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Title:
SWITCHING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/001017
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a switching device (1000) having an ON state, an OFF state for opening, closing or commutating a circuit between a first contact (110) and a second contact (120), and further intermediate states between the ON state and OFF state, as well as having a controllable resistor element (200) which is electrically arranged between the first contact (110) and the second contact (120), the switching device (1000) being closed in the ON state and open in the OFF state, the state of the switching device (1000) being changed by means of a mechanical transit movement (T), wherein the transit movement (T) is performed in such a way that the current voltage drop at any point in time is smaller than the ignition voltage of an arc, and the switching energy in the controllable resistor element (200) is thereby dissipated in the form of electrical power loss, and wherein, in the event of overcurrents below an overcurrent threshold value, the controllable resistor element (200) is transferred to an intermediate state by the transit movement (T), such that electrical attenuation is introduced into the circuit without interrupting the latter.

Inventors:
STROBL MATTHIAS (DE)
EISMANN ANDREAS (DE)
FELDEN WALTER (DE)
FONO ZOLTAN (DE)
IBISCH OLIVER (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/067628
Publication Date:
January 07, 2021
Filing Date:
July 01, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01H33/16; H02H3/02
Foreign References:
US20120199558A12012-08-09
EP3031062A12016-06-15
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Claims:
Patentansprüche

1. Schaltgerät (1000) mit einem ON-Zustand, einem OFF- Zustand zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises zwischen einem ersten Kontakt (110) und ei nem zweiten Kontakt (120) und weiteren Zwischenzuständen zwischen dem ON- und OFF-Zustand sowie mit einem regelba ren Widerstandselement (200), welches zwischen dem ersten Kontakt (110) und dem zweiten Kontakt (120) elektrisch angeordnet ist, wobei im ON-Zustand das Schaltgerät

(1000) geschlossen ist und im OFF-Zustand geöffnet, wobei mittels einer mechanischen Transitbewegung (T) der Zu stand des Schaltgeräts (1000) geändert wird,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Transitbewegung (T) so ausgeführt wird, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelbaren Widerstandselement (200) in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird, und dass bei Überströmen unterhalb eines Überstrom- Schwellwertes durch die Transitbewegung (T) das regelbare Widerstandselement (200) in einen Zwischenzustand über führt wird, so dass eine elektrische Dämpfung in den Stromkreis eingebracht wird ohne eine Unterbrechung des selben .

2. Schaltgerät (1000) gemäß Anspruch 1, bei dem beim Absin ken des Überstroms der Zwischenzustand verlassen wird und der ON-Zustand eingenommen wird.

3. Schaltgerät (1000) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem bei Überströmen oberhalb des Überstrom-Schwellwerts das Öff nen des Stromkreises (OFF-Zustand) erzwungen wird.

4. Schaltgerät (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Transitbewegung (T) durch eine Regelung ein- gestellt wird.

5. Schaltgerät (1000) gemäß Anspruch 4, bei dem am regelba ren Widerstandselement (200) Spulen (510; 520) vorgesehen sind zum elektromechanischen Antrieb gegen eine Feder (600) .

6. Schaltgerät (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das regelbare Widerstandselement (200) ein beweg liches Element (210) und ein feststehendes Element (220) umfasst ,

wobei das bewegliche Element (210) im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist,

wobei das feststehende Element (220) im Wesentli chen hohlzylinderförmig ausgebildet ist,

wobei das bewegliche Element (210) in das festste hende Element (220) eintauchbar ausgebildet ist und gegen dieses bewegt werden kann,

wobei ein erstes KontaktSystem (310) am beweglichen Element (210) und ein zweites KontaktSystem (320) am feststehenden Element (220) angebracht ist jeweils zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem beweglichen Ele ment (210) und dem feststehenden Element (220),

wobei durch die lineare Transitbewegung (T) der Ab stand zwischen dem ersten KontaktSystem (310) und dem zweiten KontaktSystem (320) geändert wird, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwischen beweglichem Ele ment (210) und feststehendem Element (220) ändert.

