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Die
Erfindung betrifft einen Leistungsschalter oder einen Leitungsschutzschalter
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Somit umfasst der Leistungsschalter
beziehungsweise Leitungsschutzschalter einen Festkontakt und einen
zum Schließen eines
Stromkreises auf den Festkontakt aufschwenkbaren Bewegkontakt. Ferner
sind Mittel vorgesehen, die den Bewegkontakt im Falle eines Kurzschlussstroms
in dem geschlossenen Stromkreis von dem Festkontakt wieder wegschwenken
(um den Stromkreis zu öffnen,
damit der Kurzschlussstrom unterbunden wird). Typischerweise umfassen
solche Mittel eine Magnetspule mit einem Schlaganker. Beim Wegschwenken
des Bewegkontakts von dem Festkontakt bildet sich ein Lichtbogen
aus, und zwar zunächst
zwischen Festkontakt und Bewegkontakt. Üblicherweise ist eine Laufschiene
vorgesehen, auf die der Lichtbogen dann von dem Bewegkontakt überspringen
kann. Der Festkontakt ist über
eine leitende Verbindung mit einer Löschkammer verbunden. In herkömmlichen
Leistungsschaltern oder Leitungsschutzschaltern läuft der
Lichtbogen dann mit dem einen Ende von dem Festkontakt zur Löschkammer und
mit dem anderen Ende über
die Laufschiene ebenfalls zur Löschkammer.
Die Löschkammer
besteht aus einer Abfolge von Blechen. Der Lichtbogen wird in der
Löschkammer
in eine Vielzahl von kleinen Teillichtbögen aufgeteilt und bricht schließlich zusammen.
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Der
Lichtbogen, dessen Ausbildung mit dem Abfall einer hohen Spannung
einhergeht, wirkt strombegrenzend. Da eine möglichst starke Begrenzung des
Stroms erwünscht
ist, werden bei Leitungsschaltern häufig so genannte Doppelunterbrechungen
verwendet. Hierbei werden zwei Festkontakte bereitgestellt sowie
ein Bewegkontakt, der eine elektrische Verbindung von einem Festkontakt
zum anderen Festkontakt schafft, beispielsweise indem er gabelförmig ausgebildet
ist. Beim Wegschwenken des Bewegkontakts von den beiden Festkontakten
bilden sich dann zwei Lichtbögen
aus, nämlich
von dem einen Festkontakt zum Bewegkontakt und weiter in elektrischer
Reihe vom Bewegkontakt zum zweiten Festkontakt. Durch das Vorhandensein
zweier Lichtbögen,
die sich sofort beim Wegschwenken des Bewegkontakts unabhängig voneinander
ausbilden, kommt es zu einer besonders effektiven Begrenzung des
Stroms. Doppelunterbrechungen werden insbesondere dann verwendet,
wenn die Leitungsschutzschalter einen hohen Nennstrombereich und
ein hohes Schaltvermögen
haben sollen. Doppelunterbrecher haben den Nachteil, dass wegen
der Notwendigkeit, zwei Festkontakte mit zugehörigen Strombahnen bereitzustellen,
wobei den Festkontakten üblicherweise
jeweils eine Löschkammer
zugeordnet ist, in den entsprechenden Leitungsschutzschalter relativ
begrenzter Platz zur Verfügung
steht. Doppelunterbrecher bewirken insbesondere dort Platzprobleme,
wo die Breite des Leitungsschutzschalters begrenzt ist.
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Es
ist bekannt, dass einzelne Löschkammern
nicht aus einer Abfolge von gleich großen Blechen bestehen, sondern
dass einzelne Bleche hervorstehen können.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzubilden, dass
auf besonders effektive Weise eine Strombegrenzung bewirkt wird.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass eine Lichtbogentrennschiene bereitgestellt wird, die im Bereich
der Entstehung des Lichtbogens eine Aufspaltung des sich ausbildenden
oder des gerade ausgebildeten Lichtbogens in zwei Lichtbögen bewirkt (welche
naturgemäß elektrisch
in Reihe arbeiten).
