DE19735521A1 - Lichtbogenlöscheinrichtung für einen kurzschlußstrombegrenzenden Niederspannungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöscheinrichtung für einen kurzschlußstrombegrenzenden Niederspannungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lichtbogenlöscheinrichtung unter Verwendung eines zwischen die sich öffnenden Kontakte eingeführten Löschschiebers aus Isoliermaterial zur schnellen Lichtbogenlöschung.

Aus der DE 295 16 057 ist eine gattungsgemäße Lichtbogenlöscheinrichtung bekannt, bei der der Löschschieber mechanisch durch einen elektrodynamisch bewegten Kontaktarm des Schaltgerätes, entgegen einer Federkraft zwischen die sich öffnenden Kontakte bewegt wird. Derartige Vorrichtungen haben sich in der Praxis bereits bewährt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, zuverlässige und für kurzschlußstrombegrenzende Niederspannungsschalter geeignete Lichtbogenlöscheinrichtung anzugeben, deren Betätigungsmechanismus kürzeste Reaktionszeiten gewährleistet und in mechanischer Hinsicht von dem Schaltkontaktmechanismus entkoppelt ist.

Ausgehend von einer Lichtbogenlöscheinrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch den mit einer Federkraft in Richtung aktive Stellung beaufschlagten und von der Kontaktanordnung mechanisch entkoppelten Löschschieber wird eine zuverlässige, schnelle und robuste Lichtbogenlöscheinrichtung geschaffen. In einer Weiterbildung der Erfindung wirkt der Löschschieber mit einer Löschschieber-Löschkammer zusammen derart, daß ein entstehender Lichtbogen von dem Löschschieber in diese spezielle Löschkammer hineingedrückt, dort aber nicht etwa abgeschnitten, sondern gelängt und eingeengt wird, so daß ein deutlicher Lichtbogenspannungsanstieg entsteht, der für eine gute Kurzschlußstrombegrenzung erforderlich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Kontaktsystems mit der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung in einer möglichen Ausführungsform bei geschlossenem Kontaktsystem und inaktiver Stellung des Löschschiebers,

Fig. 2 die Lichtbogenlöscheinrichtung gemäß Fig. 1 bei geöffnetem Kontaktsystem und aktiver Stellung des Löschschiebers,

Fig. 3 die Lichtbogenlöscheinrichtung in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil I in Fig. 2, und

Fig. 4 u. 5 eine mögliche Ausführungsform einer Rückstelleinrichtung für den Löschschieber.

