WO2021239367A1 - Schaltvorrichtung - Google Patents

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WO2021239367A1
WO2021239367A1 PCT/EP2021/061105 EP2021061105W WO2021239367A1 WO 2021239367 A1 WO2021239367 A1 WO 2021239367A1 EP 2021061105 W EP2021061105 W EP 2021061105W WO 2021239367 A1 WO2021239367 A1 WO 2021239367A1
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WO
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side wall
switching
switching chamber
wall parts
switching device
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PCT/EP2021/061105
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Hoffmann
Original Assignee
Tdk Electronics Ag
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Publication date
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    • H01H9/302—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts

Definitions

  • a switching device is specified.
  • the switching device is designed in particular as an electromagnetically operating, remotely operated switch that can be operated by an electrically conductive current.
  • the switching device can be activated via a control circuit and can switch a load circuit.
  • the switching device can be designed as a relay or as a contactor, in particular as a power contactor.
  • the switching device can particularly preferably be designed as a gas-filled power contactor.
  • switching devices in particular of power contactors, is the opening and disconnection of battery circuits, for example in motor vehicles such as electrically or partially electrically operated motor vehicles or in applications in the field of renewable energies.
  • a contactor In its function as a safety component, a contactor is usually used in combination with a fuse between a battery, such as a lithium-ion battery, and an electric motor and must be able to disconnect the power source from the load in the event of a malfunction.
  • a battery such as a lithium-ion battery
  • the electrical voltage can be up to 800 V.
  • up to 1500 V DC voltage is required.
  • the higher the electrical voltage of the application the greater the challenges are placed on the design of the contactor, which has to interrupt high currents at the high voltages mentioned in the event of a fault. This can lead to the formation of arcs, which can damage the contactor components.
  • At least one object of certain embodiments is to provide a switching device.
  • a switching device has at least two fixed contacts and at least one movable contact.
  • the at least two fixed contacts and the at least one movable contact are provided and set up to switch on and off a load circuit that can be connected to the switching device and in particular to the at least two fixed contacts.
  • the movable contact is accordingly movable in the switching device between a non-through-switching state and a through-switching state of the switching device in such a way that the movable contact in the non-through-switching state of the switching device is spaced from the stationary contacts and thus galvanically separated and in the through-switching state has a mechanical contact to the at least two stationary contacts and is thus galvanically connected to them.
  • the stationary contacts are thus arranged separately from one another in the switching device and, depending on the state of the movable contact, can be connected to one another in an electrically conductive manner or electrically separated from one another by the movable contact.
  • the switching device has a switching chamber in which the movable contact and the fixed contacts are arranged.
  • the movable contact can in particular be arranged completely in the switching chamber.
  • the fact that a fixed contact is arranged in the switching chamber can in particular mean that at least one contact area of the fixed contact, which is in mechanical contact with the movable contact in the through-switching state, is arranged inside the switching chamber.
  • a stationary contact arranged in the switching chamber can be electrically contactable from the outside, that is to say from outside the switching chamber.
  • a part of a fixed contact arranged in the switching chamber can protrude from the switching chamber and have a connection option for a supply line outside the switching chamber.
  • the switching chamber thus preferably has openings through which the fixed contacts protrude into the switching chamber.
  • the fixed contacts are soldered, for example, in the openings of the switching chamber and protrude from both into the interior of the switching chamber and out of the switching chamber.
  • the switching device has a housing in which the movable contact and the fixed contacts are arranged.
  • the movable contact can in particular be arranged completely in the housing.
  • the fact that a fixed contact is arranged in the housing can in particular mean that at least one contact area of the fixed contact, which is in mechanical contact with the movable contact in the through-switching state, is arranged inside the housing.
  • a stationary contact arranged in the housing can be electrically contactable from the outside, that is to say from outside the housing.
  • a part of a fixed contact arranged in the housing can protrude from the housing and have a connection option for a supply line outside the housing. In particular, this can apply to every fixed switching contact.
  • the contacts are arranged in a gas atmosphere in the housing.
  • the movable contact is arranged completely in the gas atmosphere in the housing and that at least parts of the stationary contacts, for example the contact areas of the stationary contacts, are also arranged in the gas atmosphere in the housing.
  • the switching device can accordingly particularly preferably be a gas-filled switching device such as a gas-filled contactor.
  • the gas atmosphere can in particular extinguish arcs that occur during switching operations can arise, promote.
  • the gas of the gas atmosphere can, for example, have or be a gas containing hydrogen and / or nitrogen, in particular under high pressure.
  • the gas can preferably have a proportion of at least 50% H2.
  • the gas can contain an inert gas, particularly preferably N2 and / or one or more noble gases.
  • the switching chamber is located within the housing. Furthermore, in particular the gas, that is to say at least part of the gas atmosphere, can be located in the switching chamber.
  • the movable contact can be moved by means of a magnet armature.
  • the magnet armature can in particular have an axle which is connected at one end to the movable contact in such a way that the movable contact can be moved by means of the axle, that is to say is also moved by the axle when the axle moves.
  • the axis can in particular protrude into the switching chamber through an opening in the switching chamber.
  • the switching chamber can have a switching chamber base which has an opening through which the axis protrudes.
  • the magnet armature can be moved by a magnetic circuit in order to effect the switching operations described above.
  • the magnetic circuit can have a yoke which has an opening through which the axis of the magnet armature protrudes.
  • the magnet armature, the axis and the movable contact preferably move in a linear movement in the form of a lifting or lowering movement in one direction along the axis.
  • the direction of movement of the Movable contact which corresponds to the main direction of extent of the axis, can also be referred to here and below as the vertical direction.
  • the stationary contacts are arranged side by side along a longitudinal direction, the longitudinal direction lying in a horizontal plane perpendicular to the vertical direction.
  • the movable contact can, for example, be in the form of a plate and have a main plane of extent parallel to the horizontal plane.
  • a transverse direction is defined perpendicular to the vertical and longitudinal direction, so that the horizontal plane is spanned by a longitudinal and transverse direction.
  • the switching chamber has a switching chamber wall.
  • the switching chamber wall can preferably have a rectangular cross-sectional shape or at least a cross-sectional shape approximated to a rectangle.
  • the switching chamber wall can have opposing longitudinal side wall parts and opposing transverse side wall parts which, in a horizontal sectional view, result in the rectangular shape with regard to their outer and / or inner contours.
  • a longitudinal side wall part can extend essentially in the vertical and longitudinal direction
  • a transverse side part can extend essentially in the vertical and transverse direction.
  • the longitudinal side wall parts, the transverse side wall parts and a cover part can preferably be included Openings for the fixed contacts can be formed in one piece and form the switching chamber wall.
  • the switching chamber can additionally have a switching chamber base which, together with the switching chamber wall, forms the switching chamber.
  • the side wall parts can also be designed in one piece with the switching chamber floor.
  • the side wall parts without a cover part and without the switching chamber base can form the switching chamber wall which, together with the separately produced cover part and the separately produced switching chamber base, forms the switching chamber.
  • each of the stationary contacts has a smaller distance from the transverse side wall part that is respectively closer than to the longitudinal side wall parts.
  • each of the stationary contacts can be at a distance T from one of the transverse side wall parts, the distance T being smaller than a respective distance L from the longitudinal side wall parts.
  • each of the stationary contacts is at a distance T from the respectively closer transverse side wall part.
  • the distance T can be measured in each case along the longitudinal direction and can be the same or at least substantially the same for the stationary contacts with respect to the respectively closer transverse side wall part. "Essentially the same” can mean here and below a deviation of less than 20% and preferably of less than 10% from one another.
  • each of the fixed contacts to the longitudinal side wall parts has a distance L
  • the distance L in each case in particular in the transverse direction Direction can be measured fixed contacts to both longitudinal side wall parts an equal or substantially equal distance L.
  • the distances T and L can particularly preferably relate to the respective minimum distance between an upper side of a fixed contact and an inner surface of the respective side wall part, so that the distances T and L are each understood as gap widths between the fixed contacts and the side wall parts can.
  • T / L ⁇ 0.5 or T / L ⁇ 0.3 or T / L ⁇ 0.25 can particularly preferably apply.
  • the minimum gap between a stationary contact and a longitudinal sidewall portion can be at least about twice, or at least about three times, or preferably at least about four times as large as the minimum gap between the stationary contact and the closer transverse sidewall portion.
  • the fixed contacts and the movable contact are arranged between permanent magnets along the longitudinal direction.
  • the permanent magnets and the fixed contacts may be arranged in a row along the longitudinal direction.
  • each of the permanent magnets can be arranged on an outside of a transverse side wall part facing away from the stationary contacts and the movable contact and thus outside the interior of the switching chamber.
  • the permanent magnets can in particular be so-called blow magnets, which are provided and set up for switching arcs, that is to say arcs which can occur during the switching processes between a fixed contact and the moving contact, deflect and thereby lengthen.
  • switching arcs are deflected from each of the stationary contacts in the direction of one of the longitudinal side wall parts.
  • the permanent magnets can cause switching arcs, which occur during switching operations between a fixed contact and the movable contact, to be deflected in a transverse direction.
  • the permanent magnets can be arranged with translational symmetry along the longitudinal direction with respect to their poles.
  • the switching arcs that can form on one of the stationary contacts are deflected to a different longitudinal side wall part than the switching arcs that can form on the other stationary contact.
  • the switching arcs at the two stationary contacts are deflected in opposite transverse directions and thus to opposite longitudinal side wall parts, regardless of the direction of the current. This can prevent arcs that occur simultaneously on both fixed contacts from being able to combine, since this could lead to a short circuit.
  • the distances T between the stationary contacts and the respectively closer transverse side wall part are particularly preferably as small as possible, for example less than or equal to 1/10 or preferably less than or equal to 1/20 of the extent of the switching chamber and in particular the interior of the switching chamber, in the longitudinal direction . It can thereby be achieved that in each case one of the Permanent magnets as close as possible to one of the fixed contacts and thus as close as possible to the starting points of the arcs. Because the distance between the longitudinal side wall parts and the fixed contacts is greater than the distance between the transverse side wall parts and the fixed contacts, it can be achieved that the arcs have enough space in the transverse direction to burn in the free space of the switching chamber and to cool off. The arcs preferably barely reach the switching chamber wall, that is to say in particular the longitudinal side wall parts, or particularly preferably not at all. As a result, the risk of damage to the switching chamber wall by arcing can be reduced or even completely prevented.
  • the switching chamber has an at least approximately square cross section in a top view in the vertical direction.
