Strombegrenzungssystem

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Strombegrenzungssystem (1), welches geeignet ist, einen durch das Strombegrenzungssystem (1) fließenden Strom zu begrenzen, jedoch nicht dauernd zu unterbrechen, wobei das Strombegrenzungssystem (1) entlang eines Strompfades (2) zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusskontakt (3, 4) ein Kontaktsystem (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem (5) vier Festkontaktstücke (6, 6a, 7, 7a) hat, die in zwei gegenüberliegenden Paaren von ersten (6, 6a) und zweiten (7, 7a) Festkontaktstücken angeordnet sind, dass eine bewegliche Kontaktstücke (8, 8a) tragende bewegliche Kontaktbrücke (9) vorgesehen ist, wobei die Kontaktbrücke (9) mit den beweglichen Kontaktstücken (8, 8a) in einer ersten stabilen Schaltstellung eine erste geschlossene Doppelkontaktstelle (10) mit den beiden ersten Festkontaktstücken (6, 6a) bildet, und wobei die Kontaktbrücke (9) in einer zweiten stabilen Schaltstellung eine zweite geschlossene Doppelkontaktstelle (11) mit den beiden zweiten Festkontaktstücken (7, 7a) bildet, und dass, wenn der Strom einen Ansprechschwellwert des Strombegrenzungssystems (1) überschreitet, die Kontaktbrücke (9) zwischen der ersten und der zweiten stabilen Schaltstellung hin und her wechselt, unter abwechselndem Entstehen und Verlöschen von Lichtbögen (12, 12a) beim Öffnen und erneuten Schließen der ersten beziehungsweise zweiten Doppelkontaktstellen (10, 11), und dass, wenn der Strom einen Schließschwellwert des Kontaktsystems (1) unterschreitet, die Kontaktbrücke (9) in einer der beiden stabilen Schaltstellungen verharrt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Strombegrenzungssystem, welches geeignet ist, einen durch das Strombegrenzungssystem fließenden Strom zu begrenzen, jedoch nicht dauernd zu unterbrechen, wobei das Strombegrenzungssystem entlang eines Strompfades zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusskontakt ein Kontaktsystem umfasst, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Strombegrenzungseinheit mit einem Strombegrenzungssystem, sowie eine Anordnung von mehreren Strombegrenzungseinheiten und ein Installationsschaltgerät mit einem Strombegrenzungssystem.

[0003] Derartige Strombegrenzungssysteme werden typischerweise in Serie mit Leistungsschaltern oder Motorschutzschaltern verwendet.

[0004] Aus der EP-A-0 647 958 ist ein derartiges Strombegrenzungssystem bekannt. Dieses weist im Wesentlichen ein Kontaktsystem auf, mittels welchem der Strom, falls dieser einen bestimmten Betrag übersteigt, durch Öffnen des Kontaktsystems begrenzt wird.

[0005] Dieses bekannte Kontaktsystem weist dazu einen feststehenden Kontaktträger auf, der mit einem ersten Anschlussleiter verbunden ist. Weiter weist das bekannte Kontaktsystem einen beweglichen Kontaktarm mit einem endseitigen beweglichen Kontaktstück auf, das mit einem am feststehenden Kontaktträger angeordneten, unbeweglichen Kontaktstück unter Normalbedingungen in leitender Verbindung steht. Der Kontaktarm ist schwenkbar mit einem zweiten Anschlussleiter. Der Stromfluss verläuft vom zweiten Anschlussleiter, den Kontaktarm, das bewegliche Kontaktstück, das feststehende Kontaktstück und den feststehenden Kontaktträger zum ersten Anschlussleiter. Im beweglichen Kontaktarm und im feststehenden Kontaktträger verläuft der Strom in entgegengesetzten Richtungen, wodurch im Kurzschlussfall, beziehungsweise falls der Strom den bestimmten Betrag übersteigt, eine elektrodynamische Kraft erzeugt wird, die den Kontaktarm vom Kontaktträger wegzustossen vermag. Sobald das bewegliche Kontaktstück vom feststehenden Kontaktstück getrennt wird, zündet ein Lichtbogen zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem feststehenden Kontaktstück, der zum Löschen in ein Löschblechpaket geleitet wird.

[0006] Durch den Lichtbogen und die Lichtbogenlöschbleche wird der Strom im Kurzschlussfall begrenzt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein der Strombegrenzungseinheit nachgeschalteter Leistungsschalter beziehungsweise Motorschutzschalter im Fehlerfall den durch den Leistungsschalter beziehungsweise Motorschutzschalter zu schützenden Stromkreis, in welchem der Kurzschluss aufgetreten ist, bestimmungsgemäß unterbrechen kann.

