DE10222011C1 - Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung, der ein Unterteil (2) mit Zwischenwänden (5), einen in Seitenblenden (28) gelagerten Betätigungsmechanismus (30) mit einem Kniehebelsystem (34) aufweist und mehrere Kontakteinheiten (9...11) aufweist. Die Kontakteinheiten (9...11) enthalten mehrere bewegliche Kontaktfinger (18), die in einem U-förmigen Kontakthalter (24) gegen die Wirkung von Kontaktdruckfedern (26) schwenkbar gelagert sind. Ein Verbindungssteg (38) aus isolierendem Formstoff ist einstückig mit den Kontakthaltern (24) verbunden und verläuft oberhalb der Kontaktdruckfedern (26). Ein mit der mittleren Kontakteinheit (10) starr verbundenes Halteblech (42) ist gelenkig mit dem Kniehebelsystem (34) verbunden und in den Seitenblenden (28) schwenkbar gelagert. Mit den Kontaktfingern (18) verbundene flexible Verbindungsleiter (17) sind in Flucht zur Schwenkachse (51) des Haltebleches (42) an zugehörige Stromschienen (13) geführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der Druckschrift EP 0 206 882 B1 ist ein derartiger Leistungsschalter bekannt. Ein Gehäuse aus isolierendem Formstoff besteht aus einem Unterteil und aus einem auf diesem aufzuschraubenden Oberteil und ist durch parallel verlaufende innere Zwi­ schenwände in mehrere nebeneinander liegende Polräume aufgeteilt. Ein Betäti­ gungsmechanismus, eine der Polzahl des Leistungsschalters entsprechende und durch den Betätigungsmechanismus betätigbare Anzahl von Kontakteinheiten, zuge­ hörige Lichtbogenlöscheinheiten, zu- und abgehende Anschlussmittel sowie Auslö­ semittel zum automatischen Öffnen der Kontakteinheiten beim Überschreiten einstell­ barer Grenzbedingungen durch die über die Kontakteinheiten fließenden Ströme sind in dem Unterteil gelagert und dort zum Teil befestigt. Jeder Polraum weist einen mit dem Bodenteil verbundenen feststehenden Kontakt und mehrere parallel angeordnete bewegliche Kontaktfinger auf. Die beweglichen Kontaktfinger sind gegen die Wirkung von Kontaktdruckfedern begrenzt in einem U-förmigen metallischen Kontakthalter gelagert. In abgewandter Richtung von den Kontaktdruckfedern sind die Kontakthalter aller Pole mit einem quer über die Polräume sich erstreckenden Verbindungssteg ver­ schraubt. Der Verbindungssteg besteht aus einem mit Kunststoff umspritzten stan­ genartigen Stahlkern und ist zwischen Unterteil und Oberteil drehbar gelagert. Dazu sind in den Zwischenwänden entsprechende Lagerstellen ausgeformt. An dem Ver­ bindungssteg sind Abschirmsegmente angeformt, die isolierend in tiefe Nuten greifen, die sich an für den Verbindungssteg vorgesehenen Aussparungen in den Zwischen­ wänden anschließen. Der Kontakthalter des mittleren Pols ist gelenkig mit unteren Kniehebeln eines zu dem Betätigungsmechanismus gehörenden Kniehebelsystems verbunden. Der Betätigungsmechanismus weist außer dem Kniehebelsystem noch einen Betätigungshebel, einen Kraftspeicher, einen ver- und entklinkbaren Stützhebel und einen mit den Auslösemittel in Wirkverbindung stehenden Verklinkungsmecha­ nismus auf. Der Betätigungsmechanismus ist zwischen zwei Seitenblenden gelagert, die ihrerseits im Unterteil befestigt sind. Mittels des Betätigungsmechanismus nehmen die Kontaktfinger gegenüber den feststehenden Kontakten eine geöffnete bzw. ge­ schlossene Stellung ein. Die Kontaktfinger sind in abgewandter Richtung von den Festkontakten und jenseits ihrer Lagerachse in den Kontakthaltern mit je einem fle­ xiblen Verbindungsleiter verbunden, der unterhalb des Verbindungssteges verläuft und am anderen Ende mit einer festliegenden Stromschiene verbunden ist.

Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass im Zusammenwirken der metallischen Kontakthalter mit dem metallischen Betätigungsmechanismus und dem Verbindungs­ steg eine nicht unerhebliche Gefahr einer elektrischen Spannungsverschleppung zwischen den Polräumen bzw. den Kontakteinheiten besteht. Weiterhin kann infolge der Art der Kopplung der Kontakteinheiten mit dem Betätigungsmechanismus und in­ folge ihrer durch den Verbindungssteg festgelegten Drehachse nur ein mäßiger Kompromiss zwischen dem Öffnungswinkel der Kontakteinheiten, der Kraftübertra­ gung vom Betätigungsmechanismus auf die Kontakthalter sowie der Öffnungs- und der Schließgeschwindigkeit der Kontakteinheiten erlangt werden. Die flexiblen Ver­ bindungsleiter werden bedingt durch ihre Anordnung und Länge bei Schaltvorgängen erheblich gestaucht bzw. gedehnt, sodass die Verbindungsleiter sowohl einem nicht zu vernachlässigenden Verschleiß ausgesetzt sind als auch erhebliche Kräfte auf die Kontaktfinger ausüben und damit deren Dynamik bei Schaltvorgängen nachteilig be­ einflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das aus mehreren Kontakteinheiten bestehende Kontaktsystem hinsichtlich seiner isolierenden, kinematischen und dyna­ mischen Eigenschaften zu verbessern.

Ausgehend von einem Leistungsschalter der eingangs genannten Art wird die Aufga­ be erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, wäh­ rend den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu ent­ nehmen sind.

Durch die Anordnung des Stahlkerns direkt oberhalb der Kontaktdruckfedern ist die Verformung des Verbindungssteges sehr gering, da sie lediglich auf Biegung und nicht wie bei einer Torsionswelle mit langen Hebelarmen auf Verdrehung belastet wird, wobei die Schwenkachse in einfacher Weise durch das in den Seitenblenden des Betätigungsmechanismus gelagerte Halteblech bestimmt wird. Dadurch wird trotz der vorteilhaften einstückigen Formgebung von Kontakthaltern und Verbindungssteg die Übertragung hoher Kontaktkräfte bei einer geringen zulässigen Verformung der beweglichen Teile der Kontakteinheiten verbessert. Durch die Lagerung des Halte­ blechs und damit der beweglichen Teile des Kontaktsystems in den Seitenblenden des Betätigungsmechanismus besteht keine quer durch das Gehäuse verlaufende Lagerachse für diese beweglichen Teile. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein von elektrischer Spannung freier Betätigungsmechanismus mit dem Kontaktsystem zu einer kompakten Bauweise kombinieren, wobei eine elektrische Spannungsver­ schleppung über den metallischen Betätigungsmechanismus vermieden wird. Damit lassen sich möglichst große Luft- und Kriechstrecken zwischen den einzelnen Pol­ räumen und zwischen diesen und den mit dem Betätigungsmechanismus verbunde­ nen Bedienelementen realisieren, was sich mit Vorteil insbesondere an der oberen Grenze der Niederspannung, d. h. bei 1000 V, auswirkt. Die geometrische Lage der Schwenkachse der Kontakthalter ist unabhängig von den Strombahnen festlegbar. Durch ihre optimale Führung in Verlängerung zu der genannten Schwenkachse erfah­ ren die flexiblen Verbindungsleiter - i. Allg. Litzenleiter - während der Schaltvorgänge nur eine geringe Relativbewegung und können deutlich kürzer ausgeführt werden, wobei gleichzeitig eine große Öffnungsstrecke zwischen den feststehenden Kontakten und den Kontaktfingern verwirklicht werden kann. Die erheblich verringerte Relativ­ bewegung der Verbindungsleiter verringert deren Stauchung bzw. Dehnung. Das hat einerseits einen geringeren Verschleiß der Verbindungsleiter und anderseits eine ge­ ringere Kraftbeaufschlagung der Kontaktfinger durch die Verbindungsleiter zur Folge, was zu einer verbesserten Schaltdynamik der Kontaktfinger führt. Die günstige Lage der genannten Schwenkachse und die kompakte Bauweise des Verbindungssteges erlauben eine quasi direkte Kraftübertragung vom Stützhebel des Betätigungsmecha­ nismus, d. h. über den kurzen Weg von dem mit einem Ende im Stützhebel gelagerten und mit dem anderen Ende mit dem Halteblech verbundenen und fast gestreckten Kniehebelsystem, auf die beweglichen Teile des Kontaktsystems. Damit können rela­ tiv kurze Öffnungszeiten des Kontaktsystems beim Auslösen des Leistungsschalters erreicht werden. Die Seitenblenden können in üblicher Weise als Bleche ausgebildet sein. Als Seitenblenden können aber auch die Zwischenwände dienen.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in der vorteilhaften Ausbildung des Halte­ blechs. Das Halteblech besitzt durch eine U-förmige Ausbildung eine ausreichende Steifigkeit. Die direkte Verbindung des Halteblechs mit dem Verbindungssteg wirkt sich positiv auf die Verwindungssteifigkeit der beweglichen Teile der Kontakteinheiten aus. Für eine günstige Momentübertragung vom Kniehebelsystem des Betätigungs­ mechanismus auf die Kontakteinheiten sind untere Kniehebel etwa in der Mitte zwi­ schen der Befestigung an dem Verbindungssteg und der Lagerung in den Seiten­ blenden angelenkt. In eine weiteren Fortbildung der Erfindung werden die Lagerstel­ len platzsparend durch Nietgelenke realisiert.