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Unter
dem Bereich der Entstehung des Lichtbogens ist der Bereich zu verstehen,
den der schwenkbare Bewegkontakt definiert. Die Erfindung nutzt
die Erkenntnis, dass die Auftrennung des Lichtbogens in eine Vielzahl
von Teillichtbögen
nicht erst in der Löschkammer
sinnvoll sein kann, sondern auch bevor ein Lichtbogen vom Bereich
seiner Entstehung abge leitet wird. Damit geht die Zeit zwischen der
Entstehung des Lichtbogens und seinem Eintreffen in der Löschkammer
nicht wie im Stand der Technik verloren, sondern eine Strombegrenzung
erfolgt durch die Aufteilung in zwei Lichtbögen bereits direkt bei beziehungsweise
unmittelbar nach der Entstehung des Lichtbogens.
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Die
Lichtbogentrennschiene kann insbesondere dann optimal im Bereich
der Entstehung des Lichtbogens wirken, wenn sie diesen Bereich umfasst.
So ist bevorzugt die Lichtbogentrennschiene an einem Ende gabelförmig ausgebildet,
wobei die Gabel so angeordnet ist, dass der Bewegkontakt beim Wegschwenken
von dem Festkontakt durch die Gabel hindurch geschwenkt wird. Ein Überspringen des
sich gerade ausbildenden Lichtbogens während des Verschwenkens des
Bewegkontakts wird durch diese Maßnahme erleichtert. Alternativ
kann die Lichtbogentrennschiene bis unterhalb des Schwenkbereichs
des Bewegkontakts geführt
sein.
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Auch
bei der Erfindung bleibt es dabei, dass Löschkammern bereitgestellt werden.
Bevorzugt führt
die Lichtbogentrennschiene jeden der beiden Lichtbögen zu einer
Löschkammer.
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Um
diese Aufgabe zu verwirklichen, kann einerseits vorgesehen sein,
dass die Lichtbogentrennschiene eine Löschkammer in zwei Teile trennt.
Dann werden ein erster Lichtbogen zu einem ersten Teil und ein zweiter
Lichtbogen zu einem zweiten Teil der Löschkammer geführt. Die
Lichtbogentrennschiene übernimmt
dann in der Löschkammer
die Rolle eines Trennblechs.
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Alternativ
kann die Lichtbogentrennschiene die beiden Lichtbögen zu zwei
verschiedenen Löschkammern
führen.
Bei dieser Ausführungsform
kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Lichtbogentrennschiene
nicht plattenförmig
ausgeführt
ist, sondern aufgebogen ist und einerseits von der ersten Löschkammer
zum Bereich der Entstehung des Lichtbogens und andererseits von
diesem Bereich zur zweiten Löschkammer
verläuft.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform sieht
die Lichtbogentrennschiene wie folgt aus: An zwei entgegengesetzten
Seiten weist sie Metalloberflächen
auf, die elektrisch nur an einem Abschnitt miteinander verbunden
sind, und zwar nur an einem sich zum Bereich der Entstehung des
Lichtbogens hin erstreckenden Endabschnitt der Lichtbogentrennschiene.
Bevorzugt sind die beiden Metalloberflächen jenseits des Endabschnitts
durch eine Isolatorschicht voneinander getrennt. Diese Ausführungsform
ist insbesondere im Zusammenhang mit einem Grundaufbau des Leistungsschalters
oder Leitungsschutzschalters einsetzbar, der von dem Stand der Technik nicht
oder nur unwesentlich abweicht. So kann der Festkontakt über eine
leitende Verbindung mit einer Löschkammer
verbunden sein und eine Laufscheine ebenfalls mit einer Löschkammer
verbunden sein. Anstatt dass sie im Stand der Technik zwischen der leitenden
Verbindung des Festkontakts mit der Löschkammer und der Laufschiene
ein einziger Lichtbogen ausgebildet wird, trennt die Lichtbogentrennschiene,
wie ihr Name bereits aussagt, diese Wegstrecke in zwei Teilwegstrecken.
