Löschkammervorrichtung für ein elektromagnetisches Schaltgerät

Die Erfindung betrifft eine Löschkammervorrichtung für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem Löschblechpaket, welches parallel ausgerichtete und voneinander beabstandete Löschbleche aufweist, die in einer Löschblechpaketaufnahme- Vorrichtung angeordnet sind, und einem Blendeneinsatz, der die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung umfasst.

Bei Schaltgeräten, insbesondere bei Schutzschaltgeräten, wie z. B. Leistungsschaltern, ist es üblich, dass Strom über ein fest positioniertes Kontaktelement zu einem gegenüberliegend angeordneten beweglichen Kontaktelement geleitet wird. Kontaktauflagen des beweglichen und des fest positionierten Kontaktelements berühren im Grundzustand einander. In einem bestimmten Auslösefall wird das bewegliche Kontaktelement von einem fest positionierten Kontaktelement wegbewegt, so dass der Stromfluss unterbrochen wird. Zunächst entsteht hierbei ein Lichtbogen. Der Lichtbogen wird auf geeignete Weise in eine Löschkammer geleitet, wo er gelöscht wird. Wird ein Lichtbogen erzeugt, treten sehr hohe Temperaturen im Bereich des Lichtbogens beziehungsweise der Kontaktelemente auf, zwischen welchen er sich ausgebildet hat. Durch diese hohen Temperaturen kommt es zum Aufschmelzen der Kontaktmaterialien, insbesondere der Kontaktauflagen. Diese bestehen in der Regel aus Silberlegierungen. Durch das Aufschmelzen und

Verdampfen legt sich das Silber an den umliegenden Teilen der Schaltkammer ab, also eines Teilbereichs des Innenraums des Schutzschalters, der die Kontaktelemente, die Löschkammer und dazwischen liegende Elemente umfasst.

Das abgeschiedene Silber kann sich auch in die Oberflächen der umliegenden Teile einbrennen. Das Silber ist leitfähig, so dass Teilbereiche der Oberfläche der umliegenden Teile leitfähig werden. Dadurch werden die Luft- und Kriechstrecken in den Schaltern verkürzt. Wird das bewegliche Kontaktelement vom fest positionierten Kontaktelement weg bewegt, kann es zu Überschlägen kommen. Diese können durch Vergrößerung der Luft- und Kriechstrecken bei Herstellung der Schalter verringert, aber nicht ganz vermieden werden.

Um die Zertifizierung eines „manual motor Controllers" laut Norm UL508 zu erhalten, muss ein Schaltgerät, wie zum Bei- spiel ein Leistungsschalter, bestimmte Prüffolgen bestehen. Bei einer bestimmten Sequenz einer Prüffolge der Norm UL508 muss der Leistungsschalter nach einem so genannten Overload- Test und einem Endurance-Test eine Hochspannungsprüfung im ausgeschalteten Zustand überstehen. Dabei wird unter Anderem zwischen Ein- und Ausgangsklemme ein hohes Spannungspotential angelegt .

Der Leistungsschalter muss auch bei einem hohen Spannungspotential noch seine Isolationsfestigkeit beweisen, das heißt, es darf zu keinen Überschlägen im Leistungsschalter auf Grund der hohen Spannung kommen. Allerdings können bei diesen Prüfsequenzen Probleme auf Grund der im Voraus durchgeführten Overload- und Endurance-Tests entstehen. Bei diesen Tests muss der Schalter bei unterschiedlichen Belastungsströmen (einfacher Nennstrom, doppelter Nennstrom) mehrere tausend

Schaltungen durchführen. Dabei wird dieser sehr heiß, wodurch das Kontaktsilber des SchaltStückes schmilzt und sich an den Schaltkammerwänden des Leistungsschalters absetzt und diese verspiegelt. So entsteht ein leitender Bereich, der die bei- den Festschaltstücke über die Kammerwand und das Leitblech kurzschließt, wodurch die notwendige Isolationsfestigkeit des Leistungsschalters nicht mehr gewährleistet ist.