Die von seitlichen einfachen Stützlaschen aufzunehmenden Kräfte erhöhen die Bie­ gesteifigkeit der beweglichen Teile der Kontakteinheiten. Dieser Vorteil wirkt sich ins­ besondere bei Leistungsschaltern mit mehr als drei Polen aus. Die beweglichen Teile des Kontaktsystems werden auf diese Weise an den beiden seitlichen Enden zusätz­ lich abgefangen, um der Konstruktion eine möglichst große Stabilität zu verschaffen. Die Stützlaschen benötigen zum Verschwenken ebenfalls keine durchgehende, im Unterteil gelagerte Schwenkachse. Die schwenkbare Lagerung der Stützlaschen er­ folgt vorzugsweise über platzsparende Nietgelenke, die mit im Unterteil festgelegten Stützwinkeln verbunden sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, an­ hand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen dreipoligen Leistungsschalter bei abgenomme­ nem Oberteil des Gehäuses und entferntem Betätigungsmechanismus in perspektivischer, im wesentlichen von der Frontseite gesehener Ansicht;

Fig. 2 eine perspektivische Teildarstellung des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, gegenüber der Darstellung von Fig. 1 von unten links gesehen;

Fig. 3 eine weitere perspektivische Teildarstellung des erfindungsgemäßen Leis­ tungsschalters, gegenüber der Darstellung von Fig. 1 von oben links gese­ hen.

Der für hohe Ströme ausgelegte dreipolige Niederspannungs-Leistungsschalter ist von einem Formgehäuse umgeben, von dem in Fig. 1 nur das Unterteil 2 dargestellt ist. Die seitlichen Außenwände 4 und die beiden Zwischenwände 5 dienen zur seitli­ chen Begrenzung von drei parallel verlaufenden Polräumen 6 bis 8. Den Polräumen 6 bis 8 sind Kontakteinheiten 9, 10 und 11 zugeordnet. Jede Kontakteinheit 9, 10, 11 besteht aus einem im Unterteil 2 festgelegten feststehenden Kontakt 16, mehreren parallel angeordneten beweglichen Kontaktfingern 18 sowie einer Lichtbogenlösch­ einheit 20. Die zu einer Kontakteinheit 9, 10 bzw. 11 gehörenden Kontaktfinger 18 sind mittels einer Schwenkachse 22 in einem U-förmigen Kontakthalter 24 begrenzt schwenkbar gelagert und stützen sich in bekannter Weise gegen Kontaktdruckfedern 26 ab. Die feststehenden Kontakte 16 sind über erste Stromschienen 12 mit ersten Anschlussklemmen 14 verbunden. Die Kontaktfinger 18 sind über flexible Verbin­ dungsleiter 17 mit zweiten Stromschienen 13 verbunden, an die sich nicht darge­ stellte zweiten Anschlussklemmen anschließen.

Am Boden 3 des Unterteils 2 sind zwei Seitenblenden 28 parallel beabstandet befes­ tigt, welche die Kontakteinheit 12 des mittleren Pols umgreifen und zwischen denen ein Betätigungsmechanismus 30 beweglich lagert. Der Betätigungsmechanismus 30 enthält einen Betätigungshebel 32, über den der Leistungsschalter von außen be­ dienbar ist. Der Betätigungsmechanismus 30 weist weiterhin ein Kniehebelsystem 34 auf und ist über nicht dargestellte Auslösemittel auslösbar. Der Aufbau und die Wir­ kungsweise eines derart üblichen Betätigungsmechanismus 30 ist aus der eingangs genannten EP 0 206 882 B1 zu ersehen. Der Kniehebelmechanismus 34 ist mit einem Federkraftspeicher verbunden und weist einen oberen Kniehebel sowie zwei über eine Kniehebelachse mit diesen verbundene untere Kniehebel 36 auf.