Die erste Metalloberfläche
der Lichtbogentrennschiene weist zu der leitenden Verbindung zwischen
Festkontakt und Löschkammer,
und die zweite Metalloberfläche
der Lichtbogentrennschiene weist zu der Laufschiene. Auf diese Weise
kann sich ein erster Lichtbogen zwischen der leitenden Verbindung
und der ersten Metalloberfläche
und in Reihe dazu ein zweiter Lichtbogen zwischen der zweiten Metalloberfläche und
der Laufschiene ausbilden. Dadurch, dass die beiden Metalloberflächen leitend
lediglich im Bereich der Entstehung des Lichtbogens, also am Endabschnitt der
Lichtbogentrennschiene, miteinander verbunden sind, fließt der elektrische
Strom über
die erste Metalloberfläche
zum Endabschnitt und vom Endabschnitt zur zweiten Metalloberfläche. (Eine
elektrische Verbindung muss gewährleistet
sein, damit die beiden Lichtbögen
elektrisch in Reihen ausgebildet sind.) Dadurch, dass der Strom
zu dem Endabschnitt der Lichtbogentrennschiene hin fließt, bildet
sich um die Lichtbogentrennschiene ein Magnetfeld aus, das die Bewegung
der beiden Lichtbögen
von diesem Endabschnitt weg för dert,
so dass die Lichtbögen
besonders effektiv und schnell zu der Löschkammer geführt werden.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht durch einen Leitungsschutzschalter
von der Seite gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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2 einen
Ausschnitt aus dem Leitungsschutzschalter aus 1 in
Draufsicht senkrecht zu der Darstellung von 1 veranschaulicht,
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3–6 einen
Ausschnitt aus der Seitenansicht von 1 in verschiedenen
Stadien veranschaulichen, um die Ausbildung der beiden Lichtbögen zu verdeutlichen,
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7 eine
Variante der ersten Ausführungsform
darstellt,
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8 schematisch
eine Querschnittsansicht eines Leitungsschutzschalters von der Seite
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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1 zeigt
schematisch in einer Querschnittsansicht von der Seite die wesentlichen
Bauteile eines Leitungsschutzschalters 10. Der Leitungsschutzschalter 10 hat
einen Eingangsanschluss 12 und einen Ausgangsanschluss 14.
Im in 1 dargestellten eingeschalteten Zustand fließt der Strom
von dem Anschluss 12 über
eine Magnetspule 16, in der ein Schlaganker 18 ausgebildet
ist, zu einem Festkontakt 20. Auf den Festkontakt 20 aufgeschwenkt gezeigt
ist ein Bewegkontakt 22. Der Bewegkontakt 22 ist über eine
Litze 24 und ein Bimetallelement 26 mit dem Anschluss 14 verbunden.
Das Bimetallelement 26 verbiegt sich bei dauerhaften Überströmen und
unterbricht die Verbindung zwischen den Anschlüssen 12 und 14.
Auch bei einem Kurzschlussstrom wird die Verbindung unterbrochen,
und zwar bewirkt dann die Magnetspule 16 eine Bewegung
des Schlagankers 18 gegen den Bewegkontakt 22,
der dann von dem Festkontakt 20 weggeschwenkt wird.
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Beim Öffnen der
elektrischen Verbindung zwischen Bewegkontakt 22 und Festkontakt 20,
also beim Wegschwenken des Bewegkontakts 22, bildet sich
ein Lichtbogen zwischen Bewegkontakt 22 und Festkontakt 20 aus.
Der Lichtbogen springt üblicherweise
von dem Bewegkontakt 22 auf eine Laufschiene 28 über. Die
Laufschiene 28 ist mit einer Löschkammer 30 verbunden.
Auch der Bewegkontakt 22 ist über eine leitende Verbindung 32 mit
der Löschkammer 30 verbunden.
Im Stand der Technik gibt es keine weiteren Elemente, so dass der
Lichtbogen nach dem Überspringen
von dem Bewegkontakt 22 auf die Laufschiene 28 mit
seinem einen Ende entlang der Laufschiene 28 bewegt und
gleichzeitig von dem Festkontakt 20 mit seinem anderen
Ende entlang der leitenden Verbindung 32 bewegt.
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Bei
der in 1 veranschaulichten erfindungsgemäßen Ausführungsform
kommt es jedoch nicht zur Ausbildung eines einzigen Lichtbogens,
der zur Löschkammer 30 geleitet
wird. Grund hierfür
ist die Bereitstellung einer Lichtbogentrennschiene 34, welche
ausgehend von der Löschkammer 30 in
den Schwenkbereich des Bewegkontakts 22 geführt ist.
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2 veranschaulicht
eine Draufsicht auf diesen Schwenkbereich. Der Leitungsschutzschalter 10 aus 1 wird
in 1 von rechts gesehen in 2 dargestellt.
Zu sehen ist in 2 schattiert der Festkontakt 20 mit
davor befindlichem schwenkbaren Bewegkontakt 22, wobei
die eigentliche Berührfläche, die
den elektrischen Kontakt bildet, mit 36 bezeichnet ist.
Die Lichtbogentrennschiene 34 endet, wie in 2 zu
sehen, gabelförmig.
