-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Unterbrecher für Industrie- und Schienenfahrzeuganwendungen.
-
Noch spezifischer, aber nicht exklusiv, bezieht sich die Erfindung auf einen Unterbrecher für Industrie- und/oder Schienenfahrzeuganwendungen, wobei beispielsweise ein hoher Gleichstrom an- und ausgeschaltet werden muss, mit hohen Schaltfrequenzen, oder unterbrochen werden muss, mit einer hohen Effizienz und extrem schnellen Eingriffszeiten.
-
Stand der Technik
-
Wie in diesem spezifischen technischen Gebiet bekannt ist, ist eine Schaltvorrichtung ein ferngesteuerter Steuerschalter mit einem elektromagnetischen Aktuator, der in Industrie- oder Schienenfahrzeuganwendungen verwendet werden kann, wobei ein hoher Gleichstrom an- und ausgeschaltet werden muss, mit relativ hohen Schaltfrequenzen.
-
Allgemein kann eine Schaltvorrichtung als ein Unterbrecher für Anwendungen mit hohen Strömen und Spannungen angesehen werden.
-
Um einen Einblick in die Arbeitsbedingungen und den Bereich von Stromstärken zu geben, die auf solche Art von Schaltvorrichtungen einwirken, gilt es zu beachten, dass diese Vorrichtungen dazu in der Lage sein müssen, Ströme in einem Bereich von wenigstens zwischen 400 A bis 1800 A und unter Betriebsspannungen zwischen 1000 V und 4000 V effizient zu schalten.
-
Diese Betriebsbereiche können sogar auf einen Einzelpol der Schaltvorrichtung einwirken, allerdings ist es in vielen Anwendungen nötig, eine doppelpolige oder eine dreipolige Konfiguration vorzusehen.
-
Eine Schaltvorrichtung gemäß des bekannten Aufbaus weist normalerweise fixe Kontakte, bewegbare Kontakte und wenigstens eine Schaltspule auf. Sobald ein ausreichender Startstrom durch die Schaltspule fließt, reagiert die Schaltvorrichtung und schaltet die Last ein, die mit dem Arbeitskreis verbunden ist.
-
Um die Schaltvorrichtung in diesem Zustand zu halten, muss kontinuierlich ein Haltestrom durch die Schaltvorrichtung fließen. Nachdem der Haltestrom ausgeschaltet wird, wird die Schaltvorrichtung stromlos. Die in der Schaltspule gespeicherte Energie wird in einem Freilaufstromkreis abgebaut.
-
Gleichermaßen kann sogar ein Hochgeschwindigkeits-Stromunterbrecher als ein Unterbrecher für Anwendungen für hohe Ströme und Spannungen angesehen werden.
-
Ein Stromunterbrecher ist ein automatisch betriebener elektrischer Schalter, der zum Schützen eines elektrischen Kreises vor Beschädigungen konstruiert ist, verursacht durch einen zu starken Strom, oder Überlastung oder Kurzschluss. Seine Grundfunktion ist es, einen fließenden Strom zu unterbrechen, nachdem ein Schutzrelais einen Fehler erkannt hat.
-
Diese Unterbrecher werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, zum Schützen von Geräten gegen Kurzschlussströme und Überlastungen; beispielsweise sind sie dazu geeignet, Leitungen und Halbleiter (Umwandler/Wechselrichter) in Schienenfahrzeug- und Industrieanwendungen zu schützen.
-
Einspeisekreisunterbrecher und Gleichrichterkreisunterbrecher sind auf dem Markt mit Betriebsstromstärken bis zu 8.000 A Gleichstrom und Betriebsspannungen bis zu 4.400 V Gleichstrom verfügbar. Diese weisen eine sehr hohe Unterbrechungsleistungsfähigkeit auf, kombiniert mit einer strombegrenzenden Eigenschaft.
-
Allgemein ist es zum Erreichen der oben angesprochenen übergeordneten Fähigkeiten zum Unterbrechen von Stromkreisen und einer hervorragenden dielektrischen Leistungsfähigkeit notwendig, hochqualitative Materialien zu verwenden, um einen fortlaufenden Betrieb sicherzustellen, und Schutz während unerwünschten Systemereignissen zu bieten.
-
Sowohl Schaltvorrichtung als auch Unterbrecher benötigen einen Lichtbogen-Löschabschnitt, eine sogenannte Lichtbogenkammer, um auf geeignete Art und Weise den elektrischen Lichtbogen abzuleiten, der in dem Hochspannungsbereich des Schalters, in dem die bewegbaren Kontakte vorgesehen sind, ausgebildet wird.
-
Eines der Hauptprobleme, die bei der Herstellung des Unterbrechers für Anwendungen unter hohen Strömen und Spannungen auftreten, besteht gerade darin, den Lichtbogen-Löschabschnitt korrekt zu dimensionieren.
-
Diese Konstruktionsphase ist insbesondere kritisch, da die Lichtbogenkammer manchmal vergrößert und expandiert werden muss, in Abhängigkeit von der Version des Unterbrechers, also sozusagen in Abhängigkeit von dem Betriebsstrom oder der Betriebsspannung, mit welchen der Unterbrecher umgehen muss.
-
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, einen verbesserten Unterbrecher für Anwendungen unter hohen Strömen oder hohen Spannungen vorzusehen, der strukturelle und funktionale Eigenschaften aufweist, die es erlauben, einen elektrischen Lichtbogen mit größerer Effizienz abzuleiten, der während der Öffnungsphase oder der Schließphase der bewegbaren Kontakte ausgebildet werden kann.
