DE202023100008U1 - Schaltvorrichtung mit Magneteinrichtung - Google Patents

Abstract

Schaltvorrichtung (10) zum Schalten elektrischer Verbindungen aufweisend
ein Halteelement (30),
ein Schaltmodul (40),
zwei Kontaktelemente (41, 42) des Schaltmoduls (40),
eine Magneteinrichtung (60) mit zumindest zwei magnetischen Polen (61, 62),
wobei das Schaltmodul (40) zum Schalten von elektrischen Verbindungen eingerichtet ist,
wobei die zwei Kontaktelemente (41, 42) elektrisch leitfähig und innerhalb des Schaltmoduls (40) angeordnet sind, sowie in einem Schließzustand elektrisch leitend verbunden sind und in einem Öffnungszustand voneinander beabstandet sind
wobei die Magneteinrichtung (60) mit den magnetischen Polen (61, 62) derart relativ zu den Kontaktelementen (41, 42) angeordnet sind, dass der Bereich zwischen den Kontaktelementen (41, 42) im Einflussbereich von zumindest einem durch die magnetischen Pole (61, 62) generierten Magnetfeld (B) liegt,
und wobei die Magneteinrichtung (60) mit den magnetischen Polen (61, 62) an dem Halteelement (30) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung mit einer Magneteinrichtung zum Schalten von elektrischen Verbindungen.
• Schaltvorrichtungen werden genutzt, um elektrische Verbindungen temporär zu öffnen und wieder zu schließen. Dieser Schaltvorgang kann bspw. sowohl mechanisch, elektromechanisch (ggf. per Fernwirkung) oder elektronisch vorgesehen sein.
• Schaltvorrichtungen mit Magnetfeldeinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. So offenbart die DE 10 2010 016950 A1 ein Elektromagnetisches Relais mit einer eine Magnetkraft erzeugenden Spule und zwei öffnen- und schließbaren Kontaktabschnitten sowie zwei lichtbogenlöschenden Magnetelementen.
• Die DE 10 2012 006440 A1 offenbart hingegen eine Schaltungsanordnung mit einem Haupt- und einem Wechselrelais, je mit Kontaktpaaren bzw. Öffner und Schließer versehen, wobei das Hauptrelais einen Blasmagneten aufweist.
• Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltvorrichtung mit Magneteinrichtung vorzuschlagen.
• Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Demzufolge weist die vorgeschlagene Schaltvorrichtung zum Schalten elektrischer Verbindungen ein Halteelement, ein Schaltmodul sowie zwei Kontaktelemente des Schaltmoduls auf. Das Schaltmodul ist zum Schalten von elektrischen Verbindungen eingerichtet. Die zwei Kontaktelemente sind elektrisch leitfähig und innerhalb des Schaltmoduls angeordnet sowie in einem Schließzustand elektrisch leitend verbunden und in einem Öffnungszustand voneinander beabstandet. Ferner ist eine Magneteinrichtung mit zumindest zwei magnetischen Polen vorgesehen. Dies können bspw. einfache Elementarmagnete sein. Die Magneteinrichtung mit den magnetischen Polen ist derart relativ zu den Kontaktelementen angeordnet, dass der Bereich zwischen den Kontaktelementen im Einflussbereich von zumindest einem durch die magnetischen Pole generierten Magnetfeld liegt. Außerdem ist die Magneteinrichtung mit den magnetischen Polen an dem Halteelement angeordnet.
• Das Halteelement wird vorzugsweise dazu verwendet, das Schaltmodul in der Schaltvorrichtung mechanisch zu arretieren und - in einem anderen Anwendungsfall - gezielt zu lösen.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Magnetfeld bspw. im Bereich zwischen den leitfähigen Oberflächen zumindest eine Feldkomponente auf, die parallel zu den elektrisch leitfähigen Oberflächen verläuft.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Kontaktelemente einander zugewandte Oberflächen. Außerdem hat dort das Magnetfeld im Bereich zwischen den einander zugewandten Oberflächen zumindest eine Feldkomponente, die parallel zu den Oberflächen verläuft. Diese Magnetfeldkomponente verursacht dann die Auslenkung und/oder Elongation eines möglicherweise auftretenden Plasma-Lichtbogens. Die diesem Verhalten zugrundeliegende Kraft ist im Falle von Strömen (bewegte Ladungsträger), die Magnetfeldern ausgesetzt sind, die Lorentzkraft $\overrightarrow{F_L}=q\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B}$

