EP3439005A1 - Druckauslöser für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter mit solch einem druckauslöser - Google Patents

Druckauslöser für einen elektrischen schalter und elektrischer schalter mit solch einem druckauslöser Download PDF

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EP3439005A1
EP3439005A1 EP18186245.9A EP18186245A EP3439005A1 EP 3439005 A1 EP3439005 A1 EP 3439005A1 EP 18186245 A EP18186245 A EP 18186245A EP 3439005 A1 EP3439005 A1 EP 3439005A1
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EP
European Patent Office
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pressure release
electrical switch
separation zone
pressure
actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18186245.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Andersen
Pawel Biedunkiewicz
Jörg-Uwe DAHL
Erhard Deylitz
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102018211995.3A external-priority patent/DE102018211995B4/de
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes
    • H01H2009/343—Venting arrangements for arc chutes with variable venting aperture function of arc chute internal pressure, e.g. resilient flap-valve or check-valve
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2418—Electromagnetic mechanisms combined with an electrodynamic current limiting mechanism
    • H01H2071/2427—Electromagnetic mechanisms combined with an electrodynamic current limiting mechanism with blow-off movement tripping mechanism, e.g. electrodynamic effect on contacts trips the traditional trip device before it can unlatch the spring mechanism by itself
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H2077/025—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with pneumatic means, e.g. by arc pressure

Definitions

  • the invention relates to a pressure release for an electrical switch and an electrical switch with such a pressure release.
  • current-limiting switching devices in particular current-limiting circuit breakers, for example in the form of MCCBs (Molded Case Circuit Breaker), are used in widely branched power distribution networks. It is customary to operate a selective staggering with a minimum nominal current distance of the switching devices involved. Each branching level can be protected depending on the connected consumers with a suitably sized switching device against occurring overloads and short circuits.
  • MCCBs Molded Case Circuit Breaker
  • a switching device which is arranged closest to a consumer and which is often referred to as near-consumer or downstream switching device designed for the lowest nominal current. If a short-circuit current now flows both through the consumer-oriented switching device and through a switching device which is arranged in the hierarchy of the power distribution network above the consumer-oriented switching device and is often referred to as consumer-distant or upstream switching device, then only the consumer-oriented switching device should switch off. In other words, in the event of a fault (short circuit), only the switching device that is closest to the event should interrupt the flow of current.
  • the switching contact pairs of the consumer-near and the consumer remote switching device pull when opening an arc, the opening width of the switching contact pairs and the arc energy in the consumer close switching device are higher due to the lower mass moment of inertia of its movable current path including the switching contacts. This under Only single-pole opening must be followed by an all-pole switch-off of the consumer-oriented switchgear.
  • the consumer remote switching device must not switch off, in order not to separate further consumers from the power distribution network.
  • the consumer remote switching device may act by supporting the short-term switching contacts but supportive, so for example, by limiting the current contribute to the shutdown of the consumer switching device.
  • Switchgear which act staggered in power distribution networks behave selectively. In order to achieve this selectivity, it is necessary for the switching devices closest to the fault to interrupt the current paths of all the switching poles faster than the higher-level switching devices.
  • the circuit breaker disclosed in the documents comprises an overload and / or short-circuit detecting member for acting on a switch-off mechanism in the event of a fault, the automatic shutdown of the circuit breaker. Furthermore, the circuit breaker disclosed in the publications comprises an actuator responsive to an overpressure generated in the separation zone of said switch contacts by an arc drawn upon electrodynamic recoil of the switch contacts to actuate the circuit breaker of the circuit breaker.
  • a gas-tight unit is disclosed as the actuator, which is exclusively connected to the separation zone of the switching contacts and comprises a movable element, such as a piston or a membrane, with a limited control stroke.
  • the movable element is acted upon on the one hand with the said overpressure and on the other hand by a return device with adapted effective force.
  • the displacement of the movable element causes the triggering mechanism of the circuit breaker to be triggered, wherein the said adapted action recovery device is dimensioned to prevent accidental tripping on a single overload or a response of a downstream current limiting circuit breaker.
  • the pressure release for an electrical switch comprises an actuator and at least one flow channel per electrical pole, wherein the at least one pole of the electrical switch comprises at least two switching contacts for closing or disconnecting a current path, wherein the switching contacts of the at least one pole of the electrical switch separable by means of the actuator, which is responsive to a pressure (p), by a drawn in electrodynamic recoil of the switch contacts arc (LB) in a separation zone of the two switching contacts is generated, and wherein the separation zone is connectable by means of the flow channel with the actuator, wherein the at least one flow channel comprises a check valve which allows a flow only from the separation zone in the direction of the actuating member.
  • the pressure release according to the invention is optimized for rapid triggering. In its construction, it can be built compact, so that the paths for the compressed air are kept short, which can ensure a faster release.
  • the pressure release according to the invention can be designed as an assembly with integrated non-return valves on the interface to the Polkassetten.
  • the check valves prevent flow from one separation zone to another separation zone of the poles of a multi-pole electrical switch.
  • the pressure release comprises a common collection chamber, which is arranged between the respective check valves and the actuator, wherein the common collection chamber is fluidically arranged at the outlet of the respective check valves.
  • the check valve comprises a tongue, which covers the flow channel in the idle state and releases the flow channel at pressure (p) in the associated separation zone.
  • the tongue can be made of aramid, for example. The advantage here is that aramid is particularly heat-resistant.
