WO2019224198A1 - Trennvorrichtung zur gleichstromunterbrechung eines strompfades sowie schutzschalter - Google Patents

Trennvorrichtung zur gleichstromunterbrechung eines strompfades sowie schutzschalter Download PDF

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WO2019224198A1
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PCT/EP2019/063095
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Manuel ENGEWALD
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Ellenberger & Poensgen Gmbh
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    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity
    • H01H51/065—Relays having a pair of normally open contacts rigidly fixed to a magnetic core movable along the axis of a solenoid, e.g. relays for starting automobiles

Definitions

  • the invention relates to a disconnecting device for DC interruption of a current path, in particular for a circuit breaker, comprising a hybrid switch, which has a current-carrying mechanical contact system and a semiconductor switching system connected in parallel therewith.
  • the invention further relates to a circuit breaker with such a separation device.
  • a reliable separation of electrical components or devices of a circuit or circuit is desirable, for example, for installation, assembly or service purposes and in particular for general personal protection.
  • a corresponding switching unit or disconnecting device must therefore be able to make an interruption under load, ie without a previous shutdown of a voltage source supplying the circuit.
  • the electrical contacts of such a mechanical switch or contact system are often referred to as a stationary fixed contact and as opposed to it movable moving contact executed.
  • the moving contact is in this case movable relative to the fixed contact and can be transferred from a closed position to an open position. This means that, for switching the contact system or the switching unit, the moving contact between the open position and the closed position is moved by means of a switching movement.
  • the contacts of the contact system in the closed position typically form a very small point of contact at which the current flow through the contact system concentrates.
  • magnetic effects in particular the so-called “holmic clamping force”, which exert a force on the contacts which releases the contact between the moving and fixed contacts, occur during operation.
  • such a contact system generally has a spring element which presses the moving contact against the fixed contact with a spring force, that is to say acts upon an additional contact force or contact pressure directed along the closed position.
  • hybrid separation devices which have a hybrid switch.
  • a hybrid switch generally has a mechanical contact system and a semiconductor switching system connected in parallel therewith.
  • the semiconductor switching system in this case has at least one power semiconductor switch, which opens in a closed contact system, that is, electrically nonconductive, and which is at least temporarily connected in an electrically conductive manner when the contact system is opened.
  • the semiconductor switching system when switching on, the semiconductor switching system is first activated and after a short delay, when the current flow has stabilized, the contact system is closed. Subsequently, the semiconductor switching system is deactivated and the mechanical contact system takes over the entire current. The shutdown happens accordingly in reverse order. As a result, the electric current of the arc is conducted or commutated by the contacts of the contact system to the semiconductor switching system, whereby the arc between the switching contacts of the contact system is extinguished, or does not arise from the beginning.
  • the separation device has a fuse, which is arranged in series with the hybrid switch. The fuse ensures reliable protection of the system at currents above this current range.
  • one or more spring elements for generating the contact pressure are designed to be oversized, so that the contact force or the contact pressure at the Engekraft occurring a sufficient reserve, for example, also with respect to mechanical vibrations , having.
  • both the manufacturing costs and the required space requirement for the separating device are disadvantageously increased.
  • comparatively high powers are required for switching and holding the contact system.
  • the moving contact is designed as a (conductor) loop. In operation, the current flowing through the loop generates a magnetic field which causes a magnetic force to assist in the contact force. This makes it possible to compensate for the tightness. The effect is independent of the current flow direction.
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable Trennvor- direction for DC interruption of a current path.
  • the inven tion is still the object of specifying a circuit breaker with a corresponding separator.
  • the separating device according to the invention is suitable for the DC interruption of a current path, in particular for a circuit breaker connected in the current circuit breaker, and set up.
  • the particular hybrid separator has a hybrid switch for DC interruption of the current path.
  • the hybrid switch has a switchable mechanical contact system.
  • a "mechanical contact system” is to be understood below as meaning both a purely mechanical and an electromechanical contact system.
  • Switchching is understood here and below as meaning in particular a mechanical or galvanic contact separation ("opening") and / or a contact closure ("closing") of the contact system.
  • the contact patch of the contact system is connected in parallel with a semiconductor switching system of the hybrid switch.
  • the hybrid switch has a parallel connection of the contact system and the semiconductor switching system.
  • the semiconductor switching system expediently has at least one controllable power semiconductor switch.
  • the contact system has at least one stationary fixed contact and at least one relative to this relatively movable moving contact.
  • the moving contact is supported by a current-carrying contact bridge (switching arm).
  • the contact bridge is in this case made of a copper material, for example.
  • the contact bridge is coupled to a drive system which moves the contact bridge - and thus the moving contact - from an open position into a closed position which bears against the fixed contact with a contact force.
  • the moving contact is acted upon by the drive system with a contact pressure or contact pressure, which ensures a secure contact of the contacts.
  • the drive system is preferably designed with a spring element, wherein the contact force (closing force) is effected as a bias or as a restoring force of the spring element.
  • At least one first magnetic element is arranged on the contact bridge, which is arranged by means of an air gap to a stationary second magnetic element such that a current flow through the contact bridge, a magnetic field in the first magnetic element is effected and a magnetic attraction of the first and second Magnetic element takes place.
  • the first magnetic element carries the magnetic field generated by the current-carrying contact bridge, with the magnetic circuit passing over the air gap. gap is closed by the second magnetic element.
  • a magnetic force tensile force
  • Both the constraining force and the induced magnetic force increase in proportion to the square of the current flowing through the contact system. This means that in the case of an overcurrent or fault current, both the clamping force and the magnetic force increase in the same way, so that the magnetic force is always sufficiently dimensioned by the magnetic elements in order to compensate the confining force.
  • a reliable and reliable installation of the contacts is always ensured.
  • unwanted lifting of the contacts is advantageously and easily counteracted even in the event of a fault or overcurrent.
  • a particularly suitable separation device for DC interruption of a current path is realized.
  • the additional magnetic force for the contact pressure is generated only when it is needed to reliably press the moving contact against the fixed contact.
  • it is thus not necessary to provide a higher-dimensioned contact pressure spring of the drive system which reduces the Fier thoroughlyslude and the space requirement of Trennvor- direction.
  • comparatively low tightening and flat energies or powers when switching the contact system or the hybrid switch are therefore necessary. Due to the reduced holding energy, the heat development of the drive system is reduced, whereby a particularly space-compact drive system can be used.
  • the mechanical contact system is part of a hybrid switch, occurs during a switching, especially when opening the contacts, no (switching) arc.
  • effects due to contact erosion can be essentially neglected, as a result of which the tuning of the magnetic elements through the air gap can be set or predetermined particularly effectively.
  • the separating device thus has substantially no change at least with regard to the force effect of the magnetic elements over their service life.
  • the stationary second magnetic element is preferably not part of the hybrid switch, in particular not part of the movable contact system.
  • the second magnetic element is arranged for example on a housing of the separating device or the circuit breaker, so that the point of application of the magnetic force caused is arranged outside or at a distance from the drive system of the contact system. As a result, the function of the magnetic elements is always guaranteed.
  • the air gap has, for example, a clear width of about 0.3 mm (millimeters) to 1 mm.
  • the air gap in particular has a clear width of about 0.5 mm.
  • the current-carrying contact bridge is thus used itself to generate a magnetic field assisting the drive system.
  • the magnetic elements thus act as an additional electromagnetic actuator or solenoid, whose magnetic force acts directly on the contact bridge, so that the occurring repulsion of the contacts at higher currents, in particular in the kilo-ampere range (kA), reliable and reliable compensation.
  • the contact system of the separating device according to the invention requires no additional permanent magnets for generating the supporting tensile or closing force (magnetic force), whereby the separating device is particularly cost-effective.
  • the function is independent of the Current flow direction, so that the contact system and thus the separation device is essentially used bidirectionally.
  • the pulling action of the magnetic elements according to the invention enables an optimized current conduction by means of the contact bridge in comparison to the repulsion of a loop-shaped contact bridge (conductor loop).
  • This allows a very space-compact design of the separation device.
  • maximum effect is achieved with closed contacts.
  • the contact bridge itself is particularly space-compact and material-saving executable, which continue loss of power of the contact system can be reduced.
  • the mechanical contact system has two fixed contacts and two moving contacts.
  • the moving contacts are moved substantially simultaneously, ie synchronously, so that switching takes place essentially simultaneously at both switching or contact points.
  • the contact system - and thus the hybrid switch - two preferably spaced pairs of contacts or separation points.
  • the first magnetic element and the second magnetic element are each made of a soft magnetic material, in particular of a soft magnetic iron material.
  • a soft-magnetic material or material is to be understood here in particular as meaning a ferromagnetic material which is easily magnetized in the presence of a magnetic field.
  • This magnetic polarization is generated in particular by the electrical current in the current-carrying contact bridge. The polarization increases the magnetic flux density in the respective magnetic element many times over. This means that a soft magnetic material "strengthens" an external magnetic field around its respective material permeability. Thereby ensures that the highest possible magnetic force between the magnetic elements is generated, so that the tightening force is always reliably compensated.
  • Soft magnetic materials have a coercive force of less than 1000 A / m (amperes per meter).
  • a soft magnetic material for example, a soft magnetic iron (RFe80 - Rfe120) having a coercive force of 80 to 120 A / m is used.
  • a cold strip such as EN10139-DC01 + LC-MA ("Trafo sheet"), whereby a particularly cost-effective design is realized.
  • the first magnetic element and the second magnetic element are designed as a paired yoke-armature pair.
  • One of the magnetic elements here is designed as an approximately U-shaped or horseshoe-shaped magnetic yoke, wherein the respective other magnetic element is suitably designed as a flat anchor plate.
