WO2019154463A1 - Interruption switch having main and shunt current path - Google Patents
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- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H33/22—Selection of fluids for arc-extinguishing
Definitions
- the invention relates to an electrical interrupting switching element, in particular for interrupting high DC currents at high voltages, having the features of patent claim 1.
- Such switching elements can be found, for example, in power plant and automotive engineering, as well as in general mechanical and electrical engineering in cabinets of machinery and equipment, and in the context of electromobility in electric and hybrid vehicles, but also in electrically powered helicopters and aircraft to the defined and rapid disconnection of electric power circuits in emergency use.
- a switching element that its triggering and interruption function must be guaranteed even without maintenance after up to 20 years reliably.
- a switching element must not pose any additional danger potential due to hot gas, particles, throwing pieces or emerging plasma.
- Another requirement for such switching elements is to ensure the insulation resistance after the separation.
- a possible application in motor vehicle technology is the defined irreversible disconnect the board wiring of the car battery or drive battery shortly after an accident or generally after another gregat example, by a defective Ag or a defective electric motor caused shorting in the on-board cabling to avoid sources of ignition by sparks and plasma, which occur when, for example, cable insulation has been scoured by metal panels penetrating during the accident or if loose cable ends are pressed against one another or pressed against sheet metal parts. If gasoline runs out in an accident at the same time, such ignition sources can ignite flammable gasoline-air mixtures that collect under the bonnet, for example.
- Source voltage would break sharply, which can lead after just a few seconds to ignite the battery or its explosion. Also to
- the interruption switch presented here is very well suited, because it can be formed controlled or remote controlled.
- the invention has the object, an interruption switching element, in particular for interrupting high
- the interruption switching element according to the invention can be transferred from a control position to a disconnected position. If the interruption switching element according to the invention is integrated in a circuit, then the circuit in the control position is closed. In the disconnected position, the circuit is interrupted.
- Breaker switch has a housing, a reaction chamber disposed within the housing and a main flow path through the
- Open circuit-defining contact unit on.
- the housing engages around the contact unit, i. the contact unit is surrounded by the housing.
- Contact unit has a first and a second terminal contact and a separation area.
- the separation area is in the control position of
- Breaker switch one, preferably very low-resistance, electrical connection between the first terminal contact and the second
- Extinguishing agent is filled, arranged.
- the separation region is formed so that when the interruption switching member is transferred from the Leit ein in the disconnected position, the main current path between the first terminal contact and the second
- Connection contact is interrupted so that two separated ends of the
- the interruption switching element according to the invention is characterized in that the interruption switching element has a bypass current path parallel to the main current path, which is capable of an overvoltage in the transition from the Leit ein to the disconnected position
- the interrupt circuit according to the invention the external circuit, in which the interruption switch is integrated, interrupted.
- the inductance stored in the external circuit leads to the interruption of the external at the moment
- an arc generally occurs at at least one point of the interrupting switching element, preferably initially between the two separate ends of the separating region.
- the arc can evaporate the extinguishing agent, tear the molecules and react with the resulting electrically conductive substances. In this way, arise from the usually built up from carbon molecules or mixed with carbonaceous materials extinguishing agent conductive substances that are undesirable because they do not lead to permanent assurance of insulation resistance. If no energy were consumed elsewhere, all the energy from the arc could flow into the conversion of extinguishing agent to undesirable conductive substances.
- Liquids z.Z. would cost about 60,000 euros, with a production time of about 6 months. These high costs and long production time exclude these materials at least for now. for a series application for electric arc damping in emergency shutters off. Even today, it is still completely unknown what disadvantages would occur with the use of these substances.
- bypass current path can also be a separation distance t 2 , in which an arc can be formed.
- this arc also converts extinguishing agents to conductive materials, the inventor of the present application has
- Interrupting switch is present so that even after extinction or starvation of the arc at the operating voltage no arc is formed. Furthermore, by the presence of extinguishing agent after the decay of the arc or arcs permanently the insulation resistance is better ensured.
- the operating voltage is to be understood as meaning a voltage of more than 100 V or more, preferably 450 V or more, but today preferably a maximum of 5000 V.
- overvoltage is meant according to the invention a voltage increase of up to 4 times the operating voltage.
- reaction chamber is understood in the present application to mean the chamber in which the connecting element is separated, ie the chamber within which an arc can be formed between two separate parts of the separating region.
- the size of the separation path in the main current path ie the distance between the separate parts of the separation region is in the disconnected position of the interruption switching element according to the invention preferably in the range of 1 to 10 mm.
- the size of the separation path t 2 in the bypass current path is preferably in the range of 0.5 to 10 mm. The latter also applies to possible further separation distances within the
- the separation distance t 2 is usually over at least one spark gap in
- Spark gap is in the range of 0.1 to 2 mm, preferably about 1 mm.
- the resistance of the contact unit from the first to the second terminal contact in the main current path is in the range of 30 to 60 mW.
- the shunt resistance, including the arc resistance preferably smaller after separation than the resistance of the separated main current path, and is preferably in a range of 1x to 0.01x of the resistance of the separated main current path.
- the extinguishing agent can be a solid, powdery or a liquid medium.
- the extinguishing agent is a vaporizable medium.
- the extinguishing agent is a liquid medium which upon reaching the boiling or
- Evaporating temperature completely or partially passes into a gaseous state.
- the extinguishing agent also be electrically insulating
- the extinguishing agent is an oil, for example, silicone oil, or a silane or polysiloxane, for example hexasilane or pentasilane with as little or even better without carbon atom content.
- the contact unit comprises the first and the second connection contact as well as the separation region which, when the interruption switching element according to the invention is switched, disconnects the main current path via the contact unit.
- the separating region can be configured in any form, as described, for example, in DE 10 2014 107 853 A1, DE 10 2014 110 825 A1, DE 20 2015 100 525 U1, DE 10 2015 112 141 A1, DE 10 2015 114 279 A1, DE 10 2015 114 894 A1, DE 10 2016 124 176 A1 and DE 10 2017 123 021 A1 is described.
- the separation region may be formed, for example, as a fixed switching web, for example, as a simple rod or as
- cylindrical or hollow prismatic pipe is formed, which is torn and thereby separated into at least two parts. But the rod or tube can also be moved only, so that a separation of the two
- connection contacts results.
- the separation area can also be designed so that a bolt is in communication with two guide contacts, and when the bolt is moved, it is separated from one or two of the guide contacts.
- the separation area can also be a wire or a band. The separation area is connected to the two connection contacts.
- the door area can be directly connected to the connection contacts or via further conductive contacts
- Interrupt switch i. Interrupting the current path, the separation area is separated in such a way that thereby the electrical connection between the two terminals is interrupted.
- the separation of the separation area can be done in any conceivable manner, for example, a piston can push it on, shoot up a plunger, the conductor an externally generated and acting on him or torn by the conductor itself generated gas pressure or exhaust gas pressure or can be thermally melted easily.
- the separation region can be activated by active triggering, but also by passive triggering of the invention
- the passive triggering can, for example, by melting the material forming the separation area, for example, when reaching a certain threshold current, done. Also, the passive release by the action of pyrotechnic ignition and Igniter substances, as well as only by thermal action decomposing substances, such as. Tetracene be supported. In this case, devices can also be attached to one or both separated parts of the separation area, which further remove these two ends from each other, for example by an existing tensile load, which can act after separation of the separation area. By way of example, here is one
- Tensile stress can be called by a prestressed spring.
- Actively triggering the interruption switching element means any kind of mechanical or pyrotechnic energy which can separate the separation region.
- the separation area can be separated by an acting tensile or compressive movement.
- a pyrotechni cal material such as a lighter (EED) or a Minidetonator, ver used, which is either in the reaction chamber, or outside the reaction chamber is mounted so that it by pulling or pushing movement or a shock wave on can affect the separation area and causes its separation.
- Release of gases can be used here to initiate or assist in a separation process.
- These substances can also be used for extinguishing and isolating provided that they do not contain any halogens or carbon atoms in their molecular structure.
- tetracene largely disintegrates directly into nitrogen N 2 and thus can be used directly into the reaction chamber to aid in the separation and subsequent electrical isolation of the separate connector.
- the shunt current path is closed or interrupted in the conducting position. Is the shunt current path in the control position
- the shunt current path is closed in the conducting position, it is preferred that a part of the material forming the shunt current path be at Voltage increase beyond the operating voltage beyond evaporable material. The transition from the control position to the disconnected position occurs
- Separation distance t 2 is formed in the bypass current path, which also to a
- Circular inductance stored energy at the moment of separation also be reduced faster at this arc and also in addition to the resistance in the bypass current path.
- Breaker switch preferred that in the disconnected position of
- Shunt paths with a separation distance t 2 is provided, which is bridged when the overvoltage occurs by an arc. This ensures that a shunt current flows across the shunt current path, allowing shunt resistance to convert electrical energy into thermal energy.
- the separation distance t 2 is also located within an extinguishing agent. This ensures that even with waste of the increased voltage during or after the switching of the invention
- Interrupting switching element (transition from the control position to the disconnected position) is applied to the operating voltage of the arc is effectively deleted.
- the extinguishing agent in which the separation distance t 2 is located is the same extinguishing agent in which the separation distance is located. Furthermore, it is preferred that the separation sections and t 2 are arranged in the separation position within the same volume. This volume is filled with the extinguishing agent. In the control position of the interruption switching element according to the invention, the separation sections and t 2 may be present in different volumes or chambers, but it is
- Breaker switch advantageous when passing through the transition position in the separation position the different volumes are combined into one volume. This can be accomplished by the separation area of the contact unit being designed such that it separates the different volumes in the guide position, but by separating the separation area from the different ones
- Volumes becomes a volume.
- the separation distance t 2 is located between the inner wall of the housing and an electrically conductive material in the interior of the interruption switching element.
- the electrically conductive material is preferably in the form of a coating on an insulating element of the interrupting switching element.
- the insulating element may be made of plastic, for example. From a thermal or
- the electrically conductive material may also be configured as a wire or a band.
- the electrically conductive material is preferably connected at one end to the contact unit, preferably on the side of the first connection contact. Alternatively, however, may be provided between the electrically conductive material and the contact unit, a further separation distance t 3 , which in the transition from the
- Control position is bridged into the disconnected position by means of an arc.
- a protective layer is provided between the insulating member and the electrically conductive material, which protects the insulating member from the energy by the bypass current flow.
- the protective layer is preferably a ceramic protective layer, for example of a silicon dioxide-containing layer oxide. This protective layer may be applied to the insulating member in which a liquid ceramic is sprayed or the insulating member is immersed in a liquid ceramic.
- a liquid ceramic a liquid mixture of siloxanes and nanomaterials is referred to, as it is commercially available for example as "9H Auto Ceramic Coating".
- the protective layer preferably has a thickness in the range from 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably in the range from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m.
- the coating with the electrically conductive material preferably is applied to the protective layer, is preferably aluminum, because aluminum is burned to electrically non-conductive alumina and thus does not deteriorate the subsequent insulation resistance. This can be realized, for example, by adhering an aluminum adhesive sheet to the insulating member or the protective layer of the insulating member.
- the coating with the electrically conductive material preferably has a width (orthogonal to the direction of current flow) in the range of 1, 5 to 10 mm, preferably 2 to 5 mm, but may also be applied continuously on the surface of the insulating member extending from the contact unit extends towards the housing.
- the thickness of the coating with the electrically conductive material is preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 20 ⁇ m to 50 ⁇ m.
- the electrically conductive material is a material which at least partially vaporizes upon electrical connection of the two connection contacts through the bypass current path in the disconnected position of the interruption switching element, whereby the separation distance t 2 is formed. In this embodiment, it does not bother if the
- the main current path is centered within the housing of the
- the bypass current path preferably extends from the first terminal contact over a part of the contact unit, which is located on one side of the separation distance t 2 , and is from there to the housing of the
- connection stands. The first connection contact must not be used directly with the Housing in electrical connection.
- the part of the housing through which the shunt current flows is preferably formed of an electrically conductive material having a higher resistance than the electrically conductive material of the contact unit.
- the electrically conductive material of the housing is preferably steel, stainless steel, tungsten alloys or titanium.
- As the electrically conductive material of the contact unit is preferably copper, brass or aluminum used, all nickel-plated, silvered or gold plated in special cases.
- the wall thickness of the casing material through which the bypass current flows is preferably in the range of 0.8 mm to 5 mm, more preferably 1 mm to 3 mm, and most preferably 1.5 mm to 2 mm.
- the wall thickness hangs next to the wall
- Housing material also from the outer diameter of the housing and from the currents at which is separated: the larger the outer diameter of the
- the above-mentioned wall thicknesses preferably relate to a
- the contact unit is in communication with a sabot that is configured to be movable by an applied pressure from an initial position to an end position, wherein in the end position of the sabot the separation area is disconnected and the separation distance is formed.
- the sabot is made of a non-conductive material, that is, the above-mentioned insulating member is formed as a sabot. All features mentioned above i. V. m. The insulating element therefore applies to the sabot. This has the advantage that the sabot can be in connection with an electrically conductive housing without current flowing through the housing.
- the sabot turns off insulating material which communicates with the contact unit and which extends in the vicinity of the housing or is also in communication therewith, preferably in such a way provided with a conductive coating, so that in the disconnected position of the interruption switching element according to the invention the first and the second
- connection contact via the shunt current path are interconnected.
- the electrically conductive coating preferably extends on the sabot from the contact unit to the inner wall of the housing. If, in the case of the disconnected position, this is referred to as a connection of the first and second connection contacts via the bypass current path, it is always meant that this electrical connection can only be achieved by bridging the separation section t 2 by an arc. Furthermore, it is preferred that the conductive coating is not applied directly to the material of the sabot, but that - as described above - protective layer is provided between the electrically conductive coating and the sabot.
- a baffle may be provided on the inner wall of the housing, which is preferably in communication with the conductive coating of the sabot.
- the baffle is preferably formed of copper.
- an electrically non-conductive screen is provided on the inner wall of the housing.
- the electrically nonconductive screen is preferably made of an insulating material, such as e.g. POM, PAI, PI or preferably a ceramic.
- Ceramic surface does not make electrically conductive.
- a collector is provided on the outside of the housing.
- the collector preferably extends over the part of the housing which is part of the housing
- the collector can be made of stainless steel, steel or copper.
- the collector has the task of additional mechanical strengthening of the housing at high internal pressure in the case of switching the breaker switching element according to the invention. Furthermore, collects the collector over the housing flowing current and also relieves the housing material. He can speak as a kind of bypass for the there after the arc strike in the am
- Inner diameter of the housing attached baffle be viewed over the housing flowing current.
- the collector also covers the back of the
- Interrupt switch from, i. it is a kind of privacy shield for any existing sealing rings or a sealant used there. Should the internal pressure of the interruption switching element become so high under extreme current load that between the housing and the part of the contact unit on the side of the second
- Connection contact extinguishing agent escapes, so the collector can collect the extinguishing agent, and prevents the extinguishing agent splashed around in the area and here even finely divided can even ignite.
- the separation distance t 2 is formed by moving the sabot from the starting position to the end position.
- interruption switching elements according to the invention can be used in a circuit in which parallel to the invention
- An interruption switching element ignition electronics and in a further current path a fuse is connected, wherein the further current path has a switch which can be opened or closed.
- the switch is preferably open.
- the ignition electronics are able to close the switch at a certain overcurrent and then to switch the breaker switch, i. from the control position to the disconnected position.
- the fuse can be a conventional fuse.
- the ignition electronics may for example be a comparator. More details are given below in connection with the description of FIG. 4. In such a circuit, instead of the breaker circuit according to the invention, any prior art breaker switch suitable for shutting off not so high currents at not so high voltages may be used.
- interruption switching elements according to the invention can also be used in one
- connection contact leads. Parallel to this, an ignition electronics is arranged outside of the interruption switching element. Furthermore, the circuit has a switch in the operating circuit. The switch can also be the operating switch of the
- the ignition electronics can measure the current in the operating circuit and ignites the overcurrent active breaker, which then interrupts the transition from the Leit ein in the disconnected position the operating circuit (switching of the interruption switching element).
- the interrupt switch takes a certain time to switch, i. until the time at which the arc extinguishes in the breaker switch. This time is called shutdown time.
- the ignition electronics are preferably programmed so that the switch S is opened in a period of time from immediately after the turn-off time of the interruption switching element to 1-3 times the turn-off time after switching. This circuit has the advantage that a possibly after extreme overloading of the interruption switch very small insulation resistance from the opening of the switch S no heating of the interruption switch more occurs, the separation process is thus stabilized and fixed without the switch S disconnecting the circuit in case of overload current
- interruption switching element can be arbitrarily combined according to the invention.
- FIG. 1 shows a schematic view of an inventive
- Fig. 2 shows a schematic view of an inventive
- Fig. 3 shows a schematic view of an inventive
- Fig. 4 shows a schematic view of another invention
- Fig. 5 shows the longitudinal or cross section of a sabot of a typical
- Fig. 6 shows a circuit with an inventive
- Breaker switch connected in parallel with a conventional fuse and a comparator, which can also be replaced by a controller.
- Fig. 7 shows a circuit with an inventive
- an interruption switching element 1 comprises a housing 2, in which a contact unit 3 is arranged.
- the housing 2 is designed such that it withstands a pressure generated within the housing 2, which is generated, for example, during a pyrotechnic triggering of the interrupting switching element 1, without the risk of damage or even bursting.
- the housing 2 may in particular be made of a suitable material, preferably steel.
- the contact unit 3 is in the illustrated embodiment as a through the sabot 10 in
- the contact unit 3 has a first connection contact 4.
- the first connection contact 4 is adjoined by a radially outwardly extending flange 15, which adjoins an annular insulator element 22, which consists of an insulating material, for example a plastic supported, that the contact unit 3 can not be moved out of the housing 2 in the axial direction.
- Insulator element 22 for this purpose preferably has an annular shoulder on which the flange 15 of the contact unit 3 is supported.
- the insulator element 22 isolates the housing 2 from the terminal contact 4.
- the contact unit 3 has a subsequent to the flange 15 in the axis of the contact unit 3
- the wall thickness of the contact unit is in the compression region 19, which has a predetermined axial extent, so selected and matched to the material that at a release of the interruption switching element 1 as a result of plastic deformation of the contact unit 3 in the compression region 19 a
- the compression area 19 is adjoined in the axial direction of the contact unit 3 by a flange 14, on which a sabot 10 is seated in the exemplary embodiment shown.
- the sabot 10 is designed as an electrically insulating element, for example a suitable plastic, preferably of ceramic. This embraces the
- Interrupting switching element 1 results in a compression of the swaged portion 19, wherein the sabot 10 from its initial position (status before the release of the
- Breaker switch 1 Leit ein
- the sabot 10 may be selected so that its outer diameter substantially corresponds to the inner diameter of the housing 2, so that an axial guidance of the flange 14 and thus an axially guided compression movement is achieved during the switching operation.
- the noses of the insulator element 22 and of the sabot 10 lying close to the housing 2 fully engage one another, so that the one pushed together meander-shaped after the release and the upsetting process
- Compression area 19 is fully enclosed by electrically insulating materials.
- the sabot 10 is pushed in the assembly of the interruption switching member 1 from the side of the terminal 5 forth on the contact unit 3. This is shared (not drawn). If the second terminal contact 5 is not divided or this is in one piece the same
- the sabot must be either molded or made of several parts in order to mount it.
- a drive 16 preferably a pyrotechnic drive, may be provided, here often also called a mini-detonator or ignition plug.
- the drive 16 is preferably in an inner
- Reaction chamber 7b provided within the contact unit 3.
- Reaction chamber 7a is located between the outer wall of a separation area 6 and the housing 2.
- the separation region 6 is dimensioned so that it tears at least partially through the gas pressure generated or the generated shock wave of a drive, preferably completely ruptures, so that the pressure or the shock wave from the inner
- Reaction chamber 7b in the preferably designed as a surrounding annular space outer reaction chamber 7a can spread.
- the reaction chambers 7a and 7b are connected together in this way to a volume.
- the internal pressure required for upsetting the contact tube can also be generated in such a way that at a certain nominal current intensity the separating region 6 melts and an arc forms therebetween, the extinguishing agent 9 evaporates.
- the wall of the contact unit 3 in the separation region 6 can also have one or more apertures or bores and / or grooves. In this case, it must be ensured that the material of the separation area separates the operating current well, that is, it does not become too hot in consideration of heat dissipation so as not to cause the material to age too quickly or too strongly. To humiliate the
- Soldering temperature of points of the separation area can also solder is applied there, which melts when heated the separation region and, for example, the applied copper alloyed so that its melting temperature of about 1700 ° C drops to only 160 ° C and so earlier can break the separation area , This
- a device for igniting a pyrotechnic material may consist of a simple, quickly heatable filament which is coated with a primer or ignition mixture.
