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EP3127131B1 - Mehrpoliges leistungsschütz - Google Patents

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Publication number
EP3127131B1
EP3127131B1 EP15701099.2A EP15701099A EP3127131B1 EP 3127131 B1 EP3127131 B1 EP 3127131B1 EP 15701099 A EP15701099 A EP 15701099A EP 3127131 B1 EP3127131 B1 EP 3127131B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power contactor
barrier
contact
armature
movable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP15701099.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3127131A1 (de
Inventor
Robert Kralik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaltbau GmbH
Original Assignee
Schaltbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaltbau GmbH filed Critical Schaltbau GmbH
Publication of EP3127131A1 publication Critical patent/EP3127131A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3127131B1 publication Critical patent/EP3127131B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/08—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/38—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H2009/305—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts including means for screening for arc gases as protection of mechanism against hot arc gases or for keeping arc gases in the arc chamber

Definitions

  • a generic power contactor comprises an electromagnetic drive, a movable armature of the drive, and at least two movable contacts arranged side by side and connected to the armature.
  • the movable contacts are assigned corresponding fixed contacts of the power contactor.
  • the armature is from an open position in which the movable contacts and the fixed contacts do not touch each other, transferred to a closed position in which the movable contacts come into contact with the fixed contacts, also in the generic contactor each contact point, consisting of movable Contact and corresponding fixed contact, assigned to an arc quenching device.
  • a plasma barrier is disposed, wherein the plasma barrier has a first barrier and a second barrier, wherein one of the two barriers with the armature and the other of the two barriers with a fixed stationary part of the power contactor, and wherein the first barrier and second barrier in each position of the armature at least partially overlap between the open position and the closed position.
  • Generic power contactors are used in particular as motor contactors in railcars. Power contactors used in railcars must be able to reliably switch particularly high outputs. Due to increasingly powerful engines, the power requirements of the motor contactors used are also growing. In particular, incidents must also be taken into account. For example, it may happen that a thyristor breaks down in the converter and thus generates a short circuit. In case of failure, the electric motor of the rail car acts as a generator, generating several 100 KW of power. The power must be switched off safely and reliably with the contactor. The same applies if the fault does not occur in the inverter but in the contactor itself. The frequencies to be switched are in the range between 50 Hz and 400 Hz.
  • a multi-pole power contactor according to the preamble of independent claim 1 is made US Pat. No. 6,417,749 B1 known. Related art is also out US 6,013,889 A known.
  • Object of the present invention is to improve the contactor of the generic type and to increase the switching capability.
  • the armature is connected to an actuating axis of metal, wherein the actuating axis is at least partially surrounded by a fixed insulating sleeve, wherein the actuating axis is at least partially surrounded by a relative to the fixed insulating sleeve moving insulating sleeve, wherein the moving insulating sleeve fixed to the actuating axis is connected, and wherein stationary insulating sleeve and moving insulating sleeve cooperate telescopically.
  • the fixed insulating sleeve and the moving insulating sleeve act together in the manner of a labyrinth seal.
  • the fixed insulating sleeve thus forms a fixed component of the power contactor and is preferably attached to a resting on the yoke plate of the contactor insulating. In order to achieve an optimum sealing effect, the fixed insulating sleeve preferably terminates flush with the yoke plate. If the actuating axis is cylindrical, it makes sense to form the fixed insulating sleeve in a hollow cylinder. In principle, however, any other cross section can be selected which ensures a sufficient sealing effect.
  • the invention prevents plasma, which is generated when opening the contacts due to a switching arc, from a contact point or a chamber enclosing the contact point to an adjacent contact point or the associated chamber. This also prevents the switching arc from striking the adjacent contact point.
  • one of the two barriers is attached to a resting on the yoke plate of the contactor insulating or indirectly connected to the Jochplate. In order to achieve an optimum sealing effect, this barrier preferably ends flush with the yoke plate.
  • the barrier connected to the anchor may be connected either directly or indirectly to the anchor. It is preferably connected via a contact carrier with the armature.
  • the distance between the first and second barrier in the covering area is less than 5 mm, more preferably less than 2 mm, and particularly preferably less than 1 mm.
  • the first barrier and the second barrier interact in the manner of a labyrinth seal. In this way, the plasma is particularly effectively prevented from getting from one contact point to an adjacent contact point.
  • the barriers are particularly simple and inexpensive to implement, if they are each formed by at least one plate.
  • the first barrier has at least two parallel plates, wherein at least one plate of the second barrier is arranged between the two parallel plates of the first barrier.
  • This will be a particularly effective labyrinth seal causes.
  • This embodiment is particularly easy to implement when the two parallel plates are fastened to a contact carrier connected to the armature or are part of the contact carrier.
