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Die Erfindung betrifft ein Schaltsystem mit einem Löschblechpaket, das übereinander gestapelte Löschbleche aufweist. Das Schaltsystem ist insbesondere für den Niederspannungsbereich vorgesehen, vorzugsweise für ein Relais oder für ein Schütz, wobei die zu schaltenden elektrischen Ströme bis zu 500 A betragen und die zu schaltenden Spannungen bis zu zwischen 1200V und 6000V im Gleichspannungs- oder Wechselspannungsbetrieb betragen, z.B. 1500 V im Gleichspannungsbetrieb und 1000 V im Wechselspannungsbetrieb.
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Aus der
DE 10 2009 013 337 B4 ist ein Schutzschalter für Gleichstrom- und Wechselstrom mit zwei Kontaktstellen bekannt. Zwischen den Kontaktstellen ist eine Kontaktbrücke angeordnet, die bei einem Auslösen des Schutzschalters in transversaler Richtung verbracht wird. Die an den beiden Kontaktstellen entstehenden Lichtbögen werden mittels einer Blaseinrichtung getrieben. Einer der beiden Lichtbögen wird hierbei bis zu einem Randbereich der Kontaktbrücke geblasen, wohingegen einer der Fußpunkte des anderen Lichtbogens mittels Leitblechen im Wesentlichen in elektrischen Kontakt mit den beiden Kontaktstellen verbracht wird. Mit anderen Worten werden mittels des zweiten Lichtbogens die beiden Kontaktstellen elektrisch kurzgeschlossen und der zweite Lichtbogen übernimmt die elektrische Funktion der Kontaktbrücke im geschlossenen Zustand. Der zweite Lichtbogen ist somit parallel zu der Kontaktbrücke geschaltet. Der erste der beiden Lichtbögen erlischt infolgedessen. Der verbleibende Lichtbogen wird mittels einer weiteren Blaseinrichtung in eine Löschkammer mit einem Löschblechpaket getrieben und dort mittels des Löschblechpakets zum Erlöschen gebracht.
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Das Löschblechpaket ist mittels mehrerer übereinander gestapelter Löschbleche gebildet, die aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sind, meist aus einem ferromagnetischen Material. Mittels der Löschbleche wird der Lichtbogen in mehrere Teillichtbögen untergliedert, was zu einer Vervielfältigung der elektrischen Spannung führt, die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens erforderlich ist. Der Lichtbogen selbst bewirkt ein Magnetfeld, dessen Energie umso geringer ist, je größer die Weglänge der Magnetfeldlinie ist, die innerhalb der ferromagnetischen Löschbleche verläuft. Da jedoch der Lichtbogen selbst von den Magnetfeldlinien umgeben ist, wird der Lichtbogen somit anhand dessen eigenen erzeugten Magnetfelds in das Löschblechpaket gezogen, was zu einem vergleichsweise schnellen Erlöschen des Lichtbogens führt. Die ferromagnetischen Löschbleche wechselwirken jedoch auch mit weiteren Bestandteilen des Schutzschalters, weswegen diese entweder entsprechend abgeschirmt oder derart abgeordnet werden müssen, dass die Wechselwirkung eine Funktionsweise des Schutzschalters nicht beeinflusst.
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Zum Schutz vor Korrosion ist es beispielsweise aus
DE 10 2008 035 974 A1 bekannt, Löschbleche mit einer Beschichtung zu versehen. Auf diese Weise kann eine Oxidation des ferromagnetischen Teils des Löschblechs unterbunden werden. Diese Beschichtung ist vergleichsweise dünn, sodass diese partiell abgetragen wird, sobald ein Lichtbogen in Kontakt mit dem jeweiligen Löschblech ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Schaltsystem mit einem Löschblechpaket sowie ein besonders geeignetes Löschblechpaket als auch einen besonders geeigneten Schutzschalter mit dem Schaltsystem anzugeben, wobei ein sich bildender Lichtbogen vergleichsweise effizient gelöscht wird.
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Hinsichtlich des Schaltsystems wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Löschblechpakets durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Schutzschalters durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Schaltsystem weist geeigneterweise einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und zur Stromführung innerhalb des Schaltsystems dienen. Die beiden Kontakte sind zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich. Hierbei ist beispielsweise der erste Kontakt feststehend, also wird mittels weiterer Elemente des Schaltsystems ortsfest gehalten. Der zweite Kontakt ist vorzugsweise mittels eines Scharniers, beispielsweise eines Filmscharniers oder dergleichen, beweglich gelagert. Mit anderen Worten ist der erste Kontakt ein Festkontakt und der zweite Kontakt ein Bewegkontakt. Alternativ hierzu sind beide Kontakte beweglich innerhalb des Schaltsystems angeordnet. Insbesondere ist der erste Kontakt mittels eines Scharniers beweglich gelagert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zumindest einer der Kontakte in eine transversale Richtung verbringbar.
