprises at least two switching contacts for closing or disconnecting a current path, wherein the switching contacts of the at least one Pols of the electric switch are separable by means of the actuator, which is responsive to a pressure (p), which is generated by a drawn in electrodynamic recoil of the switch contacts arc (LB) in a separation zone of the two switching contacts, and wherein the separation zone by means of the flow channel is connectable to the actuator, so that the actuator is guided by a housing of the trigger element between a neutral position and a trigger position, wherein after reaching the trigger position a pressure relief vented the pressure release.
  • p pressure
  • LB electrodynamic recoil of the switch contacts arc
  • the switching contacts of the at least one pole of the electrical switch are disconnected in the tripping position.
  • the actuating member is movable in a guide of the housing between a neutral position and a triggering position.
  • a recess in the guide of the housing effects a pressure relief of the pressure release in the triggering position.
  • triggering element causes a bore, a slot or other type of opening in the housing pressure relief of the pressure release in the trip position.
  • the pressure release according to claim 6 comprises a triggering element according to the invention.
  • the pressure release according to the invention is optimized for rapid triggering. In its construction, it can be built compact, so that the paths for the compressed air are kept short, which can ensure a faster release.
  • the pressure release according to the invention can be designed as an assembly with integrated non-return valves on the interface to the Polkassetten.
  • this comprises at least one check valve, which allows a flow only from the separation zone in the direction of the actuator.
  • valve elements each with a check valve and a respective flow channel and the triggering element with the actuating member, wherein the at least two valve elements and the triggering element are designed to be plugged together.
  • this comprises closing elements and connecting elements which connect or close the at least two valve elements or the triggering element.
  • the electrical switch according to claim 10 comprises a plurality of poles and a pressure release according to the invention, wherein the plurality of poles of the electrical switch each comprise at least two switching contacts for closing or disconnecting a current path, wherein the switching contacts of the plurality of poles of the electrical switch are separated by means of the actuating member, the a pressure (p) responsive, which is generated by a drawn in electrodynamic recoil of the switching contacts arc (LB) in a separation zone of the two switching contacts, and wherein the separation zones are connected by means of the flow channels with the actuator.
  • the plurality of poles of the electrical switch each comprise at least two switching contacts for closing or disconnecting a current path, wherein the switching contacts of the plurality of poles of the electrical switch are separated by means of the actuating member, the a pressure (p) responsive, which is generated by a drawn in electrodynamic recoil of the switching contacts arc (LB) in a separation zone of the two switching contacts, and wherein the separation zones are connected by means of the flow channels with
  • these two or three electrical poles and the pressure release comprise three or four flow channels.
  • FIG. 1 a pressure release 100 for an electrical switch 1000 is shown.
  • the pressure release 100 comprises a housing 190 of a first housing part 191 and a second housing part 192.
  • On the second housing part 192 are flow channels 151; 152; 153 attached to the separation zones 1201; 1202; 1203 of the electric pole 1101; 1102; 1103 of the electrical switch 1000 cooperate and are connectable.
  • a multi-pole electrical switch 1000 is in FIG. 4 shown. It comprises several poles 1101; 1102; 1103, each with at least two switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 for closing or disconnecting a current path. Electric switches 1000 with two switching contacts are simply called interrupting electrical switches, with more than two switching contacts is spoken by multiple interrupting switches.
  • the pressure release 100 is suitable for single-break and multi-break electrical switches 1000.
  • the multipolar electrical switch 1000 may have three electrical poles 1101; 1102; 1103 include.
  • the switching contacts 1211, 1221; 1212 1222; 1213, 1223 of the plurality of poles 1101; 1102; 1103 of the electrical switch 1000 can be separated by actuation of the trigger lever 1500 by means of an actuator 110 of the trigger 100, wherein the actuator 110 is responsive to a pressure (p) by a electrodynamic recoil of the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 drawn arc (LB) in a separation zone 1201, 1202, 1203 of the respective two switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 is generated.
  • p a pressure
  • LB drawn arc
  • the separation zones 1201; 1202; 1203 are by means of the flow channels 151; 152; 153 connected to the actuator 110. This means that the pressure (p) present in the separation zones 1201; 1202; 1203 due to the drawn arc (LB) is formed within the pressure release 100 to the actuator 110 is fluidically directed.
  • the trigger 100 further includes check valves 161; 162; 163, such as in FIG. 2 shown.
  • the check valves 161; 162; 163 are at the respective flow channels 151; 152; 153, leaving only one flow from the respective separation zones 1201; 1202; 1203 in the direction of the actuator 110 to.