  

  ( $\overrightarrow{F_L}:$

  

  Lorentzkraft, q: Ladung, $\overrightarrow{v}:$

  

  Geschwindigkeit des Ladungsträgers, $\overrightarrow{B}:$

  

  Magnetfeld). So sie hinreichend groß ist bzw. genügend lange einwirken kann, wird der Plasmalichtbogen sogar ausgelöscht, wodurch die problematische Einwirkung auf die Kontaktelemente unterbunden wird.
• Vorteilhafterweise kann die Magneteinrichtung mit den magnetischen Polen in einer Weiterbildung ferner am Halteelement auswechselbar angebracht und insbesondere durch Kraftschluss und/oder Formschluss angebracht sein. Beispielsweise können die magnetischen Pole zylindrisch, also im Grundriss kreisförmig, ausgebildet sein, sodass sie in mit gleichem Innendurchmesser ausgebildete, schalenförmige Ausnehmungen am Halteelement eingebracht und somit formschlüssig mit diesem verbunden und - etwa mittels Hebelbewegung oder Zange - auch wieder entfernt werden können. Diese Ausnehmungen können etwa per Fräsen, Bohren oder im Rahmen eines Spritzgussverfahrens in die Oberfläche des Halteelements eingebracht, oder aber auch in Form einer kragenförmigen Struktur aus der Oberfläche des Halteelements herausstehend ausgebildet sein. In einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die magnetischen Pole etwa mit Hilfe eines dritten, verbindenden Elements, etwa mittels Klebstoff, kraftschlüssig auf der Oberfläche des Halteelements befestigt werden. Dies erschwert zwar die Auswechselbarkeit, optimiert jedoch die Festigkeit der Verbindung etwa gegenüber äußeren Einflüssen wie etwa Vibrationen, Stößen o.ä.. Weiterhin vorteilhaft ist eine Kombination der form- und kraftschlüssigen Verbindung, etwa mittels in Ausnehmungen aufgebrachten Klebstoffs, da die magnetischen Pole somit an definierten Positionen am Halteelement besonders beständig befestigt werden können.
• Ebenso denkbar als vorteilhafte Weiterbildung ist außerdem, dass die magnetischen Pole durch Permanentmagnete gebildet sind und insbesondere zumindest teilweise aus Neodym bestehen. So bieten Neodym-Eisen-Bor-Legierungen die aktuell stärksten und gängigsten Magnettypen. Oftmals werden diese etwa in Zylinderform angeboten, was auch hier vorteilhaft ist, da in diesem Fall Standardwerkzeuge etwa zur Herstellung von Ausnehmungen am Halteelement genutzt werden können.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die magnetischen Pole jeweils mit magnetisch zumindest teilweise isolierenden Abdeckungen versehen werden, um Störeinflüsse von und/oder auf benachbart angeordnete Vorrichtungen zu reduzieren und/oder ganz zu verhindern. Solche Abdeckungen könnten bspw. deckelförmig ausgeführt, auf die aus der Oberfläche des Halteelements herausstehende Magneteinrichtung aufgebracht und mit diesem durch korrespondierende Durchmesser von Magneteinrichtung und Abdeckung formschlüssig verbunden werden. Auch wäre denkbar, dass die Abdeckungen kraftschlüssig etwa mittels Klebstoff auf die Magneteinrichtungen aufgebracht werden können. Diese Abdeckungen könnten dann auch nur flach statt deckelförmig ausgebildet sein. Denkbare Materialien sind insbesondere ferromagnetische Materialien hoher Permeabilität und geringer Remanenz.
• Wie bei derartigen Vorrichtungen üblich, kann die Schaltvorrichtung in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sinnvollerweise auch Montagemittel aufweisen, damit sie auf einer Tragschiene montiert werden kann. Dies ist, wie bereits beschrieben, für den typischen Anwendungsfall in Schaltschränken besonders günstig, da somit übliche Montagemethoden verwendet werden können.
