WO2012076604A1 - Schalter mit loeschkammer - Google Patents

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WO2012076604A1
WO2012076604A1 PCT/EP2011/072094 EP2011072094W WO2012076604A1 WO 2012076604 A1 WO2012076604 A1 WO 2012076604A1 EP 2011072094 W EP2011072094 W EP 2011072094W WO 2012076604 A1 WO2012076604 A1 WO 2012076604A1
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WO
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contact
switch
switching chambers
chambers
arc
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PCT/EP2011/072094
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English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Lang
Lutz Friedrichsen
Original Assignee
Eaton Industries Gmbh
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Publication date
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Priority to CA2820791A priority patent/CA2820791A1/en
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    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/18Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H33/182Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets
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    • H01H1/14Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
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    • H01H33/59Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc

Definitions

  • the invention relates to switches with extinguishing devices for the rapid extinction of an arc during the separation process.
  • Electrical switches are components in a circuit which establish an electrically conductive connection by means of internal electrically conductive contacts
  • Circuit is disconnected by a switch, the flowing current can not go immediately to zero. In this case, an arc forms between the contacts.
  • This arc is a gas discharge by a per se non-conductive medium such as e.g. Air.
  • Arcs in AC-powered switches typically clear at zero crossing of the AC current. Due to the missing
  • Circuit is operated at sufficient current and voltage (typically greater than 1 A and greater than 50V) the arc will not extinguish by itself.
  • sufficient current and voltage typically greater than 1 A and greater than 50V
  • the arc time (time in which the arc burns) should be kept as small as possible, because the arc releases a large amount of heat, which leads to the burning of the contacts and / or the thermal load of the switching chamber in the switch and thus reduces the life of the switch.
  • arc time time in which the arc burns
  • Extinction of an arc is typically accelerated by the use of a magnetic field that is poled to exert a driving force on the arc toward the quenching chambers.
  • the size of the driving force depends on the strength of the magnet or magnets.
  • permanent magnets are used to generate a strong magnetic field.
  • each of the switching chambers a double breaker having two separate stationary contacts each having a first contact region, a movable electrically conductive contact piece with two second contact regions for respectively producing an electrically conductive connection between the first and second contact regions in the ON state of the switch and for separating the first and second contact areas in the OFF state of the switch, and at least two extinguishing devices for erasing arcs that occur when the AUS State between the first and second contact areas may occur; and at least two magnets for generating a magnetic field at least in the region of the first and second contact regions of the switching chambers for exerting a magnetic force on the arcs, so that at least one of the arcs, regardless of the current direction in the arc in the direction of one of
  • Extinguishing devices is driven, wherein the contact pieces of the switching chambers are arranged so that the second contact areas are in a line substantially perpendicular to the direction of movement of the arcs.
  • the switch according to the present invention has a fast, reliable and current-independent quenching behavior and therefore prevents polarization-related installation errors and is suitable for applications where switches are required for both current directions.
  • the term "substantially" in the present invention includes all
  • a switch according to the present invention comprises any type of switches suitable for multi-pole operation with switching chambers having at least two immovable contacts which can be electrically closed by at least one movable contact piece. These switches can be, for example, two-pole or multi-pole switches.
  • the number of switching chambers may be two or more switching chambers, wherein the switching chambers are preferably operated parallel to each other.
  • switches in the context of the present invention may also be switches in which the two or more switching chambers are connected in series and which thus constitute, in principle, single-pole switches. Such switches are nevertheless suitable for multi-pole operation, since only the shading of the switching chambers would have to be adapted for multi-pole operation.
  • switches are contactors, switch disconnectors or circuit breakers.
  • the switch is suitable for DC operation, but could also be used in AC operation.
  • the polarity-independent DC operation refers to the operation of the switch in a DC circuit, wherein it does not depend on the current direction in the switch for the rapid erasure of the arcs in the switch.
  • arcing can occur between the first and second contact areas of the two switching chambers, in where the current can flow from the first to the second contact region or vice versa.
  • a switching chamber includes four extinguishing devices for reliably extinguishing both arcs in the respective extinguishing devices.
  • the advantage of the claimed arrangement is the simple, symmetrical and therefore cost-effective design of the switch. The stronger the magnetic field at the location of the arc, the faster the arc is driven into the extinguishing device and thus deleted.
  • Extinguishing devices may be any suitable means for extinguishing an arc, for example, cooling plates or extinguishing chambers.
  • Double breakers are here the mechanical components that lead to a double interruption of a circuit. To have the
  • Double breaker each two first and two second contact areas at which each (double) the power is interrupted in the OFF state.
  • Double breakers denote the first and second contact areas here
  • Contact areas and the contact piece consist of an electrically conductive material.
  • the first and second contact areas may be subareas of the stationary contacts or of the contact piece, or separate components which are arranged on the immovable contacts or the contact piece.
  • the above movement is along a movement axis of the contact piece perpendicular to the surfaces of the contact areas.
  • the contact piece is for example in a bridge assembly, preferably made of plastic, movably supported by a spring, which also exerts the necessary contact pressure in the ON state of the switch.
  • the axis of movement of the contact piece is substantially perpendicular to the direction of movement of
  • the switch is opened by moving the contact piece in the opposite direction.
  • the movement of the contact piece can be done manually or electrically.
  • Contact areas may differ in shape and material.
  • the areas of the first and second contact areas can vary between extended areas and punctiform contacts.
  • the material of the contact areas may be any suitable electrically conductive material, for example, silver-tin oxide.
  • a very strong permanent magnetic field may be provided by a permanent magnet which is, for example, a rare earth magnet.
  • rare earth magnets are made of NdFeB or SmCo alloy. These materials have a high coercive strength and therefore also allow, for example, provision of the magnets as very thin plates, allowing a more compact design of the switch.
  • the permanent magnets are preferably arranged so that they generate a magnetic field perpendicular to the current flow in the arc and perpendicular to the desired direction of movement of the arc.
  • the shape of the magnets can be suitably chosen within the scope of the invention by a person skilled in the art.
  • the magnets are preferably arranged as pairs of two magnets each, the number of magnets is thus preferably two or more times thereof in a switch.
  • the magnets comprise at least two plate-shaped magnets, preferably permanent magnets, whose surfaces are arranged parallel to one another.
  • the surfaces of the magnets are parallel to the desired one
  • the magnets are preferably arranged so that they have a substantially homogeneous magnetic field along the
  • the magnet is a permanent magnet.
  • the term "substantially" in the present invention encompasses all embodiments which deviate less than 10% from the nominal value or mean value
  • the magnets extend at least as far as the extinguishing devices or even over
  • the magnets are arranged laterally outside the arrangement of the switching chambers (in a plane or on top of each other or in another arrangement) such that they generate a substantially homogeneous magnetic field at least in the region of the first and second contact regions of the double interrupters of a plurality of switching chambers.
  • first arc guide plates extend in two opposite directions respectively from at least one of the first contact regions and the corresponding second contact region to two extinguishing devices arranged at the end of the arc baffles, respectively, as first extinguishing chambers.
  • extend here includes the possibilities that the arc guide plates (or the cooling plates) up to the respective Contact areas (or extinguishing devices) protrude without being directly fixed to it or even a firm connection of the arc guide plates (or the cooling plates) with the contact areas (or the
  • the first arc guide plates are preferably firmly connected to the first contact areas. Thus, obstacles to the movement of the arc such as air gaps are avoided, at least for the immovable contacts.
  • the first quenching chamber comprises any type of components that are suitable for bringing an arc to extinguish. In one embodiment of the quenching chamber, these comprise a plurality of quenching plates between the first arc guide plates, which are both arranged in parallel in the quenching chamber. For rapidly extinguishing an arc, a Lorenz force is preferably applied to it by the magnets until it enters the extinguishing devices. If the size within the switch is sufficient, it is therefore advantageous to
  • the quenching plates in the first quenching chambers are for example V-shaped. The arc will be in the first
  • Extinguishing chamber divided into a plurality of partial arcs (Deionreheat).
