-
Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung für einen elektrischen Schalter. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Schalter, der die Kontaktvorrichtung aufweist.
-
Relais und insbesondere Schütze werden überwiegend zum Schalten hoher und höchster elektrischer Lasten eingesetzt. Solche Schalter weisen bevorzugt Kontaktkammern auf, an die hohe Anforderungen in Bezug auf mögliche Betriebstemperaturen, erlaubte Innendrücke, das elektrische Isolationsvermögen und die Lichtbogenbeständigkeit gestellt werden. In einem Relais treten beim Unterbrechen des Stromes Schaltlichtbögen auf. Diese müssen unterbrochen werden, um den Stromfluss sicher zu unterbrechen und einer Zerstörung des Bauteils entgegen zu wirken.
-
Zum Löschen der Lichtbögen werden häufig Blasmagnete eingesetzt. Ein Blasmagnet ist ein Permanentmagnet oder Elektromagnet, der dazu genutzt wird, den Schaltlichtbogen zwischen den Kontakten des Relais durch die auf den Lichtbogen wirkende Lorentzkraft abzulenken und dadurch zu verlängern und somit schneller zum Verlöschen zu bringen.
-
Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, eine Kontaktvorrichtung für einen elektrischen Schalter und einen elektrischen Schalter zu schaffen, die einen zuverlässigeren Betrieb des elektrischen Schalters ermöglichen und/oder eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen, da insbesondere eine Wahrscheinlichkeit einer zumindest teilweisen Zerstörung reduziert ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch eine Kontaktvorrichtung für einen elektrischen Schalter. Die Kontaktvorrichtung umfasst ein erstes Anschlusselement, ein zweites Anschlusselement und eine bewegliche Kontaktbrücke. Ferner umfasst die Kontaktvorrichtung zumindest zwei Magnete zur Löschung von Lichtbögen, die beim Schalten des elektrischen Schalters entstehen. Die Magnete erzeugen ein Magnetfeld in einem ersten Bereich, der zumindest einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich umfasst, in denen bei einer geschlossenen Schaltstellung des elektrischen Schalters das erste Anschlusselement beziehungsweise das zweite Anschlusselement in Kontakt mit der Kontaktbrücke sind. Des Weiteren umfasst die Kontaktvorrichtung eine oder mehrere Ablenkelemente, die angeordnet und ausgebildet sind, das Magnetfeld derart zu verzerren, dass ein erster Lichtbogen, der sich zwischen dem ersten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, und ein zweiter Lichtbogen der sich zwischen dem zweiten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, unabhängig von einer jeweiligen Stromrichtung in den Anschlusselementen in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen gedrängt werden.
-
Dies hat den Vorteil, dass eine Verbindung der beiden Lichtbögen, insbesondere in einem Gasraum der Kontaktvorrichtung, verhindert werden kann und zwar egal, in welche Richtung der Strom in der Kontaktvorrichtung fließt. Ein direkter Lichtbogenkurzschluss in dem elektrischen Schalter kann verhindert werden. Unter Ausnutzung der Lorentzkräfte werden die Lichtbögen verlängert und verlöschen schneller, da sie eine größere Oberfläche aufweisen und damit schneller auskühlen und die Lichtbögen, die ionisierte Luft umfassen, ihre Leitfähigkeit schneller verlieren. Die Kontaktvorrichtung kann vorteilhaft für elektrische Schalter, die im Zusammenhang mit einem Laden und Entladen eines elektrischen Energiespeichers eingesetzt werden, genutzt werden, da hier unterschiedliche Stromrichtungen auftreten.