  • the contact bridge is approximately rectangular executed, wherein two moving contacts are provided, which are arranged on the opposite end faces of the contact bridge.
  • the moving contacts are arranged on a common plane surface of the contact bridge, the coupling to the drive system suitably taking place at the contact surface opposite the contact surface of the contact bridge.
  • the first magnetic element is designed as a U-shaped magnetic yoke, which rests in the region of the horizontal U-leg on the contact bridge.
  • the first magnetic element or magnetic yoke rests against the drive system with the horizontal U-leg, in particular in the region of the mechanical coupling, wherein the magnetic yoke at least partially surrounds the contact bridge by means of the vertical U-legs.
  • the vertical U-legs engage around the contact bridge in such a way that the vertical U-legs of the first magnetic element of the contact bridge project in the direction of the fixed contacts and are spaced from one another by means of a free-end air gap to a second magnetic element designed as an armature plate.
  • the second magnetic element or the armature plate is in this case substantially transversely to the contact bridge, that is oriented approximately parallel to the horizontal U-leg of the first magnetic element or magnetic yoke.
  • the switching movement of the contact bridge that is to say the movement of the contact bridge effected by means of the drive system and / or the magnetic elements, is linear.
  • the conjunction "and / or” here and in the following is to be understood in such a way that the features linked by means of this conjunction can be formed both together and as alternatives to one another. This allows a structurally particularly simple design and arrangement of the drive system and the contact bridge as well as the magnetic elements.
  • the contact bridge is designed substantially U-shaped, wherein two moving contacts are arranged on each one free end of a respective vertical U-leg.
  • the alternative embodiment of the contact bridge is inexpensive to produce and allows particularly large separation distances between the contacts, ie large clearances between the contacts in the open position.
  • the drive system is preferably designed as a hinged armature magnet system, whereby a particularly cost-effective, space-compact and durable separation device is realized.
  • this embodiment provides that along the vertical U-legs of the contact bridge each arranged as an anchor plate first magnetic element is arranged. Furthermore, two U-shaped or horseshoe-shaped magnetic yoke designed second magnetic elements are provided, which are arranged in the region of the fixed contacts, and which each have two vertical U-legs, which the respective opposite At least sectionally encompassing arranged vertically U-legs of the contact bridge. This ensures a particularly uniform and generating or effecting of the supporting magnetic force in the area of the moving contacts.
  • the switching movement of the contact bridge takes place by means of a pivoting or rotary movement.
  • the pivot axis or axis of rotation is in this case oriented in particular along or parallel to the horizontal U leg of the contact bridge.
  • the contact bridge is fastened or held to an approximately U-shaped spring element of the drive system, which is produced, for example, as a stamped part from a spring steel.
  • the pivotal or rotary movement is in this case realized in particular by a folding armature magnet system, the contact pressure being brought about by the bending elasticity of the spring element.
  • the vertical U-legs are arranged substantially flush with those of the contact bridge, to the effect that the contact system is reliably held in the closed position even with external vibrations or shocks.
  • the center of gravity of the moving contact bridge near the pivot point or the axis of rotation.
  • the separation device described above is part of a circuit breaker.
  • the circuit breaker is suitably connected in a circuit between a DC source and a load or a load, so that upon actuation of the circuit breaker, the separator galvanically separates the load or the load from the DC source.
  • the circuit breaker is designed in particular as a hybrid circuit breaker or as a hybrid (power) relay or as a circuit breaker device with a downstream fuse, and has a feed connection, via which a line-side and thus current-carrying power line is connected, and a load connection, via which the load side outgoing power line can be connected.
  • the circuit breaker is suitable and arranged for switching high voltages and direct currents, for example in the range of 6 kA.
  • the separator is suitably dimensioned accordingly to such high currents to lead and safely switch. The inventive separation device thus ensures reliable and reliable switching of the circuit breaker, even with high overcurrents or fault currents.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a circuit with a DC source and with a consumer and with an interposed circuit breaker
  • FIG. 2 is a perspective view of a mechanical contact system of
  • FIG. 8 is a perspective view of the alternative embodiment of the contact system in an open position
  • FIG. 9 shows a side view fragmentary the contact system in the alternative embodiment
  • 10 is a sectional view of a longitudinal section of the contact system
  • FIG. 11 is a sectional view of a cross section of the contact system.
  • FIG. 1 shows a schematic and simplified representation of a circuit 2 for guiding a (direct) current I.
  • the circuit 2 has a Gleichstromquel- le 4 with a positive pole 4a and a negative pole 4b, between which an operating voltage U is applied.
  • a load or a consumer 6 is connected in the circuit 2.
  • a circuit breaker 8 for example in the form of a hybrid power relay, interconnected.
  • the circuit breaker 8 is connected on the one hand by means of a feed connection 10 to a source-side and thus current-carrying power line, and on the other hand by means of a load connection 12 connected to the load side outgoing power line.
  • the circuit breaker 8 has a series circuit of a hybrid separator 14 and a fuse 15.
  • the separating device 14 is designed with a hybrid switch 16, which has a mechanical contact system 18 and a series connection of a semiconductor switching system 20 and an auxiliary relay 21 connected in parallel therewith.
  • the semiconductor switching system 20 is shown in FIG. 1 by way of example by means of a controlled power semiconductor switch, in particular by means of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the additional relay or isolating element 21 ensures galvanic separation of the current path 2 when the isolating device 14 is triggered.
  • the isolating device 14 is suitable and designed to safely carry the current I in the event of a fault or overcurrent until the time delay Fuse 15 triggers.
  • a safe carrying of the current I is understood here in particular to mean that the contacts of the mechanical contact system 18 are not interrupted or lifted off.
  • a first embodiment of the contact system 18 will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the contact system 18 shown in FIG. 2 has two stationary fixed contacts 22a, 22b, which are connected on the one hand to the feed terminal 10 and on the other hand to the load terminal 12 electrically conductive.
  • the fixed contacts 22a, 22b are each guided to an associated electrical connection 23a, 23b, by means of which the contact system 18 can be connected to the circuit 2.
  • the contact system 18 also has two moving contacts 24a, 24b, which are supported by a common, current-carrying contact bridge 26.
  • the contact bridge 26 is coupled to a drive system 28, by means of which the contact bridge 26 on the fixed contacts 22a, 22b is added or moved away.
  • the contact bridge 26 can be moved by means of the drive system 28 in the course of a switching movement from an open position into a closed position.
  • FIGS. 2 to 6 show the contact system 18 in the closed position, in which the moving contacts 24a, 24b are in electrically conductive contact contact with the respective fixed contact 22a, 22b at the respective contact points.
  • the switching movement caused by the drive system 28 during opening and closing of the contact system 18 takes place linearly along a (positioning) direction of the drive system 28 oriented perpendicular to the contacts 22a, 22b, 24a, 24b ,
  • the elongated, straight, approximately plate-shaped contact bridge 26 is made for example as a stamped part made of copper.
  • the moving contacts 24a and 24b are arranged here on the opposite end faces of the approximately rectangular contact bridge 26.
  • the moving contacts 24a and 24b are on the fixed contacts 22a and 22b facing flat surface or bottom 30 of the contact bridge 26th arranged.
  • the drive system 28 is arranged at the opposite arranged plan side or surface 32 of the contact bridge 26.
  • FIG. 3 shows in a sectional representation a detail of a longitudinal section of the contact system 18 along the line III-III according to FIG. 2.
  • the drive system 28 has a spring-loaded punch 34 for actuating or moving the contact bridge 26.
  • the stamp 34 is at least partially from an example as
  • the contact pressure spring 36 is in this case arranged such that in the closed position there is at least a certain spring tension whose restoring force acts as a contact force Fk or contact pressure on the contact bridge 26, and thus on the moving contacts 24a and 24b (FIG. 4).
  • the moving contacts 24a and 24b are acted upon by the drive system 28 with a contact pressure or contact pressure, which ensures a secure contact of the contacts 22a, 22b, 24a, 24b.
  • the contact force Fk is oriented along the actuating or actuating direction of the drive system, ie along the direction along which the linear switching movement of the contact system 18 takes place.
  • the magnetic element 38 is arranged at the contact bridge 26, a magnetic element 38 is arranged.
  • the magnetic element 38 is embodied as an approximately horseshoe-shaped or U-shaped magnetic yoke whose horizontal U-leg 38a is arranged on the upper side 32 of the contact bridge 26.
  • the U-leg 38a has a central, unspecified, circular recess, through which the punch 34 is guided at least in sections.
  • the U-leg 38a is arranged transversely, that is to say essentially vertically, to the contact bridge 26.
  • a vertical U-leg 38b is formed in each case.
  • the U-legs 38b are perpendicular to the U-leg 38a and the contact bridge 26, that is substantially parallel to Stamp 34, oriented.
  • the U-legs 38b engage around the contact bridge 26 so that the U-legs 38b at least partially protrude axially at their respective free ends of the lower side 30 of the contact bridge 26, thus projecting beyond the lower side 30.
  • a second magnetic element 40 Spaced to the free ends of the U-legs 38b, a second magnetic element 40 is arranged.
  • the magnetic element 40 designed as a flat, approximately rectangular armature plate is arranged parallel to the U-leg 38a, ie transversely to the contact bridge 26.
  • the free ends of the U-legs 38b are kept spaced apart from the anchor plate 40 by means of an air gap 42.
  • the armature plate 40 is stationary, so in terms of a housing of the separator 14 or the circuit breaker 8 fixed to the housing, arranged.
  • the magnetic yoke 38 and the armature plate 40 are each made of a soft magnetic material, in particular of a soft magnetic iron material.