  • the response of the check valve is adjusted by the material thickness of the tongue or by the stiffness of the material.
  • the pressure release comprises a housing of a first housing part and a second Housing part, wherein the tongue is held between the first housing part and the second housing part.
  • the response of the check valve is adjusted by the angle ( ⁇ ) and / or the bending radius of the holding zone of the tongue of the first housing part and the second housing part.
  • the actuator is designed as a plunger.
  • the plunger can be held by a spring in a rest position and operated at pressure (p) against the spring force of this spring.
  • the pressure release is modularly constructed from at least two valve elements, each with a check valve and a respective flow channel and a trigger element with the actuator, wherein the at least two valve elements and the trigger element are formed together.
  • the pressure release comprises termination elements and connecting elements which connect or close the at least two valve elements and / or the triggering element.
  • the multi-pole electrical switch of claim 13 includes a trigger according to the invention, wherein the plurality of poles of the electrical switch each comprise at least two switch contacts for closing or disconnecting a current path, the switch contacts of the plurality of poles of the electrical switch being disconnected by means of the actuator a pressure (p) responds, which is generated by a drawn in electrodynamic recoil of the switching contacts arc (LB) in a separation zone of the respective two switching contacts and wherein the separation zones are connected by means of the flow channels with the actuator.
  • p pressure
  • the electrical switch comprises one, two or three electrical poles and the pressure release three or four flow channels.
  • the electrical switch further comprises a protective barrier, which prevents a direct transport of particles from the separation zone to the pressure release.
  • FIG. 1 an inventive pressure release 100 for an electrical switch 1000 is shown.
  • the pressure release 100 comprises a housing 190 of a first housing part 191 and a second housing part 192.
  • On the second housing part 192 are flow channels 151; 152; 153 attached to the separation zones 1201; 1202; 1203 of the electric pole 1101; 1102; 1103 of the electrical switch 1000 cooperate and are connectable.
  • the first housing part 191 and the second housing part 192 of the pressure release 100 can be connected by laser beam welding, ultrasonic welding, gluing or other joining methods to ensure the highest possible gas tightness.
  • a multi-pole electrical switch 1000 is in FIG. 4 shown. It comprises several poles 1101; 1102; 1103, each with at least two switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 for closing or disconnecting a current path.
  • Electric switches 1000 with two switching contacts are simply called interrupting electrical switch, with more than two switching contacts (for example, several switching contact pairs) is spoken by multiple interrupting switches.
  • the pressure release 100 according to the invention is suitable for single-break and multi-break electrical switches 1000.
  • the multipolar electrical switch 1000 may have three electrical poles 1101; 1102; 1103 include.
  • the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 of the plurality of poles 1101; 1102; 1103 of the electrical switch 1000 can be separated by means of an actuator 110 of the pressure release 100, wherein the actuator 110 is responsive to a pressure (p), which by an electrodynamic recoil of the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 drawn arc (LB) in a separation zone 1201, 1202, 1203 of the respective two switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 is generated.
  • p pressure
  • LB drawn arc
  • the separation zones 1201; 1202; 1203 are by means of the flow channels 151; 152; 153 connected to the actuator 110. This means that the pressure (p) present in the separation zones 1201; 1202; 1203 due to the drawn arc (LB) is formed within the pressure release 100 to the actuator 110 is fluidically directed.
  • the trigger 100 further includes check valves 161; 162; 163, such as in FIG. 2 shown.
  • the check valves 161; 162; 163 are at the respective flow channels 151; 152; 153, leaving only one flow from the respective separation zones 1201; 1202; 1203 in the direction of the actuator 110 to.
  • the check valves 161; 162; 163 to prevent flow from a separation zone 1201; 1202; 1203 to another separation zone 1201; 1202; 1203 of the pole 1101; 1102; 1103 of the electric switch 100 is possible.
  • the check valve 161 includes according to FIG. 2 a tongue 181 which, when at rest, covers the flow channel 151 as shown in FIG FIG. 2 is shown. At a pressure (p) in the separation zone 1201 associated with the flow channel 151, the tongue 181 releases the flow channel 151 and a flow corresponding to FIG. 2 down is enabled. Tongue 181 is then in the position shown in dashed lines.
  • the pressure release 100 comprises a common collection chamber 170 which is between the respective check valves 161; 162; 163 and the actuator 110 is arranged.
  • FIG. 3 illustrates in which a flow through the flow channel 151 and the non-return valve located at the end 161 is in the common collecting chamber 170. Due to the pressure increase in the common collection chamber 170, the actuator 110 as shown in FIG. 3 deflected upward and actuates a release lever of the switching mechanism of the multi-pole electric switch 1000th
  • the actuator 110 may be formed as a plunger for actuating a release lever of the switch latch. Furthermore, the actuator 110 may be provided with suitable structural measures, for example with a spring, and be held by this measure in its rest position. At pressure (p), the actuator 110 can be actuated against the spring force of this spring. As a result, for example, the response of the pressure release 100 can be adjusted by the selection of the spring.
  • tongue 181 may be made of an arc-resistant material, such as aramid.
  • Aramid is a particularly temperature-resistant material, which is still flexible and flexible and a deflection of the tongue 181 of the in FIG. 2 shown rest position in the deflected position in dashed lines allowed.
  • the response of the check valve 161 may be adjusted by the material thickness of the tab 181. Likewise, by choosing the material of the tongue 181, due to the stiffness of this material, the response can be adjusted.