  • the check valves 161; 162; 163 to prevent flow from a separation zone 1201; 1202; 1203 to another separation zone 1201; 1202; 1203 of the pole 1101; 1102; 1103 of the electric switch 100 is possible.
  • the check valve 161 includes according to FIG. 2 a tongue 181 which, when at rest, covers the flow channel 151 as shown in FIG FIG. 2 is shown. At a pressure (p) in the separation zone 1201 associated with the flow channel 151, the tongue 181 releases the flow channel 151 and a flow corresponding to FIG. 2 down is enabled. Tongue 181 is then in the position shown in dashed lines.
  • the pressure release 100 comprises a common collection chamber 170 which is between the respective check valves 161; 162; 163 and the actuator 110 is arranged.
  • FIG. 3 illustrates in which a flow through the flow channel 151 and the non-return valve located at the end 161 is in the common collecting chamber 170. Due to the pressure increase in the common collection chamber 170, the actuator 110 as shown in FIG. 3 deflected upward and actuates the release lever 1500 of the switching mechanism of the multi-pole electric switch 1000th
  • the actuator 110 may be formed as a plunger for actuating the release lever 1500 of the switch latch. Furthermore, the actuator 110 may be provided with a spring and held by this spring in a rest position. At pressure (p), the actuator 110 can be actuated against the spring force of this spring. As a result, for example, the response of the pressure release 100 can be adjusted by the selection of the spring.
  • tongue 181 may be made of aramid, for example.
  • Aramid is a particularly temperature-resistant material, which is still flexible and flexible and a deflection of the tongue 181 of the in FIG. 2 shown rest position in the deflected position in dashed lines allowed.
  • the response of the check valve 161 may be adjusted by the material thickness of the tab 181. Likewise, by choosing the material of the tongue 181, due to the stiffness of this material, the response can be adjusted.
  • the tongue 181 can be held between the first housing part 191 and the second housing part 192 of the pressure release 100.
  • the holding zone of the tongue 181 can have an angle ( ⁇ ) and / or a bending radius which is formed in the first housing part 191 and second housing part 192, respectively is and thus represents a bias of the tongue 181 for closing the flow channel 151.
  • the response of the check valve 161 can also be adjusted.
  • the termination elements 145; 145 ', the connecting elements 146, the valve elements 141; 142; 143 and the trigger element 147 can be connected by laser beam welding, ultrasonic welding, gluing or other joining methods to ensure the highest possible gas tightness.
  • a modular pressure release 100 is shown. This comprises valve elements 141; 142; 143 each having a check valve 161; 162; 163 and a respective flow channel 151; 152; 153 (not in the representation of FIG. 5 contain). Further includes in FIG. 5 shown pressure release 100 a trigger element 147 for the separation of the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223.
  • the trigger element 147 is equipped for this purpose with an actuator 110, for example a plunger.
  • the valve elements 141; 142; 143 and the trigger element 147 are formed together.
  • closing elements 145; 145 'and connecting elements 146 are provided for the mechanical construction of the modular pressure release 100.
  • the termination elements 145; 145 'and the connecting elements 146 serve the mating structure of a pressure release 100 together with the valve elements 141; 142; 143 and the trigger element 147th
  • An advantage of the modular pressure release 100 is that this to electrical switches 1000 with different numbers to Poland 1101; 1102; 1103 can be used and adapted to this. Higher quantities of the individual elements such as the valve elements 141; 142; 143 allow cost-effective production. Also, a mechanical tolerance compensation between the phases by means of the modular pressure release 100 can be made.
  • the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 are closed and the actuator 110 is in the neutral position.
  • the housing 148 of the trigger member 147 has a bore 149, which is covered and closed by the actuator 110. As a result, the vent is closed and a pressure build-up in the pressure release 100 is made possible.
  • the triggering of the electrical switch 1000 begins. By disconnecting the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 in the separation zone 1201; 1202; In 1203, an arc (LB) is created, which heats its surroundings, resulting in high pressure. This overpressure sets the actuator 110 in motion (as shown in FIG FIG. 6B upward) and triggers the electrical switch 1000. Until the time of release, the vent is closed (bore 149 is obscured by the actuator 110), so that the pressure can not be significantly reduced by this time.
  • LB arc
  • the vent may be a bore 149 but also have the shape of a slot.
  • the actuator 110 can be pushed down by a torsion spring in the switch lever and thereby moved to the home position, as shown in FIG. 6D is shown.
  • FIGS. 7A and 7B An alternative pressure relief is in the FIGS. 7A and 7B shown.
  • a recess 150 in the form of a broadening in the leadership of the housing 148 may also be in a predefined position, a pressure relief caused by the hot gases can then flow past the actuator 110.