[0007] Bei diesem bekannten Strombegrenzungssystem kann es jedoch vorkommen, dass das Kontaktsystem dieses bekannten Strombegrenzungssystems zu einem Zeitpunkt wieder geschlossen wird, zu welchem ein immer noch beträchtlicher Strom fließt beziehungsweise eine beträchtliche Spannung zwischen dem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt anliegt. Dadurch kann beim Schließen des Kontaktsystems erneut ein Lichtbogen zwischen dem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt zünden, wodurch der feststehende Kontakt mit dem beweglichen Kontakt verschweißen kann.

[0008] Die EP 0 801 410 A2 zeigt ein in einem Gehäuse in Schalenbauweise untergebrachtes elektrisches Installationsschaltgerät mit einer Kontaktstelle, einem thermischen und einem magnetischen Auslöser und mit einem Strombegrenzungselement in Form eines PTC-Widerstandes (Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient), wobei das Strombegrenzungselement seitlich zu dem Installationsschaltgerät in einem durch ein napfförmiges Schalengehäuse begrenzten Raum untergebracht ist. Als PTC-Widerstandselement wird dabei ein dotiertes Kunststoffmaterial verwendet, bei dem die Gefahr von durch Alterungseffekte bedingten Veränderungen der elektrischen Eigenschaften im Lauf der Zeit besteht.

[0009] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Strombegrenzungssystem zu schaffen, bei dem eine zuverlässige und langzeitstabile Strombegrenzung gegeben ist.

[0010] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Strombegrenzungssystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

[0011] Erfindungsgemäß also hat das Kontaktsystem vier Festkontaktstücke, die in zwei gegenüberliegenden Paaren von ersten und zweiten Festkontaktstücken angeordnet sind, wobei eine, bewegliche Kontaktstücke tragende, bewegliche Kontaktbrücke vorgesehen ist, wobei die Kontaktbrücke mit den beweglichen Kontaktstücken in einer ersten stabilen Schaltstellung eine erste geschlossene Doppelkontaktstelle mit den beiden ersten Festkontaktstücken bildet, und wobei die Kontaktbrücke in einer zweiten stabilen Schaltstellung eine zweite geschlossene Doppelkontaktstelle mit den beiden zweiten Festkontaktstücken bildet, und wobei, wenn der Strom einen Ansprechschwellwert des Strombegrenzungssystems überschreitet, die Kontaktbrücke zwischen der ersten und der zweiten stabilen Schaltstellung hin und her wechselt, unter abwechselndem Entstehen und Verlöschen von Lichtbögen beim Öffnen und erneuten Schließen der ersten beziehungsweise zweiten Doppelkontaktstellen, und wobei, wenn der Strom einen Schließschwellwert des Kontaktsystems unterschreitet, die Kontaktbrücke in einer der beiden stabilen Schaltstellungen verharrt.

[0012] Erfindungsgemäß ist somit eine bistabile Kontaktanordnung gebildet. Im Falle eines den Ansprechschwellwert übersteigenden Stromes, also beispielsweise eines hohen Kurzschlussstromes, bewegt sich die Kontaktbrücke zwischen zwei stabilen Schaltstellungen hin und her, sie oszilliert gewissermaßen. Dabei entstehen und Verlöschen abwechselnd die sich bildenden Lichtbögen. Durch das immer wieder abwechselnde verlöschen der Lichtbögen ist die thermische Belastung der Kontaktstellen verringert. Das Oszillieren der Kontaktbrücke verhindert, dass sich die Kontaktstellen schließen, wenn noch ein beträchtlicher, über der Ansprechschwelle liegender Kurzschlussstrom anliegt, und damit ist ein Verschweißen der Kontaktstellen verhindert, denn die Kontaktstellen werden während der Kurzschlussstrombegrenzung aufgrund des Oszillierens immer wieder aufgerissen. Die Strombegrenzung durch Lichtbögen vermeidet Alterungseffekte aufgrund von Materialdegradation.

[0013] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die vier Festkontaktstücke paarweise über Kreuz elektrisch miteinander verbunden.

[0014] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die vier Festkontaktstücke paarweise parallel elektrisch miteinander verbunden.

[0015] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine bistabile Fesselungseinrichtung für die Kontaktbrücke vorhanden, die mit der Kontaktbrücke zur Einstellung des Ansprechschwellwertes beziehungsweise des Schließschwellwertes gekoppelt ist. Damit lassen sich der Ansprech- beziehungsweise Schließschwellwert anwendungsspezifisch einstellen. Die bistabile Funktion sorgt dafür, dass in jeder der beiden stabilen Schaltstellungen der Kontaktbrücke eine Fesselungskraft einstellbar ist. Weiterhin vorteilhaft kann die bistabile Fesselungseinrichtung auch zur Erzeugung der nötigen Kontaktdruckkraft im Falle des normalen Stromflusses durch das Strombegrenzungssystem verwendet werden.