  • the U-legs 38b have an approximately funnel-shaped cross-sectional shape in the plane spanned by the longitudinal directions of the U-legs 38b and the contact bridge 26.
  • the U-leg 38b in this case has a frustoconical or trapezoidal area, which is integrally formed on the base on the U-leg 38a, and an approximately rectangular area which is integrally formed on the base side of the trapezoidal area opposite the base.
  • the rectangular area here forms the free end of the U-leg 38b.
  • a circular recess 44 may be introduced.
  • the anchor plate 40 has an approximately hourglass-shaped, ie waisted, cross-sectional shape in the plane defined by the longitudinal directions of the contact bridge 26 and the U-leg 38a.
  • the sidecut or taper is in this case arranged centrally along the respective longitudinal side and in the region of the fixed contacts 22a and 22b.
  • the electric current I is fed via the fixed contact 22a and the moving contact 24a into the contact bridge 26 and is removed from the contact system 18 via the moving contact 24b and the fixed contact 22b. Due to magnetic effects occurs at the contact points formed by the contact pairs 22a, 24a and 22b, 24b each have an Engekraft Fe, which is oriented in opposite directions to the contact force Fk.
  • the contact force Fk that is to say the spring force of the contact pressure spring 36, is in particular dimensioned such that in the case of a normal current, that is to say in the case of an electrical current I, the current intensity is less than or equal to a normal or
  • the tightness Fe is reliably compensated. This means that the contact force Fk at a normal current is always greater than the clamping force Fe, so that an unwanted lifting the moving contacts 24a, 24b of the fixed contacts 22a, 22b reliably and easily prevented.
  • the magnetic elements 38 and 40 prevent an error or overcurrent, in which the current intensity of the current I exceeds the nominal value, that the clamping force Fe separates the contacts 22a, 22b, 24a, 24b from one another.
  • the contact force Fk of the contact pressure spring 36 is not sufficient to reliably compensate for the increasingly large tightening force Fe.
  • a magnetic field is generated around the contact bridge 26 by the current I.
  • the magnetic field polarizes the soft magnetic yoke 38 and the soft magnetic armature plate 40, where the magnetic flux density in the region of the magnetic elements 38, 40 is substantially increased compared to the environment.
  • a magnetic circuit between the magnetic yoke 38, the air gap 42 and the armature plate 40 is formed.
  • the resulting magnetic force Fm is thus rectified to the contact force Fk of the contact pressure spring 36, so that the magnetic force Fm and the contact force Fk add up to a resultant total force, which counteracts the Engekraft Fe
  • the contact pressure between the contacts 22a, 22b , 24a, 24b increased, whereby a lifting of the contacts 22a, 22b, 24a, 24b, even in the event of a fault or overcurrent, reliably and reliably counteracted.
  • the current-carrying contact bridge 26 thus generates a magnetic field which supports the drive system 28 and is used to boost the contact pressure.
  • the magnetic elements 38, 40 thus act at a current flow through the contact bridge 26 as an additional electromagnetic actuator or Flubmagnet whose effected magnetic force Fm via the U-leg 38a directly on the contact bridge 26 and thus on the moving contacts 24a, 24b acts.
  • the contact bridge 26 ' is designed as a substantially U-shaped copper part, wherein the two moving contacts 24a, 24b are arranged on a respective free end of a vertical U-leg 26'a.
  • the drive system 28 'of the contact device 18' is designed in this embodiment as a hinged armature magnet system, wherein only one of the hinged armature coupled, approximately U-shaped spring element 46 is shown.
  • the U-legs 26'a and the anchor plates 38 'and the U-legs 46a are in this case essentially stacked in a stacked arrangement.
  • the vertical U-legs 46a of the spring element 46 are arranged substantially flush with the U-legs 26a 'of the contact bridge 26', the hori zontal U-leg 46b of the spring element 46 spaced from the horizontal U-leg 26'b the contact bridge 26 'is arranged.
  • the U-legs 46a have a greater length along the longitudinal direction of the leg than the U-legs 26'a, so that the U-leg 46b is arranged along the leg longitudinal direction above the U-leg 26'b.
  • the spring element 46 is made of a flexurally elastic material, for example spring steel, so that a pivoting or rotary mobility of the drive system 28 'is realized by the substantially freestanding U-leg 46b.
  • the U-legs 46a of the spring element 46 are thus held pivotably or rotatably relative to a pivot or rotary axis S extending parallel to the U-leg 46b.
  • the switching movement is thus in this embodiment, in particular by pivoting the contact bridge 26 'about the pivot axis S.
  • This pivotal movement is shown in Fig. 7, which shows the contact system 18' in a closed position, and in Fig. 8, which the contact system 18th 'in an open position, indicated.
  • two stationary magnetic elements 40 'are provided, which are fixed to the housing on an insulating, ie electrically non-conductive, housing 48 of the circuit breaker 8.
  • the magnetic elements 40 'are formed in cross section as horseshoe or U-shaped magnetic yokes, which extend at least in sections along the leg longitudinal direction of the U-legs 26'a, 46'.
  • the magnetic yokes 40 'are thus designed essentially as cylindrical molded parts with a horseshoe or U-shaped base or cross-sectional area.
  • the magnetic elements 40 'each have a in the closed position parallel to the U-legs 26'a, 46' oriented horizontal U-legs 40a 'on.
  • At the back-like U-legs 40a 'of the magnetic yoke 40' are two vertical U-legs 40'b molded.
  • the U-legs 40'b of the magnetic yoke 40 ' engage around - as can be seen in FIG. 9 - in the closed position, at least in sections, the respectively opposite vertical U-limb 26'a of the contact bridge 26', so that between the free ends of the U-legs 26'a and the respective anchor plate 38 'of the air gap 42 is formed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung (14) zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfads (2), insbesondere für einen Schutzschalter (8), aufweisend einen Hybridschalter (16), welcher ein stromführendes mechanisches Kontaktsystem (18, 18') und ein hierzu parallel geschaltetes Halbleiterschaltsystem (20) aufweist, wobei das Kontaktsystem (18, 18') mindestens einen stationären Festkontakt (22a, 22b) und mindestens einen Bewegkontakt (24a, 24b) aufweist, wobei der Bewegkontakt (24a, 24b) an einer mit einem Antriebssystem (28, 28') gekoppelten stromführenden Kontaktbrücke (26, 26') angeordnet ist, welche den Bewegkontakt (24a, 24b) bei einer Schaltbewegung von einer Offenstellung in eine am Festkontakt (22a, 22b) mit einer Kontaktkraft (Fk) anliegende Schließstellung bewegt, und wobei an der Kontaktbrücke (26, 26') mindestens ein erstes Magnetelement (38, 38') angeordnet ist, welches mittels eines Luftspaltes (42) zu einem stationären zweiten Magnetelement (40, 40') derart beabstandet ist, dass bei einem Stromfluss durch die Kontaktbrücke (26, 26') ein Magnetfeld (B) in dem ersten Magnetelement (38, 38') bewirkt wird und eine magnetische Anziehung des ersten und zweiten Magnetelements (38, 38', 40, 40') erfolgt, wobei Anziehung eine zu der Kontaktkraft (Fk) gleichgerichtete Magnetkraft (Fm) bewirkt.

Description

Beschreibung
Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfades sowie
Schutzschalter Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfads, insbesondere für einen Schutzschalter, aufweisend einen Hybrid- schalter, welcher ein stromführendes mechanisches Kontaktsystem und ein hierzu parallel geschaltetes Halbleiterschaltsystem aufweist. Die Erfindung betrifft wei- terhin einen Schutzschalter mit einer solchen Trennvorrichtung.
Eine zuverlässige Trennung von elektrischen Komponenten oder Einrichtungen von einem Schalt- oder Stromkreis ist beispielsweise zu Installations-, Montage- oder Servicezwecken sowie insbesondere auch zum allgemeinen Personenschutz wünschenswert. Eine entsprechende Schalteinheit oder Trennvorrichtung muss daher in der Lage sein, eine Unterbrechung unter Last, also ohne ein vorheriges Abschalten einer den Stromkreis speisenden Spannungsquelle, vorzunehmen.
Zur Lasttrennung können leistungsfähige Halbleiterschalter eingesetzt werden. Diese haben jedoch den Nachteil, dass auch im Normalbetrieb unvermeidbare Leistungsverluste an den Halbleiterschaltern auftreten. Des Weiteren ist es mit derartigen Leistungshalbleitern typischerweise nicht möglich, eine galvanische Trennung und somit einen zuverlässigen Personenschutz sicherzustellen. Werden demgegenüber zur Lasttrennung mechanische Schalter (Schaltkontakt) einge- setzt, so ist bei einer erfolgten Kontaktöffnung ebenso eine galvanische Trennung der elektrischen Einrichtung von der Spannungsquelle hergestellt.
Die elektrischen Kontakte eines solchen mechanischen Schalters oder Kontakt- systems sind häufig als ein stationärer Festkontakt und als ein gegenüber diesem bewegbaren Bewegkontakt ausgeführt. Der Bewegkontakt ist hierbei relativ zum Festkontakt bewegbar und aus einer Schließstellung in eine Offenstellung überführbar. Dies bedeutet, dass zum Schalten des Kontaktsystems bzw. der Schalteinheit der Bewegkontakt zwischen der Offenstellung und der Schließstel- lung mittels einer Schaltbewegung bewegt wird.
