Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem fest positionierten Schaltstück (1) und einem dazu gegenüberliegend angeordneten beweglichen Schaltstück (2), welches in einem Kontaktschieber (3) angeordnet ist, und mit Löschblechpaketen (4), die senkrecht zu den Schaltstücken (1,2) angeordnet sind.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ausgehend von den Schaltstücken (1,2) über Zwischenräume in den Löschblechpaketen (4) und über einen Strömungskanal (9) oberhalb der Löschblechpakete (4), welcher teilweise in Richtung von Kühlrippen (12) ausgerichtet ist, welche seitlich neben den Schaltstücken (1,2) angeordnet sind, ein Rückströmungskanal (8) ausgebildet ist, der einen entstehenden Lichtbogen definiert abtransportiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem fest positionierten Schaltstück und einem dazu gegenüberliegend angeordneten beweglichen Schaltstück, welches in einem Kontaktschieber angeordnet ist, und mit Löschblechpaketen, die senkrecht zu den Schaltstücken angeordnet sind.

[0002] Bei Schaltgeräten mit derartigen Lichtbogenlöschkammern entsteht beim Abschalten von elektrischen Strömen an den sich öffnenden Kontaktstellen ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen verursacht an den Kontaktstellen durch Abbrand des Kontaktmaterials einen Verschleiß und verzögert das Freischalten des Stromkreises, da der Strom über den Lichtbogen so lange weiter fließt, bis dieser erlischt. Um den Schaden durch den Lichtbogen einzuschränken, sind elektrische Schalt- bzw. Schutzgeräte ab einer bestimmten Leistung mit einer Lichtbogen-Löscheinrichtung ausgerüstet.

[0003] Eine derartige Lichtbogen-Löscheinrichtung besteht häufig aus einer Lichtbogenkammer mit Lichtbogenleitblechen und diversen Komponenten, welche unter Anderem auch strömungstechnische Aufgaben erfüllen.

[0004] Die Lichtbogenkammer ist oftmals als Paket aus gestanzten Löschblechen ausgefüllt, welche parallel angeordnet sind und auf Abstand gehalten werden. Um die Löschbleche herum ist ein Streifen aus isolierendem Material, meist ein Vulkanfieberstreifen gefaltet, der die Löschbleche auf Abstand hält und zu einer Baugruppe zusammenfasst. In den Isolierstreifen sind Öffnungen gestanzt, die unter Anderem die Strömungsverhältnisse in der Lichtbogenkammer beeinflussen. Die Leitbleche sind am oberen und am unteren Ende der Lichtbogenkammer angeordnet. Das obere Lichtbogenleitblech bildet zusammen mit einer beweglichen Kontaktbrücke eine Kontaktstelle.

[0005] In der Lichtbogen-Löscheinrichtung wandert der Lichtbogen von der Kontaktstelle in die Lichtbogenkammer. Beim Öffnen der Kontaktstelle entsteht ein Lichtbogen zwischen den sich voneinander entfernenden Kontakten. Durch elektromagnetische Kräfte wird der Lichtbogen in Richtung der Lichtbogenlöschkammer bewegt. Die Lichtbogenfußpunkte des Lichtbogens an den Austrittsstellen der Lichtbogenleitbleche wandern dabei von der Kontaktstelle weg entlang der mit dem Stromkreis elektrisch verbundenen Lichtbogenleitbleche.

[0006] Dabei sind die Lichtbogenleitbleche so geformt und angeordnet, dass sie den Lichtbogen möglichst rasch zur Lichtbogenkammer hinführen. Im Inneren der Lichtbogenkammer wird der Lichtbogen dann gelöscht. Während des beschriebenen Ablaufs treten strom- bzw. thermomechanische Kräfte zwischen den Löschblechen und den Lichtbogenleitblechen auf. Werden die Lichtbogenleitbleche nicht stabil genug fixiert, was auf Grund der konstruktiven Gegebenheiten oftmals nicht ausreichend gelingt, so berühren sie die äußeren Löschbleche und verschweißen mit diesen. Hierdurch wird die Effizienz der Lichtbogenkammer für weitere Löschabläufe gemindert.

[0007] Bei besonders starken Lichtbögen, wie sie als Folge von Kurzschlussabschaltungen auftreten, besteht die Gefahr, dass diese die Lichtbogenkammer durchlaufen und sich dahinter kurzschließen. In diesem Fall ist die Löschwirkung der Lichtbogenkammer nicht mehr gegeben.

