DE19738807A1 - Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem für Niederspannungschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem für Niederspannungsschalter, insbesondere Leistungsschalter, mit einer der Polzahl entsprechenden Anzahl von Schaltkammern mit jeweils einem Kontaktpolpaar. Tritt in der von dem Niederspannungsschalter zu schützenden Anlage oder dergleichen ein Kurzschluß auf, dann erfolgt ein durch den Kurzschlußstrom bewirktes elektrodynamisches Öffnen des Kontaktsystems und damit schnelles Begrenzen des Kurzschluß­ stromes.

Aus der Druckschrift DE 42 22 965 C1 ist ein derartiges Kontaktsystem bekannt. Dieses Kontaktsystem besteht aus einer der Polzahl des Niederspannungsschalters entsprechenden Anzahl von Kontaktpolpaaren mit feststehenden Kontaktstücken ver­ sehenen U-förmigen Kontaktschienen und mit beweglichen Kon­ taktstücken versehenen Kontaktarmen. Die Kontaktarme sind einzeln in einer durchgehenden Schaltwelle gelagert und werden über diese durch ein Schaltschloß in bzw. außer Verbindung mit den Kontaktschienen gebracht. Die exzentrisch zur Schaltwel­ lenachse gelagerten Kontaktarme nehmen eine erste Kipplage oder eine elektrodynamisch bewirkte zweite Kipplage ein und werden durch das nachfolgend auslösende Schaltschloß gegen eine stationäres Begrenzungselement in die erste Kipplage zurückgeführt. Kontaktkraftfedern, welche die Kontaktstücke mit der erforderlichen Kontaktkraft beaufschlagen, dienen gleichermaßen als Kippsprungfedern eines mit jedem Kontaktarm verbundenen jeweiligen Kippsprungwerkes.

Bei Abschaltung eines mehrpoligen Kurzschlusses wird die Strombegrenzung durch die Öffnungsstrecke sowie die Öffnungs­ geschwindigkeit zwischen den Kontaktstücken stark beeinflußt; positiv dann, wenn Öffnungsstrecke groß und öffnungsgeschwin­ digkeit hoch sind. Diese Strombegrenzung wird dann erreicht, wenn der prospektive Strom erheblich über der Abhebestrom­ grenze der Kontaktarme liegt und diese unabhängig von der Öffnungsgeschwindigkeit sowie Öffnungszeit des Schaltschlosses durch die Dynamik des zu begrenzenden Stromes öffnen. Diese Abhebestromgrenze ist jedoch abhängig von dem jeweiligen Phasenanfangswinkel des Phasenkurzschlußstromes, wobei die Phasenanfangswinkel bei drei Stromphasen jeweils um 120° gegeneinander versetzt sind. Dadurch befindet sich beispiels­ weise eine Stromphase im Strommaximum und die beiden anderen Stromphasen bei 50% des zu erwartenden Stromes oder beispiels­ weise eine Stromphase im Stromnulldurchgang und die beiden anderen Stromphasen bei 86,6% des Strommaximums. Somit liegt der anfängliche Kurzschlußstrom bei einer Stromphase mit großer Wahrscheinlichkeit bei oder unterhalb des zum Abheben des zugehörigen Kontaktarmes erforderlichen Stromes, und somit ist in dieser Strombahn zu Beginn der Abschaltung keine Strombegrenzung gegeben, was zu einer Verlängerung der Ab­ schaltzeiten führt. Damit sind infolge des Zeitverzuges in der Wirkungskette vom Auslöser über Schaltschloß und Schaltwelle zum Kontaktarm nur unbefriedigende Abschaltleistungen bei Kurzschlüssen zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch Verkür­ zung der Gesamtabschaltzeit mehrpoliger strombegrenzender Kontaktsysteme die Abschaltleistung damit ausgestatteter Niederspannungsschalter zu verbessern.