  • the barriers are made of plastic or ceramic. These two materials are electrically non-conductive, which ensures that no electrical conductivity is produced between two adjacent contact points.
  • the power contactor comprises a yoke plate, wherein at least one component of the power contactor, which is mounted in close proximity to one of the contact points on the yoke plate, is secured by means of one or more plastic screws on the yoke plate.
  • the plastic screws are designed as high-strength plastic screws.
  • This embodiment is also suitable for screws that are not screwed into the yoke plate of the power contactor, but in any grounded component of the contactor.
  • the components to be fastened are, for example, housing parts or arc extinguishing chambers.
  • plastic screws is not only in the power contactor according to the invention but generally suitable for contactors.
  • the use of plastic screws for the above purposes is therefore a separate invention, although it leads to a further improvement in the switching capability in the power contactor according to the invention.
  • the yoke plate of the power contactor on the side facing the contact points at least partially provided with an insulating film. This prevents exposure to plasma and further reduces the risk of short circuits.
  • both the fixed insulating sleeve and the moving are Insulating sleeve made of plastic or ceramic. Further preferably, there is a very small distance between the two sleeves in order to optimize the sealing effect. A distance of less than 1 mm is preferred.
  • the movable contacts and / or the fixed contacts are each carried out with an arcing stirrer, wherein the arcs are at least partially tapered.
  • contacts with tapered arc guide are not only suitable for the power contactor according to the invention but generally for use in power contactors.
  • An embodiment with tapered Lichtbogenleithorn and the advantageous embodiments described below therefore represent a separate invention, however, equally contributes to the further optimization of the switching capability of the contactor according to the invention.
  • An arc guide is an extension of the contact which protrudes at an angle from the respective contact and via which the switching arc is conducted after its formation into the corresponding arc quenching device.
  • the arc guide grains are kept as narrow as the lifetime requirements permit.
  • the arc guide grains are preferably at least 25%, preferably at least 50%, narrower than the actual contact surface of the respective contact.
  • the arc guide is designed as a separate component and attached to the respective fixed contact or movable contact.
  • the attachment is done by riveting.
  • the arc guide grains are made of bronze. In this embodiment, there is a significantly higher lifetime of the arcing grains as compared to arcs of conventional design, which form together with the relevant contact a copper full part. It has been shown that conventional arc guide grains can break off early due to vibration load.
  • This embodiment lends itself, for example, when the yoke plate has an opening for a permanently connected to the armature or contact carrier connecting part, via which an arranged below the yoke plate auxiliary switch is actuated.
  • the sponge rubber mat is preferably designed such that it encloses the connecting part in a sealing manner.
  • This embodiment has the advantage that the plasma generated by the arc does not come into contact with the yoke plate or earthed components of the power contactor arranged thereunder via the opening, and thereby creates the risk of a short circuit.
  • FIG. 1 shows a partially sectioned oblique view of a power contactor according to the invention 1.
  • the power contactor is designed in three poles and comprises three juxtaposed switching points.
  • the armature 2 of the electromagnetic drive is over an actuating shaft 14 connected to a contact carrier 3.
  • the contact carrier 3 of the power contactor has three in FIG. 2 contact bridges shown in more detail 23, wherein each of the three contact bridge supports one of the three juxtaposed contact bridges 4 carries.
  • the three contact bridges form the moving contacts of the contactor.
  • One of the three contact bridge holders is arranged at the upper end of the actuating axis 14, which is actuated by the electromagnetic drive 2.
  • the contact carrier 3 is by means of the armature 2 of an open position in which the movable contacts 4 and the respective associated fixed contacts 5 do not touch each other, can be transferred to a closed position in which the movable contacts 4 come into contact with the fixed contacts 5 and thereby to make an electrical connection.
  • Opening the contacts creates a switching arc, which must be brought to extinction as quickly as possible, especially at high loads to be switched to prevent damage to the contacts or other components of the power contactor.
  • Each contact point consisting of movable contact 4 and corresponding fixed contact 5, is therefore associated with an arc quenching device.
  • the extinguishing chambers 6 of the arc quenching devices are for 4 of the total of 6 contact points in FIG. 1 shown.
  • a plasma barrier is provided between two adjacent contact points.
  • the plasma barrier consists essentially of partitions, which interact in the manner of a labyrinth seal and separate the corresponding contact points from each other.
  • each plasma barrier has two mutually parallel plates 7.1 and 7.2, which are firmly connected to the contact carrier 3.
  • Contact carrier 3 and plates preferably form a single component.
  • the two parallel aligned plates 7.1 and 7.2 include between them another plate 8, which is connected to a fixed component of the power contactor.
  • a corresponding plastic plate 22 is applied to the yoke plate 9 of the power contactor, of which the middle Plate 8 protrudes substantially perpendicular.
