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Die Erfindung betrifft ein Schaltsystem, insbesondere für ein Relais oder Schütz, mit einer zwischen zwei Kontaktstellen um eine Rotationsachse drehbeweglich angeordneten Kontaktbrücke. Ein derartiges Schaltsystem ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 049 442 A1 bekannt.
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Das Schaltsystem ist insbesondere für hohe Gleichspannungen, vorzugsweise für ein HV(DC)-Relais (high voltage direkt current) oder für ein Schütz, vorgesehen.
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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 hierbei. Der verbleibende Lichtbogen wird mittels einer weiteren Blaseinrichtung in eine Löschkammer getrieben und dort zum Erlöschen gebracht.
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Die
DE 10 2006 035 844 B4 beschreibt den Aufbau eines magnetischen Elements zum Treiben eines bei geöffneten Kontakstellen entstehenden Lichtbogens in eine Löschkammer. Aus der
DE 100 61 394 B4 ist ein Drehschalter mit einer Kontaktbrücke mit Kontaktstellen bekannt, denen Löschkammern zugeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schaltsystem mit einer zwischen zwei Kontaktstellen beweglicher Kontaktbrücke anzugeben. Das Schaltsystem soll, vorzugsweise in Verbindung mit einem Schalter in Form eines Relais oder Schützes, für hohe Gleichspannungen von z. B. mindestens 450 V und zum Tragen und Trennen eines Dauerstroms von z. B. mindestens 250 A geeignet sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Schaltsystem weist zwei Kontaktstellen und eine dazwischen angeordnete, bewegliche Kontaktbrücke auf. Die Kontaktstellen sind somit elektrisch in Reihe geschaltet und werden von jeweils einem Festkontakt und einem Bewegkontakt gebildet, die zur Stromführung dienen, wobei der jeweilige Bewegkontakt mit der Kontaktbrücke fest verbunden ist und mit dieser bewegt wird. Vorzugsweise sind die Festkontakte an etwa U-förmig gebogenen Anschlusschienen angeordnet.
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Die Kontaktbrücke ist um eine Rotationsachse drehbar, wobei mittels einer Drehung der Kontaktbrücke um die Rotationsachse das Schaltsystem in entweder einen leitenden oder einen nichtleitenden Zustand versetzt wird. Mit anderen Worten werden die Kontaktstellen in Folge einer Drehbewegung der nachfolgend auch als Drehbrücke bezeichneten Kontaktbrücke geöffnet oder geschlossen. Die Rotationsachse ist vorzugsweise mittig zur Kontaktbrücke angeordnet.
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Beim Öffnen der Kontakte, also bei einem Trennen des Bewegkontakts vom jeweiligen Festkontakt und einer dadurch bedingten Unterbrechung des Stromflusses über das Schaltsystem, kann an den Kontaktstellen ein Lichtbogen entstehen, über den bzw. das dadurch entstehende Plasma ein elektrischer Strom fließt. Aufgrund der Ausgestaltung des Schaltsystems mit einer Drehbrücke ist im Gegensatz zu einer linear bewegten Kontaktbrücke die Stromrichtung im Plasma der beiden entstehenden Teilichtbögen gleich gerichtet.
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Vorzugsweise besteht die Kontaktbrücke aus Kupfer oder einem anderen, elektrischen Strom gut leitenden Material. Die Kontakte der Kontaktstellen und die Anschlusschienen der Festkontakte bestehen geeigneterweise aus dem gleichen Material wie die Kontaktbrücke, vorzugsweise aus Kupfer.
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Zur Vermeidung vor Beschädigungen und zum Erreichen einer sicheren Unterbrechung des Stromflusses, wird der Lichtbogen mittels des Magnetfelds eines magnetischen Elements in eine Löschkammer getrieben. Zweckmäßigerweise ist hierbei das Magnetfeld zumindest teilweise senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des jeweiligen Lichtbogens, mittels dessen eine Lorentzkraft auf den jeweiligen Lichtbogen ausgeübt wird. Beispielsweise ist das Magnetfeld innerhalb des Schalsystems im Wesentlichen konstant. Innerhalb der Löschkammer wird der Lichtbogen zum erlöschen gebracht. Hierfür wird geeigneterweise die elektrische Spannung, die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens benötigt wird, auf einen Wert erhöht, der oberhalb der Spannung ist, die an dem Schaltsystem anliegt.
