EP2383761A1 - Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen - Google Patents

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Publication number
EP2383761A1
EP2383761A1 EP11175842A EP11175842A EP2383761A1 EP 2383761 A1 EP2383761 A1 EP 2383761A1 EP 11175842 A EP11175842 A EP 11175842A EP 11175842 A EP11175842 A EP 11175842A EP 2383761 A1 EP2383761 A1 EP 2383761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching contact
contact element
movable
housing
switching device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11175842A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Lang
Gerd Schimtz
Wolfgang Kremers
Lothar Winzen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Eaton Industries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Industries GmbH filed Critical Eaton Industries GmbH
Publication of EP2383761A1 publication Critical patent/EP2383761A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H9/443—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36—Metal parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts

Definitions

  • the invention relates to a switching device for DC applications, using components of switching devices for AC applications, eg. As circuit breaker, circuit breaker, switch disconnector and residual current circuit breaker is constructed.
  • switching devices which have one or more current paths, which in turn comprise fixed and movable switching contact elements.
  • the movable switching contact elements are movable together between a closed position, in which the mutually associated movable and stationary switching contact elements, and an open position, in which forms an insulating gap between the mutually associated movable and stationary switching contact elements.
  • arc quenching devices such as arc guide rails, arc splitter stacks or Deion packages. These arcing devices divide the arcs into individual partial arcs; if the arc voltages are higher than the driving voltages, the arcs are safely erased.
  • the arc extinction is facilitated by the current having a natural zero crossing.
  • a flashback of the arcs may occur;
  • the arcs forming at high currents generate in turn such a large intrinsic magnetic field that they are automatically deflected toward the arc quenching devices and finally extinguished.
  • blowing magnets In switching devices for DC applications, there is no automatic interruption of the arc as at the zero crossing of the alternating current. In the case of DC applications, therefore, so-called blowing magnets are used which generate a magnetic field with a strength and orientation which exert on the arcs a deflection force (Lorentz force) which deflects the arcs towards the arc quenching devices. In the extinguishing equipment, the arcs are stretched as known per se, cooled and divided into partial arcs and thereby extinguished.
  • Switching devices of the aforementioned type for AC applications are, for example, in DE 103 52 934 B4 .
  • DE 10212 948 B4 DE 20 2005 007 878 U1 .
  • EP 1 594 148 A1 EP 0 980 085 B 1 and EP 0 217 106 B1 described.
  • DE 34 09 564 A1 discloses a DC contactor with receiving areas for three parallel current paths, each having two separation sections, with a magnetic drive for transferring the current paths associated movable switching contact elements in a closed or open position.
  • the separation lines open into arc chambers without special arc extinguishing equipment.
  • a permanent magnet is mounted above each arc chamber, from the two end faces of two pole plates extend laterally next to the arc chamber. The permanent magnets and pole plates blow arcing occurring during separation of the switching contacts into the arcing chambers.
  • the object of the invention is to be able to produce switching devices with DC switching capability and DC disconnector function cost.
  • the switching device according to the invention for DC applications is based on the idea of resorting to the manufacture of the switching device on the housing of a switching device for AC applications to adapt this housing in a simple manner and with little effort for the DC application.
  • This magnet is integrated in a special housing of the housing of the switching device for AC applications, in which normally a ferromagnetic magnetic field amplifying element for amplifying the intrinsic magnetic field of the arc is housed.
  • At least one permanent outer magnet is externally attached to at least one of the two side walls of the housing. It is expedient if at least one outer magnet is arranged on both side walls. Internal and external magnets, together with their field lines, penetrate the adjacent separating sections of the individual current paths within the housing for increased deflection of arcing.
  • a special feature of the switching device according to the invention for DC applications is that the DC switching capacity of conventional AC switching devices is considerably increased by the introduction of internal magnets. In this case, it is not necessary for each separating section and each extinguishing device to be assigned a single magnet, as is the case in known DC switching devices.
  • a housing for AC switching devices as a switching device for DC applications at least one of the current paths (and in particular at least one of the movable switching contact elements), as required for the AC application, not provided.
  • AC switching devices are generally three- or four-pole, you need in DC switching devices at most two-pole versions. This makes it possible to dispense with the construction of a DC switching device based on the housing for an AC switching device on the third or the fourth current path. This also reduces the manufacturing cost of the DC switching device.
  • the corresponding receiving region of the switching device housing can be used to accommodate an additional (blowing) magnet.
  • the switching devices according to the invention can be designed as ON-OFF switching devices (so-called load switch) or as a power or circuit breaker, the addition of a load switch with an additional functionality, namely the automatic detection and shutdown in the case of a short-circuit current or the like, are provided.
