Schalter mit Löschkammer

Abstract

 Die Erfindung stellt einen Schalter bereit, der ein schnelles, zuverlässiges und von der Stromrichtung unabhängiges Löschverhalten von entstandenen Lichtbögen zeigt und für einen mehrpoligen Betrieb geeignet ist. Der Schalter (1) umfasst dabei mindestens zwei Schaltkammern (11a, 11b), wobei jeder der Schaltkammern (11a, 11b) einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt (2) mit einem ersten Kontaktbereich (21) und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück (30) mit einem zweiten Kontaktbereichen (31) zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) im EIN-Zustand des Schalters (1) und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs (21, 31) im AUS-Zustand des Schalter (1) und zwei Löschkammern (4) zum Löschen des Lichtbogens (5), der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) auftreten kann; sowie mindestens zwei Magnete (71, 72) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) der Schaltkammern (11a, 11b) zur Ausübung einer magnetischen Kraft (F) auf die Lichtbögen (5), so dass jeder Lichtbogen (5) unabhängig von der Stromrichtung (I) im Lichtbogen (5) in Richtung einer der Löschkammern (4) getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke (30) der Schaltkammern (11a, 11b) im Wesentlichen parallel zur Richtung des magnetischen Felds (M) in den Schaltkammern (11a, 11b) angeordnet sind und eine translatorische Bewegung durchführen.

Beschreibung

Technisches Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Schalter mit Löschkammern zur schnellen Löschung eines Lichtbogens während des Trennvorgangs.

Stand der Technik

[0002] Elektrische Schalter sind Komponenten in einem Stromkreis, die mittels interner elektrisch leitender Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung herstellen (Schaltzustand "EIN" 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 1A 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 Kontaktbrücke 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.

[0003] 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 nicht wesentlich komplexeren Aufbau wünschenswert.

Zusammenfassung der Erfmdung

[0004] 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.

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter geeignet für einen polaritätsunabhängigen mehrpoligen Gleichstrombetrieb mit mindestens zwei Schaltkammern, wobei jeder der Schaltkammern einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt mit einem ersten Kontaktbereich und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück mit einem zweiten Kontaktbereich zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich im EIN-Zustand des Schalters und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs im AUS-Zustand des Schalter und zwei Löschkammern zum Löschen des Lichtbogens, der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich auftreten kann, 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 jeder Lichtbogen unabhängig von der Stromrichtung im Lichtbogen in Richtung einer der Löschkammern getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke der Schaltkammern im Wesentlichen parallel zur Richtung des magnetischen Felds in den Schaltkammern angeordnet sind. 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. Durch die schnelle Löschung des Lichtbogens wird außerdem die thermische Belastung der Kontaktbrücke minimiert. Die Komponenten des erfindungsgemäßen Schalters ermöglichen einen symmetrischen Aufbau, der dadurch auch kostengünstiger ist. Der Einzelunterbrecher führt hierbei beim Trennen und Schließen der Kontakte eine translatorische Bewegung aus. Der Ausdruck "im Wesentlichen" umfasst in der vorliegenden Erfindung alle Ausführungsformen, die weniger als 10% vom Sollwert oder Mittelwert abweichen.

[0006] Ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst jede Art von Schaltern geeignet für einen mehrpoligen Betrieb. Diese Schalter können beispielsweise zwei- oder mehrpolige Schalter sein. Die Anzahl der Schaltkammern kann daher zwei oder mehr Schaltkammern betragen, wobei die Schaltkammern bevorzugt parallel zueinander betrieben werden. Beispiele für diese Schalter sind Schütze, Lasttrennschalter oder Leistungsschalter. Der Schalter ist dabei geeignet für Gleichstrombetrieb, könnte aber auch im Wechselspannungsbetrieb verwendet 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 in ihrem tatsächlichen Betrieb einpolige Schalter darstellen. Solche Schalter sind dennoch für einen mehrpoligen Betrieb geeignet, da nur die Verschaltung der Schaltkammern für einen mehrpoligen Betrieb angepasst werden müßte. Der polaritätsunabhängige Gleichstrombetrieb bezeichnet den Betrieb des Schalters in einem Gleichstromkreis, wobei es für das schnelle Löschen der Lichtbögen im Schalter nicht auf die Stromrichtung im Schalter und damit nicht auf die Stromrichtung in den Lichtbögen ankommt. Hier können zwischen den ersten und zweiten Kontaktbereichen der 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 (= andere Stromrichtung im Lichtbogen) zusätzliche Maßnahmen zur schnellen Löschung von Lichtbögen getroffen werden, was durch Anordnung von einer weiteren zweiten Löschkammer pro Schaltkammer für die andere mögliche Kraftrichtungen aufgrund der beiden möglichen Stromrichtungen pro Lichtbogen realisiert ist. Der Vorteil der beanspruchten Anordnung ist der einfache, symmetrische und damit kostengünstige Aufbau des Schalters.