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In dem elektrisch leitenden Zustand des Schaltsystems liegen die beiden Kontakte vorzugsweise mechanisch direkt aneinander an und sind im nichtleitenden Zustand voneinander beabstandet. Hierbei werden die Kontakte zueinander in die Öffnungsrichtung verbracht. Unter Öffnungsrichtung wird insbesondere die Richtung verstanden, in die der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts verbracht wird, um das Schaltsystem von dem (elektrisch-)leitenden in den nichtleitenden Zustand zu überführen. Beispielsweise wird der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts transversal verbracht. Hierbei bezeichnet die Öffnungsrichtung die Richtung, die parallel zur transversalen Geraden ist. Alternativ wird der zweite Kontakt bezüglich des ersten Kontakts rotiert, insbesondere mittels eines Scharniers oder einer feststehenden Achse. In diesem Fall ist die Öffnungsrichtung tangential bezüglich der Rotationsachse.
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Das Schaltsystem umfasst ein Löschblechpaket, das beispielsweise innerhalb einer Löschkammer angeordnet und/oder benachbart zu den etwaigen beiden Kontakten angeordnet ist. Das Löschblechpaket weist in eine Vorzugsrichtung übereinander gestapelter Löschbleche auf, also mehrere Löschbleche, insbesondere mindestens zwei Löschbleche und geeigneterweise weniger als 100 Löschbleche. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Löschbleche zwischen 5 und 80, zwischen 8 und 50 oder zwischen 10 und 30. Geeigneterweise ist die Anzahl der Löschbleche kleiner gleich 20. Die Löschbleche sind zueinander beabstandet. Mit anderen Worten sind die Löschbleche nicht in direktem mechanischem Kontakt zueinander, und vorzugsweise gegeneinander elektrisch isoliert. Beispielsweise ist zwischen benachbarten Löschblechen ein Luftspalt gebildet. Mit anderen Worten ist zwischen benachbarten Löschblechen in die Vorzugsrichtung kein weiteres Bauteil angeordnet. Die Ausdehnung sämtlicher Luftspalte in die Vorzugsrichtung ist vorzugsweise konstant und beträgt beispielsweise zwischen dem 0,5-Fachen und dem 2-Fachen der Dicke eines der Löschbleche.
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Eines der Löschbleche des Löschblechpakets besteht aus einem ersten Material und eines der Löschbleche des Löschblechpakets besteht aus einem zweiten Material. Mit anderen Worten ist eines der Löschbleche aus dem ersten Material und eines der Löschbleche aus dem zweiten Material gefertigt. Das erste Material unterscheidet sich von dem zweiten Material, insbesondere aufgrund physikalischer Eigenschaften, geeigneterweise magnetischer und/oder elektrischer Eigenschaften. Beispielsweise unterscheiden sich die beiden Materialien aufgrund der chemischen Zusammensetzung und/oder der Modifikation (Polymorphie). Alternativ sind die beiden Materialien unterschiedliche Isomere und weisen die gleiche chemische Summenformel und Molekülmasse auf, unterscheiden sich jedoch in der Verknüpfung oder der räumlichen Anordnung der Atome. Beispielsweise sind die Materialien homogen oder inhomogen, also insbesondere ein heterogenes Gemisch. Zusammenfassend ist das erste Material unterschiedlich zu dem zweiten Material.
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Bei einem Überführen des Schaltsystems von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand ist es möglich, dass zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt aufgrund einer vergleichsweise hohen elektrischen Spannung ein Plasma gebildet wird und somit ein Lichtbogen entsteht, über den ein elektrischer Strom fließt. Infolgedessen besteht ein Stromfluss durch das Schaltsystem auch bei geöffneten Kontakten fort. Der Lichtbogen, der beispielsweise im Wesentlichen parallel zur Vorzugsrichtung ist, wird geeigneterweise aufgrund eines Magnetfelds, welches beispielsweise vom dem Lichtbogen selbst erzeugt wird, in das Löschblechpaket getrieben und breitet sich in dem Löschblechpaket aus. Insbesondere bildet sich zwischen den einzelnen Löschblechen ein Plasma, über das der Strom fließt. Dies führt zu einer erhöhten elektrischen Spannung, die zum Erhalt des Lichtbogens erforderlich ist. Auch findet zwischen dem Plasma und dem vergleichsweise kühlen Löschblechpaket ein Wärmeaustausch statt. Das Kühlen des Plasmas und der damit einhergehende Energieentzug sorgen für eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke des Lichtbogens. Dies führt zu einem starken und schnellen Anstieg der Lichtbogenspannung. Sobald die Lichtbogenspannung den Wert der an dem Schaltsystem anliegenden elektrischen Spannung erreicht oder diesen übersteigt, führt dies zu einer Begrenzung und Reduzierung des Stromflusses bis hin zu seiner Unterbrechung. Zusammenfassend wird der Lichtbogen aufgrund der erhöhten Lichtbogenspannung gelöscht und folglich das Schaltsystem in einen nichtleitenden Zustand versetzt.
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Aufgrund der unterschiedlichen Materialien ist es ermöglicht, das Löschblechpaket auf unterschiedliche Anforderungen hin zu optimieren, wobei eine der Anforderung mittels des Löschblechs aus dem ersten Material und eine weitere Anforderung mittels des Löschblechs aus dem zweiten Material erfüllt wird. Beispielsweise ist eine dieser Anforderungen das vergleichsweis zeitsparende Einleiten eines bei einem Schaltvorgang entstehenden Lichtbogens in das Löschblechpaket, wofür insbesondere die magnetischen Eigenschaften optimiert sind. Eine weitere Anforderung ist beispielsweise das vergleichsweise schnelle Löschen des Lichtbogens, insbesondere aufgrund einer erhöhten elektrischen Austrittsspannung des ersten oder des zweiten Materials und somit eine erhöhte Lichtbogenspannung. Eine weitere Anforderung ist geeigneterweise eine vergleichsweise geringe Beeinflussung weiterer Komponenten des Schaltsystems. Eine weitere Anforderung ist zum Beispiel das Bereitstellen/Bewirken einer im Wesentlichen konstanten Kraft auf den Lichtbogen über dessen vollständige Länge, die den Lichtbogen in das Löschblechpaket zieht.