[0008] Um das Kurzschließen des Lichtbogens im Raum hinter der Lichtbogenkammer zu vermeiden, sind verschiedene Lösungen bekannt. So ist es zum Beispiel möglich, die Lichtbogenleitbleche relativ kurz zu halten, das heißt, nicht bis zum Ende der Lichtbogenkammer, wo die Löschbleche enden.

[0009] Eine andere Möglichkeit ist der gänzliche Verzicht auf das untere Lichtbogenleitblech. Üblicherweise werden die sehr kurz gehaltenen Lichtbogenleitbleche entweder überhaupt nicht mechanisch abgestützt, oder aber es wird zur Abstützung ein zusätzliches Kunststoffteil eingesetzt, womit allerdings zusätzliche Kosten verbunden sind. Die Lösung mit kurzen Leitblechen hat den bedeutenden Nachteil, dass unter Umständen nicht das gesamte Volumen des inneren Teils der Lichtbogenkammer beim Löschvorgang optimal ausgenutzt wird.

[0010] Der Wirkungsmechanismus besteht demgemäß darin, dass der Stromfluss über dem Lichtbogen einen magnetischen Fluss erzeugt, der durch ferromagnetische Teile in der Nähe der Kontaktstelle so abgelenkt wird, dass auf den Lichtbogen eine Kraft wirkt, die ihn von der Kontaktstelle weg zu einem Lichtbogenlöschsystem antreibt.

[0011] Aus der zwingenden Notwendigkeit, einen nach einem Schaltungsvorgang entstandenen Lichtbogen abzutransportieren und zu löschen, um eine Abnutzung bzw. eine Zerstörung der Schaltstücke und anderer Elemente des Schaltgeräts zu vermeiden, ergibt sich weiterhin die Anforderung, insbesondere bei hochfrequenten Ein- bzw. Abschaltvorgängen des Schaltgeräts, die relativ hohe Erwärmung des Geräts zu reduzieren.

[0012] Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät zu schaffen, welche einen Schaltlichtbogen möglichst effektiv löscht und abtransportiert.

[0013] Diese Aufgabe wird durch eine Lichtbogenlöschkammer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0014] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem fest positionierten Schaltstück und einem dazu gegenüberliegend angeordneten beweglichen Schaltstück gelöst, welches in einem Kontaktschieber angeordnet ist, und mit Löschblechpaketen, die senkrecht zu den Schaltstücken angeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass ausgehend von den Schaltstücken, über Zwischenräume in den Löschblechpaketen und über einen Strömungskanal oberhalb der Löschblechpakete, welcher teilweise in Richtung von Kühlrippen ausgerichtet ist, welche seitlich neben den Schaltstücken angeordnet sind, ein Rückströmungskanal ausgebildet ist, der einen entstehenden Lichtbogen definiert abtransportiert.

[0015] Der erfindungsgemäße Rückströmungskanal weist einen sehr kurzen Strömungsweg auf, der über die Löschblechpakete zu den Kontaktbrücken führt, wobei die Löschblechpakete senkrecht zur Strombahn angeordnet sind. Dies ermöglicht eine schnelle Rückkopplung und eine erhöhte Strömungswirkung auf den Lichtbogen und trägt zu einer schnellen Bewegung des Lichtbogens zu den Löschblechen bei. Zusätzlich zum installierten Rückströmungskanal sind in der Lichtbogenlöschkammer Kühlrippen angeordnet, die dem Abkühlen und Deionisieren des in der Löschkammer sich ausbreitenden heißen Gases in der direkten Phase nach dem Abschaltvorgang und nach dem Entstehen der Rückströmung dienen. Dabei richten die Kühlrippen die Luftströmung in Bereiche zwischen der Kontaktbrücke und der Wand, so dass die Rückströmung effektiver ausgenutzt wird. Das effektive Abkühlen nach einem Schaltvorgang wird auch durch eine Konvektionsbewegung unterstützt, wobei eine Luftströmung von erwärmten Konstruktionselementen innerhalb der Lichtbogenkammer zur Gehäusewand bzw. zur Öffnung in der Gehäusewand des Schaltgeräts entsteht.

[0016] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ausgehend von den Schaltstücken über Zwischenräume in den Löschblechpaketen ein weiterer Strömungskanal angeordnet ist, der über eine Ausblasöffnung im Gehäuse der Lichtbogenlöschkammer Heißluft nach außen abströmt. Der Strömungskanal oberhalb der Löschblechpakete ermöglicht es, dass ein Teil der Heißluft das Gerät verlässt, während der andere Teil in einem auf die Kühlrippen zugeführten Strömungskanal abgeführt wird. Aus dieser konstruktiven Maßnahme ergibt sich der Vorteil, dass ein Teil der Heißluft bereits definiert nach außen geführt werden kann.

