DE10056816A1 - Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutzschalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutzschalter im Niederspannungsbereich, insbesondere für strombegrenzende Leistungsschalter. Das zu lösende Problem besteht in einem günstigeren Verlauf der Kontaktkraft über den durch den Kontaktverschleiß auftretenden Durchhub einer Kontaktanordnung (2), bei der eine Drehkontaktbrücke (10) in einer Schaltwelle (6) durch Kontaktkraftfedern (20) mit fiktiver Drehachse aufgehängt ist, wobei die ersten Enden (24) der Kontaktkraftfedern (20) diametral gegenüber an der Kontaktbrücke (10) festgelegt sind. Die zweiten Enden (30) der Kontaktkraftfedern (20) sind verschieblich in länglichen Aussparungen (26) der Kontaktbrücke (10) gelagert und DOLLAR A mit Gleitelementen (28) ausgestattet, die sich in ständiger Anlage mit in der Schaltwelle (6) ausgebildeten Steuerkurven (32) befinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutz­ schalter im Niederspannungsbereich, insbesondere für strombegrenzende Leistungsschalter, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der Druckschrift EP-0314540-B1 ist eine Kontaktanordnung für einen Nie­ derspannungs-Mehrpol-Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse bekannt, die eine mittels im Gehäuse eingearbeiteter Gleitlager um eine feststehende Querachse drehbare Schaltwelle aufweist, wobei die Achse senkrecht zur Längsrichtung jedes Pols steht. Jeder Pol umfasst zwei mit Anschlussschienen verbundene feststehende Kontakte, eine Drehkontaktbrücke, die sich entlang der Längsachse des Pols in einer spielbehafteten Aufnahme der Schaltwelle erstreckt und einander gegenüber liegende Kontaktstücke aufweist, die in Ein­ schaltstellung mit den feststehenden Kontakten zusammenwirken, und zwei im Inneren der Schaltwelle angebrachte Zugfedern, die auf die Kontaktbrücke einwirken und so einen festgelegten Kontaktdruck der Kontaktstücke auf die feststehenden Kontakte gewährleisten, wobei eines der Enden jeder Zugfeder mit einem Mitnehmerelement der Schaltwelle zusammenwirkt. Die beiden Fe­ dern sind in der Aufnahme für die Kontaktbrücke montiert, wobei das andere Ende jeder Feder an einem Befestigungselement der Kontaktbrücke ange­ bracht ist. Die beiden Befestigungselemente bzw. Mitnehmerelemente der bei­ den Federn stehen sich in Bezug auf eine gedachte Drehachse der Kontakt­ brücke bzw. die feststehende Querachse der Schaltwelle diametral gegenüber. Diese Anordnung der Federn gewährleistet eine freie Verschiebbarkeit der ge­ dachten Drehachse der Kontaktbrücke in Bezug auf die feststehende Quer­ achse der Schaltwelle und ermöglicht gleichzeitig ein Kraftmoment zur gleich­ mäßigen Verteilung des Kontaktdruckes sowie eine elastische Positionierung der Kontaktbrücke mit zwei translatorischen Freiheitsgraden, wobei die Kon­ taktbrücke durch die selbstzentrierende Wirkung der Federn auf der Längsachse in einer Gleichgewichtsposition gehalten wird. Die Anschlussschienen mit den feststehenden Kontakten sind schleifenförmig ausgebildet, so dass sie, wenn sie von einem Kurzschlussstrom durchflossen werden, die Kontaktbrü­ cke entgegen der Kraftwirkung der Zugfedern in Richtung einer Abstoßstellung zurückstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugen. Diese Kontaktanordnung erlaubt weder eine Anpassung an einen gewünschten Verlauf der auf die elektrodynamisch abgestoßene Kontaktbrücke wirkenden Rückstellkraft noch die Möglichkeit, eine Kippstellung der elektrodynamisch abgestoßenen Kon­ taktbrücke zu ermöglichen.