Ausgehend von einem Kontaktsystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Durch die Kopplung der Kontaktarme werden beim Abschalten eines Kurzschlusses alle Kontaktarme elektrodynamisch geöffnet bzw. wird ein Zurückfallen eines unterhalb der Abhebestrom­ grenze beaufschlagten Kontaktarmes verhindert. Die Öffnung aller Kontaktpolpaare wird durch dasjenige Kontaktpolpaar bzw. diejenigen Kontaktpolpaare bestimmt, das bzw. die beim Auf­ treten des Kurzschlusses den höchsten Strom führt bzw. die höchsten Ströme führen. Die Kurzschlußpolströme sind aus­ reichend, so daß Kontaktpolpaare, die Ströme im Bereich des Stromnulldurchganges führen, geöffnet werden bzw. nicht wieder zurückfallen. Durch die spielbehaftete Kopplung der Kontakt­ arme werden Toleranzen zwischen den Kontaktpolpaaren, insbe­ sondere infolge unterschiedlichen Abbrandes der Kontaktstücke, ausgeglichen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen verringern im Kurzschlußfall die Abschaltzeit des gesamten Kontaktsystems nach dem ersten elektrodynamischen Öffnen eines seiner Kon­ taktarme auf bis zu einem Drittel, was zu einer erheblichen Reduzierung der Kurzschlußstrom-Durchflußwerte führt.

Eine vorteilhafte Ausführung besteht in der Kopplung der Kontaktarme über Kopplungsstücke, die diesseits der Kontakt­ stücke angreifen, geführt sind und eine abschottende Wirkung ausüben. Dabei ist es zweckmäßig, die Verbindung der Kopp­ lungsstücke zu den Kontaktarmen entweder abwechselnd spielbe­ haftet mit einem Langloch und spielfrei mit einem Rundloch oder durchgängig spielbehaftet mit Langlöchern auszuführen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht in der Kopplung der Kontaktarme jenseits der Kontaktstücke, wozu im allgemei­ nen keine zusätzlichen abschottenden Maßnahmen erforderlich sind. Zur Kopplung können entweder mehrere einzelne Kopplungs­ stücke oder ein durchgehendes Kopplungsstück Verwendung finden. Es ist zweckmäßig, die Verbindung zu den Kontaktarmen entweder abwechselnd spielbehaftet mit einem Langloch und spiel frei mit einem Rundloch oder durchgängig spielbehaftet mit Langlöchern auszuführen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht in der Kopplung der Kontaktarme über spielbehaftete Mitnehmerelemente eines sich in der Schaltwelle erstreckenden durchgehenden Kopplungs­ stückes. Diese Ausführung kann sehr raumsparend ausgebildet werden, wobei auch hier keine zusätzlichen abschottenden Mittel erforderlich sind. Die Kopplung erfolgt zweckmäßig über ineinandergreifende nut- und keilförmige Elemente.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Kontaktsystems von den Kontaktschienen ausgesehen;

Fig. 2 das Kontaktsystem in Seitenansicht gemäß Schnitt­ linie II-II aus Fig. 1;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform in teilweise geschnit­ tener Seitenansicht;

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform in vergrößerter, teil­ weise geschnittener Seitenansicht.