  • FIGS. 1 to 3 a first embodiment of a switching device 10 according to the invention for DC applications is shown, which is constructed on the basis of a switching device for AC applications.
  • the switching device 10 has a switching device housing 12 by two receiving areas 16,18,20 are arranged side by side between two opposite (outer) side walls 14, wherein in each receiving space a flow path 22 is located.
  • each current path 22 comprises a movable switching contact element 24 and two mutually opposite stationary switching contact elements 26, 28, which are each provided with connection terminals 30.
  • the three movable switching contact elements 24 are in common between a closed position ( Fig. 1 ) and an open position ( Fig.
  • each flow path 22 has two separating sections 42, 43 which, when the movable switching contact elements 24 are open, form between their ends and the first and second stationary switching contact elements 26, 28 associated with these ends (see FIG Fig. 2 ).
  • separation lines 42,43 form when opening the three-pole switching device 10 under load arcs, which must be deleted with the help of the arc quenching devices 36,38.
  • DC application of the switching device 10 requires provision of first and second permanent magnets 44, 46 inside the switching device housing 12 Fig. 3 are arranged.
  • the housing 12 has receiving spaces 56 which are assigned to the separating lines 42, 43 and are arranged on both sides of these separating lines. These receiving spaces 56 are used in an AC switching device of recording own magnetic field boosting elements, as required for AC switching devices with smaller short-circuit currents to divert the arc in the arc quenching device 36 and 38, where it then comes to extinguish the arc.
  • the magnetic field strengthening elements are removed, so that the receiving spaces 56 are now free to accommodate the permanent magnets 44,46. It is possible that, unlike in Fig. 3 shown, for example, the middle current path 22 is removed, so that the switching device 10 can be used as a two-pole DC switching device.
  • the first magnets 44 have a magnetic field with field lines in an orientation, which extend transversely to the first separation lines 42 and generate a Lorentz force on arcs along these separation lines 42, which drive the arcs toward the first erasing devices 36.
  • the second magnets 46 in turn generate a magnetic field lines and an alignment, which extend transversely to the second separation lines 43 and generate a Lorentz force on arcs forming along these second separation lines 43, which deflect the arcs in the direction of the second erasers 38.
  • the first magnets 44 are aligned in a line to the adjacent first separation lines 42, while the second magnets 46 are arranged in a line to the adjacent second separation lines 43.
  • Fig. 4 shows a plan view of the housing 12 'of another for DC applications modified switching device 10'.
  • the individual components of the device according to Fig. 4 equal or functionally identical to the individual components of Switching device 10 of FIGS. 1 to 3 are, they are in Fig. 4 with the same reference numerals as in the FIGS. 1 to 3 Mistake.
  • the in the Fig. 3 shown inner magnets 44,46 are in Fig. 4 not drawn, but to be regarded as available.
  • each two first and second permanent outer magnets 44 ', 46' are provided, which in the embodiment according to Fig. 4 are arranged outside on the side walls 14 and are held by disc-shaped holding elements 48,50.
  • the first outer magnets 44 ' have a magnetic field with field lines in an orientation which extend transversely to the separating lines 42,43 and generate a Lorentz force on arcs forming this separating lines 42,43 which directs the arcs in the direction of the first erasing devices 36 float.
  • the three-pole, originally intended for AC applications switching device 10 'after Fig. 4 in relation to the embodiment according to Fig. 3 use even more improved for DC applications, its DC breaking capacity over the DC switching capacity of an AC switching device is significantly improved, without the need for significant structural changes.
  • the three current paths of the switching devices 10 and 10 ' can be connected in series (by external electrical conductors, not shown in the figure) to act as a single-pole DC switching device with a total of six separation sections. But it is also conceivable that of the potential possible three current paths only two are used to realize a two-pole DC switching device. In the case of a four-pole AC switchgear, which is to be modified for DC applications, all four current paths can be connected in series or only two of the current paths can be used as a two-pole DC switching device.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Zur Schaffung eines Schaltgeräts (10) für Gleichstrom-Anwendungen wird vorgeschlagen, das Gehäuse (12) eines Schaltgeräts für Wechselstrom-Anwendungen zu verwenden. Hierzu wird im Innern des Gehäuses (12) zusätzlich mindestens ein permanenter Magnet (44,46) vorgesehen, der ein Magnetfeld mit im wesentlichen quer zu den Trennstrecken (42,43) der Strombahnen (22) des Gehäuses (12) verlaufenden Feldlinien und eine Ausrichtung zur Erzeugung von auf die Lichtbögen wirkenden und diese in die Löscheinrichtungen (36,38) hineintreibenden Ablenkkräften aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen, das unter Verwendung von Komponenten von Schaltgeräten für Wechselstrom-Anwendungen, z. B. Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Lasttrennschalter und Fehlerstromschutzschalter, konstruiert ist.