Aus der Druckschrift EP-0560697-B1 ist ein Niederspannungs-Leistungs­ schalter mit einer Kontaktanordnung pro Pol bekannt, die mit zwei symmet­ risch zueinander zu beiden Seiten der Kontaktbrücke angeordneten Paaren von Zugfedern ausgestattet ist. Die Federn sind symmetrisch auf beiden Sei­ ten der Drehachse der Kontaktbrücke angeordnet und weisen jeweils ein an der Kontaktbrücke gelagertes Ende auf. Zum Abbremsen und gegebenenfalls Festhalten der von den feststehenden Kontakten elektrodynamisch abgesto­ ßenen Kontaktbrücke ist ein entgegengesetztes Ende der genannten Federn auf den Enden jeweils eines gleitend verschiebbar in einer Aussparung der Schaltwelle angeordneten, als Querachse ausgebildeten Stiftes gelagert und weist die Kontaktbrücke symmetrisch zu ihrer Drehachse ein Paar Steuerkur­ ven auf, die so ausgelegt sind, dass sie im Endabschnitt des Abstoßungshubs der Kontaktbrücke mit jeweils einem der Stifte zusammenwirken, um die Be­ wegung der Kontaktbrücke abzubremsen. Die Stifte sind in den Aussparungen begrenzt verschiebbar gelagert, wobei die diametral gegenüber liegenden Aussparungen annähernd entlang der Wirklinie der zugeordneten Federn ver­ laufen. Die Federn gewährleisten eine elastische Positionierung der Kontakt­ brücke in der Aussparung der Schaltwelle und definieren dabei eine fiktive Drehachse der Kontaktbrücke in Bezug auf die Schaltwelle. Das Profil der ge­ genüber den beweglichen Kontaktstücken angeordneten Steuerkurven bewirkt eine Verschiebung der Stifte in der Aussparung sowie eine der Schwenkbe­ wegung der Kontaktbrücke in Richtung der Abstoßstellung entsprechende kontinuierliche Spannung der Federn mit einer Speicherung der Energie in den Federn. Das Profil der Steuerkurven kann so ausgelegt werden, dass die Kontaktbrücke in der Abstoßstellung verrastet; wobei die drehbar gelagerte Schaltwelle durch einen Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters be­ tätigt wird und der Öffnungshub der Kontaktbrücke so begrenzt ist, dass die Drehung der Schaltwelle während der Ausschaltbewegung ein Abheben der Stifte von den Steuerkurven bewirkt. Während der Schwenkbewegung der Kontaktbrücke in Richtung der Abstoßstellung verschiebt sich die Wirklinie je­ der Feder und verkürzt dabei den Hebelarm, wodurch das von den Federn auf die Kontaktbrücke ausgeübte Rückstell-Kraftmoment verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen günstigeren Verlauf der Kon­ taktkraft über den sogenannten Durchhub der Kontaktbrücke in der Einschalt­ stellung, der den im Laufe der Zeit entstehenden Verschleiß der Kontakte und Kontaktstücke ausgleicht, zu erhalten.

Ausgehend von einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unab­ hängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Durch die Befestigung bzw. Führung der Kontaktkraftfeder-Enden an der Kontaktbrücke und die ständige Anlage der Gleitelemente unter der Kraftwir­ kung der Kontaktkraftfedern an den Steuerkurven der Schaltwelle ist es dem Fachmann durch entsprechende Ausgestaltung der Steuerkurven an die Hand gegeben, einen günstigen Kontaktkraftverlauf über den Durchhub der Kontakt­ brücke und einen gewünschten Verlauf der bei der elektrodynamischen Absto­ ßung der Kontaktbrücke auf diese einwirkenden Gegenkraft zu bemessen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht in der Ausbildung einer Rastvertiefung in dem dem Ende der Abstoßbewegung zuordenbaren Teil der Steuerkurven, wodurch ein unerwünschtes Wiederschließen der Kontaktanordnung verhin­ dert wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen bestehen darin, dass zur Einstellung des optimalen Kontaktkraftverlaufs über den Durchhub in der Einschaltstellung die Aussparungen annähernd in Richtung in Richtung der Wirklinie der Ausspa­ rungen und/oder die Steuerkurven grob annähernd parallel zur Verbindungs­ linie der feststehenden Kontakte verlaufen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, paarweise auf gegenüber liegenden Seiten der Kontaktbrücke angeordnete, als Zugfedern ausgebildete Kontaktkraftfedern und mit ihren zweiten Enden in als querlie­ gende Stifte ausgebildeten Gleitelementen einzuhängen. Hierbei können je­ weils zwei gegenüber liegende Kontaktkraftfedern an den ersten oder zweiten Enden über einen Verbindungssteg einstückig verbunden sein.

