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Die Erfindung bezieht sich auf die Löschkammer eines Leistungsschalters
mit Isolierstoffgehäuse, einem feststehenden Kontakt und einem
beweglichen Kontakt, zwischen denen im Augenblick der Unterbrechung ein
Lichtbogen entsteht, und einer die Löschkammer in zwei Bereiche teilende
Trennwand mit Öffnungen.
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Bei Leistungsschaltern bekannter Art, insbesondere Kleinleistungsschaltern,
wird normalerweise im Leistungsschaltergehäuse im Ausgangsbereich der
Lichtbogenlöschkammer eine Öffnung zur Abführung der bei der
Lichtbogenlöschung entstehenden Gase vorgesehen.
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Weiterhin ist es bekannt, die Austriftsöffnungen mit porösen Einsätzen zu
versehen, wie z.B. in der FR-A-2508230 des Patentanmelders beschrieben,
oder sie mit feinmaschigen Metallgittern zur Filterung, Abkühlung und
Entionisierung des Gases auszufüllen.
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In der DE-U-7020036 wird eine durchlöcherte Isolierstoffplatte zwischen
der Gasaustrittsöffnung und den Abkühl- bzw. Entionisierungsblechen
eingefügt, um eine Neuzündung des Lichtbogens zu verhindern.
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Das Austreten der Gase führt bisweilen zu unerwünschten äußerlich
wahrnehmbaren, vor allem akustischen Begleiterscheinungen. Durch das
Weglassen der Austrittsöffnung könnten diese Begleiterscheinungen natürlich
unterdrückt werden, bei unverändertem Volumen der Löschkammer bzw. des
Schalters hätte dies jedoch unzulässige Überdrücke mit daraus
resultierender Explosionsgefahr zur Folge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch den Gasaustritt
hervorgerufenen äußerlich wahrnehmbaren Begleiterscheinungen zu beseitigen
und eine Lichtbogenlöschkammer mit hohem Ausschaltvermögen bei
unverändertem Volumen herzustellen, ohne daß der Druck im Innern des
Leistungsschalters unzulässige Werte annimmt.
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Die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen der genannten Trennwand eine Gesamtfläche von 1 bis
8 % der Gesamtfläche der Trennwand einnehmen, wobei der erste Bereich
der Löschkammer die Schaltkammer und der zweite Bereich eine nahezu
dichte Gasabkühlkammer ohne Austrittsöffnung bilden, deren Volumen 20
bis 60% des Gesamtvolumens der Löschkammer einnimmt.
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Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der nachstehenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, das in den beigefügten
Zeichnungen wie folgt dargestellt ist:
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- Die Figuren 1 und 2 zeigen im Längsschnitt die schematische Darstellung
zweier Ausführungsvarianten eines Niederspannungs-Leistungsschalters mit
einer erfindungsgemäßen Lichtbogenlöschkammer;
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- Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der nahezu dichten Trennwand in der
Lichtbogenlöschkammer des Leistungsschalters aus Figur 1 und 2;
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Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Pol eines Kleinleistungsschalter mit einem
Isolierstoffgehäuse 10, der an der Frontseite 12 mit einen Antriebshebel 14
und an den beiden schmalen Seitenflächen mit Anschlußklemmen 16 und 18
ausgerüstet ist. Im Innern des Gehäuses sind ein beweglicher Kontakt 20
und ein feststehender Kontakt 22 angeordnet, die über einen leitende
Verbindung 24 elektrisch mit der Anschlußklemme 16 verbunden sind. Der
bewegliche Kontakt wird über einen allgemein mit 26 bezeichneten
Schaltmechanismus angesteuert, der die mechanische Verbindung zwischen
dem Antriebshebel 14 und dem beweglichen Kontakt 20 darstellt. Des
weiteren sind ein thermischer Auslöser mit einem Bimetall 28 sowie ein
elektromagnetischer Auslöser 30 in dem Gehäuse angeordnet, die bei
Überlast- bzw. Kurzschluß ein automatisches Öffnen der Kontakte 20, 22
bewirken. Im unteren Teil des Schaltergehäuses 10 befindet sich eine
Lichtbogenlöschkammer.
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Die leitende Verbindung 24 ragt zur Bildung einer Lichtbogenelektrode
bzw. eines Lichtbogenhorns 32 über den feststehenden Kontakt 22 hinaus.
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Der obere Bereich des Lichtbogenlöschkammer wird durch eine
Lichtbogenelektrode bzw. ein Lichtbogenhorn 34 begrenzt, das mit der Anschluß
klemme 18 elektrisch verbunden ist. Die Lichtbogenhörner 32, 34 sind so
ausgebildet, daß sie den Lichtbogen auffangen, der zwischen den Kontakten
20, 22 bei deren Trennung entsteht.
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Ein solcher im französischen Patent Nr. 2344949 des Patentanmelders
detailliert beschriebener Leistungsschalter ist unter Fachleuten gut bekannt,
so daß hier auf eine weitere Erklärung seiner Funktionsweise oder seines
Aufbaus verzichtet werden kann.
