DE102007058216A1

DE102007058216A1 - Lichtbogen-Löscheinrichtung für einen elektrischen Schalter

Info

Publication number: DE102007058216A1
Application number: DE102007058216A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bach; Detlev Dipl.-Ing. Schmidt; Günter Dipl.-Ing. Seidler; Sezai Dipl.-Ing. Türkmen; Artur Wajnberg
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-06-04
Also published as: CN101447346B; CN101447346A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) für einen elektrischen Schalter (1) mit mehreren Lichtbogen-Löschblechen (23; 123; 223), die einen sich in einer Strömungsrichtung (37) erstreckenden, einseitig offenen Ausschnitt (38) aufweisen, wobei die Lichtbogen-Löschbleche (23; 123; 223) mit einem Gas abgebenden Material zumindest einseitig teilweise beschichtet sind und wobei auf den teilweise beschichteten Seiten der Lichtbogen-Löschbleche (23; 123; 223) jeweils zumindest eine sich an den Ausschnitt (38) anschließende und sich in der Strömungsrichtung (37) erstreckende Teilfläche des jeweiligen Lichtbogen-Löschbleches beschichtungsfrei ist. Zur Stabilisierung des Lichtbogens ist vorgesehen, dass sich die beschichtungsfreie Teilfläche (39; 139; 239) in der Strömungsrichtung (37) bis zum Ende (40) des jeweiligen Lichtbogen-Löschbleches (23; 123; 223) erstreckt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogen-Löscheinrichtung für einen elektrischen Schalter mit mehreren Lichtbogen-Löschblechen, die einen sich in einer Strömungsrichtung erstreckenden, einseitig offenen Ausschnitt aufweisen, wobei die Lichtbogen-Löschbleche mit einem Gas abgebenden Material zumindest einseitig teilweise beschichtet sind und wobei auf den teilweise beschichteten Seiten der Lichtbogen-Löschbleche jeweils zumindest eine sich an den Ausschnitt anschließende, sich in der Strömungsrichtung erstreckende Teilfläche des jeweiligen Lichtbogen-Löschbleches beschichtungsfrei ist.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Verfahren zum Herstellen einer derartigen Lichtbogen-Löscheinrichtung und auf einen elektrischen Schalter mit einer derartigen Lichtbogen-Löscheinrichtung.
Der Einsatz von Gas abgebenden Materialien insbesondere in Form gasender Kunststoffe in Lichtbogen-Löscheinrichtungen ist an sich bekannt. Diese gasenden Kunststoffe zeichnen sich dadurch aus, dass bei einer Wechselwirkung mit einem Schaltlichtbogen aus der Oberfläche der Kunststoffe gasförmige Zersetzungsprodukte freigesetzt werden. Diese gasförmigen Zersetzungsprodukte, die auch unter der Bezeichnung „Hartgas" bekannt sind, führen zu einem Überdruck am Ort der Lichtbogenlöschung und zwingen den Lichtbogen damit schneller zum Erlöschen.
Die Druckschrift DE 3247681 A1 zeigt gattungsgemäße Lichtbogen-Löscheinrichtungen, bei denen jedoch jedes der Lichtbogen-Löschbleche in dem in Strömungsrichtung gesehen – hinteren Abschnitt mit Gas abgebendem Material beschichtet ist, um ein Kurzschließen einzelner Teillichtbögen hinter den Lichtbogen-Löschblechen zu verhindern und den Lichtbogen in der Lichtbogen-Löscheinrichtung zu stabilisieren.
Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 102 42 310 A1 im einleitenden Teil der Beschreibung eine gattungsgemäße Lichtbogen-Löscheinrichtung. Diese Druckschrift zeigt weiterhin einen Leitungsschutzschalter, bei dem die Lichtbogen-Löscheinrichtung zusätzliches zu den Lichtbogen-Löschblechen oder an Stelle der Lichtbogen-Löschbleche eine Platte vorzugsweise aus Ultramid^® A3SK aufweist. Auch diese Platten dienen zur Stabilisierung des Lichtbogens.
