Die Erfindung betrifft ein System von Schaltgaskühl- und Partikelfanganordnung für nach einem Kurzschluss-Schaltvorgang in elektrischen Installationsgeräten, insbesondere in Nie- derspannungs-Leistungsschaltern, auftretende Schaltgase.

Beim Abschalten von elektrischen Strömen in Installationsgeräten, wie Leistungsschaltern, entsteht beim Öffnen der Kontakte ein Schaltlichtbogen. Der Lichtbogen heizt die Luft in der Schaltkammer auf, was zu einer Druckerhöhung und folglich zu einer Ausströmung der aufgeheizten Gase durch Ausblasöffnungen führt - im Weiteren Ausblasung genannt. Diese aufgeheizten und leitfähigen Gase enthalten außerdem in fein verteilter Form Feststoffpartikel und aufgeschmolzene Metallpartikel und sind je nach Zusammensetzung und Gastemperatur auch nach Verlassen des Installationsgeräts unterschiedlich leitfähig. Bei der Auslegung von Schaltkammern (Gehäusefestigkeit) müssen die Prozesse bei der Ausblasung (Temperatur, Kammerdruck) berücksichtigt werden.

Die Dimensionierung einer Schaltgaskühlanordnung in Bezug auf Gesamtquerschnitt der Durchtrittsöffnungen ist im Wesentlichen bestimmt durch und abhängig von Schaltleistung bzw. Nennstrom des Installationsgeräts. Die Dimensionierung wird in der Regel so optimiert, dass eine hohe Kühlleistung erbracht wird. Dies erfordert in der Regel relativ enge Durch- trittsöffnungen in der Schaltgaskühlanordnung.

Zum Stand der Technik von Schaltgaskühlanordnung mit engen Durchtrittsöffnungen seien daher beispielhaft folgende Vorrichtungen genannt:

Es ist eine Kühlvorrichtung in Niederspannungsleistungsschaltern bekannt, bei der ein engmaschiges metallisches Netz oder Gitter eingesetzt wird (EP 0817223 Bl). Eine andere Art der Ausführung ist in Form eines Plattenstapels realisiert (DE 102012110409 AI).

Mit der Ausbildung von engen Durchtrittsöffnungen tritt der Nachteil auf, dass die Durch- trittsöffnungen von in den Ausblasgasen mitgeschleppten Partikeln nach einiger Zeit zugesetzt werden und es zu Schädigungen der Schaltgaskühlanordnung kommt. Der Strömungs- querschnitt in der Schaltgaskühlanordnung wird verringert. Die Kühlwirkung verschlechtert sich und bewirkt eine Rückwirkung auf die Druck- und Schaltverhältnisse in der Schaltkammer. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, die einen Schutz gegen Verstopfen der Schaltgaskühlanordnung liefert.

Die Lösung der Aufgabe findet sich im Kennzeichen des Hautanspruchs; weiterführende Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen formuliert.

Demnach betrifft die Erfindung ein System von Schaltgaskühl- und Partikelfanganordnung für nach einem Kurzschluss-Schaltvorgang in elektrischen Installationsgeräten, insbesondere in Niederspannungs-Leistungsschaltern, auftretende Schaltgase, wobei abwärts des Strömungswegs der aus mindestens einem Schaltkammeraustrittsfenster austretende Schaltgase eine Schaltgaskühlanordnung in einer Ausblaskammer angeordnet ist, und wobei im Raum hinter dem mindestens einen Schaltkammeraustrittsfenster und vor Eintritt der Schaltgase in die Schaltgaskühlanordnung mindestens ein als Partikelfanganordnung ausgebildetes flächiges Strömungselement angeordnet ist, welches von den Schaltgasen umströmbar ist und einen Querschnitt aufweist, der dem Querschnitt des Schaltkammeraustrittsfensters entspricht oder größer ist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden aufgeführt:

Das als Partikelfanganordnung ausgebildete Strömungselement soll im folgenden auch kurz mit„Prallplatte" bezeichnet werden. Es wirkt als Schutzeinrichtung der Schaltgaskühlanordnung.

