[0001] Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für einen elektrischen Schalter sowie einen
elektrischen Schalter mit solch einem Kontaktsystem.
[0002] Beim Öffnen von stromführenden Kontakten in elektrischen Schaltern entstehen Lichtbögen.
Beispielsweise entsteht dieser beim Öffnen von stromführenden Kontakten bei einem
Kurzschluss. Lichtbögen führen zu einer Verbrennung der Kontakte, die hauptsächlich
aus Silber bestehen und entsprechend teuer sind. Wenn ein Lichtbogen nicht schnell
genug gelöscht wird, fließt sehr viel Energie durch das Schutzgerät, die Stromleitungen
und die Geräte, die geschützt werden müssen. Dies führt zur thermischen Überlastung
bis zur Zerstörung von stromführenden und angrenzenden Teilen eines elektrischen Schaltkreises.
[0003] Zum Löschen von Lichtbögen werden typischerweise Löschbleche verwendet, die den Lichtbogen
in mehrere Abschnitte aufteilen und abkühlen und damit insgesamt schneller löschen.
Beim Stromfluss des Lichtbogens entsteht ein magnetisches Feld, welches den Lichtbogen
in Richtung der Löschbleche treibt, wo er dann gelöscht wird.
[0004] Bisher sind zur Beschleunigung des Löschprozesses Löschbleche aus ferromagnetischen
Materialien eingesetzt.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinheit anzugeben, bei dem der
Löschprozess durch zusätzliche magnetische Kräfte beschleunigt wird.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalteinheit für einen elektrischen
Schalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Schalteinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß
ebenso durch den elektrischen Schalter gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters sind in den Unteransprüchen 10 und 11
angegeben.
[0007] Die erfindungsgemäße Schalteinheit für einen elektrischen Schalter gemäß Anspruch
1 umfasst mindestens einen Festkontakt und einen Bewegkontakt mit einer Stromzuführung
zum Bewegkontakt, die zum Schließen bzw. Öffnen des Strompfades miteinander in mechanischen
Kontakt gebracht bzw. voneinander mechanisch oder magnetisch getrennt werden, wobei
die Schalteinheit weiterhin mindestens ein Löschblech umfasst, welches einen beim
Öffnen der elektrischen Kontakte entstehenden Lichtbogen beeinflusst, wobei die Stromzuführung
so ausgebildet ist, dass diese in der geöffneten Stellung den Strom in Gegenrichtung
zur Stromrichtung des Lichtbogens entlang des Lichtbogens leitet.
[0008] Vorteilhaft hierbei ist, dass der Löschprozess durch eine zusätzliche magnetische
Kraft beschleunigt wird. In der geöffneten Stellung der Schalteinheit wird der Strom
in Gegenrichtung zur Stromrichtung des Lichtbogens geleitet, wodurch der Lichtbogen
durch das Magnetfeld der Stromleitung weiter in Richtung der Löschbleche getrieben
wird. Durch die abstoßenden Kräfte zwischen dem Lichtbogen und der Stromzuführung
zu dem Bewegkontakt wird der Lichtbogen noch schneller in Richtung der Löschbleche
bewegt. Damit hat der Lichtbogen größere Kontaktflächen mit den Löschblechen und wird
dadurch besser von den Löschblechen gekühlt. Des Weiteren wird hierdurch der Löschprozess
beschleunigt, der Durchflussstrom reduziert und die Sicherheit des Abschaltvorganges
bei Kurzschlüssen erhöht.
[0009] In einer Ausgestaltung ist die Stromzuführung so ausgebildet, dass diese in der geöffneten
Stellung den Strom im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen leitet.
[0010] In einer Ausgestaltung umfasst der Bewegkontakt einen Kontaktarm und ein Kontaktstück
und die Stromzuführung ist so ausgebildet, dass diese in der geöffneten Stellung im
Wesentlichen parallel zum Lichtbogen verläuft.
[0011] In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Schalteinheit zusätzlich eine Isolierung,
welche die Stromzuführung elektrisch zum Lichtbogen isoliert.
[0012] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Stromzuführung in unmittelbarer Nähe zum
Lichtbogen angeordnet, so dass der Lichtbogen möglichst nahe zur Stromzuführung verläuft.
[0013] In einer weiteren Ausgestaltung ist der Kontaktarm drehbar um einen Drehpunkt D gelagert
und wird zum Schließen bzw. Öffnen des Strompfades um diesen Drehpunkt D geschwenkt.
[0014] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Stromzuführung einen halbkreisförmig geformten
Abschnitt auf, der in der geöffneten Stellung im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen
verläuft.
[0015] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Stromzuführung aus festem, stromleitendem
Material oder als stromleitende Litze, die in der Isolierung fest eingebaut ist, ausgeführt.