[0017] In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann ein weiteres Konzept darin bestehen, dass der Rückströmungskanal als in sich geschlossener Kreislauf ausgebildet ist, der die ausströmende Heißluft in einen kontinuierlichen Prozess abführt. Durch die Ausbildung des erfindungsgemäßen Rückströmungskanals als Kreislauf kann somit innerhalb kürzester Zeit die nach einem Schaltvorgang entstandene Heißluft aus dem Gerät heraus transportiert werden.

[0018] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die konstruktive Ausgestaltung des Rückstromkanals mit der Größe der Ausblasöffnung im Gehäuse der Lichtbogenlöschkammer korrelierend ausgebildet ist. Insbesondere ist es erfindungsgemäß möglich, den Rückströmungskanal und die Ausblasöffnungen im Gehäuse der Lichtbogenlöschkammer korrelierend zu den insbesondere hochfrequenten Ein- bzw. Ausschaltvorgängen auszubilden. Die baulichen Maßnahmen in der Lichtbogenlöschkammer für den Rückströmungskanal können an die Schaltfrequenz angepasst werden.

[0019] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Kühlrippen aus Metall gefertigt sind. Metall weist den Vorteil auf, dass es keinen Alterungsprozessen unterliegt und ein gut zu verarbeitendes Material ist.

[0020] Es kann erfindungsgemäß außerdem vorgesehen sein, dass die Lichtbogenlöschkammer in einem Schütz Anwendung findet.

[0021] Die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät weist ein fest positioniertes Schaltstück und ein dazu gegenüberliegend angeordnetes bewegliches Schaltstück auf, welches in einem Kontaktschieber angeordnet ist. Seitlich neben den Schaltstücken sind Löschblechpakete angeordnet, die aus parallel zueinander und voneinander beabstandeten Löschblechen ausgebildet sind. Die Löschblechpakete sind senkrecht zu den Schaltstücken angeordnet. Die Lichtbogenlöschkammer ist von einem Gehäuse umgeben, in welchem Ausblasöffnungen vorgesehen sind, die vorzugsweise oberhalb und seitlich von den Löschblechpaketen ausgebildet sind. Zwischen Kontaktschieber und Löschblechpaket sind Kühlrippen angeordnet, die vorzugsweise aus Metall gefertigt sind. Konstruktiv sind die Schaltstücke, die Löschblechpakete und die Kühlrippen derart zueinander angeordnet, dass sich ein Rückströmungskanal ergibt, der von den Schaltstücken, zwischen den senkrecht zu den Schaltstücken angeordneten Löschblechen, über einen Strömungskanal oberhalb der Löschbleche zu den Kühlrippen und zurück zu den Schaltstücken verläuft. Zudem ergibt sich ein zweiter Strömungskanal von den Schaltstücken zwischen den Löschblechen über einen Führungskanal oberhalb der Löschbleche zu den Ausblasöffnungen.

[0022] Die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer zeichnet sich durch ein verbessertes Löschvermögen aus, welches durch einen definiert angelegten Rückströmungskanal ermöglicht wird. Damit verbunden ist eine verlängerte Lebensdauer des Schaltgeräts, die insbesondere durch eine Konvektionskühlung mit Kühlrippen verbessert wurde. Die Verwendung eines Rückströmungskanals mit Kühlrippen verbessert insgesamt den Wärmehaushalt des Schaltgeräts nachhaltig.

[0023] Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0024] Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer mit Rückströmungskanal;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einer Lichtbogenlöschkammer mit Rückströmungskanal und Kühlrippen;

Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung den erfindungsgemäßen Rückströmungskanal als Kreislaufprozess.