  • Zur Abschaltung von Kurzschlussströmen in Verbrauchernetzen werden zumeist Schaltgeräte verwendet, die eine bzw. mehrere Strombahnen aufweisen, welche ihrerseits feststehende und bewegbare Schaltkontaktelemente umfassen. Die bewegbaren Schaltkontaktelemente sind dabei gemeinsam zwischen einer Schließstellung, in der sich die einander zugeordneten bewegbaren und feststehenden Schaltkontaktelemente berühren, und einer Öffnungsstellung bewegbar, in der sich eine Trennstrecke zwischen den einander jeweils zugeordneten bewegbaren und feststehenden Schaltkontaktelementen bildet. Sobald die bewegbaren Schaltkontaktelemente unter Last, d. h. unter Stromfluss in die Öffnungsstellung bewegt werden, entstehen längs der Trennstrecken (Ausschalt-) Lichtbögen. Die Dauer der Lichtbögen bestimmt die Schaltzeit, da der Stromfluss zwischen den Schaltkontaktelementen aufrechterhalten wird. Außerdem wird durch die Lichtbögen eine große Wärmemenge freigesetzt, die zur thermischen Zerstörung der Schaltkontaktelemente und damit zur Verringerung der Lebensdauer des Schaltgeräts führen. Es ist daher notwendig, die Lichtbögen möglichst schnell zu löschen, was durch Lichtbogenlöscheinrichtungen wie beispielsweise Lichtbogenleitschienen, Lichtbogenlöschblechpakete oder Deion-Pakete erfolgen kann. Durch diese Löscheinrichtungen werden die Lichtbögen in einzelne Teillichtbögen unterteilt; wenn die Lichtbogenspannungen höher sind als die treibenden Spannungen, werden die Lichtbögen sicher gelöscht.
  • Bei Wechselstrom-Anwendungen wird die Löschung der Lichtbögen dadurch begünstigt, dass der Strom einen natürlichen Nulldurchgang hat. Bei großen abzuschaltenden (Kurzschluss-)Strömen kann es aber nach dem Stromnulldurchgang zu einer Rückzündung der Lichtbögen kommen; die sich bei großen Strömen bildenden Lichtbögen erzeugen aber ihrerseits ein derart großes Eigenmagnetfeld, so dass sie selbsttätig zu den Lichtbogenlöscheinrichtungen hin abgelenkt und schließlich zum Erlöschen gebracht werden.
  • Bei Schaltgeräten für Gleichstrom-Anwendungen kommt es zu keiner selbstständigen Unterbrechung des Lichtbogens wie beim Nulldurchgang des Wechselstroms. Im Falle von Gleichstrom-Anwendungen werden daher sogenannte Blasmagnete eingesetzt, die ein Magnetfeld mit einer Stärke und Ausrichtung erzeugen, welche auf die Lichtbögen eine Ablenkkraft (Lorentzkraft) ausüben, die die Lichtbögen zu den Lichtbogenlöscheinrichtungen hin ablenkt. In den Löscheinrichtungen werden die Lichtbögen wie an sich bekannt gestreckt, gekühlt und in Teillichtbögen aufgeteilt und dadurch zum Erlöschen gebracht.
  • Schaltgeräte der vorstehend genannten Art für Wechselstrom-Anwendungen sind beispielsweise in DE 103 52 934 B4 , DE 10212 948 B4 , DE 20 2005 007 878 U1 , EP 1 594 148 A1 , EP 0 980 085 B 1 und EP 0 217 106 B1 beschrieben.
  • Entsprechend dem Stand der Technik existiert eine Trennung zwischen Wechselstrom- und Gleichstrom-Schaltgeräten. Während Wechselstrom-Schaltgeräte in ein- oder mehrpoliger Ausgestaltung in sehr grossen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden können, werden Gleichstrom-Schaltgeräte als ein- oder zweipolige Schaltgeräte in deutlich geringeren Stückzahlen gefertigt. Daher handelt es sich bei Gleichstrom-Schaltgeräten, teilweise mit vorgegebener Einspeiserichtung, um Spezialgeräte. Die Nutzung regenerativer Energiequellen wie beispielsweise Solarenergie, Brennstoffzellen, Batteriebänke usw. erfordert vermehrt Schaltgeräte mit Gleichstrom-Schaltvermögen und Trennerfunktion im kleinen und mittleren Strombereich bei Spannungen bis zu ca. 1000 V.