Ein weiteres technisches Problem besteht durch die auf den Endurance-Test folgenden Kurzabschaltungen. In diesem Fall wird der Schalter wiederum kurzzeitig sehr heiß, wodurch die Silberkontakte erneut aufschmelzen. Außerdem entsteht durch den Lichtbogen, der sich zwischen den öffnenden Kontakten bildet, ein Überdruck in der Schaltkammer, der durch die Lichtbogenkammern und die Blendeneinsätze kontrolliert nach außen abgebaut wird. Diese beiden Effekte zusammen bewirken, dass die Druckwelle des aufgeschmolzenen Silbers in Form von Tröpfchen und Spritzer zwischen die Löschbleche der Lichtbogenkammer befördert und somit die Löschbleche miteinander leitend verbunden werden. So entsteht ein leitender Bereich, der die beiden Festschaltstücke über die Lichtbogenkammern und das Leitblech kurzschließt, wodurch die notwenige Isola- tionsfestigkeit des Leistungsschalters nicht mehr gewährleistet ist.

Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Löschkammervorrichtung für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einer verbesserten Isolationsfestigkeit zu schaffen .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Löschkammervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vor- teilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Löschkammervor- richtung für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem Löschblechpaket gelöst, welches parallel ausgerichtete und voneinander beabstandete Löschbleche aufweist, die in einer Löschblechpaketaufnahmevorrichtung angeordnet sind, und einem Blendeneinsatz, der die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung zur Unterbindung eines Stromflusses über die Löschbleche hinweg ein Stromfluss unterbindendes Mittel aufweist. Die erfindungsgemäße Löschblechpaketaufnahmevorrichtung ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet mit zwei parallel zueinander und voneinander beabstandeten Seitenteilen und einer Siebplatte als verbindendes Seitenteil. Als Stromfluss unter- bindendes Mittel sind in der Siebplatte erste alternierend angeordnete, parallel zueinander ausgebildete und voneinander beabstandete Aussparungen vorgesehen, die der Breite eines Löschblechs entsprechen oder breiter sind. Diese ersten Aus- sparungen in der Siebplatte wechseln sich mit zweiten Aussparungen ab, die ebenfalls parallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind. Diese zweiten Aussparungen sind vorzugsweise schmaler ausgebildet als die Breite eines Löschblechs. Zusätzlich sind als Stromfluss unterbindende Mittel auf gleicher Höhe zu den ersten Aussparungen der Siebplatte der Löschblechpaketaufnahmevorrichtung Taschen in den Seitenteilen des Blendeneinsatzes ausgebildet, die zusammen mit den ersten Aussparungen eine große Ausnehmung bilden. Die erfindungsgemäßen ersten Aussparungen beziehungsweise die Taschen bewirken, dass im Falle eines Kurzschlusses der Überdruck in der Schaltkammer durch diese Bereiche ungehindert abströmen kann. Die mitgeführten Silbertröpfchen bleiben dann nicht zwischen den Löschblechen hängen, sondern werden wei- tergeschleudert, bis sie sich in den Taschen des Blendeneinsatzes sammeln und erkalten. Hier sind diese Tröpfchen außerhalb des kritischen Bereichs, da sie nun die Löschbleche nicht mehr leitend miteinander verbinden. Durch diese baulichen Maßnahmen wird die Isolationsstrecke größer als die be- nötigten 2,2 mm und die Isolationsfestigkeit des Schaltgeräts, insbesondere des Leistungsschalters, ist gewährleistet.