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Beispielsweise umfasst das Schaltsystem, insbesondere die Löschkammer, sofern diese vorhanden ist, ein Treibelement zum Treiben eines bei einem Schaltvorgang entstehenden Lichtbogens in das Löschblechpaket. Das Löschblechpaket, das Treibelement und die beiden Kontakte sind geeigneterweise derart angeordnet, dass ein bei einer Öffnung (Beabstandung) der beiden Kontakte entstehender Lichtbogen mittels des Treibelements in das Löschblechpaket getrieben wird.
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Zweckmäßigerweise wird das Schaltsystem bei einer Photovoltaikanlage, in einem Kraftfahrzeug oder einem Flugzeug verwendet, was aufgrund der vergleichsweise leichten und kompakten Ausführung des Schaltsystems möglich ist. Das Schaltsystem ist geeigneterweise ein Bestandteil eines Schaltsystems und/oder für hohe Gleichspannungen, vorzugsweise für ein Hochvolt-Relais oder für ein Schütz, vorgesehen. Das Schaltsystem soll, vorzugsweise in Verbindung mit einem Schalter in Form eines Relais oder Schützes, für hohe Gleichspannungen von z.B. mindestens 330 V und zum Tragen und Trennen eines Dauerstroms von z.B. mindestens 32 A, 100 A, 320 A, 500 A oder 1000 A geeignet sein. Insbesondere ist das Schaltsystem zum Tragen und Trennen eines Dauerstromes von bis zu mehreren hundert Ampere und einer Dauerspannung von mehreren hundert Volt geeignet, wobei die zu schaltenden Spannungen z.B. bis zu zwischen 1200V und 6000V im Gleichspannungs- oder Wechselspannungsbetrieb betragen, insbesondere bis zu 1500 V im Gleichspannungsbetrieb und 1000 V im Wechselspannungsbetrieb.
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Vorzugsweise umfasst das Löschblechpaket eine erste Anzahl an Löschblechen aus dem ersten Material. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu weist das Löschblechpaket eine zweite Anzahl an Löschblechen aus dem zweiten Material auf. Beispielsweise umfasst das Löschblechpaket zusätzlich Löschbleche, die aus einem gänzlich unterschiedlichen Material gefertigt sind. Insbesondere weist das Löschblechpaket eine Vielzahl unterschiedlicher Löschbleche auf, die sich aufgrund des Materials unterscheiden. Somit kann eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen erfüllt werden. Insbesondere besteht das Löschblechpaket lediglich aus Löschblechen, die entweder aus dem ersten Material oder aus dem zweiten Material bestehen. Mit anderen Worten besteht das Löschblechpaket aus einer dritten Anzahl an Löschblechen, wobei die dritte Anzahl gleich der ersten Anzahl zuzüglich der zweiten Anzahl ist. Zusammenfassend sind lediglich die Löschbleche aus dem ersten Material und die Löschbleche aus dem zweiten Material vorhanden, was eine Herstellung vereinfacht und eine Lagerhaltung reduziert.
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Beispielsweise sind die Enden des Löschblechpakets in die Vorzugsrichtung mittels jeweils eines Löschblechs aus dem ersten Material gebildet. Mit anderen Worten umfasst das Löschblechpaket zumindest zwei Löschbleche aus dem ersten Material, wobei jeweils das in Vorzugsrichtung äußerste Löschblech des Löschblechpakets ein Löschblech aus dem ersten Material ist. Die Vorzugsrichtung ist zweckmäßigerweise parallel zu einer Geraden. In einer Alternative hierzu ist die Vorzugsrichtung gekrümmt und insbesondere eine Kreislinie oder eine Bogenlinie. Beispielsweise sind die beiden letzten, drei letzten oder vier letzten Löschbleche mittels Löschblechen aus dem ersten Material gebildet. Infolgedessen weist das Löschblechpaket in dessen Endbereich in Vorzugsrichtung eine bestimmte Eigenschaft auf, die mittels des ersten Materials bereitgestellt ist. Zweckmäßigerweise ist ein Abschnitt mit einer Länge von im Wesentlichen 10% der Gesamtlänge des Löschblechpakets in die Vorzugsrichtung mittels Löschblechen aus dem ersten Material gebildet, wobei sich dieser Abschnitt jeweils am Endbereich des Löschblechs befindet. Unter „im Wesentlichen“ wird hierbei insbesondere eine Abweichung von bis zu 5%, 2% oder 1% verstanden.