Metallpartikel weisen eine größere Massenträgheit auf als Gase. Platziert man ein geeignetes Strömungselement in den Ausblasstrahl, so fliegen die Partikel geradeaus auf das vom Strö- mungselement gebildete Hindernis zu. Die Gase werden jedoch abgelenkt und umströmen das Hindernis Richtung Schaltgaskühlanordnung. Die Ablagerungen haften am Hindernis an und erstarren dort. Durch eine Optimierung der Gestaltung und der Lage der Prallplatte wird erreicht, dass die Partikel nicht zur Seite abspritzen. Das Hindernis kann aus einem senkrecht zur Strömungsrichtung ausgerichteten Flachmaterial bestehen. Die Fläche des Hindernisses soll dem Querschnitt der Ausblasöffnung entsprechen oder größer sein. Weitere bevorzugte Formgebungen des Hindernisses können konkav gekrümmte Prallplatten sein. Solche konkaven Formgebungen können schalenartige Ausbildungen sein. Je nach geometrischer Gestaltung des Schaltapparats und der Schaltkammer und/oder der leistungsmäßigen Ausrüstung des Installationsgeräts sollte die Ausrichtung einer konkav gestalteten Prallplatte derart sein, dass sich die konkave Ausbeulung als eine sich entgegen die Schaltgasströ- mungsrichtung öffnende Schale oder sich öffnender Hohlraum gerichtet ist;

Das Strömungselement sollte mit einem Abstand vor der Kühlanordnung befestigt sein, der größer ist als die Breite des Strömungselements. Auf der Seite der Schaltkammer sollte in einer optimalen Konstellation das Strömungselement so weit entfernt sein, dass der in der Schaltkammer erzeugte Lichtbogen nicht auf das Strömungselement überspringt.

Das Strömungselement weist Befestigungsmittel auf, die der Befestigung in der Ausblaskammer dienen. Das Strömungselement sollte metallisch ausgebildet sein oder aus Keramik bestehen. Vorteilhaft ist die Verwendung von metallischen Prallplatten, da dadurch die Partikel schneller abkühlen und am Hindernis haften bleiben.

Abwärts des Strömungswegs sollte hinter jedem Schaltkammeraustrittsfenster ein Strömungs- element angeordnet sein.

Die Schaltgaskühlanordnung dient der Abkühlung von während und nach einem Schaltvorgang des elektrischen Installationsgeräts auftretenden heißen Gasen. Die Kühlanordnung befindet sich im Strömungsweg der heißen Schaltgase und hat enge Durchtrittsöffnungen. Das Material der Kühlanordnung hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Wärmekapazität. Die Durchtrittsöffnungen sind geradlinig oder ebenflächig ausgebildet und parallel zur Strömungsrichtung der Schaltgase angeordnet, so dass keine Umlenkung der Schaltgase stattfindet. Die Schaltgaskühlanordnung ist vorzugsweise in Bezug auf Material und Dimensionierung auf eine Kurzschlussschaltarbeit des Installationsgeräts ausgelegt.

Die Schaltgaskühlanordnung ist eine Plattenanordnung aus Blechformen, die eine Quader- form bilden. Die Blechformen bilden eine selbsttragende Struktur von Kühlplatten, die untereinander unverlierbar verbunden sind. Die Kühlplatten der Kühlanordnung können parallel zur Lage der Strömungselemente angeordnet sein.

Der Gesamtquerschnitt der Durchtrittsöffnungen ist im wesentlichen bestimmt durch und ab- hängig von Schaltleistung bzw. Nennstrom des Installationsgeräts. Die Dimensionierung der Systemanordnung von Kühlanordnung und Prallplatten wird vorrangig auf die Schaltleistung im Kurzschlussfall abgehoben, da beim Schalten von Kurzschlüssen der Schaltapparat maximal beansprucht wird und in solchen Fällen die austretenden Schaltgase Partikel in fester oder flüssiger Form mitführen können.

