Strombegrenzende Lichtbogenlöscheinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine strombegrenzende Lichtbogen löschein richtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein Installationsschaltgerät mit einer strombegrenzenden Lichtbogenlöscheinrichtung gemäß Anspruch 6, sowie die Verwendung eines Verbundmaterials zur Beschichtung von Teilen einer strombegrenzenden Lichtbogenlöscheinrichtung gemäß Anspruch 7.

Gattungsgemäße strombegrenzende Lichtbogenlöschvorrichtungen für ein elektrisches Schaltgerät, welches wenigstens eine ein festes und ein bewegliches Kontaktstück aufweisende Kontaktstelle hat, umfassen ein Lichtbogenlöschblechpaket und eine Festkontakt- Leitschiene und ein dem beweglichen Kontaktstück zugeordnetes Lichtbogenleitblech, zwischen denen sich das Lichtbogenlöschblechpaket befindet, dergestalt, dass die Fußpunkte eines beim öffnen der Kontaktstelle entstehenden Schaltlichtbogens auf der Festkontakt - Leitschiene und dem Lichtbogenleitblech entlanglaufen, wobei der Schaltlichtbogen in das Lichtbogenlöschblechpaket wandert und darin gelöscht wird.

Ein Beispiel für eine solche gattungsgemäße strombegrenzende Lichtbogen löschvor- richtung ist in der DE 40 41 887 A1 offenbart.

Um die Lichtbogenlöschung innerhalb des Lichtbogenlöschblechpaketes zu beschleunigen ist es verschiedentlich vorgeschlagen worden, die einzelnen Lichtbogen-

löschbleche mit speziellen Beschichtungen zu versehen, die die Lichtbogenlöschung unterstützen.

Beispielsweise zeigt die DE 32 47 681 eine Lichtbogenlöschkammer mit einer Licht- bogenlöschblechanordnung, wobei jedes Lichtbogenlöschblech mit einem gas- oder dampfabgebenden Material beschichtet ist, das unter Einfluss des Lichtbogens verdampft und dadurch die Lichtbogenlöschung befördert.

Zur schnellen Strombegrenzung ist es jedoch nicht nur geboten, dass der Lichtbogen innerhalb der Lichtbogenlöschblechanordnung schnell gelöscht wird, sondern auch, dass er möglichst schnell von seinem Entstehungsort zu der Lichtbogenlöschblechanordnung hin geführt wird. Um die Laufzeit des Lichtbogens von seinem Entstehungsort hinzu der Lichtbogenlöschblechanordnung zu minimieren, wird der Lichtbogen oft durch magnetische Kräfte, erzeugt durch zusätzlich vorhandene, so genannte Blasmagnete, oder durch geeignet angeordnete Leiterschleifen, von der Kontaktstelle weg zu dem Lichtbogenlöschblechpaket hin beschleunigt.

Bei hohen Kurzschlussströmen weisen dann jedoch die Festkontakt - Leitschiene und das Lichtbogenleitblech nach der Lichtbogenlöschung oft hohe Materialauf- Schmelzungen auf. Dadurch wird die Lebensdauer im Kurzschlussfall und die Höhe des maximalen Schaltvermögens des Schaltgerätes begrenzt. Die Begrenzung des maximalen Schaltvermögens resultiert dabei aus Kurzschlüssen, die durch aufgeschmolzenes und danach von der Oberfläche abspritzendes Material der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenleitbleches hervorgerufen werden.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es also, bei gattungsgemäßen strombegrenzenden Lichtbogenlöschvorrichtungen die Lebensdauer und die Höhe des Schaltvermögens zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine strombegrenzende Lichtbogenlöschvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß also sind die Festkontakt - Leitschiene und das Lichtbogenleitblech in ihren das Lichtbogenlöschblechpaket flankierenden Bereichen mit einem an-

deren Material beschichtet. Das Material der Beschichtung hat andere physikalische und chemische Eigenschaften als das Grundmaterial der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenleitbleches. Durch Wahl eines geeigneten Materiales der Beschichtung ist es möglich, Materialaufschmelzungen in den das Lichtbogenlösch- blechpaket flankierenden Bereichen der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenleitbleches zu vermeiden, ohne dass dadurch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtbogens auf der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenleitbleches beeinträchtigt wird.