-
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Unterbrecher vorzusehen, der eine größere Zuverlässigkeit sowie eine längere Einsatzzeit erlaubt, aufgrund einer größeren Effizienz bei der Ableitungsphase des möglichen Lichtbogens. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Unterbrecher vorzusehen, welcher aus Materialien hergestellt werden kann, die zu geringeren Kosten verfügbar sind.
-
Kurzdarstellung der Erfindung
-
Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch einen Unterbrecher gemäß Anspruch 1 erreicht. Die vorliegende Erfindung wurde wie in den abhängigen Ansprüchen definiert weitergebildet. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lichtbogenkammer vorzusehen, die sich von ihrem Aufbau her unterscheidet, gemäß den verschiedenen Spannungsbereichen, mit denen umgegangen werden muss, und den korrespondierenden Lichtbogentypen und deren Energiekapazität, die mit absoluter Sicherheit gelöscht werden müssen.
-
Gemäß der obigen Erfindungsidee und für einen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das technische Problem gelöst durch einen verbesserten Unterbrecher für Anwendungen unter hohen Strömen oder Spannungen, zum Ein-/Ausschalten von hohen Strömen oder Unterbrechen von diesen, mit einer hohen Effizienz und schnellen Eingriffszeiten, beispielsweise in Industrie- und/oder Schienenfahrzeuganwendungen, wobei der Unterbrecher in einem Gehäuse aufweist:
- - einen Basisabschnitt inklusive einem Aktivierungsmechanismus für Schaltmittel, aufweisend einen Haltemechanismus und einen Freigabemechanismus;
- - einen mittleren Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen, aufweisend fixe Kontakte und bewegbare Kontakte, und
- - einen oberen Lichtbogen-Löschabschnitt, der den mittleren Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen bedeckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Lichtbogen-Löschabschnitt bezüglich dem Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen bewegbar ist, und mit externen polaren Erweiterungen versehen ist, die an beiden Hauptseiten des Unterbrechers gekoppelt sind;
weitere polare Erweiterungen elektrisch mit den externen polaren Erweiterungen gekoppelt sind, und mit dem mittleren Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen als fixe Teile des Unterbrechers verbunden sind.
-
Jede polare Erweiterung weist wenigstens ein Paar an Metallplatten auf, die unabhängig an jeder Hauptseite des Lichtbogen-Löschabschnitts montiert sind.
-
Jede der polaren Erweiterungen weist wenigstens ein Paar an Platten auf, die mit den Platten der externen polaren Erweiterungen, die mit dem Lichtbogen-Löschabschnitt verbunden sind, korrespondieren.
-
Jede Metallplatte ist im Wesentlichen quadratisch und an einer synthetischen Plastikstruktur des Lichtbogen-Löschabschnitts befestigt, mittels Befestigungsbolzen, die an den Plattenecken vorgesehen sind.
-
Die weiteren polaren Erweiterungen werden durch die externen polaren Erweiterungen überlappt.
-
Es gilt zu beachten, dass das Paar an Platten der weiteren polaren Erweiterung an einer Position installiert ist, die intern näher an dem mittleren Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen angeordnet ist als die externen polaren Erweiterungen, während die Platten der externen polaren Erweiterungen mit dem Lichtbogen-Löschabschnitt verbunden sind, der teilweise das korrespondierende weitere Paar an Platten überlappt, welche ebenfalls einen elektrischen Kontakt sicherstellen.
-
Des Weiteren erlaubt das teilweise Überlappen der korrespondierenden Platten das Sicherstellen eines Verschiebeanschlagkontakts, der ein elektrisches Leiten zwischen den Platten sicherstellt.
-
Eine Vielzahl an Metallplatten mit verschiedenen Formen und Größen sind mit beiden Seiten des Lichtbogen-Löschabschnitts als externe polare Erweiterungen verbunden.
-
Das Paar an Metallplatten der weiteren polaren Erweiterungen ist an beiden Seiten des Unterbrechers vorgesehen, korrespondierend mit Ableitungsspulen, die in der Nähe des mittleren Kontaktabschnitts zum Schalten oder Unterbrechen vorgesehen sind.
-
Der mittlere Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen weist fixierte und bewegbare Hilfsbogenkontakte auf, die mit entsprechenden Lichtbogenleitern verbunden sind, die mit entsprechenden Ableitungsspulen verbunden sind, die zum Ableiten der elektrischen Lichtbögen vorgesehen sind, die während der Öffnungsphase der bewegbaren Kontakte ausgebildet werden; wobei das Paar an Metallplatten der weiteren polaren Erweiterung an beiden Seiten des Unterbrechers vorgesehen ist, korrespondierend mit den Ableitungsspulen.
-
Weitere Spulen sind wie ein Gürtel an jeder externen polaren Erweiterung angeordnet, um den elektrischen Lichtbogen vollständig zu löschen, der in einer Lichtbogenkammer generiert wird, die den Lichtbogen innerhalb des Lichtbogen-Löschabschnitts hält; wobei die weitere Spule in ein isolierendes Gehäuse eingefügt ist, das aus einem synthetischen Plastikmaterial hergestellt ist.
-
Das Gehäuse weist mittlere Begrenzungsabschnitte auf, die an beiden seitlichen Seiten des Gehäuses vorgesehen sind, um den mittleren Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen zeitlich zu begrenzen, und zum Vorsehen von seitlichen Führungen für den Lichtbogen-Löschabschnitt; wobei der Lichtbogen-Löschabschnitt verschiebbar zwischen den Begrenzungsabschnitten montiert ist; wobei sich wenigstens ein Hebel quer erstreckt, zwischen den gegenüberliegenden mittleren Begrenzungsabschnitten, zum Bewegen oder Anheben des Lichtbogen-Löschabschnitts, im Falle einer Inspektion.