7. Schaltgerät (1000) gemäß Anspruch 6, bei dem am Boden des hohlzylinderförmig ausgebildeten feststehenden Elements (220) eine erste Spule (520) und am ersten Ende des zy linderförmig ausgebildeten beweglichen Elements (210) ei ne zweite, korrespondierende Spule (510) angeordnet sind, wobei sich bei Bestromung die beiden Spulen (510; 520) voneinander abstoßen,

wobei am gegenüberliegenden, zweiten Ende des zy- linderförmig ausgebildeten beweglichen Elements (210) ei ne Feder (600) das bewegliche Element (210) in Richtung der ersten Spule (520) und somit in Richtung des ON- Zustands drückt.

8. Schaltgerät (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 6, bei dem das Schaltgerät (1000) weiterhin einen Sensor zur Messung der Temperatur des regelbaren Wider standselements (200) oder der Hauptstrombahn umfasst.

9. Schaltgerät (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schaltgerät (1000) zum Schalten eines Wechsel oder Gleichstroms vorgesehen ist.

Description:
Beschreibung

Schaltgerät

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät.

Beim Öffnen, Schließen oder Kommutieren von Wechselstrom- o- der Gleichstromkreisen entstehen Schaltlichtbögen . Diese Schaltlichtbögen geben typischerweise die freiwerdende Ener gie in entsprechenden Löscheinrichtungen ab, bis der Lichtbo gen verlöscht. Herkömmliche elektrische Schalter versuchen die entstehenden Schaltlichtbögen zu kontrollieren. Vor allem bei der steigenden Anzahl an Gleichstromanwendungen, in denen kein Stromnulldurchgang erfolgt, ist dies mit beliebig viel technischem Aufwand verbunden.

Bei bisherigen Leistungsschaltern mit einfach- oder zweifach unterbrechenden Kontakten, bei denen der Lichtbogen in Ioni sierungslöschkammern, beispielsweise mit Hilfe von Slotmoto ren, geleitet wird, wird ein entstehender Schaltlichtbögen in der Ionisierungslöschkammer gelöscht. Problematisch ist hier bei das Entstehen eines ionisierenden Gases bei hohen Tempe raturen mit entsprechendem Materialabtrag und Verschmutzung des elektrischen Schalters.

Ebenso kann ein elektrischer Strom ohne Schaltlichtbögen durch einen Halbleiterschalter geschaltet werden, der eine komplexe Ansteuerelektronik erfordert, und bei dem in der Re gel keine sichere galvanische Trennung gewährleistet ist.

Niederspannungsschaltgeräte erfüllen typischerweise Schutz funktionen. Beispielsweise wird eine dieser Schutzfunktionen von einem Überstromauslöser gebildet. Dieser Überstromauslö ser sorgt dafür, dass im Fehlerfall der Stromkreis unterbro chen wird. Bei kleinen Nennströmen kann die Reaktionszeit des Überstromauslösers im Sekundenbereich liegen. Bei höheren Nennströmen muss die Auslösung sehr schnell passieren. Die Auslöseschwelle muss typischerweise sehr fein einstellbar sein .

In heute herkömmlichen Schaltgeräten detektieren Funktions einheiten wie ETUs, TMTUs oder MTUs (Electronic Trip Unit, Thermo Mechanical Trip Unit, Magnetic Trip Unit) einen Über strom zu Auslösung und lösen gegebenenfaslls eine Unterbre chung des Stromkreises aus. Konventionelle System kennen nur die Schalterzustände ON und OFF.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Schal tergerät zur Verfügung zu stellen, welches Zwischenzustände zwischen dem ON-Zustand und dem OFF-Zustand eines elektri schen Schalters ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Schaltgerät ge mäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des er findungsgemäßen Schaltgeräts sind in den Unteransprüchen an gegeben .