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Erfindungsgemäß teilt eine in Figur 3 dargestellte nahezu dichte Trennwand
36 die Lichtbogenlöschkammer in zwei Bereiche. Nur im ersten Bereich 38,
in dem der Lichtbogen entsteht, kann sich dieser auch ausbreiten. Der
zweite Bereich 40, der keine nach außen führende Gasaustrittsöffnung
aufweist, stellt eine Gasabkühlkammer dar. Die Trennwand 36 ist mit
Öffnungen 42 versehen, deren Gesamtfläche zwischen 1 und 8 %, vorzugsweise
zwischen 1 und 5 %, der Gesamtfläche der Trennwand ausmacht. Bei einem
Niederspannungs-Kleinleistungsschalter des in den Abbildungen gezeigten
Typs würde z.B. eine Trennwand 36 mit einer Fläche von 200 mm²
Öffnungen mit einer Gesamtfläche von 4 mm² aufweisen. Die Öffnungen können
beispielsweise in Form einer oder mehrerer Bohrungen 42 entsprechend
Figur 2 (4 Bohrungen mit 1 mm Durchmesser) oder in Form eines oder
mehrerer Schlitze ausgeführt sein.
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Aufgrund des Darcyschen Fließgesetzes strömen die in der Lichtbogenzone
38 entstehenden Gase durch die Öffnungen 42 der Trennwand 36 in den
Bereich 40, der einen ausreichenden thermischen Schutz bietet und die
Abkühlung der heißen Gase ermöglicht. Die Abkühlung der Gase in der
Kammer 40 führt zu einer geringen Druckdifferenz zwischen den beiden
Bereichen vor und hinter der Trennwand 36, so daß der Gasstrom
aufrechterhalten wird.
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Die Lichtbogenlöschkammer wird auf diese Weise in zwei Bereiche geteilt,
und zwar eine Lichtbogenzone 38, in der die Gase eine hohe Temperatur
jedoch eine geringe Dichte aufweisen, und einen Abkühl- oder
Ausdehnungsbereich 40, in dem die Gase eine starke Kühlung erfahren und ihre
Dichte ansteigt.
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Die Verringerung des für den Lichtbogen verfügbaren Raumes bei
gleichzeitig unverändertem Gasraum erlaubt eine wesentliche Senkung der
Druckwerte. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante ist die Trennwand
36 im mittleren Bereich der Lichtbogenlöschkammer angeordnet, wobei das
freie Ende des Lichtbogenhorns 32 sehr nahe an die Trennwand
herangeführt ist. Es kann vorteilhaft sein, das Lichtbogenhorn 32 bis hin zur
Trennwand zu verlängern, so daß diese zusätzlich als Stütze für das
Lichtbogenhorn dient. In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante ist die
Trennwand 36 innerhalb der Lichtbogenlöschkammer weiter nach hinten
verschoben. Der Abkühlbereich kann zwischen 20 und 60 % des Gesamtvolumens
der Löschkammer einnehmen.
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Versuche mit einem Niederspannungs-Kleinleistungsschalter haben gezeigt,
daß bei einer Abschaltung die Anordnung der erfindungsgemäßen
Trennwand 36 im mittleren Bereich der Lichtbogenlöschkammer im Vergleich zu
einer Ausführung ohne Trennwand eine Reduzierung des Drucks auf die
Hälfte ermöglicht, ohne daß im Gehäuse eine Öffnung für den Gasaustritt
nach außen vorhanden ist, derart daß ein Druck in der gleichen
Größenordnung liegt, wie bei einem Leistungsschalter des gleichen Typs mit einer
solchen Gasaustrittsöffnung.
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Bei der Ausführung mit der in der Löschkammer weiter nach hinten
verschobenen Trennwand ist der Druckgewinn, der etwa dem Verhältnis der
beiden Teilvolumina entspricht, geringer aber immer noch beträchtlich (etwa
20 %) und ausreichend, um auf jegliche Gasaustriftsöffnung verzichten oder
sie abzudecken zu können. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, daß
das Ausschaltvermögen des Leistungsschalters durch das Vorhandensein der
Trennwand 36 nicht beeinträchtigt wird. So können mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Trennwand bei gleichem Löschkammervolumen, ohne
Entstehung zu hoher Druckwerte und ohne Vorhandensein einer
Gasaustrittsöffnung die störenden äußeren Begleiterscheinungen beseitigt werden.
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Die Isolierstofftrennwand 36 kann in das Gehäuse eingeformt sein oder als
Einzelteil aufjede geeignete Weise im Gehäuse befestigt werden.
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Es ist klar, dass sich die vorliegende Erfindung auf die
Löschkammern aller Leistungsschaltertypen bezieht, egal ob es sich
um Niederspannungs- oder Mittelspannungs-Leistungsschalter
handelt, die in der Atmosphäre funktionieren oder mit
Isoliergas gefüllt sind.