  • the required minimum voltage for maintaining the arc is proportional to the number of extinguishing plates present in the first quenching chamber, whereby the voltage required to maintain the arc exceeds the available voltage, which leads to the extinction of the arc.
  • the quenching plates are held in an insulating material to which the arc guide plates are also attached.
  • the arc guide plates can have any shape that is suitable, the
  • the arc guide plates can also be designed as a stamped and bent part. Also, thickness and width of the arc guide plates
  • Arc guide plates vary.
  • the distance between the first (lower) and the second (upper) arc guide plate can grow with increasing distance to the first and second contacts.
  • the magnets extend at least along the first arc guide plates to the first
  • Extinguishing chambers preferably beyond the first extinguishing chambers.
  • at least two of the switching chambers are arranged in one plane, preferably all switching chambers are arranged in one plane. This has the advantage that the switch has a simpler structure, a small installation depth and installation height and can be manufactured according to cost.
  • adjacent switching chambers have a common one
  • Bridge arrangement for moving the contact pieces with a common bridge for guiding the contact pieces and for electrical insulation of the switching chambers against each other.
  • the bridge isolates the switching chambers from each other.
  • the bridge can be made for this purpose, for example, at least partially made of plastic.
  • the shape of the bridge may vary between different embodiments of the switch according to the invention. The person skilled in the art can suitably choose the shape and size of the bridge in the context of the present invention.
  • the bridge arrangement is designed so that the contacts of the two double breaker are moved simultaneously, so either both contacts are moved to the ON state or in the OFF state of the switch. The movement of the two contact pieces is not independent.
  • Extinguishing devices to the other first and second contact areas (which are not already connected to the first extinguishing chambers), wherein at least one of the two extinguishing devices is designed as a second extinguishing chamber and second
  • the second quenching chamber may have a similar or the same basic structure as the first quenching chamber and optionally include the parts that have already been described in the first quenching chamber.
  • the size of the second quenching chamber may be due to the denser position of the second
  • the second erase clip has smaller dimensions than the first erase chamber and is located a smaller distance from the contact than the first erase chamber.
  • the other of the two extinguishing devices is designed as a cooling plate which extends from the contact piece along the movement axis of the contact piece around the first contact area to the rear side of the stationary contact remote from the contact piece, preferably along the direction of movement of the contact piece Arc increasing the distance between the heat sink and the back of the immovable contact.
  • the cooling plate extends to the second contact region of the movable
  • the cooling plate comes close to the location of the arc in order to be able to effect a rapid deletion via a rapid routing of the arc.
  • the distance between the cooling plate and the back of the immovable contact increases with increasing distance to the axis of movement of the contact piece.
  • the arc gap is increased and thus increases the arc voltage necessary to maintain the arc. If the arc voltage exceeds the operating voltage of the switch, the arc extinguishes.
  • an arc is forced between one of the first and second contact areas in a first quenching chamber and the other arc between the other first and second contact areas in the second quenching chamber.
  • the quenching behavior would look the same, except that then the one arc in the other first quenching chamber and the other
  • the contact pieces of the double interrupters are arranged in a plane offset from one another so that the cooling plates of adjacent interrupters through a common wall of the bridge substantially parallel to the
  • a switch In an alternative embodiment of a switch according to the present invention At least two switching chambers are arranged one above the other. This arrangement makes it possible due to the design and the space available to use extinguishing chambers for all extinguishing devices. This avoids that an arc must be driven to erase towards the bridge assembly, which avoids an increased thermal load on the bridge assembly and thus increases the life of the switch. Furthermore, this embodiment has only first extinguishing chambers, whereby the installation height per pole can be reduced. Due to the symmetrical design of the switching chambers, the running behavior of the arcs is made more favorable.
  • Switching chambers extend the first arc guide plates for each of the two opposite directions in the first extinguishing chambers.
  • the arc guide plates which are available for each direction of movement, allow a quick and safe extinguishment of the arc for each current direction in the arc and each polarity of the magnetic field.
  • the first arc guide plates are preferably firmly connected to the first contact areas. Thus, obstacles to the movement of the arc such as air gaps are avoided, at least for the immovable contacts.
  • the axes of movement of the respective contact pieces extend between the arc guide plates; the axes of movement of the respective contact pieces preferably coincide. This allows a very compact arrangement.
  • some switching chambers in a plane and other switching chambers may be arranged one above the other.
  • the superposed switching chambers have a common bridge arrangement for moving the contacts with a common bridge to guide the contact pieces and electrical insulation of the switching chambers against each other.
  • the bridge and the mechanical properties of the bridge arrangement apply the analogous versions as in the arrangement of the switching chambers in a plane.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a switch according to the present invention with two switching chambers in a plane arranged in (a) perspective view and (b) in plan view.
  • FIG. 1 perspective view of a part of section of Fig. 1 with a
  • FIG. 4 shows a perspective view of the bridge arrangement of the switch from FIG. 3. Detailed description of embodiments
  • FIG. 1 shows an embodiment of a switch 1 according to the present invention with two switching chambers I Ia, 1 Ib arranged in a plane in (a) perspective view and (b) in plan view from above.
  • Each of the switching chambers I Ia, I Ib has a double breaker with two separate stationary contacts 2, each having a first contact region 21, 22 and a movable electrically conductive contact piece 30 with two second contact regions 31, 32 for producing an electrically conductive connection between the first and second contact portions 21, 22, 31, 32 in the ON state of the switch 1 and for separating the first and second
  • the switch with the switching chambers I Ia, 1 Ib in one plane has four erasing devices 41, 42, 43 for erasing Arcs that may occur in establishing the OFF state between the first and second contact regions 21, 22, 31, 32.
  • the arcs are not shown in detail here, see Fig. 2
  • the four quenching devices per switching chamber are in Figure 1, two first quenching chambers 41, a second quenching chamber 42 and attached to the bridge assembly cooling plate 43.
  • the two disposed within the switch magnets 81st , 82 for generating a magnetic field M extend here from the first and second contact regions 21, 22, 31, 32 beyond the first extinguishing chambers 41 and are designed as plate-shaped magnets 81, 82 with surfaces arranged parallel to each other.
  • the magnet 81 forms for the
  • Extinguishing devices 41, 42, 43 ensure that each arc is driven in the direction of one of the extinguishing devices 41, 42, 43 independently of the current direction I in the arc. Which of the extinguishing devices 41, 42, 43 extinguishes the relevant arcs depends on the field direction of the magnetic field and the current direction I in
  • Switching chambers I Ia, I Ib first Lichtbogenleitbleche 6, which in two opposite directions in each case of at least one of the first contact areas 21 and the corresponding second contact area 31 to two at the end of
  • Arc guide plates 6 arranged extinguishing chambers 41 extend.
  • Extinguishing chamber 42 is analogous to the first extinguishing chambers by second
  • Arc guide plates 7 with the first and second contact regions 22, 32 are connected.
  • the term "connected” also refers to arc guide plates that extend close to the contact areas.
  • the second cancel clip 42 in this embodiment has smaller dimensions than the first cancel chamber 41 and is located at a smaller distance from the contact piece 30 than the first quenching chamber 41.
  • the adjacent switching chambers I Ia, 1 Ib have a common bridge arrangement 3 for moving the contact pieces 30 with a common bridge 34 for guiding the contact pieces 30 and for electrical insulation of the switching chambers 1 la, 1 lb against each other.
  • the common bridge assembly 3 may be made of plastic, for example, so that the electrical insulation between the switching chambers I Ia, 1 lb is guaranteed.
  • the contact pieces 30 of the switching chambers 1a, 1b are arranged such that the second contact areas 31, 32 are located in a line substantially perpendicular to the direction of movement T of the arcs 5.