-
Die Platten der externen polaren Erweiterungen sind an dem Lichtbogen-Löschabschnitt befestigt, und sind bewegbar mit dem Lichtbogen-Löschabschnitt, wenn dieser durch den Hebel verschiebbar bewegt wird, zum Erlauben der Inspektion des abgedeckten Unterbrecherabschnitts.
-
Die externen und weiteren polaren Erweiterungen sind durch eine doppelte Gruppe von Metallplatten aufgebaut, wobei eine mit dem mittleren Kontaktabschnitt zum Schalten oder Unterbrechen verbunden ist, und die andere mit dem Lichtbogen-Löschabschnitt verbunden ist, und einen verschiebbaren elektrischen Kontakt zwischen diesen sicherstellt.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Schaltvorrichtung der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Beschreibung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zeigt, ohne den Erfindungsgedanken auf diese Ausführungsbeispiele einzuschränken.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht eines Unterbrechers, der gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert wurde;
- 2 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht des Unterbrechers aus 1, mit einer demontierten seitlichen Abdeckung;
- 3 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht des Unterbrechers der Erfindung, gesehen aus einem anderen Blickwinkel bezüglich 1;
- 4 zeigt eine schematische Ansicht des Unterbrechers aus 3 von vorne, mit einer demontierten seitlichen Abdeckung;
- 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Zwischenschaltabschnitts der Unterbrechungsvorrichtung der Erfindung;
- 6 ist eine schematische Ansicht von Besonderheiten des Schaltabschnitts aus 5, unter verschiedenen Betriebsbedingungen;
- 7 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht des Innenabschnitts des Unterbrechers der Erfindung;
- 8 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht des gleichen Innenabschnitts des Unterbrechers aus 7, allerdings von einem anderen Ausgangspunkt gesehen.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird mit Bezugszeichen 1 global und schematisch ein Unterbrecher gezeigt, der gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert wurde.
-
In der nachfolgenden Beschreibung wird als eine bevorzugte Ausführungsform der Aufbau eines Hochgeschwindigkeits-Stromkreisunterbrechers beschrieben, wobei diese Beschreibung als ein Beispiel für einen Unterbrecher gesehen werden muss.
-
Allerdings versteht ein Fachmann, dass die Grundlagen der Erfindung ebenfalls auf eine Schaltvorrichtung für Anwendungen zum Schalten von hohen Strömen verwendet werden kann, insbesondere für Industrie- oder Schienenfahrzeuganwendungen, bei denen ein hoher Gleichstrom an- und ausgeschaltet werden muss.
-
Nun soll der Unterbrecher 1 beschrieben werden, der im Wesentlichen eine doppelt parallelflache Gestalt mit einem unteren und einem oberen Abschnitt, zwei Hauptseiten und zwei Seiten mit unterschiedlicher Dicke aufweist.
-
Der Unterbrecher 1 ist insbesondere für Industrie- oder Schienenfahrzeuganwendungen vorgesehen, wobei ein hoher Gleichstrom unterbrochen werden muss, mit hoher Effizienz und mit extrem schnellen Eingriffszeiten.
-
Beispielsweise ist der Unterbrecher 1 der vorliegenden Erfindung so konstruiert, dass dieser in elektrischen Geräten einsetzbar ist, die beim Vorliegen von heftigen Überströmen oder Überspannungen oder Kurzschlüssen, welche in Umspannwerken von U-Bahnlinien auftreten können, funktionieren.
-
Allerdings spricht nichts dagegen, diese Art von Unterbrechern 1 in allen Anwendungsgebieten einzusetzen, in welchen ein Hochstrom mit Gleichspannung so schnell wie möglich unterbrochen werden muss, beispielsweise in einem Bahnhof, an Bord eines Schienenfahrzeugs, oder in einer Industriefabrik.
-
Um einen Einblick in die Arbeitsbedingungen und den Bereich der Stromstärken zu geben, die von solchen Unterbrechern unterbrochen werden sollen, wird angemerkt, dass diese Vorrichtungen dazu in der Lage sein müssen, Ströme mit wenigstens 8.000 A Gleichstrom und unter Betriebsspannungen von wenigstens bis zu 4.200 V Gleichstrom effizient zu unterbrechen.
-
Diese Betriebsbedingungen können sogar auf einen einpoligen Unterbrecher einwirken. Bei vielen Anwendungen ist es allerdings notwendig, eine doppelpolige Ausführung und/oder eine dreipolige Ausführung vorzusehen.
-
Diesbezüglich ist der Unterbrecher 1 der vorliegenden Erfindung bezüglich eines einpoligen Aufbaus, der in den Figuren gezeigt wird, modular aufgebaut, wobei dieser allerdings verdoppelt werden kann oder mit einem doppelpoligen oder dreipoligen Aufbau vorgesehen werden kann, inklusive zwei oder drei parallelen Modulen, in Abhängigkeit von den Benutzeranforderungen.
-
Des Weiteren wird die Modularität des Unterbrechers sogar für verschiedene Spannungen und Stromstärken dahingehend aufrechterhalten, dass die Vorrichtung die gleichen Außenabmessungen und Größe beibehält, dank einer spezifischen Konstruktion der Lichtbogenkammer.
-
Nachfolgend wird lediglich der Aufbau des einpoligen Moduls erläutert.
-
Der Unterbrecher 1 ist mit einem Basisabschnitt 2 aufgebaut, trägt einen Aktivierungsmechanismus 3, einen oberen oder mittleren Schalter 4 zum Unterbrechen des Kontaktabschnitts, und weist fixe Kontakte 5 und bewegbare Kontakte 6 und einen Lichtbogen-Löschabschnitt 7 auf.
