EP2597665A1 - Schalter für Gleichstrombetrieb mit mindestens einer Schaltkammer - Google Patents
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- EP2597665A1 EP2597665A1 EP11190517.0A EP11190517A EP2597665A1 EP 2597665 A1 EP2597665 A1 EP 2597665A1 EP 11190517 A EP11190517 A EP 11190517A EP 2597665 A1 EP2597665 A1 EP 2597665A1
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Definitions
- the invention relates to a switch, which is provided in particular for a DC operation, comprising at least one switching chamber, each switching chamber two switching pieces, each with a first contact region, a movable with a switching bridge and electrically conductive bridge switching piece with two second contact areas for producing an electrically conductive connection between the first and second contact areas and for separating at least one of the second contact areas of the respective first contact area, and at least two magnets for generating a magnetic field.
- Electrical switches are components in a circuit that establish or disconnect an electrically conductive connection by means of internal, electrically conductive contacts. With a live connection to be cut, current flows through the contacts until they are separated. When an inductive circuit is disconnected by a switch, the current flow does not reduce immediately to zero, so that an arc can form between the contacts.
- the arc is a gas discharge by a per se non-conductive medium, such as air.
- AC alternating current
- arcs usually erase at the zero crossing of the alternating current. Since such a zero crossing of the current in switches with DC operation (DC) is missing, stable arcing can occur when disconnecting the contacts.
- the extinguishing chambers which serve to extinguish the arc, are intended to keep the period during which the arc burns as short as possible, since the arc releases a large amount of heat, which is used to burn off the contacts and / or the thermal load Switching chamber leads in the switch and thus reduces the life of the switch.
- the space requirement for switches with corresponding extinguishing chambers, especially for non-polarity switch is significant. In two- or multi-pole switches correspondingly higher amounts of heat are released by arcs than in single-pole switches, which in turn requires larger switch housing with higher space requirements.
- An object of the invention is to provide a switch with a fast and reliable erase behavior of resulting Ausschaltlichtbögen available, the space requirement of the amount of heat released is adjusted, without thereby increasing the variety of parts of the switch housing is increased.
- each switching chamber has two contact pieces, each with a first contact region, and an electrically conductive bridge contact piece which can be moved with a switching bridge.
- the bridge switching piece is an electrically conductive connection between the first and second contact areas to produce, with a simple-break switch only one of the contact pairs of the first and second contact area is separable, while the other contact pair remains permanently connected, for example via a strand.
- the two second contact areas are separated from the respective first contact area.
- each chamber has at least two magnets, in particular permanent magnets.
- a modular construction of the switch wherein the switch is provided with only one switching chamber for a single-pole operation and can be extended by adding at least one second switching chamber for a multi-pole operation.
- the space requirement of the switch of the amount of heat produced can be adjusted by Ausschaltlichtbögen.
- the modular construction advantageously allows uniform switching chamber components to be used to produce single or multi-pole switches.
- a preferred embodiment relates to a two-pole operation of the switch, wherein two switching chambers are connected to each other such that their respective opening sides face each other. Also preferably, the switching chambers for a two-pole operation by a plate against each other are electrically isolated, the plate is used in a single-pole operation as a cover of the individual switching chamber housing.
- the two switching chambers preferably have a common switching bridge for moving the bridge switching pieces.
- an additional magnet for influencing the magnetic field is arranged on the movable switching bridge for each switching chamber.
- An advantage of this additional magnet is that the magnetic field in the region of the first and second contact regions is particularly well influenced, since the additional magnet passes through the movement of the switching bridge in the immediate vicinity of the first and second contact areas.
- the field strength of the magnetic field is significantly increased in this area by the additional magnet, which allows an advantageously accelerated erasing of arcs.
- the additional magnet is preferably in a recess in the movable switching bridge arranged at the level of the contact areas.
- the magnetic field is used to exert a magnetic force on the arc or arcs, so that at least one of the arcs, preferably independently of the current direction in the arc, is driven in the direction of one of the extinguishing devices, wherein the contact pieces of the switching chambers are arranged so that the second contact areas are located in a line substantially perpendicular to the direction of movement of the arcs.
- the additional magnet is movable to amplify the magnetic field strength with the switching bridge in a region of the separable first and second contact areas.
- the auxiliary magnet is movable in close proximity to the region of the first and second contact regions, not between the first and second contact regions.
- the at least two magnets are, for example, at least twice as far away from the first and second contact regions as the additional magnet.
- the at least two magnets can in particular be arranged outside the switching chamber or in the region of the switching chamber wall, also on the inside of the switching chamber wall, preferably in an insulating pocket.
- the magnets are preferably designed as at least two plate-shaped magnets whose surfaces are arranged parallel to each other.
- At least two extinguishing devices are provided per switching chamber or contact pair for extinguishing arcing, which can occur during separation of the first and second contact regions.
- Particularly preferably four erasing devices are provided for polarity-independent erasing of the arcs.
- first arc conductors extend from the first contact regions and second arc conductors extend from the second contact regions toward the extinguishing devices, wherein a distance of the first arc conductors from the second arc conductors in the direction of the extinguishing devices is particularly preferred increased.