Die Kontakte des Kontaktsystems bilden in der Schließstellung typischerweise eine sehr kleine Berührungsstelle aus, an welcher sich der Stromfluss durch das Kontaktsystem konzentriert. Im Betrieb treten hierbei magnetische Effekte, insbe- sondere die sogenannte„holmsche Engekraft“, auf, welche eine Kraft auf die Kon- takte ausüben, welche den Berührungskontakt zwischen den Beweg- und Fest- kontakten löst. Um dies zu vermeiden, weist ein solches Kontaktsystem in der Re- gel ein Federelement auf, welches den Bewegkontakt mit einer Federkraft gegen den Festkontakt presst, also mit einer zusätzlichen entlang der Schließstellung gerichteten Kontaktkraft oder Kontaktdruck beaufschlagt.
Bei einem Fehler- oder Überlaststrom kann es jedoch Vorkommen, dass die holmsche Engekraft die Kontaktkraft überschreitet, wodurch ein ungewünschtes Abheben der Kontakte bewirkt wird. Insbesondere bei zu schaltenden Gleich- Spannungen oberhalb von 24 Volt (DC) treten bei einem Trennen der stromdurch- flossenen elektrischen Kontakte häufig Schaltlichtbögen auf, indem der elektri- sche Strom nach Öffnen der Kontakte entlang einer Lichtbogenstrecke in Form einer Bogenentladung weiter fließt. Da bei Gleichspannungen ab etwa 50 Volt und Gleichströmen ab etwa 1 Ampere derartige Schaltlichtbögen unter Umständen nicht selbsttätig verlöschen, kann das Kontaktsystem hierbei beschädigt oder voll- ständig zerstört werden.
Es sind sogenannte hybride Trennvorrichtungen denkbar, welche einen Hybrid- schalter aufweisen. Ein solcher Hybridschalter weist in der Regel ein mechani- sches Kontaktsystem sowie ein hierzu parallel geschaltetes Halbleiterschaltsys- tem auf. Das Halbleiterschaltsystem weist hierbei mindestens einen Leistungs- halbleiterschalter auf, welcher bei einem geschlossenen Kontaktsystem geöffnet, also elektrisch nicht leitend ist, und welcher bei einem Öffnen des Kontaktsystems zumindest zeitweise stromleitend geschaltet ist.
Insbesondere wird bei einem Einschalten zuerst das Halbleiterschaltsystem akti- viert und nach kurzer Verzögerung, wenn sich der Stromfluss stabilisiert hat, das Kontaktsystem geschlossen. Anschließend wird das Halbleiterschaltsystem deak- tiviert und das mechanische Kontaktsystem übernimmt den gesamten Strom. Das Abschalten geschieht entsprechend in umgekehrter Reihenfolge. Dadurch wird der elektrische Strom des Lichtbogens von den Kontakten des Kontaktsystems auf das Halbleiterschaltsystem geleitet oder kommutiert, wodurch der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten des Kontaktsystems verlöscht wird, oder von An- fang an nicht entsteht.
Bei einer solchen hybriden Trennvorrichtung ist es somit möglich, bei einem Schaltvorgang, bei welchen der Bewegkontakt in die Offenstellung bewegt wird, also das mechanische Kontaktsystem geöffnet wird, den Schaltlichtbogen zwi- schen den Kontakten zumindest in einem begrenzten Strombereich zuverlässig zu verhindern. Geeigneterweise weist die Trennvorrichtung eine Schmelzsicherung auf, welche in Reihenschaltung zum Hybridschalter angeordnet ist. Die Schmelz- Sicherung gewährleistet hierbei bei Strömen oberhalb dieses Strombereichs einen zuverlässigen Schutz des Systems.
Bei einem Einsatz einer solchen Trennvorrichtung in einem Schutzschalter muss sichergestellt sein, dass der Hybridschalter den Fehler- oder Überstrom sicher trägt, da ansonsten ein zuverlässiges Ansprechen der (Schmelz-)Sicherung inner- halb einer vorgegeben Kennlinie nicht gewährleistet ist. Um das Ansprechen der Sicherung innerhalb der Kennlinie, auch unter Berücksichtigung von Alterungsef- fekten hinweg, zu gewährleisten, muss ein Überstrom von bis zu einigen Kiloam- pere (kA) zuverlässig von dem mechanischen Kontaktsystem getragen werden Somit ist eine Erhöhung des Kontaktdrucks auf ein Vielfaches dessen erforderlich, was für eine niederohmige Kontaktierung des Kontaktsystems in einem Nenn- strombereich nötig wäre. Um ein sicheres Ansprechen der Sicherung zu gewährleisten ist es beispielsweise möglich, dass ein oder mehrere Federelemente zur Erzeugung des Kontaktdrucks entsprechend überdimensioniert ausgeführt werden, so dass die Kontaktkraft bzw. der Kontaktdruck bei der auftretenden Engekraft eine hinreichende Reserve, bei- spielsweise auch hinsichtlich mechanischer Vibrationen, aufweist. Dadurch wer- den jedoch sowohl die Herstellungskosten als auch der benötigte Bauraumbedarf für die Trennvorrichtung nachteilig erhöht. Des Weiteren werden zum Schalten und Halten des Kontaktsystems vergleichsweise hohe Leistungen benötigt. Insbesondere bei Kontaktsystemen mit lediglich einem Festkontakt und einem Bewegkontant ist es denkbar, dass der Bewegkontakt als eine (Leiter-)Schleife ausgeführt ist. Im Betrieb erzeugt der durch die Schleife fließende Strom ein Mag- netfeld, welches eine Magnetkraft zur Unterstützung der Kontaktkraft bewirkt. Da- durch ist eine Kompensation der Engekraft ermöglicht. Die Wirkung ist hierbei un- abhängig von der Stromflussrichtung.
Ebenso denkbar ist es beispielsweise, ein Magnetfeld eines Permanentmagneten direkt oder mittels Leitblechen derart im Bereich des Kontaktsystems auszurich- ten, dass sich in Zusammenwirkung mit einem im Zuge des Stromflusses den Bewegkontakt umgebenden Magnetfeld eine vorteilhaften Wirkung auf den Kon- taktdruck ergibt. Hierbei ist die Richtung der bewirkten Magnetkraft abhängig von der Stromflussrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Trennvor- richtung zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfads anzugeben. Der Erfin dung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Schutzschalter mit einer ent- sprechenden Trennvorrichtung anzugeben.
Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung ist zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfades, insbesondere für einen in den Strompfad geschalteten Schutzschal- ter, geeignet und eingerichtet. Die insbesondere hybride Trennvorrichtung weist einen Hybridschalter zur Gleichstromunterbrechung des Strompfades auf. Der Hybridschalter weist ein schaltbares mechanisches Kontaktsystem auf. Unter einem„mechanischen Kontaktsystem“ ist nachfolgend sowohl ein rein mechani- sches als auch ein elektromechanisches Kontaktsystem zu verstehen. Unter„Schalten“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine mechanische oder galvanische Kontakttrennung („Öffnen“) und/oder eine Kontaktschließung („Schließen“) des Kontaktsystems verstanden. Der Kontaktstecke des Kontaktsys- tems ist ein Halbleiterschaltsystem des Hybridschalters parallel geschaltet. Mit anderen Worten weist der Hybridschalter eine Parallelschaltung des Kontaktsys- tems und des Halbleiterschaltsystems auf. Das Halbleiterschaltsystem weist zweckmäßigerweise mindestens einen steuerbaren Leistungshalbleiterschalter auf.
Das Kontaktsystem weist mindestens einen stationären Festkontakt und mindes- tens einen gegenüber diesem relativ bewegbaren Bewegkontakt auf. Der Beweg- kontakt ist von einer stromführenden Kontaktbrücke (Schaltarm) getragen. Die Kontaktbrücke ist hierbei beispielsweise aus einem Kupfermaterial hergestellt. Die Kontaktbrücke ist mit einem Antriebssystem gekoppelt, welches die Kontaktbrücke - und somit den Bewegkontakt - von einer Offenstellung in eine am Festkontakt mit einer Kontaktkraft anliegende Schließstellung bewegt. Mit anderen Worten wird der Bewegkontakt mittels des Antriebssystems mit einem Anpress- oder Kon- taktdruck beaufschlagt, welche eine sichere Anlage der Kontakte gewährleistet. Das Antriebssystem ist vorzugsweise mit einem Federelement ausgeführt, wobei die Kontaktkraft (Schließkraft) als Vorspannung oder als Rückstellkraft des Feder- elements bewirkt wird.
Erfindungsgemäß ist an der Kontaktbrücke mindestens ein erstes Magnetelement angeordnet, welches mittels eines Luftspaltes zu einem stationären zweiten Mag- netelement derart beabstandet angeordnet ist, dass bei einem Stromfluss durch die Kontaktbrücke ein Magnetfeld in dem ersten Magnetelement bewirkt wird und eine magnetische Anziehung des ersten und zweiten Magnetelements erfolgt. Mit anderen Worten führt das erste Magnetelement das von der stromdurchflossenen Kontaktbrücke erzeugte Magnetfeld, wobei der magnetische Kreis über den Luft- spalt durch das zweite Magnetelement geschlossen wird. Im Zuge dieser Anzie- hung oder magnetischen Wechselwirkung wird eine zu der Kontaktkraft gleichge- richtete Magnetkraft (Zugkraft) bewirkt, wodurch die effektiv wirksame Kontaktkraft des Bewegkontakts auf den Festkontakt erhöht wird.
Durch den Stromfluss wird zusätzlich zu der Kontaktkraft des Antriebssystems eine Kraftwirkung zwischen den beiden Magnetelementen bewirkt, welche den Kontaktdruck erhöht und somit einer auftretenden holmschen Engekraft entge- genwirkt. Mit anderen Worten sind die Kontaktkraft und die Magnetkraft entgegen der Engekraft gerichtet. Die Kraftwirkung ist hierbei unabhängig von der Strom- flussrichtung und erfolgt somit stets verstärkend zur Kontaktkraft.
