電子機械的開關設備的製作方法
2023-10-04 08:03:34
電子機械的開關設備的製作方法
【專利摘要】根據本發明的電子機械的開關設備具有一用於中斷電氣線路的開關觸點，以及一用於熄滅在通了電的開關觸點斷開時產生的電弧的電弧熄滅裝置。該電弧熄滅裝置具有第一永磁鐵和第二永磁鐵，它們在所述開關觸點的兩側相互對置地布置並且相互反向地磁化，方式為，它們相互推開。通過第一永磁鐵和第二永磁鐵產生一磁場，該磁場與在通了電的開關觸點斷開時產生的電弧的磁場重疊。由此產生的磁場將一電磁力施加到電弧上，該電磁力的力矢量取決於電流的極性。該力矢量與電弧的極性無關地始終具有一方向分量，該方向分量將電弧從開關觸點上擠開。所述電弧熄滅裝置以及設計有所述電弧熄滅裝置的開關設備不僅能用於直流電而且也能用於交流電。
【專利說明】電子機械的開關設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子機械的開關設備，其具有一用於中斷電氣線路的開關觸點，以及一用於熄滅在通了電的開關觸點斷開時產生的電弧的電弧熄滅裝置。開關設備的概念在此不僅理解為保護開關設備、例如功率開關、線路保護開關或故障電流開關，也理解為不具有自身的保護功能的開關設備、例如負荷開關、隔離開關或負荷隔離開關。
【背景技術】
[0002]從現有技術中已知了不同類型的保護開關設備:功率開關特別設計用於高的電流。線路保護開關(所謂的LS開關)是一種在電氣安裝中使用的過電流保護裝置並且特別是在低壓網絡的領域中使用。功率開關和線路保護開關確保了在短路時的可靠的切斷並且防止消耗器以及電系統過載，例如防止電線路通過由過高的電流引起的過強的加熱而受損。它們構造用於，在短路的情況下或在出現過載的情況下自動切斷需監控的電路且因此與其餘的線路網絡分開。功率開關和線路保護開關因此特別用作開關和安全元件，用於監控和保護在電的能量供給網絡中的電路。
[0003]藉助於故障電流保護開關也能夠實現人身、財產或防火的保護。因此，涉及如下開關設備，其在電的設備和系統中出現故障的情況下將該設備和系統在最短的時間內切斷，並且當電流「在錯誤的路徑上」、例如穿過人員身體朝大地流動時，將所述設備和系統與其餘的電網分開。為此，故障電流保護開關將朝電消耗器流動的電流的電流強度與從所述消耗器回流的電流的強度進行比較。相應的故障電流保護開關例如從出版物EP O 957 558A2中已知。
[0004]此外，從現有技術中還已知了不具有自身的保護功能的開關設備。落入其下的例如是所謂的負荷開關、隔離開關或負荷隔離開關。負荷隔離開關理解為如下的開關設備，其在其功能性方面不僅滿足對於負荷開關的要求，即在電負荷下的開關，而且也滿足對於隔離開關所提出的要求，即近似無功率地隔離電系統部件。負荷隔離開關適合於切斷大的電流，當然其切換能力通常小於功率開關的切換能力。在低壓網絡中，負荷隔離開關例如用於中斷主分配區域中的主電路，其中，切換功率通常位於40和63kA的範圍中。根據DIN EN60947-3，不僅將負荷隔離開關、而且將負荷開關和隔離開關根據它們各自的功率能力分類到所謂的消耗類別中，在所述消耗類別中，根據應用情況的不同，定義了不同的要求。