Durch die alternierende Aufweitung einzelner Durchströmungskanäle zwischen den Löschblechen wird erreicht, dass die sich bei einem Kurzschluss bildenden Silbertröpfchen und die entstehenden Verschmutzungen nicht an den Staubereichen der Siebplatte sammeln und somit die Löschbleche leitend verbinden. Die hier zugrunde liegende Idee besteht darin, die Verschmutzungspartikel und Silbertröpfchen ungehindert durch die Lichtbogenkammer zu befördern und in die dafür vorgesehenen ausgesparten Taschen im Blendeneinsatz zu sammeln. Hier haben die Verschmutzungen keinen Kontakt mehr zu den Löschblechen. Somit wird die notwendige Isolationsstrecke und geforderte Isolationsfestigkeit des Leistungsschalters erreicht. Der Grund dafür, dass die Durchlassöffnungen nur nach jedem zweiten Löschblech, also alternierend aufgeweitet werden, besteht darin, dass dadurch die Lichtbogenkammer leichter gefertigt und montiert werden kann.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Löschblechpaketaufnahmevorrichtung bestehen darin, dass keine zusätzlich benötigten Teile gefertigt werden müssen, da die Lichtbogenkammer und die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung schon Teile des Systems sind. Zudem muss nicht von den üblichen Montagevorgängen abgewichen werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung U-förmig ausgebildet ist mit zwei parallel zueinander und voneinander beabstandeten Seitenteilen und einer Siebplatte als verbindendes Seitenteil. Die erfindungsgemäße Löschblechpaketaufnahmevorrichtung umfasst somit ein Lösch- blechpaket, das aus mehreren parallel vorzugsweise übereinander angeordneten Löschblechen besteht. Dabei sind die Seitenteile der Löschblechpaketaufnahmevorrichtung parallel ausgerichtet zu den Längsseiten der einzelnen Löschbleche. Die Querseite der Löschbleche verläuft parallel zur Siebplatte.

In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann ein weiteres Konzept darin bestehen, dass die Siebplatte als Strom- fluss unterbindendes Mittel erste alternierend angeordnete, parallel zueinander ausgerichtete und voneinander beabstan- dete Aussparungen aufweist, die der Breite eines Löschblechs entsprechen oder breiter sind. Diese erste Aussparung trägt dazu bei, dass im Fall eines Kurzschlusses der Überdruck in der Schaltkammer durch diese Bereiche ungehindert abströmen kann. Die mitgeführten Silbertröpfchen bleiben dann nicht zwischen den Löschblechen hängen, sondern werden weiter geschleudert, bis sie sich in den Taschen des Blendeneinsatzes sammeln und erkalten. Hier sind diese Tröpfchen außerhalb des kritischen Bereichs, da sie nun die Löschbleche nicht mehr leitend miteinander verbinden. Auf diese Art wird eine Isolationsstrecke erreicht, die größer ist als die benötigten 2,2 mm, so dass die Isolationsfestigkeit des Leistungsschalters gewährleistet ist.

In einer weiteren speziellen Fortführung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann es vorgesehen sein, dass auf gleicher Höhe zu den ersten Aussparungen der Siebplatte als weiteres Stromfluss unterbindendes Mittel Taschen in den Seitenteilen des Blendeneinsatzes ausgebildet sind. Diese Taschen in den Seitenteilen des Blendeneinsatzes erweitern den Durchströmungskanal zwischen den Löschblechen, wenn im Falle eines Kurzschlusses der Überdruck in der Schaltkammer durch diese Bereiche abgeführt wird. Die Verschmutzungspartikel und die Silbertröpfchen werden ungehindert durch die Lichtbogenkammer befördert und sammeln sich in den dafür vorgesehenen ausgesparten Taschen im Blendeneinsatz. Hier haben die Verschmutzungen keinen Kontakt mehr zu den Löschblechen. Somit wird die notwendige Isolationsstrecke eingehalten und die gefor- derte Isolationsfestigkeit des Leistungsschalters erreicht.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann eine technische Weiterführung des erfindungsgemäßen Konzepts darin bestehen, dass die Siebplatte zweite alternierend angeordnete, parallel zueinander ausgerichtete und voneinander beabstandete Aussparungen aufweist, die schmaler ausgebildet sind als die Breite eines Löschblechs. Diese bauliche Maßnahme weist den Vorteil auf, dass die Lichtbogenkammer leichter gefertigt und montiert werden kann.