Eine alternative zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die als Druckfedern ausgebildeten Kontaktkraftfedern durch an der Kontaktbrücke ausgebildete Führungsmittel zu führen. Hierbei können die paarweise auf ge­ genüber liegenden Seiten der Kontaktbrücke angeordneten Kontaktkraftfedern an den stößelförmig oder stiftförmig ausgebildeten Gleitelementen festgelegt sein. Anderseits ist es auch möglich, dass innerhalb der Kontaktbrücke nur zwei Kontaktkraftfedern mit an ihren zweiten Enden versehenen stößelförmi­ gen Gleitelementen vorgesehen sind.

Durch die polweise Zusammensetzung der Schaltwellen aus polweise zuge­ ordneten Schaltwellensegmenten ist die Kontaktanordnung für modular zu­ sammensetzbare mehrpolige Kontaktsysteme geeignet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgen­ den, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen

Fig. 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung in Einschaltstellung;

Fig. 2 im Längsschnitt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Kontaktanordnung in Einschaltstellung.

Die Kontaktanordnung 2 gemäß Fig. 1 ist für einen Pol eines nicht weiter dar­ gestellten mehrpoligen Leistungsschalters vorgesehen. Der Leistungsschalter umfasst in üblicher Weise ein Isolierstoffgehäuse, ein von einem Antrieb betä­ tigbares Schaltschloss, zuführende und abgehende Anschlusselemente sowie Auslösevorrichtungen für Überlast und Kurzschluss. In dem Gehäuse ist um eine feststehende Querachse 4 eine aus Isolierstoff bestehende Schaltwelle 6 drehbar gelagert, wobei die Querachse 4 senkrecht zur Längsrichtung 8 des Pols verläuft. Die mit dem Schaltschloss gekoppelte Schaltwelle 6 ist aus pol­ weise zugeordneten Schaltwellensegmenten in Form von Doppelscheiben zu­ sammengesetzt, von denen nur die hintere Scheibe dargestellt ist. Eine Dreh­ kontaktbrücke 10 erstreckt sich entlang der Längsrichtung 8 des Pols in einer spielbehafteten Aufnahme 12 der Schaltwelle 6 und weist einander gegenüber liegende Kontaktstücke 14 auf, die in Einschaltstellung mit feststehenden Kontakten 16 zusammenwirken. Die beiden Scheiben der Schaltwelle 6 sind über zwei Mitnehmer 18 verbunden.

Auf jeder Seite der Kontaktbrücke 10 sind jeweils zwei als Zugfedern ausgebil­ dete Kontaktkraftfedern 20 angeordnet, die den erforderlichen Kontaktdruck zwischen den Kontaktstücken 14 und den mit Anschlussschienen 22 verbun­ denen feststehenden Kontakten 16 erzeugen. Die ersten Enden 24 der Kon­ taktkraftfedern 20 sind an der Kontaktbrücke 10 festgelegt und befinden sich in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke 10 diametral gegenüber. In der Kontaktbrücke 10 sind weiterhin sich bezüglich der Drehachse diametral ge­ genüber stehende Aussparungen 26 vorgesehen. In den zur Peripherie hin offenen Aussparungen 26 sind querliegende Gleitelemente 28 in Form von Stiften aus Stahl verschieblich gelagert. In die Gleitelemente 28 sind die zwei­ ten Enden 30 der sich jeweils paarweise zu beiden Seiten der Kontaktbrücke 10 gegenüber liegenden Kontaktkraftfedern 20 eingehängt. Unter der Einwir­ kung der Kontaktkraftfedern 20 wird jedes Gleitelement 28 ständig an eine zu­ gehörige Steuerkurve 32 gedrückt. Die Steuerkurven 32 sind an der Schalt­ welle 6 in Bezug auf die Querachse 4 drehsymmetrisch gegenüber stehend ausgebildet. Die Aussparungen 26 verlaufen in diesem Beispiel entlang der Wirklinie der Kontaktkraftfedern 20. Die Steuerkurven 32 sind in der Weise gegenüber der Wirklinie der Kontaktkraftfedern 20 ausgerichtet, dass die Kontaktbrücke 10 eine stabile Lage um eine fiktive Drehachse mit zwei trans­ latorischen Freiheitsgraden in gewissen Bereichen einnimmt.

