[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Niederspannungsschalter mit einem feststehenden
und einem beweglichen Kontakt und mit einer die beiden Kontakte sowie ein Löschblechpaket
aufnehmenden Lichtbogenlöschkammer, bei dem an dem feststehenden Kontakt ein in Richtung
des Löschblechpakets erstrecktes und der Aufnahme eines Lichtbogenfusspunktes dienendes
Verlängerungsstück angesetzt ist, das mit einem Isolierteil zusammenwirkt.
[0002] Ein Schalter der eingangs genannten Art ist beispielsweise in DE 37 29 504 A1 beschrieben.
Dieser Schalter weist einen feststehenden Kontakt mit einer U-förmig gebogenen Stromzuführung
auf, deren ein feststehendes Kontaktelement tragendes und in eine Lichtbogenlöschkammer
geführtes Ende ein an ein Löschblechpaket erstrecktes Verlängerungsstück zur Aufnahme
eines Fusspunktes eines Schaltlichtbogens aufweist. Die Stromzuführung ist teilweise
mit Isoliermaterial abgedeckt. Hierdurch wird erreicht, dass der Schaltlichtbogen
auf dem Verlängerungsstück leichter läuft und zugleich schneller gelöscht wird.
[0003] Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde,
bei einem Schalter der eingangs genannten Art die Schaltleistung zu erhöhen.
[0004] Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich bei hoher Schaltleistung durch einen
geringen Kontaktabbrand und einen geringen Verschleiss der Löschkammer aus. Dies wird
dadurch erreicht, dass aus dem Isolierteil unter Lichtbogeneinwirkung austretendes
Löschgas gezielt in Richtung des Löschblechpakets strömt, und dass der am feststehenden
Kontakt wurzelnde Fusspunkt des Schaltlichtbogens durch diese Gasströmung und durch
die Kraft des magnetischen Feldes des abzuschaltenden Stroms besonders rasch in das
Löschblechpaket geführt wird.
[0005] Aufgrund der raschen Verschiebung des Lichtbogenfusspunktes und wegen des schnellen
Wachstums des Lichtbogens können besonders grosse Ströme unterbrochen werden. Da das
zur magnetischen Beblasung des Schaltlichtbogens verwendete Magnetfeld zum überwiegenden
Teil in Windungsabschnitten der Stromzuführung des feststehenden Kontakts gebildet
wird, welche quer zur Bewegungsrichtung des beweglichen Kontakts angeordnet sind,
können bei vorgegebenen äusseren Abmessungen des Schalters das Volumen der Lichtbogenlöschkammer
und der Hub des beweglichen Kontakts um bis zu 50 % zu erhöht werden.
[0006] Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen
näher beschrieben. Hierbei zeigt:
- Fig.1
- eine Aufsicht auf einen Teil eines Pols eines erfindungsgemäss ausgeführten Schalters,
welcher längs der Bewegungsrichtung eines beweglichen seiner Kontakte geschnitten
ist,
- Fig.2
- eine Seitenansicht eines feststehenden der Kontakte des Schalters gemäss Fig.1 von
links, und
- Fig.3
- in perspektivischer Ansicht den feststehenden Kontakt gemäss Fig.2 und ein damit zusammenwirkendes
Isolierteil vor dem Zusammenbau des Schalters.
[0007] Der in Fig.1 dargestellte mehrpolige Schalter weist ein Gehäuse 1 aus Isolierstoff
auf. Das Gehäuse 1 umfasst - getrennt für jeden Pol - einen überwiegend plattenförmig
ausgebildeten, feststehenden Kontakt 2 sowie einen um eine feststehende Achse 4 schwenkbaren
und mit einem flexiblen Stromanschluss verbundenen beweglichen Kontakt 3. Beide Kontakte
2, 3 sind in eine ein Löschblechpaket 6 enthaltende Lichtbogenlöschkammer 5 geführt.
