ARC-EXTINGUISHING DEVICE FOR ELECTRICAL SWITCHES

Abstract: The invention relates to an extinguishing device for power and line protective circuit breakers, consisting of an antechamber located in the circuit breaker housing and an extinguishing laminant stack connected thereto, the antechamber having two lateral antechamber plates used for guiding and limiting the arc, the antechamber plates (25) being produced connected to one another in one piece by means of two crossbars (28, 29, 30), and being inserted as an antechamber block (26) in the antechamber (24). <IMAGE>

Description: Löscheinrichtung für elektrische Schalter Die Erfindung betrifft eine Löscheinrichtung für elektrische Schalter, insbesondere Leistungs- und Leitungsschutzschalter, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Um die Beschädigung der Kontaktstücke infolge Lichtbogen, die beim öffnen eines elektrischen Stromkreises, das heisst dem Trennen der Kontaktstücke, insbesondere bei höheren Stromstärken auftreten, zu vermeiden, sind seit langem Massnahmen vorgesehen, die den Lichtbogen schnellst möglich von den Kontaktstücken entfernen und zum Erlöschen bringen. Aus der DE-AS 24 23 207 ist eine Hochleistungsschaltstrecke mit einem Löschblechpaket in einer Lichtbogenkammer bekannt, bei dem ein verschwenkbares Kontaktstück mit einem Ende an dem einen der beiden Lichtbogenleitbleche des Löschblechpaketes drehbar gelagert ist und an seinem freien Ende unmittelbar gegenüber dem als Festkontaktstück und elektrische Anschlussstelle ausgebildeten Ende des anderen.Lichtbogenleitblechs einen elektri schen Anschluss trägt. Der sich beim Öffnen der Schaltstrecke ausbildende Schaltlichtbogen bewegt sich mit seinem Fusspunkt entlang dem beweglichen Kontaktstück bis zu dessen Drehlagerung an dem einen Lichtbogenleitblech fort, um daran anschliessend von beiden Lichtbogenleitblechen aus von der Stirnseite her in das Löschblechpaket einzudrehen. Aufgrund des sich bei der Trennung der Kontaktstücke bildenden magnetischen Feldes wird der gezündete Schaltlichtbogen mit seinem einen Fusspunkt entlang dem Schwenkkontaktstück in Richtung seiner Lagerstelle an dem einen Lichtbogenleitblech des Löschblechpakets getrieben, während der andere Fusspunkt des Lichtbogens im Bereich der Festkontaktstelle des anderen Lichtbogenleitblechs bleibt. Sobald sich der Lichtbogen über die volle Höhe des Löschblechpakets erstreckt, kann er unter Aufteilung in eine entsprechende Anzahl von Teillichtbögen in das Löschblechpaket eindringen und sich dort selbst hinreichend abkühlen und entionisieren. Eine weitere Lösung zur Löschung von Schaltlichtbögen ist aus der DE-AS 27 16 619 bekannt, die einen strombegrenzenden Leitungsschutzschalter mit Löscheinrichtung zum Gegenstand hat. Von den die Kontaktanordnung flankierenden Isolierstoffplatten besteht die eine aus Keramik und die andere aus gasabgebendem Material mit einer Eiseneinlage. Die Platten sind so angeordnet, dass die von dem von einer Auslösespule ausgehenden magnetischen Streufeld resultierende auf einem bei Kontaktöffnung entstehenden Lichtbogen wirkende Kraftkomponente auf die Isolierstoffplatte mit Eiseneinlage gerichtet ist. Diese Kraft hat stets die gleiche Richtung da sich bei Stromumkehr auch die Feldrichtung umkehrt. In gleicher Richtung wirkt auch die den Lichtbogen anziehende Kraft der Eiseneinlage der Isolierstoffplatte. Auf diese Weise wird selbstregulierend eine ausreichende aber nicht zu starke Gasabgabe zur Kühlung des Lichtbogens erreicht. Infolge der gegeneinander gerichteten Kräfte tritt eine Symmetrierung des Lichtbogens ein, so dass eine höhere Laufgeschwindigkeit erreicht und ein unsymmetrischer Kontaktabbrand vermieden wird. Aus der DE-OS 30 30 429 ist eine Lichtbogenlöschkammer für ein elektrisches Installationsgerät, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter, mit einer jeden Kontaktstelle zugeordneten Lichtbogenlöschblechen bekannt, bei dem beidseitig zu jeder Kontaktstelle Eisenblechteile angeordnet sind, die von Isolierstoffstoffmaterial umgeben sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zum einem die magnetische Beblasung des Lichtbogens verbessert wird, wodurch der Lichtbogen schneller von der Kontaktstelle weg und in die Lichtbogenlöschbleche einläuft und damit eine Verbesserung des Abschaltvorgangs bewirkt, und zum anderen durch die Gasabgabe der U-förmigen Isolierstoffbügel bzw. des Isolierstoffmaterials eine zusätzlich Lichtbogen löschende Wirkung erzielt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Schonung der Kontaktstelle vor Abbrand infolge der besseren Beblasung des Lichtbogens, wodurch die Edelmetallauflage an den Kontaktstücken selbst verkleinert werden kann. Die beschriebenen Löscheinrichtungen, die nach dem Prinzip der erzwungenen Löschung arbeiten, bestehen vorzugsweise aus einer Vorkammer, die den Lichtbogen einengt und auf eine günstige Länge bringt, sowie aus einem sich daran anschliessenden Löschblechstapel, der den Lichtbogen in Teillichtbögen unterteilt. Zur Begrenzung der Vorkammer werden häufig eingelegte Bleche oder Platten aus Keramik oder einem gasabgebenden Material verwendet. Derartige Teile werden vorzugsweise durch entsprechende Ausformungen der Gehäusewandungen von aussen abgestützt. Eine innere Begrenzung des Vorkammer raumes wird meist durch entsprechende Anordnung der Lichtbogenlaufschienen erreicht. Angesichts der Anzahl der einzubauenden Teile, ihrer Grösse sowie der kompakten Bauweise der Schalter sowie dem Trend zu weiterer Verkleinerung der Abmessungen sind die Nachteile augenfällig. Die Montage vieler kleiner Teile ist schwierig und zeitaufwendig. Bei der Ausgestaltung der Lichtbogenlaufschienen ist ihre distanzierende Funktion zu berücksichtigen. Zur Lagefixierung der Einlegeteile müssen die Gehäusehälften verschiedene Auflagepunkte aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es daher diese Nachteile zu vermeiden, die Montage der Vorkammer zu vereinfachen und die Funktion der Löscheinrichtung zu verbessern. Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Danach werden die Vorkammerplatten, die die seitliche Begrenzung der Vorkammer bewirken, aus einem spritz- oder giessbarem Material hergestellt, wobei beide Platten durch wenigstens zwei Querstege miteinander verbunden sind und als ein einstückiger Vorkammerblock in die Vorkammer eingesetzt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung werden an den Vorkammerblock Nocken angeformt, die zur Positionierung im Schaltergehäuse dienen, so dass zusätzliche Abstützpunkte im Schaltergehäuse entfallen können. Hieraus resultiert ein besonderer Kostenvorteil für die Herstellung der Schaltergehäuse bzw. deren Presswerkzeuge. Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn im Schaltergehäuse Vertiefungen vorgesehen sind, in welche die am Vorkammerblock angeformten Nocken zu seiner Fixierung eingreifen. Alternativ können die Schaltergehäuse auch Ausnehmungen aufweisen, welche die als federnde Schnappelemente ausgebildeten Nocken des Vorkammerblocks aufnehmen. Um eine sichere Fixierung beim Montageablauf zu erreichen, können die Nocken auch von aussen vernietet sein. In vorteilhafter Ausbildung des einstückigen Vorkammerblocks wird dieser aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt, wobei zu seiner starren Fixierung in der Vorkammer die angeformten Nocken die Gehäusewand durchgreifen und von aussen mittels einem Warmstempel nietförmig verformt werden. Bei dieser Ausgestaltung wird nur ein einziges Teil benötigt, das sich zudem günstig herstellen lässt und die Handhabung bei der Schaltermontage wesentlich vereinfacht. Die bereits erwähnten Querstege, die die beiden Vorkammerplatten miteinander verbinden, sind vorzugsweise so anzuordnen, dass ein Quersteg oberhalb oder hinter dem Lichtbogenkommutierungspunkt, das ist der Ort, an dem der Lichtbogenfusspunkt von der Kontaktnase auf die Leitschiene wechselt oder kommutiert, und ein oder mehrere Querstege vor dem Löschblechpaket liegen. Der damit erreichte Vorteil besteht darin, dass der Quersteg hinter dem Kommutierungspunkt die gasabgebende Fläche im Rücken des Lichtbogens