• In einem typischen Anwendungsszenario kann das Schaltmodul ein Elementarrelais und das Halteelement in einer nächsten Weiterbildung ein Entriegelungshebel für das Elementarrelais sein, insbesondere sogar ein austauschbarer Entriegelungshebel. Austauschbare Elementarrelais in übergeordneten Schaltvorrichtungen, wie etwa Relais-Sockel-Modulen, sind insbesondere im industriellen Umfeld oder aber in Gebäudeinstallationen ein häufig auftretender Anwendungsfall. Da in bestehenden Installationen zu Anpassungs- oder Wartungszwecken oftmals Elementarrelais ausgetauscht werden, ist eine Flexibilität auch der Haltevorrichtungen, wie etwa den den Austausch begünstigenden Entriegelungshebeln, sowie der vorteilhafterweise daran befestigten Magneteinrichtungen besonders günstig, da in diesem Fall nicht gleich ganze, typischerweise noch verdrahtete Schaltvorrichtungen ausgetauscht werden müssen.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Schaltvorrichtung ein Sockelmodul aufweist, das ausgebildet ist, das Schaltmodul aufzunehmen. So kann das Sockelmodul neben einer mechanischen Aufnahme auch elektrische Verbindungsmittel für die Kontaktierung des Elementarrelais mit den an das Sockelmodul angeschlossenen Leitungen aufweisen.
• Denkbar ist auch, dass die Haltevorrichtung vorzugsweise auch außerhalb des Schaltmoduls angeordnet sein kann, was im Falle der Relais-Anwendung ein typischer Konstruktionsfall ist.
• Schließlich kann das Schaltmodul auch ein mechanischer Schalter und/oder das Haltelement ein Gehäuse sein, insbesondere ein Gehäuse des mechanischen Schalters. Dies stellt ein Alternativszenario zu Relais-Anwendungsfall dar. Auch in einfachen mechanischen Schaltern können unter bestimmten Umständen Lichtbögen entstehen, die mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung effektiv unterbunden werden können.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen
• 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Schaltvorrichtung
• 2 eine Frontalsicht einer Ausführungsform eines Schaltvorrichtung
• 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Schaltvorrichtung mit Magneteinrichtungsabdeckungen
• 4 eine Frontalsicht einer Ausführungsform eines Schaltvorrichtung mit Magneteinrichtungsabdeckungen
• 5 eine (schematische) Aufsicht einer Ausführungsform eines Schaltmoduls mit magnetischen Polen
• 6 eine (schematische) Aufsicht einer Ausführungsform eines Schaltmoduls mit magnetischen Polen, Magnetfeldlinien und Lichtbogen
• 7 eine (schematische) Ansicht einer Ausführungsform eines Schaltmoduls mit magnetischen Polen
• 8 eine (schematische) Ansicht einer Ausführungsform eines Schaltmoduls mit magnetischen Polen, Magnetfeldlinien und Lichtbogen
• Bei Schaltvorgängen können insbesondere bei Gleichstromanwendungen Lichtbögen entstehen, die Teile der Schaltvorrichtung mechanisch schädigen können oder sogar für den Anwender eine Gefahr darstellen können. Die Lichtbögen sind Plasmaerscheinungen, bestehen also aus geladenen Teilchen und sind somit durch Magnetfelder zu beeinflussen. Magneteinrichtungen erzeugen sich nach bestimmten physikalischen Gesetzen im Raum erstreckende Magnetfeldlinien, die wiederum u.a. die Dynamik von geladenen Teilchen beeinflussen können. So kann ein Lichtbogen mittels Magnetfeldern manipuliert und unter Umständen frühzeitig gelöscht werden. In diesem Fall nennt man die diesen Effekt erzeugenden Magnete auch Blasmagnete. Dieses Manipulieren bis zum Löschen von Lichtbögen ist insbesondere in der Relais-Technik relevant, um die Lebensdauer von Elementarrelais zu optimieren.
• Die Schaltvorrichtung (10) in der Ausgestaltung wie in 1 weist beispielhaft ein Sockelmodul (20), ein Halteelement (30) sowie ein Schaltmodul (40) auf. Das Schaltmodul ermöglicht das Schalten von elektrischen Verbindungen. Die elektrische Anbindung an die Anwendungsumgebung findet über das Sockelmodul statt und ist hier nicht weiter von Interesse, ebenso wie die elektrische Anbindung zwischen Sockelmodul (20) und Schaltmodul (40).