Ausgehend von einer Lichtbogen-Löscheinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ( DE 3247681 A1 ) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Lichtbogen von kritischen Außenbereichen fernzuhalten und gleichzeitig die Verstärkung des Gasstromes so zu optimieren, dass schädliche Ionen, die eine erneute Zündung des Lichtbogens hervorrufen können, aus dem Bereich der Schaltkontakte sicher entfernt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich die beschichtungsfreie Teilfläche in der Strömungsrichtung bis zum Ende des jeweiligen Lichtbogen-Löschbleches erstreckt. – Da ein – in Strömungsrichtung gesehener – hinterer Abschnitt der Lichtbogen-Löschbleche im Bereich über dem Ausschnitt beschichtungsfrei gehalten ist, werden in diesem Bereich keine Gasströme erzeugt, die der Strömungsrichtung entgegen und damit in Richtung der Schaltkontakte gerichtet sein könnten.
Vorzugsweise sind nur die beidseitig des Ausschnittes gebildeten Ecken der Lichtbogen-Löschbleche, oder nur zwei streifenförmige, sich an die beiden in der Strömungsrichtung verlaufenden Seitenkanten der Lichtbogen-Löschbleche anschließende seitliche Endabschnitte der Lichtbogen-Löschbleche oder aber auch nur zwei zueinander konvexe, sich an die beiden in der Strömungsrichtung verlaufenden Seitenkanten der Lichtbogen-Löschbleche anschließende seitliche Endabschnitte der Lichtbogen-Löschbleche mit dem Gas abgebenden Material zumindest einseitig beschichtet.
Das Beschichten der Lichtbogen-Löschbleche der neuen Lichtbogen-Löscheinrichtung kann bevorzugt durch ein Tauch-Verfahren erfolgen. Das Gas abgebenden Material kann jedoch auch aufgespritzt werden. Vorgesehen ist in vorteilhafter Weise auch, ein Granulat aus Gas abgebenden Material aufzutragen und anschließend zu verschmelzen. – All diese Verfahren haben den Vorteil, dass sie automatisierbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel der neuen Lichtbogen-Löscheinrichtung ist in den 1 bis 7 dargestellt.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schalters mit einer Lichtbogen-Löscheinrichtung,
2 ein Schaltkontaktsystem des elektrischen Schalters, dem eine erfindungsgemäße Lichtbogen-Löscheinrichtung zugeordnet ist,
3 die Lichtbogen-Löscheinrichtung gemäß der 2 in Explosionsdarstellung
4 und 5 die Lichtbogen-Löscheinrichtung gemäß der 2 in zwei perspektivischen Darstellungen und
6 bis 8 drei Ausführungsformen vom Lichtbogen-Löschblechen der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Löscheinrichtung
Die 1 zeigt einen elektrischen Schalter 1 in Form eines Niederspannungs-Leistungsschalters, der ein Schaltkontaktsystem, eine dem Schaltkontaktsystem zugeordnete Lichtbogen-Löscheinrichtung 2 und ein aus zwei Gehäuseschalen 3 und 4 gebildetes Schaltpolgehäuse aufweist. Das Schaltpolgehäuse bildet dabei eine integrierte Schaltkammer 5 zur Aufnahme des Schaltkontaktsystems und eine zu der Schaltkammer 5 offene integrierte Löschkammer 6 zur Aufnahme der Lichtbogen-Löscheinrichtung 2. Das Schaltkontaktsystem besteht aus einer feststehenden Schaltkontaktanordnung 7 und einer beweglichen Schaltkontaktanordnung 8. Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 8 weist dabei einen schwenkbaren Kontaktträger 11 und mehrere bewegliche Schaltkontakte 12 in Form von Kontakthebeln auf. Die beweglichen Schaltkontakte 12 sind parallel zueinander schwenkbar und mittels jeweils zwei Kontaktkraft-Federn 13 unter Vorspannung federnd an dem Kontaktträger 11 abgestützt. Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 7 ist in bekannter Weise über eine in der 1 nur schematisch angedeutete Hebelanordnung 14 mit einer Schaltwelle 15 gekoppelt. Die Schaltwelle 15 dient gleichzeitig zum Antrieb nicht weiter dargestellter, parallel zu dem gezeigten Schaltkontaktsystem angeordneter weiterer Schaltkontaktsysteme, denen jeweils eine weitere, ebenfalls nicht dargestellte Lichtbogen-Löscheinrichtung zugeordnet ist. Die Schaltwelle 15 ist mittels einer Antriebsvorrichtung 16 aus einer Aus-Position, bei der die Schaltkontaktsysteme offen sind, in eine Ein-Position, bei der die Schaltkontaktsysteme geschlossen sind, zu überführen. Beim Überführen der Schaltwelle 15 in ihre Ein-Position werden die Kontaktkraft-Federn 13 weiter gespannt. Die Antriebsvorrichtung 16 weist einen mit einer Speicherfeder 17 versehenen Antrieb 18, einen den Antrieb 18 mit der Schaltwelle 15 koppelnden Antriebsstrang 19 und ein Schaltschloss 20 auf.
Gemäß der 2 bis 5 besteht jede der Lichtbogen-Löscheinrichtungen 2 aus zwei Isolierwänden 22 aus Fiber oder abbrandfestem Kunststoff sowie aus Lichtbogen-Löschblechen 23 und Lichtbogen-Leitblechen 24, 25 aus Stahlblech. Die Lichtbogen-Löschbleche 23 und die Lichtbogen-Leitbleche 24, 25 sind mit Zapfen 26 versehen, die in Löcher 27 der Isolierwände 22 eingeführt und verstemmt (vernietet) werden. Dadurch entsteht ein Löschblechpaket, das in die Löschkammer 6 eingesetzt wird. Die Lichtbogen-Löscheinrichtung 2 weist weiterhin einen abschließenden Deckel 28 auf, der mit Ausblasschlitzen 29, seitlichen Anformungen 30 und einer Durchführungsöffnung 31 versehen ist. Die seitlichen Anformungen 30 greifen in Schlitze 33 der Isolierwände 22, um den Deckel 28 an dem Löschblechpaket zu befestigen. Zur Befestigung der Lichtbogen-Löscheinrichtung 2 in der Löschkammer 6 dient eine Befestigungsschraube 21, die die Durchführungsöffnung 31 durchgreifend in eine ihr zugeordnete Gewindebohrung einer der beiden Gehäuseschalen 3 des Schaltpolgehäuses eingreift.
Gemäß der 2 ist der feststehenden Schaltkontaktanordnung 7 das flache Lichtbogen-Leitblech 24 zugeordnet, das eine senkrecht zu den Isolierplatten verlaufende Außenseite des Löschblechpaketes bildet. Der beweglichen Schaltkontaktanordnung 8 ist das Lichtbogen-Leitblech 25 zugeordnet, das ebenfalls eine senkrecht zu den Isolierplatten verlaufende Außenseite des Löschblechpaketes bildet. Es weist einen parallel zu den Lichtbogen-Löschblechen 23 verlaufenden ersten Teil 34 und einen entgegen der Öffnungsrichtung 32 der beweglichen Schaltkontakte 12 geneigte Abwinklung 35 auf. Das freie Ende dieser Abwinklungen 41 weist einen geringen Abstand zu den Bewegungsbahnen der als Lichtbogenhörner 36 ausgebildeten freien Enden der beweglichen Schaltkontakte 12 auf. Dies gewährleistet eine optimale Übergabe des Lichtbogenfußpunktes von den Lichtbogenhörnern 36 zu dem Lichtbogen-Leitblech 25.