Eine im Gehäuse 1 vorgesehene Aussparung 23 ermöglicht eine Schwenkbewegung des beweglichen
Kontakts 3. Um möglichst wenig Gas aus der Lichtbogenlöschkammer 5 bei einem Schaltvorgang
entweichen zu lassen, wird die Grösse der Aussparung 23 mit Vorteil so gewählt, dass
sie kaum grösser ist als die Dicke des beweglichen Kontakts 3.
[0008] Der aus den Figuren 2 und 3 genauer ersichtliche feststehende Kontakt 2 weist eine
Stromzuführung auf mit einer Öffnung 10, welche von zwei parallel zueinander erstreckten
und gleich gross bemessenen Schenkeln 11 sowie einem Joch 12 begrenzt ist. Der zugeführte
Strom I wird an der Öffnung 10 aufgeteilt. Durch jeden Schenkel 11 fliesst so der
halbe Strom I/2. Die beiden Ströme I/2 werden im Joch 12 wieder zusammengeführt. Das
Joch 12 setzt sich in einer gegenüber dem plattenförmigen feststehenden Kontakt geringfügig
- typischerweise um ca. 10 bis 30° - geneigten und in die Lichtbogenlöschkammer 5
gerichteten Kontaktzunge 13 fort.
[0009] Auf diese Weise verlaufen die Ströme in den Schenkeln 11 und in der Kontaktzunge
13 praktisch in entgegengesetzten (durch Pfeile angezeigten) Richtungen. Durch die
Öffnung 10 entstehen zwei Windungen in der Stromzuführung des feststehenden Kontakts
2. Das von dem in diesen Windungen fliessenden Strom I/2 erzeugte Magnetfeld wirkt
auf ein lichtbogenlöschkammerseitig an der Kontaktzunge 13 in elektrisch leitender
Weise, etwa durch Nieten und/oder Löten, angeschlossenes Verlängerungsstück 14, das
die Kontaktzunge 13 in Richtung des Löschblechpakets 6 verlängert und zusammen mit
der Kontaktzunge 13 ein plattenförmiges Leiterstück bildet. Das Verlängerungsstück
14 ist am Ansatz der Kontaktzunge 13 am Joch 12 als Kontaktelement 7 ausgebildet.
Dieses Kontaktelement 7 kontaktiert in der Einschaltstellung des Schalters ein nicht
bezeichnetes Kontaktelement des beweglichen Kontakts 3.
[0010] Ein Isolierteil 15 aus einem bei Lichtbogeneinwirkung löschgasabgebendem Material,
wie vorzugsweise Polytetrafluoräthylen, Polyamid oder Polyoxymethylen, bildet eine
die Stromzuführung des feststehenden Kontaktes 2 gegenüber der thermischen Wirkung
eines Schaltlichtbogens abschirmende Seitenwand der Lichtbogenlöschkammer 5. Das Isolierteil
15 weist eine Öffnung 16 auf, durch die das von der Kontaktzunge 13 und dem Verlängerungsstück
14 gebildete Leiterstück hindurchgeführt ist. Die seitlichen Begrenzungsflächen der
Öffnung 16 liegen auf den schmalen Seitenflächen der Kontaktzunge 13 auf und erschweren
so den Durchgang von Gas aus der Lichtbogenlöschkammer 5.
[0011] Lichtbogenlöschkammerseitig weist das Isolierteil 15 zwei keilförmige Nasen 18 auf.
Die Spitzen 19 der Nasen 18 setzen im Bereich des Kontaktelementes 7 an. Ein an die
Spitze 19 jeder Nase 18 ansetzender Abschnitt 20 des Nasenrückens steigt mit einem
der Neigung der Kontaktzunge 13 entsprechenden Winkel an. Oberhalb des Kontaktelements
7 im Endabschnitt des Verlängerungsstücks 14 weist der Nasenrücken einen parallel
zum plattenförmigen Teil des feststehenden Kontakts 2 ausgebildeten Abschnitt auf,
welcher sich nach oben hin von dem durch die Öffnung 16 geführten Teil des Verlängerungsstücks
14 zunehmend entfernt. Die beiden Abschnitte 20 der Nasen 18 und ein die beiden Nasen
an ihren Spitzen 19 verbindendes Teil 17 des Isolierteils 15 überragen das Kontaktelement
7 und einen an das Kontaktelement 7 anschliessenden Abschnitt des Verlängerungsstücks
14 beträchtlich und bilden so eine nutförmige Vertiefung 21, deren Grund vom Kontaktelement
7 und dem daran anschliessenden Abschnitt des Verlängerungsstücks 14 gebildet ist
Fig.1).