- the activation of the drive can be done by a corresponding electrical control.
- the drive can also be designed in any other way that causes activation of the pyrotechnic material, also in the form of a conventional igniter (EED), a primer, a squib or a Minidetonators.
- a pressure or even a shockwave is generated on the side of the sabot 10 facing away from the swage region 19, as a result of which the sabot 10 is subjected to a corresponding axial force.
- This force is determined by a suitable dimensioning of the pyrotechnic Material selected so that the contact unit 3 in the compression region 19 plastically deformed or pressed, but not torn and then the sabot 10 is moved in the direction of the first terminal contact 4.
- the pyrotechnic material is dimensioned so that after breaking or pressing the separation area 6, the movement of the sabot 10, the two halves separation sufficiently far away from each other, in cooperation with the evaporation of the extinguishing agent 9 then even to an end position.
- Separation region 6 at least partially torn or pushed, preferably completely torn. If the tearing or pressing in does not take place even before the start of the axial movement of the sabot 10 over the complete circumference of the separating region 6, then a remaining remainder of the separating region 6, which still causes an electrical contact, is completely torn open by the axial movement of the sabot 10, amplified by the then occurring very rapid heating of the here then only small residual cross section of the conductor by the flowing here high electric current.
- the gas pressure generated by the burnup or the generated shock wave can be well controlled by introducing readily gasifiable liquids or solids (extinguishing agent 9) into the space in which the pyrotechnic material is contained or in which the generated hot gases enter.
- readily gasifiable liquids or solids extentinguishing agent 9
- water dissolved in the extinguishing agent 9 or in the form of microcapsules, gels, etc. increases the gas pressure considerably.
- admixture of chemicals that react with heating is useful, e.g. the addition of red phosphorus,
- ZPP Zirconium potassium perchlorate
- polysiloxanes such as hexasilane or pentasilane.
- an extinguishing agent 9 is located in the reaction chambers 7a and 7b, which is released during the detonation or deflagration of the Pyrotechnic material favors the shock wave propagation and also reduces the void so much that in this way less activatable material must be used and the walls of the separation region 6 can be kept sufficiently thick, so that the assembly even at high
- the extinguishing agent 9 also serves to dampen or extinguish an arc between the separate ends of the separation region 6. After the separation of the separation region are the two
- Reaction chambers 7a and 7b connected to each other.
- a channel which extends below the sabot 10, in particular in the flange 14, preferably centrally in the axial direction and connects the inner reaction chamber 7 b with a compression chamber 18 below the compression region 19.
- the stuffer box 18 and the channel connecting the stuffer box and the inner reaction chamber 7b are also filled with extinguishing agent 9.
- the contact unit 3 is further formed in the illustrated embodiment as a continuous switching tube. The channel ensures that in the release of the interruption switching element 1 and the associated movement of the sabot 10 from the starting position to the end position, the increasing volume in the region of the inner
- Reaction chamber 7b is also refilled with extinguishing agent 9.
- extinguishing agent 9 By the movement of the sabot 10 from the starting position to the end position extinguishing agent 9 is compressed in the stuffer box 18 and injected through the channel in the direction of the region of the reaction chamber 7 and here directly to the separation region 6. In this way, an arc between the separate parts of the separation region 6 can be additionally attenuated or deleted.
- the central channel can before the inner reaction chamber 7b or before the
- Separation area 6 narrows nozzle-like manner, for a sufficiently good to pass extinguishing agent 9 from the compression area 19 in the combustion chamber 17, on the other hand attenuate the generated by the minidetator or drive 16 shock wave direction compression area 19 so that the compression area after the ignition of the Minidetonators or Drive 16 is not too heavily loaded or even damaged.
- the interruption switching element 1 according to FIG. 1 is basically constructed in the same way as the interruption switching element of DE 10 2016 124 176 A1 shown in FIG.
- the interruption switching element 1 according to FIG. 1 has a so-called field line control.
- the field line control comprises a coating 8 of an electrically conductive material, which is applied to the sabot 10.
- the material of the sabot 10 is protected by the fact that directly on the surface of the sabot a protective layer 11a is present, on which the coating 8 is applied.
- a protective layer 11a is present, on which the coating 8 is applied.
- part of the field line control is a baffle 12, which is electrically conductive.
- the baffle 12 is preferably applied to the inner wall of the housing 2.
- the baffle 12 may be made of copper, for example.
- Upset area 19 and the area below the flange 14 and the sabot 10 can extend over the coating 8 on the sabot 10, from the coating on the guide plate 12 and from there to the housing 2, which is connected to the second terminal contact 5.
- the baffle 12 is thus able to
- the coating 8 is formed as a conductive layer on the sabot 10, which itself preferably consists of a non-conductive material.
- the protective layer 11a for the sabot 10 is preferably formed as a ceramic layer.
- the coating 8 connects the contact unit 3 to the housing 2 electrically in the conducting position of the interrupting switching element 1, ie the bypass current path is closed in the conducting position.
- the coating here is a vaporizable material which is vaporized by the operating voltage as the voltage increases.
- the interrupting switching member 1 may also have an electrically non-conductive screen 13 which shields the housing 2 inside.
- the electrically non-conductive screen 13 is preferably arranged adjacent to the guide plate 12 on the inner wall of the housing 2. The electrically non-conductive screen 13 changes the electrical
- This electrically non-conductive screen 13 may additionally be coated with a protective layer (not shown), which may also be a ceramic protective layer. In this way, the shield 13, which is generally formed as a plastic material, can be protected from the arc.
- the electrically non-conductive screen 13 and the electrically conductive coating 8 can then be omitted if the dimensions of the assembly are so small that the arc even without these parts its way from the first
- this is the case with an inner diameter of the housing of 26 mm.
- Arc can also be supported by the fact that the baffle 12 is executed sharp-edged, so that here the field line density is particularly high and therefore particularly "tempting" for the arc.
- a protective layer which is preferably a ceramic one
- Protective layer is.
- a protective layer 11b on the side opposite the sabot 10 of FIG. 1 is a protective layer 11b on the side opposite the sabot 10 of FIG. 1
- Arc is available.
- the part of the first connection contact facing the reaction chamber can also be coated so as not to provide good contact resistance for the current flow after disconnection in the direction of the second connection contact (not shown).
- the interruption switching member 1 of FIG. 1 in the disconnected position can be formed in this way, a separation distance t 2 in the bypass current path, which can be bridged by an arc at elevated voltage, but the current flow at lowering of the Voltage on the operating voltage prevented.
- the separation distance t 2 is here the distance between the coating 8 on the sabot 10 and the baffle 12 on the inner wall of the housing 2.
- Reaction chamber 7a / 7b The formation of an arc in the separation sections and / or t 2 additionally causes by evaporation of the extinguishing agent
- the separation distance is formed here by the sabot 10 is pushed in the direction of the first terminal 4, wherein the separation region 6 ruptures.
- the separation distance is here the distance between the two separated ends of the separation area 6.
- the baffle 12 but also together with the sabot 10 are moved with. In this way, the separation distance t 2 is formed after evaporation of the coating 8 between the contact tube 3 and the guide plate 12th
- the breaker switch 1 of FIG. 3 is substantially identical to the breaker switch 1 of FIG. 1, but additionally has a collector 17 on the outside of the housing 2 of the breaker switch 1 on the side of the second
- Terminal contact 5 preferably over the range of
- the interrupt switch 1 of FIG. 4 is identical to the interrupt switch of FIG. 1 except for the following:
- the coating 8 on the sabot 10 is designed so that two
- Dividing lines t 2 and t 3 are formed.
- the separation lines interrupt the
- the separation distance t 2 is formed between the outer end of the coating 8 and the housing 2 by no coating 8 is present at this point on the sabot 10 with electrically conductive material.
- the separation distance t 3 is formed between the contact tube-side end of the coating 8 and the contact tube 3 by no coating 8 is present at this point on the sabot 10 with electrically conductive material.
- the separation sections t 2 and t 3 are bridged by arcs, so that the bypass current path is closed and electrical energy is converted by the electrical resistance of the electrically conductive housing 2 into thermal energy.
- only one of the two tennas t 2 or t 3 may be present.
- a protective layer under the coating may also be present here, but is not shown in FIG. 4. The protective layer can be omitted if the
- Sealing mirror is made of ceramic.
- the coating 8 and the electrically nonconductive shield 13 can be omitted for small geometries of the assembly or small inner diameter of the housing 2.
- Fig. 5 shows a T reibapt 10 - as he in the
- Breaking elements 1 of Fig. 1 to 4 is used - in cross section.
- the coating 8 is provided only as two thin band-shaped coatings of the electrically conductive material on the sabot 10. It is according to the invention but also conceivable that the entire cross-sectional area of the sabot provided with the coating 8 or even a band-shaped coating is applied. However, the sabot can also have three, four or more band-shaped coatings as shown in Fig. 5.
- Fig. 5 (right) shows the sabot 10 in its side view, as well as in the interruption switching elements 1 of Figs. 1 to 4 see is.
- the coating 8 can also be dispensed with, the arc will "seek" the guide plate 12 directly above the surface of the sabot.
- Fig. 6 shows a circuit in which the interruption circuit 1 shown is to be an interruption circuit element according to the invention.
- a comparator 25 is connected in parallel with the current path through the interruption switching element 1 to the terminal contacts 4 and 5, whose tasks can also take over control electronics.
- a fuse 26 is connected in parallel with the current path through the interruption switching element 1. The latter current path is also connected to the terminals 4 and 5.
- a switch S is provided in the current path between the fuse 26 and the terminal contact 5, a switch S is provided.
- the comparator 25 the voltage across the
- Open circuit breaker 1 is switched from the Leit ein in the disconnected position, and thus closed here, the current path.
- the advantage is that the breaker switch has a much lower resistance than the fuse 26 itself.
- the circuit has the advantage that the fuse is not charged in normal operation and thus does not age. In case of overload, the fuse 26 is thus almost new and its operation is thereby ensured to an increased extent.
- switch S at the breaker switch 1 despite the high overload current very small falling voltage and the additionally very small shunt current must switch to breaker switch 1, so it can be designed as a very small component and the overload current through the fuse 26th only after the ignition of the In the closed state, interrupt circuit element 1 must transmit or endure until the circuit is interrupted by the fuse.
- Fig. 7 shows a circuit with an inventive
- Breaker switch 1 wherein the current path in the breaker switch 1 leads from the first terminal contact 4 to the second terminal contact 5.
- an ignition electronics 25 is arranged outside of the interruption switching element. Furthermore, the circuit has a switch S in the operating circuit after the second connection contact 5.
- the switch S can also be the
- the ignition electronics 25 can measure the current I in the operating circuit and ignites the overcurrent active
- Breaker switch 1 which then interrupts by transition from the Leit ein in the disconnected position the operating circuit (switching the
- the interruption switch 1 needs a certain time for switching, i. until the time when the arc in the
- Breaker switch 1 goes off. This time is called shutdown time.
- the ignition electronics 25 is programmed so that the switch S is opened in a period of time from immediately after the turn-off time of the interruption switching element to 1-3 times the turn-off time after switching. Alternatively to the regulation of
- Breaker 1 and the switch S by an ignition electronics the respective switching without electronics, i. done by control.
- the switch S can also be arranged in front of the contact 1 or elsewhere in the circuit, as long as the current through S and through the
- Breaker switch 1 flows.
- the circuit shown in Fig. 7 has the advantage that the switch S in the specified time window only very little power and at only less than the operating voltage when opening must be able to switch, that is switched at ratios that he could always switch anyway as an operating switch have to. If, for some reason, there is no desired high or good insulation effect in the interrupting switching element 1 after switching of the interrupting switching element, the additional operating of the switch S can safely, permanently and completely shut off the operating current after the disconnection process in the interrupting switching element become.
- a direct current of up to 30 kA and with a voltage of up to 900 V is applied to an interrupt switch according to the invention as shown in FIG.
- the circuit breaker according to the invention has the following dimensions: length of the housing 52 mm, diameter of the housing 32 mm.
- the housing is made of steel.
- Inside the inner reaction chamber 7 is a minidetonator with 30 mg ZPP, 30 mg silver azide and for some purposes an additional 40 mg octogen (RDX).
- the extinguishing agent within the reaction chambers 7a / b and the stuffer box 18 is a mixture of silicone oil and fumed silica (HDK) (40 cm 3 oil to 2 g HDK).
- the electrically conductive coating on the sabot is formed in two places as a 3 mm wide and 30 pm thick layer as an aluminum self-adhesive tape; this conductive layer has a distance of 1 mm to the connecting element and to the housing (desired spark gap).
- the contact unit is cylindrical and made of copper.
- the separation area has one
- Extinguishing fluid evaporates, immediately after an arc forms between contact 1 and contact 2.
- the sabot moves towards contact 1 and after a short distance at least a second arc forms over the
- Aluminum layer on the sabot The aluminum vaporizes, is ionized and thus passes on the current through the arc formed here. Both arcs are starved by energy, until both finally go out.
- the outer circular inductance should in this case be so small that the arcs have extinguished in the housing, just before the compression area was completely compressed.
- Example 2 The same experiment is carried out as in Example 1, with the difference that an interruption switching element of the same type is used, which, however, does not have a baffle and whose inside wall of the housing is protected by internal insulation.
- Insulation resistance can with such a breaker switch therefore at high loads by separating very high overload currents at high
Landscapes
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Abstract
The invention relates to an interruption switch, in particular for interrupting high DC currents at high voltages, which can be transferred from a conducting position into a disconnecting position. The interruption switch has a housing, a reaction chamber located inside the housing, and a contact unit defining the main current path through the interruption switch. The housing surrounds the contact unit, i.e. the contact unit is enclosed by the housing. The contact unit has a first and a second connecting contact and a disconnection region. When the interruption switch is in the conducting position, the disconnection region establishes an electrical connection between the first connecting contact and the second connecting contact. The disconnection region is located inside the reaction chamber which is filled with an extinguishing agent. The disconnection region is designed such that, when the interruption switch is transferred from the conducting position into the disconnecting position, the main current path between the first connecting contact and the second connecting contact is interrupted such that two separated ends of the disconnection region are separated from each other by a disconnection distance t1 which is located inside the extinguishing agent. The interruption switch is characterised in that the interruption switch has, parallel to the main current path, a shunt current path which, when an overvoltage occurs during the transition from the conducting position into the disconnecting position, is capable of generating a shunt current flow between the first and the second connecting contact, said flow converting a portion of the electrical energy into thermal energy in a shunt resistor, wherein the shunt resistor is formed by a region of the housing through which the shunt current flows.
Description
Unterbrechungsschaltglied mit Haupt- und Nebenschlussstrompfad Breaker with main and shunt paths
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Gleichströmen bei hohen Spannungen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The invention relates to an electrical interrupting switching element, in particular for interrupting high DC currents at high voltages, having the features of patent claim 1.
Derartige Schaltglieder finden beispielsweise in der Kraftwerks- und KFZ-Technik, wie auch im allgemeinen Maschinen- und Elektrobau in Schaltschränken von Maschinen und Anlagen, sowie im Rahmen der Elektromobilität in Elektro- und Hybridfahrzeugen, aber auch in elektrisch betriebenen Hubschraubern und Flugzeugen zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen im Notfall Verwendung. Dabei besteht die Anforderung an ein derartiges Schaltglied, dass dessen Auslösung und Unterbrechungsfunktion selbst ohne Wartung noch nach bis zu 20 Jahren zuver lässig gewährleistet sein muss. Des Weiteren darf von einem solchen Schaltglied kein zusätzliches Gefahrenpotential durch Heißgas, Partikel, Wurfstücke oder austretendes Plasma ausgehen. Eine weitere Anforderung an solche Schaltglieder besteht darin, nach der Trennung den Isolationswiderstand sicherzustellen. Such switching elements can be found, for example, in power plant and automotive engineering, as well as in general mechanical and electrical engineering in cabinets of machinery and equipment, and in the context of electromobility in electric and hybrid vehicles, but also in electrically powered helicopters and aircraft to the defined and rapid disconnection of electric power circuits in emergency use. There is a requirement for such a switching element that its triggering and interruption function must be guaranteed even without maintenance after up to 20 years reliably. Furthermore, such a switching element must not pose any additional danger potential due to hot gas, particles, throwing pieces or emerging plasma. Another requirement for such switching elements is to ensure the insulation resistance after the separation.
Ein mögliches Einsatzgebiet in der KFZ-Technik ist das definierte irreversible Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie oder Antriebsbatterie kurz nach einem Unfall oder allgemein nach einem auch anderweitig, beispielsweise durch ein defektes Ag gregat oder einen defekten E-Motor, verursachten Kurzschlussvorgang in der Bordver kabelung, um Zündquellen durch Funken und Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise Kabelisolationen durch während des Unfalls eindringendes Ka rosserieblech aufgescheuert wurden oder lose Kabelenden gegeneinander oder gegen Blechteile drücken und aufscheuern. Läuft bei einem Unfall gleichzeitig Benzin aus, so können solche Zündquellen zündfähige Benzin-Luft-Gemische entzünden, die sich beispielsweise unter der Motorhaube sammeln. A possible application in motor vehicle technology is the defined irreversible disconnect the board wiring of the car battery or drive battery shortly after an accident or generally after another gregat example, by a defective Ag or a defective electric motor caused shorting in the on-board cabling to avoid sources of ignition by sparks and plasma, which occur when, for example, cable insulation has been scoured by metal panels penetrating during the accident or if loose cable ends are pressed against one another or pressed against sheet metal parts. If gasoline runs out in an accident at the same time, such ignition sources can ignite flammable gasoline-air mixtures that collect under the bonnet, for example.
Weitere Einsatzgebiete sind die elektrische Abtrennung einer Baugruppe vom Bordnetz für den Fall eines Kurzschlusses in der betreffenden Baugruppe, beispielsweise in einer elektrischen Standheizung oder in einer elektrischen Bremse, sowie die Further areas of use are the electrical separation of an assembly from the electrical system in the event of a short circuit in the relevant module, for example in an electric auxiliary heater or in an electric brake, and the
Notabschaltung einer Lithiumbatterie, wie sie heute in Elektro- und Hybridfahrzeugen, sowie in Flugzeugen zur Anwendung kommen. Diese Batterien haben bei kleinem
Bauvolumen eine hohe Klemmenspannung von bis zu 1200 V bei extrem kleinem Innenwiderstand. Aus beiden resultiert ein möglicher Kurzschlussstrom von bis zu 5000 A, teilweise und kurzzeitig sogar bis zu 30 kA, ohne dass hierbei die Emergency shutdown of a lithium battery, as used today in electric and hybrid vehicles, as well as in aircraft used. These batteries have a small size Construction volume a high terminal voltage of up to 1200 V with extremely low internal resistance. Both result in a possible short-circuit current of up to 5,000 A, sometimes even up to 30 kA, without the
Quellspannung stark einbrechen würde, was schon nach wenigen Sekunden zur Entzündung der Batterie bzw. zu deren Explosion führen kann. Auch zur Source voltage would break sharply, which can lead after just a few seconds to ignite the battery or its explosion. Also to
Notabschaltung von einzelnen Solarzellenmodulen oder ganzen Solarzellenfeldern im Notfall ist das hier vorgestellte Unterbrechungsschaltglied sehr gut geeignet, weil es ansteuerbar bzw. fernsteuerbar ausgebildet sein kann. Emergency shutdown of individual solar cell modules or whole solar panels in an emergency, the interruption switch presented here is very well suited, because it can be formed controlled or remote controlled.