  • the plates 7.1 and 7.2 cover the middle plate 8 at least partially, in each position of the armature between the open and the closed position.
  • the plates 7.1 and 7.2 thus cooperate with the plate 8 in the manner of a labyrinth seal and thus effectively prevent plasma, which is generated at one of the contact points by a switching arc, moves to the adjacent switching point.
  • a plasma barrier is also provided in relation to the actuating axis 14 consisting of metal. It consists of a fixed insulating sleeve 12 which protrudes from the plastic plate 22, and a moving insulating sleeve 13, which is part of the contact carrier 3.
  • the fixed insulating sleeve 12 and the moving insulating sleeve 13 act telescopically and in the manner of a labyrinth seal together. There is a very short distance between the two sleeves, as well as between the plates 8 and 7.1 or 7.2.
  • an auxiliary switch is provided in the power contactor, which is actuated via the armature.
  • a connecting part 20 is connected to the contact carrier 3 for this purpose.
  • the connecting part 20 actuates a arranged below the yoke plate 9 auxiliary contact, and is therefore passed through an opening 19 in the yoke plate 9.
  • the opening 19 is sealed by means of a sponge rubber mat 21.
  • the foam rubber mat has a significantly smaller breakthrough compared to the opening 19 of the yoke plate 9, through which the connecting part 20 is passed.
  • FIG. 3 shows one of the three contact bridges 4 in detail.
  • the Lichtbogenleit technologicalner 15 are made of bronze and riveted to the contact bridge 4.
  • the rivet connections 17 are arranged in the middle region of the contact bridge.
  • the vertically projecting region 16 of the arc horns 15 is strongly tapered in order to achieve a narrowing of the magnetic field lines and thus an amplification of the electromagnetic blowing effect.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrpoliges Leistungsschütz nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Ein gattungsgemäßes Leistungsschütz umfasst einen elektromagnetischen Antrieb, einen bewegbaren Anker des Antriebs, und zumindest zwei bewegliche Kontakte, die nebeneinander angeordnet und mit dem Anker verbunden sind. Den beweglichen Kontakten sind entsprechende Festkontakte des Leistungsschützes zugeordnet. Der Anker ist von einer geöffneten Stellung, in der die beweglichen Kontakte und die Festkontakte einander nicht berühren, in eine geschlossene Stellung überführbar, in der die beweglichen Kontakte mit den Festkontakten in Berührung kommen, ferner ist bei dem gattungsgemäßen Leistungsschütz jeder Kontaktstelle, bestehend aus beweglichem Kontakt und entsprechendem Festkontakt, eine Lichtbogenlöscheinrichtung zugeordnet. Ferner ist bei dem gattungsgemäßen Leistungsschütz vorgesehen, dass zwischen zwei nebeneinander angeordneten beweglichen Kontakten benachbarter Pole eine Plasmasperre angeordnet ist, wobei die Plasmasperre eine erste Barriere sowie eine zweite Barriere aufweist, wobei eine der beiden Barrieren mit dem Anker und die andere der beiden Barrieren mit einem feststehenden Teil des Leistungsschützes verbunden ist, und wobei sich erste Barriere und zweite Barriere in jeder Stellung des Ankers zwischen geöffneter Stellung und geschlossener Stellung zumindest teilweise überdecken.
  • Gattungsgemäße Leistungsschütze kommen insbesondere als Motorschütze in Bahntriebwagen zum Einsatz. Leistungsschütze, die in Bahntriebwagen eingesetzt werden, müssen besonders hohe Leistungen zuverlässig schalten können. Aufgrund immer leistungsfähiger werdender Motoren wachsen auch die Leistungsanforderungen der eingesetzten Motorschütze. Insbesondere müssen dabei auch Störfälle einkalkuliert werden. So kann es beispielsweise vorkommen, dass im Umrichter ein Thyristor durchschlägt und dadurch einen Kurzschluss erzeugt. Im Störfall wirkt der Elektromotor des Bahntriebwagens als Generator und erzeugt dabei mehrere 100 KW Leistung. Die Leistung muss mit dem Leistungsschütz sicher und zuverlässig abgeschaltet werden können. Das Gleiche gilt auch, falls die Störung nicht im Umrichter, sondern im Schütz selbst auftritt. Die zu schaltenden Frequenzen liegen dabei im Bereich zwischen 50 Hz und 400 Hz.