- each bridge switching piece extends in a direction transversely, in particular approximately at right angles, to an extension direction of the switching pieces. Transverse to a direction is to be understood in the sense not parallel to the direction.
- the switching pieces are designed for multi-pole operation such that the terminals of the switch with respect to their position and / or installation position correspond to a multi-pole AC switch.
- a faulty wiring due to an unfamiliar position of the terminals in DC switches over the AC switches used much more often over a long time is thereby advantageously avoided.
- FIG. 1 shows a switch according to the invention, in particular a multi-pole, independent of the current direction compact switch according to the invention in an operation to show an efficient quenching behavior by the shortest possible arc time.
- the connections of the main current paths or switching pieces 10a, 20a are like in a standard AC contactor each opposite at the same level, based on the installation depth of the switch arranged.
- the opposing contact pieces 10b, 20b are in the FIG. 1 arranged behind the switch and therefore only in the rest Figures 2 and 3a or 3b recognizable.
- the switch is designed in the form of two overlapping switch chambers 41a, 41b of preferably identical construction, which makes it possible in particular to realize a single-pole switch with only one switching chamber 41b or expand this modular, by adding a further switching chamber 41a, to a two-pole switch.
- the switching arrangements for each pole are accommodated in two separate, identical switching chambers 41a, 41b, which are arranged one above the other.
- the switching chambers 41a, 41b are mounted with their opening sides facing each other.
- the two switching chambers 41a, 41b are sealed off from each other by a partition 43 made of insulating material. In this way, a cost-effective solution is realized with compact installation conditions.
- the partition wall 43 is designed as a cover, the switch according to the invention can also be of modular construction, optionally with only one switching chamber 41b or two-pole with both switching chambers 41a, 41b.
- the first pole or the first switching chamber 41a has two contact pieces 10a, 10b, each having a first contact region 11 and a bridge bridge 30 movable and electrically conductive Brückenschalt Georgia 30 with two second contact areas 31 for producing an electrically conductive connection between the first and second contact areas 11, 31 and for separating the second contact areas 31 from the respective first contact area 11.
- the second switching chamber 41b has two switching pieces 20a, 20b each having a first contact region 21.
- the bridge switching piece 30 with second Contact areas 31 is identical to the first switching chamber 41a and therefore also designated.
- the movable bridge switching pieces 30 of both poles are in this case arranged one above the other at the common switching bridge 35, whereby a synchronized switching process is realized for both poles.
- the first and second contact areas 11, 31 and 21, 31 are also referred to below as fixed contact areas 11, 21 and movable contact areas 31, which form contact pairs.
- the pairs of contacts each have two opposite, preferably identical extinguishing devices 61, 62.
- the extinguishing devices are preferably designed as so-called Deion chambers, which consist of a stack arrangement of mutually electrically insulated sheets 66 each having an air gap between two adjacent sheets.
- the extinguishing devices 61, 62 are each extended to runner-shaped angled second arc conductors or arc runners 32, wherein the outgoing ends of the bridge in the off case, point approximately in the direction of the outer edges 65 of the extinguishing devices.
- the movable contact areas 31 are located in each case at the intersection between the bridge switching piece 30, which are rotated by approximately 90 degrees against the connecting axis of two opposing extinguishing devices 61, 62, and from there perpendicularly outgoing arc running plates 32nd
- FIGS. 3a and 3b are two perspective views of the switch according to FIG. 1 , but without chamber walls of the switching chambers 41a, 41b, shown.
- the Perspective in FIG. 3a corresponds to the FIG. 1 while the FIG. 3b a 90 degree rotated perspective shows.
- the switching pieces 10a, 10b, 20a, 20b are designed differently with the fixed contact areas 11, 21 for the two poles of the switch, which are additionally described below with reference to FIGS FIGS. 3a and 3b to be discribed.
- the two contact piece carriers 10 a, 10 b respectively parallel to the longer chamber wall at the lower end of the switching chamber 41 a in this, wherein the one contact piece 10 a immediately behind the inner chamber wall by 90 degrees in a direction parallel to the short side of the switching chamber 41a is angled to be bent again just before reaching the lateral chamber wall by 90 degrees in a direction parallel to a chamber bottom or the partition wall 43.
- a parallel offset of the two contact pieces 10a, 10b is achieved, in such a way that both are aligned in parallel to each other current paths in the direction of the longer chamber side.
- the switching pieces 20a, 20b are designed in a similar manner, but with the difference that both switching pieces 20a, 20b immediately after entry into the switching chamber 41b initially at right angles in a direction parallel to the short side of the switching chamber 41st b are angled so that they run towards the bottom of the chamber.
- the one switching piece 20a is then angled again by 90 degrees in the direction parallel to the short chamber wall to again in front of the chamber wall at right angles in Direction parallel to the chamber bottom to be angled. In this way, the switching piece 20a is guided parallel to the longitudinal-side chamber wall analogously to the switching chamber 41a of the first pole along the chamber bottom.