  • the tongue 181 can be held between the first housing part 191 and the second housing part 192 of the pressure release 100.
  • the holding zone of the tongue 181 can have an angle ( ⁇ ) and / or a bending radius which is formed in the first housing part 191 and second housing part 192, respectively is and thus represents a bias of the tongue 181 for closing the flow channel 151.
  • the response of the check valve 161 can also be adjusted.
  • FIG. 5 a modular constructed pressure trigger 100 according to the invention is shown.
  • This comprises valve elements 141; 142; 143 each having a check valve 161; 162; 163 and a respective flow channel 151; 152; 153 (not in the representation of FIG. 5 contain).
  • pressure release 100 a trigger element 147 for the separation of the switching contacts 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223.
  • the trigger element 147 is equipped for this purpose with an actuator 110, for example a plunger.
  • the valve elements 141; 142; 143 and the trigger element 147 are formed plugged together.
  • closing elements 145; 145 'and connecting elements 146 are provided for the mechanical construction of the modular pressure release 100.
  • the termination elements 145; 145 'and the connecting elements 146 serve the mating structure of a pressure release 100 according to the invention together with the valve elements 141; 142; 143 and the trigger element 147th
  • An advantage of the modular pressure release 100 is that it is connected to electrical switches 1000 with a different number of poles 1101; 1102; 1103 can be used and adapted to this. Higher quantities of the individual elements such as the valve elements 141; 142; 143 allow cost-effective production. Also, a mechanical tolerance compensation between the phases by means of the modular pressure release 100 can be made.
  • the termination elements 145; 145 ', the connecting elements 146, the valve elements 141; 142; 143 and the trigger element 147 can be connected by laser beam welding, ultrasonic welding, gluing or other joining methods to ensure the highest possible gas tightness.
  • the electrical switch 1000 is shown with a pressure release 100 according to the invention and a protective barrier 300.
  • the protective barrier 300 prevents the direct transport of particles which are present in the separation zone 1201; 1202; 1203, to the pressure release 100.
  • the protective barrier 300 may be made of an aramid fiber or glass fiber reinforced material (eg, aramid paper).
  • the protective barrier 300 becomes, as shown in FIGS Figures 6A and 6B on the flow channel 151; 152; 153 attached and prevents the direct transport of particles that are generated in the separation zone 1201, the pressure release 100th
  • the flow path from the separation zone 1201 to the pressure release 100 is in FIG. 7 shown.
  • the protective barrier 300 is flowed around laterally and through an opening in the protective barrier 300, the gas in the flow channel 151; 152; 153 and the trigger 100 arrive.
  • the electrical switch 1000 is shown with a pressure release 100 according to the invention and an alternative protective barrier 301.
  • the alternative protective barrier 301 prevents the direct transport of particles which are present in the separation zone 1201; 1202; 1203 are generated, the pressure release 100th
  • the protective barrier 301 becomes, as shown in FIG Figures 8A and 8B , held by the housing of the electric switch 1000 and prevents direct transport of particles generated in separation zone 1201 to pressure trigger 100.
  • the flow path from the separation zone 1201 to the pressure release 100 is in FIG. 9 shown.
  • the protective barrier 301 flows around the side and the gas enters the flow channel 151; 152; 153 and the trigger 100.
  • the electrical switch 1000 is shown with a pressure release 100 according to the invention and a further protective barrier 302.
  • the further protective barrier 302 prevents the direct transport of particles which are present in the separation zone 1201; 1202; 1203 are generated, the pressure release 100th
  • the pressure release 100 according to the invention is optimized for rapid release.
  • the construction is compact so that the pressure paths (p) are kept short, which can ensure faster deployment.
  • the pressure release 100 has emerged as an assembly with integral check valves 161; 162; 163 on the interface to the polycarbonate cassette.
  • a plunger or actuator 110 can trip the switching mechanism.

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Abstract

Es wird ein Druckauslöser für einen elektrischen Schalter mit einem Betätigungsglied und mit mindestens einem Strömungskanal pro elektrischem Pol offenbart, wobei der mindestens eine Pol des elektrischen Schalters zumindest zwei Schaltkontakte zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfasst, wobei die Schaltkontakte des mindestens einen Pols des elektrischen Schalters trennbar mittels des Betätigungsglieds sind, das auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone der jeweils zwei Schaltkontakte erzeugt wird, und wobei die Trennzone mittels des Strömungskanals mit dem Betätigungsglied verbindbar ist, wobei der mindestens eine Strömungskanal ein Rückschlagventil umfasst, welches eine Strömung nur von der Trennzone in Richtung des Betätigungsglieds erlaubt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckauslöser für einen elektrischen Schalter sowie einen elektrischen Schalter mit solch einem Druckauslöser.
  • Typischerweise werden strombegrenzende Schaltgeräte, insbesondere strombegrenzende Leistungsschalter, beispielsweise in Form von MCCBs (Moulded Case Circuit Breaker), in weit verzweigten Stromverteilernetzen eingesetzt. Es ist üblich, eine selektive Staffelung mit einem Mindest-Nennstromabstand der beteiligten Schaltgeräte zu betreiben. Jede Verzweigungsebene kann dabei in Abhängigkeit von den angeschlossenen Verbrauchern mit einem entsprechend dimensionierten Schaltgerät gegen auftretende Überlasten und Kurzschlüsse geschützt werden.