[0005]一般來說，開關設備大多經由兩個接線端子與需監控的電路的電氣線路導電連接，用以在需要時中斷各線路中的電流。為此，所述開關設備具有一開關觸點，所述開關觸點具有一固定的接觸元件、所謂的固定觸點，以及一相對於所述固定觸點可動的接觸元件、所謂的運動觸點。為了導通一電流，所述運動觸點接觸所述固定觸點。為了隔開所述電流，將所述運動觸點從所述固定觸點上移開。所述運動觸點在此情況下例如可經由所述開關設備的開關機構進行操作，從而能夠將所述開關觸點斷開以及閉合。在保護開關設備的情況下，可以以這種方式在出現預定義的狀態、例如短路或過載的情況下，斷開所述開關觸點，用以將監控的電路與電氣線路網絡分開。這種開關設備在低壓技術的領域中也作為串聯安裝設備(Reiheneinbaugerjite)已知。
[0006]通過斷開所述開關觸點來中斷所述電流，在此情況下，至少短時間地導致了在固定的接觸元件和運動的接觸元件之間的電壓擊穿，因為在所述接觸元件的分開過程期間用於絕緣的距離還不夠。如果在所述兩個開關觸點之間具有氣體，則其在所述接觸元件之間的相應高的電壓差的情況下通過所述擊穿被離子化，其中，由於氣體放電而構造出一電弧。為了熄滅所述電弧，傳統的開關設備具有一電弧熄滅裝置，例如所謂的熄滅室，其具有大量的並排布置的並且相互間隔的滅弧板。替選地，所述電弧熄滅裝置也可以僅由多個、相互平行取向的滅弧板或冷卻板構成。如果所述電弧被朝向所述電弧熄滅裝置被驅動，則其在遇到所述滅弧板時被劃分成多個分電弧，所述分電弧隨後串聯地在單個的滅弧板之間燃燒。所述多個、電地順序串聯的分電弧總體地導致了更高的弧電壓，這又導致了所述電弧的更快的熄滅。
[0007]為了將一洛倫茲力施加到所述電弧上並且將所述電弧儘可能快速地熄滅，在用於直流(DC-)應用的開關設備的情況下常常使用附加的永磁鐵。通過永磁鐵的使用，能夠實現比較高的磁場強度，但由永磁鐵產生的磁場在其方向方面在時間上是恆定的，因此在安裝永磁鐵時要注意朝向各電流方向的正確的磁極，以便獲得沿著所希望的方向的電弧。在交流(AC-)應用的情況下，由於所述電弧電流的持續交替的極性，因此在開關設備中通常不適用永磁鐵來影響電弧。
[0008]設置用於交流電網的開關設備因此常常具有所謂的吹弧迴路(Blasschleife)，用以將電弧儘可能快速地從開關觸點上移走。吹弧迴路是一種電線圈，其布置在開關觸點的區域中並且在通過斷開所述開關觸點而出現的電弧的情況下被額外地通電。替選於此，所述吹弧迴路也可以被持久地通電。由通了電的吹弧迴路所引起的電磁場在此情況下以如下方式取向，使得一洛倫茲力施加到所述電弧上，該洛倫茲力將電弧從所述開關觸點遠離並朝向所述電弧熄滅裝置擠壓。相應的開關設備從出版物DE 2 841 004 BI或從出版物DE 3333 792 Al中已知。但吹弧迴路的缺點在於，在很小的電流的情況下僅產生小的電磁場，從而由此引起的施加到電弧上的電磁力是比較小的。因此其只有在大的電流的情況下才能發揮其完全的效應，例如在短路的情況中。
【發明內容】
[0009]因此本發明的任務在於，提供一種具有一電弧熄滅裝置的電子機械的開關設備，其特徵在於快速地以及可靠地熄滅在通了電的開關觸點斷開時出現的電弧，並且在於可能的使用情況方面的高的可變性。
[0010]該任務通過根據獨立權利要求1的根據本發明的電子機械的開關設備解決。有利的設計方案是從屬權利要求的主題。
[0011]根據本發明的電子機械的開關設備具有一用於中斷電氣線路的開關觸點，以及一用於熄滅在通了電的開關觸點斷開時產生的電弧的電弧熄滅裝置。所述電弧熄滅裝置在此情況下具有第一永磁鐵和第二永磁鐵，它們在所述開關觸點的兩側相互對置地布置並且相互反向地被磁化，方式為，它們相互推開。