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Bevorzugt ist ein Mittelteil des Löschblechpakets mittels Löschblechen aus dem ersten Material gebildet. Der Mittelteil befindet sich zwischen den beiden Enden des Löschblechpakets in Vorzugsrichtung und ist insbesondere mittels des sich in der Mitte befindenden Löschblechs gebildet. Besonders bevorzug umfasst der Mittelteil das sich in der Mitte befindenden Löschblech zuzüglich ein Anzahl an benachbarten Löschbleche, wobei die Anzahl 2, 3, 4 oder 5 Löschbleche ist, oder der Mittelteil 2%, 5% oder 10% der Ausdehnung des Löschblechpakets in Vorzugsrichtung ist. Infolgedessen weist das Löschblechpaket in dessen Mittelteil eine bestimmte Eigenschaft auf, die mittels des ersten Materials bereitgestellt wird.
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Bevorzugt sind sowohl die Enden des Löschblechpakets in Vorzugsrichtung sowie der Mittelteil des Löschblechpakets mittels Löschblechen aus dem ersten Material gebildet. Somit weisen diese Bereiche eine bestimmte Eigenschaft auf, die mittels des ersten Materials realisiert/bereitgestellt ist. Sofern der Abstand zwischen dem Mittelteil und den Enden vergleichsweise gering ist, und insbesondere zwischen 40% und 10% der Länge des Löschblechpakets in Vorzugsrichtung entspricht, ist eine im Wesentlichen konstante den Lichtbogen beeinflussende Eigenschaft vorhanden. Zumindest jedoch wirkt die Eigenschaft über die vollständige Länge des Löschblechpakets in Vorzugsrichtung auf den Lichtbogen.
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Besonders bevorzugt bestehen die verbleibenden Löschbleche aus dem zweiten Material. Mit anderen Worten sind sämtliche verbleibende Löschbleche der zweiten Anzahl zugeordnet. Folglich bestehen somit sämtliche Löschbleche, die nicht den Enden und/oder dem Mittelteil des Löschblechpakets zugeordnet sind, aus dem zweiten Material. Infolgedessen ist das Löschblechpaket im Wesentlichen symmetrisch senkrecht zur Vorzugsrichtung ausgestaltet, weswegen auch die mittels der Löschbleche aus dem zweiten Material bereitgestellten Eigenschaften im Wesentlichen konstant, zumindest jedoch über die gesamte Länge des Löschblechpakets, vorhanden sind, und insbesondere eine bestimmte Wirkung auf den Lichtbogen ausüben.
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Beispielsweise ist das erste Material ein ferromagnetisches Material, welches folglich eine Permeabilität µ >> 1 aufweist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist das zweite Material ein paramagnetisches Material, dessen Permeabilität µ > 1 ist. In einer weiteren Alternative ist das zweite Material ein diamagnetisches Material, dessen Permeabilität 1 > µ > 0 ist. Besonders bevorzugt jedoch ist das erste Material ein paramagnetisches Material, welches eine Permeabilität µ > 1 aufweist. Beispielsweise ist das erste Material ein Aluminium. Besonders bevorzugt ist das erste Material ein diamagnetisches Material, beispielsweise ein Kupfer, also Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Messing. Sofern das erste Material ein para- oder diamagnetisches Material ist, kann das erste Material auch ferromagnetische Anteile aufweisen. Hierbei sind diese jedoch vergleichsweise gering, sodass stets eine Permeabilität von µ1 > µ > 0 realisiert ist. Beispielsweise umfassen die Löschbleche aus dem ersten Material einen Kern aus einem para- oder diamagnetischen Material, der insbesondere mit einem ferromagnetischen Material beschichtet ist. Hierbei ist der ferromagnetische Anteil jedoch vergleichsweise gering.
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Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist das zweite Material ein ferromagnetisches Material, dessen Permeabilität folglich µ >> 1 ist. Das zweite Material ist beispielsweise Eisen oder eine Eisenlegierung. Sofern das zweite Material ein ferromagnetisches Material ist, ist dieses beispielsweise eine Legierung, die insbesondere para- und/oder diamagnetische Anteile umfasst. Jedoch ist die Gesamt-Permeabilität des zweiten Materials µ >> 1. Insbesondere weisen die Löschbleche aus dem zweiten Material einen ferromagnetischen Kern auf, der mit einer Beschichtung versehen ist, die beispielsweise aus einem para- oder diamagnetischen Material besteht. Hierbei ist jedoch die Permeabilität der Löschbleche µ >> 1, sodass die Löschbleche aus dem zweiten Material ferromagnetisch sind.
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Aufgrund der Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Permeabilitäten kann eine magnetische Flussdichte gezielt gesteuert werden. Aufgrund des ferromagnetischen Materials tritt eine vergleichsweise starke Wechselwirkung zwischen dem Lichtbogen und dem Löschblechpaket auf, weswegen ein etwaig entstehender Lichtbogen vergleichsweise stark in das Löschblechpaket hineingezogen wird. Aufgrund der Verwendung von para- oder diamagnetischen Materialien wird ein externes Magnetfeld eines Treibelements vergleichsweise gering beeinflusst. Insbesondere wird hierbei bei einem Einlaufen des Lichtbogens in das Löschblechpaket dieser schleifenförmig zwischen benachbarten Löschblechen aus dem para- bzw. diamagnetischen Material aufgeweitet, was ein Zünden von Teillichtbögen beschleunigt. Sofern die Enden des Löschblechpakets aus einem para- oder diamagnetischen Material gefertigt sind, erfolgt in diesem Bereich keine Konzentration von Feldlinien eines etwaigen externen Magnetfelds, weswegen ein Einlaufen des Lichtbogens in das Löschblechpaket beschleunigt ist.