Die Erfindung wird in mehreren Figuren dargestellt, wobei diese im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 perspektivische Ansicht der Anordnung und

Fig. 2 eine Ansicht der Erfindung (im Schnitt).

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnung, in der die Schaltgaskühlanordnung 10, der Schaltkammerdeckel 14 mit zwei Ausblasöffnungen (Schaltkammeraustrittsfens- ter 15) und zwei Strömungselemente (Prallplatten 20) dargestellt sind. Die Schaltgaskühlanordnung 10 befindet sich in einer nicht dargestellten Ausblaskammer und füllt die Ausblas- kammer vollständig aus. Die Prallplatten 20 bilden einen entgegen die Schaltgasströmungs- richtung 30 gerichteten offenen Hohlraum. Der Schaltgasstrom kann an den Prallplatten vorbeistreichen, wobei aus den Ausblasöffnungen mitgetragene Partikel auf die Prallplatten treffen und dort festgehalten werden. Zur Befestigung der Prallplatten in der Ausblaskammer, welche auch die Kühlanordnung aufnimmt, sind an den Prallplatten entsprechende Aussparungen 22" vorgesehen. Zusätzlich können die Prallplatten durch kleine Metallstifte 22' in Position gehalten sein. Vor der Ausblasöffnung befindet sich die Schaltkammer, mit Kontaktapparat und möglicherweise mit eine Löscheinrichtung für Lichtbogen etc, so dass im wesentlichen aus der Aus- blasöffnung heiße Schaltgase austreten. Die Durchtrittsöffnungen 12 in der Schaltgaskühlanordnung können als flache, ebenflächige Schlitze ausgebildet sein, so dass sie den Schaltgasen nur einen solchen Strömungswiderstand entgegensetzen, der zur ausreichenden Kühlung notwendig ist.

Die Kühlbleche können prinzipiell parallel oder senkrecht zur Anordnung der Prallplatten liegen, je nach fertigungstechnischen Gesichtspunkten.

Zu den Dimensionen und Abmessungen werden folgende typische Angaben gemacht.

Der aus den Kühlplatten 11 gebildete Block (10) hat Quaderform, also auch ebene Seitenflä- chen. Die ebene Stirnfläche kann rechteckig ausgebildet sein, mit beispielhaften Flächen zwischen 400 und 1000 mm ² . Allerdings kann auch die Dimensionierung der Kühlplatten wegen der Wahl des Materials variieren, wobei das Dickenmaß abhängig von der Wärmeaufnahmekapazität der Kühlplatten kleinere oder größere Werte haben kann. Diese Dimensionierung ist jedoch nicht auf quadratische Maße der Stirnfläche beschränkt. Wie schon erwähnt werden die Abmessungen von der geforderten Kühlwirkung, die mit der Kurzschluss-Schaltleistung abgestimmt sein sollte, bestimmt. Vorzugsweise haben alle Kühlplatten dieselbe Dicke. Die Kühlplattendicke kann zwischen 400 bis 1000 μιη liegen. Der Plattenstapel kann aus bis zu 60 identischen Kühlplatten bestehen.

Die Durchtrittsöffnungen 12 haben vorzugsweise bezüglich Weite und Breite dieselbe Ausdehnung. Die Schlitzweite quer zur Strömungsrichtung kann jeweils nach zu erwartendem Gasmassestrom abgestuft: zwischen 100 und 500 μιη betragen. Die Länge der Kühlplatten in Strömungsrichtung kann 40 bis 100 mm betragen.

Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Anordnung von oben im Schnitt, bei der nur ein Schaltkam- meraustrittsfenster 15 und eine Prallplatte 20 dargestellt ist. Bezeichnet sind an der Stirnseite der Kühlanordnung 10 die Kühlplatten mit 12 und die Durchtrittsöffnungen (Schlitze) mit 11. In Fig. 2 sind Prallplatten in Rechteckform dargestellt. Es handelt sich um eine in Längsrichtung des Rechtecks durchgehend abgewinkelte Platte, so dass ein C-förmiger oder V- förmigen Querschnitt entsteht. Vorzugsweise kann das Maß der Abwinklung 90° oder weniger betragen. Der Schaltgasstrom streicht an der oder den Prallplatten vorbei (32), wobei die mitgetragenen Partikel 40 direkt auf die Prallplatten treffen und dort festgehalten werden. Breite 16" und Höhe der Prallplatten orientieren sich an Breite und Höhe des Schaltkammer- austrittsfensters 15. Der Querschnitt der Prallplatten sollte mindestens mit dem Querschnitt des Schaltkammeraustrittsfensters deckungsgleich oder größer sein. Die Prallplatten befinden sich zwischen dem Schaltkammerdeckel 14 und der Kühlanordnung 10, wobei vorzugsweise der Abstand 17 (Vorderkante Prallplatte zur Eintrittsfläche der Kühlanordnung) größer ist als die Breite 16" der Prallplatte. Damit wird erreicht, dass die Strömung hinter den Prallplatten möglichst homogen ist und die Kühlanordnung effektiv genutzt werden kann.

Zu den Dimensionen der Prallplatten wurde schon erwähnt, dass sie dem Querschnitt des Schaltkammeraustrittsfensters angepasst sind. Die Prallplatten können einseitig oder zweiseitig verlängert sein, so dass mit diesen Verlängerungen die Befestigung in der Ausblaskammer realisiert ist.

Vorzugsweise muss der Raum, in dem sich die Prallplatten befinden, größer sein als die Fläche der Austrittsfenster am Schalterdeckel. Somit kann der Gasstrom um die Prallplatten herumstreichen. Zusammenfassend handelt es sich bei der Erfindung um ein System von Schaltgaskühl- und Partikelfanganordnung für nach einem Kurzschluss-Schaltvorgang in elektrischen Installationsgeräten, insbesondere in Niederspannungs-Leistungsschaltern, auftretende Schaltgase 30. Das System wird gebildet durch eine Schaltgaskühlanordnung und einer Partikelfanganordnung. Abwärts des Strömungswegs der aus mindestens einem Schaltkammeraustrittsfenster 15 austretende Schaltgase 30 ist eine Schaltgaskühlanordnung 10 in einer Ausblaskammer angeordnet. Im Raum hinter dem mindestens einen Schaltkammeraustrittsfenster 15 und vor Eintritt der Schaltgase 30 in die Schaltgaskühlanordnung 10 ist ein Strömungselement 20 angeordnet, welches von den Schaltgasen umströmbar ist und einen Querschnitt 16" aufweist, der dem Querschnitt 16' des Schaltkammeraustrittsfensters 15 entspricht oder größer ist. Die Strömungselemente 20 wirken als Partikelfanganordnung und somit als Schutzeinrichtung der S chaltgaskühlanordnung .

Bezugszeichen

10 Schaltgaskühlanordnung in einer Ausblaskammer

11 Kühlplatten

12 Durchtrittsöffnungen (Schlitze) in 10

14 S chaltkammerdeckel

15 Schaltkammeraustrittsfenster (Ausblasquerschnitt)

16' Querschnitt des Austrittsfensters

16" Fläche, bzw. Querschnitt des Strömungselements

17 Abstand zwischen Vorderkante Prallplatte und Kühlanordnung

20 Strömungselement (Prallplatte)

22', 22" Befestigungsmittel der Prallplatten (Stift, Loch)

30 Schaltgasstrom aus der Schaltkammer (Strömungsweg)

32 vorbeistreichender Gasstrom

40 Partikel (Tröpfchen, Feststoff)