[0012]開關設備的概念在此不僅理解為保護開關設備，而且理解為不具有自身的保護功能的開關設備。作為保護開關設備例如考慮功率開關、線路保護開關或故障電流保護開關。落入所述不具有自身的保護功能的開關設備中的例如有負荷開關、隔離開關或負荷隔離開關。利用「開關觸點」的概念表示一種可機械操作的、電接觸元件對，其具有一固定觸點以及一相對於所述固定觸點可動的運動觸點。固定觸點和運動觸點在所述殼體中布置在所謂的開關室的區域中。通過機械地操作所述運動觸點，可以將閉合的開關觸點斷開，由此中斷經過所述開關觸點的電流。
[0013]所述第一永磁鐵和所述第二永磁鐵在所述開關觸點的兩側，也就是說，在所述開關室的左邊和右邊相互對置地布置。它們在此情況下反向地相互磁化，方式為，所述第一永磁鐵的磁場矢量和所述第二永磁鐵的磁場矢量相互反向地取向。例如所述第一永磁鐵的磁性南極和所述第二永磁鐵的磁性南極分別朝向所述開關室指向；取而代之，也可以是所述第一永磁鐵的磁性北極和所述第二永磁鐵的磁性北極分別朝向所述開關室指向。在兩種情況下，所述兩個永磁鐵相互推開。
[0014]通過所述第一永磁鐵和所述第二永磁鐵產生一磁場，該磁場與在通了電的開關觸點斷開時出現的電弧的磁場重疊。由此產生的磁場又將一電磁力、所謂的洛倫茲力施加到所述電弧上。所述洛倫茲力在此情況下表示一種力，其由一磁場施加到一運動的電荷、這裡所述電弧上。所述洛倫茲力的力矢量在此情況下主要取決於所述電流的極性，也就是說，取決於經過所述電弧的電流方向。但與所述電流的極性無關，且因此與經過所述開關觸點流動的是任一方向的直流電還是交流電無關，所述力矢量由於重疊地產生的磁場而始終具有一方向分量，該方向分量將所述電弧從所述開關觸點擠開。這導致了所述電弧的加長，其又導致了更高的弧電壓。如果所述弧電壓過大，則所述電弧熄滅且消失。
[0015]以這種方式實現了在通了電的開關觸點斷開時出現的電弧的快速以及可靠的熄滅。所述電弧熄滅裝置的熄滅功率且因此所述開關設備的開關功率由此被顯著地提高。特別是在負荷隔離開關的情況下由此能夠實現否則只有在相同的設備結構的情況下才能實現的到更高的消耗類別中的分類。此外，所述電弧熄滅裝置以及設計有所述電弧熄滅裝置的開關設備不僅能夠用於直流(DC)應用也能夠用於交流(DC-)應用。以這種方式例如一針對AC應用所設置的且因此被分類到AC消耗類別中的負荷隔離開關也滿足必要時更低的DC消耗類別的要求，因此其同樣可以針對該類別進行分類。由於由此產生的在所涉及的開關設備的可能的使用情況方面的高的可變性，顯著地減少了所述開關設備，由此顯著地減少了物流成本。
[0016]在所述電子機械的開關設備的一種有利的改進方案中，所述電弧熄滅裝置具有多個用於熄滅所述電弧的滅弧板。在此情況下，由所述第一永磁鐵和所述第二永磁鐵產生的磁場與一通過所述電弧產生的磁場以如下方式重疊，使得一電磁力作用到所述電弧上。該電磁力的力矢量在此情況下具有一方向分量，該方向分量與所述電流的極性無關地將所述電弧朝向所述滅弧板擠壓。
[0017]所述電弧熄滅裝置布置在所述開關觸點附近並且具有大量的相互平行布置的、相互間隔的冷卻板或滅弧板。在所述電弧遇到所述滅弧板時，將所述電弧劃分成大量的分電弧，所述分電弧分別在兩個滅弧板之間燃燒。通過大量的電串聯的分電弧顯著地提高了弧電壓，這導致了所述電弧的快速的熄滅。