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Aufgrund der Verwendung von Löschblechen aus dem ferromagnetischen Material wird der Lichtbogen in das Löschblechpaket gezogen, wo insbesondere eine Konzentration von Magnetfeldlinien in einem Abschnitt erfolgt, der von dem Ende des Löschblechpaket beabstandet ist. Folglich können einzelne Lichtbogenabschnitte gezielt beeinflusst werden, sodass dieser vergleichsweise stark aufgeweitet wird. Vorzugsweise sind die Enden des Löschblechpakets in Vorzugsrichtung mittels Löschblechen aus einem para- oder diamagnetischen Material, insbesondere Kupfer, gebildet. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Mittelteil des Löschblechpakets mittels Löschblechen aus einem para- oder diamagnetischen Material gebildet, wobei insbesondere Kupfer herangezogen wird. Besonders bevorzugt sind hierbei die verbleibenden Löschbleche aus einem ferromagnetischen Material erstellt, insbesondere Eisen.
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Insbesondere sind die Löschbleche aus einem Materialstreifen gestanzt Vorzugsweise weisen sämtliche Löschbleche die gleiche Form auf. Zumindest jedoch weisen sämtliche Löschbleche aus dem ersten Material die gleiche Form auf. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu weisen sämtliche Löschbleche aus dem zweiten Material die gleiche Form auf. Zweckmäßigerweise weisen die Löschbleche aus dem ersten Material die gleiche Form wie die Löschbleche aus dem zweiten Material auf. Insbesondere ist der Außenumriss aller Löschbleche in einer Schnittebene senkrecht zur Vorzugsrichtung gleich und/oder die Ausdehnung der Löschbleche in Vorzugsrichtung, also deren Dicke, ist zweckmäßigerweise gleich. Infolgedessen können die gleichen Werkzeuge zur Herstellung der unterschiedlichen Löschbleche herangezogen werden, insbesondere sofern diese gestanzt sind. Folglich können die einzelnen Löschbleche auf der gleichen Maschine hergestellt werden. Auch ist eine Konstruktion vereinfacht. Beispielsweise weisen die Löschbleche einen Schlitz auf, der insbesondere V-förmig ausgestaltet ist. Dieser dient dem Einlauf des Lichtbogens.
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Besonders bevorzugt sind die Löschbleche derart angeordnet, dass diese in Vorzugsrichtung deckungsgleich sind. Mit anderen Worten überdecken sich die Projektionen der Löschbleche aufeinander in Vorzugsrichtung gegenseitig, wobei zweckmäßigerweise keine dieser Projektionen über eine der anderen übersteht. Infolgedessen ist ein vergleichsweise kompaktes Löschblechpaket realisiert. Zumindest jedoch überdecken sich die Löschbleche aus dem ersten Material bei einer Projektion in Vorzugsrichtung und/oder sämtliche Löschbleche aus dem zweiten Material überdecken sich bei einer Projektion in Vorzugsrichtung. Zweckmäßigerweise sind die Löschbleche aus dem ersten Material und die Löschbleche aus dem zweiten Material zueinander deckungsgleich, sofern das Löschblechpaket eine Anzahl an Löschblechen aus dem ersten Material und eine Anzahl an Löschblechen aus dem zweiten Material aufweist.
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Beispielsweise ist das Löschblechpaket zwischen zwei Kupferschienen angeordnet, wobei zumindest eine der Kupferschienen bevorzugt mit dem ersten oder dem zweiten Kontakt elektrisch kontaktiert ist. Sofern ein Lichtbogen auftritt, läuft dieser zumindest abschnittsweise entlang der beiden Kupferschienen auf das Löschblechpaket zu, wobei eines der Enden des Lichtbogens aus der einen Kupferschiene und das andere Ende des Lichtbogens aus der verbleibenden Kupferschiene austritt. Aufgrund der Verwendung von Kupfer wird der Lichtbogen vergleichsweise zeitsparend zu dem Löschblechpaket geleitet.
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Geeigneterweise umfasst das Schaltsystem ein Gehäuse, innerhalb dessen das Löschblechpaket angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Löschblechpaket vor einer Beschädigung geschützt. Das Gehäuse ist beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt, insbesondere in einer Kunststoffspritztechnik. Zweckmäßigerweise sind die Löschbleche an dem Gehäuse gehalten, und folglich mittels dessen stabilisiert. Mit anderen Worten wird das Löschblechpaket mittels Anordnen der Löschbleche innerhalb des Gehäuses erstellt. Auf diese Weise sind vergleichsweise wenige Bauelemente für das Schaltsystem erforderlich, was Herstellungskosten reduziert. Alternativ hierzu weisen die Löschbleche beispielsweise endseitig, also von dem etwaigen Lichtbogen abgewandten Ende, eine Halterung auf, die zweckmäßigerweise an dem Gehäuse angebunden ist, oder an einer Halterung befestigt ist. Beispielsweise ist die Halterung aus einem Kunststoff oder einer Keramik erstellt. Alternativ hierzu weist das Schaltsystem eine Keramikhalterung auf, die die einzelnen Löschbleche randseitig zumindest teilweise umgreift und diese folglich stabilisiert. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise robustes Löschblechpaket realisiert.
