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Die Erfindung betrifft ein Gleichstromschaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Es sind Schaltgeräte zum Schalten von Gleichströmen an sich bekannt. Jedoch war die Anwendung von Gleichstrom über lange Zeit in der Regel auf den Kleinleistungsbereich beschränkt, in welchem kaum Probleme beim Schalten der Gleichströme auftraten.
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Seit der Verbreitung von Fotovoltaikanwendungen sowie leistungsstarker Batterie-Back-up-Systeme für EDV-Serveranlagen ist es erforderlich auch Gleichströme höherer Spannung und Leistung zu Schalten. Dabei haben sich die bekannten Wechselstromschaltgeräte als in vielen Belangen ungeeignet erwiesen. So kann es etwa beim Schalten von Gleichströmen mit einem Wechselstromschalter selbst bei Spannungen und Strömen weit unter den maximalen Wechselstrom-Leistungsgrenzen des betreffenden Wechselstromschalters zu dessen Totalverlust kommen. Dies kann in weiterer Folge, neben dem Ausfall einer elektrischen Anlage, auch zu einem Brand führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Gleichstromschaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welchem Gleichströme hoher Leistung sicher geschaltet werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Dadurch kann ein Gleichstromschaltgerät geschaffen werden, welches ein hohes Schaltvermögen bei Gleichströmen aufweist, und welches daher dazu geeignet ist, Gleichströme hoher Leistung zu schalten. Ein derartiges Gleichstromschaltgerät weist eine hohe Sicherheit, insbesondere gegen thermische Zerstörung auf.
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Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Ansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines gegenständlichen Gleichstromschaltgeräts in teilweise geschnittener Ansicht im Aufriss;
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2 die Lichtbogenlöschanordnung des Gleichstromschaltgeräts gemäß 1 in axonometrischer Darstellung; und
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3 Löschbleche und Lichtbogenlaufschiene in einer Anordnung gemäß 1 ohne weitere Komponenten.
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Die 1 bis 3 zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Gleichstromschaltgeräts 1, bzw. Teile einer Lichtbogenlöschanordnung 6 eines solchen Gleichstromschaltgeräts 1, wobei das Gleichstromschaltgerät 1 wenigstens einen elektrischen Eingang 2 sowie wenigstens einen elektrischen Ausgang 3 aufweist, sowie mit wenigstens einem ersten Schaltkontakt 4 und einer beweglichen Schaltbrücke 20, wobei das Gleichstromschaltgerät 1 weiters eine Lichtbogenlöschanordnung 6 aufweist, wobei die Lichtbogenlöschanordnung 6 wenigstens eine erste Lichtbogenlöschkammer 7 aufweist, welche eine Mehrzahl an Löschblechen 9 aufweist, wobei eine Lichtbogenlaufschiene 18 mit dem ersten Schaltkontakt 4 leitend verbunden ist, welche gegenüberliegend den Löschblechen 9 in der ersten Lichtbogenlöschkammer 7 angeordnet ist.
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Dadurch kann ein Gleichstromschaltgerät 1 geschaffen werden, welches ein hohes Schaltvermögen bei Gleichströmen aufweist, und welches daher dazu geeignet ist, Gleichströme hoher Leistung zu schalten. Ein derartiges Gleichstromschaltgerät 1 weist eine hohe Sicherheit, insbesondere gegen thermische Zerstörung auf.
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Die gegenständliche Erfindung betrifft Schaltgeräte, welche für das Schalten von Gleichströmen vorgesehen und speziell ausgebildet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Gleichstromschaltgeräte 1, welche zum bestimmungsgemäßen Schalten hoher Spannungen im Bereich mehrerer Hundert Volt, etwa 600V Betriebsspannung, sowie von Strömen im zweistelligen Amperebereich vorgesehen und ausgebildet sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform eines Gleichstromschaltgeräts 1 mit einer einzelnen Schaltstrecke näher beschrieben. Es können aber auch Ausführungen mit mehreren parallelen Schaltstrecken, daher schaltbaren Strompfaden, vorgesehen sein.
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Ein gegenständliches Gleichstromschaltgerät 1 weist einen elektrischen Eingang 2 sowie einen elektrischen Ausgang 3 auf, welche bevorzugt als Schraubklemmen ausgebildet sind, wie auch in 1 dargestellt. Weiters weist das Gleichstromschaltgerät 1 ein Isolierstoffgehäuse auf.