  • Dabei ist beispielsweise ein Schaltgerät, das einem Verbraucher am nächsten angeordnet ist und das oft als verbrauchernahes bzw. nachgeordnetes Schaltgerät bezeichnet wird, für den geringsten Nennstrom ausgelegt. Fließt nun ein Kurzschluss-Strom sowohl durch das verbrauchernahe Schaltgerät als auch durch ein Schaltgerät, das in der Hierarchie des Stromverteilernetzes über dem verbrauchernahen Schaltgerät angeordnet ist und oft als verbraucherfernes bzw. vorgeordnetes Schaltgerät bezeichnet wird, so soll nur das verbrauchernahe Schaltgerät abschalten. Mit anderen Worten soll im Störfall (Kurzschluss) nur das Schaltgerät, das dem Ereignis am nächsten ist, den Stromfluss unterbrechen.
  • Die Schaltkontaktpaare des verbrauchernahen und des verbraucherfernen Schaltgerätes ziehen beim Öffnen einen Lichtbogen, wobei die Öffnungsweite der Schaltkontaktpaare und auch die Lichtbogenenergie beim verbrauchernahen Schaltgerät aufgrund des geringeren Massenträgheitsmoments seiner beweglichen Strombahn inklusive der Schaltkontakte höher sind. Dieser unter Umständen nur einpoligen Öffnung muss eine allpolige Abschaltung des verbrauchernahen Schaltgeräts folgen. Das verbraucherferne Schaltgerät darf nicht abschalten, um weitere Verbraucher nicht vom Stromverteilernetz zu trennen. Das verbraucherferne Schaltgerät darf durch kurzes Abheben der Schaltkontakte aber unterstützend wirken, also beispielsweise durch Strombegrenzung zur Abschaltung des verbrauchernahen Schaltgerätes beitragen.
  • Schaltgeräte, die derart gestaffelt in Stromverteilernetzen wirken, verhalten sich selektiv. Um diese Selektivität zu erreichen ist es erforderlich, dass die dem Störfall nächstliegenden Schaltgeräte die Strombahnen aller Schaltpole schneller als die übergeordneten Schaltgeräte unterbrechen.
  • In der DE 691 10 540 T2 und der DE 692 17 441 T2 werden jeweils elektrische Schaltanordnungen in Form von Leistungsschaltern mit Isolierstoffgehäuse offenbart, welche pro Schaltpol zwei in der Einschaltstellung des Leistungsschalters federnd gegeneinandergedrückte Schaltkontakte umfassen. Die Schaltkontakte können durch die Wirkung elektrodynamischer Rückstoßkräfte getrennt werden, wenn der die Schaltkontakte durchfließende Strom einen bestimmten Schwellwert überschreitet, um so eine Begrenzung des genannten Stromes zu bewirken.
  • Der in den Druckschriften offenbarte Leistungsschalter umfasst ein Überlast und/oder Kurzschluss-Erfassungsglied zur Beaufschlagung eines im Fehlerfall die automatische Abschaltung des Leistungsschalters bewirkenden Abschaltmechanismus. Weiterhin umfasst der in den Druckschriften offenbarte Leistungsschalter ein Betätigungsglied, das auf eine in der Trennzone der genannten Schaltkontakte durch einen bei elektrodynamischen Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen erzeugten Überdrucks anspricht, um den Abschaltmechanismus des Leistungsschalters zu betätigen.
  • In den Druckschriften wird als Betätigungsglied eine gasdichte Einheit offenbart, die ausschließlich mit der Trennzone der Schaltkontakte verbunden ist und ein bewegliches Element, wie zum Beispiel einen Kolben oder eine Membran, mit einem begrenzten Steuerhub umfasst. Das bewegliche Element wird zum einen mit dem genannten Überdruck und zum anderen durch eine Rückholvorrichtung mit angepasster Wirkkraft beaufschlagt. Die Verschiebung des beweglichen Elements bewirkt die Auslösung des genannten Abschaltmechanismus des Leistungsschalters, wobei die genannte Rückholvorrichtung mit angepasster Wirkkraft so bemessen ist, dass eine ungewollte Auslösung bei einfacher Überlast oder ein Ansprechen eines nachgeschalteten strombegrenzenden Leistungsschalters verhindert wird.
  • Weitere Druckauslöser werden ebenfalls in den Druckschriften DE 10 2009 015 126 A1 und DE 10 2011 077 359 A1 offenbart.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen alternativen Druckauslöser anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Druckauslöser gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Druckauslösers sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben. Die Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß durch den elektrischen Schalter gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 14 und 15 angegeben.
  • Der Druckauslöser für einen elektrischen Schalter gemäß Anspruch 1 umfasst ein Betätigungsglied und mindestens einen Strömungskanal pro elektrischem Pol, wobei der mindestens eine Pol des elektrischen Schalters zumindest zwei Schaltkontakte zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfasst, wobei die Schaltkontakte des mindestens einen Pols des elektrischen Schalters trennbar mittels des Betätigungsglieds sind, das auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone der jeweils zwei Schaltkontakte erzeugt wird, und wobei die Trennzone mittels des Strömungskanals mit dem Betätigungsglied verbindbar ist, wobei der mindestens eine Strömungskanal ein Rückschlagventil umfasst, welches eine Strömung nur von der Trennzone in Richtung des Betätigungsglieds erlaubt.
  • Der erfindungsgemäße Druckauslöser ist auf eine schnelle Auslösung optimiert. In seiner Konstruktion kann er kompakt gebaut werden, so dass die Wege für die Druckluft kurz gehalten sind, was eine schnellere Auslösung gewährleisten kann. Der erfindungsgemäße Druckauslöser kann als Baugruppe ausgeführt werden mit integrierten Rückschlagventilen auf der Schnittstelle zu den Polkassetten.
