Niederspannungsschalter

Abstract

 Der Niederspannungsschalter enthält einen feststehenden (2) und einen beweglichen Kontakt (3). Beide Kontakte und ein Löschblechpaket (6) sind in einer Lichtbogenlöschkammer (5) angeordnet. Am feststehenden Kontakt (2) ist ein in Richtung des Löschblechpakets (6) erstrecktes und der Aufnahme eines Lichtbogenfusspunktes dienendes Verlängerungsstück (14) angesetzt ist. Ein plattenförmig ausgebildeter Abschnitt einer Stromzuführung des feststehenden Kontakts (2) ist U-förmig erweitert. Die beiden Schenkel des U sind an ihren freien Enden durch ein Joch überbrückt. Am Joch ist ein plattenförmiges Leiterstück angebracht, 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. In der Lichtbogenlöschkammer (5) ist ein mit einer Öffnung versehenes Isolierstück (15) angeordnet, welches den plattenförmigen Abschnitt der Stromzuführung des feststehenden Kontakts (2) gegenüber der Lichtbogenlöschkammer (5) abschirmt und durch deren Öffnung das plattenförmige Leiterstück geführt ist.
Dieser Schalter zeichnet sich bei hoher Schaltleistung durch einen geringen Kontaktabbrand und einen geringen Verschleiss der Lichtbogenlöschkammer (5) aus. Dies ist dadurch bedingt, dass aus dem Isolierteil unter Lichtbogeneinwirkung austretendes Löschgas gezielt in Richtung des Löschblechpakets (6) strömt, und dass der am feststehenden Kontakt (2) wurzelnde Fusspunkt des Schaltlichtbogens durch diese Gasströmung und durch die Kraft des magnetischen Feldes des abzuschaltenden Stroms besonders rasch in das Löschblechpaket geführt wird.

Beschreibung

[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

Ansprüche

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.

Zeichnung