WO2019025361A1 - Auslöseelement eines druckauslösers, druckauslöser mit solch einem auslöseelement und elektrischer schalter - Google Patents

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electrical switch
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Oliver Andersen
Pawel Biedunkiewicz
Jörg-Uwe DAHL
Erhard Deylitz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H2077/025—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with pneumatic means, e.g. by arc pressure
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Definitions

  • Trigger element of a pressure release Trigger element of a pressure release, pressure release with such a trigger element and electrical switch
  • the invention relates to a triggering element of a Druckauslö ⁇ sers 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 ⁇ sondere limiting circuit breakers, for example in the form of MCCBs (Molded Case Circuit Breaker), used in far ver ⁇ 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 correspondingly sized switching device ge ⁇ gen occurring overloads and short circuits.
  • MCCBs Molded Case Circuit Breaker
  • a switching device which is a consumer ⁇ cher arranged closest and which is often referred to as near-consumer or downstream switching device, designed for the lowest nominal current.
  • a switching device which is arranged in the hierarchy of the power distribution system to the consumer switching device and is often referred to as a consumer remote or pre-arrange ⁇ th switching device, so to only the consumer- Switch off near switching device.
  • a switching device which is arranged in the hierarchy of the power distribution system to the consumer switching device and is often referred to as a consumer remote or pre-arrange ⁇ th switching device, so to only the consumer- Switch off near switching device.
  • 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 at the consumer switching device due to the lower mass moment of inertia of its movable Current path including the switching contacts are higher. This un ⁇ ter circumstances only unipolar opening must follow an all - pole shutdown of the consumer switching device.
  • 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 by briefly lifting the
  • Switch contacts but supportive, so contribute, for example by limiting the current to shutdown of the consumer switching device.
  • Switchgear which act staggered in power distribution networks behave selectively. To achieve this selectivity, it is necessary that the incident lienslie ⁇ constricting switchgear fast the current paths of all switching poles 1er than interrupt the parent switchgear.
  • each electrical switching arrangements in the form of power switches ⁇ are disclosed with insulating material, which pro
  • Switching pole two in the closed position of the power scarf ⁇ spring comprise spring against each other pressed switch contacts.
  • the switch contacts can be separated by the action of electrodynamic repulsion forces when the current flowing the switching contacts by a specified threshold value exceeded, to act as a limitation of the said current to be ⁇ .
  • the method disclosed in the publications breaker environmentally summarizes an overload and / or short-circuit detection element for applying an error occurs causing the automatic switching off of the circuit breaker shutoff ⁇ tung. Furthermore, the circuit breaker disclosed in the publications comprises an actuator, which refers to one in the
  • a gas-up ⁇ th unit is disclosed as an actuator which is connected exclusively to the separation zone of the switch contacts and a movable member, such as a piston or a membrane that comprises 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 Auslö ⁇ solution of said cut-off mechanism of the circuit breaker, wherein said return device with adapted
  • Effective force is dimensioned so that an unintentional tripping with a simple overload or a response of a downstream current-limiting circuit breaker is prevented. Further pressure releases are also disclosed in the publications DE 10 2009 015 126 AI and DE 10 2011 077 359 AI.
  • Switching chamber creates a high pressure, which is used by a pressure release to trigger the electrical Wegge ⁇ advises.
  • 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.
  • the triggering element according to claim 1 comprises an actuating member 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 separating ei ⁇ ner current path, wherein the switching contacts of the least one pole of the electrical switch are Any artwork separable by means of the actuator which is at a pressure (p) response ⁇ bar, which is a solid at an electrodynamic repulsion of the switching contacts arc (LB) created in a separation zone of the two switching contacts , and wherein the separation zone is connectable by means of the flow channel with the actuating ⁇ member, so that the actuating member is guided by a housing of the triggering element between a neutral position and a triggering position, wherein after reaching the triggering position, a pressure relief the pressure out ser vented.
  • p pressure
  • LB electrodynamic repulsion of the switching contacts arc
  • the switching contacts of the at least one pole of the electrical switch are disconnected in the triggering position.
  • the actuating member is movable in a guide of the housing between a neutral position and a triggering position.
  • a pressure relief of the pressure release in the firing position In one embodiment of the trigger element from a ⁇ recess caused in the guide of the housing, a pressure relief of the pressure release in the firing position.
  • a bore, a slit, or other type of Publ ⁇ voltage causes in the housing a pressure relief of the pressure release in the firing 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.