[0007] Einzelunterbrecher bezeichnen hier die mechanischen Komponenten, die zu einer einfachen Unterbrechung eines Stromkreises führen. Dazu besitzen die Einfachunterbrecher im Gegensatz zu Doppelunterbrechern nur einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich, an denen der Strom im AUS-Zustand mittels Trennung der Kontaktbereiche unterbrochen wird. Entsprechend ist die Trennstrecke (Distanz zwischen erstem und zweitem Kontaktbereich im AUS-Zustand) für Einzelunterbrecher doppelt so groß zu wählen wie für entsprechende Doppelunterbrecher. In jedem Einzelunterbrecher bezeichnen die ersten und zweiten Kontaktbereiche 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 vom unbeweglichen Kontakt über den ersten Kontaktbereich in den dazu im Kontakt stehenden zweiten Kontaktbereich des Kontaktstücks. Der unbewegliche Kontakt sowie der erste und zweite Kontaktbereich und das bewegliche Kontaktstück bestehen dazu aus einem elektrisch leitfähigen Material. Zum Schließen der Kontakte (EIN-Zustand) wird das Kontaktstück mit dem zweiten Kontaktbereich auf den ersten Kontaktbereich bewegt. Der erste und zweite Kontaktbereich kann dabei ein Teilbereich des unbeweglichen Kontakts oder des Kontaktstücks sein, oder eine separate Komponente, die auf den unbeweglichen Kontakt oder das Kontaktstück angeordnet ist. Die obige Bewegung erfolgt entlang einer Bewegungsachse des Kontaktstücks senkrecht zu den Oberflächen der Kontaktbereiche. Das Kontaktstück ist dabei beispielsweise in einer Kontaktbrücke aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise aus Plastik, mittels einer Feder beweglich gehaltert, die auch den notwendigen Kontaktdruck im EIN-Zustand des Schalters ausübt. Das Öffnen des Schalters erfolgt durch Bewegung des Kontaktstücks in die umgekehrte Richtung. Die Bewegungsachse des Kontaktstücks ist im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lichtbogens in die Löschkammern ausgerichtet. 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.

[0008] Je stärker das magnetische Feld am Ort des Lichtbogens ist, desto schneller wird der Lichtbogen in die Löschkammer bzw. entlang des Brückenblechs getrieben und so gelöscht. Das magnetische Feld zur Ausübung der treibenden Kraft auf den Lichtbogen ist vorzugsweise ein zumindest im Bereich des ersten und zweiten Kontaktbereichs im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld. Der Ausdruck "im Wesentlichen" umfasst in der vorliegenden Erfindung alle Ausführungsformen, die weniger als 10% vom Sollwert oder Mittelwert abweichen. Je größer die magnetische Feldstärke am Ort des Lichtbogens ist, desto stärker wirkt die treibende Lorenzkraft auf den Lichtbogen. In einer Ausführungsform ist der Magnet daher ein Permanentmagnet. 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 Koerzitivfeldstärke und ermöglichen daher auch beispielsweise eine Bereitstellung der Magnete als sehr dünne Platten, was eine kompaktere Bauweise des Schalters ermöglicht.

[0009] In einer Ausführungsform sind die Magnete dabei so angeordnet, dass sich die Magnete zumindest entlang der Lichtbogenleitbleche erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Magnete sogar über die Löschkammern hinaus. Die Zeit, bis der Lichtbogen in die Löschkammern bzw. entlang der Brückenbleche getrieben wird, hängt von der Magnetfeldstärke und von der Homogenität des Magnetfeldes ab. Dazu sind die Magnete 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 weiteren 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. 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. Eine entsprechende Magnetanordnung könnte auch ein homogenes magnetisches Feld bis zu den Löschkammern hin erzeugen.