Beispielsweise kann die Festkontakt - Leitschiene und das Lichtbogenleitblech aus einem ferromag netischen Material bestehen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind dann die Festkontakt - Leitschiene und das Lichtbogenleitblech jeweils in ihrem das Lichtbogenlöschblechpaket flankieren- den Bereich mit einem die thermische Beständigkeit erhöhenden Material beschichtet. Der das Lichtbogenlöschblechpaket flankierende Bereich ist dabei derjenige Teil der Oberfläche der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenleitbleches, der den ihnen benachbarten, äußeren Lichtbogenlöschblechen des Lichtbogenlöschblechpaketes gegenüberliegt. Zwischen diesem das Lichtbogenlöschblechpaket flankieren- den Bereich und dem außen liegenden Lichtbogenlöschblech entsteht beim Einlaufen des Lichtbogens in das Lichtbogenlöschblechpaket der erste Teilllichtbogen, und in diesem Bereich ist die Gefahr des Aufschmelzens der Oberfläche besonders groß.

Durch Beschichtung mit einem die thermische Beständigkeit erhöhenden Material kann an dieser kritischen Stelle das Aufschmelzen unterbunden werden, so dass sich die Lebensdauer und das maximale Schaltvermögen erhöhen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Material der Beschichtung ein Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit sein, beispielsweise Silber oder Kupfer. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit läuft der Lichtbogenfußpunkt in dem beschichteten Bereich dann schneller, das heißt, jeder Kontaktpunkt zwischen dem Lichtbogen und der Oberfläche der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenleitbleches wird nur sehr kurz thermisch belastet, wodurch die thermische Belastung insgesamt reduziert wird.

Trotzdem kann es vereinzelt immer noch zum Aufschmelzen und Abspritzen von Metallpartikeln kommen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht daher darin, dass das Material der Beschichtung ein Verbundmaterial aus mindestens zwei Bestandteilen ist, dessen erster Bestandteil elektrisch leitfähig ist und Schmelz- und Verdampfungspunkte hat, die nicht über dem Schmelz- und Verdampfungspunkt des Grundmaterials von Festkontakt - Leitschiene und Lichtbogenleitblech liegen, und dessen zweiter Bestandteil Schmelz- und Verdampfungspunkte hat, die nicht unter dem Schmelz- und Verdampfungspunkt des Grundmaterials von Festkontakt - Leitschiene und Lichtbogenleitblech liegen.

Ein solches Material ist beispielsweise aus der DE 10 2004 036 113 B4 bekannt.

Durch den ersten Bestandteil erhält das Verbundmaterial eine hinreichend hohe e- lektrische Leitfähigkeit, und durch den zweiten Bestandteil wird das Aufschmelzen und Abspritzen des Beschichtungsmaterials weit gehend verhindert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sieht man zwischen der Beschichtung mit dem anderen Material und dem Grundwerkstoff der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenlöschbleches noch eine Zwischenschicht vor, welche die Haftung verbessert und eine Diffusion verhindert. Dafür eignet sich insbesondere Nickel, welches noch den Vorteil hat, ferromag netisch zu sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1 : eine Teil -Einsicht in ein geöffnetes Installationsschaltgerät mit einer erfindungsgemäßen strombegrenzenden Lichtbogenlöschvorrichtung,

Figur 2: ein erfindungsgemäß beschichtetes Lichtbogenleitblech, sowie

Figur 3: eine erfindungsgemäß beschichtete Festkontakt - Leitschiene.