Über einen querliegenden Verbindungssteg 38 sind die Kontakthalter 24 aller Kon­ takteinheiten 9 bis 11 miteinander verbunden. Die Kontakthalter 24 und der Verbin­ dungssteg 38 sind in einem Stück aus isolierendem Formstoff hergestellt worden, wobei ein ebenfalls querliegender stangenartiger Stahlkern 40 umspritzt wurde. Der oberhalb der Kontaktdruckfedern 26 verlaufende Stahlkern 40 verleiht dem aus den drei Kontakthaltern 24 und dem Verbindungssteg 38 bestehenden beweglichen System eine ausreichende Steifigkeit sowohl gegen Verbiegung als auch gegen Verwindung. Ein U-förmiges Halteblech 42 umgreift mit seinem Mittelschenkel 44 und seinen beiden Außenschenkeln 46 den Kontakthalter 24 der mittleren Kontakteinheit 10 und ist an seinem zu der Lichtbogenlöscheinheit 20 weisenden Ende über zwei Abwinkelungen 48 mit dem Verbindungssteg 38 unbeweglich verschraubt. Am anderen Ende des Halteblechs 42 sind die Außenschenkel 46 über jeweils eine als Nietgelenk ausgeführte Lagerstelle 50 in den Seitenblenden 28 schwenkbar gelagert. Durch die Lagerstellen 50 verläuft die Schwenkachse 51 des Haltebleches 42. Um die Kontakteinheiten 9 bis 11 von einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung bzw. umgekehrt überführen zu können, ist das Halteblech 42 in seinem mittleren Bereich mit seinen Außenschenkeln 46 über ebenfalls nietenförmige Gelenke 52 mit den unteren Kniehebeln 36 verbunden.

Die Verbindungsleiter 17 verlaufen annähernd in einer Ebene, welche die Verbin­ dungspunkte der Verbindungsleiter 17 mit den Kontaktfingern 18 und die Schwenk­ achse 51 einschließt, sodass die Verbindungspunkte der Verbindungsleiter 17 mit den zweiten Stromschienen 13 ebenfalls annähernd in dieser Ebene liegen. Die Verbin­ dungsleiter 17 haben eine relativ kleine Längenausdehnung, sind bei Schaltvorgän­ gen nur geringen Stauch- und Dehnbewegungen und damit geringen inneren Reibun­ gen ausgesetzt und üben relativ geringe Kraft- und Drehmomente auf die Kontaktfin­ ger 18 aus.

Um die Schaltbewegungen zu ermöglichen, sind in den Zwischenwänden 5 längliche Aussparungen 54 für den Verbindungssteg 38 vorgesehen. Das aus den Kontakt­ haltern 24 und dem Verbindungssteg 38 bestehende Formteil enthält weiterhin vier Abschirmsegmente 56 und 57, die jeweils paarweise und in engem Abstand zu bei­ den Seiten der Zwischenwände 5 verlaufen. Damit wird trotz der vorhandenen Aus­ sparungen 54 im Bereich entstehender Lichtbögen eine Abschirmung zwischen be­ nachbarten Polräumen 6, 7 bzw. 7, 8 bewirkt. Diese Schutzmaßnahme gegen Quer­ kurzschlüsse und Spannungsverschleppungen infolge von Lichtbogengasen beim Auftreten von äußeren Kurzschlüssen wird noch erheblich dadurch verbessert, dass in den Lichtbogenlöscheinheiten 20 beidseitig isolierende Einsätze 58 aus gasendem Material eingebracht sind, die bis knapp vor den Verbindungssteg 38 im Bereich der Aussparungen 54 reichen.

Um einer Verbiegung des Verbindungssteges 38 und damit einem ungleichmäßigen Schalten der Kontakteinheiten 9 bis 11 bei hohen mechanischen Belastungen noch besser zu begegnen, sind an den Außenseiten der zu den beiden äußeren Kontakt­ einheiten 9 und 11 gehörenden Kontakthalter 24 Stützlaschen 60 aus Blech unbe­ weglich befestigt, die in geringem Abstand zu den Außenwänden 4 verlaufend im Unterteil 2 schwenkbar gelagert sind. Jeweils eine gelenkige Nietverbindung 62 ver­ bindet eine der Stützlaschen 60 mit jeweils einem Stützwinkel 64. Die Stützwinkel 64 sind im Unterteils 2 dadurch befestigt, dass sie beim Verschrauben der zweiten Stromschienen 13 im Unterteil 3 zwischen einer in der zugehörigen Stromschiene 3 zurückgesetzt ausgebildeten Abstufung 66 und dem Boden 3 kraft- und formschlüssig festgelegt worden sind.

Bezugszeichenliste

2

Unterteil

3

Boden

4

Außenwände

5

Zwischenwände

6

, . . .