Das Schaltgerät mit einem ON-Zustand, einem OFF-Zustand zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises zwi schen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt und wei teren Zwischenzuständen zwischen dem ON- und OFF-Zustand ge mäß Anspruch 1 umfasst ein regelbares Widerstandselement, welches zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt elektrisch angeordnet ist, wobei im ON-Zustand das Schaltge rät geschlossen ist und im OFF-Zustand geöffnet, wobei mit tels einer mechanischen Transitbewegung der Zustand des

Schaltgeräts geändert wird, wobei die Transitbewegung so aus geführt wird, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeit punkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelbaren Widerstandselement in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird, und wobei bei Überströmen unterhalb eines Überstrom-Schwellwertes durch die Transitbewegung das regelbare Widerstandselement in einen Zwischenzustand überführt wird, so dass eine elektri- sehe Dämpfung in den Strom-kreis eingebracht wird ohne eine Unterbrechung desselben.

Vorteilhaft hierbei ist, dass ein solches Schaltgerät zu den beiden Schaltzuständen ON und OFF noch zusätzliche Zwischen schaltzustände zur Verfügung stellt, nämlich Schaltzustände in denen der Stromkreis definiert bedämpft wird. Bei folgen den Anwendungen ergeben entscheidende Vorteile:

- Anwendungen bei denen der Stromkreis aus Gründen von hoher Verfügbarkeit nicht getrennt werden darf, jedoch trotz dem ein ausreichender Schutz gegen Überstrom gewährleistet sein muss ;

- Anwendungen bei denen unterbrechungsfrei zwischen zwei Potentialen umgeschaltetet werden soll. Im Gegensatz zu einem "harten" Trennen von Stromkreisen wird das Fliesen von Aus gleichsströmen ermöglicht. Das Funktionsprinzip ähnelt dem von Widerstandsschnellschaltern.

- Anwendungen mit sich stark ändernden Lasten, wie bei spielsweise Elektrolyseöfen in Stahlschmelzen, oder elektro- galvanische Prozesse, bei denen die Betriebsmittel deshalb nur sehr schwer abzusichern sind.

In einer Ausgestaltung wird beim Absinken des Überstroms der Zwischenzustand verlassen und der ON-Zustand eingenommen.

In einer weiteren Ausgestaltung wird bei Überströmen oberhalb des Überstrom-Schwellwerts das Öffnen des Stromkreises (OFF- Zustand) erzwungen.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die Transitbewegung durch eine Regelung eingestellt.

In einer Ausgestaltung sind am regelbaren Widerstandselement Spulen vorgesehen zum elektro-mechanischen Antrieb gegen eine Feder . In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das regelbare Wider standselement ein bewegliches Element und ein feststehendes Element, wobei das bewegliche Element im Wesentlichen zy linderförmig ausgebildet ist, wobei das feststehende Element im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei das bewegliche Element in das feststehende Element eintauchbar ausgebildet ist und gegen dieses bewegt werden kann, wobei ein erstes KontaktSystem am beweglichen Element und ein zwei tes KontaktSystem am feststehenden Element angebracht ist je weils zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem beweglichen Element und dem feststehenden Element, und wobei durch die lineare Transitbewegung der Abstand zwischen dem ersten Kon taktsystem und dem zweiten KontaktSystem geändert wird, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwischen bewegli chem Element und feststehendem Element ändert.

In einer weiteren Ausgestaltung ist am Boden des hohlzylin derförmig ausgebildeten feststehenden Elements eine erste Spule und am ersten Ende des zylinderförmig ausgebildeten be weglichen Elements eine zweite, korrespondierende Spule ange ordnet, wobei sich bei Bestromung die beiden Spulen voneinan der abstoßen, wobei am gegenüberliegenden, zweiten Ende des zylinderförmig ausgebildeten beweglichen Elements eine Feder das bewegliche Element in Richtung der ersten Spule und somit in Richtung des ON-Zustands drückt.

In einer Ausgestaltung umfasst das Schaltgerät weiterhin ei nen Sensor zur Messung der Temperatur des regelbaren Wider standselements oder der Hauptstrombahn .