Es sei zunächst die Figur 1 betrachtet. Sie zeigt eine teilweise Einsicht in ein geöffnetes Installationsschaltgerät 10, welches hier ein Leitungsschutzschalter in Schalenbauweise ist. Er umfasst ein aus zwei an einer Verbindungslinie aneinander stoßenden Halbschalen zusammengesetztes Isolierstoffgehäuse, von denen in der Figur 1 nur die untere Halbschale 11 zu sehen ist, die diese zu dem Gehäuse ergän- zende obere Halbschale ist entfernt worden. ,

Innerhalb des Isolierstoffgehäuses sind die für die Funktion des Leitungsschutzschalters erforderlichen Komponenten und Baugruppen untergebracht. Man erkennt die beiden in Klemmenaufnahmeräumen 12,13 an den Schmalseiten 14,15 des Gehäu- ses untergebrachten Anschlussklemmen 16,17, zwischen denen der durch den Leitungsschutzschalter 10 zu überwachende Strompfad verläuft.

In dem Strompfad liegt eine Kontaktstelle 18, welche aus einem feststehenden Kontaktstück 19 und einem an einem schwenkbaren Kontaktträger 20 angebrachten be- weglichen Kontaktstück 21 gebildet ist.

Im Falle eines Kurzschlussstromes wird der Kontaktträger 20 durch den Anker eines elektromagnetischen Schlagankersystems 22 weggeschlagen, wodurch die Kontaktstelle 18 plötzlich geöffnet wird und zwischen dem feststehenden und dem beweg- liehen Kontaktstück 19,21 ein Schaltlichtbogen entsteht.

Zur Löschung des Schaltlichtbogens ist in einer Lichtbogenlöschkammer 23 ein aus parallel übereinander gestapelten Lichtbogenlöschblechen gebildetes Lichtbogenlöschblechpaket 24 vorhanden. Zwischen der Kontaktstelle 18 und dem Einlauf 25 in

das Lichtbogenlöschblechpaket 24 befindet sich eine Vorkammer 26, in deren Wänden flache Permanentmagnete 27, so genannte Blasmagnete, angebracht sein können.

Die Vorkammer wird seitlich begrenzt durch eine Festkontakt-Leitschiene 28, welche, von dem feststehenden Kontaktstück 19 ausgehend, mit ihrem freien Ende parallel zu einem ersten äußeren Lichtbogenlöschblech 29 des Lichtbogenlöschblechpakets 24 zu liegen kommt und somit das Lichtbogenlöschblechpaket 24 an dessen erster äußerer Seite flankiert, sowie durch ein Lichtbogenleitblech 30, welches dem beweglichen Kontaktstück 21 zugeordnet ist und, von diesem ausgehend, mit seinem freien Ende parallel zu einem zweiten äußeren Lichtbogenlöschblech 31 zu liegen kommt und somit das Lichtbogenlöschblechpaket 24 an dessen zweiter äußerer Seite flankiert.

Die Figur 2 zeigt die Lichtbogenleitschiene 3Q in Einzeldarstellung. Sie umfasst einen ersten, bogenförmigen Blechstreifen 230, welcher die äußere Begrenzung der Vorkammer 26 bildet. An dessen freiem Ende ist ein etwa rechteckförmiges Blechteil 231 angebracht, welches mit seiner ersten Breitseite 232 das zweite äußere Lichtbogenlöschblech 31 des Lichtbogenlöschblechpaketes 24 flankiert. Der mit seinem ersten Fußpunkt auf dem Blechstreifen 230 laufende Lichtbogen geht beim Einlaufen in die Lichtbogenlöschkammer 23 von dem Blechteil 231 auf das ihn flankierende zweite äußere Lichtbogenlöschblech 31 des Lichtbogenlöschblechpaketes 24 über und bildet dort den ersten Teillichtbogen des sich in dem Lichtbogenlöschblechpaket 24 in eine Reihe von Teillichtbögen aufteilenden Schaltlichtbogens.