[0018]通過所述第一永磁鐵和所述第二永磁鐵產生一磁場，該磁場與在通了電的開關觸點斷開時出現的電弧的磁場重疊。從由此產生的磁場中由產生一作用到所述電弧上的電磁力，所謂的洛倫茲力。其力矢量在此情況下主要取決於電流的極性。但所述力矢量不受經過所述電弧流動的電流的極性的影響始終具有一方向分量，該方向分量將所述電弧從所述開關觸點離開並朝向所述電弧熄滅裝置擠壓。通過所述電弧熄滅裝置在所述開關設備的殼體中的相應的定位，進一步改善了所述電弧熄滅裝置的熄滅功率，且因此進一步改善了所述開關設備的開關功率。
[0019]在所述電子機械的開關設備的另一種有利的改進方案中，所述電弧熄滅裝置不僅能用於熄滅直流電弧而且也能用於熄滅交流電弧。由此，所述電子機械的開關設備不僅能夠用於切換交流電，也能夠用於切換直流電。所述電弧熄滅裝置以及所述開關設備的變型多樣性可以由此被顯著地減少。
[0020]在另一種有利的改進方案中，所述電子機械的開關設備具有一殼體，所述殼體本身具有一前側面和一與所述前側面對置的固定側面、以及將所述前側面和所述固定側面連接起來的窄側面和寬側面。所述開關觸點在此情況下布置在所述殼體中，其中，所述第一永磁鐵和所述第二永磁鐵布置在所述寬側面的區域中。所述永磁鐵在此情況下構造成平面的並且朝向其法向量被磁化。每個永磁鐵的法向量在此情況下平行於配設給所述永磁鐵的寬側面的法向量進行取向。所述永磁鐵在此情況下以如下方式安裝在所述殼體中，即它們相互推開，也就是說，要麼兩個北極要麼兩個南極分別朝向彼此或者遠離彼此地取向。以這種方式能夠實現節省空間的布置方式，其中，磁通密度基本上集中到所述開關室的區域上。
[0021]在另一種有利的改進方案中，所述電子機械的開關設備構造成串聯安裝設備，其中，所述殼體具有一分度單元(TeiIungseinheit)的寬度。由於所述兩個永磁鐵側部地在所述開關室旁、平行於所述殼體的寬側面的節省空間的布置方式，所述電弧熄滅裝置甚至能夠集成到具有僅一個分度單元(TE)的寬度的串聯安裝設備中，所述分度單元與大約18_的殼體寬度相應。如果限定了用於將大量的這種串聯安裝設備布置在一電氣安裝分配器中的結構空間，則僅一個分度單元的很小的殼體寬度顯示出明顯的競爭優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]下面參照附圖詳細闡述所述開關設備的實施例。其中:
圖1在一側視圖中示出了一斷開的開關設備的示意圖；
圖2在一俯視圖中示出了所述開關設備的示意截面圖；
圖3A和3B在所述俯視圖中示出了產生的磁場的示意圖。
[0023]在不同的附圖中相同的部件始終以相同的附圖標記表示。該說明書適合於其中同樣可見相應的部分的所有附圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1在一側視圖中示出了開關設備I的示意圖。所述開關設備I具有殼體2，其基本上由兩個殼體半殼構成，所述殼體半殼藉助於多個鉚接連接件14連接成所述殼體2。在此情況下，在圖1中示出了打開的開關設備1，也就是說，在該示圖中去除了所述殼體2的正面的殼體半殼。所述殼體2具有一前側面3，在該前側面上布置一操作元件8，用於手動地操作所述開關設備I。與所述前側面3對置地構造所述殼體2的固定側面4，其用於將所述開關設備固定在一承載軌(未示出)、例如一頂軌上。為此，在所述殼體2上布置一可手動地操作的滑塊15，用於後背式嵌接(Hintergreifen)所述承載軌。以這種方式能夠將所述開關設備I快速地並且簡單地固定在所述承載軌上或者說從所述承載軌上再次鬆脫。操作面3和操作面4經由窄側面5和寬側面6連接成所述殼體2。