[0016] Der erfindungsgemäße elektrische Schalter gemäß Anspruch 9 umfasst eine erfindungsgemäße
Schalteinheit und eine Handhabe, wobei die Handhabe die Schalteinheit zum Schließen
bzw. Öffnen des Strompfades betätigt.
[0017] In einer Ausgestaltung ist die Schalteinheit in einer Polkassette angeordnet.
[0018] In einer weiteren Ausgestaltung ist der elektrische Schalter ein Leistungsschalter,
ein Leitungsschalter, ein Motorschutzschalter, ein Schütz, ein Gleichspannungsschalter
oder ein ACB (air circuit breaker).
[0019] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie
die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich
im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang
mit den Figuren näher erläutert werden.
- Figur 1
- typische Schalteinheit aus Bewegkontakt und Festkontakt sowie Lichtbogen;
- Figur 2
- erfindungsgemäße Schalteinheit mit Festkontakt und Bewegkontakt in der geschlossenen
Stellung;
- Figur 3
- erfindungsgemäße Schalteinheit mit Festkontakt und Bewegkontakt in der geöffneten
Stellung sowie Lichtbogen;
- Figur 4
- alternative erfindungsgemäße Schalteinheit mit translatorischer Bewegung des Bewegkontaktes
und Festkontakt in der geöffneten Stellung sowie Lichtbögen; und
- Figur 5
- elektrischer Schalter mit erfindungsgemäßer Schalteinheit.
[0020] In Figur 1 ist eine herkömmliche Schalteinheit dargestellt. Die Stromführung umfasst
einen Festkontakt 100 mit einem Kontaktstück 400 und einen Bewegkontakt 200 mit einem
Kontaktstück 300.
[0021] Weiterhin sind Löschbleche 500 vorgesehen, die dazu dienen, einen beim Öffnen der
elektrischen Kontakte entstehenden Lichtbogen 600 zu beeinflussen. Der Stromfluss
ist anhand von Pfeilen dargestellt und geht über den Kontaktarm 200 des Bewegkontakts
zum Kontaktstück 300 über den Lichtbogen 600 zum Kontaktstück 400 des Festkontakts
100. Ebenso kann der Stromfluss natürlich auch entgegengesetzt zur Pfeilrichtung sein.
[0022] In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Schalteinheit 1000 dargestellt. Dabei zeigt die
Darstellung der Figur 2 die geschlossene Stellung, die einen Stromfluss ermöglicht.
Die Schalteinheit 1000 umfasst einen Festkontakt 100, 400 und einen Bewegkontakt 200,
300, die zum Schließen bzw. Öffnen des Strompfades miteinander in mechanischen Kontakt
gebracht bzw. voneinander mechanisch oder magnetisch getrennt werden, wobei die Schalteinheit
1000 weiterhin mindestens ein Löschblech 500 umfasst, welches einen beim Öffnen der
elektrischen Kontakte 100, 400: 200, 300 entstehenden Lichtbogen 600 beeinflusst.
Der Strom wird über eine Stromzuführung 250 zum Bewegkontakt 200 und dem Kontaktstück
400 geleitet.
[0023] Der Bewegkontakt 200, 300 umfasst einen Kontaktarm 200 und ein Kontaktstück 300.
Ebenso kann der Festkontakt 100, 400 aus einem Kontaktarm 100 und einem Kontaktstück
400 bestehen. Die beiden Kontaktstücke 300 und 400 sind in mechanischem Kontakt, so
dass sich die Schalteinheit 1000 in der geschlossenen Stellung befindet und ein Stromfluss
möglich ist.
[0024] In Figur 2 ist weiterhin eine Isolierung 700 dargestellt, welche die Stromzuführung
250 von einem entstehenden Lichtbogen 600 elektrisch isoliert.
[0025] Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Schalteinheit 1000 in der geöffneten Stellung.
Dazu wurden der Festkontakt 100, 400 vom Bewegkontakt 200, 300 mechanisch oder magnetisch
getrennt. Unter Stromfluss, beispielsweise bei einem Kurzschluss, entsteht ein Lichtbogen
600. Dieser Lichtbogen 600 bildet sich zwischen den Kontaktstücken 300 und 400. Die
Löschbleche 500 dienen dazu, den Lichtbogen 600 zu unterteilen und zu löschen.
[0026] Die Stromzuführung 250 ist so ausgebildet, dass diese in der geöffneten Stellung
der Schalteinheit 1000 den Strom in Gegenrichtung zur Stromrichtung des Lichtbogens
600 leitet. Der Strom der Stromzuführung 250 wird entlang des Lichtbogens 600 geleitet.