[0010] In einer Ausführungsform erstrecken sich in mindestens einer der Schaltkammern Lichtbogenleitbleche in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich zu zwei jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche angeordneten Löschkammern. Der Ausdruck "erstrecken" umfasst hierbei die Möglichkeiten, dass die Lichtbogenleitbleche bis an die jeweiligen Kontaktbereiche und/oder Löschkammern heranragen, ohne dass sie direkt fest damit verbunden sind oder aber auch eine feste Verbindung der Lichtbogenleitbleche zumindest mit dem ersten Kontaktbereich und/oder den Löschkammern eingehen. Die Lichtbogenleitbleche sind dabei vorzugsweise mit dem ersten Kontaktbereich fest verbunden. Damit sind Hindernisse für die Bewegung des Lichtbogens wie beispielsweise Luftspalte zumindest für den unbeweglichen Kontakt vermieden. Das Lichtbogenleitblech ragt beim Kontaktstück zumindest nahe an den zweiten Kontaktbereich heran, um so eine schnelle Wegleitung des Lichtbogens vom zweiten Kontaktbereich zu ermöglichen. Alternativ kann das Lichtbogenleitblech für den zweiten Kontaktbereich auch mit dem Kontaktstück verbunden sein und am anderen Ende des Lichtbogenleitblechs nahe an die Löschklammer heranreichen. Die Löschkammer umfasst dabei jede Art von Komponenten, die geeignet sind, einen Lichtbogen zum Löschen zu bringen. In einer Ausführungsform der Löschkammer umfasst 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 so lange ausgeübt, bis dieser in die Löschkammer eintritt. Wenn die Baugröße innerhalb des Schalters ausreicht, ist es daher vorteilhaft, die Permanentmagneten so dicht wie möglich an die Löschkammern heran oder gar seitlich über die Löschkammern hinaus anzuordnen. Die Löschbleche in den Löschkammern sind beispielsweise V-förmig. Der Lichtbogen wird in der Löschkammer in eine Vielzahl an Teillichtbögen unterteilt (Deionkammer). Die dabei benötigte Minimalspannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens ist proportional zur Anzahl der in der Löschkammer vorhandenen Löschbleche, wodurch die benötigte Spannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens die zur Verfügung stehende Spannung übersteigt, was zum Löschen des Lichtbogens führt. Die notwendige Anzahl der Löschbleche einer Löschkammer ist in einem Einzelunterbrecher, bei dem die Löschfunktion immer durch 1 Löschkammer (immer nur die eine Löschkammer oder die andere Löschkammer) ausgeübt wird, entsprechend höher als bei Löschkammern für Doppelunterbrecher bei gleicher Betriebsspannung. 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 unteren und dem oberen Lichtbogenleitblech kann dabei mit größer werdendem Abstand zu den ersten und zweiten Kontakten anwachsen.

[0011] In einer Ausführungsform sind die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern zu einer gekoppelten Bewegung in einer gemeinsamen Kontaktbrücke angeordnet. Die Kontaktbrücke ist dabei so ausgestaltet, dass die Kontaktstücke der beiden Einzelunterbrecher benachbarter Schaltkammern 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. Durch die gemeinsame Bewegung wird einerseits ein gemeinsames Schaltverhalten realisiert und die Komplexität des Schalters gering gehalten, was eine kostengünstige Fertigung ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform ist dabei die Kontaktbrücke so ausgeführt, dass die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern gegeneinander elektrisch isoliert sind. Somit werden Kurzschlüsse zwischen den benachbarten Kontaktstücken vermieden, was einen zuverlässigen Betrieb des Schalters ermöglicht, insbesondere bei einer gemeinsamen Kontaktbrücke. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontaktbrücke ein Befestigungsteil aus einem elektrisch isolierenden Material, auf das die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern montiert sind. Ein solches elektrisch isolierendes Material ist beispielsweise Plastik. Sind die Kontaktstücke auf dem gemeinsamen Befestigungsteil montiert, so ist die elektrische Isolierung der Kontaktstücke gegeneinander einfach durch die Wahl des Materials des Befestigungsteils zu realisieren. Ferner ermöglicht die gemeinsame Montage der Kontaktstücke auf diesem Befestigungsteil eine einfache mechanische Bewegung der Kontaktstücke über die Bewegung des gemeinsamen Befestigungsteils.