  • DE 34 09 564 A1 offenbart ein Gleichstrom-Schütz mit Aufnahmebereichen für drei parallel verlaufende Strombahnen, die jeweils zwei Trennstrecken aufweisen, mit einem Magnetantrieb zur Überführung der den Strombahnen zugeordneten beweglichen Schaltkontaktelemente in eine Schließ- bzw. Öffnungsstellung. Die Trennstrecken münden in Lichtbogenkammern ohne besondere Lichtbogenlöscheinrichtungen. In aufwändiger Weise ist über jeder Lichtbogenkammer ein Permanentmagnet montiert, von dessen beiden Stirnseiten zwei Polplatten seitlich neben die Lichtbogenkammer reichen. Die Permanentmagnete und Polplatten blasen beim Trennung der Schaltkontakte entstehende Lichtbögen in die Lichtbogenkammern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Schaltgeräte mit Gleichstrom-Schaltvermögen und Gleichstrom-Trennerfunktion kostengünstig herstellen zu können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen nach Anspruch 1 vorgeschlagen mit
    • einem Gehäuse, das zwei einander gegenüberliegende Seitenwände aufweist,
    • mindestens drei Aufnahmebereichen für zueinander im wesentlichen parallele Strombahnen mit Trennstrecken, wobei die Aufnahmebereiche in dem Gehäuse zwischen dessen Seitenwänden nebeneinanderliegend angeordnet sind und mindestens zwei der Aufnahmebereiche mit jeweils einer Strombahn versehen sind und jede Strombahn mindestens ein feststehendes Schaltkontaktelement nd ein bewegbares Schaltkontaktelement aufweist, das zum Kontaktieren des feststehenden Schaltkontaktelements in eine Schließstellung und zur Bildung der Trennstrecke in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, in der ein sich längs der Trennstrecke erstreckender Lichtbogen ausbildbar ist, wobei sämtliche bewegbaren Schaltkontaktelemente gemeinsam aus ihren Öffnungsstellungen in ihre Schließstellungen und umgekehrt bewegbar sind,
    • wobei permanente Magnete zur Ausbildung von Magnetfeldern mit im wesentlichen quer zu den Trennstrecken verlaufenden Feldlinien und einer Ausrichtung zur Erzeugung von auf die Lichtbögen wirkenden Ablenkkräften verwendet werden, weiterhin mit
    • Lichtbogenlöscheinrichtungen, die als mit übereinander angeordneten Löschblechen versehene Löschkammern ausgebildet sind, den Strombahnen zugeordnet und ebenfalls nebeneinanderliegend in dem Gehäuse zwischen dessen beiden Seitenwänden angeordnet sind,
    • in dem Gehäuse beidseitig der Paare aus jeweils einem bewegbaren und einem feststehenden Schaltkontaktelement ausgebildete Aufnahmeräume für Magnetfeldverstärkungselemente zur Verstärkung des Eigenmagnetfeldes eines sich längs der Trennstrecke ausbildenden Lichtbogens und
    • einem in mindestens einem der Aufnahmeräume angeordneten permanenten Magneten mit einem die Lichtbögen zu den Lichtbogenlöscheinrichtungen ablenkenden Magnetfeld.
  • Das erfindungsgemäße Schaltgeräts für Gleichstrom-Anwendungen beruht auf dem Gedanken, bei der Herstellung des Schaltgeräts auf das Gehäuse eines Schaltgeräts für Wechselstrom-Anwendungen zurückzugreifen, um dieses Gehäuse auf einfache Art und Weise und mit geringem Aufwand für die Gleichstrom-Anwendung anzupassen. Dies bedeutet, dass das Gehäuse des Schaltgeräts für Wechselstrom-Anwendungen um einen Permanentmagnet ergänzt werden muss. Dieser Magnet ist in einem speziellen Aufnahmeraum des Gehäuses des Schaltgeräts für Wechselstrom-Anwendungen integriert, in dem normalerweise ein ferromagnetisches Magnetfeldverstärkungselement zur Verstärkung des Eigenmagnetfeldes des Lichtbogens untergebracht ist.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass neben dem vorerwähnten mindestens einen in dem speziellen Aufnahmeraum angeordneten permanenten Innenmagnet mindestens ein permanenter Außenmagnet außen an mindestens einer der beiden Seitenwände des Gehäuses angebracht ist. Zweckmäßig ist es, wenn an beiden Seitenwänden mindestens ein Außenmagnet angeordnet ist. Innen- und Außenmagnete durchsetzen zusammen mit ihren Feldlinien die nebeneinander angeordneten Trennstrecken der einzelnen Strombahnen innerhalb des Gehäuses zur verstärkten Ablenkung entstehender Lichtbögen.
  • Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Schaltgeräts für Gleichstrom-Anwendungen besteht darin, dass durch die Einführung interner Magnete das Gleichstrom-Schaltvermögen konventioneller Wechselstrom-Schaltgeräte erheblich erhöht wird. Dabei braucht nicht notwendigerweise jeder Trennstrecke und jeder Löscheinrichtung jeweils ein einzelner Magnet zugeordnet zu sein, wie dies bei bekannten Gleichstrom-Schaltgeräten der Fall ist.
  • Ferner ist es möglich, bei Verwendung eines Gehäuses für Wechselstrom-Schaltgeräte als Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen mindestens eine der Strombahnen (und hier insbesondere mindestens eines der bewegbaren Schaltkontaktelemente), wie es für die Wechselstrom-Anwendung erforderlich ist, nicht vorzusehen. Während nämlich Wechselstrom-Schaltgeräte im allgemeinen drei- oder vierpolig ausgebildet sind, benötigt man bei Gleichstrom-Schaltgeräten allenfalls zweipolige Ausführungen. Damit ist es möglich, für die Konstruktion eines Gleichstrom-Schaltgeräts auf Basis des Gehäuses für ein Wechselstrom-Schaltgerät auf die dritte oder die vierte Strombahn zu verzichten. Dies reduziert ebenfalls die Herstellungskosten des Gleichstrom-Schaltgeräts. Es ist aber auch möglich, die Strombahnen eines Wechselstrom-Schaltgerätgehäuses beizubehalten und mindestens zwei der Strombahnen in Reihe zu schalten, um ein derartiges Schaltgerät zur ggf. einpoligen Abschaltung bei Gleichstrom-Anwendungen unter Verwendung mehrerer Trennstrecken zu nutzen.
  • Sofern bei einem drei- oder vierpoligen Wechselstrom-Schaltgerätgehäuse mindestens eine Strombahn und insbesondere mindestens ein bewegbares Schaltkontaktelement nicht vorhanden ist, kann der entsprechende Aufnahmebereich des Schaltgerätgehäuses zur Unterbringung eines zusätzlichen (Blas-)Magneten genutzt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Schaltgeräte können als EIN-AUS-Schaltgeräte (sogenannte Lastschalter) oder aber auch als Leistungs- bzw. Schutzschalter ausgebildet sein, die über einen Lastschalter hinaus mit einer zusätzlichen Funktionalität, nämlich der automatischen Erkennung und Abschaltung im Falle eines Kurzschlussstroms oder dergleichen, versehen sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
    • Figur 1: eine Seitenansicht eines dreipoligen Wechselstrom-Schaltgerätgehäuses bei in ihren Schließstellungen befindlichen bewegbaren Schaltelementen;
    • Figur 2: eine Seitenansicht ähnlich der gemäß Fig. 1, jedoch bei in den Öffnungsstellungen befindlichen bewegbaren Schaltkontaktelementen;
    • Figur 3: eine Draufsicht auf das Gleichstrom-Schaltgerät mit einem Schaltgerätgehäuse gemäß den Fign. 1 und 2 bei entferntem Oberteil, das in erfindungsgemäßer Weise für die Verwendung als Gleichstrom-Schaltgerätgehäuse modifiziert ist, und
    • Figur 4: eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wechselstrom-Schaltgerätgehäuses, welches für die Nutzung als Gleichstrom-Schaltgerät modifiziert ist.
  • In den Fign. 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 10 für Gleichstrom-Anwendungen gezeigt, das auf Basis eines Schaltgeräts für Wechselstrom-Anwendungen konstruiert ist. Das Schaltgerät 10 weist ein Schaltgerätgehäuse 12 auf, indem zwischen zwei gegenüberliegenden (Außen-)Seitenwänden 14 drei Aufnahmebereiche 16,18,20 nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei sich in jedem Aufnahmeraum eine Strombahn 22 befindet. Dabei umfasst jede Strombahn 22 ein bewegbares Schaltkontaktelement 24 sowie zwei einander gegenüberliegende feststehende Schaltkontaktelemente 26,28, die jeweils mit Anschlussklemmen 30 versehen sind. Die drei bewegbaren Schaltkontaktelemente 24 sind dabei gemeinsam zwischen einer Schließstellung (Fig. 1) und einer Öffnungsstellung (Fig. 2) bewegbar, und zwar mit Hilfe eines in diesem Ausführungsbeispiel als Knebelschalter 31 ausgebildeten Betätigungselements 32, das in gewohnter Weise mit einem Schaltschloss 34 zum Verriegeln der bewegbaren Schaltkontaktelemente 24 in deren Schließstellungen und zur gemeinsamen Freigabe der bewegbaren Schaltkontaktelemente 24 zusammenwirkt. Den einzelnen Strombahnen 22 zugeordnet sind jeweils zwei Lichtbogenlöscheinrichtungen 36,38, die jeweils in Form von einzelnen übereinander angeordneten Löschblechen 40 ausgebildet sind, wie dies an sich bekannt ist. Außerdem weist jede Strombahn 22 zwei Trennstrecken 42,43 auf, die sich bei geöffneten bewegbaren Schaltkontaktelementen 24 zwischen deren Enden und den diesen Enden zugeordneten ersten und zweiten feststehenden Schaltkontaktelementen 26,28 ausbilden (siehe Fig. 2). Längs dieser Trennstrecken 42,43 bilden sich beim Öffnen des dreipoligen Schaltgeräts 10 unter Last Lichtbögen aus, die mit Hilfe der Lichtbogenlöscheinrichtungen 36,38 gelöscht werden müssen.