[0016] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Fesselungseinrichtung eine bistabile Schnappscheibe, die über eine Koppelachse mit der Kontaktbrücke gekoppelt ist. Eine bistabile Schnappscheibe wirkt in ihrer ersten stabilen Position als Kontaktdruckfeder. Ihre Federkraft bestimmt die Ansprechschwelle für den Kurzschlussstrom. Bei Überschreiten der Ansprechschwelle wird die Kontaktbrücke aus ihrer ersten stabilen Lage entgegen der rückstellenden Federkraft der Schnappscheibe hin zu der zweiten stabilen Position bewegt. Dabei gibt es einen Punkt, an dem der Totpunkt der Schnappscheibe überschritten wird. Diese schnappt dann in ihre zweite stabile Stellung und reißt die Kontaktbrücke mit. Damit ist ein sehr schnelles Umschalten zwischen den beiden stabilen Schaltstellungen der Kontaktbrücke gewährleistet, und auch ein verkleben oder verschweißen der Kontaktstellen kann damit effektiv verhindert werden.

[0017] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Fesselungseinrichtung eine Druckfeder, die über eine Koppelachse mit der Kontaktbrücke so gekoppelt ist, dass die Federkraft der Druckfeder in einem Winkel zu der Verschieberichtung der Koppelachse so auf diese wirkt, dass die Druckfeder unter Überwindung einer Totpunktlage durch die Koppelachse zwischen einer ersten und einer zweiten stabilen Stellung verschwenkbar ist. Diese Ausführungsform einer bistabilen Fesselungseinrichtung erfüllt dieselbe Funktion wie oben beschrieben, verwendet aber bevorzugt eine Zylinderdruckfeder als alternatives Federelement. Zylinderdruckfedern sind für manche Anwendungen besser handhabbar als Schnappscheiben und können auch kostengünstiger gefertigt werden.

[0018] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kontaktsystem ein Magnetsystem zum Antreiben der Kontaktbrücke aus ihrer stabilen Stellung in die jeweils andere stabile Stellung. Es wird dabei die Kraftwirkung eines geeignet orientierten Magnetfeldes auf einen langgestreckten elektrischen Leiter, die Kontaktbrücke nämlich, als Antrieb für das Oszillieren der Kontaktbrücke genutzt. Damit kann die Strombegrenzung auch schon bei kleineren Kurzschlussströmen einsetzen, als wenn, wie im Stand der Technik bekannt, allein die elektrodynamische Abstoßung der Kontaktstellen als Antriebskraft genutzt würde.

[0019] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat das Magnetsystem einen Magnetkern mit Luftspalt, wobei die Kontaktbrücke im Luftspalt längsverschieblich angeordnet ist, und wobei der Strom im Strompfad eine Magnetisierung des Kerns bewirkt, so dass die Magnetfeldrichtung im Spalt senkrecht zu der Stromrichtung in der Kontaktbrücke steht, so dass die Kontaktbrücke bei Überschreiten des Ansprechschwellwertes des Stroms durch die resultierende Lorentzkraft aus ihrer stabilen Stellung in die andere stabile Stellung bewegt wird. Ein erfindungsgemäß vorgesehener Luftspalt kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sehr schmal gemacht werden. Dadurch wird die magnetische Feldstärke in dem Luftspalt auch bei kleinen Kurzschlussströmen schon so groß, dass eine hohe Kraft auf die Kontaktbrücke erzielt wird. Weiterhin vorteilhaft ist ein Luftspalt eng und hoch gestaltet, und die Kontaktbrücke hat ebenfalls einen schmalen, hohen, rechteckigen Querschnitt, gewissermaßen wie ein schmales Band. Dadurch ist als Vorteil eine effiziente Kühlung der Kontaktbrücke in dem Luftspalt durch Strahlung und Konvektion der Luft in dem engen Luftspalt gegeben. Das ist vorteilhaft dafür, dass sich die Kontaktbrücke nicht thermisch verformt. Eine schmale und hohe Struktur in Form eines dünnen Bandes für die Kontaktbrücke hat weiter den Vorteil, dass die Kontaktbrücke damit sehr leicht bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität und hohem Flächenträgheitsmoment in Bewegungsrichtung gemacht werden kann. Dadurch ist bei der Oszillation der Kontaktbrücke nur eine geringe Masse zu bewegen, was eine hohe Oszillationsfrequenz und damit eine effektive Strombegrenzung ermöglicht. Ein in den mechanischen Abmessungen auf die Kontaktbrücke eng aufeinander abgestimmter Luftspalt sorgt dabei für eine mechanische Führung der Kontaktbrücke in Bewegungsrichtung derselben, so dass sie sich quer zu ihrer Bewegungsrichtung nicht verbiegen kann, was aufgrund von magnetischen Kräften ansonsten geschehen könnte.