[0012] In einer Ausführungsform bildet die Kontaktbrücke umfassend die Kontaktstücke benachbarter Schaltkammern und das Befestigungsteil eine mechanische Einheit. Diese mechanische Einheit führt eine translatorische Bewegung aus. Im Gegensatz zu Schaltern gemäß des Stands der Technik hat die Bewegung zum Trennen der Kontakte hier keine rotatorischen Anteile, wodurch der erfindungsgemäße Schalter keine mechanischen Übersetzungen benötigt. Dadurch kann der Schalter einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.

[0013] In einer Ausführungsform ist das Kontaktstück der Schaltkammer über eine bewegliche Litze mit einer Anschlussklemme verbunden ist. Somit kann eine Kontaktierung des Kontaktstücks trotz des beweglichen Befestigungsteils mit darauf befestigtem Kontaktstück erreicht werden. Die bewegliche Litze besteht dabei beispielsweise aus flexiblem Kupfer. Bevorzugt ist die Litze am Befestigungsteil der Kontaktbrücke befestigt und elektrisch leitend mit dem Kontaktstück verbunden.

[0014] In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters 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 symmetrischen Aufbau und eine geringe Einbauhöhe besitzt und entsprechend kostengünstig hergestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Kontaktstücke, die Lichtbogenleitbleche und Löschkammern benachbarter Schaltkammern jeweils in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch können die Schaltkammern sehr kompakt im Schalter angeordnet werden. In einer weiteren Ausführungsform sind die Magnete seitlich außerhalb der Schaltkammern so angeordnet, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche aller der in einer Ebene angeordneten Schaltkammern erzeugen. Durch diese Anordnung der Magnete wird einerseits die Anzahl der Magnete auf ein Minimum reduziert, was die Komplexität des Schalters heransetzt und somit eine kostengünstigere Fertigung erlaubt. Andererseits kann der Schalter aufgrund der geringen Komponentenzahl (nur 2 Magnete) kompakt gebaut werden. Da die Magnete vorzugsweise ein homogenes Magnetfeld über zwei oder mehr Schaltkammern hinweg erzeugen müssen, werden in dieser Anordnung vorzugsweise Permanentmagnete aus einem Magnetmaterial mit hoher Koerzitivfeldstärke verwendet.

[0015] In einer alternativen Ausführungsform des Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung sind mindestens zwei Schaltkammern übereinander angeordnet. Mit einer solchen Anordnung können für entsprechende Anwendungen die Dimensionen des Schalters anderes gestaltet werden als bei der Anordnung der Schaltkammern in einer Ebene. Die Anordnungen von Schaltkammern übereinander kann in anderen Ausführungsformen auch mit der Anordnung weiterer Schaltkammern in einer Ebene kombiniert werden. Beispielsweise können zwei Schaltkammern in einer Ebene und weiter zwei in einer Ebene angeordnete Schaltkammern oberhalb der ersten beiden Schaltkammern angeordnet werden. Somit sind jeweils zwei Schaltkammern nebeneinander in einer Ebene und jeweils zwei Schaltkammer übereinander angeordnet. Ein solcher Schalter wäre somit für einen vierpoligen Schaltbetrieb geeignet. Das voranstehenden Zahlenbeispiel kann durch den Fachmann auch auf andere Anordnungen mit 3, 4, 5 oder mehr Schaltkammern in einer Ebenen oder durch 3, 4, 5 oder mehr Schaltkammern übereinander oder durch beliebige Kombinationen aus übereinander und nebeneinander in einer Ebene angeordneten Schaltkammern im Rahmen der vorliegenden Erfindung erweitert oder modifiziert werden. Durch die mögliche symmetrische Anordnung der Schaltkammern kann ein Schalter mit beispielsweise 4 Schaltkammern sehr kompakt und daher platzsparend realisiert werden.

[0016] In einer Ausführungsform decken sich die Bewegungsachsen der jeweiligen Kontaktstücke bei der Anordnung der Schaltkammern übereinander. Dadurch kann der Schalter noch kompakter gebaut werden.

[0017] In einer weiteren Ausführungsform sind die Magnete seitlich außerhalb der Schaltkammern so angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche aller übereinander angeordneten Schaltkammern erzeugen. Dadurch kann der Schalter bei gleich guten Laufverhalten der Lichtbögen noch kompakter gebaut werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0018] Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen im Detail dargestellt.