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Das Löschblechpaket weist in eine Vorzugsrichtung übereinander gestapelte Löschbleche auf, wobei eines der Löschbleche aus einem ersten Material und eines der Löschbleche aus einem zweiten Material besteht. Beispielsweise umfasst das Löschblechpaket lediglich Löschbleche, die entweder aus dem ersten Material oder dem zweiten Material bestehen/gefertigt sind.
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Der Schutzschalter umfasst ein Schaltsystem mit einem Löschblechpaket, das in eine Vorzugsrichtung übereinandergestapelte Löschbleche aufweist, wobei eines der Löschbleche aus einem ersten Material und eines der Löschbleche aus einem zweiten Material besteht. Das erste Material unterscheidet sich von dem zweiten Material. Aufgrund der Verwendung zweier Materialien ist es ermöglicht, das Löschblechpaket auf unterschiedliche Anforderungen hin zu optimieren, weswegen ein sich bei einem Schaltvorgang bildender Lichtbogen vergleichsweise effizient gelöscht werden kann. Insbesondere weist das Schaltsystem einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, die zueinander in eine Öffnungsrichtung beweglich sind. Geeigneterweise umfasst das Schaltsystem ein Treibelement zum Treiben eines Lichtbogens in das Löschblechpaket, beispielsweise ein magnetisches Element, das ein Magnetfeld erzeugt, insbesondere einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten.
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Zum Beispiel ist der Schutzschalter ein Bestandteil einer Photovoltaikanlage oder eines Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise ist der Schutzschalter ausgelegt, vergleichsweise hohe Spannungen, insbesondere größer oder gleich 450 V, und/oder hohe Ströme A zu schalten, insbesondere größer oder gleich 10. Geeigneterweise ist die Nennspannung des Schutzschalters 330 V und der Nennstrom 32 A, 100 A, 320 A oder 500A. Beispielsweise beträgt der Nennstrom 1000 A. Zweckmäßigerweise ist der Schutzschalter zum Tragen und Trennen eines Dauerstromes von bis zu mehreren hundert Ampere und einer Dauerspannung von mehreren hundert Volt geeignet, wobei die zu schaltenden Spannungen z.B. bis zu zwischen 1200V und 6000V im Gleichspannungs- oder Wechselspannungsbetrieb betragen, insbesondere bis zu 1500 V im Gleichspannungsbetrieb und 1000 V im Wechselspannungsbetrieb. Der Schutzschalter umfasst insbesondere eine Überwachungsvorrichtung, mittels derer der durch den Schutzschalter fließende elektrische Strom und/oder die anliegende elektrische Spannung überwacht wird. Die Überwachungsvorrichtung weist beispielsweise elektrische und/oder elektronische Komponenten auf oder umfasst ein Bimetallelement, das sich bei Überschreiten der Nennspannung und/oder des Nennstroms verbiegt.
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Die im Hinblick auf das Schaltsystem gemachten und genannten Ausführungen, Ausgestaltungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf das Löschblechpaket und den Schutzschalter zu übertragen und umgekehrt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch vereinfacht einen Schaltkreis mit einem Schutzschalter, der eine Löschkammer mit einem Löschblechpaket umfasst,
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2 die Löschkammer in einer Seitenansicht,
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3 die Löschkammer in einer Draufsicht,
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4 perspektivisch die Löschkammer, und
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5 in einer Draufsicht ein Löschblech des Löschblechpakets.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht ein Schaltkreis 2 mit einer Stromquelle 4 dargestellt. Mittels der Stromquelle 4 ist ein Gleichstrom mit einer Nennspannung von 400 A bereitgestellt, wobei die zwischen den beiden Polen der Stromquelle 4 anliegende elektrische Spannung 1000 V beträgt. Der Schaltkreis 2 weist ferner eine Last 6 auf, die somit mittels der Stromquelle 4 betrieben ist. Ferner umfasst der Schaltkreis einen Schutzschalter 8, der elektrisch in Reihe zu der Last 6 und parallel zu der Stromquelle 4 geschaltet ist. Mittels des Schutzschalters 8 wird der Schaltkreis 2 abgesichert. Bei einer Fehlfunktion der Last 6 oder sonstiger weiterer Bestandteile des Schaltkreises 2 würde durch die elektrischen Leitungen 10 ein Überstrom fließen, der die Last 6, die Stromquelle 4 oder weitere Bestandteile, die die elektrische Leitung 10 beschädigen könnte. Mittels des Schutzschalters 8 wird ein derartiger Fehlerfall erkannt. Hierfür umfasst der Schutzschalter 8 eine Überwachungseinheit 12, mittels derer der durch den Schutzschalter 8 fließende elektrische Strom überwacht wird.
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Die Überwachungseinheit 12 umfasst einen Magnetfeldsensor, einen Stromsensor und/oder einen Spannungssensor. Falls der Fehlerfall erkannt wird, wird ein Schaltsystem 13 betätigt und ein Schalter 14 des Schaltsystem 13 zur Unterbrechung eines Stromflusses geschalten. Hierbei ist es möglich, dass sich ein Lichtbogen 16 ausbildet. Zum Ablöschen des Lichtbogens 16 weist der Schutzschalter 8 eine Löschkammer 18 mit einem darin angeordneten Löschblechpaket 20 auf. Zum Schutz der Löschkammer 18 vor mechanischen Einflüssen und zum Schutz von den Schutzschalter 8 umgebenden Gegenständen ist das Schaltsystem 13 innerhalb eines Gehäuses 22 angeordnet, das aus einem Kunststoff erstellt ist.