[0020] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Doppelkontaktstellen mit Lichtbogenlöscheinrichtungen versehen. Dies können an sich bekannte Lichtbogenlöschkammern sein, in die der Lichtbogen sich auf Lichtbogenleitschienen hineinbewegt. Dabei spaltet er in eine Serie von Teil-Lichtbögen auf, und dadurch entsteht eine noch größere Gegenspannung zu der den Lichtbogen treibenden Netzspannung, die sogenannte Lichtbogenspannung steigt, so dass die Kurzschlussstrombegrenzung noch effektiver wird.

[0021] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Enden der Kontaktbrücke gabelförmig aufgespalten, wobei jeder Gabelast ein bewegliches Kontaktstück trägt. Die Gabeläste können dabei symmetrisch oder unsymmetrisch zu dem Mittelteil der Kontaktbrücke ausgeführt sein. Bei symmetrischer Ausführung haben die Kontaktstücke auf jeder Längsseite der Kontaktbrücke denselben Abstand zu den ihnen zugeordneten feste Kontaktstücken. Bei unsymmetrischer Anordnung kann der Schaltabstand der Kontaktbrücke zu den beiden gegenüberliegenden Paaren von festen Kontaktstücken, also zu den beiden stabilen Schaltstellungen hin, unterschiedlich ausgeführt sein. Damit ist eine weitere Optimierungsmöglichkeit für das Schwingungsverhalten der Kontaktbrücke gegeben.

[0022] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dabei an jedem Ende der Kontaktbrücke je eine Fesselungseinrichtung vorhanden, wobei jede der Fesselungseinrichtungen gekoppelt ist mit den beiden ihr zugeordneten gabelförmigen Endstücken der Kontaktbrücke. Eine solche Anordnung der bistabilen Fesselungseinrichtung an den Enden der Kontaktbrücke kann konstruktiv einfacher zu realisieren sein als die oben beschriebene Lösung mit einer Koppelachse.

[0023] Eine erfindungsgemäße Strombegrenzungseinheit mit einem erfindungsgemäßen Strombegrenzungssystem weist ein Gehäuse auf, in welchem das Strombegrenzungssystem angeordnet ist. Damit kann das erfindungsgemäße Strombegrenzungssystem als Anbauteil oder Zubehörteil mit eigenem Gehäuse an ein vorhandenes Installationsschaltgerät, beispielsweise einen Leistungsschalter oder einen Motorschutzschalter, angebaut werden.

[0024] Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung von mehreren erfindungsgemäßen Strombegrenzungseinheiten sind die Strombegrenzungseinheiten räumlich parallel zueinander angeordnet, und im Gehäuse jeder Strombegrenzungseinheit ist ein Strombegrenzungssystem für eine einzige Phase angeordnet. Dies ist vorteilhaft für die Strombegrenzung in dreiphasigen Systemen.

[0025] Ein erfindungsgemäßes Installationsschaltgerät ist insbesondere ein Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter oder Motorschutzschalter, mit wenigstens einer Kontaktstelle, einem thermischen und/oder magnetischen Auslöser und hat ein erfindungsgemäßes Strombegrenzungssystem.

[0026] Dabei kann bei einem erfindungsgemäßen Installationsschaltgerät die Kontaktstelle, der thermische und/oder magnetische Auslöser und das Strombegrenzungssystem zusammen in einem Gehäuse untergebracht sein.

[0027] Es kann aber auch nur die Kontaktstelle und der thermische und/oder magnetische Auslöser zusammen in einem Gehäuse untergebracht sein, mit dem eine Strombegrenzungseinheit, wie oben beschrieben, verbunden ist.

[0028] Anhand der Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

[0029] Es zeigen:

Figur 1

ein erfindungsgemäßes Strombegrenzungssystem, bei dem die vier Festkontaktstücke paarweise über Kreuz elektrisch miteinander verbunden sind, in einer ersten stabilen Schaltstellung,

Figur 2

das Strombegrenzungssystem nach Figur 1 nach dem Öffnen der ersten Doppelkontaktstelle,

Figur 3

das Strombegrenzungssystem nach Figur 1 in der zweiten stabilen Schaltstellung,

Figur 4

das Strombegrenzungssystem nach Figur 1 nach dem Öffnen der zweiten Doppelkontaktstelle,

Figur 5

ein erfindungsgemäßes Strombegrenzungssystem in einer zweiten Ausführungsform, mit gabelförmig aufgespaltenem Ende der Kontaktbrücke,

Figur 6

ein erfindungsgemäßes Strombegrenzungssystem in einer dritten Ausführungsform, mit einer bistabilen Fesselungseinrichtung mit einer Zylinderdruckfeder, sowie

Figur 7

ein erfindungsgemäßes Strombegrenzungssystem, bei dem die vier Festkontaktstücke paarweise parallel elektrisch miteinander verbunden sind, in einer ersten stabilen Schaltstellung.