[0012] Die Funktionsweise des erfindungsgemässen Schalters ist nun wie folgt:
Im Einschaltzustand fliesst der Strom I in einem Strompfad, welcher von der Stromzuführung
des feststehenden Kontakts 2 mit den beiden Schenkein 11 und der Kontaktzunge 13 über
das Kontaktelement 7 und den beweglichen Kontakt 3 zum flexiblen Stromanschluss des
beweglichen Kontakts führt. Hierbei teilt sich der Strom I an der Öffnung 10 in den
beiden U-förmig ansetzenden Schenkein 11 in zwei parallel zueinander fliessende Ströme
halber Grösse I/2 auf. Im Joch 12 werden die beiden Ströme I/2 wieder zusammengeführt
und in der Kontaktzunge 13 als Strom -I mit praktisch umgekehrtem Richtungsinn gegenüber
dem im plattenförmigen Teil der Stromzuführung verlaufenden Strom I zum Kontaktelement
7 geführt. Jeder der beiden Schenkel 11 ist jeweils Teil einer von zwei in der Stromzuführung
zum Kontaktelement 7 vorgesehenen Windungen, in den auch die Kontaktzunge 13 enthalten
ist. Die Kontaktzunge 13 mit dem Kontaktelement 7 und der bewegliche Kontakt 3 bilden
in diesem Strompfad eine sich nach oben erstreckende Schlaufe.
[0013] Beim Ausschalten wird der bewegliche Kontakt 3 nach rechts in die in Fig.1 angegebene
Lage geschwenkt und bildet sich ein auf dem Kontaktelement 7 und dem nicht dargestellten
Kontaktelement des beweglichen Kontakts 3 fussender Lichtbogen. Die Schwenkbewegung
wird hierbei unterstützt durch das magnetische Feld des abzuschaltenden Stroms, welches
die von der Kontaktzunge 13, dem Lichtbogen und dem beweglichen Kontakt 3 gebildete
Schlaufe aufweitet und dabei den beweglichen Kontakt 3 nach rechts führt. Zugleich
treibt das magnetische Feld des in der Schlaufe fliessenden Stroms den Lichtbogen
an das Löschblechpaket 6.
[0014] Der auf dem Kontaktelement 7 brennende Fusspunkt des Lichtbogens heizt zugleich das
umgebende Material des Isolierteils 15 im Bereich der Nasen 18 und des Verbindungsteils
17 kräftig auf, wodurch dieses Material Löschgas abgibt. Da der Fusspunkt und ein
an dem Fusspunkt ansetzender Teil des Lichtbogens praktisch von Isoliermaterial umgeben
sind, gibt der Lichtbogen einen grossen Teil seiner Energie an das Isoliermaterial
ab. Es werden so bereits bei kleinen Strömen verhältnismässig grosse Mengen an Löschgas
aus dem Isolierteil 15 gebildet. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass dieses Löschgas
eine auf das Löschblechpaket 6 gerichtete Vorzugsströmung aufweist, welche den auf
dem Kontaktelement 7 wurzelnden Fusspunkt des Lichtbogens in das Verlängerungsstück
14 treibt.