Nach Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Lichtbogenlöscheinrichtung im wesentlichen aus einer in einem Formgehäuse 2 ausgebildeten Löschkammer 4, einer Kontaktanordnung 6 und einer Löschschiebereinrichtung 8. Die Löschkammer 4 weist eine Vielzahl einzelner Löschbleche 10 auf die der Löschung von kleinen bis mittleren Lichtbögen dienen. Zur Löschung größerer Lichtbögen, von denen ein Schaltgerät dieser Art während seiner Lebensdauer ca. fünf bis zehn abschaltet, findet die erfindungsgemäße Löschschiebereinrichtung 8 ihre Anwendung. Das Aktivieren der Löschschiebereinrichtung 8 lediglich bei sehr großen Kurzschlüssen hat den Vorteil, daß die Lebensdauer des Schaltgerätes durch die zusätzlichen, ebenfalls verschleißbehafteten Bauteile der erfindungsgemäßen Löschschiebereinrichtung 8 nicht negativ beeinflußt wird. Die Kontaktanordnung 6 im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht aus einem feststehenden Kontakthalter 12 mit einem ersten Kontaktstück 12a und einem beweglichen Kontakthalter 14 mit einem weiteren Kontaktstück 14a. Die Löschschiebereinrichtung 8 ist in räumlicher Nähe dem feststehenden Kontakthalter 12 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem vorzugsweise als schwenkbarer Hebel ausgebildeten Auslösemittel 16, einem zwischen die sich öffnenden Kontakte 12a, 14a einzuführenden, d. h. sich in eine aktive Stellung bewegenden und von den sich schließenden Kontakten 12a, 14a wieder zu entfernenden, d. h. sich in eine inaktive Stellung bewegenden Löschschieber 18 aus Isoliermaterial, einem den Löschschieber 18 mit einer Kraft in Richtung aktive Stellung beaufschlagenden ersten Kraftspeicher 20 und einem das Auslösemittel 16 mit einer Kraft in Richtung von dem feststehenden Kontakthalter 12 weg beaufschlagenden zweiten Kraftspeicher 22. Die Höhe des Ansprechstroms für die Auslöseschwelle der Löschschiebereinrichtung 8 erfolgt durch die Dimensionierung des zweiten Kraftspeichers 22. Die Einstellung des Kraftspeichers 22 ist auch durch ein zusätzliches Einstellmittel in Form eines Drehknopfes oder dergleichen denkbar, mit dessen Hilfe eine Federvorspannung einstellbar ist. So sind nachträgliche Einstellungen auf einen definierbaren Auslösestrom, ohne ein Austauschen des Kraftspeichers, jederzeit möglich. Die Auslösung des Auslösemittels 16 erfolgt, indem ab einer bestimmten Höhe des durch die Kontaktanordnung 6 fließenden Kurzschlußstroms die elektrodynamischen Anziehungskräfte des feststehenden Kontakthalters 12 auf den Auslösehebel 16 stärker sind, als die den Auslösehebel 16 von dem feststehenden Kontakthalter 12 wegdrückenden Kräfte des Kraftspeichers 22. Zu diesem Zeitpunkt wird der Auslösehebel 16 in die Richtung des feststehenden Kontakthalters 12 bewegt und gibt den mit einer Kraft in Richtung aktive Stellung beaufschlagten Löschschieber 18 frei, so daß dieser sich mit hoher Geschwindigkeit zwischen die sich öffnenden Kontakte 12a, 14a bewegt. In dieser Stellung drückt der Löschschieber 18 den entstehenden Lichtbogen in einen spaltförmigen durch den feststehenden Kontakthalter 12 und einen zu diesem im wesentlichen parallel angeordneten Löschkammersteg 24 gebildeten- Löschraum 26. Dieser Löschraum 26 besitzt vorzugsweise keine Rückwand, sondern ist in der Bewegungsrichtung des Löschschiebers 18 nach hinten hin offen, so daß der durch den Löschschieber 18 weggedruckte Lichtbogen nicht mit mechanischen Mitteln direkt abgetrennt, sondern lediglich umgeleitet, bzw. gestreckt wird. Damit der umgeleitete Lichtbogen nicht über den feststehenden Kontakthalter 12 abgeleitet wird, ist dieser auf seiner dem Löschraum 26 zugekehrten Seite mit einer Isolierung 28 versehen. Der Löschschieber 18 wird vorzugsweise lediglich in der, mit dem entsprechend hohen Kurzschlußstrom, belasteten Phase aktiviert. Nach erfolgter Auslösung kann dann eine Anzeige, welche Phase ausgelöst hat. Wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen, sind die auf den Löschschieber 18 und auf das Auslösemittel 16 wirkenden Kraftspeicher 20, 22 vorzugsweise als Federspeicher