[0030] In den Figuren werden gleiche oder gleichwirkende Bauteile oder Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.

[0031] Figur 1 zeigt ein Strombegrenzungssystem 1, das entlang eines Strompfades 2 zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusskontakt 3, 4, ein Kontaktsystem 5 umfasst. Das Kontaktsystem 5 hat vier Festkontaktstücke 6, 6a, 7, 7a, die in zwei gegenüberliegenden Paaren von ersten 6, 6a und zweiten 7, 7a Festkontaktstücken angeordnet sind. Die vier Festkontaktstücke 6, 6a, 7, 7a sind paarweise mittels Leiterstücken 21, 21a über Kreuz elektrisch miteinander verbunden, also Kontaktstück 6 mit Kontaktstück 7a und Kontaktstück 6a mit Kontaktstück 7.

[0032] Es ist eine bewegliche Kontaktstücke 8, 8a tragende bewegliche Kontaktbrücke 9 vorgesehen. Diese bildet mit den beweglichen Kontaktstücken 8, 8a in einer ersten stabilen Schaltstellung, siehe Figur 1, eine erste geschlossene Doppelkontaktstelle 10 mit den beiden ersten Festkontaktstücken 6, 6a. In einer zweiten stabilen Schaltstellung, siehe Figur 3, bildet die Kontaktbrücke 9 mit ihren beweglichen Kontaktstücken 8, 8a eine zweite geschlossene Doppelkontaktstelle 11 mit den beiden zweiten Festkontaktstücken 7, 7a.

[0033] Ferner ist eine bistabile Fesselungseinrichtung 13 für die Kontaktbrücke 9 vorhanden, die mit der Kontaktbrücke 9 zur Einstellung des Ansprechschwellwertes und/oder des Schließschwellwertes gekoppelt ist. Die Fesselungseinrichtung 13 umfasst hier eine bistabile Schnappscheibe 14 umfasst, die über eine Koppelachse 15 mit der Kontaktbrücke 9 gekoppelt ist. Wenn der Strom unter den Schließschwellwert fällt, dann wird die Lorentzkraft F kleiner als die rückstellende Federkraft der Schnappscheibe, und die Schnappscheibe drückt die Kontaktbrücke in eine stabile Stellung. Welche der beiden möglichen stabilen Stellungen, oben oder unten, dabei eingenommen wird, hängt davon ab, auf welcher Seite der Totpunktlage der Schnappscheibe sich die Kontaktbrücke bei Eintritt des Ereignisses gerade befunden hat. Der Schließschwellwert kann also durch die Wahl der Federkonstante und der Federstärke der Schnappscheibe eingestellt werden. In der stabilen Stellung der Kontaktbrücke 9 wirkt die rückstellende Federkraft der Schnappscheibe 14 auch gleichzeitig als Kontaktdruckkraft, mit der die geschlossenen Doppelkontaktstelle zusammengehalten wird.

[0034] Die Doppelkontaktstellen 10, 11 sind mit Lichtbogenlöscheinrichtungen 20, 20a versehen. Es handelt sich dabei um Lichtbogenlöschblechanordnungen, wie sie im Prinzip bekannt sind und in die der Lichtbogen, geführt an Lichtbogenleitschienen 22, 22a, 23, 23a, siehe Figur 2 und 4, unter Ausbildung einer Serie von Teillichtbögen, einläuft, wobei sich die Lichtbogenspannung erhöht.

[0035] Das Kontaktsystem 1 umfasst ein Magnetsystem 17 zum Antreiben der Kontaktbrücke 9 aus ihrer stabilen Stellung in die jeweils andere stabile Stellung. Das Magnetsystem 17 hat einen Magnetkern 18, beispielsweise aus Stahl, mit einem Luftspalt, wobei die Kontaktbrücke 9 im Luftspalt 19 längsverschieblich angeordnet ist. Der Strom im Strompfad 2 läuft in Feldwicklungen, angeordnet auf beiden Seiten des Kerns 19, wodurch eine Magnetisierung des Kerns 18 bewirkt wird. Der Kern 18 mit dem Spalt 19 konzentriert das Magnetfeld im Kern 19, und die Kontaktbrücke 9 läuft in dem Spalt 19. Die hat zur Folge, dass die Magnetfeldrichtung B im Spalt 19 senkrecht zu der Stromrichtung in der Kontaktbrücke 9 steht, so dass die Kontaktbrücke 9 bei Überschreiten des Ansprechschwellwertes des Stroms durch die resultierende Lorentzkraft F aus ihrer stabilen Stellung in die andere stabile Stellung bewegt wird. Wenn der Ansprechschwellwert des Stromes überschritten wird, wird die Lorentzkraft so groß, dass sie die rückstellende Federkraft der Fesselungseinrichtung, also beispielsweise der Schnappscheibe 14, überwindet, und sich aus ihrer stabilen Position heraus in Bewegung setzen kann.