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Das Schaltsystem ist insbesondere mittels Gleichstrom betrieben, wobei über dessen Drehbrücke ein elektrischer Strom zwischen 2 A und 500 A fließt. Geeigneterweise beträgt der elektrische Strom 250 A, mittels dessen das Schaltsystem dauerhaft betrieben ist. Zweckmäßigerweise beträgt die elektrische Spannung, die an dem Schaltsystem anliegt, zwischen 30 V und 1000 V, beispielsweise zwischen 450 V und 800 V.
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Die Kontaktbrücke ist radial beweglich und/oder drehbeweglich an einem Lagerteil angebunden. Die Anbindung erfolgt indirekt über einen Drehbrückenträger, an dem die Kontaktbrücke gehalten ist. Das Lagerteil ist hierbei um die Rotationsachse drehbar, während der Drehbrückenträger in mindestens einer, vorzugsweise in zwei radialen, langlochartigen Führungskontoren des Lagerteils geführt ist. Besonders bevorzugt sind zwei Lagerteile und zwei Drehbrückenträger vorgesehen, zwischen denen die Kontaktbrücke einliegt bzw. gehalten ist. Eine Drehung des bzw. jedes Lagerteils um die Rotationsachse bewirkt einen Übergang des Schaltsystems vom geschlossenen in den geöffneten und somit vom leitenden in den nichtleitenden Zustand. Daher wird die Unterbrechung des Stromkreises durch eine Drehung des Lagerteils um die Rotationsachse und somit eine Trennung des oder der Festkontakte von dem bzw. den Bewegkontakten gewährleistet. Der oder jeder Drehbrückenträger ist hierbei drehbeweglich an dem Lagerteil angebunden und weist zweckmäßigerweise ein radiales Lagerspiel relativ zu dem jeweiligen Lagerteil auf.
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Die Position des Drehbrückenträgers und somit insbesondere die Position der Kontaktbrücke sind somit relativ zu dem Lagerteil und zu der Rotationsachse veränderlich. Der Drehbrückenträger ist daher in Bezug auf das Lagerteil vorzugsweise schwimmend gelagert, kann also in Bezug zu dem Lagerteil transversal oder tangential verbracht werden. Die Beweglichkeit ist hierbei vergleichsweise gering. Insbesondere ist die Drehbeweglichkeit des Drehbrückenträgers zu dem Lagerteil kleiner als die Drehbeweglichkeit des Lagerteils in Bezug auf die Festkontakte. Auf diese Weise ist es möglich, vergleichsweise große Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Schutzschalters zu beherrschen, wobei dennoch eine sichere Funktionsweise gewährleistet ist. Ferner ist die Einsatzdauer des Schutzschalters erhöht, da Veränderungen der Kontakte aufgrund von Abbrand oder Verschmutzung mittels der schwimmenden Aufhängung ausgeglichen werden können.
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Bevorzugt wird eine dauerhafte Funktion der Kontaktbrücke, die zweckmäßigerweise von den beiden elektrisch isolierenden und thermisch besonders stabilen Drehbrückenträgern aufgenommen ist, in Folge der nur indirekt auf einer starren Achse angeordneten Kontaktbrücke erreicht, indem diese vorzugsweise auf beiden Seiten mit jeweils einem drehbaren Lagerteil gekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt dabei über, vorzugsweise beidseitig jeweils, eine Feder. Die Feder ist bei geschlossenen Kontaktstellen des Schaltsystems – also im eingeschalteten Zustand – gespannt (vorgespannt) und erzeugt somit einen besonders effektiven Kontaktdruck der Bewegkontakte auf die Festkontakte. In Folge dieser federbelasteten schwimmenden Lagerung der Kontaktbrücke ist gewährleistet, dass auch bei unterschiedlichem Kontaktabbrand an den Kontaktstellen der Kontaktdruck stets gleichmäßig auf beide Kontaktstellen und die dortigen Kontakte verteilt wird. Eine zusätzlich realisierte Reserve der Federkraft der oder jeder Feder ist für eine Abbrandkompensation besonders zweckmäßig. Zudem tragen die nachfolgend auch als Kontaktdruckfedern bezeichneten Federn zur Beschleunigung der Kontaktbrücke bei.