ausgebildet. Die auf das Auslösemittel 16 wirkende Feder ist als Druckfeder ausgeführt und zwischen dem freibeweglichen Ende des Auslösehebels 16 und dem feststehenden Kontakthalter 12 angeordnet. Dafür ist der Kontakthalter 12 auf seiner der Löschschiebereinrichtung 8 zugekehrten Seite mit einer sacklochartigen Aufnahme für die Druckfeder versehen. Das insbesondere flachstabförmig ausgeführte und um eine ortsfeste Achse 30 innerhalb des Gehäuses drehbar gelagerte Auslösemittel 16 weist ferner eine vorzugsweise winkelartige Ausnehmung 32 zur Aufnahme des Löschschiebers 18 bzw. eines Haltefortsatzes 34 des Löschschiebers 18 auf. In der inaktiven Stellung des Löschschiebers 18 (Fig. 1) ist das freie Ende des Auslösemittels 16 durch die Druckfeder in einer leicht von dem feststehenden Kontakthalter 12 abgewinkelten Stellung gehalten. In dieser Stellung greift der Löschschieber 18 mit seinem Haltefortsatz 34 in die Ausnehmung 32 des Auslösemittels 16, wobei der Löschschieber 18 durch den anderen, hier in Form einer Zugfeder ausgebildeten Kraftspeicher 20 in Richtung aktive Stellung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Die Zugfeder ist hierfür an ihrem einen Ende an einem ortsfesten Teil des Gehäuses gehalten und steht mit ihrem anderen Ende in Wirkverbindung mit einem weiteren Haltefortsatz 36 des Löschschiebers 18. Der Löschschieber 18 weist einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt (Fig. 3) sowie quer zur Bewegungsrichtung gesehen ein insbesondere rechtwinkliges Profil (Fig. 1 u. 2) auf. Die Haltefortsätze 34, 36 zur Halterung der Zugfeder 20 sowie zur Wirkverbindung mit der Ausnehmung 32 des Auslösemittels 16 sind vorzugsweise in Form von zwei, zwischen den beiden freien Schenkeln des Löschschiebers 18 angeordneten, Achsen ausgebildet. Da der Löschschieber 18 bei Auslösung bzw. Freigabe durch das Auslösemittel 16 eine hohe Beschleunigung in Richtung aktive Stellung erfährt, muß er, um unnötigen Verschleiß zu vermeiden, kurz vor Erreichen seiner Endstellung (aktive Stellung) abgebremst werden. Hierfür weist das Gehäuse im Bereich der Endstellung des Löschschiebers 18, insbesondere Bereich der freien Schenkelenden, ins Gehäuseinnere weisende Anschläge 38 auf, die zur Dämpfung des Löschschiebers 18 mit einem elastischen Dämpfungsmittel 40 versehen sind. Zur Führung des Löschschiebers 18 sind in dem Gehäuse vorzugsweise zwei Nuten ausgebildet in denen der Löschschieber 18 im Bereich seines mittleren Schenkels gehalten ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine mögliche Ausführungsform einer Rückstelleinrichtung für den Löschschieber 18, um diesen aus seiner aktiven Stellung (nach Auslösung) wieder in seine inaktive Stellung (vorgespannt und mittels Auslösemittel 16 verklinkt) zu bewegen. Dabei sind Teile, die für die Funktionsweise der Rückstelleinrichtung nicht von Bedeutung sind, wie z. B. der bewegliche Kontakthalter 14, der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden. Die Rückstelleinrichtung besteht im wesentlichen aus einer vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Löschschiebers 18 im Gehäuse des Schaltgerätes angeordneten und außen zugänglichen Drehachse 42 und einem, mittels der Drehachse 42 betätigbaren, Rückstellschieber 44. Die Drehachse 42 weist an ihrem von außen zugänglichen Ende einen Betätigungsansatz 46 und an ihrem anderen Ende, im Gehäuseinneren, ein Zahnsegment 48 für den Antrieb des Rückstellschiebers 44 auf. In der dargestellten Ausführung ist die Drehachse 42 an ihrem einen Ende im Gehäuse geführt und anderendig mit einem zapfenartigen Fortsatz in dem feststehenden Kontakthalter 12 drehbar gelagert. Dabei ist die Drehachse 42 insbesondere über eine, einendig am Gehäuse und anderendig an der Drehachse 42 fixierte, Drehfeder 50 oder dergleichen derart gelagert, daß die Rückstelleinrichtung nach Betätigung automatisch in ihre ursprüngliche Position zurückbewegt wird. Hierdurch wird vermieden, daß der Löschschieber 18 im Falle einer Auslösung nicht noch zusätzlich die Rückstelleinrichtung in ihre Ausgangsposition bewegen muß.