  • the contact pieces 30 of the double interrupters are arranged in a plane offset from one another, so that the cooling plates 43 of adjacent switching chambers I Ia, 1 Ib through a common wall 35 of the bridge 34 in
  • Terminals 12 are used to connect the switching chambers 1 la, 1 lb to a circuit.
  • 2 shows a perspective partial section of the switch from FIG. 1 with one of the switching chambers 11a, 11b and the common bridge arrangement 3. For reasons of clarity, the magnets and one of the switching chambers have been omitted with respect to FIG.
  • the components denoted by “12" are the connection terminals 12 of the switching chambers 11a, 11b for connecting the switching chambers 1a1, 1b to a circuit, in this figure an arc 5 is shown between the first and second contact areas 22, 32, along the direction of movement T
  • a second arc guide plate 7 extends from the second Extinguishing chamber 42 in the direction of the first and second contact portions 22, 32.
  • the cooling plate 43 is mounted on the common wall 35 of the bridge 34.
  • cooling plate 7 extends here for reliable deletion of the arc 5 from the second contact region 32 of the contact piece 30 to the stationary contact 2 around on the back.
  • FIG. 3 shows a side view of a switch 1 in the OFF state ZA according to the present invention, each with two switching chambers I Ia, 1 lb arranged one above the other.
  • the switching chambers 11a, 11b have four first quenching chambers 41, two of which have respective quenching chambers 41 opposite the respective first and second contact regions 21, 22, 31, 32 of the respective
  • Double breaker are arranged.
  • the movement axes (B A) of the respective superimposed contact pieces 30 extend between the arc guide plates 6, preferably the axes of movement BA of the respective contact pieces 30 coincide.
  • the advantage of this arrangement is that none of the arcs 5 in the direction of
  • Bridge arrangement 3 is running. For reasons of clarity, the magnets for exerting the Lorentz force on the arcs 5 are partially omitted here. In the upper
  • Switching chamber 1 la an arc 5 is shown, which has a magnet arrangement 81, 82 as shown in the lower switching chamber 1 lb.
  • a pair of magnets 81, 82 are arranged per switching chamber.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the bridge arrangement 3 of the switch 1 from FIG. 3 in the OFF state ZA, wherein for reasons of clarity some of the components shown in FIG. 3 have been omitted.
  • Switching chambers 11a, 11b have, in this embodiment, a common bridge arrangement 3, shown here, for the simultaneous simultaneous movement of
  • the bridge assembly 3 comprising the contact pieces 30 of the two double breakers and the bridge 34 arranged one above the other
  • Switching chambers I Ia, I Ib, forms a mechanical unit. This common
  • the common bridge assembly 3 may be made of plastic, for example, so that the electrical insulation between the switching chambers I Ia, 1 lb is guaranteed.
  • the arcs 5 of the superposed switching chambers 11a, 11b burning between the first and second contact regions are always driven along the direction of movement T into one of the first quenching chamber 41 and thus away from the bridge arrangement 3, depending on the magnetic field direction and the current direction in the arc 5 (Here, by way of example only 1 of the quenching chamber 41 for reasons of
  • the terminals 12 are used to connect the switching chambers I Ia, I Ib to a circuit.
  • the detailed description of the invention in this section and in the figures is to be understood as an example of possible embodiments within the scope of the invention and therefore not restrictive. Specified sizes in particular must be adapted to the respective operating conditions of the switch (current, voltage) by a specialist. Therefore, all sizes given are to be understood as an example only for specific embodiments.
  • magnets preferably permanent magnets

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung stellt einen für einen mehrpoligen Betrieb geeigneten Schalter mit einem schnellen und von der jeweiligen Polung unabhängigen Löschverhalten für Lichtbögen bereit,wobei der Schalter mindestens zwei Schaltkammern (11a, 11b) mit jeweils einem Doppelunterbrecher mit zwei separaten unbeweglichen Kontakten (2) mit jeweils einem ersten Kontaktbereich (21, 22), einem beweglichen elektrisch leitfähigen Kontaktstück (30) mit zwei zweiten Kontaktbereichen (31, 32) zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (21, 22, 31, 32) im EIN-Zustand des Schalters (1) und zum Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 22, 31, 32) im AUS-Zustand des Schalter (1) und mindestens zwei Löschvorrichtungen (41, 42, 43) zum Löschen von Lichtbögen (5), die beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (21, 22, 31, 32) auftreten können, umfasst; sowie mindestens zwei Magnete (71, 72) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 22, 31, 32) der Schaltkammern (11a, 11b) zur Ausübung einer magnetischen Kraft (F) auf die Lichtbögen (5), so dass mindestens einer der Lichtbögen (5) unabhängig von der Stromrichtung (I) im Lichtbogen (5) in Richtung einer der Löschvorrichtungen (41, 42, 43) getrieben wird, wobei die Kontaktstücke (30) der Schaltkammern (11a, 11b) so angeordnet sind, dass sich die zweiten Kontaktbereiche (31, 32) in einer Linie im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung (T) der Lichtbögen (5) befinden, umfasst.

Description

SCHALTER MIT LOESCHKAMMER
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Schalter mit Löschvorrichtungen zur schnellen Löschung eines Lichtbogens während des Trennvorgangs.
Stand der Technik
Elektrische Schalter sind Komponenten in einem Stromkreis, die mittels interner elektrisch leitender Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung herstellen
(Schaltzustand„EHST" oder EIN-Zustand) oder trennen (Schaltzustand "AUS", oder AUS-Zustand). Im Fall einer zu trennenden stromführenden Verbindung fließt Strom durch die Kontakte bis diese voreinander getrennt werden. Wenn ein induktiver
Stromkreis durch einen Schalter getrennt wird, kann der fließende Strom nicht unmittelbar auf Null gehen. In diesem Fall bildet sich ein Lichtbogen zwischen den Kontakten. Dieser Lichtbogen ist eine Gasentladung durch ein an sich nichtleitendes Medium wie z.B. Luft. Lichtbögen in Schaltern mit Wechselstrombetrieb (AC) löschen in der Regel beim Nulldurchgang des Wechselstroms. Aufgrund des fehlenden
Nulldurchgangs des Stroms entstehen in Schaltern mit Gleichstrombetrieb (DC) beim Trennen der Kontakte (Ausschalten des Schalters) stabil brennende Lichtbögen, sofern die Lichtbogenspannung deutlich kleiner als die Betriebsspannung ist. Wenn der
Stromkreis bei ausreichend Strom und Spannung betrieben wird, (typischerweise bei mehr als 1 A und mehr als 50V) wird sich der Lichtbogen nicht von selbst löschen. Zu diesem Zweck werden in solchen Schaltern Löschkammern zum Löschen des
Lichtbogens verwendet. Die Lichtbogenzeit (Zeit in der der Lichtbogen brennt) soll möglichst klein gehalten werden, 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. Bei zwei- oder mehrpoligen Schaltern mit zwei oder mehr Schaltkammern werden entsprechend höhere Wärmemengen durch Lichtbögen freigesetzt als bei einpoligen Schaltern. Hier ist es also besonders notwendig, dass dieser Lichtbogen schnell gelöscht wird.
Eine Löschung eines Lichtbogens wird in der Regel durch die Verwendung eines magnetischen Feldes beschleunigt, das so gepolt ist, dass es eine treibende Kraft auf den Lichtbogen in Richtung der Löschkammern ausübt. Die Größe der treibenden Kraft hängt hierbei von der Stärke des oder der Magneten ab. Üblicherweise werden zur Erzeugung eines starken Magnetfeldes Permanentmagneten verwendet.