  • the recess 150 may only be partially attached to the guide of the housing 148, thus only at certain points of the circumference. This ensures that the actuator 110 continues to be guided despite the recess 150 and not tilted or blocked.

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Abstract

Es wird ein Auslöseelement mit einem Betätigungsglied eines Druckauslösers für einen elektrischen Schalter offenbart, wobei der Druckauslöser mit mindestens einem Strömungskanal pro elektrischem Pol versehen ist, wobei der mindestens eine Pol des elektrischen Schalters zumindest zwei Schaltkontakte zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfasst, wobei die Schaltkontakte des mindestens einen Pols des elektrischen Schalters trennbar mittels des Betätigungsglieds sind, das auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone der jeweils zwei Schaltkontakte erzeugt wird, und wobei die Trennzone mittels des Strömungskanals mit dem Betätigungsglied verbindbar ist, so dass das Betätigungsglied von einem Gehäuse des Auslöseelements geführt wird zwischen einer Neutral-Position und einer Auslöse-Position, wobei nach dem Erreichen der Auslöse-Position eine Druckentlastung den Druckauslöser entlüftet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Auslöseelement eines Druckauslösers für einen elektrischen Schalter, einen Druckauslöser mit einem Auslöseelement sowie einen elektrischen Schalter mit solch einem Druckauslöser.
  • Typischerweise werden strombegrenzende Schaltgeräte, insbesondere strombegrenzende Leistungsschalter, beispielsweise in Form von MCCBs (Moulded Case Circuit Breaker), in weit verzweigten Stromverteilernetzen eingesetzt. Es ist üblich, eine selektive Staffelung mit einem Mindest-Nennstromabstand der beteiligten Schaltgeräte zu betreiben. Jede Verzweigungsebene kann dabei in Abhängigkeit von den angeschlossenen Verbrauchern mit einem entsprechend dimensionierten Schaltgerät gegen auftretende Überlasten und Kurzschlüsse geschützt werden.
  • Dabei ist beispielsweise ein Schaltgerät, das einem Verbraucher am nächsten angeordnet ist und das oft als verbrauchernahes bzw. nachgeordnetes Schaltgerät bezeichnet wird, für den geringsten Nennstrom ausgelegt. Fließt nun ein Kurzschluss-Strom sowohl durch das verbrauchernahe Schaltgerät als auch durch ein Schaltgerät, das in der Hierarchie des Stromverteilernetzes über dem verbrauchernahen Schaltgerät angeordnet ist und oft als verbraucherfernes bzw. vorgeordnetes Schaltgerät bezeichnet wird, so soll nur das verbrauchernahe Schaltgerät abschalten. Mit anderen Worten soll im Störfall (Kurzschluss) nur das Schaltgerät, das dem Ereignis am nächsten ist, den Stromfluss unterbrechen.
  • Die Schaltkontaktpaare des verbrauchernahen und des verbraucherfernen Schaltgerätes ziehen beim Öffnen einen Lichtbogen, wobei die Öffnungsweite der Schaltkontaktpaare und auch die Lichtbogenenergie beim verbrauchernahen Schaltgerät aufgrund des geringeren Massenträgheitsmoments seiner beweglichen Strombahn inklusive der Schaltkontakte höher sind. Dieser unter Umständen nur einpoligen Öffnung muss eine allpolige Abschaltung des verbrauchernahen Schaltgeräts folgen. Das verbraucherferne Schaltgerät darf nicht abschalten, um weitere Verbraucher nicht vom Stromverteilernetz zu trennen. Das verbraucherferne Schaltgerät darf durch kurzes Abheben der Schaltkontakte aber unterstützend wirken, also beispielsweise durch Strombegrenzung zur Abschaltung des verbrauchernahen Schaltgerätes beitragen.
  • Schaltgeräte, die derart gestaffelt in Stromverteilernetzen wirken, verhalten sich selektiv. Um diese Selektivität zu erreichen ist es erforderlich, dass die dem Störfall nächstliegenden Schaltgeräte die Strombahnen aller Schaltpole schneller als die übergeordneten Schaltgeräte unterbrechen.
  • In der DE 691 10 540 T2 und der DE 692 17 441 T2 werden jeweils elektrische Schaltanordnungen in Form von Leistungsschaltern mit Isolierstoffgehäuse offenbart, welche pro Schaltpol zwei in der Einschaltstellung des Leistungsschalters federnd gegeneinandergedrückte Schaltkontakte umfassen. Die Schaltkontakte können durch die Wirkung elektrodynamischer Rückstoßkräfte getrennt werden, wenn der die Schaltkontakte durchfließende Strom einen bestimmten Schwellwert überschreitet, um so eine Begrenzung des genannten Stromes zu bewirken.