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Die radiale Beweglichkeit der Kontaktbrücke gegenüber dem Lagerteil ist dadurch realisiert, dass der jeweilige Drehbrückenträger in mindestens einer, vorzugsweise in zwei radialen Führungskontoren des Lagerteils geführt ist. Am Drehbrückenträger vorgesehene, vorzugsweise daran angeformte, Lagerelemente nehmen die Federenden der jeweiligen Kontaktdruckfeder auf. Diese Lagerelemente liegen bzw. greifen in Aussparungen des Lagerteils ein. Die Aussparungen sind kreisbogenförmig und übernehmen praktisch keine Führungsfunktion für den Drehbrückenträger, um eine Überbestimmtheit und damit ein Klemmen des beweglichen Drehbrückenträgers gegenüber dem Lagerteil zu vermeiden.
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In geeigneter Ausgestaltung ist die jeweilige Feder zwischen zwei Stützelementen des Lagerteils positioniert. Die zweckmäßigerweise zylindrischen Stützelemente sind im Bereich der Drehachse des Lagerteils und somit diesbezüglich zentral hintereinander zwischen den Führungskonturen und ggf. zwischen den Aussparungen des Lagerteils angeordnet. Die jeweilige Feder, die zwischen den beiden vorzugsweise an das jeweilige Lagerteil angeformten Stützelementen einliegt, ist in diesem Bereich etwa z-förmig gebogen.
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In einer geeigneten Ausführungsform weist die Löschkammer eine Anzahl von radial verlaufenden Löschblechen auf. Mit anderen Worten sind die Löschbleche fächerartig angeordnet, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Löschblechen mit zunehmender Entfernung zu der Rotationsachse vergrößert ist. Geeigneterweise sind zwei Gruppen dieser fächerartig angeordneten Löschbleche gebildet, wobei zwischen diesen Löschblechgruppen auf gegenüberliegenden Seiten löschblechfrei Bereiche gebildet sind. In diesen Bereichen ist vorzugsweise jeweils eine U-förmige Anschlussschiene angeordnet und zweckmäßigerweise radial verlaufend eingepasst. Die jeweilige Anschlussschiene trägt jeweils einen der Festkontakte, die zusammen mit den von der Kontaktbrücke getragenen Bewegkontakten die beiden Kontaktstellen bilden.
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Die Spannung, die zur Aufrechterhaltung eines zwischen den Löschblechen gebildeten Lichtbogens benötigt ist, steigt mit zunehmender Entfernung des Lichtbogens von der Rotationsachse an. Der bei einer Betriebsspannung entstehende und in die Löschkammer getriebene Lichtbogen bricht daher zusammen, wenn der Lichtbogen weit genug in die Löschkammer hinein und von der Rotationsachse weg bewegt ist. Das Bewegen erfolgt zweckmäßigerweise ebenfalls mittels des magnetischen Elements. Auf diese Weise wird der Lichtbogen zum Erlöschen gebracht.
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Besonderes bevorzugt ist das Schaltsystem im Wesentlichen punkt- und/oder rotationssymmetrische zur Rotationsachse aufgebaut. Insbesondere umfasst der Schutzschalter zwei Löschkammern. Aufgrund dieses Aufbaus ist das Schaltsystem in beide Stromrichtungen sicher betreibbar, wobei jeweils eine der Löschkammern den Lichtbogen löscht, der während des Betriebs in eine der Stromrichtungen beim Öffnen der Kontaktstellen entsteht. Insbesondere muss während des Einbaus des Schaltsystems bei Gleichstrombetrieb eine Orientierung des Schutzschalters nicht beachtet werden.
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Zweckmäßigerweise weist das magnetische Element zwei Eisenbleche auf, die die Kontaktbrücke im Wesentlichen überdecken und derart angeordnet sind, dass die Rotationsachse senkrecht zu diesen ist. Hierbei befindet sich die Kontaktbrücke insbesondere zwischen den beiden Blechen. Die Kontaktbrücke ist somit drehbar angeordnet, ohne dass eines der Bleche diese Beweglichkeit einschränkt.
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Mit zumindest einem der Bleche und insbesondere beiden Blechen ist mindestens ein Permanentmagnet in magnetischem Kontakt. Dabei ist zweckmäßigerweise der jeweilige Permanentmagnet entweder direkt in mechanischem Kontakt mit den Blechen oder indirekt über ein weiteres ferromagnetisches Element, wie zum Beispiel einen Eisenstab. Der Permanentmagnet magnetisiert die Bleche derart, dass zwischen diesen ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld gebildet ist. Dieses Magnetfeld durchsetzt die Kontaktbrücke und treibt die bei einer Öffnung der Kontaktstellen entstehenden Lichtbögen in die Löschkammer. Insbesondere ist das magnetische Element nicht rotationssymmetrisch, sondern exzentrisch zu der Rotationsachse an einer bestimmten Position angeordnet.