  • Beim Öffnen der Kontakte entsteht ein Schaltlichtbogen. Bei den gattungsgemäßen Leistungsschützen sind deshalb Lichtbogenlöscheinrichtungen vorgesehen, in die der Schaltlichtbogen mittels eines Magnetfelds getrieben und dabei gelöscht wird. Je größer die zu schaltenden Leistungen sind, desto schwieriger ist es, den Schaltlichtbogen in kurzer Zeit zum Erlöschen zu bringen. Bei entsprechend hoher Leistung erzeugt der Schaltlichtbogen eine große Menge elektrisch leitfähigen Plasmas, das sich unter Druck im Geräteinneren verteilt. Aufgrund des Plasmas besteht die Gefahr, dass an verschiedenen Stellen im Leistungsschütz ein Kurzschluss erzeugt wird. Insbesondere kann das Plasma bewirken, dass der Schaltlichtbogen die Kontaktstellen benachbarter Pole kurzschließt oder auf Gerätemasse durchschlägt.
  • Ein mehrpoliges Leistungsschütz nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ist aus US 6,417,749 B1 bekannt. Verwandter Stand der Technik ist ferner aus US 6,013,889 A bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Leistungsschütz der gattungsgemäßen Art zu verbessern und die Schalttauglichkeit zu erhöhen.
  • Die Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Anker mit einer Betätigungsachse aus Metall verbunden, wobei die Betätigungsachse zumindest teilweise von einer feststehenden Isolierhülse umgeben ist, wobei die Betätigungsachse zumindest teilweise von einer gegenüber der feststehenden Isolierhülse bewegten Isolierhülse umgeben ist, wobei die bewegte Isolierhülse fest mit der Betätigungsachse verbunden ist, und wobei feststehende Isolierhülse und bewegte Isolierhülse teleskopartig zusammenwirken. Die feststehende Isolierhülse und die bewegte Isolierhülse wirken nach Art einer Labyrinthdichtung zusammen. Dadurch wird verhindert, dass das Plasma, das durch den Lichtbogen erzeugt wird, mit der Betätigungsachse in Berührung kommt, und dadurch ein Kurzschluss auf die Betätigungsachse erzeugt wird. Dies empfiehlt sich besonders dann, wenn die Betätigungsachse in unmittelbarer Nähe zu einer der Kontaktstellen angeordnet ist. Bei einem dreipoligen Leistungsschütz, das als Motorschütz in Bahntriebwagen zum Einsatz kommt, verhält es sich in der Regel so, dass eine der Kontaktbrücken (beweglicher Kontakt) unmittelbar an einem Ende der Betätigungsachse angebracht ist. Die mittlere Kontaktbrücke liegt quasi in derselben Ebene, in der auch die Betätigungsachse liegt. Bei dieser Konstellation besteht eine erhebliche Gefahr, dass das vom Lichtbogen erzeugte Plasma mit der Betätigungsachse in Berührung kommt. Dies wird jedoch durch die fest-stehende Isolierhülse verhindert. Die feststehende Isolierhülse bildet somit ein feststehendes Bauteil des Leistungsschützes und ist vorzugsweise an einer auf der Jochplatte des Schützes aufliegenden Isolierplatte angebracht. Um eine optimale Dichtwirkung zu er-zielen, schließt die feststehende Isolierhülse vorzugsweise bündig mit der Jochplatte ab. Sofern die Betätigungsachse zylindrisch ausgeführt ist, bietet es sich an, die feststehende Isolierhülse hohlzylindrisch auszubilden. Prinzipiell kann jedoch ein beliebiger anderer Querschnitt gewählt werden, der eine ausreichende Dichtwirkung gewährleistet.
  • Durch die Erfindung wird verhindert, dass Plasma, welches beim Öffnen der Kontakte aufgrund eines Schaltlichtbogens erzeugt wird, von einer Kontaktstelle bzw. einer die Kontaktstelle umschließenden Kammer zu einer benachbarten Kontaktstelle bzw. der zugehörigen Kammer strömt. Dadurch wird auch verhindert, dass der Schaltlichtbogen auf die benachbarte Kontaktstelle überschlägt. Vorzugsweise ist eine der beiden Barrieren an einer auf der Jochplatte des Leistungsschützes aufliegenden Isolierplatte angebracht oder indirekt mit der Jochplate verbunden. Um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen, schließt diese Barriere vorzugsweise bündig mit der Jochplatte ab. Diejenige Barriere, die mit dem Anker verbunden ist, kann entweder direkt oder indirekt mit dem Anker verbunden sein. Sie ist vorzugsweise über einen Kontaktträger mit dem Anker verbunden.
  • Weiter vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen erster und zweiter Barriere im Überdeckungsbereich weniger als 5 mm, weiter vorzugsweise weniger als 2 mm, und besonders bevorzugt weniger als 1 mm.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirken erste Barriere und zweite Barriere nach Art einer Labyrinthdichtung zusammen. Auf diese Weise wird das Plasma besonders effektiv daran gehindert, von einer Kontaktstelle zu einer benachbarten Kontaktstelle zu gelangen.