Sowohl die Engekraft als auch die bewirkte Magnetkraft nehmen proportional zum Quadrat der über das Kontaktsystem fließenden Stromstärke zu. Dies bedeutet, dass im Falle eines Überstroms oder Fehlerstroms sowohl die Engekraft als auch die Magnetkraft in gleicher weise zunehmen, sodass die Magnetkraft durch die Magnetelemente stets ausreichend dimensioniert ist, um die Engekraft zu kom- pensieren. Somit ist stets eine zuverlässige und betriebssichere Anlage der Kon- takte sichergestellt. Insbesondere wird einem ungewünschten Abheben der Kon- takte auch im Falle eines Fehler- oder Überstroms vorteilhaft und einfach entge- gengewirkt. Dadurch ist eine besonders geeignete Trennvorrichtung zur Gleich- stromunterbrechung eines Strompfades realisiert.
Insbesondere wird die zusätzliche Magnetkraft für den Kontaktdruck erst dann erzeugt, wenn sie benötigt wird, um den Bewegkontakt zuverlässig auf den Fest- kontakt zu pressen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es somit nicht not- wendig eine höher dimensionierte Kontaktdruckfeder des Antriebssystems vorzu- sehen, wodurch die Fierstellungskosten sowie der Bauraumbedarf der Trennvor- richtung reduziert werden. Des Weiteren sind somit vergleichsweise geringe An- zugs- und Flalteenergien oder Leistungen beim Schalten des Kontaktsystems bzw. des Hybridschalters notwendig. Aufgrund der reduzierten Halteenergie wird die Wärmeentwicklung des Antriebssystems reduziert, wodurch ein besonders bau- raumkompaktes Antriebssystem einsetzbar ist. Ferner sind somit höhere Nenn- ströme realisierbar. Im Falle einer Ausführung als bistabiles Kontaktsystem ist es somit beispielsweise möglich, vergleichsweise schwache Permanentmagneten einzusetzen. Da das mechanische Kontaktsystem Teil eines Hybridschalters ist, tritt bei einem Schalten, insbesondere bei einem Öffnen der Kontakte, kein (Schalt-)Lichtbogen auf. Dadurch können Effekte aufgrund von Kontaktabbränden im Wesentlichen vernachlässigt werden, wodurch die Abstimmung der Magnetelemente durch den Luftspalt besonders effektiv einstellbar oder vorgebbar ist. Insbesondere weist die Trennvorrichtung somit zumindest hinsichtlich der Kraftwirkung der Magnetele- mente über ihre Lebensdauer hinweg im Wesentlichen keine Veränderung auf.
Das stationäre zweite Magnetelement ist vorzugsweise nicht Teil des Hybridschal- ters, insbesondere nicht Teil des beweglichen Kontaktsystems. Das zweite Mag- netelement ist beispielsweise an einem Gehäuse der Trennvorrichtung oder des Schutzschalters angeordnet, so dass der Angriffspunkt der bewirkten Magnetkraft außerhalb oder beabstandet zum Antriebssystem des Kontaktsystems angeordnet ist. Dadurch ist die Funktion der Magnetelemente stets gewährleistet. Der Luftspalt weist beispielsweise eine lichte Weite von etwa 0,3 mm (Millimeter) bis 1 mm auf. Vorzugsweise weist der Luftspalt insbesondere eine lichte Weite von etwa 0,5 mm auf.
Erfindungsgemäß wird somit die stromdurchflossene Kontaktbrücke selbst zur Erzeugung eines das Antriebssystem unterstützenden Magnetfeldes genutzt. Die Magnetelemente wirken somit als ein zusätzlicher elektromagnetischer Aktor oder Hubmagnet, dessen bewirkte Magnetkraft direkt auf die Kontaktbrücke wirkt, so dass die auftretende Abstoßung der Kontakte bei höheren Stromstärken, insbe- sondere im Kiloamperebereich (kA), zuverlässig und betriebssicher kompensiert wird. Insbesondere benötigt das Kontaktsystem der erfindungsgemäßen Trenn- vorrichtung keine zusätzlichen Permanentmagnete zur Erzeugung der unterstüt- zenden Zug- oder Schließkraft (Magnetkraft), wodurch die Trennvorrichtung be- sonders kostengünstig ist. Des Weiteren ist die Funktion unabhängig von der Stromflussrichtung, so dass das Kontaktsystem und somit die Trennvorrichtung im Wesentlichen bidirektional einsetzbar ist.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht die erfindungsgemäße Zugwir- kung der Magnetelemente eine optimierte Stromführung mittels der Kontaktbrücke im Vergleich zu der Abstoßung einer schleifenförmig geführten Kontaktbrücke (Leiterschleife). Dadurch ist eine sehr bauraumkompakte Ausführung der Trenn- vorrichtung ermöglicht. Ferner ist eine maximale Wirkung bei geschlossenen Kon- takten realisiert. Dementgegen müsste im Falle größerer Hübe des Kontakts (er- höhte Trennstrecke, höhere Spannungen) eine Leiterschleife entsprechend weit und somit ineffektiv ausgeführt werden. Somit ist die Kontaktbrücke selbst beson- ders bauraumkompakt und materialsparend ausführbar, wodurch weiterhin Ver- lustleistungen des Kontaktsystems reduziert werden. In einer geeigneten Weiterbildung weist das mechanische Kontaktsystem zwei Festkontakte und zwei Bewegkontakte auf. Geeigneterweise werden die Beweg- kontakte hierbei im Wesentlichen gleichzeitig, also synchron, bewegt, so dass das Schalten an beiden Schalt- oder Kontaktstellen im Wesentlichen zeitgleich erfolgt. Mit anderen Worten weist das Kontaktsystem - und somit der Hybridschalter - zwei vorzugsweise zueinander beabstandete Kontaktpaare oder Trennstellen auf. Dadurch ist ein besonders betriebssicheres Schalten des Kontaktsystems mög- lich, wodurch das Schaltverhalten der Trennvorrichtung verbessert wird.
In einer vorteilhaften Ausführung sind das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement jeweils aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere aus einem weichmagnetischen Eisenmaterial, hergestellt. Unter einem weichmagneti- schen Material oder Werkstoff ist hierbei insbesondere ein ferromagnetisches Ma- terial zu verstehen, welches in der Gegenwart eines Magnetfelds leicht magneti- siert wird. Diese magnetische Polarisation wird insbesondere durch den elektri- sehen Strom in der stromdurchflossenen Kontaktbrücke erzeugt. Durch die Polari- sation wird die magnetische Flussdichte in dem jeweiligen Magnetelement um ein Vielfaches erhöht. Dies bedeutet, dass ein weichmagnetisches Material ein äuße- res Magnetfeld um dessen jeweilige Werkstoffpermeabilität„verstärkt“. Dadurch ist sichergestellt, dass eine möglichst hohe Magnetkraft zwischen den Magnet- elementen erzeugt wird, so dass die Engekraft stets zuverlässig kompensiert wird.
Weichmagnetische Werkstoffe besitzen eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 1000 A/m (Ampere pro Meter). Als weichmagnetisches Material wird beispielswei- se ein Magnetweicheisen (RFe80 - Rfe120) mit einer Koerzitivfeldstärke von 80 bis 120 A/m verwendet. Ebenso denkbar ist beispielsweise der Einsatz eines Kaltbandes, wie beispielsweise EN10139-DC01 +LC-MA („Trafoblech“), wodurch eine besonders kostengünstige Ausführung realisiert ist.
In einer denkbaren Ausführungsform sind das erste Magnetelement und das zwei- te Magnetelement als paarweises Joch-Anker-Paar ausgeführt. Eines der Mag- netelemente ist hierbei als ein etwa U-förmiges oder hufeisenförmiges Magnetjoch ausgeführt, wobei das jeweils andere Magnetelement geeigneterweise als eine flache Ankerplatte ausgestaltet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kontaktbrücke etwa rechteckig ausge- führt, wobei zwei Bewegkontakte vorgesehen sind, welche an den gegenüberlie- genden Stirnseiten der Kontaktbrücke angeordnet sind. Dadurch ist ein besonders einfacher Aufbau der bewegbaren Teile des Kontaktsystems realisiert. Vorzugs- weise sind die Bewegkontakte an einer gemeinsamen Planfläche der Kontaktbrü- cke angeordnet, wobei die Kopplung an das Antriebssystem geeigneterweise an der den Beweg kontakten gegenüberliegenden Planfläche der Kontaktbrücke er- folgt.
In einer zweckmäßigen Ausbildung ist das erste Magnetelement als U-förmiges Magnetjoch ausgeführt, welches im Bereich des horizontalen U-Schenkels an der Kontaktbrücke anliegt. Das erste Magnetelement oder Magnetjoch liegt hierbei mit dem horizontalen U-Schenkel insbesondere im Bereich der mechanischen Kopp- lung an das Antriebssystem an, wobei das Magnetjoch die Kontaktbrücke mittels der vertikalen U-Schenkel zumindest abschnittsweise umgreift. Geeigneterweise umgreifen die vertikalen U-Schenkel die Kontaktbrücke derart, dass die vertikalen U-Schenkel des ersten Magnetelements der Kontaktbrücke in Richtung der Festkontakte überstehen und mittels jeweils eines freiendseitigen Luftspaltes beabstandet zu einem als eine Ankerplatte ausgeführten zweiten Magnetelement angeordnet sind. Das zweite Magnetelement oder die Ankerplatte ist hierbei im Wesentlichen quer zu der Kontaktbrücke, also etwa parallel zu dem horizontalen U-Schenkel des ersten Magnetelements oder Magnetjochs orientiert.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Schaltbewegung der Kontaktbrücke, also die mittels des Antriebssystems und/oder der Magnetelemente bewirkte Be- wegung der Kontaktbrücke, linear. Die Konjunktion„und/oder“ ist hier und im Fol- genden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können. Dadurch ist eine konstruktiv besonders einfache Ausführung und Anordnung des Antriebssystems und der Kontaktbrücke sowie der Magnetele- mente ermöglicht.