-
Die elektrischen Schaltkontakte bilden den Unterbrechungsabschnitt der Vorrichtung, während der Lichtbogen-Löschabschnitt 7 vorgesehen ist, um die elektrischen Schaltkontakte abzudecken und/oder zu schützen.
-
Bei dem gewöhnlicheren vertikalen Einsatz ist der Basisabschnitt 2 der Bodenabschnitt des Unterbrechers, und der Lichtbogen-Löschabschnitt 7 ist der obere Bereich; allerdings kann der Unterbrecher 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sogar in einer horizontalen Position installiert werden, so dass eine der Hauptseiten der Bodenbereich wäre, während die Basis 2 und der obere Teil (aus Keramik hergestellt) des Lichtbogen-Löschabschnitts 7 die seitlichen Seiten wären.
-
Der Aufbau aller oben angesprochenen Abschnitte wird nachfolgend offenbart.
-
Das einpolige Modul des Unterbrechers 1 weist ein Gehäuse 10 auf, welches den Basisabschnitt 2 von beiden seitlichen Seiten abdeckt, und teilweise den Kontaktbereich 4 zum Schalten.
-
Wie oben angemerkt, muss der Basisabschnitt 2 lediglich als eine abgetrennte Wand des Gehäuses 10 angesehen werden, und nicht unbedingt als Boden, da der gesamte Unterbrecher 1 mit einer vertikalen Ausdehnung installiert werden kann, allerdings ebenso horizontal installiert werden kann, in Abhängigkeit von den Benutzeranforderungen.
-
In den angehängten Figuren ist der Unterbrecher 1 in einer vertikalen Position gezeigt, wobei sich der Basisabschnitt 2 horizontal erstreckt, und mit quadratischen Lagerflanken 21 zusammengefügt ist, um den Unterbrecher an einer Lagerbasis (nicht dargestellt) zu fixieren. Allerdings hält nichts davon ab, den Unterbrecher 1 sich horizontal erstreckend zu installieren; in solch einem Fall würde sich der Basisabschnitt 2 vertikal erstrecken.
-
Das Gehäuse 10 weist eine synthetische Plastikmaterialstruktur auf, welche einen vorbestimmten Isolationskoeffizienten aufweist. Solch ein Gehäuse 10 weist ein Paar an Schutzwänden 11 auf, welche den Unterbrechungs-Basisabschnitt 2 und den mittleren Kontaktabschnitt 4 zum Schalten oder Unterbrechen von beiden Hauptseiten bedecken, wobei lediglich eine zentrale Öffnung 12 offen bleibt. Diese Schutzwand 11 erlaubt eine bessere und effizientere Isolation als die Isolation, welche durch Luft bewirkt wird.
-
Solch eine Öffnung 12 ist für eine schnelle Überprüfung von der Seite vorgesehen.
-
Gegenüberliegende mittlere Begrenzungsabschnitte 16, 18 sind in dem Gehäuse 10 vorgesehen, um den Kontaktabschnitt 4 zum Schalten oder Unterbrechen seitlich zu begrenzen. Diese Begrenzungsabschnitte 16, 18 repräsentieren ebenso zwei seitliche Führungen für den Lichtbogen-Löschabschnitt 7.
-
Vorzugsweise ist der Lichtbogen-Löschabschnitt 7 verschiebbar in dem Gehäuse 10 montiert, zwischen den oben erwähnten gegenüberliegenden mittleren Begrenzungsabschnitten 16 und 18.
-
Insbesondere ist ein Abschnitt 16 mit einem ersten Teil 17 oder einem Abschnitt aufgebaut, der als näher an dem Kontaktabschnitt 4 zum Schalten oder Unterbrechen angeordnet erachtet werden kann, und einen zweiten Teil 19, der den Lichtbogen-Löschabschnitt 7 seitlich umarmt.
-
Der erste und der zweite Teil 17, 19 sind integral ausgebildet, mittels eines synthetischen Plastikmaterials.
-
Der erste Teil 17 ist dicker als der zweite Teil 19, und beheimatet ein Scharnier 23.
-
Ähnlicherweise, allerdings mit einem geringfügig abweichenden Aufbau, weist der andere abgrenzende Abschnitt 18 einen ersten Teil 27 oder einen Abschnitt auf, der näher an dem Kontaktabschnitt 4 zum Schalten oder Unterbrechen angeordnet ist, und einen zweiten Teil 29, der den Lichtbogen-Löschabschnitt 7 seitlich umarmt. Auch in diesem Fall sind der erste Teil und der zweite Teil 27, 29 integral mittels eines synthetischen Plastikmaterials hergestellt.
-
Der erste Teil 27 ist dicker als der zweite Teil 29, und beheimatet einen Schlitz 28, der sich im Wesentlichen parallel zu äußeren seitlichen Flanken des Gehäuses 10 oder des Lichtbogen-Löschabschnitts 7 erstreckt.
-
Ein Hebel 25 hat ein Ende 25A, das drehbar an dem Scharnier 23 des ersten Teils 17 des Begrenzungsabschnitts 16 befestigt ist.
-
Der Hebel 25 erstreckt sich quer zwischen den beiden gegenüberliegenden mittleren Begrenzungsabschnitten 16 und 18, und parallel zu den Schutzwänden 11, welche den Unterbrecher 1 abdecken.