Bei allen hier aufgeführten Einsatzfällen handelt es sich in der Regel um das For all applications listed here, this is usually the case
Abschalten von Gleichstrom, der anders als Wechselstrom keinen Nulldurchgang aufweist. Normalerweise liegt in einem Unterbrechungsschaltglied nur die Switching off DC, which unlike AC has no zero crossing. Normally, only one is in a breaker switch
Betriebsspannung an. Im Moment der Trennung eines Gleichstromkreises in einem Unterbrechungsschaltglied steigt durch den Zusammenbruch des Magnetfelds des äußeren Stromkreises jedoch die Spannung derart stark an, dass zwischen den getrennten Enden eines Trennelements eines Unterbrechungsschaltglieds in der Regel ein Lichtbogen entsteht. Zur Erzeugung eines Lichtbogens wird in der Regel eine relativ hohe Spannung benötigt. Zum Aufrechterhalten reichen jedoch schon wesentlich niedrigere Spannungen aus, was in der Regel bei üblichen Operating voltage on. However, at the moment of disconnecting a DC circuit in an open circuit, the breakdown of the magnetic field of the external circuit increases the voltage to such an extent that an arc usually occurs between the disconnected ends of a disconnecting element of an interrupting contactor. To generate an arc, a relatively high voltage is usually required. To maintain, however, already much lower voltages, which is usually in the usual
Betriebsspannungen von etwa 450 V der Fall ist. Damit auch nach einem Abfall der Spannungsspitze auf die Betriebsspannung der Lichtbogen gelöscht wird, ist in der Lichtbogenkammer solcher Unterbrechungsschaltglieder oft ein Löschmittel vorgesehen. Das Löschmittel soll verhindern, dass selbst bei relativ hohen Operating voltages of about 450 V is the case. So that the arc is extinguished even after a drop in the voltage peak to the operating voltage, an extinguishing agent is often provided in the arc chamber of such interruption switching elements. The extinguishing agent should prevent even at relatively high levels
Betriebsspannungen von etwa 450 V oder mehr der Lichtbogen aufrechterhalten bleibt. Durch die hohen Temperaturen eines Lichtbogens von mehreren 1000 °C wird das Löschmittel jedoch durch den Lichtbogen verbraucht und in leitende Stoffe Operating voltages of about 450 V or more of the arc is maintained. Due to the high temperatures of an arc of several 1000 ° C, however, the extinguishing agent is consumed by the arc and into conductive substances
umgewandelt, die den Lichtbogen unterstützen und seine Unterdrückung erschweren. D.h. das Löschmittel wird verbraucht und steht nicht mehr in ausreichendem Maße für die Löschung des erstmals entstandenen Lichtbogens, aber auch nicht für die that support the arc and complicate its repression. That The extinguishing agent is consumed and is no longer sufficient for the extinction of the first time arcing, but not for the
Löschung eines möglicherweise danach erneut gebildeten Lichtbogens zur Verfügung. Deshalb ist es schwer, nach der Trennung der Kontakte eines Deletion of a potentially subsequently re-formed arc available. That's why it's hard to break up after the separation of one's contacts
Unterbrechungsschaltglieds, den Isolationswiderstand dauerhaft sicherzustellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Breaking contact to ensure the insulation resistance permanently. Based on this prior art, the invention has the object, an interruption switching element, in particular for interrupting high
Gleichströmen bei hohen Spannungen, bereitzustellen, bei dem das Abschalten von hohen Gleichströmen bei hohen Spannungen schnell und effektiv erreicht werden und auch dauerhaft sichergestellt werden kann. DC currents at high voltages to provide, in which the shutdown of high DC currents at high voltages can be achieved quickly and effectively and can be permanently ensured.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The invention solves this problem with the features of patent claim 1.
Das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied kann von einer Leitstellung in eine Trennstellung überführt werden. Ist das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied in einen Stromkreis integriert, so ist der Stromkreis in der Leitstellung geschlossen. In der Trennstellung ist der Stromkreis unterbrochen. Das erfindungsgemäße The interruption switching element according to the invention can be transferred from a control position to a disconnected position. If the interruption switching element according to the invention is integrated in a circuit, then the circuit in the control position is closed. In the disconnected position, the circuit is interrupted. The invention
Unterbrechungsschaltglied weist ein Gehäuse, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Reaktionskammer und eine den Hauptstrompfad durch das Breaker switch has a housing, a reaction chamber disposed within the housing and a main flow path through the
Unterbrechungsschaltglied definierende Kontakteinheit auf. Das Gehäuse umgreift die Kontakteinheit, d.h. die Kontakteinheit wird von dem Gehäuse umgeben. Die Open circuit-defining contact unit on. The housing engages around the contact unit, i. the contact unit is surrounded by the housing. The
Kontakteinheit weist einen ersten und einen zweiten Anschlusskontakt und einen Trennbereich auf. Der Trennbereich stellt in der Leitstellung des Contact unit has a first and a second terminal contact and a separation area. The separation area is in the control position of
Unterbrechungsschaltglieds eine, vorzugsweise sehr niederohmige, elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Breaker switch one, preferably very low-resistance, electrical connection between the first terminal contact and the second
Anschlusskontakt her, Werte von 40 bis 60 pH sind hier gut erreichbar. Der Connection contact forth, values of 40 to 60 pH are easily accessible here. The
Trennbereich ist innerhalb der so genannten Reaktionskammer, die mit einem Separation area is within the so-called reaction chamber, which with a
Löschmittel gefüllt ist, angeordnet. Der Trennbereich ist so ausgebildet, dass, wenn das Unterbrechungsschaltglied von der Leitstellung in die Trennstellung überführt wird, der Hauptstrompfad zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Extinguishing agent is filled, arranged. The separation region is formed so that when the interruption switching member is transferred from the Leitstellung in the disconnected position, the main current path between the first terminal contact and the second
Anschlusskontakt derart unterbrochen ist, dass zwei aufgetrennte Enden des Connection contact is interrupted so that two separated ends of the
Trennbereichs eine Trennstrecke L voneinander entfernt sind, die sich innerhalb des Löschmittels befindet. Das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied ist dadurch gekennzeichnet, dass das Unterbrechungsschaltglied einen Nebenschlussstrompfad parallel zu dem Hauptstrompfad aufweist, der bei Auftreten einer Überspannung beim Übergang von der Leitstellung in die Trennstellung in der Lage ist, einen Separation area are a separation distance L apart, which is located within the extinguishing agent. The interruption switching element according to the invention is characterized in that the interruption switching element has a bypass current path parallel to the main current path, which is capable of an overvoltage in the transition from the Leitstellung to the disconnected position
Nebenschlussstromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusskontakt zu erzeugen, der in einem Nebenschlusswiderstand einen Teil der elektrischen Energie in thermische Energie umwandelt, wobei der Nebenschlusswiderstand durch einen
Bereich des Gehäuses gebildet wird, durch das der Nebenschlussstrom fließt. Shunt current flow between the first and the second terminal contact to generate, which converts a part of the electrical energy into thermal energy in a shunt resistor, wherein the shunt resistor by a Is formed region of the housing through which the shunt current flows.
Im Moment des Übergangs von der Leitstellung in die Trennstellung des At the moment of the transition from the lead position to the split position of the
erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds wird der äußere Stromkreis, in den das Unterbrechungsschaltglied integriert ist, unterbrochen. Die im äußeren Stromkreis gespeicherte Induktivität führt im Moment der Unterbrechung des äußeren The interrupt circuit according to the invention, the external circuit, in which the interruption switch is integrated, interrupted. The inductance stored in the external circuit leads to the interruption of the external at the moment
Stromkreises zu einer immensen Spannungserhöhung über die normale Circuit to an immense increase in voltage over the normal
Betriebsspannung hinaus. Durch diese erhöhte Spannung entsteht in der Regel ein Lichtbogen an mindestens einer Stelle des Unterbrechungsschaltglieds, vorzugsweise zunächst zwischen den beiden getrennten Enden des Trennbereichs. Da die Operating voltage addition. As a result of this increased voltage, an arc generally occurs at at least one point of the interrupting switching element, preferably initially between the two separate ends of the separating region. Because the
Trennstrecke zwischen diesen beiden getrennten Enden durch ein Löschmittel verläuft, kann der Lichtbogen das Löschmittel verdampfen, dessen Moleküle zerreissen und mit den hier entstehenden elektrisch leitfähigen Stoffen reagieren. Auf diese Weise entstehen aus dem üblicherweise aus Kohlenstoffmolekülen aufgebauten oder mit kohlenstoffhaltigen Stoffen vermengtes Löschmittel leitende Stoffe, die unerwünscht sind, da sie zu keiner dauerhaften Sicherstellung des Isolationswiderstands führen. Würde keine Energie anderweitig verbraucht werden, so kann die gesamte Energie von dem Lichtbogen in die Umwandlung von Löschmittel in unerwünschte leitende Stoffe fließen. Separating path between these two separate ends passes through an extinguishing agent, the arc can evaporate the extinguishing agent, tear the molecules and react with the resulting electrically conductive substances. In this way, arise from the usually built up from carbon molecules or mixed with carbonaceous materials extinguishing agent conductive substances that are undesirable because they do not lead to permanent assurance of insulation resistance. If no energy were consumed elsewhere, all the energy from the arc could flow into the conversion of extinguishing agent to undesirable conductive substances.
Diese Vorgänge bzw. Verhältnisse sind evtl nicht relevant, wenn man Löschmittel verwendet, die nicht auf Kohlenstoffbasis aufgebaut sind. Gedacht ist an die These processes or conditions may not be relevant if you use extinguishing agents that are not based on carbon. Thought of the
Verwendung von Hexasilan oder Pentasilan. Das Problem hierbei ist, dass diese Stoffe bisher weltweit nur in wenigen Versuchslabors und auch nur in extrem kleinen Mengen hergestellt wurden und deren Eignung für die Löschung eines Lichtbogens bisher nicht getestet werden konnte. Voruntersuchungen zeigten zudem, dass 1 kg dieser Use of hexasilane or pentasilane. The problem here is that these substances have been produced worldwide only in a few test laboratories and even in extremely small quantities and their suitability for the extinction of an arc could not be tested so far. Preliminary studies also showed that 1 kg of this
Flüssigkeiten z.Z. ca. 60.000 Euro kosten würden, bei einer Herstellzeit von ca. 6 Monaten. Diese hohen Kosten und lange Herstellungszeit schließen diese Materialien zumindest z.Z. für eine Serienanwendung zur Lichtbogendämpfung in Notabschaltern aus. Auch ist heute damit noch völlig unbekannt, welche Nachteile mit einem Einsatz dieser Stoffe auftreten würden. Liquids z.Z. would cost about 60,000 euros, with a production time of about 6 months. These high costs and long production time exclude these materials at least for now. for a series application for electric arc damping in emergency shutters off. Even today, it is still completely unknown what disadvantages would occur with the use of these substances.
Da in dem erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglied im Moment des Übergangs von der Leitstellung in die Trennstellung ein Nebenschlussstromfluss über einen
Nebenschlussstrompfad erzeugt wird, der einen Nebenschlusswiderstand aufweist, der elektrische Energie in thermische Energie umwandeln kann, wird Energie, die normalerweise dem Lichtbogen zur Verfügung steht, anderweitig verbraucht. Auch kann der Lichtbogen durch sogenannte Feldliniensteuerung dazu verleitet/gezwungen werden, hauptsächlich den Nebenschlussstrompfad zu nutzen. Auf diese Weise wird weniger Löschmittel durch den Lichtbogen in leitende Stoffe umgewandelt, sodass zur Sicherstellung des Isolationswiderstands des erfindungsgemäßen Since in the interruption switching element according to the invention at the moment of transition from the control position to the disconnected position a shunt current flow over a Producing shunt current path having a shunt resistor that can convert electrical energy into thermal energy, energy that is normally available to the arc is otherwise consumed. Also, the arc can be induced by so-called field line control to be forced to mainly use the shunt current path. In this way, less extinguishing agent is converted by the arc into conductive substances, so that to ensure the insulation resistance of the invention
Unterbrechungsschaltglieds mehr unverbrauchtes Löschmittel in der Reaktionskammer zur Verfügung steht. Breaking contact more unused extinguishing agent in the reaction chamber is available.
Im Nebenschlussstrompfad kann ebenso eine Trennstrecke t2 vorliegen, in der ein Lichtbogen gebildet werden kann. Auch wenn dieser Lichtbogen ebenso Löschmittel in leitende Stoffe umwandelt, so hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung In the bypass current path can also be a separation distance t 2 , in which an arc can be formed. Although this arc also converts extinguishing agents to conductive materials, the inventor of the present application has
festgestellt, dass durch die umgewandelte Energie durch den Nebenschlusswiderstand weniger Löschmittel durch einen möglichen Lichtbogen im Hauptstrompfad zwischen den beiden Anschlusskontakten umgewandelt wird. Dies hat zwei Vorteile: Ist die durch die Spannungserhöhung bedingte Energie durch Bildung des Lichtbogens, durch Umwandlung von Löschmittel und durch die Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie durch den Nebenschlusswiderstand aufgebraucht, so ist immer noch genügend elektrisch nicht leitendes Löschmittel in dem determined that the converted energy through the shunt resistor less extinguishing agent is converted by a possible arc in the main current path between the two terminal contacts. This has two advantages: If the energy due to the voltage increase is consumed by the formation of the arc, by conversion of extinguishing agent and by the conversion of electrical energy into thermal energy by the shunt, there is still enough electrically non-conductive extinguishing agent in the
Unterbrechungsschaltglied vorhanden, sodass selbst nach dem Erlöschen bzw. dem Aushungern des Lichtbogens bei der Betriebsspannung kein Lichtbogen mehr gebildet wird. Weiterhin ist durch das Vorhandensein von Löschmittel nach dem Abklingen des Lichtbogens oder der Lichtbögen dauerhaft der Isolationswiderstand besser sichergestellt. Interrupting switch is present so that even after extinction or starvation of the arc at the operating voltage no arc is formed. Furthermore, by the presence of extinguishing agent after the decay of the arc or arcs permanently the insulation resistance is better ensured.
Unter der Betriebsspannung wird erfindungsgemäß eine Spannung von über 100 V oder mehr, vorzugsweise von 450 V oder mehr verstanden, jedoch vorzugsweise heute maximal eine Spannung von 5000 V. Unter„Überspannung“ wird erfindungsgemäß eine Spannungserhöhung um bis zum 4-fachen der Betriebsspannung verstanden. According to the invention, the operating voltage is to be understood as meaning a voltage of more than 100 V or more, preferably 450 V or more, but today preferably a maximum of 5000 V. By "overvoltage" is meant according to the invention a voltage increase of up to 4 times the operating voltage.
Unter dem Begriff„Trennstrecke“ wird in der vorliegenden Anmeldung eine The term "separation line" in the present application a
Unterbrechung in einem Strompfad bzw. ein Abstand zwischen zwei leitenden Interruption in a current path or a distance between two conducting ones
Bestandteilen eines Strompfads verstanden.
Unter einer„Reaktionskammer“ wird in der vorliegenden Anmeldung die Kammer verstanden, in der das Verbindungselement getrennt wird, d.h. die Kammer innerhalb der ein Lichtbogen zwischen zwei getrennten Teilen des Trennbereichs gebildet werden kann. Components of a current path understood. A "reaction chamber" is understood in the present application to mean the chamber in which the connecting element is separated, ie the chamber within which an arc can be formed between two separate parts of the separating region.
Die Größe der Trennstrecke im Hauptstrompfad, d.h. der Abstand zwischen den getrennten Teilen des Trennbereichs liegt in der Trennstellung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 mm. Die Größe der Trennstrecke t2 im Nebenschlussstrompfad liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10 mm. Letzteres gilt auch für mögliche weitere Trennstrecken innerhalb des The size of the separation path in the main current path, ie the distance between the separate parts of the separation region is in the disconnected position of the interruption switching element according to the invention preferably in the range of 1 to 10 mm. The size of the separation path t 2 in the bypass current path is preferably in the range of 0.5 to 10 mm. The latter also applies to possible further separation distances within the
Nebenschlussstrompfads. Shunt current path.
Die Trennstrecke t2wird in der Regel über mindestens eine Funkenstrecke im The separation distance t 2 is usually over at least one spark gap in
Augenblick der Trennung durch die hier dann entstehende hohe Induktionsspannung aus dem zusammenbrechenden Magnetfeld der Kreisinduktivität der Moment of separation by the then resulting high induction voltage from the collapsing magnetic field of the circular inductance of
Hauptentladungsstrecke quasi selbsttätig zugeschaltet. Die Länge dieser Main discharge path quasi automatically switched on. The length of this
Funkenstrecke liegt im Bereich von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise bei ca. 1 mm. Spark gap is in the range of 0.1 to 2 mm, preferably about 1 mm.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Widerstand der Kontakteinheit vom ersten bis zum zweiten Anschlusskontakt im Hauptstrompfad im Bereich von 30 bis 60 mW liegt. Der Nebenschlusswiderstand ist inklusive des Lichtbogenwiderstands vorzugsweise nach der Trennung kleiner als der Widerstand des getrennten Hauptstrompfads und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1x bis 0,01x des Widerstands des getrennten Hauptstrom pfads. Furthermore, it is preferable that the resistance of the contact unit from the first to the second terminal contact in the main current path is in the range of 30 to 60 mW. The shunt resistance, including the arc resistance, preferably smaller after separation than the resistance of the separated main current path, and is preferably in a range of 1x to 0.01x of the resistance of the separated main current path.
Das Löschmittel kann ein festes, pulverförmiges oder ein flüssiges Medium sein. The extinguishing agent can be a solid, powdery or a liquid medium.
Vorzugsweise ist das Löschmittel ein verdampfbares Medium. Vorzugsweise ist das Löschmittel ein flüssiges Medium, das bei Erreichen der Siede- oder Preferably, the extinguishing agent is a vaporizable medium. Preferably, the extinguishing agent is a liquid medium which upon reaching the boiling or
Verdampfungstemperatur ganz oder teilweise in einen gasförmigen Zustand übergeht. Gleichzeitig ist es bevorzugt, dass das Löschmittel auch elektrisch isolierende Evaporating temperature completely or partially passes into a gaseous state. At the same time, it is preferred that the extinguishing agent also be electrically insulating
Eigenschaften hat, damit der Lichtbogen nach ausreichender Entfernung der beiden aufgetrennten Teile des Trennbereichs gelöscht werden kann und danach zwischen den getrennten Kontakten eine ausreichende Isolation gegen einen hier dann unerwünschten Stromfluss besteht. Vorzugsweise ist das Löschmittel ein Öl,
beispielsweise Silikonöl, oder ein Silan bzw. Polysiloxan, beispielsweise Hexasilan oder Pentasilan mit möglichst wenig oder noch besser ohne Kohlenstoffatomanteil. Has properties, so that the arc can be deleted after sufficient removal of the two parts separated the separation area and then there is sufficient insulation between the separate contacts against a then undesirable current flow. Preferably, the extinguishing agent is an oil, for example, silicone oil, or a silane or polysiloxane, for example hexasilane or pentasilane with as little or even better without carbon atom content.
Die Kontakteinheit umfasst den ersten und den zweiten Anschlusskontakt sowie den Trennbereich, der beim Schalten des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds den Hauptstrompfad über die Kontakteinheit trennt. Dabei kann der Trennbereich in jeglicher Form ausgestaltet sein, wie es beispielsweise in den DE 10 2014 107 853 A1 , DE 10 2014 110 825 A1 , DE 20 2015 100 525 U1 , DE 10 2015 112 141 A1 , DE 10 2015 114 279 A1 , DE 10 2015 114 894 A1 , DE 10 2016 124 176 A1 und DE 10 2017 123 021 A1 beschrieben ist. So kann der Trennbereich beispielsweise als fester Schaltsteg ausgebildet sein, der beispielsweise als einfacher Stab oder als The contact unit comprises the first and the second connection contact as well as the separation region which, when the interruption switching element according to the invention is switched, disconnects the main current path via the contact unit. In this case, the separating region can be configured in any form, as described, for example, in DE 10 2014 107 853 A1, DE 10 2014 110 825 A1, DE 20 2015 100 525 U1, DE 10 2015 112 141 A1, DE 10 2015 114 279 A1, DE 10 2015 114 894 A1, DE 10 2016 124 176 A1 and DE 10 2017 123 021 A1 is described. Thus, the separation region may be formed, for example, as a fixed switching web, for example, as a simple rod or as
zylindrisches oder hohlprismatisches Rohr ausgebildet ist, der/das zerrissen und dadurch in mindestens zwei Teile getrennt wird. Der Stab oder das Rohr kann aber auch lediglich verschoben werden, so dass eine Trennung der beiden cylindrical or hollow prismatic pipe is formed, which is torn and thereby separated into at least two parts. But the rod or tube can also be moved only, so that a separation of the two
Anschlusskontakte resultiert. Alternativ dazu kann der Trennbereich auch so ausgestaltet sein, dass ein Bolzen mit zwei Führungskontakten in Verbindung steht, und bei Bewegung des Bolzens dieser von einem oder zwei der Führungskontakte getrennt wird. Weiterhin kann der Trennbereich aber auch ein Draht oder ein Band sein. Der Trennbereich ist mit den beiden Anschlusskontakten verbunden. Dabei kann der T rennbereich direkt mit den Anschlusskontakten oder über weitere leitende Connection contacts results. Alternatively, the separation area can also be designed so that a bolt is in communication with two guide contacts, and when the bolt is moved, it is separated from one or two of the guide contacts. Furthermore, the separation area can also be a wire or a band. The separation area is connected to the two connection contacts. The door area can be directly connected to the connection contacts or via further conductive contacts
Elemente damit verbunden sein. Beim Schalten des erfindungsgemäßen Elements associated with it. When switching the invention
Unterbrechungsschaltglieds, d.h. Unterbrechen des Strompfads, wird der Trennbereich derart aufgetrennt, dass dadurch die elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlusskontakten unterbrochen wird. Das Trennen des Trennbereichs kann auf jegliche denkbare Weise erfolgen, so kann beispielsweise ein Kolben darauf drücken, ein Stößel aufschießen, der Leiter einen außerhalb erzeugten und auf ihn wirkenden oder durch im Leiter selbst erzeugten Gasdruck oder Abgasdruck zerrissen oder thermisch einfach aufgeschmolzen werden. Der Trennbereich kann durch aktive Auslösung, aber auch durch passive Auslösung des erfindungsgemäßen Interrupt switch, i. Interrupting the current path, the separation area is separated in such a way that thereby the electrical connection between the two terminals is interrupted. The separation of the separation area can be done in any conceivable manner, for example, a piston can push it on, shoot up a plunger, the conductor an externally generated and acting on him or torn by the conductor itself generated gas pressure or exhaust gas pressure or can be thermally melted easily. The separation region can be activated by active triggering, but also by passive triggering of the invention
Unterbrechungsschaltglieds getrennt werden. Disconnect switch are disconnected.