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Insbesondere ist das Magnetfeld, das mittels des magnetischen Elements erzeugt wird, parallel zu der Rotationsachse der Kontaktbrücke. Auf diese Weise wird der beim Öffnen der Kontaktstellen entstehende Lichtbogen in radialer Richtung getrieben. Etwaige Komponenten des Schutzschalters, die sich entlang der Rotationsachse an die Kontaktstellen anschließen, werden geschont und nicht von dem Lichtbogen beschädigt. Insbesondere werden das Lagerteil und/oder die Eisenbleche des magnetischen Elements nicht von dem Lichtbogen erfasst.
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Die Art der Anbindung der Kontaktbrücke des Schaltsystems an dem Lagerteil kann auch unabhängig von dem magnetischen Element und der Löschkammer erfolgen. Vielmehr wird diese als eigenständige Erfindung betrachtet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer Explosionszeichnung ein erfindungsgemäßes Schaltsystem mit einer drehbeweglichen Kontaktbrücke (Drehbrücke) und mit zwei Löschkammern,
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2 die Drehbrücke in einer Explosionszeichnung,
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3a u. 3b in einer Draufsicht das Schaltsystem bei geschlossenen bzw. geöffneten Kontakten,
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4 perspektivisch ein magnetisches Element des Schaltsystems, und
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5 perspektivisch das Schaltsystem gemäß 1 in zusammengebautem Zustand.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 und 5 ist das insbesondere für Gleichstrom und bevorzugt in Verbindung mit einem HV-Relais vorgesehene Schaltsystem 1 in einer Explosionszeichnung bzw. in zusammengebautem Zustand dargestellt. Mittels des Schaltsystems 1 wird ein nicht weiter gezeigter Stromkreis abgesichert, wobei zwei Anschlüsse 2a, 3a des Schaltsystems 1 mit weiteren Elementen des Stromkreises, wie elektrischen Kabeln oder dergleichen, elektrisch leitend verbunden werden. Der Stromkreis kann einen dauerhaften elektrischen Strom von 250 A oder z. B. auch einen Strom von 600 A für 50 ms führen. Die elektrische Spannung, die an den Anschlüssen 2a, 3a anliegt, beträgt im Normalbetrieb zwischen 450 V und 800 V.
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Die Anschlüsse 2a, 3a sind von Schienenschenkeln von etwa U-förmig gebogenen Anschlussschienen 2, 3 gebildet, die jeweils im Bereich der Abkröpfung oder Biegung einen Festkontakt 4a aufweisen. Im Kontaktfall steht mit jedem Festkontakt 4a jeweils ein Bewegkontakt 4b in mechanischem und elektrischem Kontakt, welche zusammen jeweils eine Kontaktstelle 4a, 4b bilden. Der jeweils weitere, vergleichsweise kurze Schienenschenkel 2b, 3b der Anschlussschienen 2 bzw. 3 verläuft ebenso wie die vergleichsweise langen Anschluss- ober Schienenschenkel 2a, 3a etwa radial.
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Die Bewegkontakte 4b werden von einer Kontaktbrücke 5 aus Kupfer getragen, die um eine Rotationsachse 6 drehbar ist. Hierfür ist die Kontaktbrücke 5 beidseitig in jeweils einen Drehbrückenträger 7 eingesetzt. Jeder Drehbrückenträger 7, der aus einem elektrisch isolierenden und thermisch vergleichsweise stabilen Material gefertigt ist, ist an einem Lagerteil 8 angebunden. Somit nehmen die Drehbrückenträger 7 die Kontaktbrücke 5 und die Lagerteile 8 die Drehbrückenträger 7 zwischen sich auf.