• Das Halteelement (30) hat eine hybride Funktion: Nämlich dient es einerseits zur mechanischen Arretierung des Schaltmoduls in oder an dem Sockelmodul. Im möglichen Fall des notwendigen Austauschs des Schaltmoduls (40) dient das Halteelement (30) andererseits als Entriegelungs- und Auswurfhilfe. Dazu weist es zur mechanischen Freigabe ein Löseelement auf, das dazu ausgebildet ist, eine mögliche mechanische Arretierung des Schaltmoduls (40) im oder am Sockelmodul (20) zu lösen und das Schaltmodul (40) zur Entnahme und Austausch freizugeben.
• Dargestellt ist für die vorteilhafte Ausgestaltung in 1 ferner die mechanische Anbindung der Schaltvorrichtung (10) über die Unterseite des Sockelmoduls (20) an eine externe Montageeinheit wie etwa eine Tragschiene (80). Solche Tragschienen werden typischerweise in Schaltschränken oder ähnlichen elektrischen Einrichtungen verbaut, um mehrere Vorrichtungen wie die Schaltvorrichtung (10) neben- und übereinander zu montieren und zu verkabeln, um die gewünschte Abwendung zu realisieren.
• Problematisch ist in solchen Anwendungen oftmals der Ausfall einzelner Komponenten. So kann bei Elementarrelais mechanischer Verschleiß der elektrisch leitfähigen Oberflächen (51, 52) von Kontaktelementen (41, 42) dazu führen, dass die elektrische Verbindung suboptimal oder gar nicht mehr hergestellt werden kann, was im schlimmsten Fall den kostenintensiven Austausch des defekten Schaltmoduls durch ein neuwertiges Schaltmodul erforderlich machen kann. Eine Ursache dieses mechanischen Verschleißes können Lichtbögen (L) sein, die sich insbesondere bei Gleichstromanwendungen zwischen den Oberflächen bilden können. Hierzu werden im Stand der Technik als Schaltmodule spezielle Elementarrelais eingesetzt, die sog. Blasmagnete enthalten. Diese Blasmagnete sind jedoch teuer und machen einen nach wie vor möglichen Austausch noch teurer. Daher wird hier vorgeschlagen, wie Blasmagnete wirkende magnetische Pole (61, 62) nicht innerhalb des Schaltmoduls (40), sondern vorteilhafterweise, wie in 1 dargestellt, außerhalb anzubringen. Vorteilhaft an der Integration der Magneteinrichtung (60) an dem Halteelement (30) und nicht etwa dem Schaltmodul (40) - also bspw. einem Elementarrelais - ist, dass die Magneteinrichtung (60) beim möglicherweise defektbedingten oder turnusgemäßen Wechsel des Schaltmoduls (40) nicht mitgewechselt wird. Dies stellt einen Kostenvorteil gegenüber den Schaltvorrichtungen aus dem Stand der Technik dar.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die magnetischen Pole (61, 62) vorzugsweise seitlich an dem Halteelement (30) angebracht. Denkbar wäre außerdem, dass die magnetischen Pole an einer anderen Stelle, etwa an der Oberseite des Halteelements (30) und ggf. unterhalb des Schaltmoduls (40) angeordnet sein können.
• Die magnetischen Pole sind in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung als Permanentmagnete ausgeführt, die selbst nicht verschleißanfällig sind und deswegen auch nicht ausgetauscht werden müssen. Vorzugsweise können diese aus Neodym oder einem anderen geeigneten magnetischen Material wie etwa Dysprosium oder auch Nicht-Seltenerd-Materialien wie etwa Ceriumcobalt hergestellt sein - auch Mischungen dieser Materialien sind möglich. Die Wahl verschiedener Materialien bietet die Möglichkeit, geeignete magnetische Pole für verschiedene Anwendungsszenarien zu nutzen. So können etwa für besonders lichtbogenanfällige Szenarien magnetische Materialien mit hoher magnetischer Wirkung ausgewählt werden, um die Lichtbögen besonders verlässlich elongieren und/oder auslöschen zu können.
