Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichstromschütz mit Vorzugsstromrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Ein derartiges Gleichstromschütz weist eine Doppelunterbrechung mit zwei Kontaktstellen auf, welche jeweils einen Festkontakt und einen beweglichen Kontakt umfassen. Die beweglichen Kontakte sind auf einer Kontaktbrücke angeordnet. Ferner weist das gattungsgemäße Gleichstromschütz eine Lichtbogenlöscheinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, wobei die Blaseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Schaltlichtbogen, der an der ersten Kontaktstelle beim Öffnen der Kontaktstellen entsteht, beim Schalten in Vorzugsstromrichtung in die Lichtbogenlöscheinrichtung zu blasen. Weiter ist bei dem gattungsgemäßen Gleichstromschütz benachbart zu dem beweglichen Kontakt der ersten Kontaktstelle ein Kommutierblech angeordnet, wobei die Kontaktbrücke und das Kommutierblech elektrisch voneinander isoliert sind, und wobei das Kommutierblech mit dem Festkontakt der zweiten Kontaktstelle potenzialverbunden ist, so dass der an der ersten Kontaktstelle entstehende Schaltlichtbogen beim Schalten in Vorzugsstromrichtung aufgrund der Wirkung der Blaseinrichtung von der Kontaktbrücke auf das Kommutierblech überspringt und dadurch der an der zweiten Kontaktstelle entstehende Schaltlichtbogen überbrückt wird.

Ein gattungsgemäßes Gleichstromschütz ist beispielsweise aus DE 10 2010 031 907 B9 bekannt. Das Schütz ist sehr einfach aufgebaut und wird beispielsweise bei Bahnanwendungen eingesetzt, um Gleichstrom bis zu etwa 3 kV Nennspannung zu schalten. Da bei dem gattungsgemäßen Schütz der zweite Schaltlichtbogen an der zweiten Kontaktstelle beim Überspringen des ersten Schaltlichtbogens von der Kontaktbrücke auf das Kommutierblech überbrückt wird, wird der zweite Schaltlichtbogen dadurch einfach zum Erlöschen gebracht. Es bleibt lediglich der erste Schaltlichtbogen stehen, der wiederum durch die Blaseinrichtung in die Lichtbogenlöscheinrichtung geblasen und dort zum Erlöschen gebracht wird.

In der Bahntechnik werden an Gleichstromschütze zum Teil besonders hohe Anforderungen gestellt. In diesem Bereich kommt es mitunter vor, dass reversible oder Wechselstrom-Schaltlasten geschaltet werden müssen, wobei die zu schaltenden reversiblen oder Wechselstrom-Schaltlasten allerdings in der Regel deutlich geringer sind als die Nennschaltlast im Gleichstrombetrieb bei Vorzugsstromrichtung. Besonders niedrige derartige Lasten lassen sich auch mit einem gattungsgemäßen Gleichstromschütz schalten. Die Anforderungen, die im Bereich der Bahntechnik an die verwendeten Schaltschütze gestellt werden, werden jedoch zunehmend größer. Es besteht daher Bedarf nach Gleichstromschützen mit verbesserter Schalttauglichkeit für Wechselstromlasten und Polung entgegen der Vorzugsrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gleichstromschütz der gattungsgemäßen Art mit verbesserter Schalttauglichkeit für Wechselstromlasten und Polung entgegen der Vorzugsrichtung anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn das Gleichstromschütz eine Hilfslichtbogenlöscheinrichtung aufweist, wobei die Blaseinrichtung derart dimensioniert und ausgeführt ist, dass der an der ersten Kontaktstelle entstehende Schaltlichtbogen beim Schalten entgegen der Vorzugsstromrichtung aufgrund der Wirkung der Blaseinrichtung von der Kontaktbrücke auf den Festkontakt der zweiten Kontaktstelle überspringt und zwischen den beiden Festkontakten hindurch in die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung geblasen wird.