[0015] Eine dritte Kraft auf den Lichtbogen übt das magnetische Feld des durch die beiden
in der Stromzuführung des feststehenden Kontaktes 2 vorgesehenen Windungen fliessenden
Stroms aus. Dieses Feld unterstützt den Löschgasstrom bei der Verschiebung des Lichtbogenfusspunktes
vom Kontaktelement 7 auf das Verlängerungsstück 14. Durch die gemeinsame Wirkung dieser
Kräfte wird der Lichtbogen sehr rasch und sicher in das Löschblechpaket 6 geführt
und dort gelöscht. Hierbei sorgt das aus dem Isolierteil 15 ausgegaste Löschgas dafür,
dass die von den Löschblechen begrenzten Löschstrecken frei von ionisierten Teilchen
sind, so dass sich die Löschstrecken sehr rasch dielektrisch verfestigen und selbst
beim Schalten starker Ströme im kA-Bereich unerwünschte Rückzündungen entfallen. Von
besonderem Vorteil ist es hierbei zugleich, dass Kontaktabbrand und Verschleiss der
Lichtbogenlöschkammer 6 drastisch reduziert werden.
Bezugszeichenliste
[0016]
- 1
- Gehäuse
- 2
- feststehender Kontakt
- 3
- beweglicher Kontakt
- 4
- Achse
- 5
- Lichtbogenlöschkammer
- 6
- Löschblechpaket
- 7
- Kontaktelement
- 10
- Öffnung
- 11
- Schenkel
- 12
- Joch
- 13
- Kontaktzunge
- 14
- Verlängerungsstück
- 15
- Isolierteil
- 16
- Öffnung
- 17
- Verbindungsteil
- 18
- Nasen
- 19
- Spitzen
- 20
- Abschnitte
- 21
- Vertiefung
- 23
- Aussparung
- I
- Strom
1. Niederspannungsschalter mit einem feststehenden (2) und einem beweglichen Kontakt
(3) und mit einer die beiden Kontakte sowie ein Löschblechpaket (6) aufnehmenden Lichtbogenlöschkammer
(5), bei dem an dem feststehenden Kontakt (2) ein in Richtung des Löschblechpakets
(6) erstrecktes und der Aufnahme eines Lichtbogenfusspunktes dienendes Verlängerungsstück
(14) angesetzt ist, das mit einem Isolierteil (15) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet,
dass ein plattenförmig ausgebildeter Abschnitt einer Stromzuführung des feststehenden
Kontakts (2) U-förmig erweitert ist, dass die beiden Schenkel (11) des U an ihren
freien Enden durch ein Joch (12) überbrückt sind, dass am Joch (12) ein plattenförmiges
Leiterstück angebracht ist, das von einer Kontaktzunge (13) des feststehenden Kontakts
(2) und einem daran befestigten Verlängerungsstück (14) gebildet ist und das gegenüber
dem plattenförmigen Abschnitt der Stromzuführung in Richtung des Löschblechpakets
(6) geneigt ist, und dass das Isolierteil (15) den plattenförmigen Abschnitt der Stromzuführung
des feststehenden Kontakts (2) gegenüber der Lichtbogenlöschkammer (5) abschirmt und
mit einer Öffnung (16) versehen ist, durch welche das plattenförmige Leiterstück geführt
ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (16) rechteckig
ausgebildet ist und seitliche Begrenzungsflächen aufweist, die auf den schmalen Seitenflächen
der Kontaktzunge (13) aufliegen.
3. Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierteil
(15) und der feststehende Kontakt (2) löschkammerseitig eine nutenförmige Vertiefung
bilden, in deren Grund ein Kontaktelement (7) des feststehenden Kontakts (2) angeordnet
ist.
4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung seitlich von
zwei Nasen (18) des Isolierteils (15) begrenzt ist, die in Richtung des Löschblechpakets
(5) erstreckt sind und jeweils einen ersten Abschnitt (20) mit einem Parallel zu dem
Verlängerungsstück (14) angeordneten Nasenrücken aufweisen.
5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (18) jeweils einen
an den ersten (20) anschliessenden zweiten Abschnitt aufweisen, welcher parallel zum
plattenförmigen Abschnitt der Stromzuführung des feststehenden Kontakts (2) erstreckt
ist und in dessen Bereich das Verlängerungsstück (14) aus dem Isolierteil (15) herausgeführt
ist.