• Denkbar ist ferner die weiterhin vorteilhafte Weiterbildung, dass das Halteelement (30) selbst in Gänze zerstörungsfrei austauschbar ausgestaltet sein kann. Dazu können etwa auslenkbare Drehstifte am Halteelement (30) und korrespondierende Aufnahmen am Sockelmodul (20) vorgesehen sein. Auch ist alternativ denkbar, dass das Halteelement (30) starr mittels eines öffenbaren Steckverschlusses mit dem Sockelmodul (20) verbunden sein kann. Dies hat den Vorteil, dass aus dem Stand der Technik bekannte Schaltvorrichtungen erfindungsgemäß ertüchtigt werden können. Somit könnte das bereits in einer bestehenden Anwendung verbaute Halteelement normaler Bauart durch ein erfindungsgemäßes Halteelement (30) mit Magneteinrichtung (60) ersetzt werden und somit die vorteilhafte Lichtbogenlöschwirkung ausüben.
• In 2 ist eine andere Ansicht einer weiteren Ausgestaltung dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass die magnetischen Pole 61 und 62 seitlich am Halteelement (30) angebracht sind. Sie können eingebettet sein oder - wie dargestellt - erhaben aus der Oberfläche des Halteelements (30) herausstehen. Auch ist hier ersichtlich, dass das Halteelement (30) das Schaltmodul (40) brückenartig umgibt. Ferner sind die elektrisch leitfähigen Oberflächen (51, 52) der Kontaktelemente (41, 42) gepunktet als Rechteecke dargestellt, da sie von außen regelmäßig nicht sichtbar sind, sondern innen im Schaltmodul (40) verbaut sind. Denkbar ist außerdem, dass die Oberflächen (51, 52) der Kontaktelemente (41, 42) nicht rechteckig, sondern bspw. oval, kreisförmig o.ä. ausgeführt sein können.
• In den 3 und 4 sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltvorrichtung (10) dargestellt. Nunmehr sind die magnetischen Pole 61 und 62 mit zumindest teilweise magnetisch isolierenden Abdeckungen versehen. Dies hat den Vorteil, dass eventuell zur Schaltvorrichtung (10) benachbart angeordnete Vorrichtungen nicht oder zumindest in seiner magnetischen Wirkung reduziert durch die magnetischen Felder (B) der magnetischen Pole (61, 62) beeinflusst werden. Dies kann etwa bei hinsichtlich Störmagnetfeldern besonders sensitiven Strommessungen auf Basis von induzierten Magnetfeldern durch ebenfalls auf Tragschienen montierbare Strommessumformer vorteilhaft sein.
• Die Abdeckungen (63, 64) können fest montiert oder auswechselbar, etwa nur formschlüssig an der Magneteinrichtung (60) befestigt ausgebildet sein. Ersteres hat den Vorteil der Verliersicherheit, während zweiteres vorteilhaft sein kann hinsichtlich der Anpassung der magnetischen Isolierung an den jeweiligen Anwendungsfall. So mögen bei besonders magnetfeldsensitiven Anwendungen besonders stark isolierende Abdeckungen notwendig sein, die jedoch auch kostenintensiv sein können. Bei anderen, weniger kritischen Anwendungen können somit vorteilhafterweise weniger teure Materialien für die Abdeckungen (63, 64) eingesetzt werden, oder aber - wie in den 1 oder 2 abgebildet - ganz darauf verzichtet werden.
• In den 5 und 6 sind in einer Aufsicht schematisch weitere Ausgestaltungen der im Schaltmodul (40) innen angeordneten Kontaktelemente (41, 42) mit deren leitfähigen Oberflächen (51, 52) sowie die außen liegenden magnetischen Pole (61, 62) der Magneteinrichtung (60) abgebildet. Diese Figuren blenden etwa die genaue Position und Orientierung des Halteelements (30) sowie der sonstigen Außenwände des Schaltmoduls (40) oder des Sockelmoduls (20) aus.
• Stattdessen dienen sie - ebenso wie die folgenden 7 und 8 - lediglich der Veranschaulichung der magnetischen Wirkung der magnetischen Pole (61, 62) und dem durch sie erzeugten Magnetfeld (B) auf sich möglicherweise ausbildende Lichtbögen (L).
• In 5 sind die Oberflächen (51, 52) der Kontaktelement (41, 42) sowie die der magnetischen Pole (61, 62) vorzugsweise im rechten Winkel angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da so die entstehende Lichtbogenlöschwirkung maximiert ist. Es sind aber auch andere, nichtrechtwinklige Orientierungen denkbar.
• In 6 sind neben den mechanischen Elementen aus 5 zusätzlich das durch die magnetischen Pole (61, 62) erzeugte Magnetfeld $\left(\overrightarrow{B}\right)$