  • the longitudinal side wall parts can have a distance B from one another in the transverse direction, which essentially corresponds to a distance K between the sides of the at least two stationary contacts facing away from one another in the longitudinal direction.
  • the switching chamber, and in particular the interior thereof has a width B in the transverse direction which essentially corresponds to the space required for the arrangement of the stationary contacts in the longitudinal direction. “Essentially correspond” here can correspond to a deviation of less than or equal to 20% and preferably less than or equal to 10% of the said length dimensions from one another.
  • the switching chamber has a width B in the transverse direction that is somewhat smaller than the distance K of facing away from each other sides of the two fixed contacts in the longitudinal direction.
  • the switching chamber has at least one web which is arranged in the longitudinal direction between the at least two stationary contacts and which extends from at least one longitudinal side wall part in the transverse direction into the switching chamber.
  • the at least one web in the interior of the switching chamber allows at least partial separation of the interior of the switching chamber into different combustion chambers, i.e. into different spatial areas for the switching arcs formed on the fixed contacts. As a result, the insulation capacity of the switching chamber can be increased significantly.
  • the at least one web can extend in the transverse direction in the interior of the switching chamber over the movable contact from one of the longitudinal side wall parts to the other of the longitudinal side wall parts.
  • the at least one web can have a recess in which the movable contact can move during the switching processes.
  • the at least one web can directly adjoin a cover part of the switching chamber.
  • the at least one web can in particular be designed in one piece with the side wall parts and / or a cover part of the switching chamber.
  • the switching chamber has at least two such webs, both of which are arranged in the longitudinal direction between the at least two stationary contacts and of which each is from at least one longitudinal side wall part extends in the transverse direction into the switching chamber.
  • the webs are spaced apart from one another in the longitudinal direction.
  • both webs can extend in the transverse direction over the movable contact in the interior of the switching chamber from one of the longitudinal side wall parts to the other of the longitudinal side wall parts.
  • the webs can run along and directly adjacent to a cover part of the switching chamber.
  • one or more spaces can be formed in the interior of the switching chamber between the stationary contacts, which space or spaces are at least partially separated from the stationary contacts and thus electrically isolated.
  • Additional components such as additional contacts and / or a gas filler neck for filling in the gas described above to form the gas atmosphere in the switching chamber can be arranged in the at least one isolated space formed in this way.
  • At least one permanent magnet can preferably be arranged in the switching chamber in the longitudinal direction between the two webs and thus such a space.
  • two permanent magnets can be arranged between the two webs symmetrically to the movable contact, that is to say symmetrically to a plane of symmetry that is spanned by the longitudinal and the vertical direction.
  • the one or the two permanent magnets arranged in the switching chamber between the webs can additionally be designed as blowing magnets and thus as deflecting magnets for switching arcs that occur at the contacts. This makes it possible, in addition to blowing magnets outside the switching chamber, to have further blowing magnets inside the switching chamber to arrange. These can be protected from the switching arcs by the webs.
  • Figure 2 is a schematic representation of a switching chamber for a switching device according to a further embodiment
  • Figures 3A to 3C are schematic representations of a
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a switching chamber for a switching device according to a further exemplary embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a conventional switching chamber.
  • FIGS. 1A to 1D show an exemplary embodiment of a switching device 100 which can be used, for example, to switch strong electrical currents and / or high electrical voltages and which can be a relay or contactor, in particular a power contactor.
  • a switching device 100 which can be used, for example, to switch strong electrical currents and / or high electrical voltages and which can be a relay or contactor, in particular a power contactor.
  • Figure 1A is a three-dimensional
  • FIGS. 1A to ID Sectional representation shown with a vertical sectional plane, while in Figures 1B to ID two-dimensional sectional representations through parts of the switching device 100 with a horizontal sectional plane in Figures 1B and 1C and a vertical sectional plane in Figure ID are shown.
  • the following description relates equally to FIGS. 1A to ID.
  • the geometries shown are to be understood as exemplary and not restrictive and can also be designed as alternatives.
  • the switching device 100 has two fixed contacts 2, 3 and one movable contact 4 in a housing 1.
  • the movable contact 4 is designed as a contact plate.
  • the fixed contacts 2, 3 together with the movable contact 4 form the switching contacts.
  • other numbers of fixed and / or movable contacts can also be possible.
  • the housing 1 serves primarily as protection against contact for the components arranged in the interior and comprises a plastic or is made of it, for example PBT or glass fiber-filled PBT.
  • the fixed contacts 2, 3 and / or the movable contact 4 can be made of, for example, Cu, a Cu alloy, one or more refractory metals such as Wo, Ni and / or Cr, or a mixture of the mentioned materials, for example copper with at least one further metal, for example Wo, Ni and / or Cr.
  • the switching device 100 is shown in an idle state, in which the movable contact 4 is spaced from the stationary contacts 2, 3, so that the contacts 2, 3, 4 are galvanically separated from one another.
  • the design of the switching contacts shown and in particular their geometry are purely exemplary and should not be understood as restrictive. Alternatively, the switching contacts can also be designed differently.
  • the switching device 100 has a movable magnet armature 5 which essentially performs the switching movement.
  • the magnet armature 5 has a magnetic core 6, for example with or made of a ferromagnetic material.
  • the magnet armature 5 also has an axis 7 which is guided through the magnetic core 6 and is firmly connected to the magnetic core 6 at one end of the axis.
  • the magnet armature 5 has the movable contact 4, which is also connected to the axis 7.
  • the axis 7 can preferably be made with or from stainless steel.
  • an insulator 47 which can also be referred to as a bridge insulator, can be arranged between them.
  • the magnetic core 6 is surrounded by a coil 8.
  • a current flow in the coil 8 that can be switched on from outside by a control circuit generates a movement of the magnetic core 6 and thus the entire armature 5 in the axial direction until the movable contact 4 makes contact with the stationary contacts 2, 3.
  • the armature moves upwards.
  • the armature 5 thus moves from a first position, which corresponds to the idle state shown and at the same time to the disconnecting, i.e. non-switching and thus switched-off state, into a second position, which corresponds to the active, i.e. switching-through and thus switched-on state.
  • the contacts 2, 3, 4 are galvanically connected to one another.
  • the switching device 100 has a yoke 9, which can comprise or be made from pure iron or a low-doped iron alloy and which forms part of the magnetic circuit.
  • the yoke 9 has an opening in which the axis 7 is guided. If the current flow in the coil 8 is interrupted, the magnet armature 5 is moved back into the first position by one or more springs 10. In the illustration shown, the armature 5 thus moves downwards again. The switching device 100 is then again in the idle state in which the contacts 2, 3, 4 are open.
  • the direction of movement of the armature 5 and thus of the movable contact 4 is also referred to below as the vertical direction 91.
  • the arrangement direction of the stationary contacts 2, 3, which is perpendicular to the vertical direction 91, is referred to as the longitudinal direction 92 in the following.
  • the direction perpendicular to the vertical direction 91 and perpendicular to the longitudinal direction 92 is referred to below as the transverse direction 93.
  • the directions 91, 92 and 93, which are also independent of the switching movement described are indicated in the figures to facilitate orientation.
  • the contacts 2, 3, 4 are arranged in a gas atmosphere, so that the switching device 100 as gas-filled
  • the contacts 2, 3, 4 are arranged within a switching chamber 11, formed by a switching chamber wall 12 and a switching chamber base 13, in a gas-tight area 14 formed by a hermetically sealed part, the switching chamber 11 being part of the gas-tight area 14.
  • the gas-tight area 14 completely surrounds the magnet armature 5 and the contacts 2, 3, 4, except for parts of the stationary contacts 2, 3 which are provided for external connection.
  • the gas-tight area 14 and thus also the interior 15 of the switching chamber 11 are filled with a gas.
  • the gas-tight area 14 is essentially formed by parts of the switching chamber 11, the yoke 9 and additional walls.
  • the gas that can be filled into the gas-tight area 14 through a gas filler neck during the production of the switching device 100 can be particularly preferred Containing hydrogen, for example with 20% or more H2 in an inert gas or even with 100% H2, since gas containing hydrogen can promote the extinguishing of arcs.
  • the switching chamber wall 12 and the switching chamber floor 13 can for example be made with or from a metal oxide such as Al2O3.
  • plastics with a sufficiently high temperature resistance for example a PEEK, a PE and / or a glass fiber-filled PBT, are also suitable.
  • the switching chamber 11 can at least partially also have a POM, in particular with the structure (CH2O) n .
  • Such a plastic can be characterized by a comparatively low carbon content and a very low tendency to form graphite. Due to the same proportions of carbon and oxygen, especially in the case of (CH 2 0) n , predominantly gaseous CO and H2 can arise in the case of heat-induced and, in particular, arc-induced decomposition. The additional hydrogen can increase the arc extinction.
  • FIGS. 1B and 1C schematic sectional representations of the switching chamber 11 are shown in a horizontal sectional plane perpendicular to the vertical direction 91.
  • FIGS. 1B and 1C are indicated in simplified form in FIGS. 1B and 1C for the sake of clarity only by lines, the movable contact 4 lying outside the sectional plane shown and only indicated to improve clarity. Furthermore, an exemplary current direction is indicated in the fixed contacts 2, 3, according to which a load current in the switched-on state of the switching device 100 from the outside through the fixed contact 2 to the movable contact 4 and through the movable contact 4 would flow through the fixed contact 3 again to an external connection.
  • FIG. 1D shows a schematic sectional illustration of part of the switching device 100 in a vertical sectional plane, likewise in a simplified view.
  • the switching chamber wall 12 has a rectangular cross-sectional shape or at least a cross-sectional shape approximated to a rectangle, which, as shown, can have rounded corners, for example.
  • the switching chamber wall 12 has opposite transverse side wall parts 121 and opposite longitudinal side wall parts 122, which result in the at least approximately rectangular shape.
  • the transverse side wall parts 121, the longitudinal side wall parts 122 and a cover part 119 with openings 120 for the stationary contacts 2, 3 are, as indicated in the exemplary embodiment shown, designed in one piece and form the switching chamber wall 12.
  • the side wall parts 121, 122 can also be connected to the switching chamber floor 13 be formed in one piece.
  • the side wall parts 121, 122 can form the switching chamber wall 12 without a cover part and without the switching chamber bottom, which can then form the switching chamber 11 together with the separately manufactured cover part and the separately manufactured switching chamber bottom 13.
  • Each of the stationary contacts 2, 3 is at a smaller distance from the transverse side wall part 121, which is closer in each case, than from the longitudinal side wall parts 122. As indicated in FIG , namely the nearer transversal Side wall part 121 on. Furthermore, each of the stationary contacts 2, 3 is at a distance L from the longitudinal side wall parts 122, wherein the distance L between each of the stationary contacts 2, 3 and each of the longitudinal side wall parts 122 can be the same or different.