vergrössert. Der oder die Querstege vor dem Löschblechpaket verhindern bei einem im Löschblechpaket befindlichem in Einzellichtbögen aufgeteilten Lichtbogen ein Rückzünden in den Vorkammerraum, da dieser durch den oder die Stege rascher entionisiert wird. Die gasabgebende Wirkung der Vorkammerplatten wirkt - wesentlich unterstützt durch die Stege - bis in den Blechausschnitt des Löschblechstapels hinein. Auf diese Weise werden die Teillichtbögen stabiler zwischen den Löschblechen gehalten. Bei Rückzündung der Teillichtbögen in den Blechausschnitt setzt umgehend die gasabgebende Wirkung der Stege ein, und der Lichtbogen wird beschleunigt wieder zur Aufteilung in den Löschblechstapel getrieben. Gleichzeitig verhindern die Stege ein Hineinlaufen des ruckgezündeten Lichtbogens in die Vorkammer. Die Anzahl der Querstege hängt ab von der jeweiligen Schaltleistung und der damit verbundenen Lichtbogen energie. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt: Fig. 1 eine herkömmliche Kontaktanordnung eines Schalters mit Löschkammer und Vorkammer, in welche ein Vorkammerblock gemäss der Erfindung eingesetzt ist, Fig. 2 eine herkömmliche Kontaktanordnung mit Lösch kammer und Vorkammer, in welche ein Vorkammer block gemäss der Erfindung eingesetzt ist (gegenüber Fig. 1 geänderte Anordnung des beweglichen Kontaktstücks), Fig. 3 eine Seitenansicht des Vorkammerblocks, wie er in Fig. 1 vorgesehen ist, mit drei Querstegen, Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3, Fig. 5 eine Seitenansicht eines Vorkammerblocks wie er in Fig. 1 vorgesehen ist, mit einem Quer steg, Fig. 6 eine Seitenansicht zu Fig. 5, Fig. 7 die Draufsicht auf einen im Gehäuse montierten Vorkammerblock, dessen Nocken in gehäuseseiti ge Ausnehmungen greifen, Fig. 8 die Draufsicht eines in das Gehäuse einge setzten Vorkammerblocks, dessen Nocken durch gehäuseseitige Ausnehmungen durchgreifen und vernietet sind, Fig. 9 Teilschnitt eines Vorkammerblocks mit Schnappelement als Nocken. Die in Fig. 1 dargestellte Kontaktanordnung besteht aus einem beweglichen Kontaktstück 10, welches in dem nicht näher dargestellten Gehäuse in einem Drehpunkt 11 drehbar gelagert ist. Sein Kontakthorn 12 liegt an einem Festkontaktstück 14 an, welches mit einer Leitschiene 16 verbunden ist. Die Leitschiene 16 ist die obere Begrenzung der Löschkammer 18, welche einen Löschblechstapel 20 aufnimmt. Nach unten wird die Löschkammer 18 begrenzt von einer Leitschiene 22, welche auch die an die Löschkammer unmittelbar anschliessende Vorkammer 24 seitlich und nach unten begrenzt. In die vom Löschblechstapel 20 und der Leitschiene 22 begrenzte Vorkammer 24 wird ein gemäss der Erfindung ausgebildeter Vorkammerblock 26 eingesetzt. Gegenüber der Kontaktstelle des Kontakthorns 12 des beweglichen Kontaktstücks 10 mit dem Festkontaktstück 14 befindet sich im Vorkammerblock 26 auf der abgewandten Seite ein Quersteg 28, unterhalb dieser Kontaktstelle sind die Seitenwände des Vorkammerblocks durch zwei Querstege 30 miteinander starr verbunden. In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 befindet sich die Kontaktstelle zwischen dem Kontakthorn 12 des beweglichen Kontaktstücks 10, welches ebenfalls an einer Lagerstelle 11 im nicht näher dargestellten Gehäuse drehbar befestigt ist, und einem Festkontaktstück 23 auf der dem Löschblechstapel 20 gegenüberliegenden Seite. Demgemäss ändert sich die übrige Anordnung geringfügig. An das Festkontaktstück 23 schliesst die Leitschiene 22 an, welche seitlich und unterhalb die Vorkammer 24 mit dem eingesetzten Vorkammerblock 27 sowie die Ldschkammer 18 begrenzt. Die Begrenzung der Löschkammer nach oben erfolgt durch die Leitschiene 17. Der Vorkammerblock 27 weist in Höhe der Kontaktstelle zwischen Kontakthorn 12 und Festkontaktstück 23 einen Quersteg 28 auf. Unterhalb des Querstegs 28 sind direkt vor dem Löschblechstapel 20 angeordnet drei Querstege 31 vorgesehen. In Fig. 3 ist die Seitenansicht eines Vorkammerblocks dargestellt, dessen gegenüber der Kontaktstelle, dem Kommutierungspunkt, befindlicher Quersteg 28 einen rechteckigen