- the second switching piece 20b is again bent at right angles in the region of the chamber bottom in such a way that it is parallel to the first contact piece along the chamber bottom.
- the two switching pieces 20a, 20b extend from the switching chamber wall initially below the extinguishing devices 61, 62. Outside the same, they are angled obliquely upward again, so that the two fixed contact areas 21 at the level of the center of the extinguishing devices 61st , 62 are arranged.
- a switch is realized with an optimized arc running behavior, in such a way that the resulting switching arcs are directed under the action of magnetic Blasfelder within very short times targeted in the direction of one of the extinguishing device 61, 62. Due to the special design of the contact pieces 10a, 10b, 20a, 20b is further achieved that the connections of the main current paths are arranged with respect to position and depth as in a multi-pole AC switch.
- an arrangement of in each case at least two permanent magnets 51a, 51b and an additional magnet 51c is arranged in each of the two switching chambers 41a, 41b in the illustrated embodiment.
- the two magnets 51a, 51b can be arranged, for example, outside the switching chambers 41a, 41b, while the additional magnet 51c for influencing the magnetic field is arranged on the movable switching bridge 35, preferably in each case at the level of the movable contact regions 31.
- the bridge switching pieces 30 angled on both sides trapezoidal.
- the permanent magnet arrangement Due to the effective Lorentz force, the permanent magnet arrangement always causes the partial arcs that arise when opening the contacts to be in the direction of two of the four extinguishing devices, regardless of the direction of the current 61, 62 are moved and extinguished there.
- the arrangement of the additional magnet 51 c directly in the region of the switching contacts allows the generation of a homogeneous magnetic field of high magnetic field strength, which allows due to its blowing rapid propagation of the arc in the direction of the respective extinguishing device 61, 62 and thus a comparatively short residence time of the arc between the Contact areas 11, 31 and 21, 31 result, which advantageously reduces the erosion of the contacts and the life of the switch is increased.
- the permanent magnets 51a, 51b and 51c are preferably made of ferritic material and / or of rare earth materials such as Nd-Fe-B or Sa-Co and / or of materials which allow the formation of plastic-bonded moldings.
- the switching chamber housing are preferably made of ceramic or thermosetting plastic and divided into four bays separated by bulkheads, each carrying on one outer exhaust openings.
Landscapes
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Abstract
Schalter, der insbesondere für einen Gleichstrombetrieb vorgesehen ist, umfassend mindestens eine Schaltkammer (41b), wobei jede Schaltkammer zwei Schaltstücke (20a,20b) mit jeweils einem ersten Kontaktbereich (21), ein mit einer Schaltbrücke (35) bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück (30) mit zwei zweiten Kontaktbereichen (31) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (21,31) und zum Trennen mindestens eines der zweiten Kontaktbereiche von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich, sowie mindestens zwei Magnete (51a,51b) zur Erzeugung eines magnetischen Felds aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schalter, der insbesondere für einen Gleichstrombetrieb vorgesehen ist, umfassend mindestens eine Schaltkammer, wobei jede Schaltkammer zwei Schaltstücke mit jeweils einem ersten Kontaktbereich, ein mit einer Schaltbrücke bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück mit zwei zweiten Kontaktbereichen zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen und zum Trennen mindestens eines der zweiten Kontaktbereiche von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich, sowie mindestens zwei Magnete zur Erzeugung eines magnetischen Felds aufweist.
- Elektrische Schalter sind Komponenten in einem Stromkreis, die mittels interner, elektrisch leitender Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung herstellen oder trennen. Bei einer zu trennenden, stromführenden Verbindung fließt Strom durch die Kontakte, bis diese voreinander getrennt werden. Wenn ein induktiver Stromkreis durch einen Schalter getrennt wird, reduziert sich der Stromfluss nicht unmittelbar auf Null, so dass es zur Bildung eines Lichtbogens zwischen den Kontakten kommen kann. Der Lichtbogen ist eine Gasentladung durch ein an sich nichtleitendes Medium, wie beispielsweise Luft. In Schaltern mit Wechselstrombetrieb (AC) löschen Lichtbögen in der Regel beim Nulldurchgang des Wechselstroms. Da ein solcher Nulldurchgang des Stroms in Schaltern mit Gleichstrombetrieb (DC) fehlt, können beim Trennen der Kontakte stabile Lichtbögen entstehen. Sofern der Stromkreis bei ausreichender Stromstärke und Spannung betrieben wird, beispielsweise bei mehr als etwa ein Ampere und mehr als 50 Volt, verlischt der Lichtbogen nicht selbsttätig. Aus diesem Grund wird bei derartigen Schaltern die Löschung des Lichtbogens durch die Verwendung eines magnetischen Felds beschleunigt, das so gepolt ist, dass es eine treibende Kraft auf den Lichtbogen in Richtung einer Löschkammer ausübt. Zur Erzeugung eines starken Magnetfelds werden in der Regel Permanentmagnete verwendet. Die treibende Kraft des magnetischen Felds in Richtung der Löschkammern ist nur bei einer bestimmten Stromflussrichtung gegeben. Polungsbedingte Einbaufehler von Schaltern werden durch Schalter für beide Stromrichtungen vermieden, die ein von der jeweiligen Polung unabhängiges Löschverhalten für Lichtbögen aufweisen. Ein solcher Schalter ist beispielsweise in der Druckschrift
EP 2 061 053 A2 beschrieben. - Die Löschkammern, die zum Löschen des Lichtbogens dienen, sind dazu vorgesehen, die Zeitspanne, während der der Lichtbogen brennt, so kurz wie möglich zu halten, da der Lichtbogen eine große Wärmemenge freisetzt, die zum Abbrennen der Kontakte und/oder zur thermischen Belastung der Schaltkammer im Schalter führt und somit die Lebensdauer des Schalters verringert. Der Bauraumbedarf für Schalter mit entsprechenden Löschkammern, insbesondere für polungsunabhängige Schalter ist erheblich. Bei zwei- oder mehrpoligen Schaltern werden entsprechend höhere Wärmemengen durch Lichtbögen freigesetzt als bei einpoligen Schaltern, was wiederum größere Schaltergehäuse mit höherem Bauraumbedarf erfordert.
- Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schalter mit einem schnellen und zuverlässigen Löschverhalten von entstandenen Ausschaltlichtbögen zur Verfügung zu stellen, dessen Bauraumbedarf der freigesetzten Wärmemenge angepasst ist, ohne dass hierdurch die Teilevielfalt der Schaltergehäuse erhöht wird.
- Die Aufgabe wird durch den Schalter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
- Der erfindungsgemäße Schalter soll insbesondere für einen Gleichstrombetrieb geeignet sein, eine oder mehrere Schaltkammern aufweisen und vorzugsweise doppeltunterbrechend und/oder polaritätsunabhängig ausgeführt sein. Jede Schaltkammer weist erfindungsgemäß zwei Schaltstücke mit jeweils einem ersten Kontaktbereich und ein mit einer Schaltbrücke bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück auf. Über das Brückenschaltstück ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen herstellbar, wobei ein einfachunterbrechender Schalter nur über eines der Kontaktpaare aus erstem und zweitem Kontaktbereich trennbar ist, während das andere Kontaktpaar beispielsweise über eine Litze dauerhaft verbunden bleibt. Bei einem doppeltunterbrechenden Schalter erfolgt ein Trennen beider zweiter Kontaktbereiche von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich. Zur Erzeugung eines magnetischen Felds weist jede Kammer mindestens zwei Magnete, insbesondere Permanentmagnete auf.
- Erfindungsgemäß ist ein modularer Aufbau des Schalters vorgesehen, wobei der Schalter mit nur einer Schaltkammer für einen einpoligen Betrieb vorgesehen ist und durch Hinzufügen mindestens einer zweiten Schaltkammer für einen mehrpoligen Betrieb erweiterbar ist. Dadurch lässt sich durch Hinzufügen einer Schaltkammer je Pol der Bauraumbedarf des Schalters der entstehenden Wärmemenge durch Ausschaltlichtbögen anpassen. Der modulare Aufbau erlaubt vorteilhaft, gleichförmige Schaltkammerbauteile zu verwenden, um ein- oder mehrpolige Schalter herzustellen.
- Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft einen zweipoligen Betrieb des Schalters, wobei zwei Schaltkammern derart miteinander verbunden sind, dass ihre jeweiligen Öffnungsseiten einander zugewandt sind. Ebenso bevorzugt sind die Schaltkammern für einen zweipoligen Betrieb durch eine Platte gegeneinander elektrisch isoliert, wobei die Platte bei einem einpoligen Betrieb als Abdeckung des einzelnen Schaltkammergehäuses dient.
- Vorzugsweise weisen die zwei Schaltkammern bei einem zweipoligen Betrieb eine gemeinsame Schaltbrücke zum Bewegen der Brückenschaltstücke auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass für jede Schaltkammer ein Zusatzmagnet zur Beeinflussung des magnetischen Felds an der beweglichen Schaltbrücke angeordnet ist. Ein Vorteil dieses Zusatzmagneten besteht darin, dass das magnetische Feld im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche besonders gut beeinflussbar ist, da der Zusatzmagnet durch die Bewegung der Schaltbrücke in unmittelbare Umgebung der ersten und zweiten Kontaktbereiche gelangt. Insbesondere wird die Feldstärke des magnetischen Felds in diesem Bereich durch den Zusatzmagnet signifikant erhöht, was ein vorteilhaft beschleunigtes Löschen von Lichtbogen erlaubt. Der Zusatzmagnet ist vorzugsweise in einer Ausnehmung in der beweglichen Schaltbrücke in Höhe der Kontaktbereiche angeordnet.
- Das magnetische Feld dient zur Ausübung einer magnetischen Kraft auf den oder die Lichtbögen, so dass mindestens einer der Lichtbögen, vorzugsweise unabhängig von der Stromrichtung im Lichtbogen, in Richtung einer der Löschvorrichtungen getrieben wird, wobei die Kontaktstücke der Schaltkammern so angeordnet sind, dass sich die zweiten Kontaktbereiche in einer Linie im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Lichtbögen befinden.