Die Figur 3 zeigt die Festkontakt-Leitschiene 28 in Einzeldarstellung. Diese umfasst einen ersten, U-förmigen Blechstreifen 328, welcher an seinem ersten Ende mit dem festen Kontaktstück 19 und an seinem zweiten Ende mit einem rechteckförmigen Schienenteil 329 verbunden ist. Das Schienenteil 329 ist ein etwa rechteckförmiges Blechteil, welches mit seiner ersten Breitseite 330 das erste äußere Lichtbogenlöschblech 29 des Lichtbogenlöschblechpaketes 24 flankiert. Der mit seinem ersten Fußpunkt auf dem U-förmigen Blechstreifen 328 laufende Lichtbogen geht beim Einlaufen in die Lichtbogenlöschkammer 23 von dem Schienenteil 329 auf das ihn flankierende erste äußere Lichtbogenlöschblech 29 des Lichtbogenlöschblechpaketes 24

über und bildet dort einen weiteren Teillichtbogen des sich in dem Lichtbogenlöschblechpaket 24 in eine Reihe von Teillichtbögen aufteilenden Schaltlichtbogens.

Sowohl die Festkontakt - Leitschiene 28, als auch die Lichtbogenleitschiene 30 be- stehen aus einem ferromag netischen Grundmaterial.

Das magnetische Feld des Blasmagneten 27 ist so gerichtet, dass es gemäß der Lenz'schen Regel den Schaltlichtbogen entlang der Festkontakt - Leitschiene 28 und dem Lichtbogenleitblech 30 durch den Vorkammerraum 26 hin zum Einlauf 25 des Lichtbogenlöschblechpakets 24 treibt. Weiterhin kann der stromführende Leiter des Strompfades im Bereich der Vorkammer 26 so verlaufen, dass das magnetische Feld, welches ihn bei Stromfluss umgibt, so gerichtet ist, dass es gemäß der Lenz'schen Regel den Schaltlichtbogen entlang der Festkontakt - Leitschiene 28 und dem Lichtbogenleitblech 30 durch den Vorkammerraum 26 hin zum Einlauf 25 des Lichtbogenlöschblechpakets 24 treibt. Insgesamt wird der Schaltlichtbogen also durch magnetische Kräfte von der Kontaktstelle 18 weg in die Lichtbogenlöschkammer 23 geführt.

Die beiden Fußpunkte des Schaltlichtbogens laufen dabei auf der Oberfläche der Festkontakt - Leitschiene 28 und des Lichtbogenleitblechs 30. Bei hohen Kurzschlussströmen weisen die Festkontakt - Leitschiene 28 und das Lichtbogenleitblech 30 nach der Lichtbogenlöschung hohe Materialaufschmelzungen auf. Dadurch wird die Lebensdauer im Kurzschlussfall und die Höhe des maximalen Schaltvermögens des Gerätes begrenzt. Denn beim Aufschmelzen des Materials kann dieses teilweise verdampfen oder abspritzen, und durch den entstehenden Metallnebel kann es zu Kurzschlüssen in dem Lichtbogenlöschblechpaket 24 oder auch zwischen der Festkontakt - Leitschiene 28 beziehungsweise dem Lichtbogenleitblech 30 und den sie flankierenden äußeren Lichtbogenlöschblechen 29,31 kommen.

Um das zu verhindern, sind die Festkontakt-Leitschiene 28 an der ersten Breitseite 330 ihres Schienenteils 329 und die Lichtbogenleitschiene 30 an der ersten Breitseite 232 ihres rechteckförmigen Blechteils 231 mit einem die thermische Beständigkeit erhöhenden Material beschichtet. Die beschichteten Stellen sind die bezüglich der Aufschmelzungen besonders kritischen Stellen. Es ist von großem Vorteil, wenn

nicht die gesamten Flächen der Festkontakt - Leitschiene 28 und der Lichtbogenleitschiene 30 mit diesem Material beschichtet sind.