In einer alternativen, ebenso vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kontaktbrücke im Wesentlichen U-förmig ausgeführt, wobei zwei Bewegkontakte an jeweils einem Freiende eines jeweiligen vertikalen U-Schenkels angeordnet sind. Die alternative Ausgestaltung der Kontaktbrücke ist kostengünstig herstellbar und ermöglicht be- sonders große Trennstrecken zwischen den Kontakten, also große lichte Weiten zwischen den Kontakten in der Offenstellung. In dieser Ausgestaltung ist das An- triebssystem vorzugsweise als ein Klappanker-Magnetsystem ausgeführt, wo- durch eine besonders kostengünstige, bauraumkompakte und langlebige Trenn- vorrichtung realisiert ist.
In zusätzlicher oder weiterer Aspekt dieser Ausgestaltungsform sieht vor, dass entlang der vertikalen U-Schenkel der Kontaktbrücke jeweils ein als Ankerplatte ausgeführtes erstes Magnetelement angeordnet ist. Des Weiteren sind zwei als U- förmige oder hufeisenförmige Magnetjoch ausgeführte zweite Magnetelemente vorgesehen, welche im Bereich der Festkontakte angeordnet sind, und welche jeweils zwei vertikale U-Schenkel aufweisen, welche den jeweils gegenüberlie- gend angeordneten vertikalen U-Schenkel der Kontaktbrücke zumindest ab- schnittsweise umgreifen. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige und Erzeu- gung oder Bewirkung der unterstützenden Magnetkraft im Bereich der Bewegkon- takte gewährleistet.
In einer besonders geeigneten Weiterbildung erfolgt die Schaltbewegung der Kon- taktbrücke mittels einer Schwenk- oder Drehbewegung. Die Schwenk- oder Dreh- achse ist hierbei insbesondere entlang oder parallel zu dem horizontalen U- Schenkel der Kontaktbrücke orientiert. Vorzugsweise ist die Kontaktbrücke hierbei an einem etwa U-förmigen Federelement des Antriebssystems befestigt oder ge- halten, welches beispielsweise als Stanzteil aus einem Federstahl hergestellt ist. Die Schwenk- oder Drehbewegung wird hierbei insbesondere durch ein Klappan- ker-Magnetsystem realisiert, wobei der Kontaktdruck durch die Biegeelastizität des Federelements bewirkt wird. Durch die Schwenk- oder Drehbewegung sind in einfacher Art und Weise besonders große Trennstrecken zwischen den Kontakten erzeugbar oder umsetzbar, wodurch eine besonders sichere und zuverlässige galvanische Trennung der Trennvorrichtung realisiert ist.
Des Weiteren ist insbesondere die Ausbildung mit einem U-förmig angeordneten Federelement, dessen vertikale U-Schenkel im Wesentlichen fluchtend mit denen der Kontaktbrücke angeordnet sind, dahingehend vorteilhaft, dass das Kontakt- system auch bei äußeren Vibrationen oder Erschütterungen zuverlässig in der Schließstellung gehalten wird. Insbesondere ist es bei derartigen rotatorischen Kontaktsystemen möglich, den Masseschwerpunkt der bewegten Kontaktbrücke nahe dem Drehpunkt oder der Drehachse zu positionieren.
In einer bevorzugten Anwendung ist die vorstehend beschriebene Trennvorrich- tung Teil eines Schutzschalters. Der Schutzschalter ist hierbei zweckmäßigerwei- se in einen Stromkreis zwischen einer Gleichstromquelle und einem Verbraucher oder einer Last verschaltet, so dass bei einer Betätigung des Schutzschalters die Trennvorrichtung den Verbraucher oder die Last galvanisch von der Gleichstrom- quelle trennt. Der Schutzschalter ist insbesondere als ein hybrider Schutzschalter oder als ein hybrides (Leistungs-)Relais oder auch als ein Schutzschaltergerät mit einer nach- geschalteten Schmelzsicherung ausgeführt, und weist einen Einspeisungsan- schluss, über den eine netzseitige und somit stromführende Stromleitung ange- schlossen wird, sowie einen Lastanschluss auf, über den die lastseitig abgehende Stromleitung anschließbar ist.
Vorzugsweise ist der Schutzschalter zum Schalten von hohen Spannungen und Gleichströmen, beispielsweise im Bereich von 6 kA, geeignet und eingerichtet. Hierzu ist die Trennvorrichtung zweckmäßigerweise entsprechend dimensioniert um derartig hohe Stromstärken zu führen und sicher zu schalten. Durch die erfin- dungsgemäße Trennvorrichtung ist somit ein sicheres und zuverlässiges Schalten des Schutzschalters, auch bei hohen Überströmen oder Fehlerströmen, gewähr- leistet.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Stromkreis mit einer Gleichstrom- quelle und mit einem Verbraucher sowie mit einem dazwischen geschal- teten Schutzschalter,
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung ein mechanisches Kontaktsystem des
Schutzschalters,
Fig. 3 in Schnittdarstellung das Kontaktsystem,
Fig. 4 in perspektivischer Darstellung das Kontaktsystem,
Fig. 5 in Seitendarstellung das Kontaktsystem,
Fig. 6 in Draufsicht mit Blick auf eine Unterseite das Kontaktsystem,
Fig. 7 in perspektivischer Darstellung eine alternative Ausführungsform des
Kontaktsystems in einer Schließstellung,
Fig. 8 in perspektivischer Darstellung die alternative Ausführungsform des Kon- taktsystems in einer Offenstellung,
Fig. 9 in Seitendarstellung ausschnittsweise das Kontaktsystem in der alterna- tiven Ausführungsform, Fig. 10 in Schnittdarstellung einen Längsschnitt des Kontaktsystems, und Fig. 11 in Schnittdarstellung einen Querschnitt des Kontaktsystems.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den glei- chen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung einen Stromkreis 2 zur Führung eines (Gleich-)Stroms I. der Stromkreis 2 weist eine Gleichstromquel- le 4 mit einem Pluspol 4a und mit einem Minuspol 4b auf, zwischen denen eine Betriebsspannung U anliegt. In den Stromkreis 2 ist eine Last oder ein Verbrau- cher 6 geschaltet. Zwischen dem Pluspol 4a und der Last 6 ist ein Schutzschalter 8, beispielsweise in Form eines hybriden Leistungsrelais, verschaltet.
Der Schutzschalter 8 ist einerseits mittels eines Einspeisungsanschlusses 10 an eine quellenseitige und somit stromführende Stromleitung angeschlossen, und andererseits mittels eines Lastanschluss 12 an die lastseitig abgehende Stromlei- tung angeschlossen.
Der Schutzschalter 8 weist eine Reihenschaltung einer hybriden Trennvorrichtung 14 und einer Sicherung 15 auf. Die Trennvorrichtung 14 ist hierbei mit einem Hyb- ridschalter 16 ausgeführt, welcher ein mechanisches Kontaktsystem 18 und eine hierzu parallel geschaltete Reihenschaltung eines Halbleiterschaltsystems 20 und eines (Hilfs-)Relais 21 aufweist. Das Halbleiterschaltsystem 20 ist in der Fig. 1 beispielhaft mittels eines gesteuerten Leistungshalbleiterschalters, insbesondere mittels eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), dargestellt.
Das zusätzliche Relais oder Trennelement 21 gewährleistet hierbei eine galvani- sche Trennung des Strompfads 2 bei einem Auslösen der Trennvorrichtung 14. Die Trennvorrichtung 14 ist geeignet und eingerichtet, um im Falle eines Fehler- oder Überstroms den Strom I ausreichend lang sicher zu tragen, bis die Sicherung 15 auslöst. Unter einem sicheren Tragen des Stromes I wird hierbei insbesondere verstanden, dass die Kontakte des mechanischen Kontaktsystems 18 nicht unter- brochen oder abgehoben werden. Nachfolgend ist anhand der Fig. 2 bis Fig. 6 eine erste Ausführungsform des Kon- taktsystems 18 näher erläutert. Das in der Fig. 2 dargestellte Kontaktsystem 18 weist zwei stationäre Festkontakte 22a, 22b auf, welche einerseits an den Einspeisungsanschluss 10 und anderer- seits an den Lastanschluss 12 elektrisch leitfähig angeschlossen sind. Die Fest- kontakte 22a, 22b sind jeweils an einen zugehörigen elektrischen Anschluss 23a, 23b geführt, mittels welchen das Kontaktsystem 18 an den Stromkreis 2 an- schließbar ist.
Das Kontaktsystem 18 weist weiterhin zwei Bewegkontakte 24a, 24b auf, welche von einer gemeinsamen, stromführenden Kontaktbrücke 26 getragen sind. Die Kontaktbrücke 26 ist mit einem Antriebssystem 28 gekoppelt, mittels welcher die Kontaktbrücke 26 auf die Festkontakte 22a, 22b hinzu oder hinweg bewegbar ist.
Zum Schalten des Kontaktsystems 18 ist die Kontaktbrücke 26 mittels des An- triebssystems 28 im Zuge einer Schaltbewegung von einer Offenstellung in eine Schließstellung bewegbar. In den Figuren 2 bis 6 ist das Kontaktsystem 18 in der Schließstellung gezeigt, bei welcher die Bewegkontakte 24a, 24b an den jeweili- gen Kontaktstellen in einem elektrisch leitenden Berührungskontakt zu dem je- weils gegenüberliegenden Festkontakt 22a, 22b sind.