  • Der in den Druckschriften offenbarte Leistungsschalter umfasst ein Überlast und/oder Kurzschluss-Erfassungsglied zur Beaufschlagung eines im Fehlerfall die automatische Abschaltung des Leistungsschalters bewirkenden Abschaltmechanismus. Weiterhin umfasst der in den Druckschriften offenbarte Leistungsschalter ein Betätigungsglied, das auf eine in der Trennzone der genannten Schaltkontakte durch einen bei elektrodynamischen Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen erzeugten Überdrucks anspricht, um den Abschaltmechanismus des Leistungsschalters zu betätigen.
  • In den Druckschriften wird als Betätigungsglied eine gasdichte Einheit offenbart, die ausschließlich mit der Trennzone der Schaltkontakte verbunden ist und ein bewegliches Element, wie zum Beispiel einen Kolben oder eine Membran, mit einem begrenzten Steuerhub umfasst. Das bewegliche Element wird zum einen mit dem genannten Überdruck und zum anderen durch eine Rückholvorrichtung mit angepasster Wirkkraft beaufschlagt. Die Verschiebung des beweglichen Elements bewirkt die Auslösung des genannten Abschaltmechanismus des Leistungsschalters, wobei die genannte Rückholvorrichtung mit angepasster Wirkkraft so bemessen ist, dass eine ungewollte Auslösung bei einfacher Überlast oder ein Ansprechen eines nachgeschalteten strombegrenzenden Leistungsschalters verhindert wird.
  • Weitere Druckauslöser werden ebenfalls in den Druckschriften DE 10 2009 015 126 A1 und DE 10 2011 077 359 A1 offenbart.
  • In der DE 10 2017 213 238 wird ein Druckauslöser mit Rückschlagventilen offenbart, bei dem eine Strömung nur von der Trennzone eines elektrischen Schalters in Richtung des Betätigungsglieds des Druckauslösers erlaubt ist.
  • Durch die extrem hohe Temperatur des Lichtbogens in der Schaltkammer (Trennzone) entsteht ein hoher Druck, der von einem Druckauslöser genutzt wird um das elektrische Schaltgerät auszulösen. Bei hohen Schaltleistungen entstehen besonders hohe Temperaturen und entsprechend hohe Drücke, welche den Druckauslöser von Innen beschädigen können. Die Beschädigungen können beispielsweise Brandlöcher, Aufplatzungen oder Verschmelzungen sein, welche den Druckauslöser funktionsuntüchtig machen können.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Auslöseelement für einen Druckauslöser anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Auslöseelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Auslöseelements sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben. Die Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß durch den Druckauslöser gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 7 bis 9 angegeben. Die Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß durch den elektrischen Schalter gemäß Anspruch 10 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch 11 angegeben.
  • Das Auslöseelement gemäß Anspruch 1 umfasst ein Betätigungsglied für einen Druckauslöser, wobei der Druckauslöser mit mindestens einem Strömungskanal pro elektrischem Pol versehen ist, wobei der mindestens eine Pol des elektrischen Schalters zumindest zwei Schaltkontakte zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfasst, wobei die Schaltkontakte des mindestens einen Pols des elektrischen Schalters trennbar mittels des Betätigungsglieds sind, das auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone der jeweils zwei Schaltkontakte erzeugt wird, und wobei die Trennzone mittels des Strömungskanals mit dem Betätigungsglied verbindbar ist, so dass das Betätigungsglied von einem Gehäuse des Auslöseelements geführt wird zwischen einer Neutral-Position und einer Auslöse-Position, wobei nach dem Erreichen der Auslöse-Position eine Druckentlastung den Druckauslöser entlüftet.
  • Vorteilhaft ist dabei, dass bis zum Auslösezeitpunkt ein dichtes System des Druckauslösers besteht und somit kurze Auslösezeiten realisiert werden können. Der Druck bleibt bis zum Auslösezeitpunkt im Druckauslöser relativ konstant, wodurch eine hohe Auslösekraft realisiert werden kann. Die heißen Gase und der hohe Druck können über die Druckentlastung entweichen, so dass es nicht zu Beschädigungen aufgrund der Überdruck-Situation kommen kann. Das erfindungsgemäße Auslöseelement bedingt rein konstruktive Änderung im Design eines bekannten Druckauslösers, wodurch keine zusätzlich Kosten anfallen. Bei der gesteuerten Entlüftung wird erst dann das System entlüftet, wenn der Überdruck zum Auslösen nicht mehr benötigt wird.
  • In einer Ausgestaltung des Auslöseelements werden in der Auslöse-Position die Schaltkontakte des mindestens einen Pols des elektrischen Schalters getrennt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Auslöseelements ist das Betätigungsglied in einer Führung des Gehäuses zwischen einer Neutral-Position und einer Auslöse-Position beweglich.