Unglücklicherweise ist die treibende Kraft des magnetischen Feldes in Richtung der Löschkammern nur bei einer bestimmten Stromflussrichtung gegeben. Um
polungsbedingte Einbaufehler von Schaltern zu vermeiden oder wenn Schalter für beide Stromrichtungen benötigt werden, wären Schalter mit einem schnellen und von der jeweiligen Polung unabhängigen Löschverhalten für Lichtbögen, die während des Abschaltens des Schalters zwischen den geöffneten Kontakten entstehen,
wünschenswert. Insbesondere wäre ein solches Löschverhalten in zweipoligen Schaltern mit einem gegenüber einpoligen Schaltern entsprechend nicht wesentlich komplexeren Aufbau wünschenswert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen für einen mehrpoligen Betrieb geeigneten Schalter bereitzustellen, der ein schnelles, zuverlässiges und von der Stromrichtung unabhängiges Löschverhalten von entstandenen Lichtbögen zeigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter geeignet für einen
polaritätsunabhängigen mehrpoligen Gleichstrombetrieb mit mindestens zwei
Schaltkammern, wobei jeder der Schaltkammern einen Doppelunterbrecher mit zwei separaten unbeweglichen Kontakten mit jeweils einem ersten Kontaktbereich, einem beweglichen elektrisch leitfähigen Kontaktstück mit zwei zweiten Kontaktbereichen zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen im EIN-Zustand des Schalters und zum Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche im AUS-Zustand des Schalter und mindestens zwei Löschvorrichtungen zum Löschen von Lichtbögen, die beim Herstellen des AUS- Zustands zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen auftreten können, umfasst; sowie mindestens zwei Magnete zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche der Schaltkammern zur Ausübung einer magnetischen Kraft auf die Lichtbögen, so dass mindestens einer der Lichtbögen 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 Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt ein schnelles, zuverlässiges und von der Stromrichtung unabhängiges Löschverhalten und beugt daher polungsbedingte Einbaufehler vor und ist für Anwendungen geeignet, wo Schalter für beide Stromrichtungen benötigt werden. Der Ausdruck„im Wesentlichen" umfasst in der vorliegenden Erfindung alle
Ausführungsformen, die weniger als 10% vom Sollwert oder Mittelwert abweichen. Ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasstjede Art von Schaltern geeignet für einen mehrpoligen Betrieb mit Schaltkammern mit mindestens zwei unbeweglichen Kontakten, die durch mindestens ein bewegliches Kontaktstück elektrisch geschlossen werden können. Diese Schalter können beispielsweise zwei- oder mehrpolige Schalter sein. Die Anzahl der Schaltkammern kann zwei oder mehr Schaltkammern betragen, wobei die Schaltkammern bevorzugt parallel zueinander betrieben werden. In einer alternativen Ausführungsform können Schalter im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Schalter sein, in denen die zwei oder mehr Schaltkammern in Reihe geschaltet sind und die damit im Prinzip einpolige Schalter darstellen. Solche Schalter sind dennoch für einen mehrpoligen Betrieb geeignet, da nur die Verschattung der Schaltkammern für einen mehrpoligen Betrieb angepasst werden müßte. Beispiele für diese Schalter sind Schütze, Lasttrennschalter oder Leistungsschalter. Der Schalter ist dabei geeignet für Gleichstrombetrieb, könnte aber auch im Wechselspannungsbetrieb verwendet werden. Der polaritätsunabhängige Gleichstrombetrieb bezeichnet den Betrieb des Schalters in einem Gleichstromschaltkreis, wobei es für das schnelle Löschen der Lichtbögen im Schalter nicht auf die Stromrichtung im Schalter ankommt. Hier können zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen der beiden Schaltkammern Lichtbögen auftreten, in denen der Strom vom ersten zum zweiten Kontaktbereich oder umgekehrt fließen kann. Da das im Wesentlichen konstante und in seiner Richtung festgelegte Magnetfeld (vorgegeben durch den Einbau der Magnete in den Schalter) den Lichtbogen bei einer festen Stromrichtung immer in eine entsprechend der Lorenzkraft definierten Richtung treibt, müssen für den Betrieb des Schalter in der anderen Stromrichtung (zweite Stromrichtung im Lichtbogen) zusätzliche Maßnahmen zur schnellen Löschung von Lichtbögen getroffen werden, was durch Anordnung von mindestens zwei
Löschvorrichtungen pro Schaltkammer, die für einen der ersten und zweiten
Kontaktbereiche gegenüberliegend angeordnet sind, für die beiden möglichen
Kraftrichtungen aufgrund der beiden möglichen Stromrichtungen pro Lichtbogen realisiert ist. Damit wird der eine Lichtbogen zuverlässig gelöscht, was damit auch zur Löschen des anderen Lichtbogens führt. Vorzugsweise umfasst eine Schaltkammer vier Löschvorrichtungen zum zuverlässigen Löschen beider Lichtbögen in den jeweiligen Löschvorrichtungen. Der Vorteil der beanspruchten Anordnung ist der einfache, symmetrische und damit kostengünstige Aufbau des Schalters. Je stärker das magnetische Feld am Ort des Lichtbogens ist, desto schneller wird der Lichtbogen in die Löschvorrichtung getrieben und so gelöscht. Löschvorrichtungen können dabei alle geeigneten Mittel zum Löschen eines Lichtbogens sein, beispielsweise Kühlbleche oder Löschkammern.
Doppelunterbrecher bezeichnen hier die mechanischen Komponenten, die zu einer doppelten Unterbrechung eines Stromkreises führen. Dazu besitzen die
Doppelunterbrecher jeweils zwei erste und zwei zweite Kontaktbereiche, an denen jeweils (doppelt) der Strom im AUS-Zustand unterbrochen wird. In jedem
Doppelunterbrecher bezeichnen die ersten und zweiten Kontaktbereiche hier die
Bereiche der unbeweglichen Kontakte und des beweglichen Kontaktstücks, die nach dem Schließen des Schalters (EIN-Zustand) im direkten Kontakt sind. Im EIN-Zustand fließt ein Strom von einem der beiden ersten Kontakt über den ersten Kontaktbereich in den dazu im Kontakt stehenden zweiten Kontaktbereich, von diesem über das elektrisch leitfähige Kontaktstück zum anderen zweiten Kontaktbereich des Kontaktstücks und von dort über den dazu im Kontakt stehenden anderen ersten Kontaktbereich im anderen unbeweglichen Kontakt. Die ersten Kontakte sowie die ersten und zweiten
Kontaktbereiche und das Kontaktstück bestehen dazu aus einem elektrisch leitfähigen Material. Zum Schließen der Kontakte (EIN-Zustand) wird das Kontaktstück mit den zweiten Kontaktbereichen auf die ersten Kontaktbereiche bewegt. Die ersten und zweiten Kontaktbereiche können dabei Teilbereiche der unbeweglichen Kontakte oder des Kontaktstücks sein, oder separate Komponenten, die auf den unbeweglichen Kontakten oder dem Kontaktstück angeordnet sind. Die obige Bewegung erfolgt entlang einer Bewegungsachse des Kontaktstücks senkrecht zu den Oberflächen der Kontaktbereiche. Das Kontaktstück ist dabei beispielsweise in einer Brückenanordnung, vorzugsweise aus Plastik, mittels einer Feder beweglich gehaltert, die auch den notwendigen Kontaktdruck im EIN-Zustand des Schalters ausübt. Die Bewegungsachse des Kontaktstücks ist im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des
Lichtbogens in die Löschvorrichtungen ausgerichtet. Das Öffnen des Schalters erfolgt durch Bewegung des Kontaktstücks in die umgekehrte Richtung. Die Bewegung des Kontaktstücks kann manuell oder elektrisch erfolgen. Die ersten und zweiten
Kontaktbereiche können sich in Form und Material unterscheiden. Die Flächen der ersten und zweiten Kontaktbereiche können dabei zwischen ausgedehnten Flächen und punktförmigen Kontakten variieren. Das Material der Kontaktbereiche kann jedes geeignete elektrisch leitfähige Material, beispielsweise Silberzinnoxyd, sein.