- Der Zusatzmagnet ist zur Verstärkung der magnetischen Feldstärke mit der Schaltbrücke in einen Bereich der trennbaren ersten und zweiten Kontaktbereiche bewegbar. Darunter ist zu verstehen, dass der Zusatzmagnet in unmittelbare Nähe zu dem Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche bewegbar ist, nicht etwa zwischen die ersten und zweiten Kontaktbereiche. Die mindestens zwei Magnete sind dabei beispielsweise mindestens doppelt so weit von den ersten und zweiten Kontaktbereichen entfernt, wie der Zusatzmagnet. Die mindestens zwei Magnete können insbesondere außerhalb der Schaltkammer bzw. im Bereich der Schaltkammerwand angeordnet sein, auch an der Innenseite der Schaltkammerwand, vorzugsweise in einer isolierenden Tasche. Die Magnete sind bevorzugt als mindestens zwei plattenförmige Magnete ausgeführt, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass je Schaltkammer bzw. Kontaktpaar mindestens zwei Löschvorrichtungen zum Löschen von Lichtbögen, welche beim Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche auftreten können, vorgesehen sind. Besonders bevorzugt sind vier Löschvorrichtungen zum polaritätsunabhängigen Löschen der Lichtbögen vorgesehen.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass erste Lichtbogenleiter sich von den ersten Kontaktbereichen und zweite Lichtbogenleiter sich von den zweiten Kontaktbereichen aus in Richtung zu den Löschvorrichtungen erstrecken, wobei ein Abstand der ersten Lichtbogenleiter von den zweiten Lichtbogenleitern sich in Richtung der Löschvorrichtungen besonders bevorzugt vergrößert. Weiterhin bevorzugt erstreckt sich jedes Brückenschaltstück in einer Richtung quer, insbesondere etwa rechtwinklig, zu einer Erstreckungsrichtung der Schaltstücke. Quer zu einer Richtung ist in dem Sinne als nicht parallel zu der Richtung zu verstehen.
- Weiterhin bevorzugt sind die Schaltstücke für einen mehrpoligen Betrieb derart ausgeführt, dass die Anschlüsse des Schalters hinsichtlich ihrer Position und/oder Einbaulage einem mehrpoligen AC-Schalter entsprechen. Eine fehlerhafte Beschaltung auf Grund einer ungewohnten Position der Anschlüsse bei Gleichstromschaltern gegenüber den über lange Zeit wesentlich häufiger eingesetzten Wechselstromschaltern wird dadurch vorteilhaft vermieden.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
- Es zeigen
-
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters; -
Figur 2 eine Explosionsdarstellung des Schalters gemäßFigur 1 ; und -
Figuren 3a und 3b zwei perspektivische Ansichten eines Details des Schalters gemäßFigur 1 . - Das Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalter, hier insbesondere einen mehrpoligen, von der Stromrichtung unabhängigen Kompaktschalter, der erfindungsgemäß bei einem Schaltvorgang ein effizientes Löschverhalten durch eine möglichst kurze Lichtbogenzeit zeigen soll. Die Anschlüsse der Hauptstrombahnen oder Schaltstücke 10a, 20a sind wie bei einem marktüblichen AC-Schütz jeweils gegenüberliegend auf gleichem Niveau, bezogen auf die Einbautiefe des Schalters, angeordnet. Die gegenüberliegenden Schaltstücke 10b, 20b sind in derFigur 1 hinter dem Schalter angeordnet und daher nur in den übrigenFiguren 2 und3a bzw. 3b erkennbar. - Zur Realisierung einer kompakten Schaltanordnung, die beim Einbau in einen Schaltschrank eine ähnlich geringe Einbaulänge und -breite hat wie ein reiner AC-Schalter für vergleichbare Stromstärken, ist der Schalter in Form zweier übereinanderliegender Schaltkammern 41a, 41b von vorzugsweise identischem Aufbau ausgeführt, was insbesondere ermöglicht einen einpoligen Schalter mit nur einer Schaltkammer 41b zu realisieren oder diesen modular, durch Hinzufügen einer weiteren Schaltkammer 41a , zu einem zweipoligen Schalter auszubauen.
- Die Schaltanordnungen für jeden Pol sind in zwei separaten, identischen Schaltkammern 41a, 41b untergebracht, die übereinander angeordnet sind. Hierbei sind die Schaltkammern 41a, 41b mit ihren Öffnungsseiten zueinander gewandt montiert. Zur Sicherstellung einer ausreichenden elektrischen Isolation sind die beiden Schaltkammern 41a, 41b gegeneinander durch eine Trennwand 43 aus Isolierstoff abgeschottet. Auf diese Weise wird eine kostengünstige Lösung mit kompakten Einbauverhältnissen realisiert. Wenn die Trennwand 43 als Deckel ausgeführt wird, so kann der erfindungsgemäße Schalter auch modular aufgebaut werden, wahlweise einpolig mit nur einer Schaltkammer 41b oder zweipolig mit beiden Schaltkammern 41a, 41b.