  • In einer Ausgestaltung des Auslöseelements bewirkt eine Ausnehmung in der Führung des Gehäuses eine Druckentlastung des Druckauslösers in der Auslöse-Position.
  • In einer alternativen Ausgestaltung des Auslöseelements bewirkt eine Bohrung, ein Schlitz oder eine andere Art von Öffnung im Gehäuse eine Druckentlastung des Druckauslösers in der Auslöse-Position.
  • Der Druckauslöser gemäß Anspruch 6 umfasst ein erfindungsgemäßes Auslöseelement.
  • Der erfindungsgemäße Druckauslöser ist auf eine schnelle Auslösung optimiert. In seiner Konstruktion kann er kompakt gebaut werden, so dass die Wege für die Druckluft kurz gehalten sind, was eine schnellere Auslösung gewährleisten kann. Der erfindungsgemäße Druckauslöser kann als Baugruppe ausgeführt werden mit integrierten Rückschlagventilen auf der Schnittstelle zu den Polkassetten.
  • In einer Ausgestaltung des Druckauslösers umfasst dieser mindestens ein Rückschlagventil, welches eine Strömung nur von der Trennzone in Richtung des Betätigungsglieds erlaubt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Druckauslösers ist dieser modular aufgebaut aus mindestens zwei Ventilelementen mit jeweils einem Rückschlagventil und jeweils einem Strömungskanal sowie dem Auslöseelement mit dem Betätigungsglied, wobei die mindestens zwei Ventilelemente und das Auslöseelement zusammensteckbar ausgebildet sind.
  • In einer Ausgestaltung des Druckauslösers umfasst dieser Abschlusselemente und Verbindungselemente, die die mindestens zwei Ventilelemente oder das Auslöseelement miteinander verbinden oder abschließen.
  • Der elektrischen Schalter gemäß Anspruch 10 umfasst mehrere Pole und einen erfindungsgemäßen Druckauslöser, wobei die mehreren Pole des elektrischen Schalters jeweils zumindest zwei Schaltkontakte zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfassen, wobei die Schaltkontakte der mehreren Pole des elektrischen Schalters getrennt werden mittels des Betätigungsglieds, das auf einen Druck (p) anspricht, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone der jeweils zwei Schaltkontakte erzeugt wird, und wobei die Trennzonen mittels der Strömungskanäle mit dem Betätigungsglied verbunden sind.
  • In einer Ausgestaltung des elektrischen Schalters umfassen dieser zwei oder drei elektrische Pole und der Druckauslöser drei oder vier Strömungskanäle.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1 Druckauslöser mit erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil;
    • Figur 2 Rückschlagventil mit Zunge;
    • Figur 3 elektrischer Schalter mit Druckauslöser;
    • Figur 4 elektrischer Schalter mit mehreren Polen und Druckauslöser;
    • Figur 5 modularer Druckauslöser;
    • Figur 6A, 6B, 6C, 6D Auslöseelement mit Druckentlastung; und
    • Figur 7A und 7B Auslöseelement mit alternativer Druckentlastung.
  • In Figur 1 ist ein Druckauslöser 100 für einen elektrischen Schalter 1000 dargestellt. Der Druckauslöser 100 umfasst ein Gehäuse 190 aus einem ersten Gehäuseteil 191 und einem zweiten Gehäuseteil 192. Am zweiten Gehäuseteil 192 sind Strömungskanäle 151; 152; 153 angebracht, die mit Trennzonen 1201; 1202; 1203 der elektrischen Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 1000 zusammenwirken und verbindbar sind.
  • Ein mehrpoliger elektrischer Schalter 1000 ist in Figur 4 dargestellt. Er umfasst mehrere Pole 1101; 1102; 1103 mit jeweils zumindest zwei Schaltkontakten 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 zum Schließen oder Trennen einer Strombahn. Elektrische Schalter 1000 mit zwei Schaltkontakten werden einfach unterbrechende elektrische Schalter genannt, bei mehr als zwei Schaltkontakten wird von mehrfach unterbrechenden Schaltern gesprochen. Der Druckauslöser 100 ist für einfach unterbrechende sowie für mehrfach unterbrechende elektrische Schalter 1000 geeignet.