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Das Gleichstromschaltgerät 1 weist in dessen dargestellten und bevorzugten Ausführungsform eine einzelne Schaltstrecke auf, wobei jedoch eine doppelte Unterbrechung dieser einzelnen Schaltstrecke vorgesehen ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Gleichstromschaltgerät 1 neben dem ersten Schaltkontakt 4 weiters einen zweiten Schaltkontakt 5 aufweist, welche beide gehäusefest angeordnet sind, und durch eine bewegliche Schaltbrücke 20 elektrisch leitend verbunden werden können, wodurch ein elektrisch leitender Strompfad vom Eingang 2 zum Ausgang 3 gebildet wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Stellung der Schaltbrücke 20 durch den Schalthebel 19 manuell steuerbar ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schalthebel 19 über ein Sprungeinschaltwerk auf die Schaltbrücke 20 wirkt, um ein sprunghaftes Öffnen und Schließen der Schaltstrecke zu erreichen. Es kann auch vorgesehen sein, das gegenständliche Gleichstromschaltgerät 1 als sog. Selbstschalter auszuführen, welches einen oder mehrere Auslöser, etwa einen Überstromauslöser und/oder einen Kurzschlussauslöser aufweist. Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gleichstromschaltgerät 1 ein Schaltschloss aufweist, insbesondere bei Ausführung des Selbigen als Selbstschalter.
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Es sind auch – nicht dargestellte – Ausführungen gegenständlicher Gleichstromschaltgeräte 1 vorgesehen, welche neben dem ersten Schaltkontakt 4 lediglich die bewegliche Schaltbrücke 20 aufweisen, welche – etwa durch einen flexiblen Leiter – mit dem Ausgang 3 verbunden ist, um derart einen Strompfad durch das Gleichstromschaltgerät 1 zu bilden.
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Bei geschlossenen Schaltkontakten erfolgt der Stromfluss durch das dargestellte Gleichstromschaltgerät 1 vom elektrischen Eingang 2 zum ersten Schaltkontakt 4, von diesem über die Schaltbrücke 20 zum zweiten Schaltkontakt 5 und von diesem weiter zum elektrischen Ausgang 3. Wenngleich die Schaltbrücke 20 dabei zwei, als elektrische Kontakte ausgebildete Bereiche aufweist, um mit dem ersten Schaltkontakt 4 und dem zweiten Schaltkontakt 5 zu kontaktieren, wird diese in der Diktion der gegenständlichen Anmeldung lediglich als Schaltbrücke 20 bezeichnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass auch der erste Schaltkontakt 4 und der zweite Schaltkontakt 5 als bewegliche elektrische Kontakte ausgebildet sind.
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Das Gleichstromschaltgerät 1 weist weiters eine Lichtbogenlöschanordnung 6 auf, um Lichtbögen 11, welche im Zuge eines Schaltvorgangs entstehen, zum Verlöschen zu bringen. Dadurch soll verhindert werden, dass aufgrund sog. „stehender“ Lichtbögen 11 weiterhin ein Stromfluss über das Gleichstromschaltgerät 1 erfolgt und zudem aufgrund der thermischen Wirkung der Lichtbögen 11 eine Beschädigung des Gleichstromschaltgeräts 1 erfolgt. Derartige Lichtbögen 11 treten insbesondere bei einem Ausschaltvorgang auf. „Ausschaltvorgang“ bezeichnet dabei das Trennen der Schaltbrücke 20 von dem ersten und zweiten elektrischen Schaltkontakt 4, 5 zum Unterbinden eines Stromflusses durch das Gleichstromschaltgerät 1. Die physikalischen Zusammenhänge beim Zünden eines Lichtbogens 11 sind im Induktionsgesetz beschriebenen.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Lichtbogenlöschanordnung 6, bei Ausbildung des Gleichstromschaltgeräts mit einem ersten und einem zweiten Schaltkontakt 4, 5. Bei der Darstellung gemäß 2 sind der erste Schaltkontakt 4 und der zweite Schaltkontakt 5 dargestellt, wobei diese jedoch ohne jede weitere Kontaktierung dargestellt sind, um lediglich deren Anordnung relativ zu den jeweiligen Lichtbogenlöschkammern 7, 8 zu veranschaulichen. Selbiges trifft auf die ebenfalls in 2 dargestellte Schaltbrücke 20 zu.