- Mit Bezug auf die Explosionsdarstellung in
Figur 2 wird der erfindungsgemäße Schalter weiter beschrieben. Der erste Pol bzw. die erste Schaltkammer 41a weist zwei Schaltstücke 10a, 10b mit jeweils einem ersten Kontaktbereich 11 und ein mit einer Schaltbrücke 35 bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück 30 mit zwei zweiten Kontaktbereichen 31 zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen 11, 31 und zum Trennen der zweiten Kontaktbereiche 31 von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich 11 auf. Die zweite Schaltkammer 41b weist zwei Schaltstücke 20a, 20b mit jeweils einem ersten Kontaktbereich 21 auf. Das Brückenschaltstück 30 mit zweiten Kontaktbereichen 31 ist identisch zu der ersten Schaltkammer 41a und daher ebenso bezeichnet. Die beweglichen Brückenschaltstücke 30 beider Pole befinden sich hierbei übereinander angeordnet an der gemeinsamen Schaltbrücke 35, wodurch für beide Pole ein synchronisierter Schaltvorgang realisiert ist. - Die ersten und zweiten Kontaktbereiche 11, 31 und 21, 31 werden nachfolgend auch als feststehende Kontaktbereiche 11, 21 und bewegliche Kontaktbereiche 31 bezeichnet, die Kontaktpaare bilden. Die Kontaktpaare weisen jeweils zwei gegenüberliegende, vorzugsweise identischen Löschvorrichtungen 61, 62 auf. Die Löschvorrichtungen sind vorzugsweise als sogenannte Deion-kammern ausgeführt, die aus einer Stapelanordnung von gegeneinander elektrisch isolierten Blechen 66 mit jeweils einem Luftspalt zwischen zwei benachbarten Blechen bestehen. Alternativ dazu können die Löschvorrichtungen auch aus einer einfachen Nischenanordnung ohne Löschblechpakete, mit Wänden aus Isolierstoff, vorzugsweise aus duroplastischem Kunststoff oder Keramik, bestehen, wobei die einzelnen Nischen räumlich gegeneinander hinreichend abgeschottet sind und jeweils eine Außenwand mit geeignet dimensionierten Ausblasöffnungen durchbrochen ist, welche zur Druckentlastung gegen die beim Schaltvorgang durch die von den Schaltlichtbögen bewirkte Druckerhöhung dient.
- Die Brückenschaltstücke 30 mit den beweglichen, zweiten Kontaktbereichen 31 befinden sich im eingeschalteten Zustand in Höhe der Mitte der Löschvorrichtungen 61, 62. In Richtung der Löschvorrichtungen 61, 62 sind sie jeweils zu kufenförmig abgewinkelten zweiten Lichtbogenleitern oder auch Lichtbogenlaufblechen 32 verlängert, wobei die auslaufenden Enden im ausgeschalteten Fall ungefähr in Richtung des äußeren Kanten 65 der Löschvorrichtungen weisen. Die beweglichen Kontaktbereiche 31 befinden sich jeweils am Schnittpunkt zwischen den Brückenschaltstück 30, welche um etwa 90 Grad gegen die Verbindungsachse zweier gegenüberliegender Löschvorrichtungen 61, 62 gedreht sind, und den von dort rechtwinklig abgehenden Lichtbogenlaufblechen 32.
- In den
Figuren 3a und 3b sind zwei perspektivische Ansichten des Schalters gemäßFigur 1 , jedoch ohne Kammerwände der Schaltkammern 41a, 41b, dargestellt. Die Perspektive inFigur 3a entspricht der derFigur 1 , während dieFigur 3b eine um 90 Grad gedrehte Perspektive zeigt. Im Gegensatz zu den beweglichen Brückenschaltstücken 30 sind die Schaltstücke 10a, 10b, 20a, 20b mit den feststehenden Kontaktbereichen 11, 21 für die beiden Pole des Schalters unterschiedlich ausgeführt, die nachfolgend zusätzlich mit Bezug auf dieFiguren 3a und 3b beschrieben werden. Im Fall der oberen Schaltkammer 41a des einen Pols treten die beiden Schaltstückträger 10a, 10b jeweils gegenüberliegend parallel zur längeren Kammerwand am unteren Ende der Schaltkammer 41a in diese ein, wobei das eine Schaltstück 10a unmittelbar hinter der inneren Kammerwand um 90 Grad in eine Richtung parallel der kurzen Seite der Schaltkammer 41a abgewinkelt ist, um kurz vor Erreichen der seitlichen Kammerwand erneut um 90 Grad in einen Richtung parallel eines Kammerbodens bzw. der Trennwand 43 abgewinkelt zu werden. Auf diese Weise wird ein Parallelversatz der beiden Schaltstücke 10a, 10b erzielt, in der Weise, dass beide in parallel zu einander verlaufenden Strombahnen in Richtung der längeren Kammerseite ausgerichtet sind. Sie verlaufen dabei von der Schaltkammerwand