8

Polräume

9

. . .

11

Kontakteinheiten

12

;

13

Stromschienen

14

Anschlussklemmen

16

feststehende Kontakte

17

Verbindungsleiter

18

Kontaktfinger

20

Lichtbogenlöscheinheiten

22

Schwenkachse

24

Kontakthalter

26

Kontaktdruckfedern

28

Seitenblenden

30

Betätigungsmechanismus

32

Betätigungshebel

34

Kniehebelsystem

36

untere Kniehebel

38

Verbindungssteg

40

Stahlkern

42

Halteblech

44

Mittelschenkel

46

Außenschenkel

48

Abwinkelung

50

Lagerstellen

51

Schwenkachse

52

Gelenke

54

Aussparungen

56

;

57

Abschirmsegmente

58

Einsätze

60

Stützlaschen

62

Nietverbindung

64

Stützwinkel

66

Abstufung

Claims (7)

1. Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung, enthaltend
ein aus einem Unterteil (2) und einem Oberteil zusammengesetztes Formge­ häuse mit durch parallel verlaufende Zwischenwände (5) gebildeten Polräu­ men (6 . . . 8),
einen Betätigungsmechanismus (30), der ein Kniehebelsystem (34) aufweist und in feststehenden Seitenblenden (28) gelagert ist,
mit dem Betätigungsmechanismus (30) zusammenwirkende Auslösemittel,
eine der Anzahl der Polräume (6 . . . 8) entsprechende Anzahl von Kontakteinheiten (9 . . . 11), die jeweils einen mit dem Unterteil (2) verbundenen feststehenden Kontakt (16) und mehrere parallel angeordnete bewegliche Kontaktfingern (18), die in einem U-förmigen Kontakthalter (24) gegen die Wir­ kung von Kontaktdruckfedern (26) begrenzt schwenkbar gelagert und über fle­ xible Verbindungsleiter (17) mit feststehenden Stromschienen (13) verbunden sind, sowie eine Lichtbogenlöscheinheit (20) enthalten, wobei die zu einem mittleren Polraum (7) gehörende Kontakteinheit (10) mit dem Kniehebelsystem (34) gelenkig gekoppelt ist,
einen querliegenden, die Kontakthalter (24) aller Kontakteinheiten (9 . . . 11) verbindenden Verbindungssteg (38), der einen mit isolierendem Formstoff umspritzten stangenartigen Stahlkern (40) enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontakthalter (24) aus isolierendem Formstoff bestehen und einstückig mit dem Verbindungssteg (38) verbunden sind, wobei der Stahlkern (40) oberhalb der Kontaktdruckfedern (26) verläuft,
ein Halteblech (42) mit dem Verbindungssteg (38) in einem mittleren Polraum (7) starr verbunden, mit dem Betätigungsmechanismus (30) gelenkig gekoppelt und in den Seitenblenden (28) schwenkbar gelagert ist und
die flexiblen Verbindungsleiter (17) in Flucht zur Schwenkachse (51) des Haltebleches (42) an die zugehörigen Stromschienen (13) geführt sind.

2. Leistungsschalter nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteblech (42) U-förmig ausgebildet ist, mit seinen Außenschenkeln (46) den Kontakthalter (24) der mittleren Kontakteinheit (10) seitlich umgreift und in den Seitenblenden (28) gelagert ist.

3. Leistungsschalter nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteblech (42) mit mindestens einer endseitig an seinem Mittelschenkel (44) ausgebildeten Abwinkelung (48) an dem Verbindungssteg (38) angeschraubt ist.

4. Leistungsschalter nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass etwa in der Mitte zwischen der mindestens einen Abwinklung (58) und den Lager­ stellen (50) der Außenschenkel (46) in den Seitenblenden (28) untere Kniehebel (36) des Kniehebelsystems (34) an den Außenschenkeln (46) angelenkt sind.

5. Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Lagerstellen (50) des Halteblechs (42) in den Seitenblenden (28) als Nietgelenke ausgebildet sind.

6. Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass jeweils eine Stützlasche (60) einerseits unbeweglich mit dem Kon­ takthalter (24) der beiden äußeren Kontakteinheiten (9, 11) verbunden und ander­ seits gelenkig im Unterteil (2) festgelegt ist.

7. Leistungsschalter nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Stützlasche (60) über eine gelenkige Nietverbindung (62) mit einem Stützwinkel (64) verbunden ist, der seinerseits zwischen der feststehenden Stromschiene (13) der jeweiligen Kontakteinheit (9, 11) und dem Boden (3) des Unterteils (2) festgelegt ist.