  • the distance T can be measured along the longitudinal direction 92 and can be the same or at least substantially the same for the stationary contacts 2, 3 in relation to the respectively closer transverse side wall part 121, i.e. by less than 20% and preferably differ from one another by less than 10%.
  • the distance L can be measured in each case between each stationary contact 2, 3 and each longitudinal side wall part 122 in the transverse direction.
  • the distance L discussed here and in the following denotes the respective smaller distance between each of the stationary contacts 2, 3 and the longitudinal side wall parts 122, with the relation T ⁇ L applying to all stationary contacts 2, 3 and the associated distances T and L.
  • each of the stationary contacts 2, 3 has the same or essentially the same distance L from the two longitudinal side wall parts 122.
  • the distances T and L represent gap or
  • Clearance widths between the stationary contacts 2, 3 and the side wall parts 121, 122 relate to the respective minimum distance between an upper side of a stationary contact 2, 3 and an inner surface of the respective side wall part 121, 122.
  • T / L ⁇ 0.5 or preferably T / L ⁇ 0.3 or particularly preferably T / L ⁇ 0.25, so that the minimum gap between a stationary contact 2, 3 and a longitudinal side wall part 122 is at least about twice or preferably at least about three times or particularly preferably at least about four times as large as the minimum gap between the fixed contact 2, 3 and the closer transverse side wall part 121.
  • the switching chamber 11 has an at least approximately square cross section in a horizontal sectional plane.
  • the longitudinal side wall parts 122 preferably have a distance B from one another in the transverse direction 93, which corresponds essentially to a distance K between the sides of the two stationary contacts 2, 3 facing away from one another in the longitudinal direction 91.
  • the switching chamber particularly preferably has a width B in the transverse direction which is equal to or slightly smaller than the distance K between the sides of the two stationary contacts 2, 3 facing away from one another in the longitudinal direction.
  • permanent magnets 16 are provided outside the switching chamber 11 and are provided and set up to deflect the arcs 99 indicated in FIG.
  • the permanent magnets 16 bring about a lengthening of the arc path and can thus improve the extinguishing of the arcs 99.
  • Each of the permanent magnets 16 is arranged on an outer side of a transverse side wall part 121 facing away from the stationary contacts 2, 3 and the movable contact 4 and thus outside the interior 15 of the switching chamber 11.
  • the fixed contacts 2, 3 and the movable contact 4 are arranged in particular along the longitudinal direction 92 between the permanent magnets 16, so that the Permanent magnets 16 and the stationary contacts 2, 3 are arranged in rows along the longitudinal direction 92.
  • Deflection directions 90 is indicated.
  • the permanent magnets 16 are arranged with translational symmetry along the longitudinal direction 92 with respect to their poles. It can thereby be achieved that the arcs 99 that can form on the stationary contact 2 are deflected to a different longitudinal side wall part 122 than the arcs 99 that can form on the stationary contact 3.
  • the deflection directions 90 are reversed in each case. The arcs 99 at the two stationary contacts 2, 3 are thus deflected in opposite transverse directions 93 and thus to opposite longitudinal side wall parts 122, regardless of the direction of the load current.
  • the distances T between the stationary contacts 2, 3 and the respectively closer transverse side wall part 121 are particularly preferably as small as possible, preferably approximately less than or equal to 1/10 or particularly preferably less than or equal to 1/20 of the length G of the switching chamber 11 in the longitudinal direction 92 It can thereby be achieved that in each case one of the permanent magnets 16 is placed as close as possible to one of the stationary contacts 2, 3 and thus as close as possible to the starting points of the arcs 99.
  • the areas of the switching chamber wall 12 are indicated, in the direction of which the arcs 99 could be directed.
  • the arcs 99 can have sufficient space in the transverse direction 93 in order to burn and cool down in the free space of the switching chamber 11, preferably without reaching the switching chamber wall 12, that is to say in particular the longitudinal side wall parts 122. As a result, the risk of damage to the switching chamber wall 12 by arcing can be reduced or even completely prevented.
  • FIG. 5 shows the switching chamber 911 of a conventional contactor with fixed contacts 992, 993 and a movable contact 994 corresponding to the view of FIGS. 1B and 1C.
  • the conventional contactor has a switching chamber 911 which, corresponding to the shape and arrangement of the contacts 2, 3, 4, has a conventional elongated configuration in the longitudinal direction.
  • the blowing magnets 916 are arranged on the longer longitudinal sides of the switching chamber 911. Will this contactor with a If the current flow through the contacts 992, 993, 994 with the preferred current direction shown is switched off, the arcs migrate to the short transverse outer sides of the switching chamber 911 as indicated by the deflection directions 990. The temperature load is highest in the areas 998 marked by the dashed boxes. If this is to be reduced, the switching chamber 911 would have to be lengthened in the longitudinal direction in order to increase the distance.
  • the extinguishing capability can be significantly improved in comparison with a conventional contactor.
  • an enlarged distance between the starting points of the arcs 99 and the inner wall of the switching chamber 11 can be achieved, which results in a significantly lower load on the switching chamber wall results.
  • the permanent magnets 16 for deflecting the arcs 99 can also be brought significantly closer to the arc attachment points, which results in additional advantages.
  • the discharge space offers enough space for the arcs 99 for a deflection in the transverse direction 93 and thus at right angles to the main direction of extent of the movable contact 4, since the distance between the fixed contacts 2, 3 and the longitudinal side wall parts 122 is greater than the respective closest transverse side wall part 121.
  • the switching chamber wall 12 of the switching chamber 11 is shown in a schematic sectional illustration corresponding to the view shown in FIGS. 1B and 1C, the positions of the contacts 2, 3, 4 again being indicated.
  • the switching chamber 11 has at least one web 123 which extends in one direction the longitudinal direction 92 is arranged between the at least two stationary contacts 2, 3 and which extends from at least one longitudinal side wall part 122 in the transverse direction 93 into the interior 15 of the switching chamber 11.
  • a web 123 is indicated on each of the longitudinal side walls 122.
  • the two webs 123 can also, as is shown in particular in the following exemplary embodiment, be designed as a web that extends in the transverse direction 93 in the interior 15 of the switching chamber 11 over the movable contact 4 from one of the longitudinal side wall parts 122 to the other of the longitudinal side wall parts 122 extends.
  • the web 123 can have a recess in which the movable contact 4 can move during the switching processes.
  • the at least one web 123 in the interior 15 of the switching chamber 11 can at least partially separate the interior 15 into different areas that form separate combustion chambers, i.e. different spatial areas for the switching arcs formed on the fixed contacts 2, 3. As a result, the insulation capacity of the switching chamber 11 can be increased significantly.
  • the web 123 is part of the switching chamber wall 12 and can in particular be formed in one piece with the switching chamber wall 12.
  • FIGS. 3A to 3C A further exemplary embodiment for a switching chamber 11 for the switching device 100 is shown in FIGS. 3A to 3C, the view in FIG. 3A corresponding to the view in FIG. Three-dimensional views of the switching chamber wall 11 are shown in FIGS. 3B and 3C.
  • the switching chamber 11 of this exemplary embodiment has two webs 123, both of which are shown in FIG are arranged in the longitudinal direction 92 between the stationary contacts 2, 3, the webs 123 being spaced apart from one another in the longitudinal direction 92.
  • Both webs 123 extend in the transverse direction 93 over the movable contact 4 in the interior 15 of the switching chamber 11 from one of the longitudinal side wall parts 122 to the other of the longitudinal side wall parts 122.
  • the webs 123 each have a recess 124 in which the movable contact Contact 4 can move during the switching processes.
  • the webs 123 run along and directly adjoining the cover part 119 of the switching chamber 11.
  • the side wall parts 121, 122, the cover part 119 and the webs 123 are formed in one piece in the exemplary embodiment shown.
  • the webs 123 form an area in the interior 15 between the stationary contacts 2, 3, which is at least partially separated from the stationary contacts 2, 3 and thus electrically insulated. Additional components such as additional contacts and / or a gas filler neck for filling in the previously described gas to form the gas atmosphere in the switching chamber can be arranged in the isolated space 127 thus formed. Corresponding openings 125 for additional contacts and an opening 126 for a gas filler neck are indicated in FIG. 3C.
  • FIG 4 a further embodiment of a switching chamber 11 for the switching device 100 is shown in which the switching chamber wall 12 is formed as described above and in which in the longitudinal direction 92 between the two webs 123 and thus in one of the fixed contacts 2, 3 at least partially separated space 127
  • Permanent magnets 17 are arranged in the interior 15 of the switching chamber 11. As shown, these permanent magnets 17, which can be present in addition to or as an alternative to the permanent magnets 16 attached outside the switching chamber 11, are particularly preferably between the two webs 123 symmetrical to the movable contact 4, i.e. symmetrical to a plane of symmetry that is defined by the longitudinal and the vertical direction is spanned, arranged.
  • the space 127 is correspondingly symmetrical.
  • the permanent magnets 17 arranged in the switching chamber 11 between the webs 123 can in particular also be designed as blow magnets and thus as deflection magnets for switching arcs occurring at the contacts 2, 3, 4.
  • the at least one additional web 123 in the interior 15 of the switching chamber 11 can create at least separate "combustion chambers" in the interior 15, which can significantly increase the insulation capabilities one or more rooms are created in the form of at least partially isolated chambers for additional components, which then no longer with the
  • Switching arcs can come into contact. Furthermore, as described, at least one space can be created within the discharge space, which not only contains the isolation paths extend and improve the insulation resistance, but in which additional permanent magnets can be attached.

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Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung (100) angegeben, die zwei feststehende Kontakte (2, 3) und einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11) aufweist, wobei die feststehenden Kontakte (2, 3) entlang einer longitudinalen Richtung (92) nebeneinander angeordnet sind, die Schaltkammer (11) eine Schaltkammerwand (12) mit sich gegenüberliegenden transversalen Seitenwandteilen (121) und mit sich gegenüberliegenden longitudinalen Seitenwandteilen (122) aufweist und jeder der zwei feststehenden Kontakte einen Abstand (T) zu einem der transversalen Seitenwandteile aufweist, der kleiner ist als ein jeweiliger Abstand (L) zu den longitudinalen Seitenwandteilen.

Description

Beschreibung
SchaltVorrichtung
Es wird eine Schaltvorrichtung angegeben.