  • Entsprechend der Figur 4 kann der mehrpolige elektrische Schalter 1000 beispielsweise drei elektrische Pole 1101; 1102; 1103 umfassen. Die Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 der mehreren Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 1000 können mittels eines Betätigungsglieds 110 des Druckauslösers 100 durch Betätigung des Auslösehebels 1500 getrennt werden, wobei das Betätigungsglied 110 auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone 1201, 1202, 1203 der jeweiligen zwei Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 erzeugt wird. Die Trennzonen 1201; 1202; 1203 sind mittels der Strömungskanäle 151; 152; 153 mit dem Betätigungsglied 110 verbunden. Dies bedeutet, dass der Druck (p), der in den Trennzonen 1201; 1202; 1203 aufgrund des gezogenen Lichtbogens (LB) entsteht, innerhalb des Druckauslösers 100 zum Betätigungsglied 110 strömungstechnisch geleitet wird.
  • Der Druckauslöser 100 umfasst desweiteren Rückschlagventile 161; 162; 163, wie beispielsweise in Figur 2 dargestellt. Die Rückschlagventile 161; 162; 163 sind an den jeweiligen Strömungskanälen 151; 152; 153 angeordnet und lassen nur eine Strömung von den jeweiligen Trennzonen 1201; 1202; 1203 in Richtung des Betätigungsglieds 110 zu. Vor allem dienen die Rückschlagventile 161; 162; 163 dazu zu verhindern, dass eine Strömung von einer Trennzone 1201; 1202; 1203 zu einer anderen Trennzone 1201; 1202; 1203 der Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 100 möglich ist.
  • Das Rückschlagventil 161 umfasst gemäß Figur 2 eine Zunge 181, die im Ruhezustand den Strömungskanal 151 abdeckt, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Bei einem Druck (p) in der dem Strömungskanal 151 zugeordneten Trennzone 1201 gibt die Zunge 181 den Strömungskanal 151 frei und eine Strömung entsprechend der Figur 2 nach unten wird ermöglicht. Zunge 181 befindet sich dann in der gestrichelt dargestellten Position.
  • Bei einem Druckstoß aus einem benachbarten Strömungskanal 152; 153 und damit einer Erhöhung des Drucks unterhalb der Zunge 181 entsprechend der Darstellung der Figur 2 verschließt diese den Strömungskanal 151. Dadurch wird verhindert, dass eine Strömung von einer Trennzone 1201; 1202; 1203 zu einer anderen Trennzone 1201; 1202; 1203 der Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 1000 möglich ist.
  • In Figur 1 ist weiterhin gezeigt, dass der Druckauslöser 100 eine gemeinsame Sammelkammer 170 umfasst, die zwischen den jeweiligen Rückschlagventilen 161; 162; 163 und dem Betätigungsglied 110 angeordnet ist.
  • Dies wird näher in Figur 3 illustriert, in der eine Strömung durch den Strömungskanal 151 und das an dessen Ende liegende Rückschlagventil 161 in die gemeinsame Sammelkammer 170 darstellt ist. Auf Grund der Druckerhöhung in der gemeinsamen Sammelkammer 170 wird das Betätigungsglied 110 entsprechend der Darstellung in Figur 3 nach oben ausgelenkt und betätigt den Auslösehebel 1500 des Schaltschlosses des mehrpoligen elektrischen Schalters 1000.
  • Das Betätigungsglied 110 kann als Stößel ausgebildet sein zur Betätigung des Auslösehebels 1500 des Schaltschlosses. Desweiteren kann das Betätigungsglied 110 mit einer Feder versehen sein und von dieser Feder in einer Ruheposition gehalten werden. Bei Druck (p) kann das Betätigungsglied 110 gegen die Federkraft dieser Feder betätigt werden. Dadurch kann beispielsweise das Ansprechverhalten des Druckauslösers 100 durch die Auswahl der Feder eingestellt werden.
  • Die in Figur 2 dargestellte Zunge 181 kann beispielsweise aus Aramid gefertigt sein. Aramid ist ein besonders temperaturbeständiger Werkstoff, der trotzdem flexibel und biegsam ist und ein Auslenken der Zunge 181 von der in Figur 2 dargestellten Ruheposition in die ausgelenkte Position in gestrichelter Darstellung erlaubt. Das Ansprechverhalten des Rückschlagventils 161 kann durch die Materialdicke der Zunge 181 eingestellt werden. Ebenso kann durch die Wahl des Materials der Zunge 181, bedingt durch die Steifigkeit dieses Materials, das Ansprechverhalten eingestellt werden.
  • Desweiteren kann die Zunge 181 gehalten werden zwischen dem ersten Gehäuseteil 191 und dem zweiten Gehäuseteil 192 des Druckauslösers 100. Die Haltezone der Zunge 181 kann einen Winkel (α) und/oder einen Biegeradius ausweisen, der im ersten Gehäuseteil 191 bzw. zweitem Gehäuseteil 192 geformt ist und somit eine Vorspannung der Zunge 181 zum Verschließen des Strömungskanals 151 darstellt. Mit der Variation des Winkels (α) der Haltezone der Zunge 181 kann ebenfalls das Ansprechverhalten des Rückschlagventils 161 eingestellt werden.