  • In einer Ausgestaltung verhindern die Rückschlagventile eine Strömung von einer Trennzone zu einer anderen Trennzone der Pole einer mehrpoligen elektrischen Schalters.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Druckauslöser eine gemeinsame Sammelkammer, die zwischen den jeweiligen Rückschlagventilen und dem Betätigungsglied angeordnet ist, wobei die gemeinsame Sammelkammer strömungstechnisch am Ausgang der jeweiligen Rückschlagventile angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Rückschlagventil eine Zunge, die im Ruhezustand den Strömungskanal abdeckt und bei Druck (p) in der zugeordneten Trennzone den Strömungskanal freigibt. Die Zunge kann beispielsweise aus Aramid gefertigt sein. Vorteilhaft dabei ist, dass Aramid besonders wärmebeständig ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird das Ansprechverhalten des Rückschlagventils durch die Materialdicke der Zunge oder durch die Steifigkeit des Materials eingestellt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Druckauslöser ein Gehäuse aus einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, bei dem die Zunge gehalten wird zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil.
  • In einer Ausgestaltung wird das Ansprechverhalten des Rückschlagventils durch den Winkel (α) und/oder den Biegeradius der Haltezone der Zunge von dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil eingestellt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das Betätigungsglied als Stößel ausgebildet. Der Stößel kann von einer Feder in einer Ruheposition gehalten werden und bei Druck (p) gegen die Federkraft dieser Feder betätigt werden.
  • In einer Ausgestaltung ist der Druckauslöser modular aufgebaut aus mindestens zwei Ventilelementen mit jeweils einem Rückschlagventil und jeweils einem Strömungskanal sowie einem Auslöseelement mit dem Betätigungsglied, wobei die mindestens zwei Ventilelemente und das Auslöseelement zusammensteckbar ausgebildet sind.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Druckauslöser Abschlusselemente und Verbindungselemente, die die mindestens zwei Ventilelemente und/oder das Auslöseelement miteinander verbinden oder abschließen.
  • Der elektrische Schalter mit mehreren Polen gemäß Anspruch 13 umfasst einen erfindungsgemäßen Druckauslöser, wobei die mehreren Pole des elektrischen Schalters jeweils zumindest zwei Schaltkontakte zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfassen, wobei die Schaltkontakte der mehreren Pole des elektrischen Schalters getrennt werden mittels des Betätigungsglieds, das auf einen Druck (p) anspricht, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone der jeweiligen zwei Schaltkontakte erzeugt wird und wobei die Trennzonen mittels der Strömungskanäle mit dem Betätigungsglied verbunden sind.
  • In einer Ausgestaltung umfasst der elektrische Schalter ein, zwei oder drei elektrische Pole und der Druckauslöser drei oder vier Strömungskanäle.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der elektrische Schalter weiter eine Schutzbarriere, die einen direkten Transport von Partikeln von der Trennzone zum Druckauslöser verhindert.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    Druckauslöser mit erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil;
    Figur 2
    Rückschlagventil mit Zunge;
    Figur 3
    elektrischer Schalter mit Druckauslöser;
    Figur 4
    elektrischer Schalter mit mehreren Polen und Druckauslöser;
    Figur 5
    modularer Druckauslöser;
    Figur 6A und 6B
    elektrischer Schalter mit Druckauslöser und Schutzbarriere;
    Figur 7
    Strömungsverlauf im elektrischen Schalter mit Druckauslöser und Schutzbarriere;
    Figur 8A und 8B
    elektrischer Schalter mit Druckauslöser und alternativer Schutzbarriere;
    Figur 9
    Strömungsverlauf im elektrischen Schalter mit Druckauslöser und alternativer Schutzbarriere;
    Figur 10A und 10B
    elektrischer Schalter mit Druckauslöser und weiterer Schutzbarriere.
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Druckauslöser 100 für einen elektrischen Schalter 1000 dargestellt. Der Druckauslöser 100 umfasst ein Gehäuse 190 aus einem ersten Gehäuseteil 191 und einem zweiten Gehäuseteil 192. Am zweiten Gehäuseteil 192 sind Strömungskanäle 151; 152; 153 angebracht, die mit Trennzonen 1201; 1202; 1203 der elektrischen Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 1000 zusammenwirken und verbindbar sind.
  • Das erste Gehäuseteil 191 und das zweite Gehäuseteil 192 des Druckauslösers 100 können mittels Laserstrahlschweißen, Ultraschallschweißen, Kleben oder andere Fügeverfahren verbunden werden um eine möglichst hohe Gasdichtheit zu gewährleisten.
  • Ein mehrpoliger elektrischer Schalter 1000 ist in Figur 4 dargestellt. Er umfasst mehrere Pole 1101; 1102; 1103 mit jeweils zumindest zwei Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 zum Schließen oder Trennen einer Strombahn. Elektrische Schalter 1000 mit zwei Schaltkontakten (beispielsweise ein Schaltkontaktpaar bestehend aus einem Bewegkontakt und einem Festkontakt) werden einfach unterbrechende elektrische Schalter genannt, bei mehr als zwei Schaltkontakten (beispielsweise mehrere Schaltkontaktpaare) wird von mehrfach unterbrechenden Schaltern gesprochen. Der erfindungsgemäße Druckauslöser 100 ist für einfach unterbrechende sowie für mehrfach unterbrechende elektrische Schalter 1000 geeignet.