-
Die Kontaktbrücke kann eine erste Stellung einnehmen, in der die Kontaktbrücke das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement leitend verbindet. Ferner kann die Kontaktbrücke eine zweite Stellung einnehmen, in der das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement isoliert sind.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt schließt ein erster Richtungsvektor, der die Richtung repräsentiert, in die der erste Lichtbogen gedrängt wird, mit einer Verbindungsachse, die ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs mit einem Zentrum des zweiten Kontaktbereichs verbindet, einen Winkel innerhalb des Bereichs größer 90° bis kleiner 270° ein. Ein zweiter Richtungsvektor, der die Richtung repräsentiert, in die der zweite Lichtbogen gedrängt wird, schließt mit der Verbindungsachse einen Winkel innerhalb des Bereichs kleiner 90° bis größer –90° ein. Der erste Richtungsvektor weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem zweiten Kontaktbereich weg weist. Der zweite Richtungsvektor weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem ersten Kontaktbereich weg weist. So kann sichergestellt werden, dass keine Verbindung der beiden Lichtbögen erfolgt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist das zumindest eine Ablenkelement teilweise um einen Bereich angeordnet, in dem das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselemente und die Kontaktbrücke angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Kontaktvorrichtung zumindest zwei Ablenkelemente auf, die um den Bereich teilweise angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Bereich, in dem die das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement und die Kontaktbrücke angeordnet sind und um den das zumindest eine Ablenkelement angeordnet ist, rechteckförmig oder näherungsweise rechteckförmig. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige Herstellung der Kontaktvorrichtung.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist zumindest einer der Magnete auf einer ersten Seite des Bereichs angeordnet, indem das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement und die Kontaktbrücke angeordnet sind. Ferner ist zumindest einer der Magnete auf einer zu der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Bereichs angeordnet. Die Kontaktvorrichtung weist ein erstes Ablenkelement auf, das einen ersten Winkel umfasst mit einem ersten Winkelabschnitt und einem zweiten Winkelabschnitt, wobei der erste Winkelabschnitt zumindest teilweise entlang einer ersten Stirnseite des Bereichs verläuft und der zweite Winkelabschnitt zumindest teilweise entlang der ersten Seite des Bereichs verläuft. Des Weiteren weist die Kontaktvorrichtung ein zweites Ablenkelement auf, das einen zweiten Winkel umfasst, der einen ersten Winkelabschnitt und einen zweiten Winkelabschnitt aufweist, wobei der erste Winkelabschnitt zumindest teilweise entlang einer zu der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Bereichs verläuft und der zweite Winkelabschnitt teilweise entlang der zweiten Seiten des Bereichs verläuft. Die Winkel bewirken vorteilhafterweise, dass sich das Magnetfeld unabhängig von einer jeweiligen Stromrichtung in dem ersten und zweiten Anschlusselement derart verzerrt, dass der erste Lichtbogen, der sich zwischen dem ersten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, und der zweite Lichtbogen, der sich zwischen dem zweiten Anschlusselement und der Kontaktbrücke ausbildet, in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen gedrängt werden. Ferner ermöglichen der erste und der zweite Winkel eine kostengünstige Herstellung der Kontaktvorrichtung.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weise das zumindest eine Ablenkelement magnetisch leitfähiges Material auf oder besteht aus magnetisch leitfähigem Material. Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Ablenkelement magnetisch leitfähiges Material auf oder bestehen aus magnetisch leitfähigem Material. Das magnetisch leitfähige Material ermöglicht, eine gewünschte Ablenkung der Magnetfeldlinien zu erzielen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der zweite Winkelabschnitt des ersten Winkels und/oder des zweiten Winkels derart ausgebildet und angeordnet, dass er den zumindest einen Magneten der ersten Seite beziehungsweise der zweiten Seite zumindest teilweise überdeckt. Vorzugsweise ist der zweite Winkelabschnitt des ersten Winkels und/oder des zweiten Winkels derart ausgebildet und angeordnet, dass er den zumindest einen Magneten der ersten Seite beziehungsweise der zweiten Seite vollständig überdeckt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine ausreichende Ablenkung der Magnetfeldlinien mit geringem Materialaufwand.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind der zumindest eine Magnet der ersten Seite und der zumindest eine Magnet der zweiten Seite derart angeordnet, dass gleichpolige Seiten der Magnete sich zugewandt sind. Das heißt, der erste und der zweite Magnet sind derart montiert, dass sie abstoßend aufeinander wirken. Dadurch kann eine zusätzliche Ablenkung der Magnetfeldlinien im ersten und zweiten Kontaktbereich erreicht werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Kontaktvorrichtung einen ersten Magneten auf, der auf der ersten Seite angeordnet ist. Des Weiteren weist die Kontaktvorrichtung einen zweiten Magneten auf, der an der zweiten Seite angeordnet ist. Hierbei überdecken der erste Magnet und der zweite Magnet jeweils einen zweiten Bereich, der sich von dem ersten Kontaktbereich des ersten Anschlusselements zu dem zweiten Kontaktbereich des zweiten Anschlusselements erstreckt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind der erste Magnet und der zweite Magnet derart angeordnet und ausgebildet, dass sie zumindest jeweils den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich überdecken. Dies ermöglicht, ein geeignetes Magnetfeld zu erzeugen. Alternativ können die Magnete auch kleiner sein und jeweils zwischen den Kontaktbereichen angeordnet sein.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch einen elektrischen Schalter, der die Kontaktvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und eine Antriebseinheit aufweist. Die Antriebseinheit ist dazu ausgebildet, die Kontaktbrücke der Kontaktvorrichtung zwischen einer ersten Stellung, in der die Kontaktbrücke das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement leitend verbindet, und einer zweiten Stellung, in der das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement isoliert sind, hin und her zu bewegen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts gelten hierbei auch für den zweiten Aspekt.