Beim Öffnen der Kontaktanordnung 2 wird beim Verdrehen der Schaltwelle 6 die Kontaktbrücke 10 entgegen der Kraftwirkung der Kontaktkraftfedern 20 von den Mitnehmern 18 im Uhrzeigersinn beaufschlagt. Der im Laufe der Nutzung eintretende Verschleiß der Kontakte 14 und 16, der bei beiden Paarungen zu­ meist noch in unterschiedlichem Maße stattfindet, wird durch die mit zwei Frei­ heitsgraden ausgestattete fiktive Drehachse der Kontaktbrücke 10 in Form des so genannten Durchhubs ausgeglichen. Durch die geometrische Gestaltung der Steuerkurven 32 sowie der Ausrichtung der Aussparungen 26 gegenüber den Wirklinien der Kontaktkraftfedern 20 und der Längsachse 8 wird über die Lebensdauer der Kontakte 14, 16 ein möglichst ausgeglichene und zuneh­ mende Kontaktkraft hervorgerufen.

Beim Durchfluss eines Kurzschlussstromes durch die Kontaktanordnung 2 wird die Kontaktbrücke 10 entgegen der Kraftwirkung der Kontaktkraftfedern 20 von der gezeigten Einschaltstellung im Uhrzeigersinn in Richtung einer Abstoß­ stellung durch elektrodynamische Kräfte zurückgestoßen. Dabei gleiten die Gleitelemente 28 entgegen dem Uhrzeigersinn an den Steuerkurven 32 ent­ lang. An den Steuerkurven können Rastvertiefungen vorgesehen werden, in welche die Gleitelemente 28 einrasten können, wodurch der elektrodynamisch abgestoßenen Kontaktarm 10 eine stabile Kippstellung einnehmen kann. Da­ durch wird ein Zurückfallen des Kontaktarms 10 verhindert, bis beim Zurück­ setzen des ausgelösten Schaltschlosses durch Verdrehen der Schaltwelle 6 im Uhrzeigersinn die Verrastung zwischen den Gleitelementen 28 und den Rast­ vertiefungen gelöst wird.

Die Kontaktanordnung 3 gemäß Fig. 2 wirkt prinzipiell in gleicher Weise wie die vorstehend beschriebene, weshalb die folgende Beschreibung sich im we­ sentliche auf die Unterschiede beschränkt. Gleitelemente 29 sind hier als Stößel ausgebildet, die mit den zweiten Enden 30 zweier als Druckfedern ausge­ bildeten Kontaktkraftfedern 21 verbunden sind, wodurch die Gleitelemente 29 ständig in Anlage an die Steuerkurven 32 der Schaltwelle 10 sind. Mit ihren ersten Enden 24 stützen sich die Kontaktkraftfedern 21 gegen jeweils eine von der Querachse 4 weg gerichteten Begrenzungen 34 von Aussparungen 27 in Form von zum Teil zylinderförmigen Führungsmitteln, die an der Kontaktbrü­ cke 10 zur Führung der Kontaktkraftfedern 21 sowie der Gleitelemente 29 ausgebildet sind.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So läßt sich die Erfindung beispielsweise dahingehend weiterbilden, das die Kontaktbrücke wenigstens teilweise hohl ausgebildet ist und innerhalb der Kontaktbrücke lediglich zwei als Druckfedern ausgebildete Kontaktkraftfedern angeordnet sind, die an ihren zweiten Enden mit als Stößel ausgebildeten Gleitelementen verbunden sind. Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass jeweils zwei paarweise zu beiden Seiten der Kontaktbrücke angeordnete und als Zugfedern ausgebildete Kontaktkraftfe­ dern an ihren ersten oder ihren zweiten Enden einstückig über querliegende Zwischenstege verbunden sind. Noch eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass die als querliegende Stifte ausgebildeten Gleitelemente in langlochförmigen Aussparungen der Kontaktbrücke lagern.