Die Erfindung bietet eine sehr einfache Lösung, um die Schalttauglichkeit des gattungsgemäßen Gleichstromschützes für Wechselstromlasten und Polung entgegen der Vorzugsrichtung erheblich zu verbessern. Das erfindungsgemäße Gleichstromschütz ist weiterhin äußert einfach konzipiert und kann dadurch einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Die im Folgenden als Lichtbogenlöscheinrichtung bezeichnete Hauptlichtbogenlöscheinrichtung des erfindungsgemäßen Gleichstromschützes kommt lediglich beim Schalten in Vorzugsrichtung zum Einsatz. Sie ist vorzugsweise benachbart zur ersten Kontaktstelle angeordnet. Der an der ersten Kontaktstelle entstehende Schaltlichtbogen muss dann nur einen geringen Weg bis zur Lichtbogenlöscheinrichtung zurücklegen und wird daher schnell zum Erlöschen gebracht. Weiter vorzugsweise sind die Kontaktbrücke und das Kommutierblech durch einen Luftspalt voneinander getrennt. Weiter vorzugsweise ist das Kommutierblech als Lichtbogenleitblech ausgeführt und umgibt einen Randbereich der Lichtbogenlöscheinrichtung zumindest teilweise. Einer der Lichtbogenfußpunkte des an der ersten Kontaktstelle entstehenden Schaltlichtbogens wird bei dieser Ausführung auf dem Lichtbogenleitblech entlang der Lichtbogenlöscheinrichtung geführt. Dadurch wird der Schaltlichtbogen gestreckt und in die Lichtbogenlöscheinrichtung geblasen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung zwischen zwei Kontaktschienen angeordnet, welche die beiden Festkontakte mit Anschlusskontakten des Gleichstromschützes verbinden. Dadurch kann die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung besonders platzsparend in dem Gleichstromschütz untergebracht werden, und es ergibt sich eine insgesamt kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Gleichstromschützes. Vorzugsweise übernehmen die beiden Kontaktschienen die Aufgabe, den Schaltlichtbogen in die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung zu leiten, und sind daher jeweils als Lichtbogenleitblech ausgeführt. Weiter vorzugsweise bildet dabei die mit dem Festkontakt der ersten Kontaktstelle verbundene Kontaktschiene gleichzeitig das zweite Lichtbogenleitblech für die Lichtbogenlöscheinrichtung und das erste Lichtbogenleitblech für die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung. Die mit dem Festkontakt der zweiten Kontaktstelle verbundene Kontaktschiene bildet vorzugsweise das zweite Lichtbogenleitblech für die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung kleiner dimensioniert als die Lichtbogenlöscheinrichtung. Da das Gleichstromschütz in der Regel nur in Ausnahmefällen eine Schalttauglichkeit für Wechselstromlasten und Polung entgegen der Vorzugsrichtung aufweisen muss, und die zu schaltenden Lasten dabei in der Regel geringer sind als die Nennschaltlast des Gleichstromschützes, ergibt sich dadurch eine besonders kompakte Bauweise. Weiter vorzugsweise weist die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung weniger Löschelemente auf als die Lichtbogenlöscheinrichtung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Lichtbogenlöscheinrichtung und/oder die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung mehrere Löschelemente aus Keramik auf. Keramische Löschelemente haben sich für die Löschung von Schaltlichtbögen bewährt. Weiter vorzugsweise sind zumindest einige der Löschelemente der Lichtbogenlöscheinrichtung zu einem von außen herausnehmbaren Einsatz zusammengefasst, um die Zugänglichkeit zur ersten Kontaktstelle zu Wartungs- und Inspektionszwecken zu erleichtern. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Einsatz mechanisch ver- bzw. entriegelbar ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwischen den Löschelementen Strömungskanäle gebildet, wobei die Strömungskanäle jeweils einen Streuabschnitt aufweisen, wobei die Streuabschnitte benachbarten Strömungskanäle unterschiedlich geneigt ausgebildet sind, so dass eine Auffächerung der aus den Löschelementen austretenden Gase erzielt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein durch den Schaltlichtbogen erzeugtes Plasma besonders schnell abtransportiert werden kann. Dadurch wird der Schaltlichtbogen besonders schnell zum Erlöschen gebracht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kontaktbrücke an einem dem Kommutierblech zugewandten Ende verjüngt. Vorzugsweise ist die Kontaktbrücke an diesem Ende spitz zulaufend ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass der Schaltlichtbogen bei Vorzugsstromrichtung schnell und zuverlässig auf das Kommutierblech überspringt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Blaseinrichtung einen Permanentmagnet auf, der benachbart zu einem Ende der Kontaktbrücke angeordnet ist, wobei zwischen dem Permanentmagnet und dem Ende der Kontaktbrücke ein keramisches Schutzelement angeordnet ist. Dadurch ist der Permanentmagnet vor einer Beschädigung durch den Schaltlichtbogen geschützt. Vorzugsweise ist das Schutzelement plattenförmig ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist der Permanentmagnet an demjenigen Ende der Kontaktbrücke angeordnet, welches dem Kommutierblech zugewandt ist.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Kommutierblech auf einer der Lichtbogenlöscheinrichtung abgewandten Außenseite zumindest teilweise durch ein Abschirmelement abgedeckt. Dadurch können in dem Bereich der Außenseite des Kommutierblechs weitere elektrische bzw. elektronische Bauteile des Gleichstromschützes angeordnet werden, ohne dass es zu Störeffekten bzw. Beschädigungen durch den Schaltlichtbogen kommt. Die elektrischen oder elektronischen Bauteile können beispielsweise Teil der Steuerung des Gleichstromschützes sein, oder es kann sich um Hilfsschalter handeln.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Kontaktstellen und das Kommutierblech durch eine Isolationsfolie zumindest bereichsweise gegenüber einem Antrieb und/oder einer Steuerung des Gleichstromschützes isoliert. Dadurch kann unter Berücksichtigung der geforderten Luft- und Kriechstrecken eine kompaktere Bauweise erzielt werden. Um einen Abbrand der Isolierfolie im Bereich der zweiten Kontaktstelle zu vermeiden, ist vorzugsweise zwischen Isolierfolie und zweiter Kontaktstelle eine Schutzverkleidung angeordnet. Vorzugsweise ist diese plattenförmig ausgebildet und aus Stahl gefertigt.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