Gemäß den 5 bis 8 weisen alle Ausführungsformen der mehreren, parallel zueinander angeordneten Lichtbogen-Löschbleche 23; 123; 223 einen sich in der Strömungsrichtung 37 der Schaltgase verlaufenden, in Richtung des Schaltkontaktsystems einseitig offenen Ausschnitt 38 auf. Dabei sind die Lichtbogen-Löschbleche 23; 123; 223 beidseitig mit einem Gas abgebenden Material in Form eines Kunststoffes jeweils nur teilweise so beschichtet, dass eine sich an die schmalste Stelle des Ausschnittes 38 anschließende und sich in der Strömungsrichtung erstreckende Teilfläche 39; 139; 239, die sich bis zum – in Strömungsrichtung 37 gesehen – hinteren Ende 40 des Lichtbogen-Löschbleches 23; 123; 223 erstreckt, beschichtungsfrei bleibt.
Die schon in der 5 gezeigte erste Ausführungsform der Lichtbogen-Löschbleche 23 ist in der 6 noch einmal dargestellt. Bei dieser ersten Ausführungsform sind nur die beidseitig des Ausschnittes 38 gebildeten Ecken 41, 42 des Lichtbogen-Löschbleches 23 beidseitig jeweils mit dem Gas abgebenden Material beschichtet, so dass also die Teilfläche 39, die sich bis zum hinteren Ende 40 des Lichtbogen-Löschbleches 23 erstreckt, beschichtungsfrei bleibt.
Die 6 zeigt eine zweite Ausführungsform von Lichtbogenlöschblechen 123, bei der nur zwei streifenförmige, sich an die beiden in der Strömungsrichtung 37 verlaufenden Seitenkanten 43, 44 der Lichtbogen-Löschbleche 123 anschließende seitliche Endabschnitte 45, 46 der Lichtbogen-Löschbleche 123 beidseitig mit dem Gas abgebenden Materialbeschichtet sind. Auch hier bleibt also die Teilfläche 139, die sich bis zum – in Strömungsrichtung 37 gesehen – hinteren Ende 40 des Lichtbogen-Löschbleches 123 erstreckt, beschichtungsfrei.
Weiterhin zeigt die 8 eine dritte Ausführungsform von Lichtbogen-Löschblechen 223, bei der nur zwei zueinander konvexe, sich an die beiden in der Strömungsrichtung 37 verlaufenden Seitenkanten 43, 44 der Lichtbogen-Löschbleche 223 anschließende seitliche Endabschnitte 47, 48 der Lichtbogen-Löschbleche 223 beidseitig mit dem Gas abgebenden Material beschichtet sind.
Dabei bilden die beschichteten Ecken 41, 42 bzw. seitlichen Endabschnitte 45, 46; 47, 48 weniger als ein Drittel der gesamten Lichtbogen-Löschbleche 23; 123 bzw. 223.
Alle drei gezeigten Ausführungsformen der Lichtbogenlöschbleche 23; 123; 223 zeichnen sich durch eine zielgerichtete Anordnung der Gas abgebenden beschichteten Teilflächen (Bereiche) und damit auch durch eine zielgerichtete Anordnung der beschichtungsfreien Teilflächen (Bereiche) auf den Lichtbogen-Löschblechen aus, die neben einer forcierten Kühlung einerseits den Lichtbogen in den mittleren, beschichtungsfreien Bereich der Lichtbogen-Löschbleche treibt und ihn damit von kritischen seitlichen Außenbereichen fernhält und die andererseits aber auch durch Verstärkung der Gasströmung im gesamten Bereich oberhalb des Ausschnittes schnell Ionen aus dem Kontaktbereich des Schaltkontaktsystems entfernt, um eine erneute Zündung des Lichtbogens im Kontaktbereich des Schaltkontaktsystems sicher auszuschließen.
Selbstverständlich können weitere Ausführungsformen von Lichtbogen-Löschblechen zum Einsatz kommen. Insbesondere kann nur eine einseitige Beschichtung jedes der Löschbleche vorgesehen sein. Bevorzugt ist hierbei jeweils die gleiche Seite zu beschichten, so dass sich trotzdem zwischen benachbarten Löschblechen jeweils eine Schicht aus Gas abgebenden Material befindet.