ausgehend jeweils zunächst unterhalb der Löschvorrichtungen 61, 62. Außerhalb der Löschvorrichtungen 61, 62 sind sie in der Weise schräg nach oben abgewinkelt, dass die beiden Festkontakte 11 in Höhe der Mitte der Löschvorrichtungen 61, 62 angeordnet sind. Zusammen mit den beweglichen Brückenschaltstücken 30 entsteht so im Ergebnis eine Lichtbogen-Leiteranordnung aus den zweiten Lichtbogenleitern 32 und ersten Lichtbogenleitern 12, deren Abstand sich in Richtung der Löschvorrichtungen 61, 62 vergrößert. Entlang der Lichtbogenleiter 12, 32 wird der Lichtbogen mit Hilfe eines magnetischen Blasfelds bis zu einer Länge aufweitet, die der Höhe der kompletten Löschvorrichtung 61 bzw. 62 entspricht. - In der unteren Schaltkammer 41b des zweiten Pols sind die Schaltstücke 20a, 20b in ähnlicher Weise ausgeführt, jedoch mit dem Unterschied, dass beide Schaltstücke 20a, 20b unmittelbar nach Eintritt in die Schaltkammer 41b zunächst rechtwinklig in eine Richtung parallel zu der kurzen Seite der Schaltkammer 41 b abgewinkelt sind, so dass sie in Richtung auf den Kammerboden zu verlaufen. Das eine Schaltstück 20a wird anschließend erneut um 90 Grad in Richtung parallel zu der kurzen Kammerwand abgewinkelt, um vor der Kammerwand abermals rechtwinklig in Richtung parallel des Kammerbodens abgewinkelt zu werden. Auf diese Weise wird das Schaltstück 20a analog zur Schaltkammer 41a des ersten Pols entlang des Kammerbodens parallel zur längsseitigen Kammerwand geführt. Das zweite Schaltstück 20b ist im Bereich des Kammerbodens erneut rechtwinklig in der Weise abgebogen, dass es parallelversetzt zum ersten Schaltstück entlang des Kammerbodens verläuft. Analog zur Schaltkammer 41a des ersten Pols verlaufen die beiden Schaltstücke 20a, 20b von der Schaltkammerwand ausgehend zunächst unterhalb der Löschvorrichtungen 61, 62. Außerhalb derselben sind sie wieder schräg nach oben abgewinkelt, so dass die beiden feststehenden Kontaktbereiche 21 in Höhe der Mitte der Löschvorrichtungen 61, 62 angeordnet sind.
- Durch die beschriebene Ausführungsform wird ein Schalter mit einem optimierten Lichtbogenlaufverhalten realisiert, in der Weise, dass die entstehenden Schaltlichtbögen unter Einwirkung magnetischer Blasfelder innerhalb sehr kurzer Zeiten gezielt in Richtung einer der Löschvorrichtung 61, 62 gelenkt werden. Durch die spezielle Ausführung der Schaltstücke 10a, 10b, 20a, 20b wird weiterhin erreicht, dass die Anschlüsse der Hauptstrombahnen bezüglich Lage und Einbautiefe wie bei einem mehrpoligen AC-Schalter angeordnet sind.
- Erfindungsgemäß ist bei der dargestellten Ausführungsform in jeder der beiden Schaltkammern 41a, 41b eine Anordnung von jeweils mindestens zwei Permanentmagneten 51a, 51b und einem Zusatzmagneten 51c angeordnet. Die zwei Magneten 51a, 51b können beispielsweise außerhalb der Schaltkammern 41a, 41b angeordnet sein, während der Zusatzmagnet 51c zur Beeinflussung des magnetischen Felds an der beweglichen Schaltbrücke 35 angeordnet ist, vorzugsweise jeweils in Höhe der beweglichen Kontaktbereiche 31. Zur Realisierung dieser Position sind die Brückenschaltstücke 30 beidseitig trapezförmig abgewinkelt. Im Ergebnis wird auf diese Weise eine kostengünstige Magnetanordnung mit einer vergleichsweise hohen Magnetfeldstärke im Bereich der Schaltkontakte realisiert.
- Die permanentmagnetische Anordnung bewirkt, dass die beim Öffnen der Kontakte entstehenden Teillichtbögen auf Grund der wirkenden Lorentzkraft unabhängig von der Stromrichtung stets in Richtung von zwei der insgesamt vier Löschvorrichtungen 61, 62 bewegt und dort zum Erlöschen gebracht werden. Die Anordnung des Zusatzmagneten 51 c unmittelbar im Bereich der Schaltkontakte ermöglicht die Erzeugung eines homogenes Magnetfelds von hoher Magnetfeldstärke, das auf Grund seiner Blaswirkung ein rasches Fortbewegen des Lichtbogens in Richtung der jeweiligen Löschvorrichtung 61, 62 ermöglicht und damit eine vergleichsweise kurze Verweilzeit des Lichtbogens zwischen den Kontaktbereichen 11, 31 und 21, 31 zur Folge hat, wodurch vorteilhaft der Abbrand der Kontakte vermindert und die Lebensdauer des Schalters gesteigert wird.
