DE3643531A1 - Lichtbogenkammer fuer strombegrenzungsschalter - Google Patents

Description

Das Prinzip der Strombegrenzung, bei der der Stromkreis in den frühen Stufen der Stromkurve unterbrochen wird, hat eine ent­ sprechende Verkleinerung der Größe von Komponenten zur Folge gehabt, die zum Führen des Kreisstromes in der Schaltvorrich­ tung verwendet werden. Die schnelle Trennung der Kontaktstücke innerhalb der Vorrichtung, um eine derartige Strombegrenzung zu erreichen, unterbricht jedoch den Stromkreis in den späteren Stufen der Spannungskurve, wodurch eine komplizierte Lichtbogen­ löscheinrichtung erforderlich wird. Die US-PS 43 75 021 be­ schreibt die Verwendung einer mit hoher Geschwindigkeit magne­ tisch angetriebenen Kontaktanordnung, um den Kreisstrom während des Unterbrechungsprozesses zu begrenzen. Die dort beschriebene, komplexe Lichtbogenkammer zum Kühlen und Löschen des Lichtbo­ gens, der während der schnellen Unterbrechung auftritt, ist nachteilig im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Schalters.

Die Verwendung eines spannungsabhängigen Elementes, wie bei­ spielsweise eines Varistors, der elektrisch zwei trennbaren Kontaktstücken parallel geschaltet ist, um die Energie des Systems zu absorbieren und die Lichtbogenbildung zu verrin­ gern, ist beispielsweise in der US-PS 35 43 047 beschrieben. Die dort beschriebenen Schalter können nur in Elektronikschal­ tungen für eine relativ kleine Energie verwendet werden. Ein früher Versuch, spannungsabhängige Elemente zur Lichtbogen­ unterdrückung in Schaltern mit gegossenen Gehäusen zu verwen­ den, wie sie beispielsweise in Haushalts- und Industrie-Ener­ gieverteilungssystemen verwendet werden, ist in der US-PS 27 53 423 beschrieben. Dort ist eine Lichtbogenkammer angegeben, die aus einem halbleitenden Material hergestellt ist, das den Widerstand beim Erreichen einer vorbestimmten Spannung verklei­ nert.

Es wurde zwischenzeitlich gefunden, daß die Größe der Lichtbo­ genkammer, die zum Kühlen und Löschen von Lichtbögen erforder­ lich ist, die in mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Strom­ begrenzungsschaltern auftreten, auf wirksame Weise verkleinert werden kann durch eine Metallplatten-Varistor-Lichtbogenkammer, in der die Metallplatten dazu dienen, den Lichtbogen zu den Varistoren hin anzuziehen, die, wenn sie leitend sind, den Lichtbogen löschen und mit der Zeit in dem Prozeß erwärmt wer­ den. Die Metallplatten dienen dann dazu, die Varistoren auf wirksame Weise zu kühlen, wenn der Lichtbogen gelöscht worden ist.