Die passive Auslösung kann bspw. durch Schmelzen des den Trennbereich bildenden Materials, beispielsweise bei Erreichen einer bestimmten Schwellstromstärke, erfolgen. Auch kann die passive Auslösung durch die Wirkung von pyrotechnischen Zünd- und
Anzündstoffen, wie auch nur durch thermische Einwirkung sich zerlegende Stoffe, wie bspw. Tetrazen unterstützt werden. Dabei können auch Vorrichtungen an einem oder an beiden aufgetrennten Teilen des Trennbereichs angebracht sein, die diese beiden Enden weiter voneinander entfernen, bspw. durch eine existierende Zugbelastung, die nach Trennen des Trennbereichs wirken kann. Beispielhaft kann hier eine The passive triggering can, for example, by melting the material forming the separation area, for example, when reaching a certain threshold current, done. Also, the passive release by the action of pyrotechnic ignition and Igniter substances, as well as only by thermal action decomposing substances, such as. Tetracene be supported. In this case, devices can also be attached to one or both separated parts of the separation area, which further remove these two ends from each other, for example by an existing tensile load, which can act after separation of the separation area. By way of example, here is one
Zugbelastung durch eine vorgespannte Feder genannt werden. Tensile stress can be called by a prestressed spring.
Unter aktiver Auslösung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds wird jegliche Art von mechanischer oder pyrotechnischer Energie verstanden, die den Trennbereich trennen kann. So kann beispielsweise der Trennbereich durch eine ein wirkende Zug- oder Druckbewegung getrennt werden. Oder es wird ein pyrotechni sches Material, wie beispielsweise ein Anzünder (EED) oder ein Minidetonator, ver wendet, der sich entweder in der Reaktionskammer befindet, oder aber außerhalb der Reaktionskammer so angebracht ist, dass er durch Zug- oder Druckbewegung oder eine Stoßwelle auf den Trennbereich wirken kann und dessen Trennung verursacht. Actively triggering the interruption switching element according to the invention means any kind of mechanical or pyrotechnic energy which can separate the separation region. Thus, for example, the separation area can be separated by an acting tensile or compressive movement. Or it is a pyrotechni cal material, such as a lighter (EED) or a Minidetonator, ver used, which is either in the reaction chamber, or outside the reaction chamber is mounted so that it by pulling or pushing movement or a shock wave on can affect the separation area and causes its separation.
Auch die Gaserzeugung von Stoffen, die nur durch Erwärmen einfach unter Also, the gas production of substances that just by heating just below
Freisetzung von Gasen zerfallen, wie beispielsweise Tetrazen, sind hier für die Einleitung oder Unterstützung eines Trennvorgangs einsetzbar. Release of gases, such as tetracene, can be used here to initiate or assist in a separation process.
Auch können diese Stoffe gleich mit zum Löschen und Isolieren verwendet werden, sofern sie keine Halogene oder Kohlenstoffatome in deren Molekülverband aufweisen. These substances can also be used for extinguishing and isolating provided that they do not contain any halogens or carbon atoms in their molecular structure.
Beispielsweise zerfällt Tetrazen zu großen Teilen direkt in Stickstoff N2 und kann so direkt in die Reaktionskammer zur Unterstützung der Trennung und nachfolgenden elektrischen Isolation des getrennten Verbindungselements genutzt werden. For example, tetracene largely disintegrates directly into nitrogen N 2 and thus can be used directly into the reaction chamber to aid in the separation and subsequent electrical isolation of the separate connector.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds ist es bevorzugt, dass der Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung geschlossen oder unterbrochen vorliegt. Liegt der Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung In one embodiment of the interruption switching element according to the invention, it is preferred that the shunt current path is closed or interrupted in the conducting position. Is the shunt current path in the control position
unterbrochen vor, so kann - wie weiter oben beschrieben - an der die Unterbrechung bildende Trennstrecke t2 ebenso ein Lichtbogen ausgebildet werden. Liegt der Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung geschlossen vor, so ist es bevorzugt, dass ein Teil des den Nebenschlussstrompfad bildenden Materials ein bei
Spannungserhöhung über die Betriebsspannung hinaus verdampfbares Material ist. Beim Übergang von der Leitstellung in die Trennstellung kommt es zur interrupted before, it can - as described above - at the interruption forming separating line t 2 also formed an arc. If the shunt current path is closed in the conducting position, it is preferred that a part of the material forming the shunt current path be at Voltage increase beyond the operating voltage beyond evaporable material. The transition from the control position to the disconnected position occurs
Spannungserhöhung, das verdampfbare Material wird verdampft, wodurch die Voltage increase, the vaporizable material is evaporated, causing the
Trennstrecke t2 im Nebenschlussstrompfad gebildet wird, die ebenso zu einer Separation distance t 2 is formed in the bypass current path, which also to a
Unterbrechung des Stromflusses im Unterbrechungsschaltglied führt. Wird dann ein Lichtbogen an der Trennstrecke t2 gebildet, so kann die im Magnetfeld der Interruption of the current flow in the interruption switch leads. If an arc is then formed at the separation distance t 2 , then the magnetic field of the
Kreisinduktivität im Augenblick des Trennens gespeicherte Energie auch an diesem Lichtbogen und auch noch zusätzlich über den Widerstand im Nebenschlussstrompfad schneller abgebaut werden. Circular inductance stored energy at the moment of separation also be reduced faster at this arc and also in addition to the resistance in the bypass current path.
Somit ist es in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thus, in one embodiment of the invention
Unterbrechungsschaltglieds bevorzugt, dass in der Trennstellung des Breaker switch preferred that in the disconnected position of
Unterbrechungsschaltglieds innerhalb des Gehäuses eine Unterbrechung des Breaker within the housing an interruption of the
Nebenschlussstrompfads mit einer Trennstrecke t2 vorgesehen ist, die bei Auftreten der Überspannung durch einen Lichtbogen überbrückt wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass ein Nebenschlussstrom über den Nebenschlussstrompfad fließt, sodass auch durch den Nebenschlusswiderstand elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt werden kann. Shunt paths with a separation distance t 2 is provided, which is bridged when the overvoltage occurs by an arc. This ensures that a shunt current flows across the shunt current path, allowing shunt resistance to convert electrical energy into thermal energy.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Trennstrecke t2 sich ebenfalls innerhalb eines Löschmittels befindet. Damit wird sichergestellt, dass auch bei Abfall der erhöhten Spannung, die beim oder nach dem Schalten des erfindungsgemäßen It is further preferred that the separation distance t 2 is also located within an extinguishing agent. This ensures that even with waste of the increased voltage during or after the switching of the invention
Unterbrechungsschaltglieds (Übergang von der Leitstellung in die Trennstellung) anliegt, auf die Betriebsspannung der Lichtbogen effektiv gelöscht wird. Interrupting switching element (transition from the control position to the disconnected position) is applied to the operating voltage of the arc is effectively deleted.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds ist es bevorzugt, dass das Löschmittel, in dem sich die Trennstrecke t2 befindet, das gleiche Löschmittel ist, in dem sich die Trennstrecke befindet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Trennstrecken und t2 in der Trennstellung innerhalb desselben Volumens angeordnet sind. Dieses Volumen ist mit dem Löschmittel gefüllt. In der Leitstellung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds können die Trennstrecken und t2 in unterschiedlichen Volumina bzw. Kammern vorliegen, jedoch ist es In one embodiment of the interruption switching element according to the invention, it is preferred that the extinguishing agent in which the separation distance t 2 is located is the same extinguishing agent in which the separation distance is located. Furthermore, it is preferred that the separation sections and t 2 are arranged in the separation position within the same volume. This volume is filled with the extinguishing agent. In the control position of the interruption switching element according to the invention, the separation sections and t 2 may be present in different volumes or chambers, but it is
erfindungsgemäß wegen einer einfachen Ausgestaltung des according to the invention for a simple embodiment of
Unterbrechungsschaltglieds von Vorteil, wenn durch Übergang von der Leitstellung in
die Trennstellung die unterschiedlichen Volumina zu einem Volumen vereint werden. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass der Trennbereich der Kontakteinheit so ausgebildet ist, dass er die unterschiedlichen Volumina in der Leitstellung voneinander trennt, jedoch durch Auftrennen des Trennbereichs aus den unterschiedlichen Breaker switch advantageous when passing through the transition position in the separation position the different volumes are combined into one volume. This can be accomplished by the separation area of the contact unit being designed such that it separates the different volumes in the guide position, but by separating the separation area from the different ones
Volumina ein Volumen wird. Volumes becomes a volume.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds ist es bevorzugt, dass die Trennstrecke t2 sich zwischen der inneren Wand des Gehäuses und einem elektrisch leitenden Material im Inneren des Unterbrechungsschaltglieds befindet. Hier liegt das elektrisch leitende Material vorzugsweise in Form einer Beschichtung auf einem isolierenden Element des Unterbrechungsschaltglieds vor.In one embodiment of the interruption switching element according to the invention, it is preferred that the separation distance t 2 is located between the inner wall of the housing and an electrically conductive material in the interior of the interruption switching element. Here, the electrically conductive material is preferably in the form of a coating on an insulating element of the interrupting switching element.
Das isolierende Element kann aus Kunststoff, bspw. aus einem Thermo- oder The insulating element may be made of plastic, for example. From a thermal or
Duroplast, sein, aber auch aus einer Keramik, die den Vorteil hat, dass sie durch bzw. bei Lichtbogeneinfluss nicht elektrisch leitend wird. Alternativ kann das elektrisch leitende Material aber auch als Draht oder Band ausgestaltet sein. Das elektrisch leitende Material ist vorzugsweise an dem einen Ende mit der Kontakteinheit, vorzugsweise auf der Seite des ersten Anschlusskontaktes verbunden. Alternativ dazu kann aber auch eine weitere Trennstrecke t3 zwischen dem elektrisch leitenden Material und der Kontakteinheit vorgesehen sein, die beim Übergang von der Duroplast, but also from a ceramic, which has the advantage that it is not electrically conductive by or at the influence of arcing. Alternatively, the electrically conductive material may also be configured as a wire or a band. The electrically conductive material is preferably connected at one end to the contact unit, preferably on the side of the first connection contact. Alternatively, however, may be provided between the electrically conductive material and the contact unit, a further separation distance t 3 , which in the transition from the
Leitstellung in die Trennstellung mithilfe eines Lichtbogens überbrückt wird. Control position is bridged into the disconnected position by means of an arc.
Liegt das elektrisch leitende Material in Form einer Beschichtung auf einem Is the electrically conductive material in the form of a coating on a
isolierenden Element des Unterbrechungsschaltglieds vor, so ist es bevorzugt, dass zwischen dem isolierenden Element und dem elektrisch leitenden Material eine Schutzschicht vorgesehen ist, die das isolierende Element vor der Energie durch den Nebenschlussstromfluss schützt. Die Schutzschicht ist vorzugsweise eine keramische Schutzschicht, beispielsweise aus einem Siliziumdioxid-haltigen Schichtoxid. Diese Schutzschicht kann auf das isolierende Element aufgebracht werden, in dem eine flüssige Keramik aufgesprüht oder das isolierende Element in eine flüssige Keramik getaucht wird. Als sogenannte flüssige Keramik wird ein flüssiges Gemisch aus Siloxanen und Nanomaterialien bezeichnet, wie es beispielsweise als "9H Auto Ceramic Coating" im Handel erhältlich ist. Die Schutzschicht weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10 pm bis 100 pm, stärker bevorzugt im Bereich von 20 pm bis 50 pm auf. Die Beschichtung mit dem elektrisch leitenden Material, die vorzugsweise
auf der Schutzschicht aufgebracht, ist vorzugsweise aus Aluminium, weil Aluminium beim Verbrennen zu elektrisch nicht leitendem Aluminiumoxid umgewandelt wird und damit den späteren Isolationswiderstand nicht verschlechtert. Dies kann beispielsweise verwirklicht werden, indem eine Aluminiumklebefolie auf das isolierende Element oder die Schutzschicht des isolierenden Elements aufgeklebt wird. Die Beschichtung mit dem elektrisch leitenden Material weist vorzugsweise eine Breite (orthogonal zur Stromflussrichtung) im Bereich von 1 ,5 bis10 mm, vorzugsweise 2 bis 5 mm auf, kann aber auch durchgängig auf der Fläche des isolierenden Elements aufgebracht sein, die sich von der Kontakteinheit zum Gehäuse hin erstreckt. Die Dicke der Beschichtung mit dem elektrisch leitenden Material beträgt vorzugsweise 10 pm bis 100 pm, stärker bevorzugt 20 pm bis 50 pm. insulating member of the breaking contact member, it is preferable that a protective layer is provided between the insulating member and the electrically conductive material, which protects the insulating member from the energy by the bypass current flow. The protective layer is preferably a ceramic protective layer, for example of a silicon dioxide-containing layer oxide. This protective layer may be applied to the insulating member in which a liquid ceramic is sprayed or the insulating member is immersed in a liquid ceramic. As a so-called liquid ceramic, a liquid mixture of siloxanes and nanomaterials is referred to, as it is commercially available for example as "9H Auto Ceramic Coating". The protective layer preferably has a thickness in the range from 10 μm to 100 μm, more preferably in the range from 20 μm to 50 μm. The coating with the electrically conductive material, preferably is applied to the protective layer, is preferably aluminum, because aluminum is burned to electrically non-conductive alumina and thus does not deteriorate the subsequent insulation resistance. This can be realized, for example, by adhering an aluminum adhesive sheet to the insulating member or the protective layer of the insulating member. The coating with the electrically conductive material preferably has a width (orthogonal to the direction of current flow) in the range of 1, 5 to 10 mm, preferably 2 to 5 mm, but may also be applied continuously on the surface of the insulating member extending from the contact unit extends towards the housing. The thickness of the coating with the electrically conductive material is preferably 10 μm to 100 μm, more preferably 20 μm to 50 μm.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds ist es bevorzugt, dass das elektrisch leitende Material ein Material ist, das bei elektrischer Verbindung der beiden Anschlusskontakte durch den Nebenschlussstrompfad in der Trennstellung des Unterbrechungsschaltglieds zumindest teilweise verdampft, wodurch die Trennstrecke t2 entsteht. In dieser Ausgestaltung stört es nicht, wenn der In one embodiment of the interruption switching element according to the invention, it is preferred that the electrically conductive material is a material which at least partially vaporizes upon electrical connection of the two connection contacts through the bypass current path in the disconnected position of the interruption switching element, whereby the separation distance t 2 is formed. In this embodiment, it does not bother if the
Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung des Unterbrechungsschaltglieds geschlossen vorliegt, da aufgrund des höheren Widerstandes des Shunt current path in the control position of the interruption switch is closed because due to the higher resistance of the
Nebenschlusswiderstands als der Widerstand im Hauptstrompfad der Hauptanteil des Stroms über den Hauptstrompfad fließt. Erst nach der durch Übergang von der Leitstellung in die Trennstellung bedingten Erhöhung der Spannung kommt es dann durch Verdampfen des elektrisch leitenden Materials im Nebenschlussstrompfad zur Ausbildung der Trennstrecke t2. Shunt resistance as the resistance in the main current path flows the major part of the current across the main current path. Only after the transition from the control position to the release position caused increase in the voltage is then by evaporation of the electrically conductive material in the bypass current path to form the separation distance t. 2
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds ist es bevorzugt, dass der Nebenschlussstrompfad über das Gehäuse und der In one embodiment of the interruption switching element according to the invention, it is preferred that the shunt current path via the housing and the
Hauptstrompfad in einem vom Gehäuse beabstandeten Strompfad verlaufen. Main current path in a spaced from the housing current path.
Vorzugsweise verläuft der Hauptstrompfad mittig innerhalb des Gehäuses des Preferably, the main current path is centered within the housing of the
Unterbrechungsschaltglieds. Der Nebenschlussstrompfad verläuft vorzugsweise vom ersten Anschlusskontakt über einen Teil der Kontakteinheit, der sich auf der einen Seite der Trennstrecke t2 befindet, und wird von dort auf das Gehäuse des Interruption switching element. The bypass current path preferably extends from the first terminal contact over a part of the contact unit, which is located on one side of the separation distance t 2 , and is from there to the housing of the
Unterbrechungsschaltglieds geführt, das mit dem zweiten Anschlusskontakt in Circuit breaker connected to the second terminal contact in
Verbindung steht. Der erste Anschlusskontakt darf hierbei nicht direkt mit dem
Gehäuse in elektrischer Verbindung stehen. Connection stands. The first connection contact must not be used directly with the Housing in electrical connection.
Der Teil des Gehäuses, durch den der Nebenschlussstrom fließt, ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, das einen höheren Widerstand aufweist als das elektrisch leitende Material der Kontakteinheit. Als elektrisch leitendes Material des Gehäuses wird vorzugsweise Stahl, Edelstahl, Wolfram-Legierungen oder Titan verwendet. Als elektrisch leitendes Material der Kontakteinheit wird vorzugsweise Kupfer, Messing oder Aluminium verwendet, alle auch vernickelt, versilbert oder in Spezialfällen auch vergoldet. The part of the housing through which the shunt current flows is preferably formed of an electrically conductive material having a higher resistance than the electrically conductive material of the contact unit. The electrically conductive material of the housing is preferably steel, stainless steel, tungsten alloys or titanium. As the electrically conductive material of the contact unit is preferably copper, brass or aluminum used, all nickel-plated, silvered or gold plated in special cases.