[0025]在所述殼體2內部，在所述窄側面5的區域中布置接線端子13，藉助於所述接線端子能夠將所述開關設備I聯接到電氣線路上。此外，在所述殼體2中布置一開關觸點10，其構造用於，中斷經過所述開關觸點10的電流。為此，所述開關觸點10具有一固定觸點11以及一相對於所述固定觸點可運動的運動觸點12。所述固定觸點11與左邊示出的接線端子13電連接。所述運動觸點12機械地固定在一運動觸點承載件16上並且經由絞合線17與右邊示出的接線端子13導電連接。
[0026]所述運動觸點承載件16經由一弓形夾9與所述操作元件8機械耦接。在接通所述開關設備I的情況下，也就是說，在沿著順時針方向從圖1中所示的切斷位置向接通位置(未示出)來操作所述操作元件8的情況下,所述運動觸點12經由與所述運動觸點承載件16耦接的弓形夾9朝向所述固定觸點11運動。在切斷所述開關設備I的情況下，也就是說，在沿著逆時針方向從接通位置向圖1中所示的切斷位置來操作所述操作元件8的情況下，所述運動觸點12經由與所述運動觸點承載件16耦接的弓形夾9遠離所述固定觸點11運動。
[0027]在將通了電的開關觸點10斷開的情況下，在所述固定觸點11和所述運動觸點12之間形成一電弧(參見圖2)。為了實現所述開關觸點的快速斷開且因此所述電弧的快速熄滅，需要儘可能快速地斷開所述開關觸點10，也就是說，所述運動觸點12從所述固定觸點11上儘可能快速地離開。所述斷開運動因此通過一彈簧18來機械地輔助，所述彈簧與所述運動觸點承載件16機械耦接並且支撐在所述殼體2中。由預緊的彈簧18施加到所述運動觸點承載件16上的彈簧力因此有助於所述開關觸點10的快速斷開。以這種方式實現了所述開關設備I的快速的切斷。此外，明顯地減少了所述開關觸點10的磨損，即所謂的觸點燒蝕。
[0028]在圖2中在一俯視圖中示意性示出了所述開關設備I的截面圖。在左邊示出的所述殼體2的寬側面6上布置所述開關設備I的電弧熄滅裝置20的第一永磁鐵21。在右邊示出的寬側面6上布置所述電弧熄滅裝置20的第二永磁鐵22。所述永磁鐵21和22在此情況下相互對置地布置在所謂的開關室的區域中，也就是說布置在所述開關觸點10的區域中並且以如下方式被磁化，即它們相互推開。在此情況下無關緊要的是，是否所述兩個永磁鐵21和22的兩個北極或兩個南極相互指向。
[0029]圖2在一時間點示出了所述開關設備1，在該時間點，所述開關觸點10剛好被斷開，從而在所述固定觸點11和所述運動觸點12之間構造一電弧7。在圖2中所示的俯視圖中，所述電弧7僅作為點示出，其電流方向要麼到圖紙平面內地要麼從圖紙平面出來地取向。所述電弧熄滅裝置23還具有多個所謂的冷卻板或滅弧板20，它們在所述開關設備I的殼體2中相互間隔地、相互平行地布置在所述彈簧18和所述電弧7之間。但在圖2中所示的俯視圖中僅可見最上面的滅弧板23。
[0030]為了將所述電弧7帶入到熄滅中，將所述電弧驅動到所述電弧熄滅裝置20中並且在那裡在遇到所述滅弧板23的情況下被劃分成大量的單個的分電弧，所述分電弧電地相互串聯。在此情況下，弧電壓一直被提高，直到所述電弧7最後熄滅並且電流消失。為了將所述電弧7有目的性地朝向所述電弧熄滅裝置20或者說朝向所述滅弧板23進行驅動，將所述兩個永磁鐵21和22如上所述布置在所述開關室的區域中。在此情況下，通過所述第一永磁鐵21和所述第二永磁鐵22產生一磁場,該磁場與在通了電的開關觸點10斷開時出現的電弧7的磁場重疊。由此產生的磁場又將一電磁力、所謂的洛倫茲力施加到所述電弧7上，所述電磁力的力矢量^在此情況下主要取決於電流的極性，也就是說，經過所述電弧7的電流方向。