  • Entsprechend der Figur 4 kann der mehrpolige elektrische Schalter 1000 beispielsweise drei elektrische Pole 1101; 1102; 1103 umfassen. Die Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 der mehreren Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 1000 können mittels eines Betätigungsglieds 110 des Druckauslösers 100 getrennt werden, wobei das Betätigungsglied 110 auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischen Rückstoß der Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone 1201, 1202, 1203 der jeweiligen zwei Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223 erzeugt wird. Die Trennzonen 1201; 1202; 1203 sind mittels der Strömungskanäle 151; 152; 153 mit dem Betätigungsglied 110 verbunden. Dies bedeutet, dass der Druck (p), der in den Trennzonen 1201; 1202; 1203 aufgrund des gezogenen Lichtbogens (LB) entsteht, innerhalb des Druckauslösers 100 zum Betätigungsglied 110 strömungstechnisch geleitet wird.
  • Der Druckauslöser 100 umfasst desweiteren Rückschlagventile 161; 162; 163, wie beispielsweise in Figur 2 dargestellt. Die Rückschlagventile 161; 162; 163 sind an den jeweiligen Strömungskanälen 151; 152; 153 angeordnet und lassen nur eine Strömung von den jeweiligen Trennzonen 1201; 1202; 1203 in Richtung des Betätigungsglieds 110 zu. Vor allem dienen die Rückschlagventile 161; 162; 163 dazu zu verhindern, dass eine Strömung von einer Trennzone 1201; 1202; 1203 zu einer anderen Trennzone 1201; 1202; 1203 der Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 100 möglich ist.
  • Das Rückschlagventil 161 umfasst gemäß Figur 2 eine Zunge 181, die im Ruhezustand den Strömungskanal 151 abdeckt, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Bei einem Druck (p) in der dem Strömungskanal 151 zugeordneten Trennzone 1201 gibt die Zunge 181 den Strömungskanal 151 frei und eine Strömung entsprechend der Figur 2 nach unten wird ermöglicht. Zunge 181 befindet sich dann in der gestrichelt dargestellten Position.
  • Bei einem Druckstoß aus einem benachbarten Strömungskanal 152; 153 und damit einer Erhöhung des Drucks unterhalb der Zunge 181 entsprechend der Darstellung der Figur 2 verschließt diese den Strömungskanal 151. Dadurch wird verhindert, dass eine Strömung von einer Trennzone 1201; 1202; 1203 zu einer anderen Trennzone 1201; 1202; 1203 der Pole 1101; 1102; 1103 des elektrischen Schalters 1000 möglich ist.
  • In Figur 1 ist weiterhin gezeigt, dass der Druckauslöser 100 eine gemeinsame Sammelkammer 170 umfasst, die zwischen den jeweiligen Rückschlagventilen 161; 162; 163 und dem Betätigungsglied 110 angeordnet ist.
  • Dies wird näher in Figur 3 illustriert, in der eine Strömung durch den Strömungskanal 151 und das an dessen Ende liegende Rückschlagventil 161 in die gemeinsame Sammelkammer 170 darstellt ist. Auf Grund der Druckerhöhung in der gemeinsamen Sammelkammer 170 wird das Betätigungsglied 110 entsprechend der Darstellung in Figur 3 nach oben ausgelenkt und betätigt einen Auslösehebel des Schaltschlosses des mehrpoligen elektrischen Schalters 1000.
  • Das Betätigungsglied 110 kann als Stößel ausgebildet sein zur Betätigung eines Auslösehebels des Schaltschlosses. Desweiteren kann das Betätigungsglied 110 mit geeigneten konstruktiven Maßnahmen, beispielsweise mit einer Feder, versehen sein und von dieser Maßnahme in seiner Ruheposition gehalten werden. Bei Druck (p) kann das Betätigungsglied 110 gegen die Federkraft dieser Feder betätigt werden. Dadurch kann beispielsweise das Ansprechverhalten des Druckauslösers 100 durch die Auswahl der Feder eingestellt werden.
  • Die in Figur 2 dargestellte Zunge 181 kann aus einem lichtbogenbeständigen Material, beispielsweise aus Aramid, gefertigt sein. Aramid ist ein besonders temperaturbeständiger Werkstoff, der trotzdem flexibel und biegsam ist und ein Auslenken der Zunge 181 von der in Figur 2 dargestellten Ruheposition in die ausgelenkte Position in gestrichelter Darstellung erlaubt. Das Ansprechverhalten des Rückschlagventils 161 kann durch die Materialdicke der Zunge 181 eingestellt werden. Ebenso kann durch die Wahl des Materials der Zunge 181, bedingt durch die Steifigkeit dieses Materials, das Ansprechverhalten eingestellt werden.
  • Desweiteren kann die Zunge 181 gehalten werden zwischen dem ersten Gehäuseteil 191 und dem zweiten Gehäuseteil 192 des Druckauslösers 100. Die Haltezone der Zunge 181 kann einen Winkel (α) und/oder einen Biegeradius ausweisen, der im ersten Gehäuseteil 191 bzw. zweitem Gehäuseteil 192 geformt ist und somit eine Vorspannung der Zunge 181 zum Verschließen des Strömungskanals 151 darstellt. Mit der Variation des Winkels (α) der Haltezone der Zunge 181 kann ebenfalls das Ansprechverhalten des Rückschlagventils 161 eingestellt werden.