Das magnetische Feld übt die treibende Kraft auf die Lichtbögen aus. Je größer die magnetische Feldstärke am Ort des Lichtbogens ist, desto stärker wirkt die treibende Lorenzkraft auf den Lichtbogen. Für eine schnelle Löschung der Lichtbögen mit Stromflüssen in beide Richtungen ist es vorteilhaft, dass ein starkes Magnetfeld im Bewegungsbereich der Lichtbögen für beide Stromrichtungen wirken kann. Ein sehr starkes permanentes Magnetfeld kann durch einen Permanentmagneten bereitgestellt werden, der beispielsweise ein Seltenerdmagnet ist. Seltenerdmagnete bestehen beispielsweise aus einer NdFeB- oder SmCo-Legierung. Diese Materialien besitzen eine hohe Koerzitivf eidstärke und ermöglichen daher auch beispielsweise eine Bereitstellung der Magnete als sehr dünne Platten, was eine kompaktere Bauweise des Schalters ermöglicht. Die Zeit bis der Lichtbogen in die Löschkammern bzw. entlang der Kühlbleche getrieben wird, hängt von der Magnetfeldstärke und von der Homogenität des Magnetfeldes ab. Dazu sind die Permanentmagnete bevorzugt so angeordnet, dass sie ein Magnetfeld senkrecht zum Stromfluss im Lichtbogen und senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung des Lichtbogens erzeugen. Die Form der Magnete kann im Rahmen der Erfindung vom Fachmann geeignet gewählt werden. Die Magnete sind bevorzugt als Paare von jeweils 2 Magneten angeordnet, die Anzahl der Magnete beträgt somit vorzugsweise zwei oder Vielfaches davon in einem Schalter. In einer Ausführungsform umfassen die Magnete mindestens zwei plattenförmige Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt sind die Flächen der Magnete parallel zu der gewünschten
Bewegungsrichtung der Lichtbögen angeordnet. Die Magnete sind dabei bevorzugt so angeordnet, dass sie ein im Wesentlichen homogenes Magnetfeld entlang der
Bewegungsrichtung der Lichtbögen erzeugen. In einer Ausführungsform ist der Magnet ein Permanentmagnet. Der Ausdruck„im Wesentlichen" umfasst in der vorliegenden Erfindung alle Ausführungsformen, die weniger als 10% vom Sollwert oder Mittelwert abweichen. In einer anderen Ausführungsform, die mit der vorherigen Ausführungsform kombinierbar ist, erstrecken sich die Magnete zumindest bis zu den Löschvorrichtungen oder gar über diese hinaus, um ein homogenes Magnetfeld über die gesamte Bewegungsoder Laufstrecke des Lichtbogens bereitzustellen. In einer Ausführungsform eines Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Magnete seitlich außerhalb der Anordnung der Schaltkammern (in einer Ebene oder übereinander oder in einer anderen Anordnung) so angeordnet, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche der Doppelunterbrecher mehrerer Schaltkammern erzeugen.
In einer Ausführungsform erstrecken sich in mindestens einem der Schaltkammern erste Lichtbogenleitbleche in zwei entgegengesetzte Richtungen jeweils von mindestens einem der ersten Kontaktbereiche und dem entsprechenden zweiten Kontaktbereich zu zwei jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche angeordneten Löschvorrichtungen ausgeführt als erste Löschkammern. Der Ausdruck„erstrecken" umfasst hierbei die Möglichkeiten, dass die Lichtbogenleitbleche (oder auch die Kühlbleche) bis an die jeweiligen Kontaktbereiche (oder auch Löschvorrichtungen) heranragen, ohne dass sie direkt fest damit verbunden sind oder aber auch eine feste Verbindung der Lichtbogenleitbleche (oder auch der Kühlbleche) mit den Kontaktbereichen (oder auch der
Löschvorrichtungen). Die ersten Lichtbogenleitbleche sind dabei vorzugsweise mit den ersten Kontaktbereichen fest verbunden. Damit sind Hindernisse für die Bewegung des Lichtbogens wie beispielsweise Luftspalte zumindest für die unbeweglichen Kontakte vermieden. Die erste Löschkammer umfasst dabei jede Art von Komponenten, die geeignet sind, einen Lichtbogen zum Löschen zu bringen. In einer Ausführungsform der Löschkammer umfassen diese eine Vielzahl an Löschblechen zwischen den ersten Lichtbogenleitblechen, die beide in der Löschkammer parallel zueinander angeordnet sind. Zum schnellen Löschen eines Lichtbogens wird auf diesen durch die Magneten eine Lorenzkraft vorzugsweise ausgeübt, bis dieser in die Löschvorrichtungen eintritt. Wenn die Baugröße innerhalb des Schalters ausreicht, ist es daher vorteilhaft, die
Permanentmagneten so dicht wie möglich an die ersten Löschkammern heran oder gar seitlich über die ersten Löschkammern hinaus anzuordnen. Die Löschbleche in den ersten Löschkammern sind beispielsweise V-förmig. Der Lichtbogen wird in der ersten
Löschkammer in eine Vielzahl an Teillichtbögen unterteilt (Deionkammer). Die dabei benötigte Minimal Spannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens ist proportional zur Anzahl der in der ersten Löschkammer vorhandenen Löschbleche, wodurch die benötigte Spannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens die zur Verfügung stehende Spannung übersteigt, was zum Löschen des Lichtbogens führt. Die Löschbleche sind in einem isolierenden Material gehaltert, an dem ebenso die Lichtbogenleitbleche befestigt sind. Die Lichtbogenleitbleche können dabei jede Form besitzen, die geeignet ist, den
Lichtbogen in die ersten Löschkammern zu leiten. Die Lichtbogenleitbleche können auch als Stanzbiegeteil ausgeführt sein. Auch können Dicke und Breite der
Lichtbogenleitbleche variieren. Der Abstand zwischen dem ersten (unteren) und dem zweiten (oberen) Lichtbogenleitblech kann dabei mit größer werdendem Abstand zu den ersten und zweiten Kontakten anwachsen. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Magnete zumindest entlang der ersten Lichtbogenleitbleche bis zu den ersten
Löschkammern, bevorzugt über die ersten Löschkammern hinaus. In einer Ausführungsform sind mindestens zwei der Schaltkammern in einer Ebene angeordnet, bevorzugt sind alle Schaltkammern in einer Ebene angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Schalter einen einfacheren Aufbau, eine geringe Einbautiefe und Einbauhöhe besitzt und entsprechend kostengünstig hergestellt werden kann. In einer Ausführungsform besitzen benachbarte Schaltkammern eine gemeinsame
Brückenanordnung zur Bewegung der Kontaktstücke mit einer gemeinsamen Brücke zur Führung der Kontaktstücke und zur elektrischen Isolierung der Schaltkammern gegeneinander. Die Brücke isoliert die Schaltkammern gegeneinander. Die Brücke kann dazu beispielsweise zumindest zum Teil aus Plastik gefertigt sein. Die Form der Brücke kann zwischen verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schalters variieren. Der Fachmann kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Form und Größe der Brücke geeignet wählen. Die Brückenanordnung ist dabei so ausgestaltet, dass die Kontaktstücke der beiden Doppelunterbrecher simultan bewegt werden, also werden entweder beide Kontaktstücke in den EIN-Zustand oder in den AUS-Zustand des Schalters bewegt. Die Bewegung der beiden Kontaktstücke erfolgt nicht unabhängig voneinander.