  • Die Barrieren sind besonders einfach und kostengünstig umzusetzen, wenn sie jeweils durch zumindest eine Platte gebildet sind. Dabei ist es hinsichtlich der Dichtwirkung von besonderem Vorteil, wenn die erste Barriere zumindest zwei parallele Platten aufweist, wobei zumindest eine Platte der zweiten Barriere zwischen den zwei parallelen Platten der ersten Barriere angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders effektive Labyrinthdichtung bewirkt. Besonders einfach umzusetzen ist diese Ausführungsform, wenn die zwei parallelen Platten an einem mit dem Anker verbundenen Kontaktträger befestigt oder Teil des Kontaktträgers sind.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Barrieren aus Kunststoff oder Keramik. Diese beiden Materialien sind elektrisch nicht leitfähig, wodurch sichergestellt wird, dass keine elektrische Leitfähigkeit zwischen zwei benachbarten Kontaktstellen hergestellt wird.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Leistungsschütz eine Jochplatte auf, wobei zumindest ein Bauteil des Leistungsschützes, das in unmittelbarer Nähe zu einer der Kontaktstellen an der Jochplatte angebracht ist, mittels einer oder mehrerer Kunststoffschrauben an der Jochplatte befestigt ist. Vorzugsweise sind die Kunststoffschrauben als hochfeste Kunststoffschrauben ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform wird gegenüber herkömmlichen Leistungsschützen, bei welchen elektrisch leitfähige Metallschrauben zum Einsatz kommen, verhindert, dass durch Plasma und Schraube ein Kurzschluss auf die geerdete Jochplatte erzeugt werden kann. Diese Ausführungsform eignet sich auch für Schrauben, die nicht in die Jochplatte des Leistungsschützes, sondern in ein beliebiges geerdetes Bauteil des Leistungsschützes eingeschraubt sind. Bei den zu befestigenden Bauteilen handelt es sich beispielsweise um Gehäuseteile oder um Lichtbogenlöschkammern. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Verwendung von Kunststoffschrauben nicht nur bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschütz sondern generell bei Leistungsschützen eignet. Die Verwendung von Kunststoffschrauben zu den oben genannten Zwecken stellt daher eine eigene Erfindung dar, wenngleich sie bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschütz zu einer weiteren Verbesserung der Schalttauglichkeit führt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Jochplatte des Leistungsschützes auf derjenigen Seite, die den Kontaktstellen zugewandt ist, zumindest teilweise mit einer Isolierfolie versehen. Dadurch wird die Beaufschlagung durch Plasma verhindert und die Kurzschlussgefahr weiter reduziert.
  • Vorzugsweise sind sowohl die feststehende Isolierhülse als auch die bewegte Isolierhülse aus Kunststoff oder Keramik gefertigt. Weiter vorzugsweise besteht zwischen den beiden Hülsen ein sehr geringer Abstand, um die Dichtwirkung zu optimieren. Bevorzugt ist ein Abstand kleiner 1 mm.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die beweglichen Kontakte und/oder die Festkontakte jeweils mit einem Lichtbogenleithorn ausgeführt, wobei die Lichtbogenleithörner zumindest abschnittweise verjüngt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass sich Kontakte mit verjüngtem Lichtbogenleithorn nicht nur für das erfindungsgemäße Leistungsschütz sondern generell für den Einsatz in Leistungsschützen eignen. Eine Ausführungsform mit verjüngtem Lichtbogenleithorn sowie die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen stellen daher eine eigene Erfindung dar, die jedoch gleichermaßen zur weiteren Optimierung der Schalttauglichkeit des erfindungsgemäßen Schaltschützes beiträgt. Bei einem Lichtbogenleithorn handelt es sich um eine winklig vom jeweiligen Kontakt abstehende Verlängerung des Kontaktes, über die der Schaltlichtbogen nach seiner Entstehung in die entsprechende Lichtbogenlöscheinrichtung geleitet wird. Hierzu bedient man sich magnetischer Felder, die durch Permanentmagneten oder Elektromagneten oder die elektromagnetische Blaswirkung speziell ausgebildeter Kontaktstücke erzeugt werden. Durch die Verjüngung der Lichtbogenleithörner resultiert eine Einengung der magnetischen Feldlinien, was wiederum eine Verstärkung der elektromagnetischen Blaswirkung bewirkt. Dadurch kann das Schalten von Lichtbögen im niedrigen Strombereich merklich verbessert werden. Vorzugsweise werden die Lichtbogenleithörner so schmal gehalten, wie es die Lebensdaueranforderungen erlauben. Vorzugsweise sind die Lichtbogenleithörner jedenfalls gegenüber der eigentlichen Kontaktfläche des jeweiligen Kontaktes um mindestens 25 %, vorzugsweise um mindestens 50 % verjüngt.