Die Schaltvorrichtung ist insbesondere als ein durch elektrisch leitenden Strom betreibbarer, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter ausgebildet. Die Schaltvorrichtung kann über einen Steuerstromkreis aktiviert werden und kann einen Laststromkreis schalten. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung als Relais oder als Schütz, insbesondere als Leistungsschütz, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die Schaltvorrichtung als gasgefülltes Leistungsschütz ausgebildet sein.
Eine mögliche Anwendung von derartigen Schaltvorrichtungen, insbesondere von Leistungsschützen, ist das Öffnen und Trennen von Batteriestromkreisen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen wie etwa elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen oder in Anwendungen auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien.
In seiner Funktion als Sicherheitskomponente wird ein Schütz üblicherweise in Kombination mit einer Sicherung zwischen einer Batterie, etwa einer Lithium-Ionen-Batterie, und einem Elektromotor eingesetzt und muss bei Fehlfunktionen die Stromquelle von der Last trennen können. Heutzutage werden solche Systeme üblicherweise bei Spannungen von etwa 450 V betrieben. In einer nächsten Generation solcher Systeme kann die elektrische Spannung bis zu 800 V betragen. Darüber hinaus, beispielsweise in speziellen Anwendungen, sind bis zu 1500 V Gleichspannung gefordert. Je höher die elektrische Spannung der Anwendung ist, desto größere Herausforderungen werden an die Konstruktion des Schützes gestellt, das im Fehlerfall hohe Ströme bei den genannten hohen Spannungen unterbrechen muss. Dies kann zur Entstehung von Lichtbögen führen, die zu einer Schädigung von Schützkomponenten führen können. Daher ist es wichtig, Lichtbögen möglichst effektiv zu löschen. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Lichtbögen nur in Bereichen entstehen, in denen die Gefahr von Schädigungen möglichst gering ist, wobei es außerdem wünschenswert ist, wenn das Schütz bidirektional und somit unabhängig von der Stromrichtung durch das Schütz verwendet werden kann.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Schaltvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte und zumindest einen beweglichen Kontakt auf. Die zumindest zwei feststehenden Kontakte und der zumindest eine bewegliche Kontakt sind dazu vorgesehen und eingerichtet, einen an die Schaltvorrichtung und insbesondere an die zumindest zwei feststehenden Kontakte anschließbaren Laststromkreis ein- und auszuschalten. Der bewegliche Kontakt ist in der Schaltvorrichtung entsprechend derart zwischen einem nicht- durchschaltenden Zustand und einem durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung bewegbar, dass der bewegliche Kontakt im nicht-durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung von den feststehenden Kontakten beabstandet und damit galvanisch getrennt ist und im durchschaltenden Zustand einen mechanischen Kontakt zu den zumindest zwei feststehenden Kontakten aufweist und damit galvanisch mit diesen verbunden ist. Die feststehenden Kontakte sind somit voneinander getrennt in der Schaltvorrichtung angeordnet und können je nach Zustand des beweglichen Kontakts durch den beweglichen Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander getrennt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung eine Schaltkammer auf, in dem der bewegliche Kontakt und die feststehenden Kontakte angeordnet sind. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig in der Schaltkammer angeordnet sein. Dass ein feststehender Kontakt in der Schaltkammer angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Kontaktbereich des feststehenden Kontakts, der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht, innerhalb der Schaltkammer angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein in der Schaltkammer angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb der Schaltkammer, elektrisch kontaktierbar sein. Hierzu kann ein in der Schaltkammer angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus der Schaltkammer herausragen und außerhalb der Schaltkammer eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen. Die Schaltkammer weist somit bevorzugt Öffnungen auf, durch die die feststehenden Kontakte in die Schaltkammer hineinragen. Die feststehenden Kontakte sind beispielsweise in den Öffnungen der Schaltkammer eingelötet und ragen sowohl in den Innenraum der Schaltkammer hinein als auch aus der Schaltkammer heraus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem der bewegliche Kontakt und die feststehenden Kontakte angeordnet sind. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig im Gehäuse angeordnet sein. Dass ein feststehender Kontakt im Gehäuse angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Kontaktbereich des feststehenden Kontakts, der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht, innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb des Gehäuses, elektrisch kontaktierbar sein. Hierzu kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus dem Gehäuse herausragen und außerhalb des Gehäuses eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen. Insbesondere kann dies für jeden feststehenden Schaltkontakt gelten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte in einer Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet. Das kann insbesondere bedeuten, dass der bewegliche Kontakt vollständig in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet ist und dass weiterhin zumindest Teile der feststehenden Kontakte, etwa die Kontaktbereiche der feststehenden Kontakte, in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet sind.
Die Schaltvorrichtung kann entsprechend besonders bevorzugt eine gasgefüllte Schaltvorrichtung wie etwa ein gasgefülltes Schütz sein. Die Gasatmosphäre kann insbesondere eine Löschung von Lichtbögen, die während der Schaltvorgänge entstehen können, fördern. Das Gas der Gasatmosphäre kann beispielsweise ein Wasserstoff- und/oder Stickstoff-haltiges Gas, insbesondere unter hohem Druck, aufweisen oder sein. Bevorzugt kann das Gas einen Anteil von zumindest 50% H2 aufweisen. Zusätzlich zum Wasserstoff kann das Gas ein inertes Gas aufweisen, besonders bevorzugt N2 und/oder eines oder mehrere Edelgase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich die Schaltkammer innerhalb des Gehäuses. Weiterhin kann sich insbesondere das Gas, also zumindest ein Teil der Gasatmosphäre, in der Schaltkammer befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der bewegliche Kontakt mittels eines Magnetankers bewegbar. Der Magnetanker kann hierzu insbesondere eine Achse aufweisen, die an einem Ende mit dem beweglichen Kontakt derart verbunden ist, dass der bewegliche Kontakt vermittels der Achse bewegbar ist, also bei einer Bewegung der Achse durch diese ebenfalls bewegt wird. Die Achse kann insbesondere durch eine Öffnung in der Schaltkammer in die Schaltkammer hineinragen. Insbesondere kann die Schaltkammer einen Schaltkammerboden aufweisen, der eine Öffnung aufweist, durch die die Achse hindurchragt. Der Magnetanker kann durch einen magnetischen Kreis bewegbar sein, um die vorab beschriebenen Schaltvorgänge zu bewirken. Hierzu kann der magnetische Kreis ein Joch aufweisen, das eine Öffnung aufweist, durch die die Achse des Magnetankers hindurch ragt.
Während eines Schaltvorgangs bewegen sich der Magnetanker, die Achse und der bewegliche Kontakt bevorzugt in einer linearen Bewegung in Form einer Hub- oder Senkbewegung in eine Richtung entlang der Achse. Die Bewegungsrichtung des beweglichen Kontakts, die der Haupterstreckungsrichtung der Achse entspricht, kann hier und im Folgenden auch als vertikale Richtung bezeichnet werden.
Die feststehenden Kontakte sind entlang einer longitudinalen Richtung nebeneinander angeordnet, wobei die longitudinale Richtung in einer zur vertikalen Richtung senkrecht stehenden horizontalen Ebene liegt. Der bewegliche Kontakt kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein und eine Haupterstreckungsebene parallel zur horizontalen Ebene aufweisen. Senkrecht zur vertikalen und longitudinalen Richtung ist eine transversale Richtung definiert, so dass die horizontale Ebene durch eine longitudinale und transversale Richtung aufgespannt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltkammer eine Schaltkammerwand auf. Die Schaltkammerwand kann in einer horizontalen Schnittansicht, also in einer Schnittansicht mit einer senkrecht zur vertikalen Richtung stehenden Schnittachse, bevorzugt eine rechteckige Querschnittsform oder zumindest eine an ein Rechteck angenäherte Querschnittsform aufweisen. Insbesondere kann die Schaltkammerwand sich gegenüberliegende longitudinale Seitenwandteile und sich gegenüberliegende transversale Seitenwandteile aufweisen, die in einer horizontalen Schnittansicht im Hinblick auf Ihre Außen- und/oder Innenkonturen die Rechteckform ergeben. Mit anderen Worten kann sich ein longitudinales Seitenwandteil im Wesentlichen in vertikaler und longitudinaler Richtung erstrecken, während sich ein transversales Seitenteil im Wesentlichen in vertikaler und transversaler Richtung erstrecken kann.
Hierbei können bevorzugt die longitudinalen Seitenwandteile, die transversalen Seitenwandteile sowie ein Deckelteil mit Öffnungen für die feststehenden Kontakte einstückig ausgebildet sein und die Schaltkammerwand bilden. Die Schaltkammer kann zusätzlich einen Schaltkammerboden aufweisen, der zusammen mit der Schaltkammerwand die Schaltkammer bildet. Alternativ hierzu können die Seitenwandteile auch mit dem Schaltkammerboden einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus können die Seitenwandteile ohne ein Deckelteil und ohne den Schaltkammerboden die Schaltkammerwand bilden, die zusammen mit dem separat gefertigten Deckelteil und dem separat gefertigten Schaltkammerboden die Schaltkammer bildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jeder der feststehenden Kontakte zum jeweils näher gelegenen transversalen Seitenwandteil einen geringeren Abstand auf als zu den longitudinalen Seitenwandteilen. Insbesondere kann jeder der feststehenden Kontakte einen Abstand T zu einem der transversalen Seitenwandteile aufweisen, wobei der Abstand T kleiner ist als ein jeweiliger Abstand L zu den longitudinalen Seitenwandteilen. Mit anderen Worten weist jeder der feststehenden Kontakte zum jeweils näheren transversalen Seitenwandteil einen Abstand T auf.
Insbesondere kann der Abstand T jeweils entlang der longitudinalen Richtung gemessen werden und für die feststehenden Kontakte in Bezug auf den jeweils näheren transversalen Seitenwandteil gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sein. „Im Wesentlichen gleich" kann hier und im Folgenden eine Abweichung von weniger als 20% und bevorzugt von weniger als 10% voneinander bedeuten. Weiterhin weist jeder der feststehenden Kontakte zu den longitudinalen Seitenwandteilen einen Abstand L auf, wobei der Abstand L jeweils insbesondere in transversaler Richtung gemessen werden kann. Besonders bevorzugt weist jeder der feststehenden Kontakte zu beiden longitudinalen Seitenwandteilen einen gleichen oder im Wesentlichen gleichen Abstand L auf. Die Abstände T und L können sich besonders bevorzugt auf die jeweilige minimale Entfernung zwischen einer Oberseite eines feststehenden Kontakts und einer Innenoberfläche des jeweiligen Seitenwandteils beziehen, so dass die Abstände T und L jeweils als Spalt- oder Zwischenraumbreiten zwischen den feststehenden Kontakten und den Seitenwandteilen verstanden werden können.