In einer Ausführungsform dieses Schalters erstrecken sich zwei weitere
Löschvorrichtungen zu den anderen ersten und zweiten Kontaktbereichen (die nicht schon mit den ersten Löschkammern verbunden sind), wobei mindestens eine der beiden Löschvorrichtungen als zweite Löschkammer ausgeführt ist und sich zweite
Lichtbogenleitbleche von der zweiten Löschkammer zu den ersten und zweiten
Kontaktbereichen erstrecken. Die zweite Löschkammer kann einen ähnlichen oder gleichen prinzipiellen Aufbau wie die erste Löschkammer besitzen und gegebenenfalls die Teile umfassen, die bereits bei der ersten Löschkammer beschrieben wurden. Die Größe der zweiten Löschkammer kann aufgrund der dichteren Position der zweiten
Löschkammer an dem beweglichen Kontaktstück kleiner als bei der ersten Löschkammer ausfallen. In einer Ausführungsform besitzt die zweite Löschklammer kleinere Abmaße als die erste Löschkammer und ist in einem kleineren Abstand zum Kontaktstück als die erste Löschkammer angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform des obigen Schalters ist die andere der beiden Löschvorrichtungen als Kühlblech ausgeführt, das sich vom Kontaktstück entlang der Bewegungsachse des Kontaktstücks um den ersten Kontaktbereich herum zu der vom Kontaktstück abgewandte Rückseite des unbeweglichen Kontakts erstreckt, bevorzugt mit einem sich entlang der Bewegungsrichtung des Lichtbogens vergrößernden Abstand zwischen dem Kühlblech und der Rückseite des unbeweglichen Kontakts. Hierbei erstreckt sich das Kühlblech zu dem zweiten Kontaktbereich des beweglichen
Kontaktstücks. Da der Lichtbogen beim Ausschalten zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen entsteht, ist es zweckmäßig, dass das Kühlblech nahe an den Ort des Lichtbogens heranreicht, um über eine schnelle Wegleitung des Lichtbogens eine schnelle Löschung bewirken zu können. Bevorzugt vergrößert sich dabei der Abstand zwischen dem Kühlblech und der Rückseite des unbeweglichen Kontakts mit wachsendem Abstand zur Bewegungsachse des Kontaktstücks. Dadurch wird die Lichtbogenstrecke vergrößert und somit die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens notwendige Lichtbogenspannung erhöht. Übersteigt die Lichtbogenspannung die Betriebsspannung des Schalters, löscht der Lichtbogen. Bei einer bevorzugten Anordnung der Magnete werden im Schalter der eine Lichtbogen zwischen einem der ersten und zweiten Kontaktbereiche in eine erste Löschkammer und der andere Lichtbogen zwischen den anderen ersten und zweiten Kontaktbereichen in die zweite Löschkammer getrieben. Bei einem Betrieb des Schalters mit einer umgekehrten Stromrichtung würde das Löschverhalten genauso aussehen, nur dass dann der eine Lichtbogen in die andere erste Löschkammer und der andere
Lichtbogen anstatt in die zweite Löschkammer zum Kühlblech als die andere
Löschvorrichtung getrieben würde. In einer Ausführungsform sind die Kontaktstücke der Doppelunterbrecher in einer Ebene so versetzt zueinander angeordnet, so dass die Kühlbleche benachbarter Schaltkammern durch eine gemeinsame Wand der Brücke im Wesentlichen Parallel zu den
Kontaktstücken voreinander getrennt sind. Durch diese Anordnung wird eine besonders kleine Bauweise erreicht.
In einer alternativen Ausführungsform eines Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung sind mindestens zwei Schaltkammern übereinander angeordnet. Durch diese Anordnung ist es aufgrund der Bauform und dem damit zur Verfügung stehenden Platz möglich, für alle Löschvorrichtungen Löschkammern zu verwenden. Dadurch wird vermieden, dass ein Lichtbogen zur Löschung Richtung Brückenanordnung getrieben werden muss, was eine erhöhte thermische Belastung der Brückenanordnung vermeidet und somit die Lebensdauer des Schalters erhöht. Ferner besitzt diese Ausführungsform nur erste Löschkammern, wodurch die Einbauhöhe pro Pol reduziert werden kann. Durch den so möglichen symmetrischen Aufbau der Schaltkammern wird das Laufverhalten der Lichtbögen günstiger gestaltet.
In einer Ausführungsform dieses Schalters mit übereinander angeordneten
Schaltkammern erstrecken sich die ersten Lichtbogenleitbleche für jede der zwei entgegengesetzten Richtungen in die ersten Löschkammern. Die Lichtbogenleitbleche, die für jede Bewegungsrichtung vorhanden sind, ermöglichen eine schnelle und sichere Löschung des Lichtbogens für jede Stromrichtung im Lichtbogen und jede Polarität des Magnetfeldes. Die ersten Lichtbogenleitbleche sind dabei vorzugsweise mit den ersten Kontaktbereichen fest verbunden. Damit sind Hindernisse für die Bewegung des Lichtbogens wie beispielsweise Luftspalte zumindest für die unbeweglichen Kontakte vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform des Schalters mit übereinander angeordneten Schaltkammern verlaufen die Bewegungsachsen der jeweiligen Kontaktstücke zwischen den Lichtbogenleitblechen, bevorzugt decken sich die Bewegungsachsen der jeweiligen Kontaktstücke. Dadurch wird eine sehr kompakte Anordnung ermöglicht.
In einer alternativen Ausführungsform der Anordnung der Schaltkammern des erfindungsgemäßen Schalters können einige Schaltkammern in einer Ebene und andere Schaltkammern übereinander angeordnet sein. In einer Ausführungsform besitzen die übereinander angeordneten Schaltkammern eine gemeinsame Brückenanordnung zur Bewegung der Kontaktstücke mit einer gemeinsamen Brücke zur Führung der Kontaktstücke und zur elektrischen Isolierung der Schaltkammern gegeneinander. Für die Brücke und die mechanischen Eigenschaften der Brückenanordnung gelten die analogen Ausführungen wie bei der Anordnung der Schaltkammern in einer Ebene.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen im Detail dargestellt. Fig.1 : eine Ausführungsform eines Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Schaltkammern in einer Ebene angeordnet in (a) perspektivische Ansicht und (b) in Draufsicht.
Fig.2: perspektivische Ansicht eines Teil aus Schnitts der Fig. 1 mit einer
Schalkammer und der Brückenanordnung.
Fig.3 : eine andere Ausführungsform des Schalters gemäß der vorliegenden
Erfindung mit jeweils zwei Schaltkammern übereinander angeordnet in perspektivischer Ansicht.