  • Ganz besonders bevorzugt ist das Lichtbogenleithorn als separates Bauteils ausgeführt und an dem betreffenden Festkontakt bzw. beweglichen Kontakt befestigt. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung durch Vernieten. Weiter vorzugsweise bestehen die Lichtbogenleithörner aus Bronze. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine deutlich höhere Lebensdauer der Lichtbogenleithörner im Vergleich zu Lichtbogenleithörnern herkömmlicher Bauart, die zusammen mit dem betreffenden Kontakt ein Kupfervollteil bilden. Es hat sich gezeigt, dass herkömmliche Lichtbogenleithörner durch Schwingungsbelastung frühzeitig abbrechen können.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Jochplatte des Leistungsschützes einen Durchbruch im Bereich einer der Kontaktstellen auf, wobei der Durchbruch mit einer Moosgummimatte abgedichtet ist. Diese Ausführungsform bietet sich beispielsweise dann an, wenn die Jochplatte einen Durchbruch für ein fest mit dem Anker bzw. Kontaktträger verbundenes Verbindungssteil aufweist, über welches ein unterhalb der Jochplatte angeordneter Hilfsschalter betätigt wird. Die Moosgummimatte ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie das Verbindungsteil dichtend umschließt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das durch den Lichtbogen erzeugte Plasma nicht über den Durchbruch mit der Jochplatte bzw. mit darunter angeordneten geerdeten Bauteilen des Leistungsschützes in Kontakt kommt, und dadurch die Gefahr eines Kurzschlusses erzeugt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abdichtung eines Durchbruchs mittels einer Moosgummimatte nicht nur bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschütz sondern generell bei Leistungsschützen vorgenommen werden kann. Diese Ausführung stellt demnach eine eigene Erfindung dar, die jedoch zur weiteren Optimierung der Schalttauglichkeit des erfindungsgemäßen Schaltschützes beiträgt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine teilweise geschnittene Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsschützes,
    Figur 2:
    einen schematischen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Leistungsschütz aus Figur 1, und
    Figur 3:
    eine Detailansicht einer der Kontaktbrücken des erfindungsgemäßen Leistungsschützes aus den Figuren 1 und 2.
  • Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden. Sofern in einer Zeichnung Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
  • Figur 1 zeigt eine teilweise geschnittene Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsschützes 1. Das Leistungsschütz ist dreipolig ausgeführt und umfasst drei nebeneinander angeordnete Schaltstellen. Der Anker 2 des elektromagnetischen Antriebs ist über eine Betätigungsachse 14 mit einem Kontaktträger 3 verbunden. Der Kontaktträger 3 des Leistungsschützes weist drei in Figur 2 näher dargestellte Kontaktbrückenhalterungen 23 auf, wobei jede der drei Kontaktbrückenhalterungen eine der drei nebeneinander angeordneten Kontaktbrücken 4 trägt. Die drei Kontaktbrücken bilden die beweglichen Kontakte des Leistungsschützes. Eine der drei Kontaktbrückenhalterungen ist am oberen Ende der Betätigungsachse 14 angeordnet, welche von dem elektromagnetischen Antrieb 2 betätigt wird. Der Kontaktträger 3 ist mittels des Ankers 2 von einer geöffneten Stellung, in der die beweglichen Kontakte 4 und die jeweils zugehörigen Festkontakte 5 einander nicht berühren, in eine geschlossene Stellung überführbar, in der die beweglichen Kontakte 4 mit den Festkontakten 5 in Berührung kommen und dadurch eine elektrische Verbindung herstellen. Beim Öffnen der Kontakte entsteht ein Schaltlichtbogen, der insbesondere bei hohen zu schaltenden Lasten möglichst schnell zum Erlöschen gebracht werden muss, um eine Beschädigung der Kontakte oder weiterer Bauteile des Leistungsschützes zu verhindern. Jeder Kontaktstelle, bestehend aus beweglichem Kontakt 4 und entsprechendem Festkontakt 5, ist daher eine Lichtbogenlöscheinrichtung zugeordnet. Die Löschkammern 6 der Lichtbogenlöscheinrichtungen sind für 4 der insgesamt 6 Kontaktstellen in Figur 1 gezeigt.