Claims (11)

1. Kontaktanordnung für mindestens einpolige, strombegrenzende Schutz­ schalter im Niederspannungsbereich mit einem Isolierstoffgehäuse, um­ fassend,
eine im Gehäuse um eine feststehende Querachse (4) drehbar gela­ gerte Schaltwelle (6), wobei die Querachse (4) senkrecht zur Längs­ richtung (8) jedes Pols verläuft,
eine Drehkontaktbrücke (10), die sich entlang der Längsrichtung (8) des Pols in einer spielbehafteten Aufnahme (12) der Schaltwelle (6) er­ streckt und diametral gegenüber liegend Kontaktstücke (14), die in Ein­ schaltstellung mit feststehenden Kontakten (16) zusammenwirken,
im Inneren der Schaltwelle (6) angeordnete Kontaktkraftfedern (20; 21), deren an der Kontaktbrücke (10) festgelegte, erste Enden (24) sich in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke (10) und deren zweite En­ den (30) sich im wesentlichen in Bezug auf die Querachse (4) diametral gegenüber stehen,
zwei mit je einem der feststehenden Kontakte (16) verbundene An­ schlussschienen (22), wobei beim Durchfluss eines Kurzschlussstro­ mes die Kontaktbrücke (10) entgegen der Kraftwirkung der Kontakt­ kraftfedern (20; 21) in Richtung einer Abstoßstellung zurückstoßende, elektrodynamische Kräfte auftreten,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweiten Ende (30) der Kontaktkraftfedern (20; 21) verschieblich in länglichen Aussparungen (26; 27) der Kontaktbrücke (10) gelagert sind und
mit Gleitelementen (28; 29) ausgestattetet sind, die sich in ständiger Anlage mit in der Schaltwelle (6) ausgebildeten Steuerkurven (32) be­ finden.

2. Kontaktanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeich­ net, dass zum Ende der Abstoßbewegung der Kontaktbrücke (10) die Gleitelemente (28; 29) mit an den Steuerkurven (32) ausgebildeten Rast­ vertiefungen zusammen wirken.

3. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einschaltstellung der Kontaktbrücke (10) die Aussparungen (26; 27) annähernd in Richtung der Wirklinie der zugehöri­ gen Kontaktkraftfeder (20; 21) verlaufen.

4. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurven (32) grob annähernd parallel zur Verbindungslinie der feststehenden Kontakte (16) verlaufen.

5. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten der Kontaktbrücke (10) jeweils zwei als Zugfedern ausgebildete Kontaktkraftfedern (20) angeordnet sind, die mit ihre zweiten Enden (30) paarweise an den als querliegende Stifte ausgebildeten Gleitelementen (28) eingehängt sind.

6. Kontaktanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeich­ net, dass die ersten oder die zweiten Enden (24; 30) einstückig über quer­ liegende Zwischenstege verbunden sind.

7. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kontaktkraftfedern (21) als durch die Kontaktbrücke (10) geführte Druckfedern ausgebildet sind.

8. Kontaktanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten der Kontaktbrücke (10) jeweils zwei Kontaktkraftfedern (21) angeordnet sind, deren zweiten Enden (30) mit den als Stößel ausgebil­ deten Gleitelementen (29) verbunden sind.

9. Kontaktanordnung nach Anspruche 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens teilweise hohl ausgebildeten Kontaktbrücke (10) zwei Kontaktkraftfedern (21) angeordnet und die Gleitelemente (29) als Stößel ausgebildet sind.

10. Kontaktanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten der Kontaktbrücke (10) jeweils zwei Kontaktkraftfedern (21) angeordnet sind, die mit ihre zweiten Enden paarweise an den als querlie­ gende Stifte ausgebildeten Gleitelementen festgelegt sind.

11. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (6) aus polweise zugeordneten Schaltwellensegmenten besteht.