Vorliegend ist eine U-Form dargestellt, es ist jedoch auch prinzipiell jede
andere Form wie etwa eine V-Form möglich. Die Gabelform ermöglicht es,
dass der Bewegkontakt 22 durch die Lichtbogentrennschiene 34 hindurch schwenken
kann. Anders ausgedrückt
ermöglicht
es die Gabelform, den Bewegkontakt 22 teilweise zu umgreifen,
ohne dass seine Schwenkbarkeit beeinträchtigt wird.
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Die 3 bis 6 veranschaulichen
nun, wie die Lichtbogenausbildung bei der Erfindung aussieht. Dargestellt
ist jeweils ein Ausschnitt aus der Seitenansicht gemäß 1.
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In 3 berührt der
Bewegkontakt 22 noch den Festkontakt 20. Es soll
nun gerade ein Kurzschlussstrom fließen, der in 3 schematisch
veranschaulicht ist. Aufgrund des Kurzschlussstroms bewegt die Magnetspule 16 den
Schlaganker 18 gegen den Bewegkontakt 22, und
der Bewegkontakt 22 schwenkt vollständig von dem Festkontakt 20 weg, wie
dies in den 4 bis 6 gezeigt
ist, wobei er schließlich
die Endstellung gemäß 6 erreicht. Unmittelbar
nach dem Ablösen
des Bewegkontakts 22 von dem Festkontakt 20 entsteht
ein Lichtbogen L. Der Bewegkontakt 22 schwenkt durch das
gabelförmige
Ende der Lichtbogentrennschiene 34 (vergleiche 2).
Dadurch kommt es zum Überspringen des
Lichtbogens auf die Lichtbogentrennschiene 34, wobei diese
eine Trennung des sich ausbildenden Lichtbogens L in zwei Teile,
nämlich
einen ersten Lichtbogen L1 und einen zweiten Lichtbogen L2 bewirkt.
Die Lichtbogentrennschiene 34 ist als Platte ausgebildet,
deren beiden Oberflächen 38 und 40 metallisch
sind. Die beiden Metalloberflächen 38 und 40 sind
in einem Endabschnitt der Lichtbogentrennschiene 34, also
im Bereich der Gabel aus 2 leitend miteinander verbunden.
Die leitende Verbindung ist in 4 mit der
Bezugszahl 42 bezeichnet. Der Lichtbogen L1 (5)
bildet sich somit zwischen dem Festkontakt 20 und der ersten
Metalloberfläche 38 aus.
Der Strom fließt
dann über
die Metalloberfläche 38,
und über
die leitende Verbindung 42, und von der metallischen Oberfläche 40 aus
entsteht ein zweiter Lichtbogen L2 zum Bewegkontakt 42.
Der zweite Lichtbogen L2 springt schließlich auf die Laufschiene 28 über, siehe 6.
Anstelle wie im Stand der Technik nur einen einzigen Lichtbogen über die Strecke
vom Festkontakt 20 zur Laufschiene 28 auszubilden,
bewirkt die Lichtbogentrennschiene 34 also das Ausbilden
zweier Lichtbögen
L1 und L2. Die Lichtbögen
L1 und L2 sind elektrisch in Serie, wobei die Stromverbindung über die
Metalloberfläche 38, über die
leitende Verbindung 42 und über die Metalloberfläche 40 erfolgt.
Durch die Darstellung des elektrischen Stroms vermittels Schraffierung
in 6 ist zu erkennen, dass der Strom auf der Lichtbogentrennschiene 34 U-förmig fließt. Es bilden
sich deswegen Magnetfelder um das freie Ende der Lichtbogentrennschiene 34 aus,
und diese Magnetfelder drängen
die Lichtbögen
L1 und L2 in Richtung zur Löschkammer 30 (1),
in 6 also nach unten links.
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Eine
Variante der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform
ist in 7 dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 1 endet die
Lichtbogentrennschiene 134 unmittelbar vor der Löschkammer 130,
die somit wie eine herkömmliche Löschkammer
gebaut sein kann. Weil die Lichtbogentrennschiene 134 bis
unmittelbar vor die Löschkammer 130 geführt ist,
springen die Lichtbögen
L1 und L2 auf die Löschkammer 130 über. Somit
verhalten sich die Lichtbögen
im Wesentlichen nicht anders als bei der Ausführungsform gemäß 1.