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Schaltgerät zum

Schalten eines Wechsel- oder Gleichstroms vorgesehen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

Figur 1: Elektrischer Schalter mit regelbarem Widerstandsele ment ;

Figuren 2A und 2B: Elektrischer Widerstand des erfindungsge mäßen elektrischen Schalters;

Figuren 3A, 3B, 3C: Elektrischer Schalter mit regelbarem Wi derstandselement im ON-Zustand, Zwischenzustand und OFF- Zustand;

Figuren 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H, 41, 4J: Transitbewe gung des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters zwischen ON-Zustand und OFF-Zustand;

Figur 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F : Schaltgerät mit regelbarem Wi derstandselement und Spulen und Feder;

Figur 6A und 6B: Dämpfung eines Stromkreises mit erfindungs gemäßen Schaltgerät und Schaltzustände des Schaltgeräts; und

Figur 7A und 7B: Weitere Ausführungsform eines regelbaren Wi derstandselements .

In Figur 1 ist ein elektrischer Schalter 100 dargestellt. Der elektrische Schalter 100 umfasst einen ON-Zustand und einen OFF-Zustand zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises. Dazu ist ein erster Kontakt 110 und ein zweiter Kontakt 120 vorgesehen, zwischen denen der Stromkreis ge schaltet wird. Weiter umfasst der elektrische Schalter 100 ein regelbares Widerstandselement 200, welches zwischen dem ersten Kontakt 110 und dem zweiten Kontakt 120 elektrisch an geordnet ist. Im ON-Zustand ist der elektrische Schalter 100 geschlossen und im OFF-Zustand geöffnet. Der Schaltvorgang, die Überführung des ON-Zustands in den OFF-Zustand und umge kehrt, geschieht mittels einer mechanischen Transitbewegung T des regelbaren Widerstandselements 200.

Zum Öffnen oder Kommutieren des Stromkreises wird mittels der Transitbewegung T der Widerstand des regelbaren Widerstandse lements 200 erhöht und die Transitbewegung T wird so ausge führt, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dass dadurch die Schaltenergie im regelbaren Widerstandselement 200 in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird.

Das regelbare Widerstandselement 200 umfasst ein bewegliches Element 210 und ein feststehendes Element 220, wobei das be wegliche Element 210 im wesentlichen zylinderförmig ausgebil det ist und das feststehende Element im wesentlichen hohlzy linderförmig. Das bewegliche Element 210 kann in das festste hende Element 220 eintauchen und gegen dieses bewegt werden. Weiterhin umfasst das regelbare Widerstandselement 200 ein erstes KontaktSystem 310 am feststehenden Element 220 und ein zweites KontaktSystem 320 am beweglichen Element 210 jeweils zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem beweglichen Ele ment 210 und dem feststehenden Element 220.

Durch eine lineare Transitbewegung T wird der Abstand zwi schen dem ersten KontaktSystem 310 und dem zweiten Kontakt system 320 geändert, wodurch sich die Aufteilung des Strom pfads zwischen beweglichem Element 210 und feststehendem Ele ment 220 ändert.

Das feststehende Element 220 kann eine galvanische Isolation 230 umfassen, sodass im OFF-Zustand der erste Kontakt 110 galvanisch getrennt ist vom zweiten Kontakt 120. Ebenso kann die galvanische Trennung über die Dotierung des regelbaren Widerstandselements 200 selbst geschehen. In Figur 2A ist die Kette der elektrischen Widerstände des elektrischen Schalters 100 dargestellt. Es handelt sich um eine Reihenschaltung an elektrischen Widerständen, angefangen vom elektrischen Widerstand am zweiten Kontakt 120 R_Cu2 über den Widerstand des regelbaren Widerstandselements 200 R_SiC und dem elektrischen Widerstand der galvanischen Isolation 230 R_Iso zum ersten Kontakt 110 mit dem Widerstand R_Cul .

In Figur 2B ist der elektrische Widerstand des regelbaren Wi derstandselements 200 dargestellt aufgetragen über der Aus lenkung der mechanischen Transitbewegung T. In der Darstel lung der Figur 2B ist bei kleinen Positionen der erste Kon takt 110 galvanisch getrennt vom zweiten Kontakt 120 bei ei nem elektrischen Widerstand größer 1MQ (Mega Ohm) . In dieser linken Position -bei einem elektrischen Widerstand größer 1MQ (Mega Ohm)- befindet sich der elektrische Schalter 100 im OFF-Zustand .