  

  sowie der sich möglicherweise ausbildende Lichtbogen (L) abgebildet. Lichtbögen können etwa dann entstehen, wenn hohe Ströme durch die in einem Schaltzustand in direktem Kontakt befindlichen Kontaktelemente (41, 42) fließen und die Kontaktelemente trotz fließenden Stroms etwa durch mechanische oder auch elektromagnetische Einwirkung auseinandergezogen werden. Dann stehen die elektrisch leitfähigen Oberflächen (51, 52) nicht mehr in unmittelbarem Kontakt. Solange die Abstände zwischen ihnen aber noch hinreichend gering sind, kann die durch die hohen Ströme im System zur Verfügung stehende Energie ausreichen, um das Gas - wie etwa Luft - zwischen den Oberflächen (51, 52) zu ionisieren. In diesem Fall liegt nun ein Plasma vor, das einerseits weiterhin einen elektrischen Stromfluss zwischen den Oberflächen (51, 52) ermöglicht. Dies ist einerseits ungewollt - die Schaltvorrichtung sollte ja den Kontakt gerade öffnen und den Stromfluss unterbinden. Andererseits kann die Energie dieser Plasmalichtbögen so hoch sein, dass die Oberflächen (51, 52) der Kontaktelemente (41, 42) mitunter massiv mechanisch beschädigt werden können, was die Lebensdauer und Güte der Kontaktelemente (41, 42) und damit des gesamten Schaltmoduls (40) nennenswert reduzieren kann.
• Das Magnetfeld $\left(\overrightarrow{B}\right)$