  • Im Störungsfall müssen unter Umständen hunderte von Kilowatt elektrischer Leistung mittels des Leistungsschützes 1 zuverlässig abgeschaltet werden können. Der bei der Abschaltung entstehende Lichtbogen erzeugt ein Plasma, das für kurze Zeit nicht nur im unmittelbaren Bereich der Kontaktstellen verbleibt, sondern im schlechtesten Fall sogar zur benachbarten Schaltstelle wandert. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass der Lichtbogen auf die benachbarte Schalt- bzw. Kontaktstelle überschlägt. Um dies zu verhindern, ist erfindungsgemäß eine Plasmasperre zwischen zwei benachbarten Kontaktstellen vorgesehen. Die Plasmasperre besteht im Wesentlichen aus Trennwänden, die nach Art einer Labyrinthdichtung zusammenwirken und die entsprechenden Kontaktstellen voneinander trennen. In Figur 2 ist zu erkennen, dass jede Plasmasperre über zwei parallel zueinander angeordnete Platten 7.1 und 7.2 verfügt, die fest mit dem Kontaktträger 3 verbunden sind. Kontaktträger 3 und Platten bilden bevorzugter Weise ein einziges Bauteil. Die beiden parallel zueinander ausgerichteten Platten 7.1 und 7.2 schließen zwischen sich eine weitere Platte 8 ein, die mit einem feststehenden Bauteil des Leistungsschützes verbunden ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf die Jochplatte 9 des Leistungsschützes eine entsprechende Kunststoffplatte 22 aufgebracht, von der die mittlere Platte 8 im Wesentlichen senkrecht absteht. Die Platten 7.1 und 7.2 überdecken die mittlere Platte 8 zumindest teilweise, und zwar in jeder Stellung des Ankers zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung. Die Platten 7.1 und 7.2 wirken somit mit der Platte 8 nach Art einer Labyrinthdichtung zusammen und verhindern somit wirksam, dass Plasma, welches an einer der Kontaktstellen durch einen Schaltlichtbogen erzeugt wird, zur benachbarten Schaltstelle wandert.
  • Um zu verhindern, dass das Plasma mit der Jochplatte 9 oder einem darunter angeordneten geerdeten Bauteil des Leistungsschützes in Berührung kommt und dadurch einen Kurzschluss erzeugt, wurden bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschütz gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzliche Maßnahmen ergriffen. Zum einen ist zwischen der Jochplatte 9 und der darauf liegenden Kunststoffplatte 22 eine Isolierfolie 11 vorgesehen. Außerdem hat sich gezeigt, dass es auch zu einem Kurzschluss kommen kann, falls das Plasma mit einer Metallschraube, in Berührung kommt, die zur Befestigung eines beliebigen Bauteils an der Jochplatte 9 dient. So sind beispielsweise die Lichtbogenlöschkammern 6 mittels entsprechender Schrauben an der Jochplatte 9 befestigt. Um die Schalttauglichkeit zu erhöhen, sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschütz hochfeste Kunststoffschrauben 10 vorgesehen, um Bauteile in unmittelbarer Nähe zu den jeweiligen Kontaktstellen an der Jochplatte zu befestigen.
  • Des Weiteren ist auch gegenüber der aus Metall bestehenden Betätigungsachse 14 eine Plasmasperre vorgesehen. Sie besteht aus einer feststehenden Isolierhülse 12, die von der Kunststoffplatte 22 absteht, und einer bewegten Isolierhülse 13, die Teil des Kontaktträgers 3 ist. Die feststehende Isolierhülse 12 und die bewegte Isolierhülse 13 wirken teleskopartig und nach Art einer Labyrinthdichtung zusammen. Zwischen den beiden Hülsen besteht ein sehr geringer Abstand, genauso wie zwischen den Platten 8 und 7.1 bzw. 7.2.
  • Des Weiteren ist bei dem Leistungsschütz ein Hilfsschalter vorgesehen, der über den Anker betätig wird. Bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Leistungsschütz ist hierzu ein Verbindungsteil 20 mit dem Kontaktträger 3 verbunden. Das Verbindungsteil 20 betätigt einen unterhalb der Jochplatte 9 angeordneten Hilfskontakt, und ist daher durch einen Durchbruch 19 in der Jochplatte 9 hindurchgeführt. Um zu verhindern, dass Plasma, welches beim Schaltvorgang entsteht, mit der Jochplatte 9 oder darunter angeordneten geerdeten Bauteilen des Leistungsschützes in Berührung kommt, ist der Durchbruch 19 mittels einer Moosgummimatte 21 abgedichtet. Selbstverständlich weist die Moosgummimatte einen im Vergleich zum Durchbruch 19 der Jochplatte 9 wesentlich kleineren Durchbruch auf, durch den das Verbindungsteil 20 hindurchgeführt ist.