Es kann außerdem erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Löschkammervorrichtung insbesondere in Leistungsschaltern Anwendung findet. Die erfindungsgemäße Schaltkammervorrichtung für ein elektromagnetisches Schaltgerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung bzw. der Blendeneinsatz derart modifiziert wurden, dass im Falle eines Kurzschlusses der Überdruck in der Schaltkammer durch Aussparungen beziehungsweise Taschen ungehindert abströmen kann. Die mitgeführten Silbertröpfchen bleiben dadurch nicht mehr zwischen den Löschblechen hängen, sondern werden weiter geschleudert, bis sie sich in den Taschen des Blendeneinsatzes sammeln und erkalten. Hier sind diese Tröpfchen außerhalb des kritischen Bereichs, da sie nun die Löschbleche nicht mehr leitend miteinander verbinden, so dass die Isolationsfestigkeit des Schaltgeräts gewährleistet ist.

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung eine Löschkammervorrichtung eines elektromagnetischen Schaltgeräts mit elektrisch miteinander verbundenen Löschblechen aus dem Stand der Tech- nik;

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung ein Löschblechpaket mit einer Löschblechpaketaufnahmevorrichtung aus dem Stand der Technik;

Fig. 3 in einer Seitenansicht ein Löschblechpaket mit einer LöschblechpaketaufnähmeVorrichtung;

Fig. 4 in einer Draufsicht eine erfindungsgemäße Siebplatte einer Löschblechpaketaufnahmevorrichtung;

Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung eine Anordnung aus einem Löschblechpaket in einer Löschblechpaketaufnahmevorrichtung und einem Blendeinsatz;

Fig. 6 in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Löschkammervorrichtung eines elektromagnetischen Schaltgeräts mit elektrisch voneinander isolierten Löschblechen gemäß der Erfindung .

Fig. 1 zeigt eine Löschkammervorrichtung eines elektromagne- tischen Schaltgeräts aus dem Stand der Technik mit Löschblechpaketen 1, die sich aus Löschblechen 2 zusammensetzen, die übereinander und parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen den Löschblechpaketen 1 ist ein Kontaktschieber 3, in welchem ein bewegliches Schaltstück 4 geführt ist, ange- ordnet. Das bewegliche Schaltstück 4 ist gegenüberliegend zu einem fest positionierten Schaltstück 5 angeordnet. In Folge des hohen Nennstroms verflüssigt sich das Kontaktsilber, das sich in Form von Kontaktpads auf den Schaltstücken 4, 5 befindet, und wird in Form von Silbertröpfchen 6 in der Lösch- kammer herumgeschleudert. Dadurch werden die meisten Löschbleche 2 der Lichtbogenkammer leitend miteinander verbunden, wodurch eine ausreichende Isolationsstrecke zwischen den Anschlussklemmen nicht mehr gewährleistet ist und ein Strom- fluss 7 gemäß Fig. 1 möglich wird.

In Fig. 2 ist eine Löschblechpaketaufnahmevorrichtung 8a aus dem Stand der Technik mit darin angeordneten Löschblechen 2 dargestellt. Die Löschbleche 2 sind parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. Die Löschblechpaket- aufnahmevorrichtung 8a ist U-förmig ausgebildet mit zwei parallel zueinander und voneinander beabstandeten Seitenteilen 9a, zwischen welchen die Löschbleche 2 gelagert sind und einer Siebplatte 10a, die die zwei Seitenteile 9a miteinander verbindet. Die Siebplatte 10a weist parallel zueinander aus- gerichtete und voneinander beabstandete Aussparungen IIa auf.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Löschblechpaketaufnahmevorrichtung 8 mit darin angeordneten Löschblechen 2. Aus Fig. 3 geht hervor, dass die Löschbleche 2 in Ausnehmungen 13 im Seitenteil 9 der Löschblechpaketaufnahmevorrichtung 8 eingreifen und dadurch fest positioniert sind. Die Siebplatte 10 weist als Stromfluss unterbindendes Mittel erste alternierend angeordnete, parallel zueinander ausge- richtete und voneinander beabstandete Aussparungen 11 auf, die vorzugsweise der Breite eines Löschblechs 2 entsprechen oder breiter sind. Fig. 4 zeigt die Siebplatte 10 einer erfindungsgemäßen Lösch- blechpaketaufnahmevorrichtung 8. Die Siebplatte 10 weist zweite alternierende Aussparungen 12 auf, die schmaler als die Breite eines Löschblechs 2 ausgebildet sind. Der Vergleich zur Löschblechbreite bezieht sich auf die kürzeren Seitenkanten der Löschbleche 2, die parallel zur Siebplatte 10 angeordnet sind. Die ersten und zweiten Aussparungen 11, 12 sind vorzugsweise alternierend zueinander angeordnet. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass die alternierende Anordnung der ersten Aussparungen 11 sich vorzugsweise bis zu den Seitenteilen 9 der Löschblechpaketaufnahmevorrichtung 8 erstrecken .