Die Wandstärke des Gehäusematerials, durch das der Nebenschlussstrom fließt, ist vorzugsweise im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, stärker bevorzugt 1 mm bis 3 mm, und am stärksten bevorzugt 1 ,5 mm bis 2 mm. Die Wandstärke hängt neben dem The wall thickness of the casing material through which the bypass current flows is preferably in the range of 0.8 mm to 5 mm, more preferably 1 mm to 3 mm, and most preferably 1.5 mm to 2 mm. The wall thickness hangs next to the wall
Gehäusematerial zudem vom Außendurchmesser des Gehäuses ab und von den Stromstärken, bei denen getrennt wird: Je größer der Außendurchmesser des Housing material also from the outer diameter of the housing and from the currents at which is separated: the larger the outer diameter of the
Gehäuses wird, um so dicker muss die Wandstärke des Gehäusematerials sein, um dem nach dem Trennen des Verbindungsmaterials im Gehäuse entstehenden hohen Druck standzuhalten. Je höher die Stromstärke im Augenblick des Trennens ist, umso stärker ist der danach entstehende Lichtbogen im Gehäuse. Deshalb werden mehr Material und auch Löschmittel verdampft und erhitzt, so dass der Innendruck sich erhöht. Die oben genannten Wandstärken beziehen sich vorzugsweise auf ein Housing is, the thicker the wall thickness of the housing material must be to withstand the resulting after the separation of the bonding material in the housing high pressure. The higher the current at the moment of disconnection, the stronger the resulting arc in the housing. Therefore, more material and also extinguishing agent are vaporized and heated, so that the internal pressure increases. The above-mentioned wall thicknesses preferably relate to a
Stahlgehäuse mit einem Durchmesser von ca. 30 mm. Steel case with a diameter of approx. 30 mm.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds, ist es bevorzugt, dass die Kontakteinheit mit einem Treibspiegel in Verbindung steht, der derart ausgestaltet ist, dass er durch einen beaufschlagenden Druck von einer Ausgangposition in eine Endposition bewegbar ist, wobei in der Endposition des Treibspiegels der Trennbereich getrennt und die Trennstrecke ausgebildet ist. Dabei ist es bevorzugt, dass der Treibspiegel aus einem nicht leitenden Material besteht, d.h. das oben genannte isolierende Element ist als Treibspiegel ausgebildet. Alle weiter vorne genannten Merkmale i. V. m. dem isolierenden Element gelten folglich für den Treibspiegel. Dies hat den Vorteil, dass der Treibspiegel in Verbindung mit einem elektrisch leitenden Gehäuse stehen kann, ohne dass über das Gehäuse Strom fließt. Zur Gewährleistung des Nebenschlussstrompfades wird der Treibspiegel aus
isolierendem Material, der mit der Kontakteinheit in Verbindung steht und sich in die Nähe des Gehäuses erstreckt oder auch mit diesem in Verbindung steht, vorzugsweise derart mit einer leitfähigen Beschichtung versehen, so dass in der Trennstellung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds der erste und der zweite In one embodiment of the interruption switching element according to the invention, it is preferred that the contact unit is in communication with a sabot that is configured to be movable by an applied pressure from an initial position to an end position, wherein in the end position of the sabot the separation area is disconnected and the separation distance is formed. It is preferred that the sabot is made of a non-conductive material, that is, the above-mentioned insulating member is formed as a sabot. All features mentioned above i. V. m. The insulating element therefore applies to the sabot. This has the advantage that the sabot can be in connection with an electrically conductive housing without current flowing through the housing. To ensure the shunt current path, the sabot turns off insulating material which communicates with the contact unit and which extends in the vicinity of the housing or is also in communication therewith, preferably in such a way provided with a conductive coating, so that in the disconnected position of the interruption switching element according to the invention the first and the second
Anschlusskontakt über den Nebenschlussstrompfad miteinander verbunden sind. Die elektrisch leitfähige Beschichtung erstreckt sich vorzugsweise auf dem Treibspiegel von der Kontakteinheit bis hin zur inneren Wand des Gehäuses. Wird hierin im Falle der Trennstellung von einer Verbindung des ersten und zweiten Anschlusskontaktes über den Nebenschlussstrompfad gesprochen, so ist immer gemeint, dass diese elektrische Verbindung nur dadurch zustande kommen kann, dass die Trennstrecke t2 durch einen Lichtbogen überbrückt wird. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die leitfähige Beschichtung nicht direkt auf dem Material des Treibspiegels aufgebracht ist, sondern dass zwischen der elektrisch leitfähigen Beschichtung und dem Treibspiegel eine - wie weiter oben beschriebene - Schutzschicht vorgesehen ist. Die Vorteile dieser Connection contact via the shunt current path are interconnected. The electrically conductive coating preferably extends on the sabot from the contact unit to the inner wall of the housing. If, in the case of the disconnected position, this is referred to as a connection of the first and second connection contacts via the bypass current path, it is always meant that this electrical connection can only be achieved by bridging the separation section t 2 by an arc. Furthermore, it is preferred that the conductive coating is not applied directly to the material of the sabot, but that - as described above - protective layer is provided between the electrically conductive coating and the sabot. The advantages of this
Schutzschicht sind in der Beschreibung des Unterbrechungsschaltglieds der Fig. 1 weiter unten genannt. Zudem kann an der inneren Wand des Gehäuses ein Leitblech vorgesehen sein, das vorzugsweise mit der leitfähigen Beschichtung des Treibspiegels in Verbindung steht. Das Leitblech ist vorzugsweise aus Kupfer gebildet. Anschließend an das Leitblech kann an der inneren Wand des Gehäuses ein elektrisch nicht leitender Schirm vorgesehen sein. Die Vorteile des Leitblechs und des elektrisch leitenden Schirms sind weiter unten in Verbindung mit dem Unterbrechungsschaltglied der Fig. 1 beschrieben. Der elektrisch nicht leitende Schirm ist wie der Treibspiegel vorzugsweise aus einem Isolationsmaterial, wie z.B. POM, PAI, PI oder vorzugsweise einer Keramik. Bei Verwendung einer Keramik kann die Schutzschicht direkt auf der entsprechenden Oberfläche entfallen, weil hier der anliegende Lichtbogen die Protective layer are mentioned in the description of the interruption switching element of Fig. 1 below. In addition, a baffle may be provided on the inner wall of the housing, which is preferably in communication with the conductive coating of the sabot. The baffle is preferably formed of copper. Subsequent to the baffle can be provided on the inner wall of the housing, an electrically non-conductive screen. The advantages of the baffle and the electrically conductive shield are described below in connection with the breaker switch of FIG. The electrically nonconductive screen, like the sabot, is preferably made of an insulating material, such as e.g. POM, PAI, PI or preferably a ceramic. When using a ceramic, the protective layer can be omitted directly on the corresponding surface, because here the adjacent arc the
Keramikoberfläche nicht elektrisch leitfähig macht. Ceramic surface does not make electrically conductive.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds, ist es bevorzugt, dass außen auf dem Gehäuse ein Kollektor vorgesehen ist. Der Kollektor erstreckt sich vorzugsweise über den Teil des Gehäuses, das Teil des In one embodiment of the interruption switching element according to the invention, it is preferred that a collector is provided on the outside of the housing. The collector preferably extends over the part of the housing which is part of the housing
Nebenschlussstrompfad ist. Der Kollektor kann aus Edelstahl, Stahl oder Kupfer gebildet sein. Der Kollektor hat die Aufgabe der zusätzlichen mechanischen Stärkung des Gehäuses bei hohem Innendruck im Fall des Schaltens des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds. Weiterhin sammelt der Kollektor den über das Gehäuse
fließenden Strom und entlastet auch so das Gehäusematerial. Er kann sozusagen als eine Art Bypass für den dort nach dem Lichtbogeneinschlag in das am Shunt current path is. The collector can be made of stainless steel, steel or copper. The collector has the task of additional mechanical strengthening of the housing at high internal pressure in the case of switching the breaker switching element according to the invention. Furthermore, collects the collector over the housing flowing current and also relieves the housing material. He can speak as a kind of bypass for the there after the arc strike in the am
Innendurchmesser des Gehäuses angebrachte Leitblech über das Gehäuse fließenden Strom angesehen werden. Der Kollektor deckt zudem den hinteren Teil des Inner diameter of the housing attached baffle be viewed over the housing flowing current. The collector also covers the back of the
Unterbrechungsschaltglieds ab, d.h. er ist eine Art Sichtschutz für dort eventuell vorhandene Dichtringe oder eine verwendete Dichtmasse. Sollte der Innendruck des Unterbrechungsschaltglieds bei extremer Strombelastung so hoch werden, dass zwischen Gehäuse und dem Teil der Kontakteinheit auf der Seite des zweiten Interrupt switch from, i. it is a kind of privacy shield for any existing sealing rings or a sealant used there. Should the internal pressure of the interruption switching element become so high under extreme current load that between the housing and the part of the contact unit on the side of the second
Anschlusskontaktes Löschmittel austritt, so kann der Kollektor das Löschmittel sammeln, und verhindert, dass das Löschmittel in der Gegend herumspritzt und sich hier fein verteilt sogar entzünden kann. Connection contact extinguishing agent escapes, so the collector can collect the extinguishing agent, and prevents the extinguishing agent splashed around in the area and here even finely divided can even ignite.
Ist der Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung des erfindungsgemäßen Is the shunt current path in the Leitstellung of the invention
Unterbrechungsschaltglieds geschlossen, so ist es bevorzugt, dass die Trennstrecke t2 durch Bewegen des Treibspiegels von der Ausgangsposition in die Endposition gebildet wird. Closed circuit breaker, it is preferred that the separation distance t 2 is formed by moving the sabot from the starting position to the end position.
Die erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieder können in einem Schaltkreis Verwendung finden, in dem parallel zu dem erfindungsgemäßen The interruption switching elements according to the invention can be used in a circuit in which parallel to the invention
Unterbrechungsschaltglied eine Zündelektronik und in einem weiteren Strompfad eine Sicherung angeschlossen ist, wobei der weitere Strompfad einen Schalter aufweist, der geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Im Betriebsfall ist der Schalter vorzugsweise geöffnet. Die Zündelektronik ist in der Lage bei einem bestimmten Überstrom den Schalter zu schließen und anschließend das Unterbrechungsschaltglied zu schalten, d.h. von der Leitstellung in die Trennstellung zu überführen. Die Sicherung kann eine herkömmliche Schmelzsicherung sein. Die Zündelektronik kann beispielsweise ein Komparator sein. Näheres hierzu ist unten in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 4 angegeben. In einem solchen Schaltkreis kann anstelle des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds auch jegliches Unterbrechungsschaltglied des Stands der Technik verwendet werden, das zum Abschalten von nicht ganz so hohen Strömen bei nicht ganz so hohen Spannungen geeignet ist. An interruption switching element ignition electronics and in a further current path a fuse is connected, wherein the further current path has a switch which can be opened or closed. In case of operation, the switch is preferably open. The ignition electronics are able to close the switch at a certain overcurrent and then to switch the breaker switch, i. from the control position to the disconnected position. The fuse can be a conventional fuse. The ignition electronics may for example be a comparator. More details are given below in connection with the description of FIG. 4. In such a circuit, instead of the breaker circuit according to the invention, any prior art breaker switch suitable for shutting off not so high currents at not so high voltages may be used.
Die erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieder können auch in einem The interruption switching elements according to the invention can also be used in one
Schaltkreis Verwendung finden, in dem der Strompfad in dem
Unterbrechungsschaltglied von dem ersten Anschlusskontakt zu dem zweiten Circuit use in which the current path in the Breaker switch from the first terminal to the second
Anschlusskontakt führt. Parallel dazu ist außerhalb des Unterbrechungsschaltglieds eine Zündelektronik angeordnet. Weiterhin weist der Schaltkreis einen Schalter im Betriebsstromkreis auf. Der Schalter kann auch der Betriebsschalter des Connection contact leads. Parallel to this, an ignition electronics is arranged outside of the interruption switching element. Furthermore, the circuit has a switch in the operating circuit. The switch can also be the operating switch of the
Betriebsstromkreises sein. Die Zündelektronik kann den Strom im Betriebsstromkreis messen und zündet bei Überstrom aktiv das Unterbrechungsschaltglied, das dann durch Übergang von der Leitstellung in die Trennstellung dem Betriebsstromkreis unterbricht (Schalten des Unterbrechungsschaltglieds). Das Unterbrechungsschaltglied braucht eine bestimmte Zeit zum Schalten, d.h. bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Lichtbogen im Unterbrechungsschaltglied erlischt. Diese Zeit wird Abschaltzeit genannt. Die Zündelektronik ist vorzugsweise so programmiert, dass der Schalter S in einer Zeitspanne von direkt nach der Abschaltzeit des Unterbrechungsschaltglieds bis zur 1-3 fachen Abschaltzeit nach dem Schalten geöffnet wird. Diese Schaltung hat den Vorteil, dass ein evtl nach extremer Überlastung des Unterbrechungsschaltglieds sehr kleiner Isolationswiderstand ab dem Öffnen des Schalters S keine Erwärmung des Unterbrechungsschaltglieds mehr auftritt, der Trennvorgang damit stabilisiert und fixiert wird, ohne dem Schalter S das Trennen des Stromkreises bei Überlaststrom Be operating circuit. The ignition electronics can measure the current in the operating circuit and ignites the overcurrent active breaker, which then interrupts the transition from the Leitstellung in the disconnected position the operating circuit (switching of the interruption switching element). The interrupt switch takes a certain time to switch, i. until the time at which the arc extinguishes in the breaker switch. This time is called shutdown time. The ignition electronics are preferably programmed so that the switch S is opened in a period of time from immediately after the turn-off time of the interruption switching element to 1-3 times the turn-off time after switching. This circuit has the advantage that a possibly after extreme overloading of the interruption switch very small insulation resistance from the opening of the switch S no heating of the interruption switch more occurs, the separation process is thus stabilized and fixed without the switch S disconnecting the circuit in case of overload current
zuzumuten, den dieser ohne vorherige Zündung bzw. Schalten des to be expected, this without prior ignition or switching the
Unterbrechungsschaltglieds nicht abschalten könnte, sondern hier in der Regel explodieren würde. Alternativ zur Regelung des Unterbrechungsschaltglieds 1 und des Schalters S durch eine Zündelektronik kann das jeweilige Schalten auch ohne Breaker could not turn off, but would usually explode here. As an alternative to the regulation of the interruption switching element 1 and the switch S by an ignition electronics, the respective switching can also without
Elektronik, d.h. durch Steuerung erfolgen. Eine solche Ausführungsform ist unten in Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Electronics, i. done by control. Such an embodiment is described below with respect to FIG. 5.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich auch aus den Unteransprüchen. Die in den zuvor genannten Ausführungsformen dargelegten Merkmale des Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. The features set forth in the aforementioned embodiments of the
erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds können - sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen - erfindungsgemäß beliebig kombiniert werden. Unless they are mutually exclusive, according to the invention interruption switching element can be arbitrarily combined according to the invention.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten The invention will be described below with reference to the drawings
Ausführungsformen näher erläutert. Alle Merkmale, die in Bezug auf eine bestimmte Figur beschrieben werden, können auch auf die Unterbrechungsschaltglieder der anderen Figuren übertragen werden, sofern technisch realisierbar:
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Embodiments explained in more detail. All features described with respect to a particular figure may also be transferred to the interruption switching members of the other figures, as far as technically feasible: Fig. 1 shows a schematic view of an inventive
Unterbrechungsschaltglieds vor der Trennung des Trennbereichs (Leitstellung) mit einem leitenden Material auf dem mit einer Schutzschicht versehenen Treibspiegel, das so ausgestaltet ist, dass der Breaker before the separation of the separation area (Leitstellung) with a conductive material on the provided with a protective layer sabot, which is designed such that the
Nebenschlussstrompfad geschlossen ist. Shunt current path is closed.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fig. 2 shows a schematic view of an inventive
Unterbrechungsschaltglieds nach Fig. 1 nach der Trennung des Trennbereichs (Trennstellung). Die Leitschicht ist verbrannt, es verbleibt auf dem Treibspiegel nur noch die Schutzschicht. Breaking contact according to Fig. 1 after the separation of the separation area (separation position). The conductive layer is burned, it remains on the sabot only the protective layer.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fig. 3 shows a schematic view of an inventive
Unterbrechungsschaltglieds wie in Fig. 1 , jedoch zusätzlich mit einem Kollektor über einem Teil des Gehäuses. Breaking contact as in Fig. 1, but in addition with a collector over a part of the housing.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Fig. 4 shows a schematic view of another invention
Unterbrechungsschaltglieds vor der Trennung des Trennbereichs (Leitstellung) mit einem leitenden Material auf dem Treibspiegel, das so ausgestaltet ist das der Nebenschlussstrompfad unterbrochen ist. Breaker before the separation of the separation area (Leitstellung) with a conductive material on the sabot, which is designed so that the bypass current path is interrupted.
Fig. 5 zeigt den Längs- bzw. Querschnitt eine Treibspiegels eines typischen Fig. 5 shows the longitudinal or cross section of a sabot of a typical
Unterbrechungsschaltglied der Fig. 1. Breaker switch of Fig. 1.
Fig. 6 zeigt einen Schaltkreis mit einem erfindungsgemäßen Fig. 6 shows a circuit with an inventive
Unterbrechungsschaltglied parallel geschaltet zu einer herkömmlichen Sicherung und einem Komparator, der aber auch durch eine Steuerung ersetzt werden kann. Breaker switch connected in parallel with a conventional fuse and a comparator, which can also be replaced by a controller.
Fig. 7 zeigt einen Schaltkreis mit einem erfindungsgemäßen Fig. 7 shows a circuit with an inventive
Unterbrechungsschaltglied mit einem Komparator oder einer Zündelektronik und einem Schalter S nach dem zweiten Anschlusskontakt. Der Schalter S könnte jedoch auch vor dem ersten Anschlusskontakt angebracht sein oder an einer anderen Stelle im Betriebsstromkreis.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine Kontakteinheit 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist so ausgebildet, dass es einem innerhalb des Gehäuses 2 erzeugten Druck, der beispielsweise bei einer pyrotechnischen Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1 erzeugt wird, standhält, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung oder gar eines Aufplatzens besteht. Das Gehäuse 2 kann insbesondere aus einem geeigneten Material, vorzugsweise Stahl, bestehen. Die Kontakteinheit 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein durch den Treibspiegel 10 im Breaker switch with a comparator or ignition electronics and a switch S after the second terminal contact. However, the switch S could also be mounted before the first connection contact or at another point in the operating circuit. The illustrated in Fig. 1 embodiment of an interruption switching element 1 according to the invention comprises a housing 2, in which a contact unit 3 is arranged. The housing 2 is designed such that it withstands a pressure generated within the housing 2, which is generated, for example, during a pyrotechnic triggering of the interrupting switching element 1, without the risk of damage or even bursting. The housing 2 may in particular be made of a suitable material, preferably steel. The contact unit 3 is in the illustrated embodiment as a through the sabot 10 in
Stauchbereich 19 bedrückbares Schaltrohr ausgebildet, so dass es im Trenn- 6 und Stauchbereich 19 als Rohr ausgebildet ist. Die Kontakteinheit 3 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Anschlusskontakt 4. An den ersten Anschlusskontakt 4 schließt sich ein sich radial nach außen erstreckender Flansch 15 an, der sich an einem ringförmigen Isolatorelement 22, das aus einem isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, besteht, derart abstützt, dass die Kontakteinheit 3 nicht in axialer Richtung aus dem Gehäuse 2 herausbewegt werden kann. Das Upset area 19 depressible switching tube formed so that it is formed in the separation 6 and compression area 19 as a tube. In the illustrated embodiment, the contact unit 3 has a first connection contact 4. The first connection contact 4 is adjoined by a radially outwardly extending flange 15, which adjoins an annular insulator element 22, which consists of an insulating material, for example a plastic supported, that the contact unit 3 can not be moved out of the housing 2 in the axial direction. The
Isolatorelement 22 weist hierzu vorzugsweise eine ringförmige Schulter auf, an der sich der Flansch 15 der Kontakteinheit 3 abstützt. Zusätzlich isoliert das Isolatorelement 22 das Gehäuse 2 gegenüber dem Anschlusskontakt 4. Die Kontakteinheit 3 weist einen sich an den Flansch 15 in der Achse der Kontakteinheit 3 anschließenden Insulator element 22 for this purpose preferably has an annular shoulder on which the flange 15 of the contact unit 3 is supported. In addition, the insulator element 22 isolates the housing 2 from the terminal contact 4. The contact unit 3 has a subsequent to the flange 15 in the axis of the contact unit 3
Stauchbereich 19 auf. Die Wandstärke der Kontakteinheit ist im Stauchbereich 19, der eine vorbestimmte axiale Ausdehnung aufweist, so gewählt und auf das Material abgestimmt, dass sich bei einem Auslösen des Unterbrechungsschaltglieds 1 infolge einer plastischen Deformation der Kontakteinheit 3 im Stauchbereich 19 eine Compression area 19. The wall thickness of the contact unit is in the compression region 19, which has a predetermined axial extent, so selected and matched to the material that at a release of the interruption switching element 1 as a result of plastic deformation of the contact unit 3 in the compression region 19 a
Verkürzung des Stauchbereichs 19 in axialer Richtung um eine vorbestimmte Shortening of the swaged portion 19 in the axial direction by a predetermined
Wegstrecke ergibt. Distance results.
An den Stauchbereich 19 schließt sich in axialer Richtung der Kontakteinheit 3 ein Flansch 14 an, auf dem im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Treibspiegel 10 sitzt. Der Treibspiegel 10 ist als elektrisch isolierendes Eiement ausgebildet, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, vorzugsweise aus Keramik. Dieser umgreift die The compression area 19 is adjoined in the axial direction of the contact unit 3 by a flange 14, on which a sabot 10 is seated in the exemplary embodiment shown. The sabot 10 is designed as an electrically insulating element, for example a suitable plastic, preferably of ceramic. This embraces the
Kontakteinheit 3 derart, dass zwischen dem Außenumfang des Flanschs 14 und der Innenwandung des Gehäuses 2 ein isolierender Bereich des Treibspiegels 10 eingreift. Wirkt ein Druck auf die Fläche des Treibspiegels 10 ein, wird eine Kraft erzeugt, die über den Flansch 14 den Stauchbereich 19 der Kontakteinheit 3 zusammenpresst.