  • Eine weitere Maßnahme, die bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschütz ergriffen wurde, um die Schalttauglichkeit zu erhöhen, ist in Figur 3 gezeigt. Fig. 3 zeigt eine der drei Kontaktbrücken 4 im Detail. Zu erkennen sind die beiden Kontaktflächen 18, die bei geschlossenem Leistungsschütz mit den entsprechenden Festkontakten 5 in Berührung kommen. An den beiden Enden der Kontaktbrücke 4 ist jeweils ein im Wesentlichen senkrecht abstehendes Lichtbogenleithorn 15 angeordnet. Die Lichtbogenleithörner 15 sind aus Bronze gefertigt und mit der Kontaktbrücke 4 vernietet. Die Nietverbindungen 17 sind im mittleren Bereich der Kontaktbrücke angeordnet. Der senkrecht abstehende Bereich 16 der Lichtbogenhörner 15 ist stark verjüngt, um eine Einengung der magnetischen Feldlinien und damit eine Verstärkung der elektromagnetischen Blaswirkung zu erzielen.

Claims (10)

  1. Mehrpoliges Leistungsschütz (1) mit einem elektromagnetischen Antrieb, einem bewegbaren Anker (2), und mit zumindest zwei beweglichen Kontakten (4), die nebeneinander angeordnet und mit dem Anker (2) verbunden sind, wobei den beweglichen Kontakten (4) entsprechende Festkontakte (5) des Leistungsschützes (1) zugeordnet sind, wobei der Anker (2) von einer geöffneten Stellung, in der die beweglichen Kontakte (4) und die Festkontakte (5) einander nicht berühren, in eine geschlossene Stellung überführbar ist, in der die beweglichen Kontakte (4) mit den Festkontakten (5) in Berührung kommen, und wobei jeder Kontaktstelle, bestehend aus beweglichem Kontakt (4) und entsprechendem Festkontakt (5), eine Lichtbogenlöscheinrichtung (6) zugeordnet ist, wobei zwischen zwei nebeneinander angeordneten beweglichen Kontakten (4) eine Plasmasperre angeordnet ist, wobei die Plasmasperre eine erste Barriere (7) sowie eine zweite Barriere (8) aufweist, wobei eine der beiden Barrieren (7) mit dem Anker (2) und die andere der beiden Barrieren (8) mit einem feststehenden Teil (22) des Leistungsschützes (1) verbunden ist, wobei sich erste Barriere (7) und zweite Barriere (8) in jeder Stellung des Ankers (2) zwischen geöffneter Stellung und geschlossener Stellung zumindest teilweise überdecken, und wobei der Anker (2) mit einer Betätigungsachse (14) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsachse (14) aus Metall ist und zumindest teilweise von einer feststehenden Isolierhülse (12) umgeben ist, wobei die Betätigungsachse (14) zumindest teilweise von einer gegenüber der feststehenden Isolierhülse (12) bewegten Isolierhülse (13) umgeben ist, wobei die bewegte Isolierhülse (13) fest mit der Betätigungsachse (14) verbunden ist, und wobei feststehende Isolierhülse (12) und bewegte Isolierhülse (13) teleskopartig zusammenwirken.
  2. Leistungsschütz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Barriere (7) und zweite Barriere (8) nach Art einer Labyrinthdichtung zusammenwirken.
  3. Leistungsschütz (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Barriere (7) und zweite Barriere (8) jeweils durch zumindest eine Platte gebildet sind.
  4. Leistungsschütz (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Barriere (7) zumindest zwei parallele Platten (7.1, 7.2) aufweist, wobei zumindest eine Platte der zweiten Barriere (8) zwischen den zwei parallelen Platten (7.1, 7.2) der ersten Barriere angeordnet ist.
  5. Leistungsschütz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrieren (7, 8) aus Kunststoff oder Keramik bestehen.
  6. Leistungsschütz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsschütz (1) eine Jochplatte (9) aufweist, wobei zumindest ein Bauteil des Leistungsschützes (1), das in unmittelbarer Nähe zu einer der Kontaktstellen an der Jochplatte (9) angebracht ist, mittels einer oder mehrerer Kunststoffschrauben (10) an der Jochplatte befestigt ist.
  7. Leistungsschütz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Jochplatte (9) des Leistungsschützes (1) auf der Seite, die den Kontaktstellen zugewandt ist, zumindest teilweise mit einer Isolierfolie (11) versehen ist.
  8. Leistungsschütz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Kontakte (4) und/oder die Festkontakte (5) jeweils mit Lichtbogenleithorn (15) ausgeführt sind, wobei die Lichtbogenleithörner (15) zumindest abschnittsweise verjüngt sind.
  9. Leistungsschütz (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenleithorn (15) als separates Bauteil ausgeführt und an dem betreffenden Festkontakt (5) bzw. beweglichen Kontakt (4) befestigt ist.
  10. Leistungsschütz (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Jochplatte (9) des Leistungsschützes (1) einen Durchbruch (19) im Bereich einer der Kontaktstellen aufweist, wobei der Durchbruch (19) mit einer Moosgummimatte (21) abgedichtet ist.
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