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Die Lichtbogenlöschanordnung 6 weist in der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform eine erste Lichtbogenlöschkammer 7 und eine zweite Lichtbogenlöschkammer 8 auf. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Lichtbogenlöschkammer 7 dem ersten Schaltkontakt 4 zugeordnet ist, und dass die zweite Lichtbogenlöschkammer 8 dem zweiten Schaltkontakt 5 zugeordnet ist, wobei auch Ausführungen mit nur einer ersten Lichtbogenlöschkammer 7 vorgesehen sind, wenn kein zweiter Schaltkontakt 5 vorhanden ist. Der Begriff „zugeordnet“ bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Anordnung der betreffenden Lichtbogenlöschkammer 7, 8 gegenüber dem angegebenen Schaltkontakt 4, 5 in der Art, dass ein an dem Schaltkontakt 4, 5 entstehender Lichtbogen 11 seinen Weg in bzw. an die betreffende Lichtbogenlöschkammer 7, 8 findet. 2 zeigt die beiden Schaltkontakte 4, 5 im Bereich der jeweiligen Lichtbogenlöschkammer 7, 8.
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Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Lichtbogenlöschkammer 7 und die zweite Lichtbogenlöschkammer 8 in dem Gleichstromschaltgerät 1 parallel nebeneinander angeordnet sind, wie in 2 und 3 dargestellt.
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In der ersten Lichtbogenlöschkammer 7 und der zweiten Lichtbogenlöschkammer 8 sind jeweils eine Mehrzahl an Löschblechen 9 angeordnet. Die Löschbleche 9 sind dabei bevorzugt im Wesentlichen Normal auf die Lichtbogenlaufschiene 18 angeordnet, wobei zwischen den nebeneinander montierten Löschblechen 9 jeweils ein Abstand besteht. Jeweils wenigstens ein Löschblech 9 der ersten Lichtbogenlöschkammer 7 ist dabei mit einem Löschblech 9 der zweiten Lichtbogenlöschkammer 8 elektrisch leitend verbunden, sofern eine erste und eine zweite Lichtbogenlöschkammer 7, 8 vorgesehen sind.
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Die Löschbleche 9 sind bevorzugt aus einem elektrisch und magnetisch leitfähigem Metall gebildet, bevorzugt umfassend Eisen. Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Löschbleche 9 im Wesentlichen zueinander identisch ausgebildet sind. Wie in 3 dargestellt, kann dabei vorgesehen sein, dass einzelne Löschbleche 9 größer ausgebildet sind, als der überwiegende Großteil der Löschbleche 9. Diese Löschbleche 9, welche aus dem Gesamtverbund der Löschbleche 9 herausragen, sind insbesondere in einem Bereich nächst der Bewegungsbahn der Schaltbrücke 20 angeordnet. Diesbezüglich wird auf die Unterschiede der in 3 dargestellten schematischen Anordnung aus Löschblechen 9 und den entsprechenden Löschblechen in 1 hingewiesen, bei welchen sämtliche Löschbleche 9 gleichartig ausgebildet sind.
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Wird – bei einem Stromfluss über das Gleichstromschaltgerät 1 – die Schaltbrücke 20 von dem ersten Schaltkontakt 4 und dem zweiten Schaltkontakt 5 weg bewegt, entsteht ein Lichtbogen 11 vom ersten Schaltkontakt 4 zur Schaltbrücke 20, sowie ein weiterer Lichtbogen 11 von der Schaltbrücke 20 zum zweiten Schaltkontakt 5. Bei einer gewissen Länge der durch die Lichtbögen 11 zu überbrückenden Luftstrecke springen diese zu den Löschblechen 9 der Lichtbogenlöschkammern 7, 8 über. Es hat sich dabei gezeigt, dass die zu diesem Zeitpunkt bestehenden Lichtbögen 11 eine erstaunliche Stabilität aufweisen, und es sein kann, dass diese Lichtbögen 11 an den betreffenden Löschblechen 9, an denen sie Kontaktieren, bestehen bleiben, bis es zur thermischen Zerstörung des Gleichstromschaltgeräts 1 kommt. Dieses Problem ist in der Wechselstromtechnik in der Art nicht bekannt, da es aufgrund der ständig erfolgenden Nulldurchgänge der anliegenden Spannung schnell zu einem Verlöschen auftretender Wechselstromlichtbögen kommt.