In den Figuren sind mehrpolige strombegrenzende Kontaktsysteme für Niederspannungsschalter mit mehreren Schaltkammern 2 mit jeweils einem Kontaktpolpaar 4 im einem nicht weiter darge­ stellten Isolierstoffgehäuse dargestellt. Weiterhin übliche, aber für die Erfindung unerhebliche Bestandteile des Nieder­ spannungsschalters, wie Schaltschloß, Auslöser und Anschluß klemmen, sind nicht dargestellt. Jedes Kontaktpolpaar 4 besteht aus einer im Isolierstoffgehäuse festgelegten U-förmigen Kontaktschiene 6 mit einem feststehenden Kontaktstück 10 und einem Kontaktarm 8 mit beweglichen Kontaktstück 12. Im Niederspannungsschalter ist eine durchgehenden Schaltwelle 14 quer gelagert, in der die Kontaktarme 8 exzentrisch zur Schaltwellenachse 16 in Schwenkachsen 17 einzeln schwenkbar gelagert sind. Das Schaltschloß greift in Eingriffselemente 18 der Schaltwelle 14 ein, um die Schaltwelle 14 um ihre Schalt­ wellenachse 16 zu verschwenken, wodurch die beweglichen Kontaktstücke 12 in bzw. außer Verbindung mit den feststehen­ den Kontaktstücken 10 gebracht werden. Zwischen der Schalt­ welle 14 und jedem Kontaktarm 8 ist ein Kippsprungwerk ange­ ordnet, daß als wesentliche Bestandteile zwei beiderseits des Kontaktarmes 8 angeordnete Kippsprungfedern 20 aufweist. Die Kippsprungfedern 20 greifen mit einem Ende über einen zwischen Schwenkachse 17 und beweglichem Kontaktstück 12 gelagerten Federbolzen 22 am Kontaktarm 8 an. Mit dem anderen Ende greifen die Kippsprungfedern 20 über einen exzentrisch zur Schaltwellenachse 16 und jenseits des beweglichen Kontakt­ stückes 12 gelagerten weiteren Federbolzen 24 an der Schalt­ welle 14 an. Die Kippsprungfedern 20 erzeugen bei geschlosse­ nen Kontaktstücken 10, 12 den erforderlichen Kontaktdruck. Im eingeschalteten oder ausgeschalteten oder ausgelösten Zustand der Niederspannungsschalters nehmen die Kontaktarme 8 eine erste Kippstellung ein. Wird ein Kontaktpolpaar 4 mit einem ausreichend hohen Kurzschlußstrom beaufschlagt, so tritt eine elektrodynamische Abstoßungskraft zwischen dem zugehörigen Kontaktarm 8 und der zugehörigen Kontaktschiene 6 auf, wodurch der Kontaktarm 8 eine zweite Kipplage einnimmt. Die Kontakt­ arme 8 werden in bekannter Weise aus der zweiten Kipplage, die gegenüber der dargestellten ersten Kipplage um die Schwenk­ achse 17 nach Fig. 2 im Uhrzeigersinn bzw. nach Fig. 3 und Fig. 4 gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt vorzustellen ist, durch das auslösende Schaltschloß gegen einen nicht darge­ stellten Gehäuseanschlag in die erste Kipplage zurückgeführt. Jeweils benachbarte Kontaktarme 8 sind in dem Sinne elektrisch isolierend und spielbehaftet gekoppelt, daß Kontaktarme 8 durch die elektrodynamisch bewirkte Kippbewegung anderer Kontaktarme 8 mitgenommen werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 und Fig. 2 sind benachbarte Kontaktarme 8 über jeweils ein Kopplungsstück 26 verbunden, das zwischen den Schwenkachsen 17 der Kontaktarme 8 und den beweglichen Kontaktstücken 12 angreift. Das Kopplungsstück 26 wirkt beidseitig mittels zweier rippenartigen Ausbildungen 30 abschottend und führend mit einer die benachbarten Schaltkam­ mern 2 abschottenden Trennwand 32 des Isolierstoffgehäuses und mit einer gleichwirkenden Trennwand 34 der Schaltwelle 14 zusammen. Das Kopplungsstück 26 greift auf beiden Seiten mit Langlöchern 36 über die in den benachbarten Kontaktarmen 8 gelagerten Federbolzen 22 der Kippsprungfedern 20. Durch diese spielbehaftete Kopplung werden Toleranzen zwischen den Kon­ taktpolpaaren 4, insbesondere infolge unterschiedlichen Abbrandes der Kontaktstücke 10 und 12, ausgeglichen.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 sind benachbarte Kontakt­ arme 8 über ein Kopplungsstück 27 verbunden, das an einem Kontaktarmfortsatz 38 angreift, der außerhalb der Schwenkachse 17 des jeweiligen Kontaktarmes 8 und jenseits des beweglichen Kontaktstückes 12 ausgebildet ist. Das Kopplungsstück 27 ist durchgehend stangenförmig für alle Kontaktarme 8 ausgebildet. Die Kontaktarmfortsätze 38 weisen in durchgehender Aufeinan­ derfolge Langlöcher 37 für den Eingriff des stangenförmigen Kopplungsstückes 27 auf, wodurch eine spielbehaftete Kopplung zwischen den Kontaktarmen 8 hergestellt wird. Die Kopplung kann aber auch in gleicher Weise durch einzeln die Kontaktarme 8 koppelnde Kopplungsstücke erreicht werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 erstreckt sich in der Schaltwelle 14 sowie entlang der Schwenkachsen 17 der Kontakt­ arme 8 ein durchgehendes, wellenartiges Kopplungsstück 28, das über spielbehaftete Mitnehmerelemente 40 und 42 im Bereich der Schwenkachsen 17 mit den Kontaktarmen 8 gekoppelt ist. Die Mitnehmerelemente 40 bestehen aus nutförmigen Ausnehmungen 42 in der Schaltwelle 14 sowie aus in die nutförmigen Ausneh­ mungen 42 eingreifenden keilförmigen Gegenelementen 44 an dem Kopplungsstück 28.

Durch die jeweiligen Kopplungsstücke 26 bzw. 27 bzw. 28 wird beim Auftreten eines Kurzschlusses in der durch den Nieder­ spannungsschalter zu schützenden Anlage gewährleistet, daß die durch mit Phasenkurzschlußströmen verschiedener Phasenanfangs­ winkel beaufschlagten Kontaktarme 8 sich von Anbeginn des Kurzschlusses in ihrer elektrodynamischen Kippbewegung gegen­ seitig unterstützen bzw. mitnehmen bzw. an einem vorzeitigen Zurückkippen hindern.