[0031]在圖3A和3B中示出了所產生的磁場。為該示圖所選擇的立體圖在此情況下相應於在圖2中選擇的立體圖。所產生的磁場在此情況下藉助於從不僅所述第一永磁鐵21、所述第二永磁鐵22而且所述電弧7的單個的磁場的重疊中得出的磁力線25來示出。[0032]在圖3A和3B中的示圖在此情況下僅在經過所述電弧7的電流方向上有所區別。在兩個附圖中，力矢量Fl代表作用到所述電弧7上的洛倫茲力。所述力矢量Fl可以在此情況下分解成一沿著X方向作用的力分量Fx以及一沿著y方向作用的力分量Fy。在此情況下要明確的是，所述力矢量^在兩個情況下，也就是說，不僅在經過所述電弧7的正的電流方向而且在負的電流方向上都具有一方向分量Fx,其將所述電弧7朝向所述滅弧板23擠壓。該效應不僅與經過所述電弧7流動的電流的極性無關，而且也與經過所述開關觸點流動的是任一方向的直流電還是交流電無關。在所有情況下，所述洛倫茲力^都具有一方向分量Fx，其將所述電弧7朝向所述滅弧板23牽引。
[0033]附圖標記列表 I開關設備
2殼體 3前側面 4固定側面 5窄側面 6寬側面 7電弧 8操作元件 9弓形夾 10開關觸點 11固定觸點 12運動觸點 13接線端子 14鉚接連接件 15滑塊
16運動觸點承載件 17絞合線 18彈簧
19
20電弧熄滅裝置 21第一永磁鐵22第二永磁鐵23滅弧板24
25磁力線Fl洛倫茲力Fx、Fy方向分量x、y方向
【權利要求】
1.電子機械的開關設備(I)， 具有開關觸點(10)，用於中斷電氣線路， 具有電弧熄滅裝置(20)，用於熄滅在通了電的開關觸點(10)斷開時產生的電弧(7)， 其特徵在於， 所述電弧熄滅裝置(20)具有第一永磁鐵(21)和第二永磁鐵(22),所述第一永磁鐵和所述第二永磁鐵在所述開關觸點(10)的兩側相互對置地布置並且相互反向地磁化，方式為，它們相互推開。
2.按照權利要求1所述的開關設備(1)， 其特徵在於， 所述電弧熄滅裝置(20)具有多個用於熄滅所述電弧(7)的滅弧板(23)，其中，由所述第一永磁鐵(21)和所述第二永磁鐵(22)產生的磁場與通過所述電弧(7)產生的磁場以如下方式重疊，使得在所述電弧(7 )上產生一電磁力,所述電磁力的力矢量(Fl)具有一方向分量(Fx)，所述方向分量將所述電弧(7)與電流極性無關地朝向所述滅弧板(23)擠壓。
3.按照權利要求1或2之一所述的開關設備(I)， 其中，所述電弧熄滅裝置(29)不僅能夠用於熄滅直流電弧而且能夠用於熄滅交流電弧。
4.按照前述權利要求之一所述的開關設備(I)， 具有殼體(2)，所述殼體具有前側面(3)和與所述前側面(3)對置的固定側面(4)、以及將所述前側面和所述固定側面(3、4)連接起來的窄側面和寬側面(5、6)，其中，所述開關觸點(10)布置在所述殼體(2)中，並且所述第一永磁鐵和所述第二永磁鐵(21、22)布置在所述寬側面(6)的區域中。
5.按照權利要求4所述的開關設備(I)， 其構造成串聯安裝設備，其中，所述殼體(2)具有一分度單元的寬度。
【文檔編號】H01H9/44GK103681037SQ201310383656
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2012年8月29日
【發明者】T.霍赫姆特, R.許廷格 申請人:西門子公司