• Fig. 1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Gleichstromschützes,
• Fig. 2 das erfindungsgemäße Gleichstromschütz aus Fig. 1 mit teilweise geöffnetem Gehäuse, und
• Fig. 3 eine Detailansicht eines der Löschelemente des erfindungsgemäßen Gleichstromschützes aus den Figuren 1 und 2.

Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Zeichnung Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.

Eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Gleichstromschützes 1 ist in Fig. 1 gezeigt. Der innere Aufbau des Gleichstromschützes 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Gleichstromschütz 1 weist eine Doppelunterbrechung mit zwei Kontaktstellen 2 und 3 auf. Die erste Kontaktstelle besteht aus dem Festkontakt 4 und dem beweglichen Kontakt 5, die zweite Kontaktstelle 3 umfasst den Festkontakt 6 und den zugehörigen beweglichen Kontakt 7. Die beiden beweglichen Kontakte 5 und 7 sind auf einer Kontaktbrücke 8 angeordnet. Die Kontaktbrücke 8 wird durch einen elektromagnetischen Antrieb 25 betätigt, der mittels der Steuerung 23 angesteuert wird. Die Steuerung 23 ist dabei außerhalb des Gehäuses 31 des erfindungsgemäßen Gleichstromschützes 1 angeordnet und daher auch in Fig. 1 zu erkennen. Jeder der beiden Festkontakte 4 und 6 ist über eine Kontaktschiene 14 bzw. 15 mit einem entsprechenden Anschlusskontakt 27 des Gleichstromschützes verbunden. Beim Öffnen der Kontaktstellen entsteht ein Schaltlichtbogen, der möglichst schnell zum Erlöschen gebracht werden muss, um Beschädigungen der Kontakte bzw. weiterer Bauteile des Gleichstromschützes zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist das Gleichstromschütz 1 mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung 9 sowie einer Blaseinrichtung 10, die im Wesentlichen aus einem Permanentmagneten besteht, ausgerüstet. Das Magnetfeld des Permanentmagneten 10 ist dabei so ausgerichtet, dass ein an der ersten Kontaktstelle 2 bei Vorzugsstromrichtung entstehender Schaltlichtbogen in die Lichtbogenlöscheinrichtung 9 getrieben wird. Um dafür zu sorgen, dass das Magnetfeld an den entscheidenden Stellen aufgebaut wird, sind zu beiden Seiten des Gehäuses entsprechende aus dem Stand der Technik bekannte Polplatten 30 angeordnet. Eine der beiden Polplatten ist in Fig. 1 gezeigt.