In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 bis 6 erfolgt die durch das Antriebssys- tem 28 bewirkte Schaltbewegung beim Öffnen und Schließen des Kontaktsystems 18 linear entlang einer zu den Kontakten 22a, 22b, 24a, 24b senkrecht orientier- ten (Stell-)Richtung des Antriebsystems 28.
Die längliche, gerade, etwa plattenförmige Kontaktbrücke 26 ist beispielsweise als ein Stanzteil aus Kupfer hergestellt. Die Bewegkontakte 24a und 24b sind hierbei an den gegenüberliegenden Stirnseiten der etwa rechteckförmigen Kontaktbrücke 26 angeordnet. Die Bewegkontakte 24a und 24b sind an der den Festkontakten 22a und 22b zugewandten Planfläche oder Unterseite 30 der Kontaktbrücke 26 angeordnet. An der gegenüberliegend angeordneten Planseite oder Oberfläche 32 der Kontaktbrücke 26 ist das Antriebssystem 28 angeordnet.
Die Fig. 3 zeigt in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise einen Längsschnitt des Kontaktsystems 18 entlang der Linie lll-lll gemäß Fig. 2. Wie in der Schnitt- darstellung der Fig. 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist das Antriebs- system 28 einen federbelasteten Stempel 34 zur Betätigung oder Bewegung der Kontaktbrücke 26 auf. Der Stempel 34 ist zumindest abschnittsweise von einer beispielsweise als
Schraubenfeder ausgeführten Federelement 36 umgeben, welches nachfolgend auch als Kontaktdruckfeder bezeichnet ist. Die Kontaktdruckfeder 36 ist hierbei derart angeordnet, dass in der Schließstellung zumindest eine gewisse Feder- spannung vorliegt, deren Rückstellkraft als Kontaktkraft Fk oder Kontaktdruck auf die Kontaktbrücke 26, und somit auf die Bewegkontakte 24a und 24b, einwirkt (Fig. 4). Mit anderen Worten werden die Bewegkontakte 24a und 24b mittels des Antriebssystems 28 mit einem Anpress- oder Kontaktdruck beaufschlagt, welcher eine sichere Anlage der Kontakte 22a, 22b, 24a, 24b gewährleistet. Die Kontakt- kraft Fk ist hierbei entlang der Stell- oder Betätigungsrichtung des Antriebssys- tems orientiert, also entlang derjenigen Richtung entlang welcher die lineare Schaltbewegung des Kontaktsystems 18 erfolgt.
An der Kontaktbrücke 26 ist ein Magnetelement 38 angeordnet. Das Magnetele- ment 38 ist als ein etwa hufeisen- oder U-förmiges Magnetjoch ausgeführt, des- sen horizontaler U-Schenkel 38a an der Oberseite 32 der Kontaktbrücke 26 ange- ordnet ist. Der U-Schenkel 38a weist eine zentrale, nicht näher bezeichnete, kreis- runde Aussparung auf, durch welche der Stempel 34 zumindest abschnittsweise hindurch geführt ist. Der U-Schenkel 38a ist quer, also im Wesentlichen senk- recht, zur Kontaktbrücke 26 angeordnet.
An den gegenüberliegenden Stirnseiten des U-Schenkels 38a ist jeweils ein verti- kaler U-Schenkel 38b angeformt. Die U-Schenkel 38b sind senkrecht zum U- Schenkel 38a und zur Kontaktbrücke 26, also im Wesentlichen parallel zum Stempel 34, orientiert. Die U-Schenkel 38b umgreifen hierbei die Kontaktbrü- cke 26, so dass die U-Schenkel 38b an ihren jeweiligen Freienden der Untersei- te 30 der Kontaktbrücke 26 zumindest teilweise axial emporstehen, also die Un- terseite 30 überragen. Beabstandet zu den Freienden der U-Schenkel 38b ist ein zweites Magnetelement 40 angeordnet. Das als eine flache, etwa rechteckige An- kerplatte ausgeführte Magnetelement 40 ist parallel zum U-Schenkel 38a, also quer zur Kontaktbrücke 26 angeordnet.
In der in den Figuren gezeigten Schließstellung sind die Freienden der U-Schen- kel 38b jeweils mittels eines Luftspalts 42 von der Ankerplatte 40 beabstandet ge- halten. Die Ankerplatte 40 ist stationär, also hinsichtlich eines Gehäuses der Trennvorrichtung 14 oder des Schutzschalters 8 gehäusefest, angeordnet. Das Magnetjoch 38 und die Ankerplatte 40 sind jeweils aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere aus einem weichmagnetischen Eisenmaterial, hergestellt.
Die U-Schenkel 38b weisen - wie insbesondere in der Fig. 4 und Fig. 5 ersichtlich - eine etwa trichterförmige Querschnittsform in der durch die Längsrichtungen der U-Schenkel 38b und der Kontaktbrücke 26 aufgespannten Ebene auf. Der U- Schenkel 38b weist hierbei einen kegelstumpf- oder trapezförmigen Bereich auf, welcher an der Basis an dem U-Schenkel 38a angeformt ist, und einen etwa rechteckförmigen Bereich, welcher an der der Basis gegenüberliegenden Grund- seite des trapezförmigen Bereichs angeformt ist. Der rechteckförmige Bereich bil- det hierbei das Freiende des U-Schenkels 38b. In den U-Schenkel 38b kann, wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt, eine kreisrunde Aussparung 44 eingebracht sein.
Wie insbesondere in der in Fig. 6 gezeigten Draufsicht mit Blick auf die Unterseite 30 ersichtlich ist, weist die Ankerplatte 40 in der durch die Längsrichtungen der Kontaktbrücke 26 und des U-Schenkels 38a aufgespannten Ebene eine etwa sanduhrförmige, also taillierte, Querschnittsform auf. Die Taillierung oder Verjün- gung ist hierbei mittig entlang der jeweiligen Längsseite sowie im Bereich der Festkontakte 22a und 22b angeordnet. Wie in der Fig. 4 schematisch mittels Pfeilen angedeutet ist, wird der elektrische Strom I über den Festkontakt 22a und den Bewegkontakt 24a in die Kontaktbrü- cke 26 eingespeist und über den Bewegkontakt 24b und den Festkontakt 22b aus dem Kontaktsystem 18 abgeführt. Aufgrund magnetischer Effekte tritt an den durch die Kontaktpaare 22a, 24a und 22b, 24b gebildeten Kontaktstellen jeweils eine Engekraft Fe auf, welche gegensinnig zur Kontaktkraft Fk orientiert ist.
Die Kontaktkraft Fk, also die Federstärke der Kontaktdruckfeder 36, ist insbeson- dere derart dimensioniert, dass bei einem Normalstrom, also bei einem elektri- sehen Strom I der eine Stromstärke kleiner oder gleich einem Normal- oder
Nennwert aufweist, die Engekraft Fe zuverlässig kompensiert wird. Dies bedeutet, dass die Kontaktkraft Fk bei einem Normalstrom stets größer als die Engekraft Fe ist, so dass ein ungewünschtes Abheben der Bewegkontakte 24a, 24b von den Festkontakten 22a, 22b zuverlässig und einfach verhindert ist.
Die Magnetelemente 38 und 40 verhindern hierbei bei einem Fehler- oder Über- strom, bei welchem die Stromstärke des Stroms I den Nennwert überschreitet, dass die Engekraft Fe die Kontakte 22a, 22b, 24a, 24b voneinander trennt. Im Falle eines solchen Überstroms ist die Kontaktkraft Fk der Kontaktdruckfeder 36 nicht ausreichend um die zunehmend größer werdende Engekraft Fe zuverlässig zu kompensieren.
Bei einem Stromfluss durch die Kontaktbrücke 26 wird durch den Strom I ein Magnetfeld um die Kontaktbrücke 26 erzeugt. Das Magnetfeld polarisiert das weichmagnetische Magnetjoch 38 und die weichmagnetische Ankerplatte 40, wo durch die magnetische Flussdichte im Bereich der Magnetelemente 38, 40 im Vergleich zur Umgebung wesentlich erhöht wird. Somit wird ein magnetischer Kreis zwischen dem Magnetjoch 38, den Luftspalt 42 und die Ankerplatte 40 ge- bildet.
Durch die Beabstandung mittels des Luftspalts 42 wird somit eine anziehende Magnetkraft Fm zwischen dem Magnetjoch 38 und der Ankerplatte 40 bewirkt. Da die Ankerplatte 40 stationär oder gehäusefest im Schutzschalter 8 angeordnet ist, wird somit das Magnetjoch 38 auf die Ankerplatte 40 hin gezogen. Die resultie- rende Magnetkraft Fm ist also gleichgerichtet zu der Kontaktkraft Fk der Kontakt- druckfeder 36, so dass sich die Magnetkraft Fm und die Kontaktkraft Fk zu einer resultierenden Gesamtkraft addieren, welche der Engekraft Fe entgegenwirkt Somit wird der Kontaktdruck zwischen den Kontakten 22a, 22b, 24a, 24b erhöht, wodurch einem Abheben der Kontakte 22a, 22b, 24a, 24b, auch im Falle eines Fehler- oder Überstroms, zuverlässig und betriebssicher entgegengewirkt ist.