Der Rückstellschieber 44 weist vorzugsweise ein E-förmiges Profil auf und ist mit seinen drei freien Schenkeln und seinem Verbindungsschenkel in der Ebene des mittleren (wirksamen) Löschschieber-Schenkelteils liegend verschiebbar angeordnet. Die drei freien Schenkelteile des Rückstellschiebers 44 weisen vom Löschschieber 18 weg wobei der mittlere Schenkelteil in Wirkverbindung mit dem Zahnsegment 48 steht. Ferner weist der Verbindungsschenkel auf seiner dem Löschschieber 18 zugekehrten Seite zwei stiftförmige Stützelemente zur Abstützung am Löschschieber 18 auf. Diese Art Rückstelleinrichtung ist auch durchaus für einen Fernantrieb geeignet, wobei dann die Betätigungsansätze 46 jeder Löschschiebereinrichtung 8 miteinander wirkverbunden und somit zum Zwecke der Rückstellung nur gemeinsam betätigt werden (allpolig).

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So können die Kraftspeicher 20, 22 natürlich alternativ Zugfeder, Druckfeder oder in beliebig anderer Form ausgeführt sein. Auch die Rückstelleinrichtung kann in beliebiger Form ausgeführt sein. So ist auch eine einfache manuelle Rückstellung des Löschschiebers 18 denkbar, bei der über eine Öffnung im Gehäuse mittels eines Stiftes oder eines anderen Rückstellwerkzeugs der Löschschieber 18 von seiner aktiven Position in seine inaktive Position bewegt wird (gespannt wird). Hierbei wäre eine Ausgelöstanzeige von Vorteil, mit Hilfe derer für das Bedienpersonal sofort erkennbar ist welcher Pol des Schaltgerätes ausgelöst hat, so daß eine gezielte Rückstellung des ausgelösten Löschschiebers 18 erfolgen kann. Dafür wäre ein insbesondere stab- oder stiftförmiges Anzeigemittel geeignet, welches durch den Löschschieber 18 bei seiner Auslösung derart betätigt (z. B. verschoben) wird, daß von außen eine Auslösung erkennbar ist.

Bezugszeichenliste

2

Formgehäuse

4

Löschkammer

6

Kontaktanordnung

8

Löschschiebereinrichtung

10

Löschblech

12

feststehender Kontakthalter

12

a Kontaktstück

14

beweglicher Kontakthalter

14

a Kontaktstück

16

Auslösemittel

18

Löschschieber

20

Kraftspeicher

22

Kraftspeicher

24

Löschkammersteg

26

Löschraum

28

Isolierung

30

ortsfeste Achse

32

Ausnehmung

34

Haltefortsatz

36

Haltefortsatz

38

Anschlag

40

Dämpfungsmittel

42

Drehachse

44

Rückstellschieber

46

Betätigungsansatz

48

Zahnsegment

50

Drehfeder.

Claims (15)

1. Lichtbogenlöscheinrichtung für einen kurzschlußstrombegrenzenden Niederspannungsschalter,

• - mit einem zwischen die sich öffnenden Kontakte (12a, 14a) einzuführenden, d. h. sich in eine aktive Stellung bewegenden und von den sich schließenden Kontakten (12a, 14a) wieder zu entfernenden, d. h. sich in eine inaktive Stellung bewegenden Löschschieber (18) aus Isoliermaterial,
• - der mechanisch angetrieben wird und mit einem Kraftspeicher (20) verbunden ist,
• - und der Löschschieber (18) linear verschiebbar zwischen dem feststehenden Kontakthalter (12) und dem beweglichen Kontakthalter (14) angeordnet ist,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Löschschieber (18) in seiner inaktiven Stellung durch den Kraftspeicher (20) in Richtung aktive Stellung beaufschlagt ist und über ein Auslösemittel (16) in der inaktiven Stellung gehalten ist,
• - das Auslösemittel (16) ab einer bestimmten Höhe des durch die Kontakthalter (12, 14) fließenden Kurzschlußstroms von dem entstehenden elektromagnetischen Feld der Kontaktträgeranordnung angezogen wird und den Löschschieber (18) freigibt, so daß dieser sich in seine aktive Stellung bewegt.

2. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer herkömmlichen mit Löschblechen versehenen Löschkammer (4), ein zusätzlicher, im Bereich der Schaltkontakte (12a, 14a) angeordneter spaltförmiger Löschraum (26) zur zumindest bereichsweisen Aufnahme des Löschschiebers (18) sowie zur Aufnahme des in diesen Löschraum (26) verdrängten Lichtbogens ausgebildet ist.

3. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschraum (26) in seiner räumlichen Ausdehnung und der Löschschieber (18) in seiner Form und seinem Verschiebeweg derart aneinander angepaßt sind, daß der entstandene Lichtbogen in der aktiven Stellung des Löschschiebers (18) in den Löschraum (26) verdrängt, aber nicht zwangsläufig abgeschnitten wird.

4. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschraum (26) durch zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Trennstreben gebildet ist, wobei eine der Trennstreben durch den, den feststehenden Kontakt (12a) tragenden und auf seiner der Löschkammer (4) zugekehrten Seite mit einer Isolierung (28) versehenen, Kontakthalter (12) gebildet ist und die andere Trennstrebe durch einen zusätzlichen Steg eine Trennung zwischen der Löschkammer (4) und dem spaltförmigen Löschraum (26) bildet.

5. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschschieber (18) in Bewegungsrichtung gesehen einen U-förmigen Querschnitt aufweist.

6. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschschieber (18) quer zur Bewegungsrichtung gesehen ein L-förmiges Profil aufweist.

7. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (20) als Zugfeder ausgebildet ist und mit seinem einen Ende an einem ortsfesten Teil des Niederspannungsschalters gehalten ist und mit seinem anderen Ende mit dem Löschschieber (18) in Wirkverbindung steht.

8. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (20) als Druckfeder ausgebildet ist und sich mit seinem einen Ende an einem ortsfesten Teil des Niederspannungsschalters abstützt und mit seinem anderen Ende in Wirkverbindung mit dem Löschschieber (18) steht.

9. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösemittel (16) räumlich getrennt von der Löschkammer (4) angeordnet sind.

10. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Auslösemittel (16) als um eine ortsfeste Achse (30) schwenkbarer Hebel ausgebildet ist,
• - das Auslösemittel (16) in der aktiven Stellung des Löschschiebers (18) im wesentlichen parallel zu dem feststehenden Kontakthalter (12) angeordnet ist und in der inaktiven Stellung des Löschschiebers (18) mit seinem freien Ende leicht von dem feststehenden Kontakthalter (12) abgewinkelt ist und von einem weiteren Kraftspeicher (22) in dieser Stellung gehalten wird,
• - der Löschschieber (18) sich in der inaktiven Stellung an dem Auslösemittel (16) abstützt,
• - und der auf das Auslösemittel (16) wirkende Kraftspeicher (22) derart dimensioniert ist, daß bei einem definierten Kurzschlußstrom die von dem Kraftspeicher (22) auf den Hebel wirkende Kraft durch die Anziehungskraft des elektromagnetischen Feldes überwunden wird und das Auslösemittel (16) den Löschschieber (18) freigibt.

11. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Anschlag (38) zur Wegbegrenzung des Löschschiebers (18), wobei zwischen Anschlag (38) und Löschschieber (18) ein elastisches Dämpfungsmittel (40) angeordnet ist.

12. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rückstelleinrichtung mit einer von außen zugänglichen Drehachse (42), die mit einem Ende im Gehäuse der Lichtbogenlöscheinrichtung und mit dem anderen Ende mit einem zapfenartigen Fortsatz in dem feststehenden Kontakthalter (12) drehbar gelagert ist und die über ein Zahnsegment (48) einen Rückstellschieber (44) antreibt.

13. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellschieber (44) ein E-förmiges Profil aufweist und mit allen seinen Schenkelteilen in der Ebene des mittleren Löschschieber-Schenkelteils liegend verschiebbar angeordnet ist.

14. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Schenkelteil des Rückstellschiebers (44) über eine Verzahnung mit dem Zahnsegment (48) wirkverbunden ist.

15. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, gekennzeichnet durch eine Rückstelleinrichtung, die aus einem separaten insbesondere stabförmigen Rückstellwerkzeug besteht, welches über eine für dieses Werkzeug vorgesehene Gehäuseöffnung in die Lichtbogenlöscheinrichtung einführbar ist.