Fig.1:

(a) perspektivische Ansicht und (b) Draufsicht einer Ausführungsform eines Schalters im AUS-Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Schaltkammern angeordnet in einer Ebene.

Fig.2:

Seitenansicht des Schalters 1 im AUS-Zustand ZA gemäß Fig. 1.

Fig.3:

eine andere Ausführungsform eines Schalters in einer (a) perspektivischen Ansicht und in einer (b) Draufsicht.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen

[0019] Fig.1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schalters 1 im AUS-Zustand ZA gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Schaltkammern 11a, 11b für einen zweipoligen Betrieb angeordnet in einer Ebene. Jeder der Schaltkammern 11a, 11b umfasst einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt 2 mit einem ersten Kontaktbereich 21 und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück 30 mit einem zweiten Kontaktbereichen 31. Das bewegliche Kontaktstück 30 dient zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich 21, 31 im EIN-Zustand des Schalters 1 und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs 21, 31 im AUS-Zustand des Schalter 1. Die Kontaktstücke 30 der benachbarter Schaltkammern 11a, 11b sind hier zu einer gekoppelten Bewegung entlang der Bewegungsrichtung BA an einer gemeinsamen Kontaktbrücke 3 angeordnet. Die Montage der Kontaktstücke erfolgt über ein Befestigungsteil 32 als Teil der Kontaktbrücke 3, das aus einem elektrisch isolierenden Material (z.B. Plastik) besteht, auf das die Kontaktstücke 30 zur gegenseitigen elektrischen Isolierung montiert sind. Die Kontaktstücke 30 selber sind jeweils über eine bewegliche Litze 34 mit den Anschlussklemmen 35 für die Kontaktstücke 30 der Schaltkammern 11a, 11b verbunden. An das Befestigungsteil 32 sind die Kontaktstücke 31 der beiden Schaltkammern montiert, die gleichsam durch das Befestigungsteil 32 aus Plastik voneinander elektrisch isoliert sind. Hier bilden das Befestigungsteil 32 und die beiden Kontaktstücke 30 der benachbarten Schalkammern 11a, 11b eine feste mechanische Einheit. Jede der Schaltkammern 11a, 11b besitzt zwei Löschkammern 4 mit Löschblechen 8 zum Löschen des Lichtbogens 5, der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich 21, 31 auftreten kann. Der Magnet 72 in dieser Ausführungsform erstreckt sich zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zur Ausübung einer möglichst starken magnetischen Kraft F auf die Lichtbögen 5 von den ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 31 der Schaltkammern 11a, 11b seitlich über die Löschkammern 4 bis zu deren Ende hinaus. Aus Übersichtsgründen ist der Magnet 71 nur in Fig. 1(b) gezeigt. In dieser Ausführungsform bildet der Magnet 72 den magnetischen Nord-Pol und der Magnet 71 den magnetischen Süd-Pol für das magnetische Feld in der Schaltkammer. Die Magnetfeldrichtung ist durch den gestrichelten Pfeil M in Fig.1b) dargestellt. Entsprechend einer Stromrichtung I im Lichtbogen (in Fig.1(a) durch den gestrichelten Pfeil zwischen den Kontaktbereichen 21, 31 dargestellt) vom zweiten zum ersten Kontaktbereich bzw. umgekehrt wirken die Kräfte F auf die zwischen den beiden ersten und zweiten Kontaktbereichen 21, 31 der beiden Schaltkammern 11a, 11b brennenden Lichtbögen 5 und treiben diese in die jeweiligen Löschkammern 4. Außerdem erstrecken sich Lichtbogenleitbleche 6 in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem ersten Kontaktbereich 21 und dem zweiten Kontaktbereich 31 zu den beiden jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche 6 angeordneten Löschkammern 4. Ein entsprechendes (oberes) Lichtbogenleitblech erstreckt sich vom Kontaktstück 31 ebenfalls zu den Löschkammern 4. Hierbei ist das obere Lichtbogenleitblech jeweils am beweglichen Kontaktstück 30 angeordnet und ragt so nahe wie möglich an die Löschkammern 4 heran. In einer alternativen Ausführungsform könnten die oberen Lichtbogenleitbleche auch an der Löschkammer befestigt sein und so nahe wie möglich an das Kontaktstück heranragen. So wird der Lichtbogen 5 besonders schnell durch die beständig wirkende Kraft F in die Löschkammern 4 getrieben. Die Anordnung von jeweils zwei Löschkammern 4 pro Schaltkammer 11a, 11b bewirkt, dass jeder Lichtbogen 5 unabhängig von der Stromrichtung im Lichtbogen 5 immer in Richtung einer der Löschkammern 4 getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke 30 der Schaltkammern 11a, 11b für eine möglichst kompakte Anordnung mehrerer Schaltkammern in einer Ebenen im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung T der Lichtbögen 5 angeordnet sind, siehe Fig.1(b). Analog zu den Anschlussklemmen 35 für die Kontaktstücke 30 besitzen die Schalkammern 11a, 11b entsprechende Anschlussklemmen 22 für die unbeweglichen Kontakte 2.