Besonders bevorzugt kann T/L < 0,5 oder T/L < 0,3 oder T/L < 0,25 gelten. Mit anderen Worten kann der minimale Zwischenraum zwischen einem feststehenden Kontakt und einem longitudinalen Seitenwandteil mindestens etwa doppelt oder mindestens etwa dreimal oder bevorzugt mindestens etwa viermal so groß sein wie der minimale Zwischenraum zwischen dem feststehenden Kontakt und dem näheren transversalen Seitenwandteil .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die feststehenden Kontakte und der bewegliche Kontakt entlang der longitudinalen Richtung zwischen Permanentmagneten angeordnet. Mit anderen Worten können die Permanentmagnete und die feststehenden Kontakte entlang der longitudinalen Richtung reihenartig angeordnet sein. Besonders bevorzugt kann jeder der Permanentmagnete auf einer den feststehenden Kontakten und dem beweglichen Kontakt abgewandten Außenseite eines transversalen Seitenwandteils und damit außerhalb des Innenraums der Schaltkammer angeordnet sein.
Bei den Permanentmagneten kann es sich insbesondere um sogenannte Blasmagnete handeln, die dazu vorgesehen und eingerichtet sind, Schaltlichtbögen, also Lichtbögen, die während der Schaltvorgänge zwischen einem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt auftreten können, abzulenken und dadurch zu verlängern. Durch die longitudinale Anordnung der Permanentmagnete werden Schaltlichtbögen von jedem der feststehenden Kontakte in Richtung einer der longitudinalen Seitenwandteile abgelenkt. Mit anderen Worten kann durch die Permanentmagnete bewirkt werden, dass Schaltlichtbögen, die bei Schaltvorgängen zwischen einem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt auftreten, in eine transversale Richtung abgelenkt werden. Insbesondere können die Permanentmagnete translationssymmetrisch entlang der longitudinalen Richtung in Bezug auf ihre Pole angeordnet sein. Dadurch kann erreicht werden, dass die Schaltlichtbögen, die sich an einem der feststehenden Kontakte bilden können, zu einem anderen longitudinalen Seitenwandteil abgelenkt werden als die Schaltlichtbögen, die sich am anderen feststehenden Kontakt bilden können. Mit anderen Worten werden die Schaltlichtbögen an den beiden feststehenden Kontakten unabhängig von der Stromrichtung in entgegengesetzte transversale Richtungen und damit zu entgegengesetzten longitudinalen Seitenwandteilen hin abgelenkt. Dadurch kann verhindert werden, dass sich gleichzeitig an beiden feststehenden Kontakten auftretende Lichtbögen vereinigen können, da dies zu einem Kurzschluss führen könnte.
Besonders bevorzugt sind die Abstände T zwischen den feststehenden Kontakten und dem jeweils näheren transversalen Seitenwandteil möglichst klein, also beispielsweise etwa kleiner oder gleich 1/10 oder bevorzugt kleiner oder gleich 1/20 der Ausdehnung der Schaltkammer und insbesondere des Innenraums der Schaltkammer, in longitudinaler Richtung. Dadurch kann erreicht werden, dass jeweils einer der Permanentmagnete möglichst nahe an einem der feststehenden Kontakte und damit möglichst nahe an den Ansatzpunkten der Lichtbögen platziert ist. Dadurch, dass der Abstand zwischen den longitudinalen Seitenwandteilen und den feststehenden Kontakten größer ist als der Abstand zwischen den transversalen Seitenwandteilen und den feststehenden Kontakten, kann erreicht werden, dass die Lichtbögen genügend Platz in transversaler Richtung haben, um im freien Raum der Schaltkammer zu brennen und sich abzukühlen. Bevorzugt erreichen die Lichtbögen die Schaltkammerwand, also insbesondere die longitudinalen Seitenwandteile, kaum oder besonders bevorzugt gar nicht. Dadurch kann die Gefahr einer Schädigung der Schaltkammerwand durch Lichtbögen vermindert oder sogar ganz verhindert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltkammer in einer Aufsicht in vertikaler Richtung einen zumindest annähernd quadratischen Querschnitt auf. Weiterhin können die longitudinalen Seitenwandteile in transversaler Richtung einen Abstand B voneinander aufweisen, der im Wesentlichen einem Abstand K der voneinander abgewandten Seiten der zumindest zwei feststehenden Kontakte in longitudinaler Richtung entspricht. Mit anderen Worten weist die Schaltkammer und insbesondere der Innenraum dieser in transversaler Richtung eine Breite B auf, die im Wesentlichen dem Platzbedarf der Anordnung der feststehenden Kontakte in longitudinaler Richtung entspricht. „Im Wesentlichen entsprechen" kann hierbei eine Abweichung von kleiner oder gleich 20% und bevorzugt von kleiner oder gleich 10% der besagten Längenmaßen voneinander entsprechen. Besonders bevorzugt weist die Schaltkammer in transversaler Richtung eine Breite B auf, die etwas kleiner als der Abstand K der voneinander abgewandten Seiten der zwei feststehenden Kontakte in longitudinaler Richtung ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltkammer zumindest einen Steg auf, der in longitudinaler Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet ist und der sich von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil in transversaler Richtung in die Schaltkammer hinein erstreckt. Durch den zumindest einen Steg im Innenraum der Schaltkammer kann eine zumindest teilweise Abtrennung des Innenraums der Schaltkammer in verschiedene Brennräume erreicht werden, also in unterschiedliche Raumbereiche für die an den feststehenden Kontakten jeweils gebildeten Schaltlichtbögen. Dadurch kann die Isolationsfähigkeit der Schaltkammer wesentlich erhöht werden.
Insbesondere kann sich der zumindest eine Steg in transversaler Richtung im Innenraum der Schaltkammer über den beweglichen Kontakt hinweg von einem der longitudinalen Seitenwandteile zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile erstrecken. Hierbei kann der zumindest eine Steg eine Aussparung aufweisen, in der sich der bewegliche Kontakt während der Schaltvorgänge bewegen kann. Weiterhin kann der zumindest eine Steg unmittelbar an ein Deckelteil der Schaltkammer anschließen. Der zumindest eine Steg kann insbesondere einstückig mit den Seitenwandteilen und/oder einem Deckelteil der Schaltkammer ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltkammer zumindest zwei solche Stege auf, die beide in longitudinaler Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet ist und von denen sich jeder von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil in transversaler Richtung in die Schaltkammer hinein erstreckt. Die Stege sind hierbei in longitudinaler Richtung voneinander beabstandet. Insbesondere können sich beide Stege in transversaler Richtung über den beweglichen Kontakt hinweg im Innenraum der Schaltkammer von einem der longitudinalen Seitenwandteile zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile erstrecken. Insbesondere können die Stege entlang und unmittelbar angrenzend an ein Deckelteil der Schaltkammer verlaufen. Durch die zumindest zwei Stege können zwischen den feststehenden Kontakten ein oder mehrere Räume im Innenraum der Schaltkammer gebildet werden, der oder die von den feststehenden Kontakten zumindest teilweise abgetrennt und damit elektrisch isoliert sind. In dem so gebildeten zumindest einen isolierten Raum können Zusatzbauteile angeordnet werden wie beispielsweise Zusatzkontakte und/oder ein Gasfüllstutzen zum Einfüllen des vorab beschriebenen Gases zur Bildung der Gasatmosphäre in der Schaltkammer.
Bevorzugt kann in longitudinaler Richtung zwischen den zwei Stegen und damit ein einem solchen Raum zumindest ein Permanentmagnet in der Schaltkammer angeordnet ist. Besonders bevorzugt können zwischen den zwei Stegen symmetrisch zum beweglichen Kontakt, also symmetrisch zu einer Symmetrieebene, die durch die longitudinale und die vertikale Richtung aufgespannt wird, zwei Permanentmagnete angeordnet sein. Der eine oder die zwei in der Schaltkammer zwischen den Stegen angeordneten Permanentmagnete können zusätzlich als Blasmagnete und damit als Ablenkmagnete für an den Kontakten auftretende Schaltlichtbögen ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, zusätzlich zu Blasmagneten außerhalb der Schaltkammer weitere Blasmagnete innerhalb der Schaltkammer anzuordnen. Durch die Stege können diese vor den Schaltlichtbögen geschützt sein.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A bis ID schematische Darstellungen eines
Ausführungsbeispiels für eine Schaltvorrichtung,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Schaltkammer für eine Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 3A bis 3C schematische Darstellungen einer
Schaltkammer und einer Schaltkammerwand für eine Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Schaltkammer für eine Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Schaltkammer .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A bis ID ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltvorrichtung 100 gezeigt, die beispielsweise zum Schalten starker elektrischer Ströme und/oder hoher elektrischer Spannungen eingesetzt werden kann und die ein Relais oder Schütz, insbesondere ein Leistungsschütz, sein kann. In Figur 1A ist eine dreidimensionale
Schnittdarstellung mit einer vertikalen Schnittebne gezeigt, während in den Figuren 1B bis ID zweidimensionale Schnittdarstellungen durch Teile der Schaltvorrichtung 100 mit einer horizontalen Schnittebene in den Figuren 1B und IC und einer vertikalen Schnittebene in Figur ID gezeigt sind. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 1A bis ID. Die gezeigten Geometrien sind nur exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein.
Die Schaltvorrichtung 100 weist in einem Gehäuse 1 zwei feststehende Kontakte 2, 3 und einen beweglichen Kontakt 4 auf. Der bewegliche Kontakt 4 ist als Kontaktplatte ausgebildet. Die feststehenden Kontakte 2, 3 bilden zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 die Schaltkontakte. Alternativ zur gezeigten Kontaktanzahl können auch andere Anzahlen von feststehenden und/oder beweglichen Kontakten möglich sein.
Das Gehäuse 1 dient vornehmlich als Berührschutz für die im Inneren angeordneten Komponenten und weist einen Kunststoff auf oder ist daraus, beispielsweise PBT oder Glasfaser gefülltes PBT. Die feststehenden Kontakte 2, 3 und/oder der bewegliche Kontakt 4 können beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung, einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen wie beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, oder einer Mischung von genannten Materialien, beispielsweise von Kupfer mit zumindest einem weiteren Metall, beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, sein.