  • Die Abschlusselemente 145; 145', die Verbindungselemente 146, die Ventilelementen 141; 142; 143 und das Auslöseelement 147 können mittels Laserstrahlschweißen, Ultraschallschweißen, Kleben oder andere Fügeverfahren verbunden werden um eine möglichst hohe Gasdichtheit zu gewährleisten.
  • In Figur 5 ist ein modular aufgebauter Druckauslöser 100 dargestellt. Dieser umfasst Ventilelemente 141; 142; 143 mit jeweils einem Rückschlagventil 161; 162; 163 und jeweils einem Strömungskanal 151; 152; 153 (nicht in der Darstellung der Figur 5 enthalten). Weiter umfasst der in Figur 5 dargestellte Druckauslöser 100 ein Auslöseelement 147 zur Trennung der Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223. Das Auslöseelement 147 ist dazu mit einem Betätigungsglied 110 ausgestattet, beispielsweise einem Stößel. Die Ventilelemente 141; 142; 143 und das Auslöseelement 147 sind zusammensteckbar ausgebildet.
  • Zum mechanischen Aufbau des modularen Druckauslösers 100 sind weiterhin Abschlusselemente 145; 145' und Verbindungselemente 146 vorgesehen. Die Abschlusselemente 145; 145' und die Verbindungselemente 146 dienen dem zusammensteckbaren Aufbau eines Druckauslösers 100 zusammen mit den Ventilelementen 141; 142; 143 und dem Auslöseelement 147.
  • Vorteilhaft am modularen Druckauslöser 100 ist, dass dieser an elektrischen Schaltern 1000 mit unterschiedlicher Anzahl an Polen 1101; 1102; 1103 einsetzbar und an diese anpassbar ist. Höhere Stückzahlen der einzelnen Elemente wie den Ventilelementen 141; 142; 143 ermöglichen eine kostengünstige Fertigung. Ebenfalls kann ein mechanischer Toleranzausgleich zwischen den Phasen mittels des modularen Druckauslösers 100 vorgenommen werden.
  • In den Figuren 6A, 6B, 6C und 6D ist die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Auslöseelements 147 dargestellt.
  • In der Darstellung der Figur 6A ist der elektrische Schalter 1000 eingeschaltet, die Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 sind geschlossen und das Betätigungsglied 110 befindet sich in der Neutral-Position. Das Gehäuse 148 des Auslöseelements 147 weist eine Bohrung 149 auf, die durch das Betätigungsglied 110 verdeckt und verschlossen wird. Dadurch ist die Entlüftung geschlossen und ein Druckaufbau im Druckauslöser 100 wird ermöglicht.
  • In der Darstellung der Figur 6B beginnt die Auslösung des elektrischen Schalters 1000. Durch das Trennen der Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 in der Trennzone 1201; 1202; 1203 entsteht ein Lichtbogen (LB), der seine Umgebung aufheizt, woraus ein hoher Druck resultiert. Dieser Überdruck setzt das Betätigungsglied 110 in Bewegung (entsprechend der Darstellung in Figur 6B nach oben) und löst den elektrischen Schalter 1000 aus. Bis zum Zeitpunkt der Auslösung ist die Entlüftung geschlossen (Bohrung 149 wird vom Betätigungsglied 110 verdeckt), so dass sich der Druck bis zu diesem Zeitpunkt nicht wesentlich abbauen kann.
  • Nachdem das Betätigungsglied 110 den Auslösehebel 1500 betätigt hat, wird dieser auch nach Auslösung durch den Überdruck weiter nach oben gedrückt und passiert dadurch die Bohrung 149 zur Entlüftung entsprechend der Darstellung in Figur 6C. Die Entlüftung kann eine Bohrung 149 sein aber auch die Form eines Schlitzes haben. Bei der Entlüftung strömen die heißen Gase aus der Bohrung 149, der Druck baut sich im Druckauslöser 100 ab.
  • Nachdem der Druck in dem Druckauslöser 100 abgebaut wurde, kann das Betätigungsglied 110 durch eine Torsionsfeder im Schaltschlosshebel nach unten gedrückt werden und dadurch in die Ausgangsposition verbracht werden, wie es in Figur 6D gezeigt ist.
  • Eine alternative Druckentlastung ist in den Figuren 7A und 7B dargestellt. Durch eine Ausnehmung 150 in Form einer Verbreiterung in der Führung des Gehäuses 148 kann ebenfalls in einer vordefinierten Position eine Druckentlastung entstehen, indem die heißen Gase dann am Betätigungsglied 110 vorbeiströmen können.