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Eine
Alternative zur ersten, in 1 dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung ist in 8 veranschaulicht. Während bei
der Ausführungsform gemäß 1 die
Lichtbogentrennschiene 34 plattenförmig ausgebildet ist und die
Löschkammer 30 in zwei
Teile teilt, geht die Ausführungsform
gemäß 8 darüber hinaus.
Anstelle die Löschkammer
in zwei Teile zu teilen sind gleich zwei Löschkammern an verschiedenen
Orten im Leitungsschutzschalter 10' angeordnet. Eine erste Löschkammer 30' wird hierbei
durch ein Metallteil 38' der
Lichtbogentrennschiene 34' abgeschlossen.
Eine zweite Löschkammer 30'' wird durch ein Metallteil 40' abgeschlossen. Die
Lichtbogentrennschiene 34' ist
im Vergleich zur Lichtbogentrennschiene 34 aus 1 gewissermaßen aufgebogen.
Ansonsten geht die Anordnung gemäß 8 gewissermaßen durch „Umklappen" der Anordnung gemäß 1 aus
dieser hervor, zumindest was die schematische Darstellung betrifft.
Die übrigen
Bauteile sind grundsätzlich
unverändert, wenn
auch unter Umständen
wie dargestellt an etwas anderem Ort platziert. Auch hier soll die
Lichtbogentrennschiene 34' im
Schwenkbereich des Bewegkontakt 22 gabelförmig ausgebildet
sein, so dass diese bei seiner Schwenkbewegung nicht behindert wird. Erfolgt
diese Schwenkbewegung im Zusammenhang mit einem Kurzschlussstrom,
so bildet sich ein erster Lichtbogen zwischen dem Festkontakt 20 und
der Oberfläche 38' aus. Dieser
erste Lichtbogen wird zur Löschkammer 30' geführt. Ein
zweiter Lichtbogen bildet sich zwischen der Laufschiene 28' und der Metalloberfläche 40' der Lichtbogentrennschiene 34' aus und wird
zur Löschkammer 30'' geführt.
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Im
Stand der Technik ist die Auftrennung eines einzigen Lichtbogens,
während
er sich ausbildet oder wenn er gerade ausgebildet ist, in zwei Lichtbögen in der
beschriebenen Form nicht bekannt. Bekannt ist lediglich, zwei getrennte
Lichtbögen
in Serie durch die eingangs beschriebenen Doppelunterbrecher zu
erzeugen. Hierbei werden zwei Festkontakte bereitgestellt und ein
Bewegkontakt, der auf beide Festkontakte aufschwenkt. Die beschriebene
Erfindung erlaubt es, trotz Verwendung eines Einfachunterbrechers
zwei Lichtbögen
zu erzeugen. Dadurch ergeben sich im Vergleich zu einem Doppelunterbrecher
Vorteile. Der größte Vorteil
eines erfindungsgemäßen Einfachunterbrechers
mit Lichtbogentrennschiene ist die geringere Verlustleistung des
Einfachunterbrechers im Vergleich zum Doppelunterbrecher verbunden
mit dem im Vergleich zum herkömmlichen Einfachunterbrecher
höheren
Schaltvermögen.
Das höhere
Schaltvermögen
wird dadurch erreicht, dass – wie
beim Doppelunterbrecher – bereits
vor Einlaufen des Lichtbogens in die Löschkammer 2 Lichtbögen existieren
und damit die doppelte Bogenspannung bereits vor Einlaufen in die
Löschkammer
für eine
bessere Strombegrenzung sorgt. Ein weiterer Vorteil ist der geringere
Platzbedarf eines Einfachunterbrechers (mit Lichtbogentrennschiene)
gegenüber dem
Doppelunterbrecher. Insbesondere können die Löschkammern 30, 130, 30' und 30'' jeweils die gesamte Gerätebreite
ausnutzen. Für
die Strombahnen (siehe beispielsweise 12 und 14)
im Leitungsschutzschalter 10 beziehungsweise 10' steht ebenfalls
ausreichend Platz zur Verfügung.
Die erfindungsgemäßen Vorteile
können
jedoch nicht nur im Vergleich zu einem Doppelunterbrecher erzielt werden,
sondern auch bei einem Doppelunterbrecher, wobei die Bereitstellung
einer oder gegebenenfalls zweier Lichtbogentrennschienen als Zusatzmaßnahme anzusehen
ist. Verwirklicht man die vorliegende Erfindung bei einem Doppelunterbrecher,
kommt es zur Ausbildung von vier Lichtbögen.