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In 2 ist das aufgeschnittene Schaltsystem 13 in einer Seitenansicht und in 3 in einer Draufsicht dargestellt, und in 4 ist das Schaltsystem 13 ohne Gehäuse 8 perspektivisch gezeigt. Das Schaltsystem 13 umfasst eine erste Kupferschiene 24, an der ein erster Kontakt 26 angebracht ist. Der erste Kontakt 26 und die erste Kupferschiene 24 sind elektrisch leitend miteinander verbunden und mechanisch aneinander befestigt. Ferner sind diese an dem Gehäuse 8 befestigt. Folglich handelt es sich bei dem ersten Kontakt 26 um einen Festkontakt. Die erste Kupferschiene 24 ist mit einer der elektrischen Leitungen 10 elektrisch kontaktiert. Der erste Kontakt 26 ist Bestandteil des Schalters 14, der ferner einen zweiten Kontakt 28 umfasst, der an einer Kontaktbrücke 30 angebunden und mit dieser elektrisch kontaktiert ist. Die Kontaktbrücke 30 und der zweite Kontakt 28 sind in eine Öffnungsrichtung 32 bezüglich des ersten Kontakts 26 bewegbar. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem zweiten Kontakt 28 um einen Bewegkontakt. Die Kontaktbrücke 30 ist mit einer weiteren elektrischen Leitung 10 des Schaltkreises 2 elektrisch kontaktiert.
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Das Schaltsystem 13 weist ferner eine zweite Kupferschiene 34 auf, wobei die Kontaktbrücke 30 bei einer Bewegung in Öffnungsrichtung 32 bis zu einer Anlage an die zweite Kontaktbrücke 34 verbracht werden kann. Die beiden Kupferschienen 24, 34 sind im Wesentlichen streifenförmig ausgestaltet, und in einem Endbereich dieser ist das Löschblechpaket 12 positioniert. Das Löschblechpaket 12 ist mittels einer ersten Anzahl an Löschblechen 36 aus einem ersten Material und einer zweiten Anzahl an Löschblechen 38 aus einem zweiten Material gebildet. Die erste Anzahl beträgt sechs, und die zweite Anzahl beträgt ebenfalls sechs. Mit anderen Worten weist das Löschblechpaket 12 genauso viele Löschbleche 36 aus dem ersten Material wie Löschbleche 38 aus dem zweiten Material auf. Das erste Material ist Kupfer oder Messing und somit ein diamagnetisches Material. Das zweite Material ist Eisen und folglich ein ferromagnetisches Material.
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Die Löschbleche 36, 38 sind in einer Vorzugsrichtung 40 übereinander gestapelt, wobei zwischen benachbarten Löschblechen 36, 38 jeweils ein Luftspalt 42 gebildet ist. Mit anderen Worten sind benachbarte Löschbleche 36,38 zueinander beabstandet. Die Vorzugsrichtung 40 ist parallel zur kürzesten Verbindung zwischen den beiden Kupferschienen 24, 34 im Bereich des Löschblechpakets 12, und die einzelnen Löschbleche 36, 38 sind im Wesentlichen senkrecht zur Vorzugsrichtung 40 angeordnet. Die Löschbleche 36 aus dem ersten Material sind in drei Gruppen zu je zwei Löschblechen 36 aufgeteilt, wobei die beiden Enden 44 des Löschblechpakets 12 in Vorzugsrichtung 40 mittels jeweils einer dieser Gruppen gebildet ist. Mit anderen Worten sind die Enden 44 des Löschblechpakets 12 in die Vorzugsrichtung 40 jeweils mittels eines Löschblechs 36 aus dem ersten Material gebildet. Hieran anschließend befinden sich jeweils drei der Löschbleche 38 aus dem zweiten Material, sodass ein Mittelteil 46 des Löschblechpakets 12 wiederum mittels Löschblechen 36 aus dem ersten Material gebildet ist. Mit anderen Worten sind die beiden innersten Löschbleche des Löschblechpakets 12 Löschbleche 36 aus dem ersten Material. Folglich sind die Enden 44 und der Mittelteil 46 mittels der Löschbleche 36 aus dem ersten Material gebildet, und die verbleibenden Löschbleche 38 bestehen aus dem zweiten Material.
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In 5 ist eines der Löschbleche 36, 38 in einer Draufsicht, also parallel zur Vorzugsrichtung 40 dargestellt. Mit Ausnahme des Materials unterscheiden sich die Löschbleche 36, 38 nicht und weisen somit die gleiche Form auf. Die Form ist im Wesentlichen rechteckförmig, wobei auf der der Kontaktbrücke 30 zugewandten Seite ein V-förmiger Einschnitt 46 vorhanden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite weist jedes Löschblech 36, 38 einen Halter 48 auf, der in einem Halteelement 50 aus einer Keramik verankert ist, welches an dem Gehäuse 8 befestigt ist. Alternativ zur Befestigung mittels des Halteelements 50 sowie des Halters 48 weist das Gehäuse 8 Laschen auf, die die Längsabschnitte 52 des Löschblechs 36, 38 randseitig teilweise umgreifen und folglich das jeweilige Löschblech 36, 38 stabilisieren, sodass die Löschbleche 36, 38 an dem Gehäuse 22 gehalten sind. Hierbei sind sämtliche Löschbleche 36, 38 derart angeordnet, dass diese in Vorzugsrichtung 40 deckungsgleich sind. Mit anderen Worten weichen die Umrisse sämtlicher Löschbleche 36, 38 bei einer Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Vorzugsrichtung 40 nicht voneinander ab.