Fährt nun mittels der mechanischen Transitbewegung T das be wegliche Element 210 entsprechend der Darstellung der Figur 1 nach rechts, so nimmt der Widerstand nach dem Überschreiten der Isolationszone 230 ab, bis zu einem elektrischen Wider stand des regelbaren Widerstandselement kleiner 100mW (Mikro Ohm) . In dieser Stellung befindet sich der elektrische Schal ter im ON-Zustand.

In den Figuren 3A, 3B und 3C wird die Überführung des

elektrischen Schalters 100 vom ON-Zustand in den OFF-Zustand dargestellt. Mittels einer linearen Transitbewegung T des be weglichen Elements 210 wird der Widerstand des regelbaren Wi derstandselements 200 erhöht, wobei die Transitbewegung T so ausgeführt wird, dass der aktuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schaltenergie im regelbaren Widerstandsele ment 200 in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird . In Figur 3A befindet sich der elektrische Schalter 100 im ON- Zustand. Der elektrische Strom fließt vom ersten Kontakt 110 über das erste KontaktSystem 310 zum beweglichen Element 210 und weiter über das zweite KontaktSystem 320 zum zweiten Kon takt 120. Ist das bewegliche Element 210 beispielsweise aus Kupfer gefertigt, so ist der Gesamtwiderstand des elektri schen Schalters in der ON-Stellung im Bereich kleiner IOOmW (Mikro Ohm) . Das erste KontaktSystem 310 und das zweite Kon taktsystem 320 wird von Kontaktfedern gebildet, beispielswei se von Canted-Coil-Federn der Firma Bai Seal Engineering.

Zum Auslösen des elektrischen Schalters 100, also zum Über führen des elektrischen Schalters 100 vom ON-Zustand in den OFF-Zustand, wird nun das bewegliche Element 210 entsprechend der Darstellung in den Figuren 3A, 3B und 3C nach links be wegt .

In einer Zwischenstellung, die in Figur 3B dargestellt ist, fließt der Strom wiederrum vom ersten Kontakt 110 über das erste KontaktSystem 310, dem beweglichen Element 210 zum zweiten KontaktSystem 320 und im regelbaren Widerstandsele ment 200 zum zweiten Kontakt 120. Durch die lineare Transit bewegung T wurde der Abstand zwischen dem ersten Kontaktsys tem 310 und dem zweiten KontaktSystem 320 geändert, nämlich verringert, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwi schen beweglichem Element 210 und feststehendem Element 220 ändert .

In Figur 3C ist der elektrische Schalter 100 im OFF-Zustand dargestellt. Durch die Transitbewegung T wurde das bewegliche Element 210 weiter entsprechend der Darstellung der Figuren 3A, 3B und 3C nach links bewegt. Das zweite KontaktSystem 320 wurde über die galvanische Isolation 230 hinausbewegt, sodass das erste KontaktSystem 310 und das zweite KontaktSystem 320 beide in der Zone des ersten Kontakts 110 sind. Somit ge schieht ein Stromfluss nur aufgrund eines Kriechstroms der galvanischen Trennung, da der Widerstand des regelbaren Wi derstandselement 200 größer 1MQ (Mega Ohm) ist.

In den Figuren 4A bis 4J wird ein elektrischer Schalter 100 dargestellt. Das regelbare Widerstandselement 200 weist eine erste Zone 221 auf, die beispielsweise aus Kupfer gestaltet ist und eine hohe Leitfähigkeit hat. Im ON-Zustand des elektrischen Schalters taucht das feststehende Element 220 in diese erste Zone 221 ein, sodass aufgrund des geringsten Wi derstands der Strom über die Stirnfläche des beweglichen Ele ments 210 und der Zone 221 mit geringer Leitfähigkeit des re gelbaren Widerstandselements 200 fließt. Ebenso weist das be wegliche Element 210 einen Abschluss 211 auf, der ebenfalls aus Kupfer gefertigt sein kann und somit eine geringe Leitfä higkeit hat. Der Strom fließt daher vom ersten Kontakt 110 über den Abschluss 211 und das bewegliche Element 210.