[0036] Im Falle eines Kurzschlussstromes bewegt sich also die Kontaktbrücke 9 je nach Ausgangslage der Schaltstellung, durch die erzeugte Magnetwirkung im Stahlkern 18 zu den gegenüberliegenden Festkontakten.

[0037] Die Feldwicklungen 24, 24a zur Erzeugung des Magnetfeldes im Stahlkern 18 können auf beiden Seiten des Stahlkerns angeordnet sein, wie in den Figuren gezeigt. Es kann jedoch auch nur eine Feldwicklung auf einer Seite angeordnet werden. Im gezeigten Beispiel in Figur 1 erzeugt eine Feldwicklung 24 ein abstoßendes und die andere Feldwicklung 24a ein anziehendes Magnetfeld, welche auf die Kontaktbrücke 9 wirken.

[0038] Wenn die Kontaktbrücke 9 öffnet, siehe Figur 2, entstehen Lichtbögen 12, 12a an den Doppelkontaktstellen 10, welche sich mit dem Öffnungsweg längen und den Kurzschlussstrom begrenzen. Wenn eine Lichtbogenlöschkammer 20, 20a hinter den Doppelkontaktstellen 10 angeordnet ist, bewegt sich der Lichtbogen 12, 12a in diese hinein und erzeugt eine noch größere Gegenspannung bzw. Kurzschlussstrombegrenzung. Dieser Vorgang hält solange an, bis die Kontaktbrücke 9 auf der anderen Seite wieder kontaktiert, zweite stabile Schaltstellung, siehe Figur 3. Dadurch wird der Lichtbogen kurzgeschlossen und erlischt.

[0039] Da die Festkontakte 7a, 7 in der zweiten stabilen Schaltstellung nach Figur 3 mit vertauschter Polarität angeschlossen sind, wird bei noch anstehendem Kurzschluss die Kontaktbrücke 9, durch die magnetische Wirkung, die Lorentzkraft F weist jetzt nach unten, wieder in die andere Richtung abheben bzw. die zweite Doppelkontaktstelle 11 öffnen. Der Bewegungsvorgang findet nun von der zweiten stabilen Schaltstellung zur ersten stabilen Schaltstellung statt, siehe Figur 4. Die damit verbundene Kurzschlussstrombegrenzung wiederholt sich. Dieser wechselnde Vorgang wiederholt sich so lange, bis der mit Kurzschlussstrom durchflossene Stromkreis von einem Schutzorgan, zum Beispiel einem Leitungsschutzschalter getrennt wird. Der Schutz durch ein zweites Schutzorgan ist erforderlich, da sich der Kurzschlußstrombegrenzer 1 auf Dauer nicht selbst schützen kann.

[0040] Es besteht jedoch die Möglichkeit durch eine mechanische oder elektrische Bewegungsabfrage der Kontaktbrücke, über beispielsweise die Koppelachse 15, einen separat angeordneten Unterbrechungskontakt anzusteuern und dadurch den Stromkreis zu unterbrechen bzw. den Kurzschlußstrombegrenzer gegen Überlastung zu schützen.

[0041] Die Kontaktkraft und Fesselung, ab der die Kontaktbrücke 9 abhebt, wird durch eine bistabile Schnappfederanordnung 13 realisiert. Wird diese durch die magnetische Kraftwirkung F der Kontaktbrücke 9 gedrückt, kippt diese ab einem gewissen Punkt von ihrer ersten stabilen Schaltstellung in ihre zweite stabile Schaltstellung und umgekehrt.

[0042] In der Ausführungsformgemäß Figur 6 umfasst die bistabile Fesselungseinrichtung 13c eine Druckfeder 16 umfasst, die über eine Koppelachse 15 mit der Kontaktbrücke 9 so gekoppelt ist, dass die Federkraft der Druckfeder 16 in einem Winkel zu der Verschieberichtung der Koppelachse 15 so auf diese wirkt, dass die Druckfeder 16 unter Überwindung einer Totpunktlage durch die Koppelachse 15 zwischen einer ersten und einer zweiten stabilen Stellung verschwenkbar ist. Die Druckfeder 16 ist hier eine Zylinderdruckfeder, ein günstiges und übliches Kontruktionsbauteil.

[0043] In der Ausführungsform gemäß Figur 5 sind die Enden der Kontaktbrücke 9 gabelförmig aufgespalten, wobei jeder Gabelast 9b, 9c, 9d, 9e ein bewegliches Kontaktstück 8b, 8c, 8d, 8e trägt. An jedem Ende der Kontaktbrücke ist je eine Fesselungseinrichtung 13a, 13b in Form einer bistabilen Schnappfederanordnung vorhanden, wobei jede der Fesselungseinrichtungen 13a, 13b gekoppelt ist mit den beiden ihr zugeordneten gabelförmigen Endstücken 9b, 9c; 9d, 9e der Kontaktbrücke 9.