Querschnitt aufweist, und dessen vor dem Löschblechstapel befindliche Querstege 30 runden Querschnitt haben. In seiner Aussenkontur ist der Vorkammerblock 26 der Gehäusekontur angeglichen. Der Bereich der Seitenflächen 25 des Vorkammerblocks 26, der den Kommutierungspunkt umfasst, weist-eine Rechteckaussparung 32 auf, und auf der diagonal gegenüberliegenden Seite ist eine Anschrägung 34 vorgesehen, die sich an die der Gehäusekontur angepasste Leitschiene 22 anlegt. Die Form der Aussparung ist hierbei so gewählt, dass eine Montage des Vorkammerblocks 26 auch bei bereits montierten beweglichem Kontaktstück 10 und Festkontaktstück 14 sowie der Leitschiene 22 (gemäss Fig. 1) möglich ist. In Fig. 4 ist eine Frontansicht des Vorkammerblocks 26 dargestellt mit zwei Vorkammerplatten 25, die durch einen Quersteg 28 sowie durch drei Querstege 30 mit ein ander verbunden sind. Fig. 5 zeigt die Seitenansicht eines Vorkammerblocks 26 mit einer Rechteckaussparung 32 und einer Anschrägung 34 entsprechend Fig. 3. Der seitlich neben dem Kommutierungspunkt befindliche Quersteg 29 hat Dreiecksquerschnitt. Unterhalb der Rechteckaussparung 32 ist in dem Bereich, der im eingebauten Zustand vor dem Löschblech stapel 20 befindlich ist, ein Quersteg 30 mit rundem Querschnitt angeordnet. Fig. 6 zeigt die Frontansicht eines derartigen Vorkammerblocks, der aus zwei Vorkammerplatten 25 besteht, welche durch einen Quersteg 29 sowie einem Quersteg 30 miteinander verbunden sind. In Fig. 7 ist der Vorkammerblock 26 in Draufsicht dargestellt. An die Vorkammerplatten 25, welche durch einen Quersteg 28 sowie durch einen Quersteg 30#miteinander verbunden sind, sind vier Nocken 36 angeformt, welche in entsprechend angeordnete Ausnehmungen 42 in den Gehäuseseitenwänden 40 zur Fixierung des Vorkammerblocks 26 geführt sind. In Fig. 8 ist ebenfalls ein Vorkammerblock 26 in Draufsicht dargestellt, wobei an seine Vorkammerplatten 25, die einen Quersteg 28 und 30 miteinander verbunden sind, vier Nocken 36 angeformt sind, welche die Gehäusewand 40 in Ausnehmungen 44 durchgreifen. Zur Fixierung des Vorkammerblocks sind die Nocken 37 von aussen an die Gehäusewand 40 mittels Nieten 38 befestigt. In Fig. 9 ist in einem Ausschnitt die Schnappverbindung des Vorkammerblocks 26 im Gehäuse gezeigt. Ein in Längsrichtung von einer Stirnfläche aus geschlitzter Zapfen 46, der mit den Vorkammerplatten 25 fest verbunden ist, weist unmittelbar an seinem freien Ende eine wulstartige Verdickung 48 auf, die beim Einsetzen des Vorkammerblocks 26 in das Schaltergehäuse in entsprechende geformte Ausnehmungen 50 formschlüssig eingreift, wobei aufgrund des Schlitzes 52 in zapfen 46 dessen Enden federnd sich radial zusammendrücken lassen, um nach Entlastung die ursprüngliche Lage wieder einzunehmen. Die Funktion des einstückigen Vorkammerblocks 26, 27 besteht darin, dass beim Abheben des beweglichen Kontaktstücks 10 vom Festkontaktstück 14, 23 ein Lichtbogen gezündet wird, der von den Vorkammerplatten 25 seitlich begrenzt sich vom Festkontaktstück 14, 23 zu dem Löschblechstapel 20 verlagert, der zwischen den Leitschienen 16, 17 und 22 angeordnet ist. Die Querstege 28, 29 tragen mit ihrer gasabgebenden Wirkung dazu bei, den Lichtbogen beschleunigt in den Löschblechstapel zu drängen, wo er erlischt. Hierbei ist die Ausgestaltung so vorgesehen, dass der Quersteg 28 hinter dem Kommutierungspunkt eine sehr viel grössere gasabgebende Fläche aufweist als die Querstege 30 vor dem Löschblechstapel 20. Hierdurch wird erreicht, dass die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit durch die Querstege 30 vor dem Löschblechstapel 20 beeinflusst wird, da die gasabgebende Fläche auf der Lichtbogenrückseite um ein Vielfaches grösser ist. Befindet sich nun ein Lichtbogen im Löschblechstapel 20, und ist er in Einzellichtbögen aufgeteilt, so verhindern dann der oder die Querstege 30 durch ihre gasabgebende Wirkung ein Rückzünden in die Vorkammer 24, da der Antrieb aus der Löschkammer 18 zurück in die Vorkammer 24 schwächer ist. Der Quersteg 28, 29 hat insbesondere auf Fig. 