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Jedes Lagerteil 8 weist im Wesentlichen mittig, dem Drehbrückenträger 7 abgewandt einen Lagerzapfen 9a auf, der in eine korrespondierende Lagerausnehmung 9b innerhalb eines nachfolgend als Gehäuseteil bezeichneten Gehäusedeckels oder einer Gehäusehalbschale 10 eingreift. Die Lagerzapfen 9a und die Lagerausnehmung 9b bilden zusammen jeweils eine Lagerstelle, mit Hilfe derer die Kontaktbrücke 5 um die Rotationsachse 6 verschwenkt werden kann. Exzentrisch zu dem jeweiligen Lager 9a, 9b ist an jedem Lagerteil 8 in dessen jeweiligen Randbereich eine Nocke 11 angebracht, die in eine Kopplungsstange 12 eingreift. Jede Kopplungsstange 12 ist innerhalb einer dem Lagerteil 8 abgewandten Führungskontur oder -nut 13 des jeweiligen Gehäuseteils 10 geführt, so dass eine transversale Bewegung der Kopplungsstange 12 in einer Drehung des Lagerteils 8 um die Rotationsachse 6 resultiert. Jeder Gehäusedeckel 10 weist ferner eine Aussparung 14 auf, die an die jeweilige Führungsnut 13 angrenzt. In der jeweiligen Aussparung 14 liegt ein Eisenblech 15a eines magnetischen Elements 15 (4) ein. Die Größe der Eisenbleche 15a bzw. deren Abmessungen sind hierbei derart, dass die Kontaktbrücke 5 von den Eisenblechen 15a überdeckt ist. Mit anderen Worten ist jede Projektion der Kontaktbrücke 5 entlang der Rotationsachse 6 auf jede Ebene, innerhalb derer eines der Eisenbleche 15a liegt, von dem jeweiligen Eisenblech 15a abgedeckt.
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Radial zur Rotationsachse 6 sind um die Kontaktbrücke 5 zwei halbkreisförmige Löschkammern 16 angeordnet. Zwischen den beiden Löschkammern 16 sind zwei Bereiche 17 ohne Löschbleche (löschblechfreie Bereiche), in denen die Anschlussschienen 2, 3 angeordnet sind. Jede Löschkammer 16 weist eine Mehrzahl von radial verlaufenden und sich parallel zur Rotationsachse 6 erstreckenden Löschblechen 18 auf. Die Löschbleche 18 sind somit aufgefächert und der Abstand zwischen zwei benachbarten Löschblechen 17 nimmt mit zunehmender Entfernung zu der Rotationsachse 6 zu. Die Löschbleche 18 bzw. die Löschkammern 16 und die geformten Anschlussschienen 2, 3 umgeben die Kontaktbrücke 5 in radialer Richtung vollständig, wobei die Kontaktbrücke 5 mittels des Lagerteils 8 entlang der Löschkammer 16 bewegbar ist.
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Im zusammengesetzten Zustand ist das Schaltsystem 1 im Wesentlichen zylinderförmig, wobei die Eisenbleche 15a und Teile der Gehäusedeckel 10 die jeweiligen Grundflächen bilden. Die Mantelflächen umfassen die Löschkammern 16 sowie ebenfalls Teile der Gehäusedeckel 10. Mit Ausnahme sowohl des magnetischen Elements 15 als auch der Koppelstange 12 sowie der der Koppelstange 12 zugeordneten Nocken 11 ist das Schaltsystem 1 im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse 6 und punktsymmetrisch zu einem auf der Rotationsachse 6 liegenden Punkt aufgebaut.
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In 2 sind in einer Explosionsdarstellung die Kontaktbrücke 5, einer der Drehbrückenträger 7 und eines der Lagerteile 8 gezeigt. Die rotationssymmetrische Kontaktbrücke 5 umfasst vier Steckfasen oder -federn 19, von denen jeweils zwei in zwei Aufnahmeöffnungen bzw. -nuten 20 des Drehbrückenträgers 7 eingesteckt und dort form- und/oder kraftschlüssig einsitzen. Der Drehbrückenträger 7 weist an der der Kontaktbrücke 5 abgewandten Unterseite zwei Führungsstifte 21 und zwei Lagerelemente 22 auf, von denen jeweils eine sichtbar ist. Jeder Führungsstift 21 sitzt im zusammengesetzten Zustand in einer radial verlaufenden, langlochartigen Führungskontur 23 des Lagerteils 8 ein. Aufgrund der Ausformung der Führungskontur 23 kann im montierten Zustand der Drehbrückenträger 7 entlang eines radialen Lagerspiels relativ zu dem Lagerteil 8 verschoben werden. Der Drehbrückenträger 7 und somit die von diesem getragene Kontaktbrücke 5 ist daher schwimmend gelagert.