-
Der Hebel 25 weist ein gegenüberliegendes Ende 25B auf, welches verschiebbar in dem Schlitz 28 angebracht ist, welcher in dem ersten Teil des anderen Begrenzungsabschnitts 18 vorgesehen ist, durch einen Bolzen 30.
-
Der in 2 gezeigte Aufbau zeigt den Hebel 25 an einer Hauptseite des Unterbrechers 1, während der in 4 gezeigte Aufbau den anderen Hebel an der anderen Hauptseite des Unterbrechers 1 zeigt. Die Hebel 25 sind symmetrisch vorgesehen, um einen geschmeidigeren Verschiebevorgang auf dem Lichtbogen-Löschabschnitt 7 zu erlauben, wie nachfolgend offenbart wird.
-
Jeder Hebel 25 an beiden Seiten des Unterbrechers 1 hat einen mittleren, vergrößerten Abschnitt 33, der mit einem Bolzen 32 versehen ist, welcher senkrecht von jedem Hebel 25 zu dem inneren Teil des Unterbrechers vorsteht, und auf eine korrespondierende untere Kante 35 des Lichtbogen-Löschabschnitts 7 einwirkt.
-
Ein Mechanismus weist eine Endlosschraube auf, die zum Einwirken auf beide Hebel 25 vorgesehen ist. Diese Endlosschraube ist innerhalb des Begrenzungsabschnitts 18 der Lichtbogenkammer beheimatet, und hat ein Ende, das mit einem Block versehen ist, der mit dem befestigten Ende 25B von beiden Hebeln 25 innerhalb des ersten Teils 27 des Begrenzungsabschnitts 18 versehen ist. Die Schraube und ihr Endblock sind nicht in den Zeichnungen sichtbar, da diese innerhalb des Begrenzungsabschnitts 18 verdeckt sind.
-
Sobald das Paar an Hebeln 25 durch die Endlosschraube, welche innerhalb des Begrenzungsabschnitts 18 der Lichtbogenkammer beheimatet ist, betätigt wird, ist jedes entsprechende verbundene Ende 25A der Hebel 25 winkelig drehbar bewegbar, um das Scharnier 23, während die gegenüberliegenden Enden 25B innerhalb des Schlitzes 28 verschiebbar sind.
-
Diese Bewegung dient der weiteren Bewegung des zentralen vergrößerten Abschnitts 33 des Hebels 25, welcher den Bolzen 32 in die Richtung des Pfeils F drückt, wodurch es dem Lichtbogen-Löschabschnitt 7 erlaubt wird, auf eine verschiebbare Art und Weise weg von dem mittleren Kontaktabschnitt 4 zum Schalten oder Unterbrechen bewegt zu werden.
-
Als Alternative kann der Unterbrecher 1 der vorliegenden Erfindung in einer horizontalen Version konstruiert werden, mit einer Art eines isolierenden Lagertabletts. In solch einem Fall ist die Endlosschraube auf Schraubenstützen vorgesehen, die an solch einem Tablett fixiert sind. Ein Ende der Schraube ist direkt mit dem zentralen vergrößerten Abschnitt 33 der Hebel 25 auf solch eine Art gekoppelt, dass die Verschiebebewegung der Enden der Endlosschraube direkt auf den zentralen Abschnitt 33 der Hebel 25 wirkt.
-
Sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Version erlaubt das Wirken des Endlosschraubenmechanismus eine Bewegung des Lichtbogen-Löschabschnitts 7 sowohl in die vertikale als auch in die horizontale Position des Unterbrechers 1, in Abhängigkeit von der Art, wie dieser installiert wurde, ohne die Verwendung eines speziellen Krans oder einer ähnlichen Vorrichtung, die gemäß des Standes der Technik vorgesehen ist, zum Anheben und zur Handhabung der schweren Lichtbogenkammer.
-
In beiden Versionen wirkt der Bewegungsmechanismus symmetrisch auf beide Hebel 25, die an beiden Seiten des Unterbrechers 1 gelagert sind, und erlaubt eine geschmeidige Bewegung des Lichtbogen-Löschabschnitts 7 entlang der Führungen, welche durch die gegenüberliegenden mittleren Begrenzungsabschnitte 16, 18 repräsentiert werden.
-
Bezüglich des mittleren Kontaktabschnitts 4 zum Schalten und Unterbrechen wird der interne schematische Aufbau des Unterbrechungsabschnitts, inklusive dem elektrischen Schaltmittel der vorliegenden Erfindung, in 5 und 6 gezeigt.
-
Der Unterbrechungsabschnitt kann als aufgeteilt in einen Niedervoltabschnitt, der den Aktivierungsmechanismus 3 aufweist, und in einen Hochvoltabschnitt angesehen werden.
-
Der Niedervoltabschnitt ist insbesondere zum Aktivieren des Unterbrechungsvorgangs des Hochvoltabschnitts vorgesehen.
-
Der Unterbrecher 1 der vorliegenden Erfindung kann als Schaltelement angesehen werden, das im Ruhezustand mit geschlossenen Kontakten vorgesehen ist, welche so schnell wie möglich geöffnet werden müssen, in dem Falle eines Kurzschlusses oder einer Situation unter Überstrom, gemäß den Benutzeranforderungen.
-
Diesbezüglich weist der Unterbrechungsabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung fixe Kontakte 5 und bewegbare Kontakte 6 auf.
-
Es gilt zu beachten, dass die fixen Stromkontakte 5 mit Doppelkontakten 13, 14 aufgebaut sind, welche aus verschieden leitfähigen Materialien ausgebildet sind.
-
Ein erster fixer Hauptkontakt 13 wird intern auf einem fixen Block 9 gelagert, in einer Position, welche als näher an dem Aktivierungsmechanismus 3 definiert werden kann.