1 bezogen die primäre Aufgabe, die Vorkammerplatten 25 auf Abstand zu halten. Die gasabgebenden Flächen sind die Flächen der Vorkammerplatten 25; d. h., die Lichtbogenenergie wird im Vorkammerbereich grösstenteils als Zersetzungsenergie umgesetzt. Die Stege 28, 29 sind zusätzlich vorteilhaft so auszuführen, dass nach Kommutierung des Lichtbogenfusspunktes von dem beweglichen Kontaktstück 10 so auf die Leitschiene 16 bzw. 22 die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit erhöht wird, indem der Steg 28 oder 29 so nah wie möglich oberhalb an den Kommutierungspunkt herangeführt wird; d. h., die gasabgebende Fläche wird in diesem genannten Fusspunktbereich vergrössert. Die Stege 30, welche dieselbe primäre Aufgabe wie die Stege 28, 29 haben, verringern prinzipell nachteilig die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit. Da aber die Stege 30 am Ende der Vorkammerplatten (in Lichtbogenlaufrichtung gesehen) angeordnet sind, und damit die gasabgebende Fläche hinter den Stegen durch die Vorkammerplatten 25 wesentlich grösser ist als die Vorkammerplattenfläche unmittelbar in diesem Stegbereich und dem der Stegflächen, ist der Antrieb auf den Lichtbogen wesentlich grösser als die Stauwirkung der Stege 30, so dass die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit praktisch nicht nachteilig beeinflusst wird.

Claims: Arc quenching device used for quenching an (sic) between a fixed and a moving contact member of an electric switch, particularly a circuit breaker or protective circuit breaker, consisting of an antechamber (24) located in the switch housing, in which the arc is produced during contact separation, and a subsequent interrupting stack of laminations (20) in which the arc is quenched, in which arrangement the antechamber (24) exhibits lateral antechamber plates (25) which are used for arc guidance and delimitation and which are produced of one piece, joined to one another by means of transverse webs (28, 29, 30) and are inserted as antechamber block (26) into the antechamber (24), wherein of the transverse webs (28, 29, 30) provided for joining the antechamber plates (25), a first one (28, 29) is arranged in the area of the open position of the moving contact member, where thus one of the arc roots is commutated from the moving contact member to an arc conducting rail guiding this arc root to the interrupting stack of laminations, characterised in that at least one second transverse web (30) is arranged immediately in front of the interrupting stack of laminations (20) and that at least the transverse webs (20, 29, 30) are constructed in such a manner that they emit gas when an arc occurs. Quenching device according to Claim 1, characterised in that noses (36), which are used for positioning in the switch housing, are moulded on the outer surfaces of the antechamber plates (25). Quenching device according to one of the preceding claims, characterised in that the noses (36) are fitted into associated recesses (42, 44) of the switch housing. Quenching device according to Claim 3, characterised in that the noses (36) of the antechamber block (26) pass through the recesses (44). Quenching device according to one of Claims 3 and 4, characterised in that the noses (36) moulded on the antechamber block are constructed as elastic snapping elements which snap into the recesses (44) of the wall of the switch housing. Quenching device according to Claim 1, characterised in that the antechamber block (26) can be fixed in location in the switch housing by means of rivet, screw or pin connection. Quenching device according to Claim 6, characterised in that the attachment points provided for the fixing are accessible from the outside. Quenching device according to one of the preceding claims, characterised in that the antechamber block (26) is produced of casting or extrusion moulding compound.

Inventors: BRUCKNER, WERNER, GREEFE, KLAUS, DIPL.-ING., RUNTSCH, ERHARD, ING. (GRAD).
Applicants: ASEA BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: H01H73
IPC codes: H01H9, H01H73