  • the pressure release of this is modularly constructed of at least two valve elements with je ⁇ Weils a check valve and a respective flow channel and the trigger member with the actuating member, wherein the at least two valve elements and the release element are formed together ⁇ mensteckbar.
  • the pressure release includes From this ⁇ circuit elements and connection elements, the at least two valve elements or the trigger element together complete ver ⁇ or bind.
  • 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 Actu ⁇ supply member, the to a pressure (p) responds by ei ⁇ nen at electrodynamic repulsion of the switching contacts Gezo ⁇ genes arc (LB) is generated in a separation zone of the two switching contacts, and the separation zones are connected by means of the flow channels with the actuating member.
  • these two or three electrical poles and the pressure release comprise three or four flow channels.
  • FIG. 1 shows a pressure release with a first housing part and a second one
  • Figure 3 electrical switch with pressure release
  • Figure 4 electrical switch with multiple poles and pressure release
  • Figure 5 modular pressure release
  • Figure 6A, 6B, 6C, 6D release element with pressure relief
  • Figure 7A and 7B release element with alternative Druckent ⁇ load.
  • FIG. 1 shows a pressure release 100 for an electrical switch 1000.
  • the pressure release 100 comprises a housing 190 made of a first housing part 191 and a two ⁇ th housing part 192.
  • On the second housing part 192 are flow channels 151; 152; 153 attached, with separation zones
  • a multi-pole electrical switch 1000 is shown in FIG. It comprises several poles 1101; 1102; 1103 depending ⁇ wells at least two switch 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 for single-break and multi-break electrical
  • the multi-pole electrical switch 1000 can, for example, have three electrical poles 1101;
  • 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 ⁇ limb 110 of the trigger 100, wherein the actuator 110 to a pressure (p) is responsive to a by electrodynamic recoil of the switch 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.
  • the separation zones 1201; 1202; 1203 are by means of the flow channels 151;
  • the trigger 100 further includes check valves 161; 162; 163, as shown for example in FIG.
  • 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 comprises a tongue 181 which, when at rest, covers the flow channel 151, as shown in FIG. At a pressure (p) in the associated flow channel 151 separating zone 1201, the tongue 181 outputs the flow channel 151 and a free flow entspre ⁇ accordingly the Figure 2 downward is made possible. Tongue 181 be ⁇ then found in the position shown in dashed lines.
  • FIG. 1 further shows that the pressure release 100 comprises a common collection chamber 170, which is located between the respective non-return valves 161; 162; 163 and the actuator 110 is arranged.
  • FIG. 3 represents a flow through the flow channel 151 and located on the end of check valve 161 in the common collection chamber 170 is ⁇ .
  • the actuator 110 is deflected upward as shown in Figure 3 and actuates the release lever 1500 of the switching mechanism of the multi-pole electrical switch 1000.
  • the actuator 110 may be formed as a plunger for actuating the release lever 1500 of the switching mechanism , Des ⁇
  • the actuator 110 may be verse ⁇ hen with a spring and are held by this spring in a rest position. At pressure (p), the actuator 110 can be actuated against the spring force of this spring.
  • the response of the pressure release 100 can be adjusted by the selection of the spring.
  • the tongue 181 shown in Figure 2 may be made of aramid, for example.
  • Aramid is a material which is particularly resistant to temperature and which nevertheless is flexible and flexible, and allows the tongue 181 to be deflected from the rest position shown in FIG. 2 into the deflected position in a dashed representation.
  • the response of the check valve 161 may be adjusted by the material thickness of the tab 181.
  • the choice of the material of the tongue 181 due to the rigidity of this Materi ⁇ than, 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 formed in the first housing part 191 and second housing part 192, respectively 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.
  • FIG. 5 shows a modular pressure release 100.
  • This comprises valve elements 141; 142; 143, each with a check valve 161; 162; 163 and a respective flow channel 151; 152; 153 (not included in the illustration of FIG. 5).
  • the pressure release 100 shown in FIG. 5 comprises a triggering element 147 for separating the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213 1223.
  • the triggering element 147 is to soul ⁇ equipped with an actuator 110 being, 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 Ver ⁇ connecting elements 146 serve the mating structure ei ⁇ nes 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.
  • FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D illustrate the mode of operation of the triggering element 147 according to the invention.
  • the electrical switch 1000 is switched on, 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.
  • 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 pressure sets the operating member 110 in movement (ent ⁇ speaking shown in Figure 6B, upward) and disengages the electrical switch 1000 of FIG. Until the time of tripping ⁇ solution the vent is closed (bore 149 is covered by the actuator 110), so that the pressure can not be significantly reduced by this time.