Wird nun die Transitbewegung T ausgeführt, entsprechend der Darstellung der Figuren 4A bis 4J der Bewegung des bewegli chen Elements 210 nach links, so kommt es zu einer räumlichen Separation des Abschlusses 211 und auch des beweglichen Ele ments 210 von der Zone 221, so dass der Strom über das erste KontaktSystem 310 und das zweite KontaktSystem 320 fließt.

Wird nun das bewegliche Element 210 weiter nach links bewegt, so werden das erste KontaktSystem 310 und das zweite Kontakt system 320 aufeinander zubewegt und der Strom fließt durch das regelbare Widerstandselement 200 selbst. Bei weiterer Durchführung der Bewegung ändert sich die Aufteilung des Strompfads zwischen dem beweglichen Element 210 und dem fest stehenden Element 220.

In Figur 4H erreicht das zweite KontaktSystem 320 die Zone der galvanischen Isolation 230. Wenn nun das zweite Kontakt system 320 vollständig in der Zone der galvanischen Isolation 230 ist, ist der Schalter geöffnet und ein Stromfluss nicht mehr möglich. In der Endposition des beweglichen Elements 210 in der Darstellung der Figur 4J befinden sich das erste Kon taktsystem 310 und das zweite KontaktSystem 320 in der Zone des ersten Kontakts 110.

Der elektrische Schalter 100 kann mindestens einen dritten Kontakt aufweisen, wobei von ihm ein Potenzial zwischen die sen mindestens drei Kontakten kommutiert wird.

Das regelbare Widerstandselement 200, insbesondere sein fest stehendes Element 220, kann aus einem konventionellen Materi al oder aus einem dotierbaren Halbleitermaterial hergestellt sein. Als dotierbares Halbleitermaterial ist beispielsweise Siliciumcarbid (SiC) vorteilhaft, da dieses Material wichtige Kriterien erfüllt und eine kompakte Bauweise des regelbaren Widerstandselements 200 ermöglicht. Siliciumcarbid als Halb leitermaterial hat eine sehr hohe Durchbruchfeldstärke und einen geringen spezifischen Durchlasswiderstand. Des Weiteren ist Siliciumcarbid dotierbar und damit in den elektrischen Eigenschaften einstellbar von 0,1 bis 109 Q-cm (Ohm Zentime ter) . Weiter ist Siliciumcarbid hochtemperaturbeständig, die Oxidationsbeständigkeit ist bis 1600°C gegeben und die Zer setzungstemperatur liegt über 2700°C. Ebenso ist Siliciumcar bid ein sehr guter Wärmeleiter.

Die Erhöhung des Widerstands des regelbaren Widerstandsele ments 200 kann über eine Änderung der aktiven Länge, der Form, der Anordnung oder der Dotierung geschehen. Der Strom pfad innerhalb des regelbaren Widerstandselements 200, bezie hungsweise die Aufteilung des Strompfads zwischen dem beweg lichen Element 210 und dem feststehenden Element 220, wird durch die Transitbewegung T geändert.

Figuren 5A bis 5D zeigen das erfindungsgemäße Schaltgerät 1000 in seinen verschiedenen Zwischenzuständen. Das Schaltge rät 1000 kann zum Öffnen, Schließen oder Kommutieren eines Stromkreises zwischen einem ersten Kontakt 110 und einem zweiten Kontakt 120 nicht nur einen ON-Zustand und einen OFF- Zustand einnehmen, sonders weitere Zwischenzustände, wobei im ON-Zustand das Schaltgerät und damit der Stromkreis geschlos sen ist und im OFF-Zustand geöffnet.

Das Schaltgerät 1000 weist dazu ein regelbares Widerstandse lement 200 auf, welches elektrisch zwischen dem ersten Kon takt 110 und dem zweiten Kontakt 120 angeordnet ist. Der Zu stand des Schaltgeräts 1000 wird mittels einer mechanischen Transitbewegung T geändert.