Fig. 5 zeigt eine Anordnung aus einem Löschblechpaket 1, angeordnet in einer Löschblechpaketaufnahmevorrichtung 8 und umfasst von einem Blendeneinsatz 14. Der Blendeneinsatz 14 umfasst die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung 8 und ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet mit zwei zueinander parallel und gegenüberliegend angeordneten Seitenteilen 15 und einem die Seitenteile 15 verbindenden Seitenteil 16. Das Seitenteil 16 ist parallel zur Siebplatte 10 der Löschblechpaketaufnahmevorrichtung 8 angeordnet. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass auf gleicher Höhe zur ersten Aussparung 11 der Siebplatte 10 als weiteres Stromfluss unterbindendes Mittel Taschen 17 in den Seitenteile 15 des Blendeneinsatzes 14 an- geordnet sind.

In Fig. 6 ist eine erfindungsgemäße Löschkammervorrichtung eines elektromagnetischen Schaltgeräts mit elektrisch voneinander isolierten Löschblechen 2 dargestellt. Durch die al- ternierende Aufweitung einzelner Durchströmungskanäle zwischen den Löschblechen 2 wird erreicht, dass die sich bei einem Kurzschluss bildenden Silbertröpfchen 6 und die entstehenden Verschmutzungen nicht an den Staubereichen der Sieb- platte 10 sammeln und somit die Löschbleche 2 leitend verbinden. In der hier vorgestellten Erfindung werden die Verschmutzungspartikel und Silbertröpfchen 6 ungehindert durch die Lichtbogenkammer befördert und sammeln sich in den dafür vorgesehenen Taschen im Blendeneinsatz 14. Hier haben die Verschmutzungen keinen Kontakt mehr zu den Löschblechen 2. Somit wird die notwendige Isolationsstrecke eingehalten und die geforderte Isolationsfestigkeit des Schaltgeräts, insbesondere des Leistungsschalters, erreicht.

Die erfindungsgemäße Schaltkammervorrichtung für ein elektromagnetisches Schaltgerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Löschblechpaketaufnahmevorrichtung bzw. der Blendeneinsatz derart modifiziert wurden, dass im Falle eines Kurzschlusses der Überdruck in der Schaltkammer durch Aussparung beziehungsweise Taschen ungehindert abströmen kann. Die mitgeführten Silbertröpfchen bleiben dadurch nicht mehr zwischen den Löschblechen hängen sondern werden weiter geschleudert, bis sie sich in den Taschen des Blendeneinsatzes sammeln und er- kalten. Hier sind diese Tröpfchen außerhalb des kritischen

Bereichs, da sie nun die Löschbleche nicht mehr leitend miteinander verbinden, so dass die Isolationsfestigkeit des Schaltgeräts nun gewährleistet ist.

Bezugszeichenliste

1 Löschblechpaket

2 Löschblech

3 KontaktSchieber

4 bewegliches Schaltstück

5 fest positioniertes Schaltstück

6 Silbertröpfchen

7 Stromfluss

8 LöschblechpaketaufnähmeVorrichtung

8a LöschblechpaketaufnähmeVorrichtung

9 Seitenteil

9a Seitenteil

10 Siebplatte

10a Siebplatte

11 erste Aussparung

IIa Aussparung

12 zweite Aussparung

13 Ausnehmung

14 Blendeneinsatz

15 Seitenteil

16 Seitenteil

17 Tasche