  • Da bei Gleichstrom-Anwendungen das Löschen der Lichtbögen nicht aufgrund des Nulldurchgangs des Stroms erleichtert bzw. erreicht werden kann, bedarf es für die Gleichstrom-Anwendung des Schaltgeräts 10 des Vorsehens von ersten und zweiten Permanentmagneten 44,46, die im Inneren des Schaltgerätgehäuses 12 gemäß Fig. 3 angeordnet sind.
  • Das Gehäuse 12 weist Aufnahmeräume 56 auf, die den Trennstrecken 42,43 zugeordnet sind und beidseitig dieser Trennstrecken angeordnet sind. Diese Aufnahmeräume 56 dienen bei einem Wechselstrom-Schaltgerät der Aufnahme von Eigenmagnetfeldverstärkungselementen, wie sie bei Wechselstrom-Schaltgeräten bei kleineren Kurzschlussströmen erforderlich sind, um den Lichtbogen in die Lichtbogenlöscheinrichtung 36 bzw. 38 abzulenken, wo es dann zur Löschung des Lichtbogens kommt. Für die Anwendung bzw. für die Adaption des Wechselstrom-Schaltgerätgehäuses 12 für Gleichstrom-Anwendungen sind die MagnetfeldVerstärkungselemente entfernt, so dass die Aufnahmeräume 56 nunmehr frei sind, um die permanenten Magnete 44,46 aufzunehmen. Dabei ist es möglich, dass, anders als in Fig. 3 gezeigt, beispielsweise die mittlere Strombahn 22 entfernt ist, so dass das Schaltgerät 10 als zweipoliges Gleichstrom-Schaltgerät einsetzbar ist.
  • Die ersten Magnete 44 weisen ein Magnetfeld mit Feldlinien in einer Ausrichtung auf, die quer zu den ersten Trennstrecken 42 verlaufen und auf sich längs dieser Trennstrecken 42 bildende Lichtbögen eine Lorentzkraft erzeugen, welche die Lichtbögen in Richtung auf die ersten Löscheinrichtungen 36 treiben. Die zweiten Magnete 46 erzeugen ihrerseits ein Magnetfeld mit Feldlinien und einer Ausrichtung, die quer zu den zweiten Trennstrecken 43 verlaufen und auf sich längs dieser zweiten Trennstrecken 43 ausbildende Lichtbögen eine Lorentzkraft erzeugen, welche die Lichtbögen in Richtung auf die zweiten Löscheinrichtungen 38 ablenken. Dabei sind die ersten Magnete 44 in einer Linie zu den nebeneinanderliegenden ersten Trennstrecken 42 ausgerichtet, während die zweiten Magnete 46 in einer Linie zu den nebeneinanderliegenden zweiten Trennstrecken 43 angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich nun also das dreipolige, ursprünglich für Wechselstrom-Anwendungen gedachte Schaltgerät 10 für Gleichstrom-Anwendungen einsetzen, wobei sein Gleichstrom-Abschaltvermögen gegenüber dem Gleichstrom-Schaltvermögen eines Wechselstrom-Schaltgeräts deutlich verbessert ist, ohne dass es dazu wesentlicher konstruktiver Änderungen bedarf.
  • Es ist anzumerken, dass grundsätzlich ein erster bzw. ein zweiter Magnet, also für sämtliche ersten Trennstrecken 42 und für sämtliche zweiten Trennstrecken 43 jeweils ein einziger Magnet 44 bzw. 46 erforderlich ist. Ebenso sei an dieser Stelle erwähnt, dass es zur Realisierung der Erfindung nicht zwingend erforderlich ist, ein Schaltgerät 10 vorzusehen, das pro Strombahn zwei Trennstrecken aufweist. Die Adaption eines Wechselstrom-Schaltgeräts zur Anwendung für Gleichstrom-Applikationen ist auch bei Wechselstrom-Schaltgerätgehäusen möglich, die pro Strombahn 22 über eine einzige Trennstrecke verfügen, also pro Strombahn 22 ein bewegbares Schaltkontaktelement und ein einziges feststehendes Schaltkontaktelement aufweisen, so dass dann für sämtliche Trennstrecken lediglich ein einziger Magnet erforderlich ist.
  • Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Gehäuse 12' eines weiteren für Gleichstrom-Anwendungen modifizierten Schaltgerätes 10'. Soweit die Einzelbestandteile des Geräts gemäß Fig. 4 gleich bzw. funktionsgleich mit den Einzelbestandteilen des Schaltgeräts 10 der Fign. 1 bis 3 sind, sind sie in Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fign. 1 bis 3 versehen. Die in der Fig. 3 dargestellten inneren Magnete 44,46 sind in Fig. 4 nicht gezeichnet, jedoch als vorhanden anzusehen.
  • Grundsätzlich ist das Gehäuse 12' gemäß Fig. 4 so aufgebaut, wie in den Fign. 1 bis 3 wiedergegeben. Zusätzlich sind je zwei erste und zweite permanente Außenmagnete 44',46' vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 außen an den Seitenwänden 14 angeordnet sind und von scheibenförmigen Halteelementen 48,50 gehalten sind. Dabei weisen die ersten Außenmagnete 44' ein Magnetfeld mit Feldlinien in einer Ausrichtung auf, die quer zu den Trennstrecken 42,43 verlaufen und auf sich längs dieser Trennstrecken 42,43 bildende Lichtbögen eine Lorentzkraft erzeugen, welche die Lichtbögen in Richtung auf die ersten Löscheinrichtungen 36 treiben. Die zweiten außenliegenden Magnete 46' erzeugen ihrerseits ein Magnetfeld mit Feldlinien und einer Ausrichtung, die quer zu den zweiten Trennstrecken 43 verlaufen und auf sich längs dieser zweiten Trennstrecken 43 ausbildende Lichtbögen eine Lorentzkraft erzeugen, welche die Lichtbögen in Richtung auf die zweiten Löscheinrichtungen 38 ablenken. Dabei sind die ersten Außenmagnete 44' zu den ersten Trennstrecken 42 ausgerichtet, während die zweiten Außenmagnete 46' in Verlängerung der nebeneinanderliegenden zweiten Trennstrecken 43 angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich nun zusammen mit den ersten und zweiten inneren Magneten 44,46 aus Fig. 3 das dreipolige, ursprünglich für Wechselstrom-Anwendungen gedachte Schaltgerät 10' nach Fig. 4 in gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 in noch verbesserter Weise für Gleichstrom-Anwendungen einsetzen, wobei sein Gleichstrom-Abschaltvermögen gegenüber dem Gleichstrom-Schaltvermögen eines Wechselstrom-Schaltgeräts deutlich verbessert ist, ohne dass es dazu wesentlicher konstruktiver Änderungen bedarf.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass die drei Strombahnen der Schaltgeräte 10 und 10' in Reihe geschaltet werden können (durch externe, in den Fign. nicht gezeigte elektrische Leiter), um als einpolige Gleichstrom-Schaltgerät mit insgesamt sechs Trennstrecken zu fungieren. Es ist aber ebenso denkbar, dass von den potentiell möglichen drei Strombahnen lediglich zwei genutzt werden, um ein zweipoliges Gleichstrom-Schaltgerät zu realisieren. Im Falle eines vierpoligen Wechselstrom-Schaltgeräts, das für Gleichstrom-Anwendungen modifiziert werden soll, können sämtliche vier Strombahnen in Reihe geschaltet werden oder aber lediglich zwei der Strombahnen als zweipoliges Gleichstrom-Schaltgerät genutzt werden.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung konventioneller Wechselstrom-Schaltgeräte für Gleichstrom-Anwendungen sind in der geringen Modifikation der konventionellen, in großen Stückzahlen und damit kostengünstig herstellbaren Wechselstrom-Schaltgeräte und in der damit verbundenen kostengünstigen Herstellung von Gleichstrom-Schaltgeräten (geringer Zeit- und Entwicklungsaufwand für die Modifikation und Vermeidung einer eigenständigen Entwicklung für ein reines Gleichstrom-Schaltgerät) zu sehen.