Dabei wird die Transitbewegung T so ausgeführt, dass der ak tuelle Spannungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelbaren Widerstandselement 200 in Form von elektrischer Verlustleistung abgeführt wird.

Bei Überströmen unterhalb eines Überstrom-Schwellwertes wird durch die Transitbewegung T das regelbare Widerstandselement 200 in einen Zwischenzustand überführt wird, sodass eine elektrische Dämpfung in den Stromkreis eingebracht wird ohne eine Unterbrechung desselben.

In der Figur 5A befindet sich das Schaltgerät 1000 zunächst im ON-Zustand. Das regelbare Widerstandselement 200 umfasst ein bewegliches Element 210 und ein feststehendes Element 220, wobei das bewegliche Element 210 im Wesentlichen zylin derförmig ausgebildet ist und das feststehende Element 220 im Wesentlichen hohlzylinderförmig. Das bewegliche Element 210 ist in das feststehende Element 220 eintauchbar ausgebildet und kann gegen dieses bewegt werden.

Weiterhin ist am regelbaren Widerstandselement 200 ein erstes KontaktSystem 310 am beweglichen Element 210 und ein zweites KontaktSystem 320 am feststehenden Element 220 vorgesehen. Diese KontaktSysteme 310; 320 sind zur elektrischen Kontak tierung zwischen dem beweglichen Element 210 und dem festste henden Element 220 vorgesehen. Durch die lineare Transitbewegung T wird der Abstand zwischen dem ersten KontaktSystem 310 und dem zweiten KontaktSystem 320 geändert, wodurch sich die Aufteilung des Strompfads zwi schen beweglichem Element 210 und feststehendem Element 220 ändert. Dies in der Sequenz der Figuren 5A bis 5F darge stellt. Durch die Bewegung des beweglichen Elements 210 nach links wird das zweite KontaktSystem 320 auf das erste Kon taktsystem 310 zubewegt und es ändert sich der Strompfad so, dass ein immer größerer Anteil über das feststehende Element 220 des regelbaren Widerstandselements 200 fließt.

Bei einem Absinken des Überstroms kann der eingestellte Zwi- schenzutand wieder verlassen werden und das Schaltgerät 1000 in den ON-Zustand zurückkehren. In solch einem Fall würde das elektrische Schaltgerät 1000 nicht ausgelöst, sondern nur temporär in einen Zwischenzustand überführt.

Wenn nach dem Überführen des regelbaren Widerstandselements 200 in einen Zwischenzustand wegen des Auftreten eines Über stroms unterhalb eines Überstrom-Schwellwerts der Überstrom weiter steigt und den Überstrom-Schwellwert übersteigt, so kann vom Schaltgerät 1000 ein Öffnen des Stromkreies, also ein Überführen in den OFF-Zustand, erzwungen werden.

Die Transitbewegung T kann mittels eines elektromechanischen Antriebs geschehen. In den Figuren 5A bis 5F sind dafür eine erste Spule 520 am Boden des hohlzylinderförmig ausgebildeten feststehenden Elements 220 und am ersten Ende des zylinder förmig ausgebildeten beweglichen Elements 210 eine zweite, korrespondierende Spule 510 vorgesehen, die sich bei Bestro- mung voneinander abstoßen. Weiter ist am zweiten Ende des zy linderförmig ausgebildeten beweglichen Elements 210 eine Fe der 600 angeordnet, die das bewegliche Element 210 in Rich tung der ersten Spule 520 und somit in Richtung des ON- Zustands drückt. Die Bestromung der ersten und zweiten Spule 520; 510 kann mittels einer Regelung vorgenommen werden, die somit die Transitbewegung T regelt und den gewünschten Zwischenzustand oder auch den ON-Zustand oder OFF-Zustand des regelbaren Wi derstandselements 200 einstellt.