Das partielle Beschichten der Lichtbogen-Löschbleche mit einem Kunststoff, der unter Einfluss des Lichtbogens Gas bildet, kann durch ein Tauch-Verfahren erfolgen. Das Gas abgebenden Material kann jedoch auch aufgespritzt oder als Granulat aus Gas abgebenden Material aufgetragen und anschließend verschmolzen werden.
Die neue Lichtbogen-Löscheinrichtung zeichnet sich durch ein erheblich verbessertes Löschverhalten, und damit durch ein verbessertes Verhältnis zwischen dem Schaltkammer-Volumen und der Schaltleistung aus. Somit kann also entweder bei gleicher Schaltleistung das Schaltkammervolumen reduziert oder bei gleichem Schaltkammervolumen die Schaltleistung erhöht werden.
Andere montagetechnisch aufwendigere Lösungen zur Stabilisierung des Lichtbogens innerhalb des Löschblechpaketes – beispielsweise in Form von Lichtbogen-Leitelementen aus Kupfer, wie sie aus der DE 102 50 950 B4 bekannt sind – können entfallen. Eine Personengefährdung (beispielsweise aufgrund von Löschversagern im Kurzschlussfall) ist dabei sicher ausge schlossen, so dass keine weiteren Schutzmaßnahmen, insbesondere keine zusätzlichen Schutzabdeckungen der Isolierwände erforderlich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3247681 A1 [0004, 0006]
- DE 10242310 A1 [0005]
- DE 10250950 B4 [0029]

Claims

Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) für einen elektrischen Schalter (1) – mit mehreren Lichtbogen-Löschblechen (23; 123; 223), die einen sich in einer Strömungsrichtung (37) erstreckenden, einseitig offenen Ausschnitt (38) aufweisen, – wobei die Lichtbogen-Löschbleche (23; 123; 233) mit einem Gas abgebenden Material zumindest einseitig teilweise beschichtet sind und – wobei auf den teilweise beschichteten Seiten der Lichtbogen-Löschbleche (23; 123; 223) jeweils zumindest eine sich an den Ausschnitt (38) anschließende und sich in der Strömungsrichtung (37) erstreckende Teilfläche des jeweiligen Lichtbogen-Löschbleches beschichtungsfrei ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beschichtungsfreie Teilfläche (39; 139; 239) in der Strömungsrichtung (37) bis zum Ende (40) des jeweiligen Lichtbogen-Löschbleches (23; 123; 223) erstreckt.
Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur die beidseitig des Ausschnittes (38) gebildeten Ecken (41, 42) der Lichtbogen-Löschbleche (23) zumindest einseitig eine Schicht aus dem Gas abgebenden Material aufweisen.
Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur zwei streifenförmige, sich an die beiden in der Strömungsrichtung verlaufenden Seitenkanten (43, 44) der Lichtbogen-Löschbleche (123) anschließende seitliche End abschnitte (45, 46) der Lichtbogen-Löschbleche (123) zumindest einseitig eine Schicht aus dem Gas abgebenden Material aufweisen.
Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur zwei zueinander konvexe, sich an die beiden in der Strömungsrichtung verlaufenden Seitenkanten der Lichtbogen-Löschbleche (223) anschließende seitliche Endabschnitte (47, 48) der Lichtbogen-Löschbleche (223) zumindest einseitig eine Schicht aus dem Gas abgebenden Material aufweisen.
Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas abgebenden Material ein Kunststoff ist.
Verfahren zum Herstellen der Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas abgebenden Material durch ein Tauchverfahren aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen der Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas abgebenden Material aufgespritzt wird.
Verfahren zum Herstellen der Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Granulat aus Gas abgebenden Material aufgetragen und anschließend verschmolzen wird.
Elektrischer Schalter (1) mit einer Lichtbogen-Löscheinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogen-Löscheinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.