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Jedes Lagerelement 22 liegt in einer tangential verlaufenden, gebogenen oder gekrümmten Ausnehmung 24 des Lagerteils 8 ein. Mittels der Ausgestaltung der Aussparung 24 und aufgrund eines zumindest geringen Spiels der drehbrückenseitigen Führungsstifte 21 in den lagerteilseitigen Führungskonturen 23 ist der Drehbrückenträger 14 in Bezug zum Lagerteil 8 um die Rotationsachse 6 um einen Winkel von maximal 5° drehbeweglich.
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Das Lagerelement 22 ist, insbesondere mittig, geschlitzt. In den entsprechenden Schlitzen oder Kerben 25 liegen die Federenden einer Feder 26 ein, die blattfederartig ausgestaltet und als eine Dreh- und Kontaktdruckfeder wirksam ist. Die Feder 26 ist um zwei erhabene, zylinderförmige und im Bereich der Rotationsachse 8 angeordnete Stützelemente 27 des Lagerteils 8 gebogen. Die Feder 26 ist im geschlossenen Zustand der Kontaktstellen 4a, 4b vorgespannt und erzeugt somit einen gewünschten oder erforderlichen Kontaktdruck der Kontaktbrücke 5 auf die Anschlussschienen 2, 3. In Verbindung mit der schwimmenden Lagerung der Kontaktbrücke 5 gewährleistet die Feder 26 im Einschaltzustand des Schaltsystems 1, dass auch bei unterschiedlichem Kontaktabbrand der Kontakte 4a, 4b der Kontaktdruck stets gleichmäßig auf die Kontaktstellen 4a, 4b verteilt wird. Bei einer Bewegung des Drehbrückenträgers 7 relativ zu dem Lagerteil 8 wird die Feder 26 gebogen und mithin eine Federkraft erzeugt, die den Drehbrückenträger 7 in dessen ursprüngliche Position und somit die Kontaktbrücke 5 in den Schließzustand treibt.
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Aufgrund der schwimmenden Lagerung des Drehbrückenträgers 7 bzw. der Kontaktbrücke 5 in Bezug auf das Lagerteil 8 ist es ermöglicht, bei der Herstellung des Schaltsystems 1 vergleichsweise hohe Fertigungstoleranzen zuzulassen. Bei einer Rotation des Lagerteils 8 um die Rotationsachse 6 aus der Kontaktstellung heraus, wird mittels der Feder 26 der Kontakt zwischen den Kontakten 4a, 4b solange aufrechterhalten, bis die Führungsstifte 21 an der Führungskontur 23 des Lagerteils 8 anliegen oder die Feder 26 entspannt ist. Mittels einer Drehung des Lagerteils 8 über diesen Zustand hinaus werde die Kontaktstellen 4a, 4b geöffnet.
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In 4 ist das zusammengesetzte magnetische Element 15 perspektivisch dargestellt. Zwischen den beiden zueinander parallelen Eisenplatten 15a sind exzentrisch ein Eisenstab 15b und hierzu koaxial zwei Permanentmagnete 15c angeordnet. Diese sind parallel zu der Rotationsachse 8 und verbinden die beiden Eisenplatten 15a magnetisch miteinander. Die Permanentmagnete 15c magnetisieren hierbei sowohl den Eisenstab 15b als auch die Eisenplatten 15a, die somit aneinander haften. Zur Montage des magnetischen Elements 15 ist daher kein weiteres Klebe- oder Montagemittel erforderlich. Zur Erhöhung der Stabilität können diese jedoch auch verklebt oder verschraubt werden. Die beiden Permanentmagnete 15c sind derart magnetisiert und zueinander angeordnet, dass sich zwischen den beiden Eisenplatten 15a ein im Wesentlichen homogenes Magnetfeld 28 ausbildet, dessen Richtung parallel zu der Rotationsachse 8 ist.