Am Schaltgerät 1000 kein ein Sensor zur Messung der Tempera tur des regelbaren Widerstandselements 200 oder der Tempera tur der Hauptstrombahn vorgesehen sein. Die Regelung kann entsprechend der gemessenen Temperatur das regelbare Wider standselement 200 einregeln und gegebenenfalls das Schaltge rät 1000 in den OFF-Zustand überführen, so dass kein Strom fluss mehr möglich ist.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät 1000 ist zum Schalten eines Wechsel- oder eines Gleichstroms vorgesehen.

In Figur 6A ist das erfindungsgemäße Schaltgerät 1000 darge stellt mit vier unterschiedlichen Zwischenzuständen mit den Widerständen RI, R2, R3 und R4. Beispielsweise soll gelten, dass der Widerstand R4 sehr viel größer als der Widerstand R3, dieser viel größer als der Widerstand R2 und dieser grö ßer als der Widerstand RI ist. Das regelbare Widerstandsele ment 200 wird bei Einstellung auf einen der vier Zwischenzu stände den Stromkreis mittels des eingestellten Widerstands dämpfen .

Figur 6B erläutert die Abfolge der elektrischen Widerstände des regelbaren Widerstandselemtns 200 anschaulich: Ausgehend vom ON-Zustand mit geringem Widerstand können diskrete elekt rische Widerstände RI, R2, R3, R4, ..., RN eingestellt werden. Oberhalb vom maximalen Widerstand RN liegt der elektrische Widerstand des OFF-Zustands . Entsprechend der Figuren 5A bis 5F und der Ausbildung des regelbaren Widerstandselements 200 sind in dieser Ausführungsform die Widerstandswerte kontinu ierlich ausgebildet und können kontinuierlich angesteuert werden . Die Detektion des Uberstroms und die Auslenkung des regelba ren Widerstandelements 200 kann auch durch eine entsprechende Anordnung der Hauptkontakte ohne zusätzliche Spulenkörper, oder durch zusätzliche Messeinrichtungen erfolgen. Damit wird die Funktion eines thermischen Auslösers erfüllt.

Zusätzlich zu der definierten Auslenkung aufgrund eines be stimmten Stroms, kann bei kleineren Strömen noch die Tempera tur an bestimmten Punkten im regelbaren Widerstandselement 200 oder auf der Hauptstrombahn gemessen werden. Überschrei tet die Temperatur eine bestimmte Schwelle, so ändert das be wegliche KontaktSystem über eine entsprechende Auslenkmecha nik, beispielsweise ein Bimetall, seine Position und der Wi derstand wird weiter erhöht. Dadurch wird der Strom redu ziert .

Ein solches System kann sowohl eine Funktion des Schaltgerä tes 1000 darstellen, dass damit die im Stromkreis angeschlos senen Betriebsmittel schützt, oder auch eine Art Selbstschutz des Gerätes sein um eine Überlastung des regelbaren Wider standselements 200 oder Teile der Strombahn zu gewährleisten.

In den Figuren 7A und 7B ist eine weitere Ausführungsform ei nes regelbaren Widerstandselements 200 dargestellt. In dieser Ausführungsform werden gleichförmige Widerstandselemente 701 mit erster Anschlussfläche 702 und zweiter Anschlussfläche 703 in Reihe geschaltet. Zwischen den Widerstandselementen 701 sind Isolationselemente 705 angeordnet, so dass die Rei henschaltung über die elektrische Kontaktierung benachbarter Anschlussfläche 702, 703 geschieht. Widerstandselementen 701 sind als aufgebrochene Hohlscheiben mit erster Anschlussflä che 702 und zweiter Anschlussfläche 703 ausgebildet.

Im Innern der Widerstandselementen 701 verläuft das bewegli che Element 210 mit dem zweiten KontaktSystem 320. Das Öffnen und Schließen erfolgt analog zu der ersten oder zweiten Aus- führungsform mittels einer Transitbewegung T, wobei die Tran sitbewegung T so ausgeführt wird, dass der aktuelle Span nungsfall zu jedem Zeitpunkt kleiner ist als die Zündspannung eines Lichtbogens und dadurch die Schalt-Energie im regelba- ren Widerstandselement 200 in Form von elektrischer Verlust leistung abgeführt wird.