  • In Figur 5 ist ein modular aufgebauter erfindungsgemäßer Druckauslöser 100 dargestellt. Dieser umfasst Ventilelemente 141; 142; 143 mit jeweils einem Rückschlagventil 161; 162; 163 und jeweils einem Strömungskanal 151; 152; 153 (nicht in der Darstellung der Figur 5 enthalten). Weiter umfasst der in Figur 5 dargestellte Druckauslöser 100 ein Auslöseelement 147 zur Trennung der Schaltkontakte 1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223. Das Auslöseelement 147 ist dazu mit einem Betätigungsglied 110 ausgestattet, beispielsweise einem Stößel. Die Ventilelemente 141; 142; 143 und das Auslöseelement 147 sind dabei zusammensteckbar ausgebildet.
  • Zum mechanischen Aufbau des modularen Druckauslösers 100 sind weiterhin Abschlusselemente 145; 145' und Verbindungselemente 146 vorgesehen. Die Abschlusselemente 145; 145' und die Verbindungselemente 146 dienen dem zusammensteckbaren Aufbau eines erfindungsgemäßen Druckauslösers 100 zusammen mit den Ventilelementen 141; 142; 143 und dem Auslöseelement 147.
  • Vorteilhaft am modularen Druckauslöser 100 ist, dass dieser an elektrischen Schaltern 1000 mit unterschiedlicher Anzahl an Polen 1101; 1102; 1103 einsetzbar und an diese anpassbar ist. Höhere Stückzahlen der einzelnen Elemente wie den Ventilelementen 141; 142; 143 ermöglichen eine kostengünstige Fertigung. Ebenfalls kann ein mechanischer Toleranzausgleich zwischen den Phasen mittels des modularen Druckauslösers 100 vorgenommen werden.
  • Die Abschlusselemente 145; 145', die Verbindungselemente 146, die Ventilelementen 141; 142; 143 und das Auslöseelement 147 können mittels Laserstrahlschweißen, Ultraschallschweißen, Kleben oder andere Fügeverfahren verbunden werden um eine möglichst hohe Gasdichtheit zu gewährleisten.
  • In den Figuren 6A, 6B und 7 ist der elektrische Schalter 1000 dargestellt mit einem erfindungsgemäßen Druckauslöser 100 und einer Schutzbarriere 300. Die Schutzbarriere 300 verhindert den direkten Transport von Partikeln, die in der Trennzone 1201; 1202; 1203 erzeugt werden, zum Druckauslöser 100. Die Schutzbarriere 300 kann aus einem aramidfaser- oder glasfaserverstärktem Material bestehen (z.B. Aramid-Papier).
  • Die Schutzbarriere 300 wird dazu, entsprechend der Darstellung in den Figuren 6A und 6B, auf den Strömungskanal 151; 152; 153 aufgesteckt und verhindert den direkten Transport von Partikeln, die in der Trennzone 1201 erzeugt werden, zum Druckauslöser 100.
  • Der Strömungsverlauf von der Trennzone 1201 zum Druckauslöser 100 ist in Figur 7 dargestellt. Die Schutzbarriere 300 wird seitlich umströmt und durch eine Öffnung in der Schutzbarriere 300 kann das Gas in den Strömungskanal 151; 152; 153 und den Druckauslöser 100 gelangen.
  • In den Figuren 8A, 8B und 9 ist der elektrische Schalter 1000 dargestellt mit einem erfindungsgemäßen Druckauslöser 100 und einer alternativen Schutzbarriere 301. Die alternative Schutzbarriere 301 verhindert den direkten Transport von Partikeln, die in der Trennzone 1201; 1202; 1203 erzeugt werden, zum Druckauslöser 100.
  • Die Schutzbarriere 301 wird dazu, entsprechend der Darstellung in den Figuren 8A und 8B, vom Gehäuse des elektrischen Schalters 1000 gehalten und verhindert den direkten Transport von Partikeln, die in der Trennzone 1201 erzeugt werden, zum Druckauslöser 100.
  • Der Strömungsverlauf von der Trennzone 1201 zum Druckauslöser 100 ist in Figur 9 dargestellt. Die Schutzbarriere 301 wird seitlich umströmt und das Gas gelangt in den Strömungskanal 151; 152; 153 und den Druckauslöser 100.
  • In den Figuren 10A und 10B ist der elektrische Schalter 1000 dargestellt mit einem erfindungsgemäßen Druckauslöser 100 und einer weiteren Schutzbarriere 302. Die weitere Schutzbarriere 302 verhindert den direkten Transport von Partikeln, die in der Trennzone 1201; 1202; 1203 erzeugt werden, zum Druckauslöser 100.
  • Der erfindungsgemäße Druckauslöser 100 ist auf schnelle Auslösung optimiert. Die Konstruktion ist kompakt gebaut, so dass die Wege für den Druck (p) kurz gehalten sind, was eine schnellere Auslösung gewährleisten kann. Der Druckauslöser 100 ist als eine Baugruppe entstanden mit integrierten Rückschlagventilen 161; 162; 163 auf der Schnittstelle zur Polkassette. Ein Stößel oder Betätigungsglied 110 kann den Schaltmechanismus zur Auslösung bringen.
  • Der beim Kurzschluss entstehende Überdruck in den Polschalen wird in mechanische Kraft verändert, die den Schaltmechanismus des elektrischen Schalters 1000 auslöst.