[0020] Fig.2 zeigt eine Seitenansicht des Schalters 1 im AUS-Zustand ZA gemäß Fig. 1. Hier wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit gegenüber Fig. 1 ein Teil der Komponenten beider Schaltkammern 11a, 11b weggelassen. Die Kontaktbrücke 3 umfasst ein Befestigungsteil 32 (hier nicht explizit dargestellt), das mittels einer Feder 33 in einer Führung der Kontaktbrücke 3 entlang der Bewegungsrichtung BA beweglich gelagert ist. Das Befestigungsteil ist als gemeinsames Befestigungsteil für die Kontaktstücke 30 benachbarter in einer Ebene angeordneter Schaltkammern 11a, 11b vorgesehen. Die zweite Schaltkammer 11b ist in Fig.2 als hintere Schaltkammer gezeigt. Das Kontaktstück 30 besitzt auf seiner dem ersten Kontaktbereich 21 zugewandten Seite einen zweiten Kontaktbereich 31. Die ersten und zweiten Kontaktbereiche 21, 31 sind hier als quaderförmigen Komponenten ausgeführt, die auf den unbeweglichen Kontakt 2 bzw. auf das Kontaktstück 30 aufgebracht sind. Die Feder 33 in der Kontaktbrücke 3 drückt die ersten und zweiten Kontaktbereiche 21, 31 im EIN-Zustand mit dem nötigen Kontaktdruck zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zusammen. Die jeweiligen Kontaktbereiche 21, 31 können mittels entsprechender Anschlussklemmen 22, 35 mit einer Stromkreis verbunden werden. Dazu ist das Lichtbogenleitblech 6 für den unbeweglichen Kontakt mit der Anschlussklemme 22 verbunden. Die Anschlussklemmen 35 sind über eine bewegliche Litze 34 mit dem Kontaktstück 30 verbunden. Somit kann eine Spannung an das bewegliche Kontaktstück 30 unabhängig von der Position des Kontaktstücks 30 angelegt werden. Die bewegliche Litze 34 besteht dabei aus flexiblem Kupfer. Die Litze 34 ist dabei am Befestigungsteil 32 der Kontaktbrücke 3 befestigt und elektrisch leitend mit dem Kontaktstück 30 verbunden.

[0021] Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform des Schalters 1 im AUS-Zustand ZA in einer (a) perspektivischen Ansicht und in einer (b) Draufsicht. Die Komponenten sind wie in Fig.1 und 2 auch in dieser Ausführungsform enthalten. Hier sind allerdings die beweglichen Kontaktstücke 30 nicht wie in Fig.1 entlang einer Line angeordnet, sonder parallel zueinander versetzt angeordnet. Entsprechend erstreckt sich das Befestigungsteil 32 hier im Wesentlichen vertikal zu den Kontaktstücken 30. Die Kontaktstücke 30 sind auch hier durch Litzen 34 mit den Anschlussklemmen 35 elektrisch leitend verbunden. Durch die versetzte Anordnung der Kontaktstücke 30 in der gemeinsamen, eine mechanische Einheit bildenden Kontaktbrücke 3 kann der Schalter 1 kompakter gebaut werden.

[0022] 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.