  

  verursacht in dieser vorteilhaften Ausgestaltung mit den magnetischen Polen (61, 62) zusammen mit dem Strom $\overrightarrow{I}=q\overrightarrow{v}$

  

  des Lichtbogens die Lorentzkraft $\overrightarrow{F_L}=q\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B}$

  

  (q: Ladung, $\overrightarrow{v}:$

  

  Geschwindigkeit des Ladungsträgers, $\overrightarrow{B}:$

  

  Magnetfeld). Die für den vorteilhaften Effekt der Lichtbogenlöschung einzig relevante Feldkomponente (B_z) ist exemplarisch durch die Pfeile mit gestrichelten Linien dargestellt. Sie verläuft im für diese Betrachtung einzig relevanten Bereich zwischen den Oberflächen (51, 52) senkrecht von diesen ausgehend dazwischen linear. Der Lichtbogen (L) verläuft in dieser Aufsicht aus 5 senkrecht zur Magnetfeldkomponente (B_z). Die daraus resultierende Lorentzkraft zeigt gemäß des Vektorprodukts aus Magnetfeld $\left(\overrightarrow{B}\right)$

  

  und Lichtbogenstrom $\left(\overrightarrow{I}\right)$

  

  aus der Ebene heraus - in dieser idealen Konfiguration senkrecht auf den Betrachter zu.
• Zwar ist auch denkbar, dass beliebige, nichtparallele Orientierungen der magnetischen Pole (61, 62) relativ zu den Oberflächen (51, 52) gewählt werden, jedoch ist die Kraftwirkung aufgrund des Vektorprodukts aus Strom $\left(\overrightarrow{I}\right)$

  

  und Magnetfeld $\left(\overrightarrow{B}\right)$

  

  optimal, wenn diese möglichst orthogonal zueinander ausgerichtet werden. Auch sollten die magnetischen Pole (61, 62) und die Kontaktelemente (41, 42) möglichst in einer Ebene zueinander angeordnet sein, sodass die Dichte des Magnetfelds und damit auch die Kraft auf den Lichtbogen (L) möglichst groß ist. Um die magnetische Dichte im Inneren zu optimieren, ist es außerdem sinnvoll, den Abstand zwischen den magnetischen Polen (61, 62) möglichst zu minimieren. So ist also bspw. die Positionierung der magnetischen Pole (61, 62) in in dem Halteelement (30) versenkten Ausnehmungen besonders vorteilhaft, da so der Abstand möglichst gering und die Magnetfelddichte und damit die Lichtbogenlöschwirkung maximiert ist.
• In den 7 und 8 sind andere Ansicht weiterer Ausgestaltungen abgebildet - man schaut hier frontal auf die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht abgebildete Schaltvorrichtung (10). In dieser Orientierung ist nun zu erkennen, dass die in der Ausgestaltung aus 6 aus der Ebene herauszeigende Lorentzkraft $\overrightarrow{F_L}$

  

  (nunmehr nach oben zeigt, wie mit dem kurzgestrichelten Pfeil dargestellt. Je größer das Magnetfeld $\overrightarrow{B}$

  

  und/oder je größer der über den Lichtbogen (L) fließende Strom $\left(\overrightarrow{I}\right),$

  

  desto größer die Lorentzkraft $\overrightarrow{F_L}.$

  
• Diese Kraft wirkt derart auf die Ladungsträger ein, dass diese in Richtung der wirkenden Kraft ausgelenkt werden und somit der Lichtbogen (L) elongiert wird. Ist die auftretende Kraft bedingt durch den Strom $\overrightarrow{I}$

  

  und das Magnetfeld (B) hinreichend groß und/oder die Wirkzeit der Kraft auf den Lichtbogen (L) hinreichend lange, so kann der Lichtbogen nicht nur elongiert, sondern aufgrund der dadurch reduzierten Plasmadichte auch gelöscht werden.
• Folglich kann durch das durch die magnetischen Pole (61, 62) erzeugte Magnetfeld (B) eine Lichtbogenlöschwirkung erzielt werden, die mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch im Falle eines notwendigen Austauschs eines am Ende seiner Lebensdauer befindlichen Schaltmoduls (40) besonders preiswert ist.
• Bezugszeichen