Diese Kraft wird so gewählt, dass sich während des Auslösevorgangs des Contact unit 3 such that between the outer periphery of the flange 14 and the inner wall of the housing 2, an insulating region of the sabot 10 engages. If a pressure acts on the surface of the sabot 10, a force is generated which presses over the flange 14 the swage region 19 of the contact unit 3. This force is chosen so that during the tripping process of the
Unterbrechungsschaltglieds 1 ein Stauchen des Stauchbereichs 19 ergibt, wobei der Treibspiegel 10 aus seiner Ausgangslage (Status vor der Auslösung des Interrupting switching element 1 results in a compression of the swaged portion 19, wherein the sabot 10 from its initial position (status before the release of the
Unterbrechungsschaltglieds 1 = Leitstellung) in eine Endposition (nach Beendigung des Schaltvorgangs = Trennstellung) bewegt wird. Breaker switch 1 = Leitstellung) in an end position (after completion of the switching operation = separation position) is moved.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann der Treibspiegel 10 so gewählt werden, dass dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 2 entspricht, so dass eine axiale Führung des Flanschs 14 und damit auch eine axial geführte Stauchbewegung während des Schaltvorgangs erreicht wird. As can be seen from Fig. 1, the sabot 10 may be selected so that its outer diameter substantially corresponds to the inner diameter of the housing 2, so that an axial guidance of the flange 14 and thus an axially guided compression movement is achieved during the switching operation.
Nach dem Pressvorgang greifen die nahe dem Gehäuse 2 liegenden Nasen des Isolatorelements 22 und des Treibspiegels 10 voll übereinander, so dass der nach der Auslösung und dem Stauchvorgang mäanderförmig zusammengeschobene After the pressing operation, the noses of the insulator element 22 and of the sabot 10 lying close to the housing 2 fully engage one another, so that the one pushed together meander-shaped after the release and the upsetting process
Stauchbereich 19 voll von elektrisch isolierenden Materialien umschlossen ist. Compression area 19 is fully enclosed by electrically insulating materials.
An den Treibspiegel 10 bzw. den Flansch 14 der Kontakteinheit 3 schließt sich ein Trennbereich 6 an. Auf dieser Seite der Kontakteinheit 3 schließt sich dann der zweite Anschlusskontakt 5 an. At the sabot 10 and the flange 14 of the contact unit 3, a separation region 6 connects. On this side of the contact unit 3, the second connection contact 5 then connects.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Treibspiegel 10 bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 von der Seite des Anschlusskontakts 5 her auf die Kontakteinheit 3 aufgeschoben. Dieser ist hierfür geteilt (nicht gezeichnet). Wird der zweite Anschlusskontakt 5 nicht geteilt bzw. ist dieser einstückig gleich der In the illustrated embodiment, the sabot 10 is pushed in the assembly of the interruption switching member 1 from the side of the terminal 5 forth on the contact unit 3. This is shared (not drawn). If the second terminal contact 5 is not divided or this is in one piece the same
Kontakteinheit 3, wie gezeichnet, muss der Treibspiegel entweder angespritzt oder mehrteilig ausgeführt werden, um ihn montieren zu können. Contact unit 3, as drawn, the sabot must be either molded or made of several parts in order to mount it.
In dem axialen Ende der Kontakteinheit 3 im Bereich des zweiten Anschlusskontakts 5 kann ein Antrieb 16, vorzugsweise ein pyrotechnischer Antrieb, vorgesehen sein, hier oft auch als Minidetonator oder Zünderschraube benannt. Durch einen Durchbruch im Innenraum der Kontakteinheit 3 können elektrische Anschlussleitungen für den Antrieb nach außen geführt werden. Der Antrieb 16 ist vorzugsweise in einer inneren In the axial end of the contact unit 3 in the region of the second connection contact 5, a drive 16, preferably a pyrotechnic drive, may be provided, here often also called a mini-detonator or ignition plug. Through a breakthrough in the interior of the contact unit 3 electrical connection lines for the drive can be led to the outside. The drive 16 is preferably in an inner
Reaktionskammer 7b innerhalb der Kontakteinheit 3 vorgesehen. Eine äußere Reaction chamber 7b provided within the contact unit 3. An outer one
Reaktionskammer 7a befindet sich zwischen der äußeren Wand eines Trennbereichs 6
und dem Gehäuse 2. Reaction chamber 7a is located between the outer wall of a separation area 6 and the housing 2.
Der Trennbereich 6 ist so dimensioniert, dass er durch den erzeugten Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle eines Antriebs zumindest teilweise aufreißt, vorzugsweise ganz aufreißt, so dass sich der Druck bzw. die Stoßwelle auch aus der inneren The separation region 6 is dimensioned so that it tears at least partially through the gas pressure generated or the generated shock wave of a drive, preferably completely ruptures, so that the pressure or the shock wave from the inner
Reaktionskammer 7b in die vorzugsweise als umgebenden Ringraum ausgestaltete äußere Reaktionskammer 7a ausbreiten kann. Die Reaktionskammern 7a und 7b werden auf diese Weise zu einem Volumen miteinander verbunden. Der für das Stauchen des Kontaktrohres benötigte Innendruck kann auch derart erzeugt werden, dass bei einer bestimmten Nennstromstärke der Trennbereich 6 aufschmilzt und sich dazwischen ein Lichtbogen bildet, der Löschmittel 9 verdampft. Zur Erleichterung des Aufreißens kann die Wandung der Kontakteinheit 3 im Trennbereich 6 auch einen oder mehrere Durchbrüche bzw. Bohrungen und/oder Nuten aufweisen. Hierbei ist sicherzustellen, dass das Material des Trennbereichs den Betriebsstrom gut trennt, also unter Berücksichtigung von Wärmeableitung nicht zu heiß wird, um das Material nicht zu schnell bzw. zu stark altern zu lassen. Zur Erniedrigung der Reaction chamber 7b in the preferably designed as a surrounding annular space outer reaction chamber 7a can spread. The reaction chambers 7a and 7b are connected together in this way to a volume. The internal pressure required for upsetting the contact tube can also be generated in such a way that at a certain nominal current intensity the separating region 6 melts and an arc forms therebetween, the extinguishing agent 9 evaporates. To facilitate the tearing open, the wall of the contact unit 3 in the separation region 6 can also have one or more apertures or bores and / or grooves. In this case, it must be ensured that the material of the separation area separates the operating current well, that is, it does not become too hot in consideration of heat dissipation so as not to cause the material to age too quickly or too strongly. To humiliate the
Schmelztemperatur von Stellen des Trennbereichs kann auch Lötzinn dort aufgebracht werden, das bei Erhitzung des Trennbereichs schmilzt und beispielsweise das anliegende Kupfer so legiert, dass dessen Schmelztemperatur von ca. 1700 °C absinkt auf bis zu nur 160 °C und so früher den Trennbereich auftrennen lässt. Dieses Soldering temperature of points of the separation area can also solder is applied there, which melts when heated the separation region and, for example, the applied copper alloyed so that its melting temperature of about 1700 ° C drops to only 160 ° C and so earlier can break the separation area , This
Verfahren ist bereits bei herkömmlichen Schmelzsicherungen üblich und eingeführt. Method is already common in conventional fuses and introduced.
Eine Vorrichtung zum Zünden eines pyrotechnischen Materials (Anzündvorrichtung) kann aus einem einfachen, schnell aufheizbaren Glühdraht bestehen, der mit einer Anzünd- oder Zündmischung beschichtet ist. Die Aktivierung des Antriebs kann durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung erfolgen. Selbstverständlich kann der Antrieb jedoch auch in beliebiger anderer Weise ausgebildet sein, die eine Aktivierung des pyrotechnischen Materials bewirkt, auch in Form eines herkömmlichen Anzünders (EED), einer Anzündpille, einer Zündpille oder eines Minidetonators. A device for igniting a pyrotechnic material (ignition device) may consist of a simple, quickly heatable filament which is coated with a primer or ignition mixture. The activation of the drive can be done by a corresponding electrical control. Of course, the drive can also be designed in any other way that causes activation of the pyrotechnic material, also in the form of a conventional igniter (EED), a primer, a squib or a Minidetonators.
Bei einer Aktivierung des Unterbrechungsschaltglieds 1 wird also ein Druck oder sogar eine Stoßwelle an der dem Stauchbereich 19 abgewandten Seite des Treibspiegels 10 erzeugt, wodurch der Treibspiegel 10 mit einer entsprechenden Axialkraft beaufschlagt wird. Diese Kraft wird durch eine geeignete Dimensionierung des pyrotechnischen
Materials so gewählt, dass die Kontakteinheit 3 im Stauchbereich 19 plastisch deformiert oder eingedrückt, jedoch nicht aufgerissen und danach der Treibspiegel 10 in Richtung auf den ersten Anschlusskontakt 4 bewegt wird. Das pyrotechnische Material wird dabei so dimensioniert, dass nach dem Aufbrechen bzw. Eindrücken des Trennbereichs 6 die Bewegung des Treibspiegels 10 die beiden Trennhälften ausreichend weit voneinander entfernt, im Zusammenwirken mit der Verdampfung des Löschmittels 9 dann sogar bis in eine Endposition. Upon activation of the interrupting switching element 1, therefore, a pressure or even a shockwave is generated on the side of the sabot 10 facing away from the swage region 19, as a result of which the sabot 10 is subjected to a corresponding axial force. This force is determined by a suitable dimensioning of the pyrotechnic Material selected so that the contact unit 3 in the compression region 19 plastically deformed or pressed, but not torn and then the sabot 10 is moved in the direction of the first terminal contact 4. The pyrotechnic material is dimensioned so that after breaking or pressing the separation area 6, the movement of the sabot 10, the two halves separation sufficiently far away from each other, in cooperation with the evaporation of the extinguishing agent 9 then even to an end position.
Unmittelbar nach dem Aktivieren des pyrotechnischen Materials wird also der Immediately after the activation of the pyrotechnic material is thus the
Trennbereich 6 zumindest teilweise aufgerissen bzw. eingedrückt, vorzugsweise vollständig aufgerissen. Erfolgt das Aufreißen bzw. Eindrücken nicht bereits vor Beginn der axialen Bewegung des Treibspiegels 10 über den vollständigen Umfang des Trennbereichs 6, so wird ein verbleibender Rest des Trennbereichs 6, der noch einen elektrischen Kontakt verursacht, durch die axiale Bewegung des Treibspiegels 10 vollständig aufgerissen, verstärkt durch die hier dann auftretende sehr schnelle Erhitzung des hier dann nur kleinen Restquerschnitts des Leiters durch den hier fließenden hohen elektrischen Strom. Separation region 6 at least partially torn or pushed, preferably completely torn. If the tearing or pressing in does not take place even before the start of the axial movement of the sabot 10 over the complete circumference of the separating region 6, then a remaining remainder of the separating region 6, which still causes an electrical contact, is completely torn open by the axial movement of the sabot 10, amplified by the then occurring very rapid heating of the here then only small residual cross section of the conductor by the flowing here high electric current.
Insbesondere der durch den Abbrand erzeugte Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle kann durch das Einbringen von leicht vergasbaren Flüssigkeiten oder Feststoffen (Löschmittel 9) in den Raum, in dem das pyrotechnische Material enthalten ist oder in welchen die erzeugten Heißgase eindringen, gut gesteuert werden. So erhöht insbesondere Wasser, gelöst im Löschmittel 9 oder in Form von Mikrokapseln, Gelen etc., den Gasdruck beträchtlich. Auch eine Zumischung von Chemikalien, die bei Erhitzung mit reagieren, ist sinnvoll, z.B. die Zugabe von rotem Phosphor, In particular, the gas pressure generated by the burnup or the generated shock wave can be well controlled by introducing readily gasifiable liquids or solids (extinguishing agent 9) into the space in which the pyrotechnic material is contained or in which the generated hot gases enter. In particular, water dissolved in the extinguishing agent 9 or in the form of microcapsules, gels, etc., increases the gas pressure considerably. Also, admixture of chemicals that react with heating is useful, e.g. the addition of red phosphorus,
insbesondere aber auch von bestimmten Zünd- und Anzündstoffen, wie but in particular also of certain ignition and igniters, such as
Zirkoniumkaliumperchlorat (ZPP), aber auch von Polysiloxanen wie Hexasilan oder Pentasilan. Auch das Einbringen von Tetrazen bringt hier Unterstützung, die man nicht durch die Erzeugung von überwiegend elektrisch leitfähigen Stoffen erkaufen muss, da sich Tetrazen aufgrund seines geringen Kohlenstoffanteils überwiegend in elektrisch nicht leitenden Stickstoff zerlegt. Zirconium potassium perchlorate (ZPP), but also of polysiloxanes such as hexasilane or pentasilane. The introduction of tetrazene brings here support that you do not have to buy by the production of predominantly electrically conductive materials, as due to its low carbon content tetrazene decomposes mainly into electrically non-conductive nitrogen.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform befindet sich in den Reaktionskammern 7a und 7b ein Löschmittel 9, das bei der Detonation bzw. Deflagration des
pyrotechnischen Materials die Stoßwellenausbreitung begünstigt und zudem den Leerraum so stark verkleinert, dass auf diese Weise weniger aktivierbares Material verwendet werden muss und die Wände des Trennbereichs 6 ausreichend dick gehalten werden können, so dass die Baugruppe auch noch bei hohen In the embodiment shown in FIG. 1, an extinguishing agent 9 is located in the reaction chambers 7a and 7b, which is released during the detonation or deflagration of the Pyrotechnic material favors the shock wave propagation and also reduces the void so much that in this way less activatable material must be used and the walls of the separation region 6 can be kept sufficiently thick, so that the assembly even at high
Betriebsströmen eingesetzt werden kann. Das Löschmittel 9 dient zugleich zur Dämpfung oder Löschung eines Lichtbogens zwischen den getrennten Enden des Trennbereichs 6. Nach der Trennung des Trennbereichs sind die beiden Operating currents can be used. The extinguishing agent 9 also serves to dampen or extinguish an arc between the separate ends of the separation region 6. After the separation of the separation region are the two
Reaktionskammern 7a und 7b miteinander verbunden. Reaction chambers 7a and 7b connected to each other.
Weiterhin ist in dem erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglied 1 der Fig. 1 ein Kanal vorgesehen, der sich unterhalb des Treibspiegels 10, insbesondere im Flansch 14, vorzugsweise mittig in axialer Richtung erstreckt und die innere Reaktionskammer 7b mit einer Stauchkammer 18 unterhalb des Stauchbereichs 19 verbindet. Die Stauchkammer 18 und der die Stauchkammer und die innere Reaktionskammer 7b verbindende Kanal sind ebenso mit Löschmittel 9 gefüllt. Somit ist die Kontakteinheit 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel weiter als durchgängiges Schaltrohr ausgebildet. Der Kanal stellt sicher, dass bei der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1 und der damit verbundenen Bewegung des Treibspiegels 10 von der Ausgangsposition in die Endposition das sich vergrößernde Volumen im Bereich der inneren 1, a channel is provided which extends below the sabot 10, in particular in the flange 14, preferably centrally in the axial direction and connects the inner reaction chamber 7 b with a compression chamber 18 below the compression region 19. The stuffer box 18 and the channel connecting the stuffer box and the inner reaction chamber 7b are also filled with extinguishing agent 9. Thus, the contact unit 3 is further formed in the illustrated embodiment as a continuous switching tube. The channel ensures that in the release of the interruption switching element 1 and the associated movement of the sabot 10 from the starting position to the end position, the increasing volume in the region of the inner
Reaktionskammer 7b auch mit Löschmittel 9 nachgefüllt wird. Durch die Bewegung des Treibspiegels 10 von der Ausgangsposition in die Endposition wird Löschmittel 9 in der Stauchkammer 18 zusammengepresst und durch den Kanal in Richtung des Bereichs der Reaktionskammer 7 und hier direkt auf den Trennbereich 6 gespritzt. Auf diese Weise kann ein Lichtbogen zwischen den getrennten Teilen des Trennbereichs 6 zusätzlich gedämpft bzw. gelöscht werden. Reaction chamber 7b is also refilled with extinguishing agent 9. By the movement of the sabot 10 from the starting position to the end position extinguishing agent 9 is compressed in the stuffer box 18 and injected through the channel in the direction of the region of the reaction chamber 7 and here directly to the separation region 6. In this way, an arc between the separate parts of the separation region 6 can be additionally attenuated or deleted.
Der zentrale Kanal kann vor der inneren Reaktionskammer 7b bzw. vor dem The central channel can before the inner reaction chamber 7b or before the
Trennbereich 6 düsenartig verengt sein, um zum einen ausreichend gut Löschmittel 9 aus dem Stauchbereich 19 in die Brennkammer 17 durchzulassen, zum anderen die vom Minidetonator bzw. Antrieb 16 generierte Stoßwelle Richtung Stauchbereich 19 so abzuschwächen, dass der Stauchbereich nach der Zündung des Minidetonators bzw. Antriebs 16 nicht zu stark belastet oder gar vorgeschädigt wird. Separation area 6 narrows nozzle-like manner, for a sufficiently good to pass extinguishing agent 9 from the compression area 19 in the combustion chamber 17, on the other hand attenuate the generated by the minidetator or drive 16 shock wave direction compression area 19 so that the compression area after the ignition of the Minidetonators or Drive 16 is not too heavily loaded or even damaged.
Weiterhin sind in dem Unterbrechungsschaltglied 1 Dichtelemente 23 zur Abdichtung
der verschiedenen Kammern 7 und 18 gegenüber dem Austritt von Löschmittel 9 und zur Abdichtung der verschiedenen Komponenten untereinander vorgesehen. Furthermore, in the interruption switching member 1 sealing elements 23 for sealing the various chambers 7 and 18 with respect to the escape of extinguishing agent 9 and to seal the various components with each other.
Das Unterbrechungsschaltglied 1 nach Fig. 1 ist prinzipiell genauso aufgebaut wie das in Fig. 5 gezeigte Unterbrechungsschaltglied der DE 10 2016 124 176 A1. The interruption switching element 1 according to FIG. 1 is basically constructed in the same way as the interruption switching element of DE 10 2016 124 176 A1 shown in FIG.
Der Hauptstrompfad verläuft im erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglied 1 nach Fig. 1 in der Kontakteinheit 3 vom ersten Anschlusskontakt 4 über den anschließenden Stauchbereich 19, den Bereich unterhalb des Flanschs 14 bzw. des Treibspiegels 10, den Trennbereich 6 bis hin zum zweiten Anschlusskontakt 5. 1 in the contact unit 3 from the first connection contact 4 via the adjoining compression region 19, the region below the flange 14 or the sabot 10, the separation region 6 up to the second connection contact 5.
Zusätzlich weist das Unterbrechungsschaltglied 1 nach Fig. 1 eine sogenannte Feldliniensteuerung auf. Die Feldliniensteuerung umfasst eine Beschichtung 8 eines elektrisch leitenden Materials, die auf den Treibspiegel 10 aufgebracht ist. In addition, the interruption switching element 1 according to FIG. 1 has a so-called field line control. The field line control comprises a coating 8 of an electrically conductive material, which is applied to the sabot 10.