-
Der elektrische Schalter kann ein Relais sein. Vorzugsweise weist die Antriebseinheit einen Magnetantrieb auf und die Kontaktbrücke nimmt die zweite Stellung ein, wenn der Magnetantrieb unbestromt ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schalters, der eine Kontaktvorrichtung umfasst,
-
2 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Kontaktvorrichtung,
-
3 eine Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung mit einem ersten Magnetfeldverlauf, und
-
4 die Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung mit einem zweiten Magnetfeldverlauf.
-
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schalters. Der elektrische Schalter ist beispielsweise als Relais 10 ausgebildet.
-
Das Relais 10 umfasst eine Antriebseinheit 20 und eine Kontaktvorrichtung 30. Die Antriebseinheit 20 umfasst beispielsweise einen Magnetantrieb mit zumindest einer Spule 24 und einem Stößel 26, der in der zumindest einen Spule 24 angeordnet ist. Die Spule 24 kann von außen mit einer Spannung beaufschlagt werden, um ein Magnetfeld in dem Stößel 26 zu erzeugen, wodurch der Stößel 26 axial entlang seiner Längsachse in Richtung der Kontaktvorrichtung 30 bewegbar ist. Die Spule 24 und der Stößel 26 sind vorzugsweise innerhalb eines magnetisierbaren Jochs 28 angeordnet.
-
Die Kontaktvorrichtung 30 umfasst ein erstes Anschlusselement 31, ein zweites Anschlusselement 32 und eine bewegliche Kontaktbrücke 33.
-
Die Antriebseinheit 20, insbesondere der Stößel 26, ist angeordnet und ausgebildet, abhängig von einer Bestromung der Spule 24, die Kontaktbrücke 33 der Kontaktvorrichtung 30 zwischen einer ersten Stellung, in der die Kontaktbrücke 33 das erste Anschlusselement 31 und das zweite Anschlusselement 32 leitend verbindet, und einer zweiten Stellung, in der das erste Anschlusselement 31 und das zweite Anschlusselement 32 isoliert sind, umzuschalten.
-
Die Kontaktvorrichtung 30 umfasst zumindest zwei Magnete, beispielsweise einen ersten Magneten 35 und einen zweiten Magneten 36, zur Löschung von Lichtbögen, die beim Schalten des elektrischen Schalters entstehen, wobei die Magnete 35, 36 ein Magnetfeld in einem ersten Bereich erzeugen, der zumindest einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich umfasst, in denen bei einer geschlossenen Schaltstellung des elektrischen Schalters das erste Anschlusselement 31 beziehungsweise das zweite Anschlusselement 32 in Kontakt mit der Kontaktbrücke 33 sind.
-
Ferner umfasst die Kontaktvorrichtung 30 zumindest ein Ablenkelement, das angeordnet und ausgebildet ist, das Magnetfeld derart zu verzerren, dass ein erster Lichtbogen, der sich zwischen dem ersten Anschlusselement 31 und der Kontaktbrücke 33 ausbildet, und ein zweiter Lichtbogen, der sich zwischen dem zweiten Anschlusselement 32 und der Kontaktbrücke 33 ausbildet, unabhängig von einer jeweiligen Stromrichtung in den Anschlusselementen 31, 32 in verschiedene, voneinander abweisend verlaufende Richtungen gedrängt werden.
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Kontaktvorrichtung 30.
-
Die Kontaktvorrichtung 30 weist beispielsweise einen Rahmen auf, der einen Raum begrenzt, in dem das erste Anschlusselement 31 und das zweite Anschlusselemente 32 sowie die Kontaktbrücke 33 zumindest teilweise angeordnet sind. Der Rahmen kann Teil eines Gehäuses sein oder einer Kontaktkammer, beispielsweise einer keramischen Kammer. Der Rahmen erleichtert eine stabile Anordnung der Magnete 35, 36 und der Ablenkelemente und ist daher optional für die Kontaktvorrichtung 30. Für die Funktion der Lichtbogenlöschung ist eine jeweilige Anordnung der Magnete 35, 36 und der Ablenkelemente in Bezug auf die Anschlusselemente 31, 32 und die Kontaktbrücke 33 maßgebend.
-
Der Rahmen umfasst beispielsweise das zumindest eine Ablenkelement der Kontaktvorrichtung 30. Beispielsweise weist die Kontaktvorrichtung 30 ein erstes Ablenkelement und ein zweites Ablenkelement auf, die Teil des Rahmens sind. Das erste und zweite Ablenkelement weisen bevorzugt ein magnetisch leitfähiges Material auf oder bestehen aus einem magnetisch leitfähigem Material.
-
Der Rahmen weist beispielsweise eine erste Seitenwand 37 und eine zu der ersten Seitenwand 37 gegenüberliegende zweite Seitenwand 38 auf. Die erste und zweite Seitenwand 37, 38 sind vorzugsweise magnetisch nicht-leitend ausgebildet.