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Im elektrisch leitenden Zustand des Schutzschalters 8 sind der erste Kontakt 26 und der zweite Kontakt 28 in direktem mechanischem Kontakt. Infolgedessen ist ein Stromfluss von der Kontaktbrücke 30 zu der ersten Kupferschiene 24 möglich, wobei lediglich der vergleichsweise geringe Übergangswiderstand zwischen den beiden Kontakten 26, 28 vorherrscht. Bei einer Überführung des Schutzschalters 8 in den nichtleitenden Zustand wird die Kontaktbrücke 30 in Öffnungsrichtung 32 von der ersten Kontaktschiene 24 wegbewegt und folglich der zweite Kontakt 28 von dem ersten Kontakt 26 beabstandet. Die Kontaktbrücke 30 wird nicht in vollständigen Kontakt mit der zweiten Kupferschiene 34 verbracht, sondern in einem bestimmten Abstand von dieser gehalten. Aufgrund der anliegenden elektrischen Spannung sowie aufgrund des fließenden elektrischen Stroms ist es möglich, dass sich ein Lichtbogen 54 ausbildet, wie in 2 dargestellt. Dieser entsteht, wenn die Luft aufgrund der anliegenden elektrischen Spannung ionisiert wird, sodass ein elektrischer Stromfluss zwischen den beiden Kontakten 26, 28 auch nach deren Beabstandung weiterhin besteht.
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Der Lichtbogen 54 wird von den beiden Kontakten 26, 28 entlang der Kontaktbrücke 30 sowie der ersten Kupferschiene 24 weggetrieben, was beispielsweise mittels eines näher nicht dargestellten Permanentmagneten oder eines Elektromagneten erfolgt. Auch das von dem Lichtbogen 54 selbst bedingte Magnetfeld sowie des in den beiden Kupferschienen 24, 34 bedingte Magnetfeld führt aufgrund der Lorenzkraft zu einer Bewegung des Lichtbogens 54 von den beiden Kontakten 26, 28 weg. Der Lichtbogen 54 springt von der Kontaktschiene 30 auf die zweite Kupferschiene 34 über, und ein weiterer Lichtbogen 56 wird gebildet, der im Wesentlichen stationär zwischen der Kontaktschiene 30 und der zweiten Kupferschiene 34 verbleibt. Der Lichtbogen 54 hingegen wird zu dem Löschblechpaket 12 hingezogen.
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Aufgrund der Löschbleche 36 aus dem ersten Material im Bereich der Enden 44 wird das Löschblechpaket 12 in diesem Bereich mittels der Magnetfelder durchsetzt, die aufgrund der beiden Kupferschienen 24, 34 bewirkt werden. Infolgedessen ist in diesem Bereich eine vergleichsweise hohe Flussdichte im Bereich der Luftspalte 42 zwischen den Löschblechen 36 vorhanden, weswegen der Lichtbogen 54 in diesem Bereich vergleichsweise stark schleifenförmig in den Luftspalten 42 aufgeweitet wird. Mittels der Löschbleche 38 aus dem zweiten Material wird der Lichtbogen 54 vergleichsweise stark in das Löschblechpaket 12 hineingezogen, da der energieärmste Zustand für das mittels des Lichtbogens 54 erzeugte Magnetfeld dann eingenommen ist, wenn die Magnetfeldlinien einen vergleichsweise großen Abschnitt innerhalb der Löschbleche 38 aus dem zweiten Material aufweisen.
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Zusammenfassend wird mittels der Löschbleche 38 aus dem zweiten Material eine Konzentration des Magnetfelds erreicht, wobei dies im besonderen Maß im Bereich des Einschnitts 46 erfolgt. Infolgedessen ist ein Einlauf des Lichtbogens 54 in das Löschblechpaket 12 verbessert, wobei die Steuerung des Einlaufs mittels geeigneter Wahl der Materialien und/oder Positionierung der Löschbleche 36, 38 gewährleistet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Schaltkreis
- 4
- Stromquelle
- 6
- Last
- 8
- Schutzschalter
- 10
- elektrische Leitung
- 12
- Überwachungseinheit
- 13
- Schaltsystem
- 14
- Schalter
- 16
- Lichtbogen
- 18
- Löschkammer
- 20
- Löschblechpaket
- 22
- Gehäuse
- 24
- erste Kupferschiene
- 26
- erster Kontakt
- 28
- zweiter Kontakt
- 30
- Kontaktbrücke
- 32
- Öffnungsrichtung
- 34
- zweite Kupferschiene
- 36
- Löschblech aus erstem Material
- 38
- Löschblech aus zweiten Material
- 40
- Vorzugsrichtung
- 42
- Luftspalt
- 44
- Ende des Löschblechpakets
- 46
- Einschnitt
- 48
- Halter
- 50
- Halteelement
- 52
- Längsabschnitt
- 54
- Lichtbogen
- 56
- weiterer Lichtbogen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009013337 B4 [0002]
- DE 102008035974 A1 [0004]