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Es ist daher vorgesehen, dass das Gleichstromschaltgerät 1 wenigstens eine Lichtbogenlaufschiene 18 aufweist, welche Lichtbogenlaufschiene 18 mit dem ersten Schaltkontakt 4 leitend verbunden ist, und welche Lichtbogenlaufschiene 18 gegenüberliegend den Löschblechen 9 in dem Gleichstromschaltgerät 1 angeordnet ist. Je nach Aufbau des Gleichstromschaltgeräts 1 kann dabei vorgesehen sein, dass die Lichtbogenlaufschiene 18 Teil der ersten Lichtbogenlöschkammer 7 ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Lichtbogenlaufschiene 18 mit dem ersten Schaltkontakt 4 sowie eine weitere Lichtbogenlaufschiene 18 mit dem zweiten Schaltkontakt 5 jeweils leitend verbunden ist, welche gegenüber den Löschblechen 9 in der Lichtbogenlöschanordnung 6, daher in der jeweiligen Lichtbogenlöschkammer 7, 8, angeordnet sind. In den 1 bis 3 ist lediglich die mit dem ersten Schaltkontakt 4 verbundene Lichtbogenlaufschiene 18 dargestellt.
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Wie in den 1 und 3 dargestellt, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Lichtbogenlaufschiene 18 und den jeweils dieser gegenüber angeordneten Löschblechen 9 mit zunehmendem Abstand vom ersten Schaltkontakt 4 abnimmt. Mit anderen Worten, dass eine Verbindungslinie der, der Lichtbogenlaufschiene 18 zugewandten Enden der dieser gegenüber angeordneten Löschbleche 9 zu der dem Steg 23 der Lichtbogenlaufschiene 18 einen spitzen Winkel einschließt. Besagter Abstand ist dabei jeweils in Verlängerung der jeweiligen Löschbleche 9 zu bestimmen. Dadurch kann dem Lichtbogen 11, welcher beispielhaft in 3 eingezeichnet ist, ein elektrotechnisch attraktiver Weg geboten werden. Durch die jeweils geringer werdende zu überbrückende Luftstrecke wird der Lichtbogen 11 durch diese Anordnung in Richtung vom ersten Schaltkontakt 4 weggezogen, wobei dieser über die Löschblechanordnung hinweg streicht, und dabei jeweils an Energie einbüßt.
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Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der besagte Abstand zwischen der Lichtbogenlaufschiene 18 und den jeweils dieser gegenüber angeordneten Löschblechen 9 vom ersten Schaltkontakt 4 weg stetig abnimmt.
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Die gemäß der in 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung von Löschblechen 9 vorgesehenen zwei, aus der Anordnung der restlichen Löschbleche 9 herausragenden Löschbleche 9 sind jeweils nicht gegenüber der Lichtbogenlaufschiene 18 angeordnet.
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Die Lichtbogenlaufschiene 18 ist bevorzugt ebenfalls umfassend Kupfer ausgebildet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Lichtbogenlaufschiene 18 Z-förmig ausgebildet ist, insbesondere als entsprechend gebogener Blechstreifen, und dass ein erster Winkel 21 zwischen einem ersten Schenkel 22 und einem Steg 23 der Z-förmigen Lichtbogenlaufschiene 18 ein stumpfer Winkel ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der erste Winkel 21 zwischen 95° und 100° beträgt. Wie in 1 dargestellt, ist insbesondere vorgesehen, dass an dem ersten Schenkel 22 der erste Schaltkontakt 4 angeordnet ist.
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Es ist dabei vorgesehen, dass der erste Schenkel 22 und ein zweiter Schenkel 24 der Lichtbogenlaufschiene 18 entsprechend an die weitere Geometrie des Gleichstromschaltgeräts 1 angepasst sind, wobei vorzugsweise und wie bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ist, dass der erste Schenkel 22 und ein zweiter Schenkel 24 im Wesentlichen parallel angeordnet sind.