  • Im Gegensatz zur Darstellung der Figur 6C strömen bei der alternativen Druckentlastung der Figuren 7A und 7B die heißen Gase in Richtung der Bewegung des Betätigungsglieds 110 und nicht senkrecht zu seiner Richtung der Bewegung.
  • Die Ausnehmung 150 kann nur abschnittsweise an der Führung des Gehäuses 148 angebracht sein, somit nur an bestimmten Stellen des Umfangs. Dies stellt sicher, dass das Betätigungsglied 110 trotz der Ausnehmung 150 weiterhin geführt wird und nicht verkantet oder blockiert.

Claims (11)

  1. Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) eines Druckauslösers (100) für einen elektrischen Schalter (1000), wobei der Druckauslöser (100) mit mindestens einem Strömungskanal (151; 152; 153) pro elektrischem Pol (1101; 1102; 1103) versehen ist,
    wobei der mindestens eine Pol (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) zumindest zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfasst,
    wobei die Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) des mindestens einen Pols (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) trennbar mittels des Betätigungsglieds (110) sind, das auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone (1201; 1202; 1203) der jeweils zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) erzeugt wird, und
    wobei die Trennzone (1201; 1202; 1203) mittels des Strömungskanals (151; 152; 153) mit dem Betätigungsglied (110) verbindbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Betätigungsglied (110) von einem Gehäuse (148) des Auslöseelements (147) geführt wird zwischen einer Neutral-Position und einer Auslöse-Position, wobei nach dem Erreichen der Auslöse-Position eine Druckentlastung den Druckauslöser (100) entlüftet.
  2. Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) eines Druckauslösers (100) für einen elektrischen Schalter (1000) gemäß Anspruch 1, bei dem in der Auslöse-Position die Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) des mindestens einen Pols (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) getrennt werden.
  3. Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) eines Druckauslösers (100) für einen elektrischen Schalter (1000) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Betätigungsglied (110) in einer Führung des Gehäuses (148) zwischen einer Neutral-Position und einer Auslöse-Position beweglich ist.
  4. Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) eines Druckauslösers (100) für einen elektrischen Schalter (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Ausnehmung (150) in der Führung des Gehäuses (148) eine Druckentlastung des Druckauslösers (100) in der Auslöse-Position bewirkt.
  5. Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) eines Druckauslösers (100) für einen elektrischen Schalter (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Bohrung (149), ein Schlitz oder eine andere Art von Öffnung im Gehäuse (148) eine Druckentlastung des Druckauslösers (100) in der Auslöse-Position bewirkt.
  6. Druckauslöser (100) mit einem Auslöseelement (147) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
  7. Druckauslöser (100) mit einem Auslöseelement (147) gemäß Anspruch 6, wobei der Druckauslöser (100) ein Rückschlagventil (161; 162; 163) umfasst, welches eine Strömung nur von der Trennzone (1201; 1202; 1203) in Richtung des Betätigungsglieds (110) erlaubt.
  8. Druckauslöser (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 6 oder 7, wobei der Druckauslöser (100) modular aufgebaut ist aus mindestens zwei Ventilelementen (141; 142; 143) mit jeweils einem Rückschlagventil (161; 162; 163) und jeweils einem Strömungskanal (151; 152; 153) sowie dem Auslöseelement (147) mit dem Betätigungsglied (110), wobei die mindestens zwei Ventilelemente (141; 142; 143) und das Auslöseelement (147) zusammensteckbar ausgebildet sind.
  9. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 8, wobei der Druckauslöser (100) Abschlusselemente (145; 145') und Verbindungselemente (146) umfasst, die die mindestens zwei Ventilelemente (141; 142; 143) oder das Auslöseelement (147) miteinander verbinden oder abschließen.
  10. Elektrischen Schalter (1000) mit mehreren Polen (1101; 1102; 1103) und einem Druckauslöser (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9,
    wobei die mehreren Pole (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) jeweils zumindest zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfassen,
    wobei die Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) der mehreren Pole (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) getrennt werden mittels des Betätigungsglieds (110), das auf einen Druck (p) anspricht, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone (1201; 1202; 1203) der jeweils zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) erzeugt wird, und
    wobei die Trennzonen (1201; 1202; 1203) mittels der Strömungskanäle (151; 152; 153) mit dem Betätigungsglied (110) verbunden sind.
  11. Elektrischen Schalter (1000) gemäß Anspruch 10, wobei der elektrische Schalter (1000) ein, zwei oder drei elektrische Pole (1101; 1102; 1103) umfasst und der Druckauslöser (100) drei oder vier Strömungskanäle (151; 152; 153).
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