-
An der ersten Seitenwand 37 ist beispielsweise der erste Magnet 35 angeordnet. Alternativ weist die erste Seitenwand 37 eine Aussparung auf, in der der erste Magnet 35 angeordnet ist.
-
Der zweite Magnet 36 ist beispielsweise an der zweiten Seitenwand 38 angeordnet. Alternativ weist die zweite Seitenwand 38 eine Aussparung auf, in der der zweite Magnet 36 angeordnet ist.
-
Der erste Magnet 35 und der zweite Magnet 36 sind jeweils derart an der ersten Seitenwand 37 beziehungsweise an der zweiten Seitenwand 38 angeordnet, dass gleichpolige Seiten der Magnete 35, 36 sich zugewandt sind. Vorzugsweise sind der erste Magnet 35 und der zweite Magnet 36 auf einer Innenseite des Rahmens direkt gegenüberliegend angeordnet.
-
Das erste Ablenkelement umfasst beispielsweise einen ersten Winkel 39 mit einem ersten und zweiten Winkelabschnitt 41, 42. Der erste Winkelabschnitt 41 verläuft entlang einer ersten Stirnseite des Rahmens und der zweite Winkelabschnitt 42 ist zumindest teilweise entlang der ersten Seitenwand 37 angeordnet.
-
Das zweite Ablenkelement umfasst beispielsweise einen zweiten Winkel 40 mit einem ersten Winkelabschnitt 43 und einen zweiten Winkelabschnitt 44, wobei der erste Winkelabschnitt 43 entlang einer zu der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Rahmens verläuft und der zweite Winkelabschnitt 44 teilweise entlang der zweiten Seitenwand 38 angeordnet ist.
-
Die zweiten Winkelabschnitte 42, 44 des ersten Winkels 39 und des zweiten Winkels 40 sind beispielsweise jeweils auf einer Außenseite der ersten Seitenwand 37 beziehungsweise der zweiten Seitenwand 38 angeordnet.
-
3 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung 30. Es ist ein erster Magnetfeldverlauf gezeigt. Ein Strom durch das erste Anschlusselement 31 und zweite Anschlusselement 32 weist eine erste Stromrichtung auf. Ferner ist ein erster und zweiter Richtungsvektor FL1, FL2 gezeigt. Der erste Richtungsvektor FL1 repräsentiert beispielhaft die Richtung, in die der erste Lichtbogen gedrängt wird. Der zweite Richtungsvektor FL2 repräsentiert beispielhaft die Richtung, in die der zweite Lichtbogen gedrängt wird. Die beiden Richtungsvektoren FL1, FL2 weisen voneinander weg. Die Richtungsvektoren FL1, FL2 repräsentieren jeweils Kraftvektoren der Lorentzkraft, die auf die ionisierte Luft, das heißt die Lichtbögen, an der entsprechenden Stelle wirkt.
-
Insbesondere umfasst der erste Richtungsvektor FL1 einen Richtungsanteil entlang einer Verbindungsachse, die ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs mit einem Zentrum des zweiten Kontaktbereichs verbindet, der von dem zweiten Kontaktbereich weg weist. Der zweite Richtungsvektor FL2 weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem ersten Kontaktbereich weg weist.
-
4 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktvorrichtung 30. Es ist ein zweiter Magnetfeldverlauf gezeigt. Ein Strom durch das erste Anschlusselement 31 und zweite Anschlusselement 32 weist eine zu der ersten Stromrichtung entgegengesetzte zweite Stromrichtung auf. Der erste Lichtbogen und zweite Lichtbögen werden in andere Richtungen abgedrängt als in dem in 3 gezeigten Fall. Aber auch hier umfasst der erste Richtungsvektor FL1 einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse, der von dem zweiten Kontaktbereich weg weist und auch der zweite Richtungsvektor FL2 weist einen Richtungsanteil entlang der Verbindungsachse auf, der von dem ersten Kontaktbereich weg weist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Relais
- 20
- Antriebseinheit
- 24
- Spule
- 26
- Stößel
- 28
- Joch
- 30
- Kontaktvorrichtung
- 31
- erstes Anschlusselement
- 32
- zweites Anschlusselement
- 33
- Kontaktbrücke
- 35
- erster Magnet
- 36
- zweiter Magnet
- 37
- erste Seitenwand
- 38
- zweite Seitenwand
- 39
- erster Winkel
- 40
- zweiter Winkel
- 41
- erster Winkelabschnitt des ersten Winkels
- 42
- zweiter Winkelabschnitt des ersten Winkels
- 43
- erster Winkelabschnitt des zweiten Winkels
- FL1
- erster Richtungsvektor
- FL2
- zweiter Richtungsvektor
- M
- Magnetfeldlinie