In Figur 1A ist die Schaltvorrichtung 100 in einem Ruhezustand gezeigt, in dem der bewegliche Kontakt 4 von den feststehenden Kontakten 2, 3 beabstandet ist, so dass die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch voneinander getrennt sind. Die gezeigte Ausführung der Schaltkontakte und insbesondere deren Geometrie sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Alternativ können die Schaltkontakte auch anders ausgebildet sein.
Die Schaltvorrichtung 100 weist einen beweglichen Magnetanker 5 auf, der im Wesentlichen die Schaltbewegung vollzieht. Der Magnetanker 5 weist einen magnetischen Kern 6 auf, beispielsweise mit oder aus einem ferromagnetischen Material. Weiterhin weist der Magnetanker 5 eine Achse 7 auf, die durch den magnetischen Kern 6 geführt ist und an einem Achsenende fest mit dem magnetischen Kern 6 verbunden ist. Am anderen, dem magnetischen Kern 6 gegenüber liegenden Achsenende weist der Magnetanker 5 den beweglichen Kontakt 4 auf, der ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist. Die Achse 7 kann bevorzugt mit oder aus Edelstahl gefertigt sein. Zur elektrischen Isolierung des beweglichen Kontakts 4 von der Achse 7 kann ein Isolator 47, der auch als Brückenisolator bezeichnet werden kann, zwischen diesen angeordnet sein.
Der magnetische Kern 6 ist von einer Spule 8 umgeben. Ein von außen durch einen Steuerstromkreis aufschaltbarer Stromfluss in der Spule 8 erzeugt eine Bewegung des magnetischen Kerns 6 und damit des gesamten Magnetankers 5 in axialer Richtung, bis der bewegliche Kontakt 4 die feststehenden Kontakte 2, 3 kontaktiert. In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker nach oben. Der Magnetanker 5 bewegt sich somit von einer ersten Position, die dem gezeigten Ruhezustand und gleichzeitig dem trennenden, also nicht-durchschaltendem und somit ausgeschaltetem Zustand entspricht, in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden und somit eingeschalteten Zustand entspricht. Im aktiven Zustand sind die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch miteinander verbunden.
Zur Führung der Achse 7 und damit des Magnetankers 5 weist die Schaltvorrichtung 100 ein Joch 9 auf, das Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein kann und das einen Teil des magnetischen Kreises bildet. Das Joch 9 weist eine Öffnung auf, in der die Achse 7 geführt wird. Wird der Stromfluss in der Spule 8 unterbrochen, wird der Magnetanker 5 durch eine oder mehrere Federn 10 wieder in die erste Position bewegt. In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker 5 somit wieder nach unten. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann wieder im Ruhezustand, in dem die Kontakte 2, 3, 4 geöffnet sind.
Die Bewegungsrichtung des Magnetankers 5 und damit des beweglichen Kontakts 4 wird im Folgenden auch als vertikale Richtung 91 bezeichnet. Die Anordnungsrichtung der feststehenden Kontakte 2, 3, die senkrecht auf der vertikalen Richtung 91 steht, wird im Folgenden als longitudinale Richtung 92 bezeichnet. Die senkrecht zur vertikalen Richtung 91 und senkrecht zur longitudinalen Richtung 92 stehende Richtung wird im Folgenden als transversale Richtung 93 bezeichnet. Die Richtungen 91, 92 und 93, die auch unabhängig von der beschriebenen Schaltbewegung gelten, sind in den Figuren zur Erleichterung der Orientierung angedeutet.
Beispielsweise beim Öffnen der Kontakte 2, 3, 4 kann zumindest ein Lichtbogen 99 wie in Figur ID angedeutet entstehen, der die Kontaktflächen der Kontakte 2, 3, 4 beschädigen kann. Dadurch kann die Gefahr bestehen, dass die Kontakte 2, 3, 4 durch eine durch den Lichtbogen hervorgerufene Verschweißung aneinander „kleben" bleiben und nicht mehr voneinander getrennt werden. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann somit weiter im eingeschalteten Zustand, obwohl der Strom in der Spule 8 abgeschaltet ist und somit der Laststromkreis getrennt sein müsste. Um die Entstehung derartiger Lichtbögen zu verhindern oder um wenigstens die Löschung von auftretenden Lichtbögen zu unterstützen, sind die Kontakte 2, 3, 4 in einer Gasatmosphäre angeordnet, so dass die Schaltvorrichtung 100 als gasgefülltes Relais oder gasgefüllter Schütz ausgebildet ist. Hierzu sind die Kontakte 2, 3, 4 innerhalb einer Schaltkammer 11, gebildet durch eine Schaltkammerwand 12 und einen Schaltkammerboden 13, in einem durch einen hermetisch abgeschlossenen Teil gebildeten gasdichten Bereich 14 angeordnet, wobei die Schaltkammer 11 Teil des gasdichten Bereichs 14 sein kann. Der gasdichte Bereich 14 umgibt den Magnetanker 5 und die Kontakte 2, 3, 4, bis auf zum externen Anschluss vorgesehene Teile der feststehenden Kontakte 2, 3, vollständig. Der gasdichte Bereich 14 und damit auch der Innenraum 15 der Schaltkammer 11 sind mit einem Gas gefüllt. Das gasdichte Bereich 14 wird im Wesentlichen durch Teile der Schaltkammer 11, des Jochs 9 und zusätzliche Wandungen gebildet. Das Gas, das durch einen Gasfüllstutzen im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 in den gasdichten Bereich 14 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstoff-haltig sein, beispielsweise mit 20% oder mehr H2 in einem inerten Gas oder sogar mit 100% H2, da Wasserstoff haltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann.
Die Schaltkammerwand 12 und der Schaltkammerboden 13 können beispielsweise mit oder aus einem Metalloxid wie etwa AI2O3 gefertigt sein. Weiterhin eignen sich auch Kunststoffe mit einer ausreichend hohen Temperaturfestigkeit, beispielsweise ein PEEK, ein PE und/oder ein Glasfaser-gefülltes PBT. Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltkammer 11 zumindest teilweise auch ein POM, insbesondere mit der Struktur (CH2O)n, aufweisen. Ein solcher Kunststoff kann sich durch einen vergleichsweise geringen Kohlenstoffanteil und eine sehr geringe Neigung zur Graphitbildung auszeichnen. Durch die gleichen Anteile von Kohlenstoff und Sauerstoff insbesondere bei (CH20)n können bei einer Wärme- und insbesondere einer Lichtbogen-induzierten Zersetzung überwiegend gasförmiges CO und H2 entstehen. Der zusätzliche Wasserstoff kann die Bogenlöschung verstärken.
In den Figuren 1B und IC sind schematische Schnittdarstellungen der Schaltkammer 11 in einer horizontalen Schnittebene senkrecht zur vertikalen Richtung 91 gezeigt. Die Schaltkammerwand 12 sowie die Kontakte 2, 3,
4 sind in den Figuren 1B und IC der Übersichtlichkeit halber vereinfacht nur durch Linien angedeutet, wobei der bewegliche Kontakt 4 außerhalb der gezeigten Schnittebene liegt und nur zur Verbesserung der Verständlichkeit angedeutet ist. Weiterhin ist in den feststehenden Kontakten 2, 3 eine beispielhafte Stromrichtung angedeutet, gemäß der ein Laststrom im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 von außen durch den feststehenden Kontakt 2 zum beweglichen Kontakt 4 und durch den beweglichen Kontakt 4 durch den feststehenden Kontakt 3 wieder zu einem externen Anschluss fließen würde. In der Figur ID ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teils der Schaltvorrichtung 100 in einer vertikalen Schnittebene ebenfalls in einer vereinfachten Ansicht gezeigt.
Die Schaltkammerwand 12 weist in der horizontalen Schnittansicht eine rechteckige Querschnittsform oder zumindest eine an ein Rechteck angenäherte Querschnittsform auf, die wie gezeigt beispielsweise abgerundete Ecken haben kann. Die Schaltkammerwand 12 weist sich gegenüberliegende transversale Seitenwandteile 121 und sich gegenüberliegende longitudinale Seitenwandteile 122 auf, die die zumindest angenäherte Rechteckform ergeben. Die transversalen Seitenwandteile 121, die longitudinalen Seitenwandteile 122 und ein Deckelteil 119 mit Öffnungen 120 für die feststehenden Kontakte 2, 3 sind wie im gezeigten Ausführungsbeispiel angedeutet einstückig ausgebildet und bilden die Schaltkammerwand 12. Alternativ hierzu können die Seitenwandteile 121, 122 auch mit dem Schaltkammerboden 13 einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus können die Seitenwandteile 121, 122 ohne ein Deckelteil und ohne den Schaltkammerboden die Schaltkammerwand 12 bilden, die dann zusammen mit dem separat gefertigten Deckelteil und dem separat gefertigten Schaltkammerboden 13 die Schaltkammer 11 bilden kann.
Jeder der feststehenden Kontakte 2, 3 weist zum jeweils näher gelegenen transversalen Seitenwandteil 121 einen geringeren Abstand auf als zu den longitudinalen Seitenwandteilen 122. Wie in Figur 1B angedeutet ist, weist jeder der feststehenden Kontakte 2, 3 einen Abstand T zu einem der transversalen Seitenwandteile 121, nämlich dem näheren transversalen Seitenwandteil 121, auf. Weiterhin weist jeder der feststehenden Kontakte 2, 3 einen Abstand L zu den longitudinalen Seitenwandteilen 122 auf, wobei der der Abstand L jedes der feststehenden Kontakte 2, 3 zu jeweils jeder der longitudinalen Seitenwandteile 122 gleich oder verschieden sein kann. Insbesondere kann, wie zu erkennen ist, der Abstand T entlang der longitudinalen Richtung 92 gemessen werden und für die feststehenden Kontakte 2, 3 in Bezug auf den jeweils näheren transversalen Seitenwandteil 121 gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sein, also um weniger als 20% und bevorzugt um weniger als 10% voneinander abweichen. Der Abstand L kann wie beschrieben und in Figur 1B gezeigt jeweils zwischen jedem feststehenden Kontakt 2, 3 und jedem longitudinalen Seitenwandteil 122 in transversaler Richtung gemessen werden. Der hier und im Folgenden diskutierte Abstand L bezeichnet gegebenenfalls den jeweils kleineren Abstand jedes der feststehenden Kontakte 2, 3 zu den longitudinalen Seitenwandteilen 122, wobei für alle feststehenden Kontakte 2, 3 und die zugehörigen Abstände T und L die Relation T < L gilt. Besonders bevorzugt weist jeder der feststehenden Kontakte 2, 3 zu beiden longitudinalen Seitenwandteilen 122 einen gleichen oder im Wesentlichen gleichen Abstand L auf. Wie zu erkennen ist, stellen die die Abstände T und L Spalt- oder
Zwischenraumbreiten zwischen den feststehenden Kontakten 2, 3 und den Seitenwandteilen 121, 122 dar und beziehen sich auf die jeweilige minimale Entfernung zwischen einer Oberseite eines feststehenden Kontakts 2, 3 und einer Innenoberfläche des jeweiligen Seitenwandteils 121, 122.