-
Solch ein erster fixer Hauptkontakt 13 ist durch eine hochleitfähige Silberlegierung ausgebildet.
-
Ein zweiter fixer Bogenkontakt 14 wird auf dem gleichen Block 9 gelagert, mit einem vorbestimmten Abstand von dem ersten fixen Kontakt 13. Auch dieser zweite Kontakt 14 kann als Hilfsbogenkontakt definiert werden.
-
Dieser zweite Bogenkontakt 14 ist aus einer Legierung ausgebildet, die Wolfram aufweist.
-
Der Block 9 ist mit einem ersten Stromanschlusskontakt 8 verbunden, der seitlich aus dem Gehäuse 10 vorsteht.
-
Eine bewegbare Stange 39 lagert die bewegbaren Kontakte 6, welche gleich aufgebaut sind zu den Doppelkontakten 23, 24, einen Hauptkontakt 23 und einen Hilfsbogenkontakt 24, die aus verschieden leitfähigen Materialien ausgebildet sind. Allerdings ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein elastisches Element 26 zwischen die Kontakte 23 und 24 der bewegbaren Stange 39 strukturell zwischengefügt.
-
Das Vorliegen des elastischen Elements 26 erlaubt eine geringfügige Schieflage des oberen Hilfsbogenkontakts 24 hin zu dem korrespondierenden fixen Hilfsbogenkontakt 14, so dass der obere bewegbare Kontakt 24 den korrespondierenden fixen Kontakt 14 als erstes berührt, während der Schließphase des Unterbrechers 1.
-
Die bewegbare Stange 39 ist drehbar bewegbar, aus einer Ruheposition oder geöffneten Position zu einer Betriebsposition oder geschlossenen Position, in welcher der bewegbare Kontakt 6 gegen die fixen Kontakte 5 anstößt. Die Bewegung der Stange 39, welches die bewegbaren Kontakte 6 lagert, hin zu den fixen Kontakten 5, spannt die elastische Kraft des elastischen Mittels 40, welches konstant gegen das Öffnen der Kontakte drückt.
-
Die Stange 39 ist ebenfalls mit einem zweiten Stromanschlusskontakt 38 verbunden, der seitlich aus dem Gehäuse 10 heraussteht, von der gegenüberliegenden Seite bezüglich des anderen Anschlusses 8.
-
Interessanterweise wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Drehbewegung der zweiten Stange 39 mit dem Paar an Kontakten 23, 24 hin zu den fixen Kontakten 13, 14 des fixen Blocks 9 und weg von diesen in zwei Schritten ausgeführt.
-
Vorab wird angemerkt, dass die Drehbewegung einen ersten Kontakt zwischen den oberen Kontakten 14 und 24 näher an dem Lichtbogen-Löschabschnitt 7 erlaubt, und direkt danach ein zweiter Kontakt zwischen den unteren Kontakten 13 und 23 näher an dem Aktivierungsmechanismus 3 einsetzt.
-
Sobald die bewegbaren Kontakte 23, 24 gegen die fixen Kontakte 13, 14 anstoßen, wird der Unterbrecher in solch einer geschlossenen Position durch die magnetische Anziehung gehalten, welche durch eine Spule 22 ausgeübt wird, die unter den fixen Kontakten 5 gelagert wird und durch einen Hilfsstrom versorgt wird. Die magnetische Kraft der Spule ist gegen ein Ankerelement 20 der bewegbaren Stange 39 gerichtet.
-
Der Kontakt zwischen der Spule 22 und dem Ankerelement 20 tritt während der Schließphase ein, allerdings bevor sich die Hauptkontakte 13, 23 gegenseitig berühren, somit bevor der elektrische Kreis effektiv geschlossen wird.
-
Während der Öffnungsphase treten zwei verschiedene Situationen auf:
- 1. Der in der Spule 22 fließende Strom wird auf null reduziert, mittels Abstellen der Hilfsversorgung. In solch einem Fall wird die einzige Anziehungskraft, welche auf den Unterbrecher wirkt, durch das elastische Element ausgeübt, welches das Öffnen des Unterbrechers bewirkt;
- 2. während eines möglichen Kurzschlusses oder einer Überspannung innerhalb der Spule 22 wird ein erhöhter Strom hervorgerufen, der einen vorbestimmten Grenzwert erreicht. Solch ein erhöhter Strom reduziert das magnetische Feld auf null, welches das Ankerelement 20 auf Anschlag mit der Spule hält, wodurch das elastische Element 40 seine elastische Energie freisetzen kann, wodurch der Unterbrecher geöffnet wird.
-
Während der Öffnungsphase werden als erstes der Hauptkontakt und die unteren Kontakte 13 und 23 voneinander getrennt, und unmittelbar danach tritt das Trennen zwischen den zweiten oberen Kontakten 14 und 24 ein.
-
Diese zweistufige Bewegung erlaubt eine erste Reduktion von möglichen Lichtbögen, welche normalerweise zwischen den fixen und bewegbaren Kontakten generiert werden, während der Öffnungsphase eines Unterbrechers für solch hohe Ströme oder Spannungen.
-
Wie vorab unter Bezugnahme auf die erste und die zweite Situation offenbart wurde, ist es ebenfalls wichtig zu beachten, dass die bewegbaren Kontakte 6 durch das Freigeben von elastischen Mitteln 40 aktiviert werden, welche konstant gegen das Öffnen der Kontakte drücken.
-
Diese elastischen Mittel 40 sind aus einem Paar an Federn 36, 37 aufgebaut, welche entspannt sind, wenn sich der Unterbrecher 1 in der geschlossenen Konfiguration befindet.