10

Schaltvorrichtung

20

Sockelmodul

30

Halteelement

40

Schaltmodul

41

Kontaktelement

42

Kontaktelement

51

Oberfläche

52

Oberfläche

60

Magneteinrichtung

61

Magnetischer Pol

62

Magnetischer Pol

63

Abdeckung

64

Abdeckung

70

Montagemittel

80

Tragschiene

B

Magnetfeld

Bz

Magnetfeldkomponente

FL

Lorentzkraft

L

Lichtbogen

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010016950 A1 [0003]
• DE 102012006440 A1 [0004]

Claims (12)

1. Schaltvorrichtung (10) zum Schalten elektrischer Verbindungen aufweisend ein Halteelement (30), ein Schaltmodul (40), zwei Kontaktelemente (41, 42) des Schaltmoduls (40), eine Magneteinrichtung (60) mit zumindest zwei magnetischen Polen (61, 62), wobei das Schaltmodul (40) zum Schalten von elektrischen Verbindungen eingerichtet ist, wobei die zwei Kontaktelemente (41, 42) elektrisch leitfähig und innerhalb des Schaltmoduls (40) angeordnet sind, sowie in einem Schließzustand elektrisch leitend verbunden sind und in einem Öffnungszustand voneinander beabstandet sind wobei die Magneteinrichtung (60) mit den magnetischen Polen (61, 62) derart relativ zu den Kontaktelementen (41, 42) angeordnet sind, dass der Bereich zwischen den Kontaktelementen (41, 42) im Einflussbereich von zumindest einem durch die magnetischen Pole (61, 62) generierten Magnetfeld (B) liegt, und wobei die Magneteinrichtung (60) mit den magnetischen Polen (61, 62) an dem Halteelement (30) angeordnet ist.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kontaktelemente (41, 42) einander zugewandte Oberflächen (51, 52) aufweisen und das Magnetfeld im Bereich zwischen den einander zugewandten Oberflächen (51, 52) zumindest eine Feldkomponente (B_z) aufweist, die parallel zu den Oberflächen (51, 52) verläuft.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magneteinrichtung (60) derart ausgebildet ist, dass ein sich zwischen den Oberflächen (51, 52) der Kontaktelemente (41, 42) ausbildender Lichtbogen durch die einwirkende Lorentzkraft ausgelenkt und elongiert wird.
4. Schaltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magneteinrichtung (60) mit den magnetischen Polen (61, 62) am Halteelement (30) auswechselbar angebracht sind und sie insbesondere durch Kraftschluss und/oder Formschluss angebracht sind.
5. Schaltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die magnetischen Pole (61, 62) durch Permanentmagnete gebildet sind und insbesondere zumindest teilweise aus Neodym bestehen.
6. Schaltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die magnetischen Pole (61, 62) jeweils mit magnetisch zumindest teilweise isolierenden Abdeckungen (63, 64) versehen werden, um Störeinflüsse von und/oder auf benachbart angeordnete Vorrichtungen zu reduzieren.
7. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung (10) Montagemittel (70) aufweist, um auf eine Tragschiene (80) montiert zu werden.
8. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schaltmodul (40) ein Elementarrelais und das Halteelement (30) ein Entriegelungshebel für das Elementarrelais ist, insbesondere ein austauschbarer Entriegelungshebel.
9. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schaltmodul (40) ein mechanischer Schalter und/oder das Haltelement (30) ein Gehäuse, insbesondere ein Gehäuse des mechanischen Schalters ist.
10. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung (10) ein Sockelmodul (20) aufweist, das ausgebildet ist, das Schaltmodul (40) aufzunehmen.
11. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halteelement (30) außerhalb des Schaltmoduls (40) angeordnet ist.
12. Halteelement (30) für eine Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend magnetische Pole (61, 62), wobei das Halteelement an der Schaltvorrichtung (10) auswechselbar ausgeführt ist.

Images