Das erfindungsgemäße Gleichstromschütz 1 verfügt über ein sogenanntes Kommutierblech 11, welches nahe der ersten Kontaktstelle 2 beginnt und sich klammerartig an den linken Randbereich der Lichtbogenlöscheinrichtung 9 anlegt. Das Kommutierblech 11 ist über eine Verbindungslitze 12 mit dem Festkontakt 6 der zweiten Kontaktstelle potentialverbunden. Bei Vorzugsstromrichtung springt der an der ersten Kontaktstelle entstehende Schaltlichtbogen aufgrund der Wirkung des Magnetfeldes von der Kontaktbrücke 8 auf das Kommutierblech 11 über und überbrückt dadurch den an der zweiten Kontaktstelle entstehenden Schaltlichtbogen. Das Kommutierblech 11 und die mit dem ersten Festkontakt 4 verbundene Kontaktschiene 14 wirken sodann als Lichtbogenleitbleche. Durch sie wird der an der ersten Kontaktstelle 2 entstehende Schaltlichtbogen gestreckt, während er durch den Permanentmagneten 10 in die Lichtbogenlöscheinrichtung 9 geblasen wird. Dadurch wird eine schnelle und sichere Löschung des Schaltlichtbogens erreicht.

Um das Überspringen des Schaltlichtbogens von der Kontaktbrücke 8 auf das Kommutierblech 11 zu begünstigen, ist das an der Kontaktstelle 2 gelegene Ende 20 der Kontaktbrücke 8 spitz zulaufend ausgebildet. Um zu verhindern, dass der Schaltlichtbogen von der Kontaktbrücke 8 auf den benachbart angeordneten Permanentmagneten 10 durchschlägt, ist zwischen dem Ende 20 der Kontaktbrücke 8 und dem Permanentmagneten 10 ein plattenförmig ausgebildetes keramisches Schutzelement 21 angeordnet.