Claims (4)

  1. Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen,
    - mit einem Gehäuse (12), das zwei einander gegenüberliegende Seitenwände (14) aufweist,
    - mit mindestens drei Aufnahmebereichen (16,18,20) für zueinander im wesentlichen parallele Strombahnen (22) mit Trennstrecken (42,43), wobei die Aufnahmebereiche (16,18,20) in dem Gehäuse (12) zwischen dessen Seitenwänden (14) nebeneinanderliegend angeordnet sind und mindestens zwei der Aufnahmebereiche (16,18,20) mit jeweils einer Strombahn (22) versehen sind und jede Strombahn (22) mindestens ein feststehendes Schaltkontaktelement (26,28) und ein bewegbares Schaltkontaktelement (24) aufweist, das zum Kontaktieren des feststehenden Schaltkontaktelements (26,28) in eine Schließstellung und zur Bildung der Trennstrecke (42,43) in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, in der ein sich längs der Trennstrecke (42,43) erstreckender Lichtbogen ausbildbar ist, wobei sämtliche bewegbaren Schaltkontaktelemente (24) gemeinsam aus ihren Öffnungsstellungen in ihre Schließstellungen und umgekehrt bewegbar sind,
    - unter Verwendung von permanenten Magneten zur Ausbildung von Magnetfeldern mit im wesentlichen quer zu den Trennstrecken (42,43) verlaufenden Feldlinien und einer Ausrichtung zur Erzeugung von auf die Lichtbögen wirkenden Ablenkkräften,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass Lichtbogenlöscheinrichtungen (36,38), die als mit übereinander angeordneten Löschblechen (40) versehene Löschkammern ausgebildet sind, den Strombahnen (22) zugeordnet und ebenfalls nebeneinanderliegend in dem Gehäuse (12) zwischen dessen beiden Seitenwänden (14) angeordnet sind,
    - dass in dem Gehäuse (12) beidseitig der Paare aus jeweils einem bewegbaren (24) und einem feststehenden Schaltkontaktelement (26,28) Aufnahmeräume (56) für Magnetfeldverstärkungselemente zur Verstärkung des Eigenmagnetfeldes eines sich längs der Trennstrecke (42,43) ausbildenden Lichtbogens vorgesehen sind und
    - dass in mindestens einem der Aufnahmeräume (56) ein permanenter Magnet (44,46) mit einem die Lichtbögen zu den Lichtbogenlöscheinrichtungen (36,38) ablenkenden Magnetfeld angeordnet ist.
  2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Strombahn (22) ein bewegbares Schaltkontaktelement (24) und zwei gegenüberliegende erste und zweite feststehende Schaltkontaktelemente (26,28) aufweist, wobei sich in der Öffnungsstellung zwischen dem ersten feststehenden Schaltkontaktelement (26) und dem bewegbaren Schaltkontaktelement (24) eine erste Trennstrecke (42) und zwischen dem zweiten feststehenden Schaltkontaktelement (28) und dem bewegbaren Schaltkontaktelement (24) eine zweite Trennstrecke (43) ausbildet und wobei jeder ersten Trennstrecke (42) eine erste Lichtbogenlöscheinrichtung (36) und jeder zweiten Trennstrecke (43) eine zweite Lichtbogenlöscheinrichtung (38) zugeordnet ist, und dass beidseitig jedes ersten Paares aus jeweils dem einen Ende des bewegbaren Schaltkontaktelements (24) und dem diesem zugeordneten ersten feststehenden Schaltkontaktelement (26) ein erster Aufnahmeraum (56) für ein Magnetfeldverstärkungselement und beidseitig jedes zweiten Paares aus jeweils dem anderen Ende des bewegbaren Schaltkontaktelements (24) und dem diesem zugeordneten zweiten bewegbaren Schaltkontaktelement (24) ein zweiter Aufnahmeraum (56) für ein Magnetfeldverstärkungselement ausgebildet ist, wobei in mindestens einem der ersten und in mindestens einem der zweiten Aufnahmeräume (56) jeweils ein permanenter Magnet (44,46) zur Erzeugung von Ablenkkräften angeordnet ist, die auf sich längs der ersten bzw. zweiten Trennstrecken (42,43) ausbildende Lichtbögen wirken und diese zu den ersten bzw. zweiten Lichtbogenlöscheinrichtungen (36,38) hin ablenken.
  3. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens einem außen an mindestens einer der Seitenwände (14) des Gehäuses (12) angeordneten permanenten Außenmagnet (44',46'), wobei der mindestens eine Außenmagnet (44',46') und der mindestens in einem der Aufnahmeräume (56) des Gehäuses (12) angeordnete eine permanente Innenmagnet (44,46) zusammen ein Gesamtmagnetfeld mit Feldlinien, die im wesentlichen quer zu den Trennstrecken (42,43) verlaufen und eine Ausrichtung zur Erzeugung von Ablenkkräften bilden, die auf sich längs der Trennstrecken (42,43) ausbildende Lichtbögen wirken und diese zu den Lichtbogenlöscheinrichtungen (36,38) hin ablenken.
  4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Schaltschloss zur gleichzeitigen Betätigung und Verriegelung der bewegbaren Schaltkontaktelemente (24).
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