Claims (15)

  1. Druckauslöser (100) für einen elektrischen Schalter (1000) mit einem Betätigungsglied (110) und mit mindestens einem Strömungskanal (151; 152; 153) pro elektrischem Pol (1101; 1102; 1103),
    wobei der mindestens eine Pol (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) zumindest zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfasst,
    wobei die Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) des mindestens einen Pols (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) trennbar mittels des Betätigungsglieds (110) sind, das auf einen Druck (p) ansprechbar ist, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone (1201; 1202; 1203) der jeweils zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) erzeugt wird, und
    wobei die Trennzone (1201; 1202; 1203) mittels des Strömungskanals (151; 152; 153) mit dem Betätigungsglied (110) verbindbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der mindestens eine Strömungskanal (151; 152; 153) ein Rückschlagventil (161; 162; 163) umfasst, welches eine Strömung nur von der Trennzone (1201; 1202; 1203) in Richtung des Betätigungsglieds (110) erlaubt.
  2. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Rückschlagventile (161; 162; 163) eines mehrpoligen elektrischen Schalters (1000) eine Strömung von einer Trennzone (1201; 1202; 1203) zu einer anderen Trennzone (1201; 1202; 1203) der Pole (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) verhindern.
  3. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 2, wobei der Druckauslöser (100) eine gemeinsame Sammelkammer (170) umfasst, die zwischen den jeweiligen Rückschlagventilen (161; 162; 163) und dem Betätigungsglied (110) angeordnet ist, wobei die gemeinsame Sammelkammer (170) strömungstechnisch am Ausgang der jeweiligen Rückschlagventile (161; 162; 163) angeordnet ist.
  4. Druckauslöser (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Rückschlagventil (161; 162; 163) eine Zunge (181; 182; 183) umfasst, die im Ruhezustand den Strömungskanal (151; 152; 153) abdeckt und bei Druck (p) in der zugeordneten Trennzone (1201; 1202; 1203) den Strömungskanal (151; 152; 153) freigibt.
  5. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Zunge (181; 182; 183) aus Aramid gefertigt ist.
  6. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Ansprechverhalten des Rückschlagventils (161; 162; 163) durch die Materialdicke der Zunge (181; 182; 183) oder durch die Steifigkeit des Materials eingestellt wird.
  7. Druckauslöser (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 4, 5 oder 6, wobei der Druckauslöser (100) ein Gehäuse (190) aus einem ersten Gehäuseteil (191) und einem zweiten Gehäuseteil (192) umfasst, bei dem die Zunge (181; 182; 183) gehalten wird zwischen dem ersten Gehäuseteile (191) und dem zweiten Gehäuseteil (192).
  8. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 7, bei dem das Ansprechverhalten des Rückschlagventils (161; 162; 163) durch den Winkel (α) und/oder den Biegeradius der Haltezone der Zunge (181; 182; 183) von erstem Gehäuseteil (191) und zweitem Gehäuseteil (192) eingestellt wird.
  9. Druckauslöser (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Betätigungsglied (110) als Stößel ausgebildet ist.
  10. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 9, wobei der Stößel von einer Feder in einer Ruheposition gehalten wird und bei Druck (p) gegen die Federkraft dieser Feder betätigt wird.
  11. Druckauslöser (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Druckauslöser (100) modular aufgebaut ist aus mindestens zwei Ventilelementen (141; 142; 143) mit jeweils einem Rückschlagventil (161; 162; 163) und jeweils einem Strömungskanal (151; 152; 153) sowie einem Auslöseelement (147) mit dem Betätigungsglied (110), wobei die mindestens zwei Ventilelemente (141; 142; 143) und das Auslöseelement (147) zusammensteckbar ausgebildet sind.
  12. Druckauslöser (100) gemäß Anspruch 11, wobei der Druckauslöser (100) Abschlusselemente (145; 145') und Verbindungselemente (146) umfasst, die die mindestens zwei Ventilelemente (141; 142; 143) und/oder das Auslöseelement (147) miteinander verbinden oder abschließen.
  13. Elektrischen Schalter (1000) mit mehreren Polen (1101; 1102; 1103) und einem Druckauslöser (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die mehreren Pole (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) jeweils zumindest zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) zum Schließen oder Trennen einer Strombahn umfassen,
    wobei die Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) der mehreren Pole (1101; 1102; 1103) des elektrischen Schalters (1000) getrennt werden mittels des Betätigungsglieds (110), das auf einen Druck (p) anspricht, der durch einen bei elektrodynamischem Rückstoß der Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) gezogenen Lichtbogen (LB) in einer Trennzone (1201; 1202; 1203) der jeweils zwei Schaltkontakte (1211, 1221; 1212, 1222; 1213, 1223) erzeugt wird, und
    wobei die Trennzonen (1201; 1202; 1203) mittels der Strömungskanäle (151; 152; 153) mit dem Betätigungsglied (110) verbunden sind.
  14. Elektrischen Schalter (1000) gemäß Anspruch 13, wobei der elektrische Schalter (1000) ein, zwei oder drei elektrische Pole (1101; 1102; 1103) umfasst und der Druckauslöser (100) drei oder vier Strömungskanäle (151; 152; 153).
  15. Elektrischen Schalter (1000) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei der elektrische Schalter (1000) weiter eine Schutzbarriere (300; 301; 302) umfasst, die einen direkten Transport von Partikeln von der Trennzone (1201; 1202; 1203) zum Druckauslöser (100) verhindert.
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