Durch die stromdurchflossene Kontaktbrücke 26 wird somit ein das Antriebssys- tem 28 unterstützendes Magnetfeld erzeugt, welches zur Verstärkung des Kon- taktdrucks genutzt wird. Die Magnetelemente 38, 40 wirken somit bei einem Stromfluss durch die Kontaktbrücke 26 als ein zusätzlicher elektromagnetischer Aktor oder Flubmagnet, dessen bewirkte Magnetkraft Fm über den U-Schenkel 38a direkt auf die Kontaktbrücke 26 und somit auf die Bewegkontakte 24a, 24b wirkt.
Nachfolgend ist anhand der Fig. 7 bis Fig. 11 eine alternative, zweite Ausfüh- rungsform des Kontaktsystems 18‘ näher erläutert. In dieser Ausführungsform ist die Kontaktbrücke 26‘ als ein im Wesentlichen U- förmiges Kupferteil ausgeführt, wobei die zwei Bewegkontakte 24a, 24b an jeweils einem Freiende eines vertikalen U-Schenkels 26’a angeordnet sind.
Entlang der vertikalen U-Schenkel 26a‘ der Kontaktbrücke 26‘ ist jeweils ein als Ankerplatte ausgeführtes Magnetelement 38‘ angeordnet. Das Antriebssystem 28‘ der Kontakteinrichtung 18‘ ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Klappanker- Magnetsystem ausgeführt, wobei lediglich ein an den Klappanker gekoppeltes, etwa U-förmiges Federelement 46 gezeigt ist. Die U-Schenkel 26’a und die An- kerplatten 38‘ sowie die U-Schenkel 46a sind hierbei im Wesentlichen jeweils ge- stapelt aneinandergereiht angeordnet.
Die vertikalen U-Schenkel 46a des Federelements 46 sind im Wesentlichen fluch- tend zu den U-Schenkeln 26a‘ der Kontaktbrücke 26‘ angeordnet, wobei der hori- zontale U-Schenkel 46b des Federelements 46 beabstandet zu dem horizontalen U-Schenkel 26’b der Kontaktbrücke 26‘ angeordnet ist. Mit anderen Worten wei- sen die U-Schenkel 46a entlang der Schenkellängsrichtung eine größere Länge als die U-Schenkel 26’a auf, so dass der U-Schenkel 46b entlang der Schenkel- längsrichtung oberhalb des U-Schenkels 26’b angeordnet ist.
Das Federelement 46 ist aus einem biegeelastischen Material, beispielsweise Fe- derstahl, gefertigt, so dass durch den im Wesentlichen freistehend angeordneten U-Schenkel 46b eine Schwenk- oder Drehbeweglichkeit des Antriebssystems 28‘ realisiert ist. Insbesondere sind die U-Schenkel 46a des Federelements 46 somit gegenüber einer parallel zum U-Schenkel 46b verlaufenden Schwenk- oder Dreh- achse S schwenkbar oder drehbar gehalten.
Die Schaltbewegung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel somit insbesondere durch ein Schwenken der Kontaktbrücke 26‘ um die Schwenkachse S. Diese Schwenkbewegung ist in der Fig. 7, welche das Kontaktsystem 18‘ in einer Schließstellung zeigt, und in der Fig. 8, welche das Kontaktsystem 18‘ in einer Offenstellung zeigt, angedeutet. Durch die Schwenk- oder Drehbewegung sind vergleichsweise große Trennstrecken zwischen den Kontakten 22a, 22b, 24a, 24b realisiert.
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei stationäre Magnetelemente 40‘ vorgese- hen, welche gehäusefest an einem isolierenden, also elektrisch nicht leitenden, Gehäuse 48 des Schutzschalters 8 angeordnet sind. Die Magnetelemente 40‘ sind im Querschnitt als hufeisen- oder U-förmige Magnetjoche ausgebildet, welche sich zumindest abschnittsweise entlang der Schenkellängsrichtung der U-Schenkel 26’a, 46‘ erstrecken. Die Magnetjoche 40‘ sind somit im Wesentlichen als zylindri- sche Formteile mit einer hufeisen- oder U-förmige Grund- oder Querschnittsfläche ausgeführt.
Die Magnetelemente 40‘ weisen jeweils einen in der Schließstellung parallel zu den U-Schenkel 26’a, 46‘ orientierten horizontalen U-Schenkel 40a‘ auf. An den rückenartigen U-Schenkel 40a‘ des Magnetjochs 40‘ sind zwei vertikale U-Schen- kel 40’b angeformt. Die U-Schenkel 40’b des Magnetjochs 40‘ umgreifen - wie beispielsweise in der Fig. 9 ersichtlich - in der Schließstellung zumindest ab- schnittsweise den jeweils gegenüberliegend angeordneten vertikalen U-Schen- kel 26’a der Kontaktbrücke 26‘, so dass zwischen den Freienden der U-Schen- kel 26’a und der jeweiligen Ankerplatte 38‘ der Luftspalt 42 ausgebildet ist.
Wie anhand der Schnittdarstellungen der Fig. 10 und der Fig. 11 ersichtlich er- zeugt der Strom I beim durchströmen der Schenkel 26’a, 26’b der Kontaktbrücke 26‘ ein Magnetfeld B, welches unabhängig von der Stromrichtung die die Magnet- elemente 38‘, 40‘ aufeinander anziehende Magnetkraft Fm bewirkt, wodurch die Kontaktkraft Fk aufgrund der Federspannung des Federelements 46 verstärkt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausfüh- rungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinan- der kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Stromkreis
4 Gleichstromquelle
4a Pluspol
4b Minuspol
6 Last/Verbraucher
8 Schutzschalter
10 Einspeisungsanschluss
12 Lastanschluss
14 Trennvorrichtung
15 Sicherung
16 Hybridschalter
18, 18‘ Kontaktsystem
20 Halbleiterschaltersystem
22a, 22b Festkontakt
23a, 23b Anschluss
24a, 24b Bewegkontakt
26 Kontaktbrücke
26‘ Kontaktbrücke
26’a, 26’b U-Schenkel
28, 28‘ Antriebssystem
30 Planfläche/Unterseite
32 Planfläche/Oberseite
34 Stempel
36 Federelement/Kontaktdruckfeder
38 Magnetelement/Magnetjoch
38a, 38b U-Schenkel
38‘ Magnetelement/Ankerplatte 40 Magnetelement/Ankerplatte
40‘ Magnetelement/Magnetjoch
40’a, 40’b U-Schenkel
42 Luftspalt 44 Aussparung
46 Federelement
46a, 46b U-Schenkel
48 Gehäuse
U Betriebsspannung
I Strom
Fk Kontaktkraft
Fm Magnetkraft
Fe Engekraft
S Schwenkachse/Drehachse
B Magnetfeld

Claims

Ansprüche
1. Trennvorrichtung (14) zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfads (2), insbesondere für einen Schutzschalter (8), aufweisend einen Hybridschalter (16), weicher ein stromführendes mechanisches Kontaktsystem (18, 18‘) und ein hierzu parallel geschaltetes Halbleiterschaltsystem (20) aufweist,
- wobei das Kontaktsystem (18, 18‘) mindestens einen stationären Festkon- takt (22a, 22b) und mindestens einen Bewegkontakt (24a, 24b) aufweist,
- wobei der Bewegkontakt (24a, 24b) an einer mit einem Antriebssystem (28, 28‘) gekoppelten stromführenden Kontaktbrücke (26, 26‘) angeordnet ist, welche den Bewegkontakt (24a, 24b) bei einer Schaltbewegung von einer Offenstellung in eine am Festkontakt (22a, 22b) mit einer Kontakt- kraft (Fk) anliegende Schließstellung bewegt, und
- wobei an der Kontaktbrücke (26, 26‘) mindestens ein erstes Magnetele- ment (38, 38‘) angeordnet ist, welches mittels eines Luftspaltes (42) zu ei- nem stationären zweiten Magnetelement (40, 40‘) derart beabstandet ist, dass bei einem Stromfluss durch die Kontaktbrücke (26, 26‘) ein Magnet- feld (B) in dem ersten Magnetelement (38, 38‘) bewirkt wird und eine magnetische Anziehung des ersten und zweiten Magnetelements (38, 38‘, 40, 40‘) erfolgt, wobei Anziehung eine zu der Kontaktkraft (Fk) gleichge- richtete Magnetkraft (Fm) bewirkt.
2. Trennvorrichtung (14) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mechanische Kontaktsystem (18, 18‘) zwei Festkontakte (22a, 22b) und zwei Bewegkontakte (24a, 24b) aufweist.
3. Trennvorrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Magnetelement (38, 38‘) und das zweite Magnetelement (40, 40‘) jeweils aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere aus ei- nem weichmagnetischen Eisenmaterial, hergestellt sind.
4. Trennvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktbrücke (26‘) im Wesentlichen U-förmig ist, wobei zwei Be- wegkontakte (24a, 24b) an jeweils einem Freiende eines vertikalen U- Schenkels (26’a) angeordnet sind.
5. Trennvorrichtung (14) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
- dass entlang der vertikalen U-Schenkel (26‘a) jeweils ein als Ankerplatte ausgeführtes erstes Magnetelement (38‘) angeordnet ist, und
- dass zwei als Magnetjoch ausgeführte zweite Magnetelemente (40‘) vor- gesehen sind, welche im Bereich der Festkontakte (22a, 22b) angeordnet sind, und welche jeweils zwei vertikale U-Schenkel (40‘b) aufweisen, wel- che den jeweils gegenüberliegend angeordneten vertikalen U-Schenkel (26‘a) der Kontaktbrücke (26‘) zumindest abschnittsweise umgreifen.
6. Trennvorrichtung (14) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltbewegung der Kontaktbrücke (26‘) eine Schwenk- oder Drehbewegung ist.
7. Schutzschalter (8) mit einer Trennvorrichtung (14) nach einem der Ansprü- che 1 bis 6.
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