Vorzugsweise wird das Material des Treibspiegels 10 dadurch geschützt, dass direkt auf der Oberfläche des Treibspiegels eine Schutzschicht 11a vorliegt, auf der die Beschichtung 8 aufgebracht ist. Weiterhin ist Bestandteil der Feldliniensteuerung ein Leitblech 12, das elektrisch leitend ist. Das Leitblech 12 ist vorzugsweise an der Innenwand des Gehäuses 2 aufgebracht. Das Leitblech 12 kann beispielsweise aus Kupfer sein. Die Feldliniensteuerung gewährleistet, dass ein Nebenschlussstrompfad in der Kontakteinheit 3 vom ersten Anschlusskontakt 4 über den anschließenden Preferably, the material of the sabot 10 is protected by the fact that directly on the surface of the sabot a protective layer 11a is present, on which the coating 8 is applied. Furthermore, part of the field line control is a baffle 12, which is electrically conductive. The baffle 12 is preferably applied to the inner wall of the housing 2. The baffle 12 may be made of copper, for example. The field line control ensures that a shunt current path in the contact unit 3 from the first terminal 4 via the subsequent
Stauchbereich 19 und den Bereich unterhalb des Flanschs 14 bzw. des Treibspiegels 10 über die Beschichtung 8 auf dem Treibspiegel 10, von der Beschichtung auf das Leitblech 12 und von dort zum Gehäuse 2 verlaufen kann, das mit dem zweiten Anschlusskontakt 5 verbunden ist. Das Leitblech 12 ist somit in der Lage, den Upset area 19 and the area below the flange 14 and the sabot 10 can extend over the coating 8 on the sabot 10, from the coating on the guide plate 12 and from there to the housing 2, which is connected to the second terminal contact 5. The baffle 12 is thus able to
Lichtbogen aufzunehmen und den Strom direkt an das elektrisch leitende Pick up the arc and apply the current directly to the electrically conductive
Gehäusematerial weiterzuleiten, und verhindert zudem, dass an der Stelle, an der der Lichtbogen ohne Leitblech 12 einfahren würde, das Material des Gehäuses 2 nicht geschwächt bzw. gekerbt wird. Auf diese Weise kann das Gehäuse dem Innendruck standhalten und zerreißt an dieser Stelle nicht. Die Beschichtung 8 ist als leitende Schicht auf dem Treibspiegel 10 ausgebildet, der selbst vorzugsweise aus einem nicht leitenden Material besteht. Die Schutzschicht 11a für den Treibspiegel 10 ist vorzugsweise als keramische Schicht ausgebildet. Das Isolatorelement 22 Forward housing material, and also prevents that at the point at which the arc would enter without baffle 12, the material of the housing 2 is not weakened or notched. In this way, the housing can withstand the internal pressure and does not tear at this point. The coating 8 is formed as a conductive layer on the sabot 10, which itself preferably consists of a non-conductive material. The protective layer 11a for the sabot 10 is preferably formed as a ceramic layer. The insulator element 22
gewährleistet, dass der erste Anschlusskontakt 4 nicht mit dem Gehäuse 2 verbunden
ist. Die Beschichtung 8 verbindet in der Leitstellung des Unterbrechungsschaltglieds 1 die Kontakteinheit 3 mit dem Gehäuse 2 elektrisch, d.h. der Nebenschlussstrompfad ist in der Leitstellung geschlossen. Die Beschichtung ist hier ein verdampfbares Material, das bei Erhöhung der Spannung über die Betriebsspannung verdampft wird. Das Unterbrechungsschaltglied 1 kann auch einen elektrisch nicht leitenden Schirm 13 aufweisen, der das Gehäuse 2 innen abschirmt. Der elektrisch nicht leitende Schirm 13 ist vorzugsweise benachbart zu dem Leitblech 12 an der Innenwand des Gehäuses 2 angeordnet. Der elektrisch nicht leitende Schirm 13 verändert die elektrischen ensures that the first terminal 4 is not connected to the housing 2 is. The coating 8 connects the contact unit 3 to the housing 2 electrically in the conducting position of the interrupting switching element 1, ie the bypass current path is closed in the conducting position. The coating here is a vaporizable material which is vaporized by the operating voltage as the voltage increases. The interrupting switching member 1 may also have an electrically non-conductive screen 13 which shields the housing 2 inside. The electrically non-conductive screen 13 is preferably arranged adjacent to the guide plate 12 on the inner wall of the housing 2. The electrically non-conductive screen 13 changes the electrical
Feldlinien nach dem Aufreißen des Trennbereichs 6, so dass der Lichtbogen hier nicht direkt in das Material des Gehäuses 2 einschlagen kann. Auch dieser elektrisch nicht leitende Schirm 13 kann zusätzlich mit einer Schutzschicht (nicht gezeigt) beschichtet sein, die ebenso eine keramische Schutzschicht sein kann. Auf diese Weise kann der in der Regel als Kunststoffmaterial ausgebildete Schirm 13 vor dem Lichtbogen geschützt werden. Field lines after the rupture of the separation region 6, so that the arc can not strike here directly into the material of the housing 2. This electrically non-conductive screen 13 may additionally be coated with a protective layer (not shown), which may also be a ceramic protective layer. In this way, the shield 13, which is generally formed as a plastic material, can be protected from the arc.
Im Einzelfall können der elektrisch nicht leitende Schirm 13 und die elektrisch leitende Beschichtung 8 dann entfallen, wenn die Dimensionen der Baugruppe so klein sind, dass sich der Lichtbogen auch ohne diese Teile seinen Weg vom ersten In individual cases, the electrically non-conductive screen 13 and the electrically conductive coating 8 can then be omitted if the dimensions of the assembly are so small that the arc even without these parts its way from the first
Anschlusskontakt zum Leitblech 12 und damit zum Gehäuse 2 sucht. Beispielsweise ist das bei einem Innendurchmesser des Gehäuses von 26 mm der Fall. Der Terminal contact to the baffle 12 and thus looking for the housing 2. For example, this is the case with an inner diameter of the housing of 26 mm. The
Lichtbogen kann hier auch dadurch unterstützt werden, dass das Leitblech 12 scharfkantig ausgeführt wird, so dass hier die Feldliniendichte besonders hoch und für den Lichtbogen damit besonders "verlockend" ist. Arc can also be supported by the fact that the baffle 12 is executed sharp-edged, so that here the field line density is particularly high and therefore particularly "tempting" for the arc.
Es können auch weitere Wände der äußeren oder inneren Reaktionskammern 7a/7b mit einer Schutzschicht versehen sein, die vorzugsweise eine keramische It is also possible for further walls of the outer or inner reaction chambers 7a / 7b to be provided with a protective layer, which is preferably a ceramic one
Schutzschicht ist. Beispielhaft ist in dem Unterbrechungsschaltglied 1 der Fig. 1 eine Schutzschicht 11b auf der dem Treibspiegel 10 gegenüberliegenden Seite der Protective layer is. By way of example, in the interruption switching element 1 of FIG. 1, a protective layer 11b on the side opposite the sabot 10 of FIG
Kontakteinheit 3 aufgebracht, damit dieser Bereich nicht zum Einfahren eines Contact unit 3 is applied so that this area is not for retracting a
Lichtbogens zur Verfügung steht. Auch der der Reaktionskammer zugewandte Teil des ersten Anschlusskontakts kann beschichtet werden, um auch hier keinen guten Übergangswiderstand für den Stromfluss nach dem Trennen in Richtung des zweiten Anschlusskontakts zur Verfügung zu stellen (nicht gezeichnet).
Wie in Fig. 2, dem Unterbrechungsschaltglied 1 der Fig. 1 in der Trennstellung, gezeigt ist, kann auf diese Weise eine Trennstrecke t2 in dem Nebenschlussstrompfad entstehen, die bei erhöhter Spannung durch einen Lichtbogen überbrückt werden kann, aber den Stromfluss bei Absinken der Spannung auf die Betriebsspannung verhindert. Die Trennstrecke t2 ist hier die Strecke zwischen der Beschichtung 8 auf dem Treibspiegel 10 und dem Leitblech 12 an der inneren Wand des Gehäuses 2. Bei einer Auslösung des Antriebs 16 wird der T rennbereich 6 aufgerissen oder aufgetrennt. Gleichzeitig wird durch den beispielsweise pyrotechnisch ausgebildeten Antrieb 16 eine Druck- oder gar Stoßwelle erzeugt, die den Treibspiegel 10 druckbeaufschlagt.Arc is available. The part of the first connection contact facing the reaction chamber can also be coated so as not to provide good contact resistance for the current flow after disconnection in the direction of the second connection contact (not shown). As shown in Fig. 2, the interruption switching member 1 of FIG. 1 in the disconnected position, can be formed in this way, a separation distance t 2 in the bypass current path, which can be bridged by an arc at elevated voltage, but the current flow at lowering of the Voltage on the operating voltage prevented. The separation distance t 2 is here the distance between the coating 8 on the sabot 10 and the baffle 12 on the inner wall of the housing 2. When a triggering of the drive 16 of T rennbereich 6 is torn open or separated. At the same time a pressure or even shock wave is generated by the example pyrotechnic drive 16, which pressurizes the sabot 10.
Auf diese Weise wird der Treibspiegel 10 in Richtung des ersten Anschlusskontakts 4 geschoben. Dabei faltet sich der Stauchbereich 19 auf. Die damit verbundene In this way, the sabot 10 is pushed in the direction of the first terminal 4. In this case, the compression area 19 folds up. The Associated
Verkleinerung des Volumens der Stauchkammer 18 bewirkt die Strömung des Reduction of the volume of the stuffer box 18 causes the flow of
Löschmittels 9 aus der Stauchkammer 18 über den Kanal in Richtung der Extinguishing agent 9 from the stuffer box 18 via the channel in the direction of
Reaktionskammer 7a/7b. Die Bildung eines Lichtbogens bei den Trennstrecken und/oder t2 bewirkt zusätzlich durch Verdampfung des Löschmittels eine Reaction chamber 7a / 7b. The formation of an arc in the separation sections and / or t 2 additionally causes by evaporation of the extinguishing agent
Druckerhöhung, so dass der Treibspiegel vollständig in die in Fig. 2 gezeigte Pressure increase, so that the sabot completely in the in Fig. 2 shown
Endposition geschoben wird. Auf diese Weise kommt es zu einem maximalen Abstand zwischen den beiden getrennten Enden des Trennbereichs 6. Die Trennstrecke wird hier gebildet, indem der Treibspiegel 10 in Richtung des ersten Anschlusskontakts 4 geschoben wird, wobei der Trennbereich 6 aufreißt. Die Trennstrecke ist hier der Abstand zwischen den beiden aufgetrennten Enden des Trennbereichs 6. End position is pushed. In this way, there is a maximum distance between the two separate ends of the separation region 6. The separation distance is formed here by the sabot 10 is pushed in the direction of the first terminal 4, wherein the separation region 6 ruptures. The separation distance is here the distance between the two separated ends of the separation area 6.
In dem Unterbrechungsschaltglied 1 der Fig. 2 bleibt bei Verschieben des In the interruption switch 1 of Fig. 2 remains when moving the
Treibspiegels 10 in Richtung des Stauchbereichs 19 das Leitblech 12 ortsfest. Sealing mirror 10 in the direction of the compression region 19, the baffle 12 stationary.
Alternativ dazu kann das Leitblech 12 aber auch zusammen mit dem Treibspiegel 10 mit bewegt werden. Auf diese Weise entsteht die Trennstrecke t2 nach Verdampfen der Beschichtung 8 zwischen dem Kontaktrohr 3 und dem Leitblech 12. Alternatively, the baffle 12 but also together with the sabot 10 are moved with. In this way, the separation distance t 2 is formed after evaporation of the coating 8 between the contact tube 3 and the guide plate 12th
Das Unterbrechungsschaltglied 1 der Fig. 3 ist im Wesentlichen identisch zu dem Unterbrechungsschaltglied 1 der Fig. 1 , weist aber zusätzlich einen Kollektor 17 außen am Gehäuse 2 des Unterbrechungsschaltglieds 1 auf der Seite des zweiten The breaker switch 1 of FIG. 3 is substantially identical to the breaker switch 1 of FIG. 1, but additionally has a collector 17 on the outside of the housing 2 of the breaker switch 1 on the side of the second
Anschlusskontaktes 5 auf, der sich vorzugsweise über den Bereich der Terminal contact 5, preferably over the range of
Reaktionskammern 7a/7b erstreckt. Der Kollektor 17 weist die weiter oben genannten Vorteile auf.
Das Unterbrechungsschaltglied 1 der Fig. 4 ist bis auf Folgendes identisch zu dem Unterbrechungsschaltglied der Fig. 1 : Reaction chambers 7a / 7b extends. The collector 17 has the advantages mentioned above. The interrupt switch 1 of FIG. 4 is identical to the interrupt switch of FIG. 1 except for the following:
Die Beschichtung 8 auf dem Treibspiegel 10 ist so ausgebildet, dass zwei The coating 8 on the sabot 10 is designed so that two
Trennstrecken t2 und t3 gebildet sind. Die Trennstrecken unterbrechen den Dividing lines t 2 and t 3 are formed. The separation lines interrupt the
Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung des Unterbrechungsschaltglieds 1 , da hier nur die Betriebsspannung anliegt, die zur Bildung eines Lichtbogens durch das Löschmittel nicht ausreicht. Die Trennstrecke t2 wird zwischen dem äußeren Ende der Beschichtung 8 und dem Gehäuse 2 gebildet, indem an dieser Stelle am Treibspiegel 10 keine Beschichtung 8 mit elektrisch leitendem Material vorliegt. Die Trennstrecke t3 wird zwischen dem kontaktrohrseitigen Ende der Beschichtung 8 und dem Kontaktrohr 3 gebildet, indem an dieser Stelle am Treibspiegel 10 keine Beschichtung 8 mit elektrisch leitendem Material vorliegt. Bei Erhöhung der Spannung beim Auftrennen des Trennbereichs durch die Wirkung des zusammenbrechenden starken Shunt current path in the control position of the interruption switching element 1, since only the operating voltage is present, which is insufficient to form an arc by the extinguishing agent. The separation distance t 2 is formed between the outer end of the coating 8 and the housing 2 by no coating 8 is present at this point on the sabot 10 with electrically conductive material. The separation distance t 3 is formed between the contact tube-side end of the coating 8 and the contact tube 3 by no coating 8 is present at this point on the sabot 10 with electrically conductive material. When increasing the voltage at the separation of the separation area by the effect of the collapsing strong
Magnetfeldes der äußeren Kreisinduktivität können die Trennstrecken t2 und t3 durch Lichtbögen überbrückt werden, so dass der Nebenschlussstrompfad geschlossen und elektrische Energie durch den elektrischen Widerstand des elektrisch leitenden Gehäuses 2 in thermische Energie umgewandelt wird. In einer nicht gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann auch nur eine der beiden Tennstrecken t2 oder t3 vorliegen. Eine Schutzschicht unter der Beschichtung kann hier auch vorliegen, ist jedoch in Fig. 4 nicht gezeigt. Die Schutzschicht kann entfallen, wenn der Magnetic field of the outer circular inductance, the separation sections t 2 and t 3 are bridged by arcs, so that the bypass current path is closed and electrical energy is converted by the electrical resistance of the electrically conductive housing 2 into thermal energy. In an embodiment of the invention, not shown, only one of the two tennas t 2 or t 3 may be present. A protective layer under the coating may also be present here, but is not shown in FIG. 4. The protective layer can be omitted if the
Treibspiegel aus Keramik hergestellt ist. Wie oben bereits erwähnt, können bei kleinen Geometrien der Baugruppe bzw. kleinem Innendurchmesser des Gehäuses 2 auch die Beschichtung 8 und der elektrisch nicht leitende Schirm 13 entfallen. Sealing mirror is made of ceramic. As already mentioned above, the coating 8 and the electrically nonconductive shield 13 can be omitted for small geometries of the assembly or small inner diameter of the housing 2.
Die Fig. 5 (links) zeigt einen T reibspiegel 10 - wie er in den Fig. 5 (left) shows a T reibspiegel 10 - as he in the
Unterbrechungsschaltgliedern 1 der Fig. 1 bis 4 verwendet wird - im Querschnitt. Hier ist die Beschichtung 8 nur als zwei dünne bandförmige Beschichtungen des elektrisch leitenden Materials auf dem Treibspiegel 10 vorgesehen. Es ist erfindungsgemäß aber auch denkbar, dass die gesamte Querschnittsfläche des Treibspiegels mit der Beschichtung 8 versehen oder auch nur eine bandförmige Beschichtung aufgebracht ist. Der Treibspiegel kann aber auch drei, vier oder mehr bandförmige Beschichtungen wie in Fig. 5 gezeigt aufweisen. Die Fig. 5 (rechts) zeigt den Treibspiegel 10 in seiner Seitenansicht, wie auch in den Unterbrechungsschaltgliedern 1 der Fig. 1 bis 4 zu
sehen ist. Wie oben bereits erwähnt, kann bei kleinen Geometrien der Baugruppe bzw. kleinem Innendurchmesser des Gehäuses 2 auch die Beschichtung 8 entfallen, der Lichtbogen wird sich hier direkt über die Oberfläche des Treibspiegels das Leitblech 12 "suchen". Breaking elements 1 of Fig. 1 to 4 is used - in cross section. Here, the coating 8 is provided only as two thin band-shaped coatings of the electrically conductive material on the sabot 10. It is according to the invention but also conceivable that the entire cross-sectional area of the sabot provided with the coating 8 or even a band-shaped coating is applied. However, the sabot can also have three, four or more band-shaped coatings as shown in Fig. 5. Fig. 5 (right) shows the sabot 10 in its side view, as well as in the interruption switching elements 1 of Figs. 1 to 4 see is. As already mentioned above, with small geometries of the assembly or small inner diameter of the housing 2, the coating 8 can also be dispensed with, the arc will "seek" the guide plate 12 directly above the surface of the sabot.
Die Fig. 6 zeigt einen Schaltkreis, in dem das gezeigte Unterbrechungsschaltglied 1 ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied sein soll. Hier ist parallel zu dem Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied 1 an die Anschlusskontakte 4 und 5 ein Komparator 25 angeschlossen, dessen Aufgaben auch eine Steuerelektronik übernehmen kann. In einem weiteren Strompfad ist parallel zu dem Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied 1 eine Sicherung 26 geschaltet. Der letztgenannte Strompfad ist ebenso an die Anschlusskontakte 4 und 5 angeschlossen. In dem Strompfad zwischen der Sicherung 26 und dem Anschlusskontakt 5 ist ein Schalter S vorgesehen. Über den Komparator 25 wird die Spannung über das Fig. 6 shows a circuit in which the interruption circuit 1 shown is to be an interruption circuit element according to the invention. Here, a comparator 25 is connected in parallel with the current path through the interruption switching element 1 to the terminal contacts 4 and 5, whose tasks can also take over control electronics. In a further current path, a fuse 26 is connected in parallel with the current path through the interruption switching element 1. The latter current path is also connected to the terminals 4 and 5. In the current path between the fuse 26 and the terminal contact 5, a switch S is provided. About the comparator 25, the voltage across the
Unterbrechungsschaltglied 1 gemessen, und bei einer hier zu hohen gemessenen Spannung, d.h. bei einem zu hohen Laststrom I wird zunächst der Schalter S, der als normaler Schalter, als Relaiskontakt oder als pyrotechnische Baugruppe ausgebildet sein kann, geschlossen, und erst nach dem sicheren Schluss wird dann das Breaking contact 1 measured, and at a high voltage measured here, i. at a high load current I, the switch S, which can be configured as a normal switch, as a relay contact or as a pyrotechnic assembly, first closed, and then after the safe conclusion is the
Unterbrechungsschaltglied 1 von der Leitstellung in die Trennstellung geschaltet, und somit auch hier der Strompfad geschlossen. Open circuit breaker 1 is switched from the Leitstellung in the disconnected position, and thus closed here, the current path.
Die Vorteile des in Fig. 6 gezeigten Schaltkreises liegen darin, dass im Normalbetrieb Strom über das Unterbrechungsschaltglied 1 mit seinem extrem kleinen The advantages of the circuit shown in Fig. 6 are that in normal operation current through the interrupt switch 1 with its extremely small
Einschleifwiderstand von zum Beispiel nur ca. 50 mW fließt, und erst bei einem zu schaltenden Überlastfall wird die Sicherung 26 über den Schalter S zugeschaltet. Der Vorteil liegt darin, dass das Unterbrechungsschaltglied einen wesentlich geringeren Widerstand als die Sicherung 26 selbst aufweist. Weiterhin hat der Schaltkreis den Vorteil, dass die Sicherung im Normalbetrieb nicht belastet wird und somit nicht altert. Im Überlastfall liegt die Sicherung 26 somit nahezu neu vor und deren Funktionsweise ist dadurch in erhöhtem Maße sichergestellt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Schalter S bei der am Unterbrechungsschaltglied 1 trotz des hohen Überlaststroms sehr kleinen abfallenden Spannung und des zusätzlich noch sehr kleinen Nebenschlussstroms zum Unterbrechungsschaltglied 1 schalten muss, also als sehr kleines Bauteil ausgeführt werden kann und den Überlaststrom über die Sicherung 26 erst nach dem Zünden des
Unterbrechungsschaltglieds 1 im geschlossenen Zustand bis zum Unterbrechen des Stromkreises durch die Sicherung übertragen bzw. aushalten muss. Einschleifwiderstand of, for example, only about 50 mW flows, and only when an overload case to be switched, the fuse 26 is connected via the switch S. The advantage is that the breaker switch has a much lower resistance than the fuse 26 itself. Furthermore, the circuit has the advantage that the fuse is not charged in normal operation and thus does not age. In case of overload, the fuse 26 is thus almost new and its operation is thereby ensured to an increased extent. Another advantage is that the switch S at the breaker switch 1 despite the high overload current very small falling voltage and the additionally very small shunt current must switch to breaker switch 1, so it can be designed as a very small component and the overload current through the fuse 26th only after the ignition of the In the closed state, interrupt circuit element 1 must transmit or endure until the circuit is interrupted by the fuse.
Die Fig. 7 zeigt einen Schaltkreis mit einem erfindungsgemäßen Fig. 7 shows a circuit with an inventive
Unterbrechungsschaltglied 1 , wobei der Strompfad in dem Unterbrechungsschaltglied 1 von dem ersten Anschlusskontakt 4 zu dem zweiten Anschlusskontakt 5 führt. Breaker switch 1, wherein the current path in the breaker switch 1 leads from the first terminal contact 4 to the second terminal contact 5.