  • the vent may be a bore 149 but also have the shape of a slot.
  • the actuator 110 can by a torsion spring in
  • Shift lever are pressed down and thereby brought to the starting position, as shown in Figure 6D.
  • An alternative pressure relief is shown in Figures 7A and 7B.
  • a recess 150 in the form of a Verbrei ⁇ sion in the leadership of the housing 148 can also be in ei ⁇ ner 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 actuating member 110 continues to be guided despite the recess 150 and does not tilt or lock.

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

Beschreibung
Auslöseelement eines Druckauslösers, Druckauslöser mit solch einem Auslöseelement und elektrischer Schalter
Die Erfindung betrifft ein Auslöseelement eines Druckauslö¬ sers für einen elektrischen Schalter, einen Druckauslöser mit einem Auslöseelement sowie einen elektrischen Schalter mit solch einem Druckauslöser.
Typischerweise werden strombegrenzende Schaltgeräte, insbe¬ sondere strombegrenzende Leistungsschalter, beispielsweise in Form von MCCBs (Moulded Case Circuit Breaker) , in weit ver¬ zweigten 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 ge¬ gen auftretende Überlasten und Kurzschlüsse geschützt werden.
Dabei ist beispielsweise ein Schaltgerät, das einem Verbrau¬ cher am nächsten angeordnet ist und das oft als verbrauchernahes bzw. nachgeordnetes Schaltgerät bezeichnet wird, für den geringsten Nennstrom ausgelegt. Fließt nun ein Kurz- schluss-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. vorgeordne¬ tes Schaltgerät bezeichnet wird, so soll nur das verbraucher- nahe 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 verbrau- cherfernen 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 un¬ ter 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 nächstlie¬ genden Schaltgeräte die Strombahnen aller Schaltpole schnel- 1er 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 Leistungs¬ schaltern mit Isolierstoffgehäuse offenbart, welche pro
Schaltpol zwei in der Einschaltstellung des Leistungsschal¬ ters federnd gegeneinandergedrückte Schaltkontakte umfassen. Die Schaltkontakte können durch die Wirkung elektrodynamischer Rückstoßkräfte getrennt werden, wenn der die Schaltkontakte durchfließende Strom einen bestimmten Schwellwert über- schreitet, um so eine Begrenzung des genannten Stromes zu be¬ wirken .
Der in den Druckschriften offenbarte Leistungsschalter um- fasst ein Überlast und/oder Kurzschluss-Erfassungsglied zur Beaufschlagung eines im Fehlerfall die automatische Abschal¬ tung 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 elekt- rodynamischen Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbo¬ gen erzeugten Überdrucks anspricht, um den Abschaltmechanis¬ mus des Leistungsschalters zu betätigen. In den Druckschriften wird als Betätigungsglied eine gasdich¬ te 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 Auslö¬ sung des genannten Abschaltmechanismus des Leistungsschal- ters, 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 AI und DE 10 2011 077 359 AI 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 Betä¬ tigungsglieds 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 Schaltge¬ rät 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 er- findungsgemäßen 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 angege- ben. 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 Betätigungs- glied 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 ei¬ ner Strombahn umfasst, wobei die Schaltkontakte des mindes- tens einen Pols des elektrischen Schalters trennbar mittels des Betätigungsglieds sind, das auf einen Druck (p) ansprech¬ bar 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 Betätigungs¬ glied verbindbar ist, so dass das Betätigungsglied von einem Gehäuse des Auslöseelements geführt wird zwischen einer Neut- ral-Position und einer Auslöse-Position, wobei nach dem Erreichen der Auslöse-Position eine Druckentlastung den Druck- auslöser 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 Druckentlas¬ tung 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 Kos¬ ten 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 Aus- löse-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 Aus¬ nehmung 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 Öff¬ nung 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 Aus- lösung 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 Schnitt- stelle 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 je¬ weils einem Rückschlagventil und jeweils einem Strömungskanal sowie dem Auslöseelement mit dem Betätigungsglied, wobei die mindestens zwei Ventilelemente und das Auslöseelement zusam¬ mensteckbar ausgebildet sind. In einer Ausgestaltung des Druckauslösers umfasst dieser Ab¬ schlusselemente und Verbindungselemente, die die mindestens zwei Ventilelemente oder das Auslöseelement miteinander ver¬ binden 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 Betäti¬ gungsglieds, das auf einen Druck (p) anspricht, der durch ei¬ nen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte gezo¬ genen 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 Ausführungsbei- spiele, 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 Druckent¬ lastung .