-
Ein Ende von jeder Feder 36, 37 ist mit der bewegbaren Stange 39 verbunden, während das gegenüberliegende Ende mit einem fixen Teil der Unterbrecherstruktur verbunden ist.
-
Anders ausgedrückt, wenn die bewegbaren Kontakte 6 mit den fixen Kontakten 5 in Kontakt sind, werden die elastischen Mittel 40 angesprochen, so dass die Federn 36, 37 gespannt werden. Auf diese Art und Weise hängt das Freigeben der Federn von der elastischen Konstante K ab, aber nicht von der Betriebsspannung des Unterbrechers.
-
Im Unterschied zu bekannten Lösungen hängt der Unterbrechungsvorgang des Unterbrechers 1 nicht von der Spule ab, welche geladen ist, um eine geschlossene Position aufrecht zu erhalten, und hängt somit nicht von einem Spannungswert ab, welcher an der Spule anliegt.
-
Dieser Aufbau des Unterbrechers erlaubt es, dass ein schnelleres Trennen der bewegbaren Kontakte von den fixen Kontakten erreicht wird, und eine schnellere Reaktion des Unterbrechers.
-
Des Weiteren werden Stromeinsparungen während den normalen Betriebsbedingungen erreicht, da der Unterbrechungsvorgang des Unterbrechers 1 nicht von einer Stromzufuhr abhängt.
-
Das Schließen der bewegbaren Kontakte wird durch Motormittel 50 ausgeführt, welche mit elektrischer Energie versorgt werden, mittels eines Zerhackers 52. Dies ist sozusagen eine Schaltvorrichtung, die einen festen Gleichstromwert in einen variablen Gleichstromspannungswert am Ausgang umwandelt. Anders ausgedrückt, wie unter Bezugnahme auf die Versorgung der Spule 20, die zum Halten der Kontakte 5, 6 in einer geschlossenen Position referenziert wurde, wird eine Hilfsversorgung für den Unterbrecher 1 vorgesehen, und eine Spannungsumwandlung durch einen Konverterkreis vorgesehen. Beispielsweise wird ein Mehrspannungs-Konverterkreis vorgesehen, zum Versorgen des Unterbrechers mit einer 24 V-Spannung, während der Anwender eine Grundspannungsversorgung von 110 V zur Verfügung stellt.
-
Die Schließphase wird in ungefähr zwei Sekunden ausgeführt, gemäß der Spannungswerte des Kreises, in welchen der Unterbrecher installiert ist.
-
Die Wirkungsweise des Unterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung hängt ebenfalls von dem spezifischen Aufbau der Komponenten der Lichtbogenkammer ab.
-
Der Lichtbogen-Löschabschnitt 7 kann sich vom Aufbau her unterscheiden, gemäß den verschiedenen Spannungsbereichen, mit welchen umgegangen werden muss, und den entsprechenden Arten von Lichtbögen, und deren Energieinhalt, welche mit absoluter Sicherheit gelöscht werden sollen.
-
Allerdings ist der Lichtbogen-Löschabschnitt 7 der vorliegenden Erfindung mit externen polaren Erweiterungen 60 versehen, welche an beide Hauptseiten des Unterbrechers 1 gekoppelt sind.
-
Noch spezifischer ist ein Paar an Metallplatten 61, 62 unabhängig voneinander an beiden seitlichen Hauptseiten des Lichtbogen-Löschabschnitts 7 montiert.
-
Jede Platte 61, 62 ist im Wesentlichen quadratisch und ist an der synthetischen Plastikstruktur der Lichtbogenkammer befestigt, mittels Befestigungsbolzen 64, die an den Ecken der Platte vorgesehen werden.
-
Des Weiteren sind weitere Spulen wie ein Gürtel 63 an jeder externen Polarerweiterung angeordnet, um die Bewegung des Lichtbogens innerhalb der Lichtbogenkammer fehlerfrei zu regulieren, und zum Halten des Lichtbogens innerhalb der Lichtkammer, während das Löschen erfolgt. Jede Spule ist in ein isolierendes Gehäuse eingefügt, das aus einem synthetischen Plastikmaterial hergestellt ist, zum Isolieren und Schützen der Spule vor externen Vorrichtungen oder angrenzenden Unterbrechermodulen.
-
Ein Fachmann versteht, dass eine verschiedene Anzahl an Platten, oder eine einzige Platte, oder Platten mit verschiedener Gestalt oder Größe angepasst werden können, als externe polare Erweiterungen an beiden Seiten des Lichtbogen-Löschabschnitts 7.
-
Es muss angemerkt werden, dass die Platten 61, 62 an der Lichtbogenkammer fixiert sind, und deshalb mit der Lichtbogenkammer bewegbar sind, wenn diese auf verschiebliche Weise bewegt wird, durch den Hebel 25, zum Erlauben von Wartungsarbeiten an dem abgedeckten Unterbrecherabschnitt.
-
Allerdings sind gemäß der Erfindung die externen polaren Erweiterungen 60 mit weiteren korrespondierenden polaren Erweiterungen 70 elektrisch gekoppelt, welche mit dem fixen Teil des Unterbrechers 1 verbunden sind, dies ist sozusagen der mittlere Schaltabschnitt 4.
-
Diese weiteren polaren Erweiterungen 70 werden nach wie vor außerhalb gehalten, bezüglich des internen Aufbaus des Unterbrechers, und werden durch die oben offenbarten polaren Erweiterungen 60 überlappt.