Erfindungsgemäß wird eine kombinierte Metallplatten-Varistor- Lichtbogenkammer geschaffen, bei der mehrere Varistorscheiben zwischen den Metallplatten einer Lichtbogenkammer angeordnet sind. Die Metallplatten führen und richten den Lichtbogen zu den Varistoren, die leitend werden und die Energie des Systems abführen, wobei sie in dem Prozeß erwärmt werden. Wenn der Lichtbogen vollständig gelöscht ist, dienen die Metallplatten dann zum Kühlen der Varistoren.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht von einem Strombegrenzungs­ schalter, wobei ein Teil des Gehäuses beseitigt ist, um die kombinierte Metallplatten-Varistor-Lichtbogen­ kammer sichtbar zu machen.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine kombinierte Metallplatten- Varistor-Lichtbogenkammer gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht der kombinierten Metallplatten- Varistor-Lichtbogenkammer gemäß den Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt einen Strombegrenzungsschalter 10, wie er bei­ spielsweise in der US-PS 44 85 283 beschrieben ist. Der Schalter besteht aus einem Gehäuse 11 und einem Deckel 8, durch den ein Handgriff 9 hindurchragt für eine manuelle Trennung von zwei bewegbaren Kontaktarmen 12, 13, die an ihren Enden jeweils ein Kontaktstück 14, 15 tragen. Die Kontaktarme werden elektromag­ netisch abgestoßen durch den Durchfluß eines vorbestimmten Überstromes durch die bewegbaren Kontaktarme, wodurch die Kon­ takte getrennt werden und dazwischen ein Lichtbogen erzeugt wird. Eine Lichtbogenkammer 16, ähnlich derjenigen die in der vorgenannten US-PS 44 85 283 beschrieben ist, wird zum Löschen und Kühlen des Lichtbogens verwendet. Die Lichtbogenkammer ge­ mäß der Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Licht­ bogenkammer durch mehrere Varistor-Elemente 18, die zwischen den Lichtbogen-Metallplatten 17 im Abstand angeordnet sind. Die Varistor-Elemente sind aus Zinkoxid- oder Siliziumcarbid­ scheiben gebildet, wobei die Konfiguration und Zusammensetzung eingestellt ist, um eine gewünschte Klemmspannung zu erhalten. Für die in Fig. 1 gezeigten Varistoren gestattet eine Klemm­ spannung von 30 Volt, daß die Varistoren leitend werden, wenn die kleinen Lichtbögen, die zwischen den Metallplatten auftre­ ten, gleich oder größer als 30 Volt sind. Wenn die Varistoren einmal leitend werden, geht der Bogenstrom sofort auf die Vari­ storen über, da der Bogenwiderstand in den Lufträumen zwischen den Platten 17 wesentlich größer ist als der Widerstand durch die leitenden Varistoren 18. Die Energie wird dann als Wider­ standserwärmung (I²R-Erwärmung) innerhalb der Varistoren abge­ führt, wodurch die Temperatur der Varistoren schnell ansteigt. Der Strombegrenzungsschalter 10 enthält einen Betätigungsmecha­ nismus, der zwar nicht dargestellt ist, aber ähnlich der Schnappbetätigungsfeder ist, die üblicherweise in industriellen Schaltern mit Formgehäuse verwendet wird. Nachdem die beweg­ baren Kontaktarme 12, 13 getrennt sind, spricht der Betätigungs­ mechanismus an und hält die Kontaktarme in der offenen Stellung. Die Spannung an der Lichtbogenkammer 16 fällt unter die Klemm­ spannung ab, so daß die Varistoren 18 eine Leitung nicht länger aufrechterhalten können, wodurch der Strom durch die Varisto­ ren schnell auf Null abfällt. Die Platten 17 dienen dann zur Kühlung der Varistoren, wobei die Wärme schnell von den Vari­ storen weg auf die umgebende Luft übertragen wird.

Die Bogenplatten 17, von denen eine in Fig. 2 gezeigt ist, haben jeweils eine gekrümmte Endkonfiguration 19, die auf die Kontaktstücke 14, 15 gerichtet ist, um den Lichtbogen zu empfangen und den Strom auf die Varistoren 18 zu richten. Die Varistoren können einzeln an den Metallplatten durch Silberlöten bzw. -schweißen angebracht sein, wie es bei 20 in Fig. 3 an­ gedeutet ist, oder die Metallplatten und Varistoren können durch das ausgeformte Gehäuse zusammengeklemmt sein.

Die Verwendung von Varistoren in Verbindung mit Metallplatten, um den Lichtbogen zu löschen, der bei der Kontakttrennung auf­ tritt, verkleinert wesentlich die Größe und die Anzahl der er­ forderlichen Metallplatten, so daß dadurch eine kompakte Licht­ bogenkammer entsteht.

Claims (5)

1. Kombinierte Lichtbogenkammeranordnung für Strombe­ grenzungsschalter, gekennzeichnet durch:
mehrere Metallplatten (17), die in einem Stapel ange­ ordnet sind zum Empfangen eines elektrischen Licht­ bogens und die einen vorbestimmten Abstand zwischen den jeweiligen Metallplatten innerhalb des Stapels aufweisen zum Aufnehmen einer entsprechenden Anzahl von kleinen Lichtbögen, die darin gebildet sind, und
mehrere Varistor-Elemente (18) zwischen den Metall­ platten (17) und in elektrischem Kontakt mit den Me­ tallplatten zum Aufnehmen der Lichtbogenspannung, die über den Platten von dem elektrischen Lichtbogen gene­ riert ist, und zum Übertragen des Lichtbogenstromes von den kleinen Lichtbögen auf die Varistoren zum Ab­ führen von Energie und zum Kühlen und Löschen des Lichtbogens.

2. Lichtbogenkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistoren (18) starr an den Metallplatten (17) angebracht sind.

3. Lichtbogenkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistoren (18) eine Klemmspannung von wenig­ stens 18 Volt aufweisen.

4. Lichtbogenkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Varistoren aus Zinkoxid oder Siliziumcarbid besteht.

5. Lichtbogenkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistoren (18) und die Metallplatten (17) zusammengeklemmt sind.