Fig.4: perspektivische Ansicht der Brückenanordnung des Schalters aus Fig. 3. Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Fig.1 zeigt eine Ausführungsform eines Schalters 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Schaltkammern I Ia, 1 lb in einer Ebene angeordnet in (a) perspektivische Ansicht und (b) in Draufsicht von oben. Jede der Schaltkammern I Ia, I Ib besitzt einen Doppelunterbrecher mit zwei separaten unbeweglichen Kontakten 2 mit jeweils einem ersten Kontaktbereich 21, 22 und einem beweglichen elektrisch leitfähigen Kontaktstück 30 mit zwei zweiten Kontaktbereichen 31, 32 zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 22, 31, 32 im EIN-Zustand des Schalters 1 und zum Trennen der ersten und zweiten
Kontaktbereiche 21, 22, 31, 32 im AUS-Zustand des Schalter 1 entlang einer
Bewegungsachse BA der Brückenanordnung. Die Feder 33 übt im EIN-Zustand den nötigen Kontaktdruck auf das Kontaktstück 30 aus. Der Schalter mit den Schaltkammern I Ia, 1 lb in einer Ebene besitzt vier Löschvorrichtungen 41, 42, 43 zum Löschen von Lichtbögen, die beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 22, 31, 32 auftreten können. Die Lichtbögen sind hier nicht im Detail gezeigt, dazu siehe Fig.2 Die vier Löschvorrichtungen pro Schaltkammer sind in Fig.1 zwei erste Löschkammern 41, eine zweite Löschkammer 42 und ein an der Brückenanordnung befestigtes Kühlblech 43. Die zwei innerhalb des Schalters angeordnete Magnete 81, 82 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes M erstrecken sich hier von den ersten und zweiten Kontaktbereiche 21, 22, 31, 32 über die ersten Löschkammern 41 hinaus und sind als plattenförmige Magnete 81, 82 mit parallel zueinander angeordneten Flächen ausgeführt. Der Magnet 81 bildet für die
Schaltkammern in diesem Beispiel den magnetische Nordpol (N) und der Magnet 82 den magnetische Südpol (S) mit einer entsprechenden Magnetfeldrichtung M zwischen den Magneten 81, 82, dargestellt durch den gestrichelten Pfeil M. Dadurch wird auf der gesamten Bewegungsstrecke T des Lichtbogens ein im Wesentlichen homogenes Magnetfeld bis in die ersten Löschkammern 41 hinein erzeugt und damit eine starke magnetische Kraft F zur schnellen Löschung der Lichtbögen bereitgestellt. Die vier
Löschvorrichtungen 41, 42, 43 stellen sicher, dass jeder Lichtbogen unabhängig von der Stromrichtung I im Lichtbogen in Richtung einer der Löschvorrichtungen 41, 42, 43 getrieben wird. Welches der Löschvorrichtungen 41, 42, 43 die betreffenden Lichtbögen löscht hängt von der Feldrichtung des Magnetfeldes und der Stromrichtung I im
Lichtbogen und der daraus resultierenden Richtung der Lorenzkraft F auf den
Lichtbogen ab. Für ein schnelles Löschen der Lichtbögen besitzen die gezeigten
Schaltkammern I Ia, I Ib erste Lichtbogenleitbleche 6, die sich in zwei entgegengesetzte Richtungen jeweils von mindestens einem der ersten Kontaktbereiche 21 und dem entsprechenden zweiten Kontaktbereich 31 zu zwei jeweils am Ende der
Lichtbogenleitbleche 6 angeordneten Löschkammern 41 erstrecken. Die zweite
Löschkammer 42 ist analog zu den ersten Löschkammern durch zweite
Lichtbogenleitbleche 7 mit den ersten und zweiten Kontaktbereichen 22, 32 verbunden. Der Ausdruck„verbunden" bezeichnet auch Lichtbogenleitbleche, die sich nahe an die Kontaktbereiche heran erstrecken. Die zweite Löschklammer 42 besitzt in dieser Ausführungsform kleinere Abmaße als die erste Löschkammer 41 und ist in einem kleineren Abstand zum Kontaktstück 30 als die erste Löschkammer 41 angeordnet. In dieser Ausführungsform besitzen die benachbarten Schaltkammern I Ia, 1 lb eine gemeinsame Brückenanordnung 3 zur Bewegung der Kontaktstücke 30 mit einer gemeinsamen Brücke 34 zur Führung der Kontaktstücke 30 und zur elektrischen Isolierung der Schaltkammern 1 la, 1 lb gegeneinander. Durch die gemeinsame
Brückenanordnung 3 wird die Anzahl der benötigten Bauteile im Schalter verringert und damit eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht. Die gemeinsame Brückenanordnung 3 kann beispielsweise aus Plastik gefertigt sein, damit die elektrische Isolation zwischen den Schaltkammern I Ia, 1 lb gewährleistet ist. Für eine kompakte Ausführung des Schalters 1 sind die Kontaktstücke 30 der Schaltkammern 1 la, 1 lb so angeordnet, dass sich die zweiten Kontaktbereiche 31, 32 in einer Linie im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung T der Lichtbögen 5 befinden. Für eine weitere Reduzierung des notwendigen Bauvolumens sind die Kontaktstücke 30 der Doppelunterbrecher in einer Ebene so versetzt zueinander angeordnet, so dass die Kühlbleche 43 benachbarter Schaltkammern I Ia, 1 lb durch eine gemeinsame Wand 35 der Brücke 34 im
Wesentlichen parallel zu den Kontaktstücken 30 voreinander getrennt sind. Die
Anschlussklemmen 12 dienen zum Anschluss der Schaltkammern 1 la, 1 lb an einen Stromkreis. Fig.2 zeigt einen perspektivischen Teilausschnitt des Schalters aus Fig. 1 mit einer der Schaltkammern I Ia, 1 lb und der gemeinsamen Brückenanordnung 3. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die Magnete und eine der Schaltkammern gegenüber der Fig.1 weggelassen. Die mit„12" bezeichneten Komponenten sind die Anschlussklemmen 12 der Schaltkammern I Ia, 1 lb zum Anschluss der Schaltkammern 1 la, 1 lb an einen Stromkreis. In dieser Figur ist ein Lichtbogen 5 zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen 22, 32 dargestellt, der sich entlang der Bewegungsrichtung T
(gestrichelter Pfeil) in Abhängigkeit von der Magnetfeldrichtung und der Stromrichtung im Lichtbogen 5 entweder in die zweite Löschkammer 42 oder entlang des Kühlblechs 43 bewegt. Der entsprechende andere Lichtbogen zwischen den anderen ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 31 ist hier nicht gezeigt. Damit das Löschverhalten besonders günstig ist, erstreckt sich ein Zweites Lichtbogenleitblech 7 von der zweiten Löschkammer 42 in Richtung der ersten und zweiten Kontaktbereiche 22, 32. Das Kühlblech 43 ist auf die gemeinsamen Wand 35 der Brücke 34 montiert. Ein
entsprechendes anderes Kühlblech für die andere hier nicht gezeigte Schaltkammer ist auf die hier nicht sichtbare andere Seite der Wand 35 montiert. Das Kühlblech 7 erstreckt sich hier für eine zuverlässige Löschung des Lichtbogens 5 vom zweiten Kontaktbereich 32 des Kontaktstücks 30 um den unbeweglichen Kontakt 2 herum auf dessen Rückseite.
Fig.3 zeigt eine Seitenansicht eines Schalters 1 im AUS-Zustand ZA gemäß der vorliegenden Erfindung mit jeweils zwei Schaltkammern I Ia, 1 lb übereinander angeordnet. Hierbei besitzen die Schaltkammern I Ia, 1 lb im Gegensatz zu der Fig.1 vier erste Löschkammern 41, von denen jeweils zwei Löschkammern 41 gegenüber den jeweiligen ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 22, 31, 32 des jeweiligen
Doppelunterbrechers angeordnet sind. Dazu verlaufen die Bewegungsachsen (B A) der jeweiligen übereinander liegenden Kontaktstücke 30 zwischen den Lichtbogenleitblechen 6, bevorzugt decken sich die Bewegungsachsen BA der jeweiligen Kontaktstücke 30. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass keiner der Lichtbögen 5 in Richtung der
Brückenanordnung 3 läuft. Aus Übersichtsgründen sind hier teilweise die Magnete zur Ausübung der Lorentzkraft auf die Lichtbögen 5 weggelassen. In der oberen
Schaltkammer 1 la ist ein Lichtbogen 5 dargestellt, die eine Magnetanordnung 81, 82 wie in der unteren Schaltkammer 1 lb dargestellt besitzt. In dieser Ausführungsform sind pro Schaltkammer ein Paar an Magneten 81, 82 angeordnet. In einer alternativen
Ausführungsform können pro Ebene analog zu Fig. l auch nur 1 Paar an Magneten 81, 82 angeordnet sein. Fig.4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Brückenanordnung 3 des Schalters 1 aus Fig. 3 im AUS-Zustand ZA, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit einige der in Fig.3 gezeigten Komponenten weggelassen wurden. Die übereinander angeordneten
Schaltkammern I Ia, 1 lb haben in dieser Ausführungsform eine wie hier dargestellte gemeinsame Brückenanordnung 3 zur gemeinsamen simultanen Bewegung der
Kontaktstücke 30 der beiden Schaltkammern mit einer gemeinsamen Brücke 34 zur Führung der Kontaktstücke 30 und zur elektrischen Isolierung der Schaltkammern I Ia, 1 lb gegeneinander. Die Brückenanordnung 3, umfassend die Kontaktstücke 30 der beiden Doppelunterbrecher und die Brücke 34 der übereinander angeordneten
Schaltkammern I Ia, I Ib, bildet eine mechanische Einheit. Diese gemeinsame
Brückenanordnung erlaubt eine kompakte Gestaltung des Schalters. Die gemeinsame Brückenanordnung 3 kann beispielsweise aus Plastik gefertigt sein, damit die elektrische Isolation zwischen den Schaltkammern I Ia, 1 lb gewährleistet ist. Die zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen brennenden Lichtbögen 5 der übereinander angeordneten Schaltkammern I Ia, I Ib werden entlang der Bewegungsrichtung T in Abhängigkeit von der Magnetfeldrichtung und der Stromrichtung im Lichtbogen 5 immer in eine der ersten Löschkammer 41 und damit von der Brückenanordnung 3 weg getrieben (hier ist exemplarisch nur 1 der Löschkammer 41 aus Gründen der
Übersichtlichkeit dargestellt). Die Anschlussklemmen 12 dienen zum Anschluss der Schaltkammern I Ia, I Ib an einen Stromkreis. Die detaillierte Darstellung der Erfindung in diesem Abschnitt und in den Figuren ist als Beispiel für mögliche Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung und daher nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere angegebene Größen sind auf die jeweiligen Betriebsbedingungen des Schalters (Strom, Spannung) von Fachmann anzupassen. Daher sind alle angegebenen Größen nur als Beispiel für bestimmte Ausführungsformen zu verstehen.