Gemäß der Darstellung in Figur 3 verläuft die Stromzuführung 250 in der geöffneten
Stellung im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen 600. Die Isolierung 700 isoliert
elektrisch die Stromzuführung 250 zum Lichtbogen 600.
[0027] In der Figur 3 ist der Stromfluss mit Pfeilen dargestellt. Der Stromfluss in der
Stromzuführung 250 ist entgegengesetzt dem Stromfluss des Lichtbogens 600. Dadurch
entstehen magnetische Kräfte, die zu einer Abstoßung des Lichtbogens 600 führen in
Richtung der Löschbleche 500. Durch diese Maßnahme kann der Lichtbogen 600 schneller
als herkömmlich gelöscht werden.
[0028] Die erfindungsgemäße Schalteinheit 1000 in der Darstellung der Figuren 2 und 3 wird
dadurch in die geschlossene bzw. geöffnete Stellung gebracht, indem es drehbar um
einen Drehpunkt D gelagert ist. Zum Schließen bzw. Öffnen des Strompfades wird der
Bewegkontakt 200, 300 um diesen Drehpunkt D geschwenkt.
[0029] Die Stromzuführung 250 ist so angeordnet, dass diese in der geöffneten Stellung im
Wesentlichen parallel zum Lichtbogen 600 verläuft.
[0030] Die Stromzuführung 250 zum Bewegkontakte kann mittels einer Litze 800 elektrisch
kontaktiert sein, so dass der Strom der Schalteinheit 1000 von der Litze 800 zum Kontaktstück
300 fließt.
[0031] In der geöffneten Stellung der erfindungsgemäßen Schalteinheit 1000 leitet die Stromzuführung
250 den Strom im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen 600. Des Weiteren ist die Stromzuführung
250 in unmittelbarer Nähe zum Lichtbogen 600 angeordnet, so dass der Lichtbogen 600
möglichst nah zur Stromzuführung 250 verläuft. Entsprechend der Darstellung der Figur
3 bedeutet dies, dass in einem Anfangszustand der Lichtbogen 600 möglichst nah an
der Isolierung 700 der Schalteinheit 1000 verläuft und sich dann aufgrund der magnetischen
Kräfte in Richtung der Löschbleche 500 bewegt.
[0032] In Figur 4 ist eine alternative Ausführung der erfindungsgemäßen Schalteinheit 1000
dargestellt. Der Bewegkontakt 200; 200' wird translatorisch bewegt zum Öffnen bzw.
Schließen des Strompfades.
[0033] In der Darstellung der Figur 4 ist die Schalteinheit 1000 geöffnet und es kann kein
Strom direkt fließen. Beim Öffnen der Bewegkontakte 200; 200' unter Stromfluss, beispielsweise
im Kurzschlussfall, entstehen Lichtbögen 600; 600', die an Löschblechen 500; 500'
gelöscht werden können. Die Bewegkontakte 200; 200' sind elektrisch und mechanisch
mittels der Stromzuführung 250 verbunden.
[0034] In Figur 4 ist der Strompfad so, dass in der geöffneten Stellung der Strom in Gegenrichtung
zur Stromrichtung des Lichtbogens 600 geleitet wird. In der geöffneten Stellung der
erfindungsgemäßen Schalteinheit 1000 ist die Stromzuführung 250 so ausgebildet, dass
sie den Strom im Wesentlichen parallel zu den Lichtbögen 600; 600' leitet. Dadurch
wird sichergestellt, dass die Lichtbögen 600; 600' in Richtung der Löschbleche 500;
500' getrieben werden.
[0035] Auch in Figur 4 kennzeichnen Pfeile die Stromrichtung. Ebenso ist eine entgegengesetzt
zur Darstellung verlaufende Stromrichtung möglich. Entsprechend der Darstellung in
Figur 4 ist die translatorische Bewegung der Bewegkontakte 200; 200' eine Bewegung
nach oben bzw. unten. In der Darstellung der Figur 4 können zum elektrischen Schließen
der Schalteinheit 1000 die Bewegkontakte 200; 200' nach unten bewegt werden, so dass
die Kontaktstücke 300; 400, 300'; 400' miteinander in mechanischen Kontakt treten.
[0036] In Figur 5 ist ein elektrischer Schalter 1500 dargestellt. Der elektrische Schalter
1500 umfasst eine erfindungsgemäße Schalteinheit 1000 und eine Handhabe 1510. Die
Handhabe 1510 betätigt zum Schließen bzw. Öffnen des Strompfades die Schalteinheit
1000. Typischerweise wird die Handhabe 1510 von einem Operateur bedient, ebenso ist
aber auch ein Motor-Operator denkbar, der die Handhabe 1510 elektromechanisch schaltet.