-
Noch spezifischer, sogar die weiteren polaren Erweiterungen 70 weisen ein Paar an Platten 71, 72 auf, welche gleich in Gestalt und Größe zu den korrespondierenden Platten 61, 62 der polaren Erweiterungen 60 sind, die mit der Lichtbogenkammer verbunden sind.
-
Sogar die Platten 71, 72 sind an beiden Hauptseiten des Unterbrechers 1 vorgesehen.
-
Die Platten 71, 72 sind vom Aufbau unabhängig von den korrespondierenden Platten 61 und 62.
-
Über den Hilfsbogenkontakten 14 und 24, allerdings noch immer in dem mittleren Schaltabschnitt, sind entsprechende Lichtbogenleiter (nicht gezeigt) vorgesehen.
-
Diese Lichtbogenleiter unterstützen ein Ableiten des elektrischen Lichtbogens, welcher während der Öffnungsphase der bewegbaren Kontakte 23, 24 ausgebildet wird. Genauer gesagt ist jeder der Lichtbogenleiter elektrisch mit entsprechenden Ableitungsspulen 55, 56 verbunden, welche an den Seiten von jedem fixen oder bewegbaren Kontakt 5 oder 6 vorgesehen sind.
-
Die Metallplatten 71, 72 der polaren Erweiterung 70 sind an beiden Seiten des Unterbrechers 1 vorgesehen, korrespondierend mit den Endabschnitten des Kerns, welcher jeweils innerhalb der Ableitungsspulen 55, 56 eingesetzt ist.
-
Alle Figuren zeigen klarerweise diese Metallplatten 71, 72 an einer Seite des Unterbrechers, allerdings sollte zusätzlich das Vorhandensein der entsprechenden Platten in einer parallelen Position erachtet werden, auf der anderen Seite des Unterbrechers.
-
Die Platten 71, 72 der polaren Erweiterung 70 sind in einer Position im Inneren näher an dem mittleren Schaltabschnitt 4 installiert, während die Platten 61, 62 der anderen externen polaren Erweiterung 60 mit der Lichtbogenkammer verbunden sind, welche teilweise die korrespondierenden Platten 71, 72 überlappt, die ebenfalls einen elektrischen Kontakt verwirklichen.
-
In anderen Worten ausgedrückt, erlaubt es das teilweise Überlappen der Platten, einen Verschiebeanschlagskontakt zu bilden, der eine elektrische Verbindung vorsieht, zum Garantieren eines elektrischen Leitens zwischen den Platten 61, 71 und 62, 72.
-
Auf diese Art und Weise ist eine größere polare Erweiterungsstruktur vorgesehen, um eine größere Löschkapazität für den Unterbrecher anzubieten, gemäß der Erfindung.
-
Des Weiteren erlaubt die Tatsache, dass die polaren Erweiterungen durch eine doppelte Gruppe von Metallplatten aufgebaut sind, eine angeordnet an dem Unterbrecher, und die andere angeordnet an der Lichtbogenkammer, eine Reduzierung des Gewichts des Lichtbogen-Löschabschnitts 7. Dies ist ein weiterer Vorteil, da die Lichtbogenkammer der vorliegenden Erfindung angehoben oder verschieblich bewegt werden kann, durch den Hebelmechanismus 25, und eine Gewichtsreduzierung dieses Bewegen während Instandhaltungsarbeiten vereinfacht.
-
Zurückkommend auf den Aktivierungsmechanismus 3 gilt es zu beachten, dass solch ein Mechanismus einen Niederspannungs-Antriebsabschnitt enthält, mit Mitteln zum Geschlossenhalten der Unterbrecherkontakte. Der Aktivierungsmechanismus ist in einer konventionellen Art und Weise aufgebaut, um das Öffnen der bewegbaren Kontakte 6 des Unterbrechers automatisch zu aktivieren, wenn eine Überstrombedingung erkannt wurde.
-
Diese Mittel können als Begrenzungseinheit identifiziert werden, welche einen Teil des Stromkreisunterbrechers 1 darstellt, welche erkennt, wenn die Kontakte 6 automatisch öffnen müssen. Wie vorab beschrieben, wird während eines möglichen Kurzschlusses oder während einer Überspannung innerhalb der Spule 22 ein zusätzlicher Strom erzeugt, und dieser zusätzliche Strom reduziert bei dem Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes das magnetische Feld auf null, welches das Ankerelement 20 gegen die Spule drückt, und lässt das elastische Mittel 40 frei, wodurch dieses seine elastische Energie freisetzt, wodurch der Unterbrecher 1 geöffnet wird.
-
In einem thermal-magnetischen Stromkreisunterbrecher weist die Begrenzungseinheit Elemente auf, die dazu konstruiert sind, die Wärme zu erfassen, welche aus einer Überlastsituation resultiert, und aus dem hohen Strom eines Kurzschlusses resultiert.
-
Im Hinblick auf die obige Beschreibung sollte die Funktionsweise der Unterbrechervorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung einleuchten.
-
In der obigen Beschreibung wurden folgende Richtungsangaben verwendet: vorwärts, rückwärts, vorne, hinten, oben, unten, über, unter, Boden, Seite, vertikal, horizontal, quer, usw. Diese Richtungsangaben beziehen sich lediglich auf die Vorrichtung wie in den Figuren gezeigt, beziehen sich aber nicht auf einen möglichen Einsatz dieser Vorrichtung.
-
Somit entsprechen diese Richtungen, wie zum Beschreiben des Unterbrechers verwendet, wobei sich die Schaltvorrichtung aufrecht stehend auf einer horizontalen Oberfläche befindet, lediglich zum Identifizieren von Abschnitten der Vorrichtung in Bezug auf andere Abschnitte, wie in den Figuren gezeigt.