Claims (11)

1. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem für Nieder­ spannungsschalter mit einer der Polzahl entsprechenden Anzahl von Schaltkammern (2) mit jeweils einem Kontakt­ polpaar (4) im einem Isolierstoffgehäuse, bestehend aus

• - einer der Polzahl entsprechenden Anzahl von U-förmigen Kontaktschienen (6) mit feststehenden Kontaktstücken (10),
• - einer der Polzahl entsprechenden Anzahl von Kontakt­ armen (8) mit beweglichen Kontaktstücken (12),
• - einer durchgehenden Schaltwelle (14), in der die Kon­ taktarme (8) exzentrisch zur Schaltwellenachse (16) einzeln schwenkbar gelagert sind und über die durch ein Schaltschloß die beweglichen Kontaktstücke (12) in bzw. außer Verbindung mit den feststehenden Kontaktstücken (10) gebracht werden, und
• - je einem zwischen Schaltwelle (14) und jedem Kontaktarm (8) angeordneten Kippsprungwerk mit Kippsprungfeder(n) (20), wodurch der Kontaktarm (8) eine elektrodynamisch bewirkte zweite Kipplage und im übrigen eine erste Kipplage einnimmt, in die er aus der zweiten Kipplage durch das nachfolgend auslösende Schaltschloß zurückge­ führt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - wenigstens benachbarte Kontaktarme (8) im Sinne der gegenseitigen mechanischen Mitnahme bei der elektro­ dynamisch bewirkte Kippbewegung elektrisch isolierend und spielbehaftet gekoppelt sind.

2. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Kontaktarme (8) über jeweils ein Kopplungsstück (26) verbunden sind, das zwischen den Schwenkachsen (17) der Kontaktarme (8) und den beweglichen Kontaktstücken (12) angreift, und daß das Kopplungsstück (26) mit mindestens einer rippen­ artigen Ausbildung (30) abschottend und führend mit einer die benachbarten Schaltkammern abschottenden Trennwand (32) des Isolierstoffgehäuses und gegebenenfalls mit einer gleichwirkenden Trennwand (34) der Schaltwelle (14) zusammenwirkt.

3. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsstück (26) auf der einen Seite mit einem Langloch und auf der anderen Seite mit einem spiel freien Rundloch über den im jeweiligen Kontaktarm (8) gelagerten Federbolzen (22) der Kippsprungfeder(n) (20) greift.

4. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsstück (26) auf beiden Seiten mit Langlöchern (36) über den im jewei­ ligen Kontaktarm (8) gelagerten Federbolzen (22) der Kippsprungfeder(n) (20) greift.

5. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils benachbarte Kon­ taktarme (8) über ein Kopplungsstück (27) verbunden sind, das an einem Kontaktarmfortsatz (38) angreift, der jeweils außerhalb der Schwenkachse (17) der Kontaktarme (8) und jenseits der beweglichen Kontaktstücke (12) ausgebildet ist.

6. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein separates Kopplungsstück zwischen zwei benachbarten Kontaktarmen (8) vorgesehen ist.

7. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchgehendes, stangenförmiges Kopplungsstück (27) für alle Kontaktarme (8) vorgesehen ist.

8. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarmfortsätze (38) in abwechselnder Aufeinander­ folge Langlöcher und spiel freie Rundlöcher für den Ein­ griff des Kopplungsstückes (27) aufweisen.

9. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarmfortsätze (38) in durchgehender Aufeinander­ folge Langlöcher (37) für den Eingriff des Kopplungs­ stückes (27) aufweisen.

10. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Schaltwelle (14) sowie entlang der Schwenkachsen (17) der Kontaktarme (8) ein durchgehendes, wellenartiges Kopplungsstück (28) erstreckt, das über spielbehaftete Mitnehmerelemente (40) im Bereich der Schwenkachsen (17) mit den Kontaktarmen (8) gekoppelt ist.

11. Mehrpoliges strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus nutförmigen Ausnehmungen (42) sowie in diese eingreifenden keil­ förmigen Gegenelementen (44) bestehenden Mitnehmer­ elemente (40) jeweils an den Kontaktarmen (8) bzw. an dem wellenartigen Kopplungsstück (28) bzw. umgekehrt ange­ ordnet sind.