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 zwei¬ ten Gehäuseteil 192. Am zweiten Gehäuseteil 192 sind Strö- mungskanäle 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 je¬ weils 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 Betätigungs¬ glieds 110 des Druckauslösers 100 durch Betätigung des Auslö¬ sehebels 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 Trennzo- nen 1201; 1202; 1203 sind mittels der Strömungskanäle 151;
152; 153 mit dem Betätigungsglied 110 verbunden. Dies bedeu¬ tet, dass der Druck (p) , der in den Trennzonen 1201; 1202; 1203 aufgrund des gezogenen Lichtbogens (LB) entsteht, inner¬ halb des Druckauslösers 100 zum Betätigungsglied 110 strö- mungstechnisch 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 Strö- mungskanälen 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 ande- ren 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 entspre¬ chend der Figur 2 nach unten wird ermöglicht. Zunge 181 be¬ findet 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 ver- schließt diese den Strömungskanal 151. Dadurch wird verhin¬ dert, 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 dar¬ stellt 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. Des¬ weiteren kann das Betätigungsglied 110 mit einer Feder verse¬ hen 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 temperaturbe¬ ständiger 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 Rück- schlagventils 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 Materi¬ als, 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 ( ) 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 ( ) der Haltezone der Zunge 181 kann ebenfalls das Ansprech- verhalten 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 je- weils 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 Auslö- seelement 147 ist dazu mit einem Betätigungsglied 110 ausge¬ stattet, 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 λ und Verbindungselemente 146 vorgesehen. Die Abschlusselemente 145; 145 λ und die Ver¬ bindungselemente 146 dienen dem zusammensteckbaren Aufbau ei¬ nes 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 (ent¬ sprechend der Darstellung in Figur 6B nach oben) und löst den elektrischen Schalter 1000 aus. Bis zum Zeitpunkt der Auslö¬ sung 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 betä¬ tigt 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 Druckauslö¬ ser 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 Verbrei¬ terung in der Führung des Gehäuses 148 kann ebenfalls in ei¬ ner vordefinierten Position eine Druckentlastung entstehen, indem die heißen Gase dann am Betätigungsglied 110 vorbei- strömen 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 Betäti- gungsglied 110 trotz der Ausnehmung 150 weiterhin geführt wird und nicht verkantet oder blockiert.

Claims

Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) ei¬ nes Druckauslösers (100) für einen elektrischen Schalter
(1000), wobei der Druckauslöser (100) mit mindestens ei¬ nem 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 Schalt¬ kontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) zum Schlie¬ ßen 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) an¬ sprechbar 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,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Betätigungsglied (110) von einem Gehäuse (148) des Auslöseelements (147) geführt wird zwischen einer Neut- ral-Position und einer Auslöse-Position, wobei nach dem Erreichen der Auslöse-Position eine Druckentlastung den Druckauslöser (100) entlüftet.
Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) ei¬ nes 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 elektri¬ schen Schalters (1000) getrennt werden. Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) ei¬ nes Druckauslösers (100) für einen elektrischen Schalter (1000) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Betätigungs¬ glied (110) in einer Führung des Gehäuses (148) zwischen einer Neutral-Position und einer Auslöse-Position beweglich ist.
Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) ei¬ nes 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.
Auslöseelement (147) mit einem Betätigungsglied (110) ei¬ nes 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 Druckaus¬ lösers (100) in der Auslöse-Position bewirkt.
Druckauslöser (100) mit einem Auslöseelement (147) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
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 Be¬ tätigungsglieds (110) erlaubt.
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), wo¬ bei die mindestens zwei Ventilelemente (141; 142; 143) und das Auslöseelement (147) zusammensteckbar ausgebildet sind .
Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 8, wobei der Druckaus¬ löser (100) Abschlusselemente (145; 145 λ) und Verbin¬ dungselemente (146) umfasst, die die mindestens zwei Ven¬ tilelemente (141; 142; 143) oder das Auslöseelement (147) miteinander verbinden oder abschließen.
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) an¬ spricht, 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.
Elektrischen Schalter (1000) gemäß Anspruch 10, wobei der elektrische Schalter (1000) ein, zwei oder drei elektri¬ sche Pole (1101; 1102; 1103) umfasst und der Druckauslö¬ ser (100) drei oder vier Strömungskanäle (151; 152; 153) .
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