[0044] Figur 7 zeigt in einer weiteren Ausführungsform ein Strombegrenzungssystem 1', das entlang eines Strompfades 2' zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusskontakt 3', 4', ein Kontaktsystem 5 umfasst. Das Kontaktsystem 5 hat vier Festkontaktstücke 6, 6a, 7, 7a, die in zwei gegenüberliegenden Paaren von ersten 6, 6a und zweiten 7, 7a Festkontaktstücken angeordnet sind. Die vier Festkontaktstücke 6, 6a, 7, 7a sind paarweise mittels Leiterstücken 21, 21 a parallel elektrisch miteinander verbunden, also Kontaktstück 6 mit Kontaktstück 7 und Kontaktstück 6a mit Kontaktstück 7a. Dadurch kommen die Verbindungsleiter zwischen den ersten und zweiten Kontaktstücken an den Rand des Magnetsystems zu liegen. Der Stromfluss in den Feldwicklungen 24 und 24 erfolgt hier gleichsinnig. Der Anschluss der oberen Feldwicklung 4' liegt jetzt auf der gegenüberliegenden Seite zu dem ersten Anschluss 3' der Feldwicklung. Ansonsten ist die Funktion des Strombegrenzungssystems 1' analog zu derjenigen des Strombegrenzungssystems 1, wie ausführlich oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 beschrieben.

[0045] Das erfindungsgemäße Strombegrenzungssystem 1, 1' kann an einen anderen Schutzschalter, beispielsweise einen Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Motorschutzschalter oder dergleichen, angebaut werden, oder es kann separat auf eine Normprofiltragschiene installiert werden und in Serie zu einem einzelnen Schutzschalter oder zu einer Gruppe von Schutzschaltern geschaltet werden.

[0046] Das erfindungsgemäße Strombegrenzungssystem 1, 1' kann sowohl in Gleichstromsystemen als auch in Wechselstromsystemen verwendet werden. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Strombegrenzungssystems 1, 1' kann die Verschweißneigung von Schutzschaltern verringert und das Schaltvermögen sowie die Betriebsspannung erhöht werden.

[0047] Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden veranschaulichenden Ausführungsform beschränkt ist, und daß die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne daß von wesentlichen Attributen derselben abgewichen wird, und es ist daher erwünscht, daß die vorliegenden Ausführungsformen in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht beschränkend betrachtet werden.

Bezugszeichenliste

[0048] 

1, 1'	Strombegrenzungssystem
2, 2'	Strompfad
3, 3'	Erster Anschlusskontakt
4, 4'	zweiter Anschlusskontakt
5 , 5'	Kontaktsystem
6, 6a	Erste Festkontaktstücke
7, 7a	Zweite Festkontaktstücke
8, 8a, 8b, 8c, 8d	bewegliche Kontaktstücke
9	Kontaktbrücke
9b, 9c, 9d, 9e	Gabelast
10	Erste Doppelkontaktstelle
11	Zweite Doppelkontaktstelle
12, 12a	Lichtbogen
13, 13a, 13b, 13c	Bistabile Fesselungseinrichtung
14	Bistabile Schnappscheibe
15,	Koppelachse
16	Druckfeder
17	Magnetsystem
18	Magnetkern
19	Luftspalt
20, 20a	Lichtbogenlöscheinrichtung
21, 21a	Leiterstück
22, 22a	Lichtbogenleitschiene
23, 23a	Lichtbogenleitschiene
24, 24a	Feldwicklung
B	Magnetfeldrichtung
F	Lorentzkraft

Ansprüche

1. Strombegrenzungssystem (1), welches geeignet ist, einen durch das Strombegrenzungssystem (1) fließenden Strom zu begrenzen, jedoch nicht dauernd zu unterbrechen, wobei das Strombegrenzungssystem (1) entlang eines Strompfades (2) zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusskontakt (3, 4) ein Kontaktsystem (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Kontaktsystem (5) vier Festkontaktstücke (6, 6a, 7, 7a) hat, die in zwei gegenüberliegenden Paaren von ersten (6, 6a) und zweiten (7, 7a) Festkontaktstücken angeordnet sind,

- dass eine bewegliche Kontaktstücke (8, 8a) tragende bewegliche Kontaktbrücke (9) vorgesehen ist,

- wobei die Kontaktbrücke (9) mit den beweglichen Kontaktstücken (8, 8a) in einer ersten stabilen Schaltstellung eine erste geschlossene Doppelkontaktstelle (10) mit den beiden ersten Festkontaktstücken (6, 6a) bildet,