Parallel dazu ist außerhalb des Unterbrechungsschaltglieds eine Zündelektronik 25 angeordnet. Weiterhin weist der Schaltkreis einen Schalter S im Betriebsstromkreis nach dem zweiten Anschlusskontakt 5 auf. Der Schalter S kann auch der Parallel to this, an ignition electronics 25 is arranged outside of the interruption switching element. Furthermore, the circuit has a switch S in the operating circuit after the second connection contact 5. The switch S can also be the
Betriebsschalter des Betriebsstromkreises sein. Die Zündelektronik 25 kann den Strom I im Betriebsstromkreis messen und zündet bei Überstrom aktiv das Be operating switch of the operating circuit. The ignition electronics 25 can measure the current I in the operating circuit and ignites the overcurrent active
Unterbrechungsschaltglied 1 , das dann durch Übergang von der Leitstellung in die Trennstellung dem Betriebsstromkreis unterbricht (Schalten des Breaker switch 1, which then interrupts by transition from the Leitstellung in the disconnected position the operating circuit (switching the
Unterbrechungsschaltglieds). Das Unterbrechungsschaltglied 1 braucht eine bestimmte Zeit zum Schalten, d.h. bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Lichtbogen im Interruption switching element). The interruption switch 1 needs a certain time for switching, i. until the time when the arc in the
Unterbrechungsschaltglied 1 erlischt. Diese Zeit wird Abschaltzeit genannt. Die Zündelektronik 25 ist so programmiert, dass der Schalter S in einer Zeitspanne von direkt nach der Abschaltzeit des Unterbrechungsschaltglieds bis zur 1-3 fachen Abschaltzeit nach dem Schalten geöffnet wird. Alternativ zur Regelung des Breaker switch 1 goes off. This time is called shutdown time. The ignition electronics 25 is programmed so that the switch S is opened in a period of time from immediately after the turn-off time of the interruption switching element to 1-3 times the turn-off time after switching. Alternatively to the regulation of
Unterbrechungsschaltglieds 1 und des Schalters S durch eine Zündelektronik kann das jeweilige Schalten auch ohne Elektronik, d.h. durch Steuerung erfolgen. Breaker 1 and the switch S by an ignition electronics, the respective switching without electronics, i. done by control.
Der Schalter S kann auch vor dem Kontakt 1 oder sonst irgendwo im Stromkreis angeordnet sein, solange der Strom durch S auch durch das The switch S can also be arranged in front of the contact 1 or elsewhere in the circuit, as long as the current through S and through the
Unterbrechungsschaltglied 1 fließt. Breaker switch 1 flows.
Der in Fig. 7 gezeigte Schaltkreis hat den Vorteil, dass der Schalter S im angegebenen Zeitfenster nur sehr wenig Strom und bei nur weniger als der Betriebsspannung beim Öffnen schalten können muss, also bei Verhältnissen geschaltet wird, die er als Betriebsschalter ohnehin stets hätte schalten können müssen. Kommt es aus irgendeinem Grund nicht zur erwünschten hohen bzw. guten Isolationswirkung im Unterbrechungsschaltglied 1 nach dem Schalten des Unterbrechungsschaltglieds, so kann durch das zusätzliche Betätigen des Schalters S der Betriebsstrom nach dem Trennvorgang im Unterbrechungsschaltglied sicher, dauerhaft und völlig abgeschaltet
werden. The circuit shown in Fig. 7 has the advantage that the switch S in the specified time window only very little power and at only less than the operating voltage when opening must be able to switch, that is switched at ratios that he could always switch anyway as an operating switch have to. If, for some reason, there is no desired high or good insulation effect in the interrupting switching element 1 after switching of the interrupting switching element, the additional operating of the switch S can safely, permanently and completely shut off the operating current after the disconnection process in the interrupting switching element become.
Ausführungsbeispiele: EXAMPLES
Beispiel 1 : Example 1 :
An ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied gemäß der Fig. 1 wird ein Gleichstrom von bis zu 30 kA und mit einer Spannung von bis zu 900 V A direct current of up to 30 kA and with a voltage of up to 900 V is applied to an interrupt switch according to the invention as shown in FIG
angeschlossen. Das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied hat die folgenden Dimensionen: Länge des Gehäuses 52 mm, Durchmesser des Gehäuses 32 mm. Das Gehäuse ist aus Stahl. Innerhalb der inneren Reaktionskammer 7 ist ein Minidetonator mit 30 mg ZPP, 30mg Silberazid und für einige Zwecke mit zusätzlich 40 mg Oktogen (RDX) vorgesehen. Das Löschmittel innerhalb der Reaktionskammern 7a/b und der Stauchkammer 18 ist ein Gemisch aus Silikonöl und hochdisperser Kieselsäure (HDK) (40 cm3 Öl auf 2 g HDK). Die elektrisch leitende Beschichtung auf dem Treibspiegel ist an zwei Stellen als 3 mm breite und 30 pm dicke Schicht als Aluminium- Selbstklebeband ausgebildet; diese leitfähige Schicht hat je einen Abstand von 1 mm zum Verbindungselement und zum Gehäuse (Sollfunkenstrecke). Die Kontakteinheit ist zylindrisch ausgeformt und besteht aus Kupfer. Der Trennbereich hat einen connected. The circuit breaker according to the invention has the following dimensions: length of the housing 52 mm, diameter of the housing 32 mm. The housing is made of steel. Inside the inner reaction chamber 7 is a minidetonator with 30 mg ZPP, 30 mg silver azide and for some purposes an additional 40 mg octogen (RDX). The extinguishing agent within the reaction chambers 7a / b and the stuffer box 18 is a mixture of silicone oil and fumed silica (HDK) (40 cm 3 oil to 2 g HDK). The electrically conductive coating on the sabot is formed in two places as a 3 mm wide and 30 pm thick layer as an aluminum self-adhesive tape; this conductive layer has a distance of 1 mm to the connecting element and to the housing (desired spark gap). The contact unit is cylindrical and made of copper. The separation area has one
Innendurchmesser von 6 mm und einen Außendurchmesser von 7,6 mm. Die komplette Länge der Kontakteinheit inklusive der Anschlusskontakte beträgt 85 mm. Ansonsten sind die Abmessungen in der Relation, wie in Fig. 1 gezeigt. Nach Zünden des Minidetonators wird der Trennbereich vollständig aufgerissen, ein Teil des Inner diameter of 6 mm and an outer diameter of 7.6 mm. The complete length of the contact unit including the connection contacts is 85 mm. Otherwise, the dimensions are in relation as shown in FIG. After igniting the Minidetonators the separation area is completely torn open, part of the
Löschfluids verdampft, gleich danach bildet sich ein Lichtbogen zwischen Kontakt 1 und Kontakt 2 aus. Der Treibspiegel bewegt sich Richtung Kontakt 1 und bereits nach kurzer Wegstrecke bildet sich mindestens ein zweiter Lichtbogen über die Extinguishing fluid evaporates, immediately after an arc forms between contact 1 and contact 2. The sabot moves towards contact 1 and after a short distance at least a second arc forms over the
Aluminiumschicht auf dem Treibspiegel. Das Aluminium verdampft, wird ionisiert und leitet damit den Strom über den hier entstandenen Lichtbogen weiter. Beide Lichtbögen werden durch Energieentnahme ausgehungert, bis beide endlich erlöschen. Die äußere Kreisinduktivität sollte hierbei so klein sein, dass die Lichtbögen im Gehäuse erloschen sind, kurz bevor der Stauchbereich vollständig zusammengepresst wurde.Aluminum layer on the sabot. The aluminum vaporizes, is ionized and thus passes on the current through the arc formed here. Both arcs are starved by energy, until both finally go out. The outer circular inductance should in this case be so small that the arcs have extinguished in the housing, just before the compression area was completely compressed.
Bei 450V Betriebsspannung sind das etwa maximal 70mH, bei 900V Betriebsspannung etwa maximal 35mH bezogen auf einen zu trennenden maximalen Gleichstrom von 30kA. Soll Wechselstrom geschaltet werden, sind die Verhältnisse deutlich besser, weil
es hier stets beim Nulldurchgang des Stroms zu einem Erlöschen des Lichtbogens kommt, dieser also nicht stabil stehen bleibt. At 450V operating voltage this is about a maximum of 70mH, at 900V operating voltage about 35mH maximum with respect to a separate maximum direct current of 30kA. If AC are to be switched, the conditions are much better, because It always comes here at the zero crossing of the current to an extinction of the arc, so this does not remain stable.
Nach Öffnen des Gehäuses des verwendeten Unterbrechungsschaltglieds kann festgestellt werden, dass zur Sicherstellung des Isolationswiderstandes in der Reaktionskammer noch flüssiges bis silikonölfeuchtes Löschmittel vorliegt. Je nach Belastung der Baugruppe werden so bis 18 kA bei 450 V Betriebsspannung After opening the housing of the interruption switching element used, it can be stated that, to ensure the insulation resistance in the reaction chamber, there is still liquid to silicone oil-moist extinguishing agent. Depending on the load on the module, up to 18 kA can be used at 450 V operating voltage
Isolationswiderstände von größer 100 GOhm bei 500 V Prüfspannung erreicht, bei 23 kA sind es noch größer 10 MOhm, bei 27 kA sind es jedoch nur noch 100 kOhm bis 300 kOhm. Insulation resistance greater than 100 GOhm at 500 V test voltage reached at 23 kA, it is still greater than 10 MOhm, 27 kA, it is only 100 kOhm to 300 kOhm.
Vergleichsbeispiel 1 : Comparative Example 1
Es wird der gleiche Versuch wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, dass ein ansonsten gleich aufgebautes Unterbrechungsschaltglied verwendet wird, das jedoch kein Leitblech hat und dessen Gehäuseinnenwand durch eine Innenisolation geschützt ist. The same experiment is carried out as in Example 1, with the difference that an interruption switching element of the same type is used, which, however, does not have a baffle and whose inside wall of the housing is protected by internal insulation.
Nach Öffnen des Gehäuses des hier verwendeten Unterbrechungsschaltglieds kann festgestellt werden, dass bei gleich großer Strombelastung beim Trennvorgang kein flüssiges oder silikonfeuchtes Löschmittel mehr in der Reaktionskammer vorhanden und dieses sehr gut elektrisch leitfähig geworden ist. Eine Sicherstellung des After opening the housing of the interruption switching element used here, it can be stated that no liquid or silicone-moist extinguishing agent is present in the reaction chamber at the same high current load during the separation process and this has become very electrically conductive. A guarantee of the
Isolationswiderstandes kann mit einem solchen Unterbrechungsschaltglied daher bei hohen Belastungen durch das Trennen sehr hoher Überlastströme bei hohen Insulation resistance can with such a breaker switch therefore at high loads by separating very high overload currents at high
Betriebsspannungen nicht in gleichem Maße gewährleistet werden wie bei Operating voltages are not guaranteed to the same extent as at
Verwendung eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds nach Beispiel 1.
Use of an interruption switching element according to the invention according to Example 1.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Unterbrechungsschaltglied 1 interruption switch
2 Gehäuse 2 housings
3 Kontakteinheit 3 contact unit
4 erster Anschlusskontakt 4 first connection contact
5 zweiter Anschlusskontakt 5 second connection contact
6 Trennbereich 6 separation area
7a äußere Reaktionskammer 7a outer reaction chamber
7b innere Reaktionskammer 7b inner reaction chamber
8 Beschichtung/elektrisch leitendes Material 8 coating / electrically conductive material
9 Lösch mittel 9 extinguishing agents
10 Treibspiegel 10 sabot
11a Schutzschicht 11a protective layer
11 b Schutzschicht 11 b protective layer
12 Leitblech 12 baffle
13 elektrisch nicht leitender Schirm 13 electrically non-conductive screen
14 Flansch 14 flange
15 Flansch 15 flange
16 Antrieb 16 drive
17 Kollektor 17 collector
18 Stauchkammer 18 stuffer box
19 Stauchbereich 19 swage area
22 Isolatorelement 22 insulator element
23 Dichtelement (O-Ring) 23 sealing element (O-ring)
25 Komparator 25 comparator
26 Sicherung 26 fuse
S Schalter
S switch
Claims
1. Unterbrechungsschaltglied (1), insbesondere zum Unterbrechen von hohen 1. interrupting switch (1), in particular for interrupting high
Gleichströmen bei hohen Spannungen, DC currents at high voltages,
(a) das von einer Leitstellung in eine Trennstellung überführt werden kann, und (a) which can be transferred from a lead position to a release position, and
(b) das ein Gehäuse (2), eine innerhalb des Gehäuses (2) angeordnete (B) that a housing (2), one within the housing (2) arranged
Reaktionskammer (7a, b) und eine den Hauptstrompfad durch das Unterbrechungsschaltglied (1) definierende Kontakteinheit (3) aufweist, wobei das Gehäuse (2) die Kontakteinheit (3) umgreift, Reaction chamber (7a, b) and a main current path through the interruption switching member (1) defining contact unit (3), wherein the housing (2) surrounds the contact unit (3),
(c) wobei die Kontakteinheit (3) einen ersten (4) und einen zweiten (5) (c) wherein the contact unit (3) has a first (4) and a second (5)
Anschlusskontakt und einen Trennbereich (6), der in der Leitstellung des Unterbrechungsschaltglieds (1) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusskontakt (4) und dem zweiten Anschlusskontakt (5) herstellt, aufweist, Terminal contact and a separation region (6) which establishes an electrical connection between the first terminal contact (4) and the second terminal contact (5) in the conducting position of the interruption switching element (1),
(d) wobei der Trennbereich (6) innerhalb der Reaktionskammer (7a, b), die mit einem Löschmittel (9) gefüllt ist, angeordnet ist, (d) wherein the separation region (6) is arranged inside the reaction chamber (7a, b) which is filled with an extinguishing agent (9),
(e) wobei der Trennbereich (6) so ausgebildet ist, dass, wenn das (E) wherein the separation region (6) is formed so that when the
Unterbrechungsschaltglied (1) von der Leitstellung in die Trennstellung überführt wird, der Hauptstrompfad zwischen dem ersten Breaker switching element (1) is transferred from the Leitstellung in the disconnected position, the main current path between the first
Anschlusskontakt (4) und dem zweiten Anschlusskontakt (5) derart unterbrochen ist, dass zwei aufgetrennte Enden des Trennbereichs (6) eine Trennstrecke voneinander entfernt sind, die sich innerhalb des Löschmittels (9) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass Terminal contact (4) and the second terminal contact (5) is interrupted such that two separated ends of the separation area (6) are a separation distance away from each other, which is located within the extinguishing agent (9), characterized in that
(f) das Unterbrechungsschaltglied (1) einen Nebenschlussstrompfad parallel zu dem Hauptstrompfad aufweist, der bei Auftreten einer Überspannung
beim Übergang von der Leitstellung in die Trennstellung in der Lage ist, einen Nebenschlussstromfluss zwischen dem ersten (4) und dem zweiten (5) Anschlusskontakt zu erzeugen, der in einem Nebenschlusswiderstand einen Teil der elektrischen Energie in thermische Energie umwandelt, wobei der Nebenschlusswiderstand durch den Bereich des Gehäuses gebildet wird, durch das der Nebenschlussstrom fließt. (f) the interrupt switch (1) has a shunt current path in parallel with the main current path when an overvoltage occurs is capable of generating a shunt current flow between the first (4) and second (5) terminal contacts, which converts a portion of the electrical energy into thermal energy in a shunt resistor, the shunt resistance being controlled by the Is formed region of the housing through which the shunt current flows.
2. Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 1 , worin der 2. breaker switch (1) according to claim 1, wherein the
Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung geschlossen oder unterbrochen vorliegt. Shunt current path in the control position is closed or interrupted.
3. Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 1 oder 2, worin in der Trennstellung des Unterbrechungsschaltglieds innerhalb des Gehäuses eine Unterbrechung des Nebenschlussstrompfads mit einer Trennstrecke t2 vorgesehen ist, die bei Auftreten der Überspannung durch einen Lichtbogen überbrückt wird. 3. interrupting circuit breaker (1) according to claim 1 or 2, wherein in the disconnected position of the interruption switching member within the housing, an interruption of the bypass current path is provided with a separation distance t 2, which is bridged when the overvoltage occurs by an arc.
4. Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 3, worin die Trennstrecke t2 sich innerhalb eines Löschmittels befindet. 4. breaker switch (1) according to claim 3, wherein the separation distance t 2 is located within an extinguishing agent.
5. Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 4, worin das Löschmittel (9), in dem sich die Trennstrecke t2 befindet, das gleiche Löschmittel (9) ist, in dem sich die Trennstrecke befindet. 5. interrupting circuit breaker (1) according to claim 4, wherein the extinguishing means (9) in which the separation distance is t 2 , the same extinguishing agent (9), in which the separation distance is located.
6. Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin die 6. breaker switch (1) according to one of claims 3 to 5, wherein the
Trennstrecken und t2 in der Trennstellung innerhalb desselben Volumens angeordnet sind, das mit dem Löschmittel (9) gefüllt ist. Dividing lines and t 2 are arranged in the separation position within the same volume, which is filled with the extinguishing agent (9).
7. Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, worin die 7. breaker switch (1) according to one of claims 3 to 6, wherein the
Trennstrecke t2 sich zwischen der inneren Wand des Gehäuses und einem elektrisch leitenden Material im Inneren des Unterbrechungsschaltglieds befindet, das in Form einer Beschichtung auf einem isolierenden Element des Separation distance t 2 is located between the inner wall of the housing and an electrically conductive material in the interior of the interruption switching member, which is in the form of a coating on an insulating element of the
Unterbrechungsschaltglieds vorliegt. Interrupting circuit is present.
8. Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 7, worin - insbesondere wenn der
Nebenschlussstrompfad in der Leitstellung geschlossen vorliegt - das elektrisch leitende Material (8) ein Material ist, das bei elektrischer Verbindung der beiden Anschlusskontakte (4, 5) durch den Nebenschlussstrompfad in der Trennstellung des Unterbrechungsschaltglieds zumindest teilweise verdampft, wodurch die T rennstrecke t2 entsteht. 8. interruption circuit breaker (1) according to claim 7, wherein - in particular when the Shunt current path is present in the Leitstellung closed - the electrically conductive material (8) is a material that at least partially evaporated in electrical connection of the two terminal contacts (4, 5) by the bypass current path in the disconnected position of the interruption switching element, whereby the T rennstrecke t 2 arises.
9. Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin der 9. breaker switch (1) according to one of claims 1 to 8, wherein the
Nebenschlussstrompfad über das Gehäuse (2) und der Hauptstrompfad in einem vom Gehäuse (2) beabstandeten Strompfad verläuft. Shunt current path across the housing (2) and the main current path in a spaced from the housing (2) current path runs.
10. Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die 10. Breaker circuit breaker (1) according to one of claims 1 to 9, wherein the
Kontakteinheit (3) einen Treibspiegel (10) aufweist oder mit einem Treibspiegel (10) in Verbindung steht, der derart ausgestaltet ist, dass er durch einen beaufschlagenden Druck von einer Ausgangposition in eine Endposition bewegbar ist, wobei in der Endposition des Treibspiegels (10) der Trennbereich (6) getrennt und die Trennstrecke gebildet ist. Contact unit (3) has a sabot (10) or with a sabot (10) is in communication, which is designed such that it is movable by an applied pressure from an initial position to an end position, wherein in the end position of the sabot (10) the separation area (6) separated and the separation distance is formed.
11. Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 10, worin der Treibspiegel 11. breaker switch (1) according to claim 10, wherein the sabot
benachbart zum Gehäuse angeordnet ist, und worin der Treibspiegel das elektrisch isolierende Element ist, auf dem die Beschichtung des elektrisch leitenden Materials vorliegt. is arranged adjacent to the housing, and wherein the sabot is the electrically insulating element on which the coating of the electrically conductive material is present.
12. Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, worin in der Reaktionskammer (7a, b) an der Gehäuseinnenwand ein Leitblech (12) so angeordnet ist, dass es den nach der Trennung entstehenden Lichtbogen auf sich lenkt und gleichzeitig die Innenwandung des Gehäuses vor örtlichen 12. breaker switch (1) according to any one of the preceding claims, wherein in the reaction chamber (7 a, b) on the housing inner wall, a baffle (12) is arranged so that it directs the arcing arc resulting after the separation and at the same time the inner wall of the housing in front of local
Aufschmelzungen durch den oder die Fußpunkte des oder der Lichtbögen schützt.
Melting by the foot of the arc (s) protects.
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