Alternative Ausführungsformen, die der Fachmann möglicherweise im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht zieht, sind vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ebenfalls mit umfasst. In den Ansprüchen umfassen Ausdrücke wie "ein" auch die Mehrzahl. In den Ansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht einschränkend auszulegen. Bezugszeichenliste
1 Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung I Ia, I Ib Schaltkammern
12 Anschlussklemmen der Schaltkammern
2 unbeweglicher Kontakt
21, 22 erste Kontaktb erei che
23 Rückseite der unbeweglichen Kontakte
3 Brückenanordnung
30 bewegliches Kontaktstück
31, 32 zweite Kontaktbereiche
33 Feder der Brückenanordnung
34 Brücke
35 Wand der Brücke
41 erste Löschkammer
42 zweite Löschkammer
43 Kühlblech
5 Lichtbögen
6 erstes Lichtbogenleitblech
7 zweites Lichtbogenleitblech
81, 82 Magnete, bevorzugt Permanentmagnete
9 Löschblech
BA Bewegungsachse des beweglichen Kontaktstücks
I Stromrichtung im Lichtbogen
M Magnetfeld
F Lorenzkraft auf den Lichtbogen
T Bewegungsrichtung des Lichtbogens
ZA getrennter Schalter (AUS-Zustand)

Claims

Patentansprüche
1. Ein Schalter (1) geeignet für einen polaritätsunabhängigen mehrpoligen
Gleichstrombetrieb mit mindestens zwei Schaltkammern (I Ia, 1 lb), wobei jeder der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) einen Doppelunterbrecher mit zwei separaten unbeweglichen Kontakten (2) mit jeweils einem ersten Kontaktbereich (21, 22), einem beweglichen elektrisch leitfähigen Kontaktstück (30) mit zwei zweiten Kontaktbereichen (31, 32) zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (21, 22, 31, 32) im EIN-Zustand des Schalters (1) und zum Trennen der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 22, 31, 32) im AUS-Zustand des Schalter (1) und mindestens zwei Löschvorrichtungen (41, 42, 43) zum Löschen von Lichtbögen (5), die beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen (21, 22, 31, 32) auftreten können, umfasst; sowie mindestens zwei Magnete (71, 72) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 22, 31, 32) der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) zur Ausübung einer magnetischen Kraft (F) auf die Lichtbögen (5), so dass mindestens einer der Lichtbögen (5) unabhängig von der Stromrichtung (I) im Lichtbogen (5) in Richtung einer der Löschvorrichtungen (41, 42, 43) getrieben wird, wobei die
Kontaktstücke (30) der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) so angeordnet sind, dass sich die zweiten Kontaktbereiche (31, 32) in einer Linie im Wesentlichen senkrecht zur
Bewegungsrichtung (T) der Lichtbögen (5) befinden.
2. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) sich erste Lichtbogenleitbleche (6) in zwei entgegengesetzte Richtungen jeweils von mindestens einem der ersten Kontaktbereiche (21) und dem entsprechenden zweiten Kontaktbereich (31) zu zwei jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche (6) angeordneten Löschvorrichtungen ausgeführt als erste
Löschkammern (41) erstrecken.
3. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Magnete (71, 72) zumindest entlang der ersten Lichtbogenleitbleche (6) bis zu den ersten Löschkammern (41) erstrecken, bevorzugt über die ersten Löschkammer (41) hinaus erstrecken.
4. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (71, 72) als mindestens zwei plattenförmige Magnete ausgeführt sind, deren Flächen parallel zueinander angeordnet sind.
5. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (71, 72) seitlich außerhalb der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) so angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 22, 31, 32) der Doppelunterbrecher mehrerer Schaltkammern (I Ia, 1 lb) erzeugen.
6. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) in einer Ebene angeordnet sind.
7. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Schaltkammern (I Ia, I Ib) eine gemeinsame Brückenanordnung (3) zur Bewegung der Kontaktstücke (30) mit einer gemeinsamen Brücke (34) zur Führung der Kontaktstücke (30) und zur elektrischen Isolierung der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) gegeneinander besitzen.
8. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei weitere Löschvorrichtungen (42, 43) zu den anderen ersten und zweiten Kontaktbereichen (22, 32) erstrecken, wobei mindestens eines der beiden
Löschvorrichtungen (42, 43) als zweite Löschkammer (42) ausgeführt ist und sich zweite Lichtbogenleitbleche (7) von der zweiten Löschkammer (42) zu den ersten und zweiten Kontaktbereichen (22, 32) erstrecken.
9. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die andere der beiden Löschvorrichtungen (42, 43) als Kühlblech (43) ausgeführt ist, das sich vom Kontaktstück (30) entlang der Bewegungsachse (BA) des Kontaktstücks (30) um den ersten Kontaktbereich (22) herum zu der vom Kontaktstück (30) abgewandte Rückseite des unbeweglichen Kontakts (2) erstreckt, bevorzugt mit einem sich entlang der Bewegungsrichtung (T) des Lichtbogens vergrößernden Abstand (A) zwischen dem Kühlblech (43) und der Rückseite des unbeweglichen Kontakts (2).
10. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Löschklammer (42) kleiner Abmaße als die erste Löschkammer (41) besitzt und in einem kleineren Abstand zum Kontaktstück (30) als die erste
Löschkammer (41) angeordnet ist.
11. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (30) der Doppelunterbrecher in einer Ebene so versetzt zueinander angeordnet sind, so dass die Kühlbleche (43) benachbarter Schaltkammern (I Ia, 1 lb) durch eine gemeinsame Wand (35) der Brücke (34) im Wesentlichen parallel zu den Kontaktstücken (30) voreinander getrennt sind.
12. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schaltkammern (I Ia, 1 lb) übereinander angeordnet sind.
13. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Lichtbogenleitbleche (6) für jede der zwei entgegengesetzten Richtungen in die ersten Löschkammern (41) erstrecken.
14. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsachsen (BA) der jeweiligen Kontaktstücke (30) zwischen den
Lichtbogenleitblechen (6) verlaufen, bevorzugt dass sich die Bewegungsachsen (B A) der jeweiligen Kontaktstücke (30) decken.
15. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinander angeordneten Schaltkammern (I Ia, 1 lb) eine gemeinsame Brückenanordnung (3) zur Bewegung der Kontaktstücke (30) mit einer gemeinsamen Brücke (34) zur Führung der Kontaktstücke (30) und zur elektrischen Isolierung der Schaltkammern (I Ia, 1 lb) gegeneinander besitzen.
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