[0025] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät, welche ein fest positioniertes Schaltstück 1 und ein dazu gegenüberliegend angeordnetes bewegliches Schaltstück 2 aufweist, welches in einem Kontaktschieber 3 angeordnet ist. Seitlich neben den Schaltstücken 1, 2 sind Löschblechpakete 4 angeordnet, die aus parallel zueinander und voneinander beabstandeten Löschblechen 5 ausgebildet sind. Die Löschblechpakete 4 sind senkrecht zu den Schaltstücken 1, 2 angeordnet. Die Lichtbogenlöschkammer ist von einem Gehäuse 6 umgeben, in welchem Ausblasöffnungen 7 vorgesehen sind, die vorzugsweise oberhalb und seitlich von den Löschblechpaketen 4 ausgebildet sind. Konstruktiv sind die Schaltstücke 1, 2 sowie die Löschbleche 4 derart zueinander angeordnet, dass sich ein Rückströmungskanal 8 ergibt, der von den Schaltstücken 1, 2, zwischen den senkrecht zu den Schaltstücken 1, 2 angeordneten Löschblechen 5, über einen Strömungskanal 9 oberhalb der Löschbleche 5 und zurück zu den Schaltstücken 1, 2 verläuft. Zudem ergibt sich ein zweiter Strömungskanal 10 von den Schaltstücken 1, 2, zwischen den Löschblechen 5, über einen Führungskanal 11 oberhalb der Löschbleche 5 zu den Ausblasöffnungen 7.

[0026] In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer nach Fig. 1 dargestellt, inklusive der Kühlrippen 12, die zwischen Kontaktschieber 3 und den Löschblechpaketen 4 angeordnet sind. Der Rückströmungskanal 8 inklusive der Kühlrippen 12 ergibt sich nun von den Schaltstücken 1, 2, zwischen den senkrecht zu den Schaltstücken 1, 2 angeordneten Löschblechen 5, über einen Strömungskanal 9 oberhalb der Löschbleche 5 zu den Kühlrippen 12 und zurück zu den Schaltstücken 1, 2. Die Kühlrippen 12 führen dabei den Rückstrom direkt auf die Schaltstücke 1, 2 zu.

[0027] In Fig. 3 ist der Rückströmungskanal 8 sowie der Strömungskanal 10 als kontinuierlich zu durchlaufender Kreislaufprozess dargestellt. Die Pfeilrichtung symbolisiert dabei die Strömungsrichtung.

[0028] Die erfindungsgemäße Lichtbogenlöschkammer zeichnet sich durch ein verbessertes Löschvermögen aus, welches durch einen definiert angelegten Rückströmungskanal ermöglicht wird. Damit verbunden ist eine verlängerte Lebensdauer des Schaltgeräts, die insbesondere durch eine Konvektionskühlung mit Kühlrippen verbessert wurde. Die Verwendung eines Rückströmungskanals mit Kühlrippen verbessert insgesamt den Wärmehaushalt des Schaltgeräts nachhaltig.

Bezugszeichenliste

[0029] 

1

fest positioniertes Schaltstück

2

bewegliches Schaltstück

3

Kontaktschieber

4

Löschblechpaket

5

Löschblech

6

Gehäuse

7

Ausblasöffnung

8

Rückströmungskanal

9

Strömungskanal

10

Strömungskanal

11

Führungskanal

12

Kühlrippen

Ansprüche

1. Lichtbogenlöschkammer für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem fest positionierten Schaltstück (1) und einem dazu gegenüberliegend angeordneten beweglichen Schaltstück (2), welches in einem Kontaktschieber (3) angeordnet ist, und mit Löschblechpaketen (4), die senkrecht zu den Schaltstücken (1,2) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den Schaltstücken (1,2) über Zwischenräume in den Löschblechpaketen (4) und über einen Strömungskanal (9) oberhalb der Löschblechpakete (4), welcher teilweise in Richtung von Kühlrippen (12) ausgerichtet ist, welche seitlich neben den Schaltstücken (1,2) angeordnet sind, ein Rückströmungskanal (8) ausgebildet ist, der einen entstehenden Lichtbogen definiert abtransportiert.

2. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den Schaltstücken (1,2) über Zwischenräume in den Löschblechpaketen (4) ein weiterer Strömungskanal (10) angeordnet ist, der über eine Ausblasöffnung (7) im Gehäuse (6) der Lichtbogenlöschkammer Heißluft nach außen abströmt.

3. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rückströmungskanal (8) als in sich geschlossener Kreislauf ausgebildet ist, der die ausströmende Heißluft in einem kontinuierlichen Prozess abführt.

4. Lichtbogenlöschkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die konstruktive Ausgestaltung des Rückströmungskanals (8) mit der Größe der Ausblasöffnungen (7) im Gehäuse (6) der Lichtbogenlöschkammer korrelierende ausgebildet ist.

5. Lichtbogenlöschkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (12) aus Metall gefertigt sind.

6. Schütz mit einer Lichtbogenlöschkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

Zeichnung