- und wobei die Kontaktbrücke (9) in einer zweiten stabilen Schaltstellung eine zweite geschlossene Doppelkontaktstelle (11) mit den beiden zweiten Festkontaktstücken (7, 7a) bildet,

- und dass, wenn der Strom einen Ansprechschwellwert des Strombegrenzungssystems (1) überschreitet, die Kontaktbrücke (9) zwischen der ersten und der zweiten stabilen Schaltstellung hin und her wechselt,

- unter abwechselndem Entstehen und Verlöschen von Lichtbögen (12, 12a) beim Öffnen und erneuten Schließen der ersten beziehungsweise zweiten Doppelkontaktstellen (10, 11),

- und dass, wenn der Strom einen Schließschwellwert des Kontaktsystems (1) unterschreitet, die Kontaktbrücke (9) in einer der beiden stabilen Schaltstellungen verharrt.

2. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Festkontaktstücke (6, 6a, 7, 7a) paarweise über Kreuz elektrisch miteinander verbunden sind.

3. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Festkontaktstücke (6, 6a, 7, 7a) paarweise parallel elektrisch miteinander verbunden sind.

4. Strombegrenzungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine bistabile Fesselungseinrichtung (13,13a, 13b, 13c) für die Kontaktbrücke (9) vorhanden ist, die mit der Kontaktbrücke (9) zur Einstellung des Ansprechschwellwertes und/oder des Schließschwellwertes gekoppelt ist.

5. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fesselungseinrichtung (13) eine bistabile Schnappscheibe (14) umfasst, die über eine Koppelachse (15) mit der Kontaktbrücke (9) gekoppelt ist.

6. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fesselungseinrichtung (13c) eine Druckfeder (16) umfasst, die über eine Koppelachse (15) mit der Kontaktbrücke (9) so gekoppelt ist, dass die Federkraft der Druckfeder (16) in einem Winkel zu der Verschieberichtung der Koppelachse (15) so auf diese wirkt, dass die Druckfeder (16) unter Überwindung einer Totpunktlage durch die Koppelachse (15) zwischen einer ersten und einer zweiten stabilen Stellung verschwenkbar ist.

7. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem (1) ein Magnetsystem (17) umfasst zum Antreiben der Kontaktbrücke (9) aus ihrer stabilen Stellung in die jeweils andere stabile Stellung.

8. Strombegrenzungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem (17) einen Magnetkern (18) mit Luftspalt (19) hat, wobei die Kontaktbrücke (9) im Luftspalt (19) längsverschieblich angeordnet ist, und dass der Strom im Strompfad (2) eine Magnetisierung des Kerns (18) bewirkt, so dass die Magnetfeldrichtung im Spalt (19) senkrecht zu der Stromrichtung in der Kontaktbrücke (9) steht, so dass die Kontaktbrücke (9) bei Überschreiten des Ansprechschwellwertes des Stroms durch die resultierende Lorentzkraft aus ihrer stabilen Stellung in die andere stabile Stellung bewegt wird

9. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkontaktstellen (10, 11) mit Lichtbogenlöscheinrichtungen (20, 20a) versehen sind.

10. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kontaktbrücke (9) gabelförmig aufgespalten sind, wobei jeder Gabelast (9b, 9c, 9d, 9e) ein bewegliches Kontaktstück (8b, 8c, 8d, 8e) trägt.

11. Strombegrenzungssystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende der Kontaktbrücke je eine Fesselungseinrichtung (13a, 13b) vorhanden ist, wobei jede der Fesselungseinrichtungen (13a, 13b) gekoppelt ist mit den beiden ihr zugeordneten gabelförmigen Endstücken (9b, 9c; 9d, 9e) der Kontaktbrücke (9).

12. Strombegrenzungseinheit mit einem Strombegrenzungssystem (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Strombegrenzungseinheit ein Gehäuse aufweist, in welchem das Strombegrenzungssystem angeordnet ist.

13. Strombegrenzungseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische oder elektrische Bewegungsabfragevorrichtung zur Erfassung der Bewegung der Kontaktbrücke 9 vorgesehen ist, die einen Unterbrechungskontakt ansteuert und dadurch den Strompfad (2) unterbrechen kann oder den Kurzschlußstrombegrenzer (1) gegen Überlastung schützen kann.

14. Anordnung von mehreren Strombegrenzungseinheiten nach Anspruch 12, wobei die Strombegrenzungseinheiten räumlich parallel zueinander angeordnet sind und im Gehäuse jeder Strombegrenzungseinheit ein Strombegrenzungssystem (1) für eine einzige Phase angeordnet ist.

15. Installationsschaltgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter oder Motorschutzschalter, mit wenigstens einer Kontaktstelle, einem thermischen und/oder magnetischen Auslöser und einem Strombegrenzungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

Zeichnung