- Die Permanentmagnete 51a, 51b und 51c bestehen vorzugsweise aus ferritischem Material und/oder aus Material mit Anteilen seltener Erden, beispielsweise Nd-Fe-B oder Sa-Co und/oder aus Materialien, welche die Bildung kunststoffgebundener Formteile erlauben. Die Schaltkammergehäuse sind vorzugsweise aus Keramik oder Duroplast ausgeführt und in jeweils vier durch Schottwände abgetrennte Buchten unterteilt, die an einer Außenseite jeweils Ausblasöffnungen tragen.
-
- 10a, 10b, 20a, 20b
- Schaltstücke
- 11,21
- Erste, feststehende Kontaktbereiche
- 12, 22
- Erste, feststehende Lichtbogenleiter
- 30
- Brückenschaltstück
- 31
- Zweiter, bewegbarer Kontaktbereich
- 32
- Zweite, bewegbare Lichtbogenleiter
- 35
- Bewegliche Schaltbrücke
- 41a, 41b
- Schaltkammern
- 43
- Trennwand
- 51a, 51b
- Magnete
- 51c
- Zusatzmagnet
- 61, 62
- Löschvorrichtungen
- 65
- Außenkante der Löschvorrichtung
- 66
- Blech
Claims (14)
- Schalter mit mindestens einer Schaltkammer (41b), wobei jede Schaltkammer- zwei Schaltstücke (20a, 20b) mit jeweils einem ersten Kontaktbereich (21),- ein mit einer Schaltbrücke (35) bewegbares und elektrisch leitfähiges Brückenschaltstück (30) mit zwei zweiten Kontaktbereichen (31) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (21, 31) und zum Trennen mindestens eines der zweiten Kontaktbereiche (31) von dem jeweiligen ersten Kontaktbereich (21), sowie- mindestens zwei Magnete (51a, 51b) zur Erzeugung eines magnetischen Felds aufweist, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau, wobei der Schalter mit nur einer Schaltkammer (41b) für einen einpoligen Betrieb vorgesehen ist und durch Hinzufügen mindestens einer zweiten Schaltkammer (41a) für einen mehrpoligen Betrieb erweiterbar ist.
- Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen zweipoligen Betrieb zwei Schaltkammern (41a, 41b) derart miteinander verbunden sind, dass ihre jeweiligen Öffnungsseiten einander zugewandt sind.
- Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen zweipoligen Betrieb die Schaltkammern (41a, 41b) durch eine Platte (43) gegeneinander elektrisch isoliert sind, wobei die Platte (43) bei einem einpoligen Betrieb als Abdeckung des einzelnen Schaltkammergehäuses (41a) dient.
- Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schaltkammern (41a, 41b) bei einem zweipoligen Betrieb eine gemeinsame Schaltbrücke (35) zum Bewegen der Brückenschaltstücke (30) aufweisen.
- Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Schaltkammer (41a, 41b) ein Zusatzmagnet (51c) zur Beeinflussung des magnetischen Felds an der beweglichen Schaltbrücke (35) angeordnet ist.
- Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzmagnet (51c) zur Verstärkung der magnetischen Feldstärke mit der Schaltbrücke (35) in einen Bereich der trennbaren ersten und zweiten Kontaktbereiche (11, 21, 31) bewegbar ist.
- Schalter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzmagnet (5 1 c) in einer Ausnehmung in der beweglichen Schaltbrücke (35) in Höhe der Kontaktbereiche (31) angeordnet ist.
- Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (51a, 51b) als mindestens zwei plattenförmige Magnete ausgeführt sind, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind.
- Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Schaltkammer mindestens zwei Löschvorrichtungen (61) zum Löschen von Lichtbögen, welche beim Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche (11, 21, 31) auftreten können, vorgesehen sind.
- Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Schaltkammer vier Löschvorrichtungen (61, 62) zum polaritätsunabhängigen Löschen von Lichtbögen, welche beim Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche (11, 21, 31) auftreten können, vorgesehen sind.
- Schalter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass erste Lichtbogenleiter (12) sich von den ersten Kontaktbereichen (11,21) und zweite Lichtbogenleiter (32) sich von den zweiten Kontaktbereichen (31) aus in Richtung zu den Löschvorrichtungen (61, 62) erstrecken.
- Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand der ersten Lichtbogenleiter (12) von den zweiten Lichtbogenleitern (32) sich in Richtung der Löschvorrichtungen (61, 62) vergrößert.
- Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Brückenschaltstück (30) sich in einer Richtung quer zu einer Erstreckungsrichtung der Schaltstücke (10a, 10b, 20a, 20b) erstreckt.
- Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Schaltstücke (10a, 10b, 20a, 20b) für einen mehrpoligen Betrieb, wobei die Schaltstücke derart ausgeführt sind, dass die Anschlüsse des Schalters hinsichtlich ihrer Position und/oder Einbaulage einem mehrpoligen AC-Schalter entsprechen.
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