Die erfindungsgemäße Schalteinheit 1000 kann sich in einer Polkassette 1520 befinden.
Typischerweise kann der elektrische Schalter 1500 mehrere Polkassetten 1520 umfassen
für jeweils einen elektrischen Pol.
[0037] Der elektrische Schalter 1500 kann beispielsweise ein Leistungsschalter, ein Leitungsschalter,
ein Motorschutzschalter, ein Schütz, ein Gleichspannungsschalter oder auch ein ACB
(air circuit breaker) sein.
[0038] Bei der Kontaktöffnung im Kurzschlussfall macht der bewegliche Kontakt 200; 200'
eine rotatorische oder eine translatorische Bewegung. Zwischen den Kontaktstücken
300 und 400 entsteht ein Lichtbogen 600, wobei der Strom in Gegenrichtung zum Stromfluss
im gegenüberliegenden kreisförmigen oder linearen Abschnitt der Stromzuführung 250
des Bewegkontaktes 200; 200' fließt. Dabei entstehen zwischen dem Lichtbogen 600 und
der Stromzuführung 250 abstoßende Kräfte, die den Lichtbogen 600 noch schneller in
die Löschbleche 500 bewegt. Damit hat der Lichtbogen größere Kontaktfläche mit den
Löschblechen und wird dadurch besser von den Löschblechen gekühlt.
1. Schalteinheit (1000) für einen elektrischen Schalter (1500), wobei die Schalteinheit
(1000) mindestens einen Festkontakt (100, 400; 100', 400') und einen Bewegkontakt
(200, 300; 200', 300') mit einer Stromzuführung (250) zum Bewegkontakt (200, 300;
200', 300') umfasst, die zum Schließen beziehungsweise Öffnen des Strompfades miteinander
in mechanischen Kontakt gebracht beziehungsweise voneinander mechanisch oder magnetisch
getrennt werden, wobei die Schalteinheit (1000) weiterhin mindestens ein Löschblech
(500) umfasst, welches einen beim Öffnen der elektrischen Kontakte (100, 400; 100',
400': 200, 300; 200', 300') entstehenden Lichtbogen (600) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung (250) so ausgebildet ist, dass diese in der geöffneten Stellung
den Strom in Gegenrichtung zur Stromrichtung des Lichtbogens (600) entlang des Lichtbogens
(600) leitet.
2. Schalteinheit (1000) gemäß Anspruch 1, wobei die Stromzuführung (250) so ausgebildet
ist, dass diese in der geöffneten Stellung den Strom im Wesentlichen parallel zum
Lichtbogen (600) leitet.
3. Schalteinheit (1000) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Bewegkontakt (200, 300; 200',
300') einen Kontaktarm (200; 200') und ein Kontaktstück (300; 300') umfasst und die
Stromzuführung (250) so ausgebildet ist, dass diese in der geöffneten Stellung im
Wesentlichen parallel zum Lichtbogen (600) verläuft.
4. Schalteinheit (1000) gemäß Anspruch 3, wobei die Schalteinheit (1000) zusätzlich eine
Isolierung (700) umfasst, welche die Stromzuführung (250) elektrisch zum Lichtbogen
(600) isoliert.
5. Schalteinheit (1000) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Stromzuführung
(250) in unmittelbarer Nähe zum Lichtbogen (600) angeordnet ist, so dass der Lichtbogen
(600) möglichst nah zur Stromzuführung (250) verläuft.
6. Schalteinheit (1000) gemäß einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei der Kontaktarm (200)
drehbar um einen Drehpunkt (D) gelagert ist und zum Schließen beziehungsweise Öffnen
des Strompfades um diesen Drehpunkt (D) geschwenkt wird.
7. Schalteinheit (1000) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Stromzuführung (250)
einen halbkreisförmig geformten Abschnitt aufweist, der in der geöffneten Stellung
im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen (600) verläuft.
8. Schalteinheit (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromzuführung
(250) aus festem, stromleitendem Material oder als stromleitende Litze, die in der
Isolierung (700) fest eingebaut ist, ausgeführt ist.
9. Elektrischer Schalter (1500) umfassend eine Schalteinheit (1000) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche und eine Handhabe (1510), wobei die Handhabe (1510) die Schalteinheit (1000)
zum Schließen beziehungsweise Öffnen des Strompfades betätigt.
10. Elektrischer Schalter (1500) gemäß Anspruch 9, bei dem die Schalteinheit (1000) in
einer Polkassette (1520) angeordnet ist.
11. Elektrischer Schalter (1500) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der elektrische Schalter
(1500) ein Leistungsschalter, ein Leitungsschalter, ein Motorschutzschalter, ein Schütz,
ein Gleichspannungsschalter oder ein ACB (air circuit breaker) ist.