Denn Materialien, welche die thermische Beständigkeit des ferromag netischen Grundmaterials erhöhen, reduzieren auch die Lichtbogenbeweglichkeit. Dadurch würde der Lichtbogen langsamer laufen, was einer gewünschten schnellen Lichtbogenlöschung entgegen stünde. Dadurch, dass nur die oben erwähnten Teile der Festkontakt - Leitschiene 28 und der Lichtbogenleitschiene 30 mit diesem Material beschichtet sind, bleibt die hohe Lichtbogenbeweglichkeit auf denjenigen Teilen, die den Lichtbogen von der Kontaktstelle zu der Lichtbogenlöschkammer 23 führen, erhalten, an den besonders kritischen Stellen wird jedoch ein Aufschmelzen des Materials verhindert.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung können zwei sich eigentlich wider- sprechende Anforderungen erfüllt werden, nämlich sowohl eine hohe Lichtbogenbeweglichkeit zu gewährleisten, als auch ein Aufschmelzen des Materials an den besonders kritischen Stellen zu verhindern.

Als Material, welches die thermische Beständigkeit erhöht, wird ein Verbundmaterial verwendet, welches außer einem ersten Bestandteil, dessen Schmelzpunkt nicht höher liegt als der des ferromag netischen Grundmaterials und eine bessere Leitfähigkeit hat als das ferromag netische Grundmaterial, auch wenigstens einen zweiten Bestandteil hat, welcher höher schmilzt als der erste Bestandteil und auch einen höheren Verdampfungspunkt hat als der erste Bestandteil. Der höher schmelzende zweite Bestandteil, welcher unter Lichtbogeneinwirkung zunächst nicht mit aufschmilzt, soll verhindern, dass der unter Lichtbogeneinwirkung aufgeschmolzene, gut leitfähige erste Bestandteil verspritzt wird. Die Menge und der Schmelzpunkt des zweiten Bestandteils wird so gewählt, dass diese Wirkung erzielt wird.

Eine erfindungsgemäß verwendete Beschichtung besteht beispielsweise zu 70% aus Kupfer und zu 30% aus Wolfram und wird durch thermisches Spritzen in einer 0,25 Millimeter dicken Schicht aufgetragen und anschließend durch Kaltwalzen verdichtet.

Ein zweites Beispiel für eine erfindungsgemäß verwendete Beschichtung besteht aus 55% Silber und 45% Molybdän und wird durch Kaltwalz-Plattieren zu einer 0,1 Millimeter dicken Schicht aufgetragen.

Ein drittes Beispiel einer erfindungsgemäß verwendeten Beschichtung besteht aus 50% Silber und 50 Prozent Tantal und wird Warmwalzplattieren durch zu einer etwa 0,15 Millimeter dicken Schicht verarbeitet.

In einem vierten Beispiel einer erfindungsgemäß verwendeten Beschichtung wird auf das Grundmaterial ein Wolframkarbid-Pulver aufgebracht und durch Kaltwalzen in die Oberfläche des Grundmaterials gedrückt. Dadurch entsteht an der Oberfläche des Grundmaterials eine Funktionsschicht aus dem Grundmaterial und Wolframkarbid.

Als Grundmaterial können bekannte ferromag netische Bänder aus Weicheisen, Eisen-Kobalt, Nickel-Kobalt verwendet werden, welche nach der Beschichtung durch Stanzen und Biegen in die gewünschte Form gebracht und weiterverarbeitet werden können.

Um eine Diffusion der Beschichtung in das Grundmaterial hinein zu verhindern, kann man zwischen der Verbundschicht und dem Grundmaterial eine Zwischenschicht vorsehen. In einem fünften Beispiel einer erfindungsgemäß verwendeten Beschichtung wird auf dem Grundmaterial dazu zunächst galvanisch eine etwa 10μm dicke Nickelschicht aufgebracht und anschließend eine etwa 0,2 mm dicke Verbundschicht aufgeschmolzen, welche zu 40% aus Kupfer und zu 60% aus Wolframkarbid besteht.

Selbst verständlich ist die Erfindung nicht auf Beschichtungen der genannten Beispiele beschränkt. Jede Beschichtung, die die thermische Beständigkeit des ferro- magnetischen Grundmateriales erhöht, ist von der Erfindung umfasst, wenn sie nur in den das Lichtbogenlöschblechpaket flankierenden Bereichen der Festkontakt - Leitschiene und des Lichtbogenleitbleches als Funktionsschicht verwendet wird.

Bezugszeichenliste