Liegt an den Festkontakten des erfindungsgemäßen Gleichstromschützes eine entgegengesetzt zur Vorzugsrichtung gepolte Spannung an, so kann der an der ersten Kontaktstelle 2 entstehende Schaltlichtbogen nicht durch die Lichtbogenlöscheinrichtung 9 gelöscht werden. Das Magnetfeld des Permanentmagneten 10 sorgt in diesem Fall dafür, dass der an der ersten Kontaktstelle 2 entstehende Schaltlichtbogen von der Lichtbogenlöscheinrichtung 9 weg nach unten geblasen wird. Um auch in diesem Fall eine zuverlässige Löschung des Schaltlichtbogens zu gewährleisten, ist das erfindungsgemäße Gleichstromschütz mit einer Hilfslichtbogenlöscheinrichtung 13 ausgestattet. Diese befindet sich zwischen den beiden Kontaktschienen 14 und 15 der beiden Festkontakte 4 und 6. Der an der ersten Kontaktstelle 2 entstehende Schaltlichtbogen wird aufgrund der Wirkung des Magnetfeldes entlang der Kontaktbrücke 8 vom beweglichen Kontakt 5 der ersten Kontaktstelle in Richtung des beweglichen Kontaktes 7 der zweiten Kontaktstelle getrieben und springt dabei über auf den benachbarten Festkontakt 6 der zweiten Kontaktstelle bzw. vereinigt sich mit dem an der zweiten Kontaktstelle 3 entstehenden Schaltlichtbogen. Jedenfalls wird der an der zweiten Kontaktstelle 3 entstehende Schaltlichtbogen zum Erlöschen gebracht, sobald der an der ersten Kontaktstelle entstehende Schaltlichtbogen von der Kontaktbrücke 8 auf den Festkontakt 6 der zweiten Kontaktstelle 3 überspringt. Ab diesem Zeitpunkt wirken die beiden Kontaktschienen 14 und 15 als Lichtbogenleitbleche. Der Schaltlichtbogen wird durch die Blaswirkung des Permanentmagneten 10 entlang dieser beiden Lichtbogenleitbleche in die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung 13 getrieben und dort zum Erlöschen gebracht. Das erfindungsgemäße Gleichstromschütz eignet sich daher auch, um Ströme entgegen der Vorzugsrichtung bzw. Wechselstromlasten bis zu einem gewissen Grad sicher und zuverlässig abzuschalten. Um eine kompakte Bauweise zu erreichen, sind die Kontaktstellen und das Kommutierblech durch eine Isolationsfolie 24 gegenüber Antrieb und Steuerung isoliert. Um einen Abbrand der Isolationsfolie im Bereich der zweiten Kontaktstelle 3, verursacht durch den an der Kontaktstelle 3 entstehenden Schaltlichtbogen, zu vermeiden, ist die Isolierfolie 24 in diesem Bereich durch eine Schutzverkleidung in Form einer kleinen Stahlplatte 26 abgedeckt. Um die Steuerung 23 vor Einstreuungen zu schützen, ist zwischen der Steuerung 23 und dem Kommutierblech 11 bzw. der Lichtbogenlöscheinrichtung 9 ein Abschirmelement 22 angeordnet.

Sowohl die Lichtbogenlöscheinrichtung 9 als auch die Hilfslichtbogenlöscheinrichtung 13 bestehen aus mehreren keramischen Löschelementen 16. Eines der Löschelemente ist im Detail in Fig. 3 dargestellt. Wie aus Fig. 3 deutlich wird, ist jeweils zwischen zwei benachbarten Löschelementen ein Strömungskanal 17 gebildet, durch den das durch den Schaltlichtbogen erzeugte Plasma nach außen geführt wird. Richtung Auslassende 19 hin weist der Strömungskanal einen Streuabschnitt 18 auf, wobei die Streuabschnitte benachbarter Strömungskanäle unterschiedlich geneigt ausgebildet sind, so dass eine Auffächerung der aus den Löschelementen austretenden Gase erzielt wird. Dadurch kann das durch den Schaltlichtbogen erzeugte Plasma schneller abtransportiert werden, wodurch auch der Schaltlichtbogen schneller gelöscht werden kann.

Zu Wartungs- und Inspektionszwecken können einige der Löschelemente der Lichtbogenlöscheinrichtung 9 herausgenommen werden, ohne dass hierfür das Gehäuse 31 des erfindungsgemäßen Gleichstromschützes zerlegt werden muss. Die herausnehmbaren Löschelemente sind mittels der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Klammern 28 zu einem herausnehmbaren Einsatz zusammengefasst. Dieser kann mittels des in Fig. 1 gezeigten Riegels 29 ver- bzw. entriegelt werden. Der Einsatz umfasst dabei diejenigen Löschelemente, durch welche die erste Kontaktstelle 2 verdeckt wird. Durch Herausnehmen des Einsatzes können die Kontakte entsprechend überprüft werden.