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Die 3a und 3b zeigen das Schaltsystem 1 im geschlossenen bzw. geöffneten Zustand. Im Kontaktzustand fließt über die Anschlussschienen 2 und 3, die Kontaktstellen 4a, 4b und die Kontaktbrücke 5 ein elektrischer Strom. Die Festkontakte 4a sind mit den jeweiligen Bewegkontakten 4b in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt (3a). Bei einer Fehlfunktion innerhalb des Stromkreises werden das Lagerteil 8 mittels der Kopplungsstangen 12 und auch die Kontaktbrücke 5 um die Rotationsachse 6 gedreht sowie demzufolge die Bewegkontakte 4b von den zugehörigen Festkontakten 4a mechanisch getrennt werden. Zwischen diesen werden aufgrund der Größe des elektrischen Stroms und der Höhe der elektrischen Spannung jeweils ein erster Lichtbogen und ein zweiter Lichtbogen gebildet. Der Strom fließt hierbei aufgrund der Lichtbögen weiterhin über das Schaltsystem 1.
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Das von dem magnetischen Element 15 erzeugte Magnetfeld 28 bewirkt auf die Lichtbögen eine Lorentzkraft, so dass diese senkrecht zu deren Ausbreitungsrichtung und senkrecht zu dem Magnetfeld 28 abgelenkt werden. Somit werden die Lichtbögen vergleichsweise kurzzeitig von den Kontaktstellen 4a, 4b wegbewegt, was deren Kontakte vor einer übermäßigen Belastung und Beschädigung schütz. Aufgrund der Gleichgerichtetheit der Lichtbögen werden diese mittels des Magnetfelds 28 in die gleiche Richtung und zur gleichen Löschkammer 16 hin bewegt. Aufgrund sowohl der fortgesetzten Drehung der Kontaktbrücke 5 um die Rotationsachse 6 als auch der zunehmenden Entfernung des jeweiligen Lichtbogens zu der Rotationsachse 6 wird die Länge des ersten Lichtbogens vergrößert. Der andere Lichtbogen wird hingegen auf die Rotationsachse 6 zu bewegt, weshalb sich dessen Länge vergleichsweise wenig ändert. Mit zunehmender Länge jedes der Lichtbögen steigt die elektrische Spannung, die zum Aufrechterhalten der Lichtbögen benötigt ist. Überschreitet diese bereits die an dem Schaltsystem 1 anliegende elektrische Spannung, so erlöschen die Lichtbogen. Der Stromfluss über das Schaltsystem 1 ist somit unterbrochen.
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Der jeweilige Lichtbogen wird mittels des Magnetfelds 28 in das entsprechende Blechpaket der Löschkammer 16 getrieben. Dort wird der Lichtbogen in eine Anzahl von Teillichtbögen zwischen den einzelnen Löschblechen 18 aufgespalten. Die elektrische Spannung, die zum Aufrechterhalten des Stromflusses durch das Schaltsystem 1 benötigt ist, wird somit ein weiteres Mal erhöht. Mittels des Magnetfeldes 28 ist der zweite Lichtbogen von der dem ersten Lichtbogen abgewandten Seite der Kontaktbrücke 5 zu derjenigen Seite des Schaltsystems 1 bewegt, auf der die Löschkammer 16, innerhalb derer der erste Lichtbogen ist, angeordnet ist. Der zweite Lichtbogen wird mittels des Magnetfelds 28 radial nach außen auf diese Löschkammer 16 zu beschleunigt. Aufgrund der Drehung kann die Länge des zweiten Lichtbogens verkürzt werden oder konstant bleiben. Die Bewegung in radialer Richtung bewirkt eine Vergrößerung von dessen Länge. Diese beiden Effekte führen dazu, dass die Länge des zweiten Lichtbogens im Wesentlichen konstant bleibt, wobei bei Überschreiten der Höhe der Achse 6 der zweite Lichtbogen deutlich aufgeweitet wird.
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Wenn die Kontaktbrücke 5 nicht weiter gedreht werden kann, wird der zweite Lichtbogen aufgrund der Drehung nicht weiter verkürzt. Vielmehr wird dessen Länge mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse 6 erhöht. In der jeweiligen Löschkammer 16 wird der zweite Lichtbogen ebenfalls in eine Anzahl von Teillichtbögen zwischen den einzelnen Löschblechen 18 aufgespalten. Dies sowie die Bewegung der Teillichtbögen radial nach außen mittels des Magnetfelds 28 und somit eine Vergrößerung der Länge eines jeden Teillichtbogens führen zum Erlöschen der einzelnen Teillichtbögen. Der Stromfluss über das Schaltsystem 1 ist somit unterbrochen und Komponenten des Stromkreises werden vor einer Überbelastung geschützt.