Insbesondere gilt T/L < 0,5 oder bevorzugt T/L < 0,3 oder besonders bevorzugt T/L < 0,25, so dass der minimale Zwischenraum zwischen einem feststehenden Kontakt 2, 3 und einem longitudinalen Seitenwandteil 122 mindestens etwa doppelt oder bevorzugt mindestens etwa dreimal oder besonders bevorzugt mindestens etwa viermal so groß ist wie der minimale Zwischenraum zwischen dem feststehenden Kontakt 2, 3 und dem näheren transversalen Seitenwandteil 121.
Wie in den Figuren 1B und IC angedeutet ist, weist die Schaltkammer 11 einen zumindest annähernd quadratischen Querschnitt in einer horizontalen Schnittebene auf. Weiterhin weisen die longitudinalen Seitenwandteile 122 in transversaler Richtung 93 bevorzugt einen Abstand B voneinander auf, der im Wesentlichen einem Abstand K der voneinander abgewandten Seiten der zwei feststehenden Kontakte 2, 3 in longitudinaler Richtung 91 entspricht. Besonders bevorzugt weist die Schaltkammer in transversaler Richtung eine Breite B auf, die gleich oder etwas kleiner als der Abstand K der voneinander abgewandten Seiten der zwei feststehenden Kontakte 2, 3 in longitudinaler Richtung ist.
Wie in den Figuren 1A bis ID weiterhin zu erkennen ist, sind außerhalb der Schaltkammer 11 Permanentmagnete 16, sogenannte Blasmagnete, vorhanden, die zur Ablenkung der in Figur ID angedeuteten Lichtbögen 99 vorgesehen und eingerichtet sind. Insbesondere bewirken die Permanentmagnete 16 eine Verlängerung der Lichtbogenstrecke und können somit das Löschen der Lichtbögen 99 verbessern. Jeder der Permanentmagnete 16 ist auf einer den feststehenden Kontakten 2, 3 und dem beweglichen Kontakt 4 abgewandten Außenseite eines transversalen Seitenwandteils 121 und damit außerhalb des Innenraums 15 der Schaltkammer 11 angeordnet. Die feststehenden Kontakte 2, 3 und der bewegliche Kontakt 4 sind insbesondere entlang der longitudinalen Richtung 92 zwischen den Permanentmagneten 16 angeordnet, so dass die Permanentmagnete 16 und die feststehenden Kontakte 2, 3 entlang der longitudinalen Richtung 92 reihenartig angeordnet sind.
Durch die longitudinale Anordnung der Permanentmagnete 16 werden die Lichtbögen 99 von jedem der feststehenden Kontakte 2, 3 in Richtung eines der longitudinalen Seitenwandteile 122 abgelenkt, so dass durch die Permanentmagnete 16 bewirkt werden kann, dass Lichtbögen 99, die bei Schaltvorgängen zwischen einem feststehenden Kontakt 2, 3 und dem beweglichen Kontakt 4 auftreten, in eine transversale Richtung 93 abgelenkt werden, wie in Figur IC in Form der
Ablenkungsrichtungen 90 angedeutet ist. Wie in den Figuren 1B und IC weiterhin zu erkennen ist, sind die Permanentmagnete 16 translationssymmetrisch entlang der longitudinalen Richtung 92 in Bezug auf ihre Pole angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass die Lichtbögen 99, die sich am feststehenden Kontakt 2 bilden können, zu einem anderen longitudinalen Seitenwandteil 122 abgelenkt werden als die Lichtbögen 99, die sich am feststehenden Kontakt 3 bilden können. Bei einer Umkehr der in den feststehenden Kontakten 2, 3 angedeuteten Laststromrichtung kehren sich die Ablenkungsrichtungen 90 jeweils um. Somit werden die Lichtbögen 99 an den beiden feststehenden Kontakten 2 ,3 unabhängig von der Laststromrichtung in entgegengesetzte transversale Richtungen 93 und damit zu entgegengesetzten longitudinalen Seitenwandteilen 122 abgelenkt. Durch diese Bipolarität kann unabhängig von der Laststromrichtung stets verhindert werden, dass sich gleichzeitig an beiden feststehenden Kontakten 2, 3 auftretende Lichtbögen 99 vereinigen können. Besonders bevorzugt sind die Abstände T zwischen den feststehenden Kontakten 2, 3 und dem jeweils näheren transversalen Seitenwandteil 121 möglichst klein, bevorzugt etwa kleiner oder gleich 1/10 oder besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1/20 der Längenausdehnung G der Schaltkammer 11 in longitudinaler Richtung 92. Dadurch kann erreicht werden, dass jeweils einer der Permanentmagnete 16 möglichst nahe an einem der feststehenden Kontakte 2, 3 und damit möglichst nahe an den Ansatzpunkten der Lichtbögen 99 platziert ist. In der Figur IC sind die Bereiche der Schaltkammerwand 12 angedeutet, in Richtung derer die Lichtbögen 99 gelenkt werden könnten. Dadurch, dass der Abstand L zwischen den longitudinalen Seitenwandteilen 122 und den feststehenden Kontakten 2, 3 größer ist als der Abstand T zwischen den transversalen Seitenwandteilen 121 und den feststehenden Kontakten 2, 3, kann erreicht werden, dass die Lichtbögen 99 genügend Platz in transversaler Richtung 93 haben, um im freien Raum der Schaltkammer 11 zu brennen und sich abzukühlen, bevorzugt ohne die Schaltkammerwand 12, also insbesondere die longitudinalen Seitenwandteile 122, zu erreichen. Dadurch kann die Gefahr einer Schädigung der Schaltkammerwand 12 durch Lichtbögen vermindert oder sogar ganz verhindert werden.
In Figur 5 ist zum Vergleich die Schaltkammer 911 eines herkömmlichen Schützes mit feststehenden Kontakten 992, 993 und einem beweglichen Kontakt 994 entsprechend der Ansicht der Figuren 1B und IC gezeigt. Das herkömmliche Schütz weist eine Schaltkammer 911 auf, die entsprechend der Form und Anordnung der Kontakte 2, 3, 4 eine übliche längliche Ausbildung in longitudinaler Richtung aufweist. Die Blasmagnete 916 sind an den längeren longitudinalen Seiten der Schaltkammer 911 angeordnet. Wird dieses Schütz bei einem Stromfluss durch die Kontakte 992, 993, 994 mit der dargestellten Stromvorzugsrichtung abgeschaltet, wandern die Lichtbögen wie durch die Ablenkungsrichtungen 990 angedeutet zu den kurzen transversalen Außenseiten der Schaltkammer 911. Die Temperaturbelastung ist in den durch die gestrichelten Kästen markierten Bereichen 998 am höchsten. Soll diese gesenkt werden, müsste die Schaltkammer 911 in longitudinaler Richtung verlängert werden, um den Abstand zu vergrößern.
Dies ist jedoch in üblichen Schützen aufgrund der äußeren Gehäusedimensionen typischerweise nicht ohne weiteres möglich. Ein weiterer Nachteil der gezeigten üblichen Ausgestaltung ist die fehlende Bipolarität in Bezug auf die Laststromrichtung . Würde diese nämlich umgedreht werden, liefen die an den feststehenden Kontakten 992, 993 entstehenden Lichtbögen entgegen der gezeigten Ablenkungsrichtungen 990 aufeinander zu und würden einen direkten Kurzschluss verursachen. Eine andere Anordnung der Blasmagnete 916 könnte zwar zu einer Bipolarität führen, jedoch käme es zu sehr hohen Temperaturbelastungen der Schaltkammerwand, da die Lichtbögen nicht genügend Platz hätten, sich auszubilden, im freien Raum zu brennen und sich abzukühlen. Dadurch könnte es leicht zur Bildung von Rissen in der Schaltkammerwand oder sogar zum Schmelzen des Gehäusematerials kommen.
Bei der in Verbindung mit den Figuren 1A bis ID beschriebenen Schaltvorrichtung 100 kann hingegen in der beschriebenen Weise erreicht werden, dass die Löschfähigkeit im Vergleich zu einem herkömmlichen Schütz deutlich zu verbessert werden kann. Durch die beschriebene Geometrie kann ein vergrößerter Abstand zwischen den Ansatzpunkten der Lichtbögen 99 und der Innenwand der Schaltkammer 11 erreicht werden, woraus sich eine deutlich geringere Belastung für die Schaltkammerwand ergibt. Durch die beschriebene Form des durch die Schaltkammer 11 gebildeten Entladungsraumes, der vorzugsweise im Wesentlichen quadratisch ist, können auch die Permanentmagneten 16 zur Ablenkung der Lichtbögen 99 deutlich näher an die Bogenansatzpunkte gebracht werden, was zusätzliche Vorteile ergibt. Zusätzlich wird eine Bipolarität der Schaltvorrichtung 100 ermöglicht, da die Lichtbögen 99 unabhängig von der Stromrichtung des durch die Kontakte 2, 3, 4 fließenden Laststroms gleich gut gelöscht werden können. Insbesondere bietet der Entladungsraum genügend Platz für die Lichtbögen 99 für eine Auslenkung in transversaler Richtung 93 und damit rechtwinklig zur Haupterstreckungsrichtung des beweglichen Kontakts 4, da der Abstand der feststehenden Kontakte 2, 3 zu den longitudinalen Seitenwandteilen 122 größer ist zum jeweiligen nächstgelegen transversalen Seitenwandteil 121.
In Verbindung mit den Figuren 2 bis 4 sind weitere Ausführungsbeispiele für Schaltkammern 11 für die Schaltvorrichtung 100 beschrieben. Die Beschreibung zu den nachfolgenden Figuren beschränkt isch im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den jeweils vorhergehenden
Ausführungsbeispielen. Nicht explizit erwähnte Merkmale und Eigenschaften von Merkmalen können wie bereits in den jeweils vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben ausgeführt sein.