[0023] 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

[0024] 

1

Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung

11a, 116

Schaltkammern in einem Schalter 1

2

unbeweglicher Kontakt

21

erster Kontaktbereich

22

Anschlussklemme für den unbeweglichen Kontakt

3

Kontaktbrücke

30

bewegliches Kontaktstück

31

zweiter Kontaktbereich

32

Befestigungsteil

33

Feder der Kontaktbrücke

34

Litze

35

Anschlussklemme für die Kontaktbrücke

4

Löschkammer

5

Lichtbögen

6

Lichtbogenleitblech

71, 72

Magnete, bevorzugt Permanentmagnete

BA

Bewegungsachse des beweglichen Kontaktstücks

I

Stromrichtung im Lichtbogen

M

Magnetfeld

T

Bewegungsrichtung des Lichtbogens

F

Lorenzkraft auf den Lichtbogen

ZA

getrennter Schalter (AUS-Zustand)

Ansprüche

1. Ein Schalter (1) geeignet für einen polaritätsunabhängigen mehrpoligen Gleichstrombetrieb mit mindestens zwei Schaltkammern (11a, 11b), wobei jeder der Schaltkammern (11a, 11b) einen Einzelunterbrecher mit einem unbeweglichen Kontakt (2) mit einem ersten Kontaktbereich (21) und ein bewegliches elektrisch leitfähiges Kontaktstück (30) mit einem zweiten Kontaktbereich (31) zur jeweiligen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) im EIN-Zustand des Schalters (1) und zum Trennen des ersten und zweiten Kontaktbereichs (21, 31) im AUS-Zustand des Schalter (1) und zwei Löschkammern (4) zum Löschen des Lichtbogens (5), der beim Herstellen des AUS-Zustands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 31) auftreten kann, umfasst; sowie mindestens zwei Magnete (71, 72) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) der Schaltkammern (11a, 11b) zur Ausübung einer magnetischen Kraft (F) auf die Lichtbögen (5), so dass jeder Lichtbogen (5) unabhängig von der Stromrichtung (I) im Lichtbogen (5) in Richtung einer der Löschkammern (4) getrieben wird, wobei die beweglichen Kontaktstücke (30) der Schaltkammern (11a, 11b) im Wesentlichen parallel zur Richtung des magnetischen Felds (M) in den Schaltkammern (11a, 11b) angeordnet sind.

2. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
in mindestens einer der Schaltkammern (11a, 11b) sich Lichtbogenleitbleche (6) in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem ersten Kontaktbereich (21) und dem zweiten Kontaktbereich (31) zu zwei jeweils am Ende der Lichtbogenleitbleche (6) angeordneten Löschkammern (4) erstrecken.

3. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) zu einer gekoppelten Bewegung in einer gemeinsamen Kontaktbrücke (3) angeordnet sind.

4. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktbrücke (3) so ausgeführt ist, dass die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) gegeneinander elektrisch isoliert sind.

5. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktbrücke (3) ein Befestigungsteil (32) aus elektrisch isolierendem Material umfasst, auf das die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) montiert sind.

6. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktbrücke (3) umfassend die Kontaktstücke (30) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) und das Befestigungsteil (32) eine mechanische Einheit bilden.

7. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktstück (30) der Schaltkammer (11a, 11b) über eine bewegliche Litze (34) mit einer Anschlussklemme (35) verbunden ist.

8. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Magnete (71, 72) zumindest entlang der Lichtbogenleitbleche (6) bis zu den Löschkammern (4) erstrecken, bevorzugt über die Löschkammern (4) hinaus erstrecken.

9. 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.

10. Der Schalter (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei der Schaltkammern (11a, 11b) in einer Ebene angeordnet sind.

11. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktstücke (30), die Lichtbogenleitbleche (6) und Löschkammern (4) benachbarter Schaltkammern (11a, 11b) jeweils in einer Ebene angeordnet sind.

12. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnete (71, 72) seitlich außerhalb der Schaltkammern (11a, 11b) so angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) aller der in einer Ebene angeordneten Schaltkammern (11a, 11b) erzeugen.

13. Der Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens zwei Schaltkammern (11a, 11b) übereinander angeordnet sind.

14. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Bewegungsachsen (BA) der jeweiligen Kontaktstücke (30) decken.

15. Der Schalter (1) gemäß Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnete (71, 72) seitlich außerhalb der Schaltkammern (11a, 11b) so angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen homogenes magnetisches Feld (M) zumindest im Bereich der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21, 31) aller übereinander angeordneten Schaltkammern (11a, 11b) erzeugen.

Zeichnung