In Figur 2 ist die Schaltkammerwand 12 der Schaltkammer 11 in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend der in den Figuren 1B und IC gezeigten Ansicht gezeigt, wobei wiederum die Positionen der Kontakte 2, 3, 4 angedeutet sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltkammer 11 zumindest einen Steg 123 auf, der in einer Richtung entlang der longitudinalen Richtung 92 zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten 2, 3 angeordnet ist und der sich von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil 122 in transversaler Richtung 93 in den Innenraum 15 der Schaltkammer 11 hinein erstreckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeweils ein Steg 123 an jeder der longitudinalen Seitenwände 122 angedeutet. Die beiden Stege 123 können auch, wie insbesondere im folgenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist, als ein Steg ausgebildet sein, der sich in transversaler Richtung 93 im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 über den beweglichen Kontakt 4 hinweg von einem der longitudinalen Seitenwandteile 122 zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile 122 erstreckt. Hierbei kann der Steg 123 eine Aussparung aufweisen, in der sich der bewegliche Kontakt 4 während der Schaltvorgänge bewegen kann. Durch den zumindest einen Steg 123 im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 kann eine zumindest teilweise Abtrennung des Innenraums 15 in verschiedene Bereiche erreicht werden, die voneinander getrennte Brennräume bilden, also unterschiedliche Raumbereiche für die an den feststehenden Kontakten 2, 3 jeweils gebildeten Schaltlichtbögen. Dadurch kann die Isolationsfähigkeit der Schaltkammer 11 wesentlich erhöht werden. Der Steg 123 ist ein Teil der Schaltkammerwand 12 und kann insbesondere einstückig mit der Schaltkammerwand 12 ausgebildet sein.
In den Figuren 3A bis 3C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltkammer 11 für die Schaltvorrichtung 100 gezeigt, wobei die Ansicht der Figur 3A der Ansicht der Figur 3 entspricht. In den Figuren 3B und 3C sind dreidimensionale Ansichten der Schaltkammerwand 11 gezeigt. Wie in den Figuren 3A bis 3C zu erkennen ist, weist die Schaltkammer 11 dieses Ausführungsbeispiels zwei Stege 123 auf, die beide in longitudinaler Richtung 92 zwischen den feststehenden Kontakten 2, 3 angeordnet sind, wobei die Stege 123 in longitudinaler Richtung 92 voneinander beabstandet sind.
Dabei erstrecken sich beide Stege 123 in transversaler Richtung 93 über den beweglichen Kontakt 4 hinweg im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 von einem der longitudinalen Seitenwandteile 122 zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile 122. Die Stege 123 weisen jeweils eine Aussparung 124 auf, in der sich der bewegliche Kontakt 4 während der Schaltvorgänge bewegen kann. Weiterhin verlaufen die Stege 123 entlang und unmittelbar angrenzend an das Deckelteil 119 der Schaltkammer 11. Wie in Figur 3B zu erkennen ist, sind die Seitenwandteile 121, 122, das Deckelteil 119 und die Stege 123 im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet.
Durch die Stege 123 wird zwischen den feststehenden Kontakten 2, 3 ein Bereich im Innenraum 15 gebildet, der von den feststehenden Kontakten 2, 3 zumindest teilweise abgetrennt und damit elektrisch isoliert ist. In dem so gebildeten isolierten Raum 127 können Zusatzbauteile angeordnet werden wie beispielsweise Zusatzkontakte und/oder ein Gasfüllstutzen zum Einfüllen des vorab beschriebenen Gases zur Bildung der Gasatmosphäre in der Schaltkammer. In Figur 3C sind entsprechende Öffnungen 125 für Zusatzkontakte sowie eine Öffnung 126 für einen Gasfüllstutzen angedeutet.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltkammer 11 für die Schaltvorrichtung 100 gezeigt, bei der die Schaltkammerwand 12 wie vorab beschrieben ausgebildet ist und bei der in longitudinaler Richtung 92 zwischen den zwei Stegen 123 und damit in einem von den feststehenden Kontakten 2, 3 zumindest teilweise abgetrennten Raum 127 Permanentmagnete 17 im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 angeordnet sind. Wie gezeigt sind diese Permanentmagneten 17, die zusätzlich oder auch alternativ zu den außerhalb der Schaltkammer 11 angebrachten Permanentmagneten 16 vorhanden sein können, besonders bevorzugt zwischen den zwei Stegen 123 symmetrisch zum beweglichen Kontakt 4, also symmetrisch zu einer Symmetrieebene, die durch die longitudinale und die vertikale Richtung aufgespannt wird, angeordnet. Der Raum 127 ist entsprechend symmetrisch ausgebildet. Es sind auch andere Anzahlen von Stegen und Permanentmagneten in der Schaltkammer 11 zur Bildung eines oder mehrerer anderer Räume möglich. Die in der Schaltkammer 11 zwischen den Stegen 123 angeordneten Permanentmagnete 17 können insbesondere zusätzlich als Blasmagnete und damit als Ablenkmagnete für an den Kontakten 2, 3, 4 auftretende Schaltlichtbögen ausgebildet sein.
Dadurch ist es möglich, alternativ oder besonders bevorzugt zusätzlich zu Blasmagneten außerhalb der Schaltkammer 11 wie den gezeigten Permanentmagneten 16 weitere Blasmagnete innerhalb der Schaltkammer 11 anzuordnen. Durch die Stege 123 werden letztere vor Schaltlichtbögen geschützt.
Wie anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert ist, können durch den zumindest einen zusätzlichen Steg 123 im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 zumindest separierte „Brennräume" im Innenraum 15 geschaffen werden, die die Isolationsfähigkeiten deutlich erhöhen können. Durch das Vorsehen von mehreren Stegen 123 können ein oder mehrere Räume in Form von zumindest teilweise isolierten Kammern für Zusatzbauteile geschaffen werden, die dann nicht mehr mit den
Schaltlichtbögen in Kontakt kommen können. Weiterhin kann wie beschrieben innerhalb des Entladungsraums zumindest ein Raum erstellt werden, die nicht nur die Isolationstrecken verlängern und den Isolationswiderstand verbessern, sondern in denen weitere Permanentmagnete angebracht werden können.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2, 3 feststehender Kontakt
4 beweglicher Kontakt
5 Magnetanker
6 magnetischer Kern
7 Achse
8 Spule
9 Joch
10 Feder 11 Schaltkämmer 12 Schaltkammerwand
13 Schaltkämmerboden
14 gasdichter Bereich
15 Innenraum
16 Permanentmagnet 17 Permanentmagnet 47 Isolator
90 Ablenkungsrichtung
91 vertikale Richtung
92 longitudinale Richtung
93 transversale Richtung
98 Bereich
99 Lichtbogen
100 SchaltVorrichtung
119 Deckelteil
120 Öffnung 121 transversales Seitenwandteil 122 longitudinales Seitenwandteil
123 Steg
124 Aussparung
125 Öffnungen für Hilfskontakt 126 Öffnung für Gasfüllstutzen
127 Raum
911 Schaltkämmer
916 Blasmagnet
992, 993 feststehender Kontakt
994 beweglicher Kontakt
990 Ablenkungsrichtung
998 Bereich
B Abstand
G Längenausdehnung
L, T Abstand

Claims

Patentansprüche
1. Schaltvorrichtung (100), aufweisend zwei feststehende Kontakte (2, 3) und einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11), wobei die feststehenden Kontakte (2, 3) entlang einer longitudinalen Richtung (92) nebeneinander angeordnet sind, die Schaltkammer (11) eine Schaltkammerwand (12) mit sich gegenüberliegenden transversalen Seitenwandteilen (121) und mit sich gegenüberliegenden longitudinalen Seitenwandteilen (122) aufweist, jeder der zwei feststehenden Kontakte einen Abstand (T) zu einem der transversalen Seitenwandteile aufweist, der kleiner ist als ein jeweiliger Abstand (L) zu den longitudinalen Seitenwandteilen.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die feststehenden Kontakte und der bewegliche Kontakt entlang der longitudinalen Richtung zwischen Permanentmagneten (16) angeordnet sind.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Permanentmagnete dazu vorgesehen und eingerichtet sind, Lichtbögen (99), die bei Schaltvorgängen zwischen einem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt auftreten können, in eine transversale Richtung (93) abzulenken.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei jeder der Permanentmagnete auf einer den feststehenden Kontakten und dem beweglichen Kontakt abgewandten Außenseite eines transversalen Seitenwandteils angeordnet sind.
5. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die longitudinalen Seitenwandteile in transversaler Richtung einen Abstand (B) voneinander aufweisen, der im Wesentlichen einem Abstand (K) der voneinander abgewandten Seiten der zwei feststehenden Kontakte in longitudinaler Richtung entspricht.
6. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schaltkammer zumindest einen Steg (123) aufweist, der in longitudinaler Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet ist und der sich von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil in transversaler Richtung in die Schaltkammer hinein erstreckt.
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, wobei sich der zumindest eine Steg in transversaler Richtung über den beweglichen Kontakt von einem der longitudinalen Seitenwandteile zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile erstreckt.
8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine Steg eine Aussparung (124) aufweist, in der sich der bewegliche Kontakt während eines Schaltvorgangs bewegen kann.
9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schaltkammer zumindest zwei Stege aufweist, die beide in longitudinaler Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet ist und von denen sich jede von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil in transversaler Richtung in die Schaltkammer hinein erstreckt.
10. Schaltvorrichtung nach Anspruch 9, wobei in longitudinaler Richtung zwischen den zwei Stegen zumindest ein Permanentmagnet (17) in der Schaltkammer angeordnet ist.
11. Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, wobei zwischen den zwei Stegen symmetrisch zum beweglichen Kontakt zwei Permanentmagnete angeordnet sind.
12. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die longitudinalen Seitenwandteile, die transversalen Seitenwandteile und ein Deckelteil (119) mit Öffnungen (120) für die feststehenden Kontakte einstückig ausgebildet sind.
13. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der Schaltkammer (11) ein Gas (14) enthalten ist, das H2 enthält.
14. Schaltvorrichtung (100), aufweisend zwei feststehende Kontakte (2, 3) und einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11), wobei die feststehenden Kontakte (2, 3) entlang einer longitudinalen Richtung (92) nebeneinander angeordnet sind, die Schaltkammer (11) eine Schaltkammerwand (12) mit sich gegenüberliegenden transversalen Seitenwandteilen (121) aufweist und mit sich gegenüberliegenden longitudinalen Seitenwandteilen (122) aufweist, die Schaltkammer zumindest zwei Stege (123) aufweist, die beide in longitudinaler Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet sind und von denen sich jeder von einem der longitudinalen Seitenwandteile zum anderen der longitudinalen
Seitenwandteile erstreckt und in longitudinaler Richtung zwischen den zwei Stegen symmetrisch zum beweglichen Kontakt zwei Permanentmagnete (17) angeordnet sind.
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