DE20320532U1

DE20320532U1 - Electrical switch has a variable rate spring that increases in stiffness and is used for contact opening with reduced energy needed

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Publication number: DE20320532U1
Application number: DE20320532U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2013-09-27

Abstract

The electrical switch has a fixed contact [3] and a movable contact [6] that is moved by a carrier operated by a linkage [12] with a energy storage spring [9]. During contact closure a variable rate coil spring [8] is loaded to store energy for use when the contacts are opened. The spring rate increase as the spring is compressed.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter, und ist bei der konstruktiven Gestaltung von Kontakten mit federnder Halterung anzuwenden.The Invention is in the field of electrical switches in the constructive design of contacts with a spring holder apply.

Die Erfindung bezieht sich dabei auf ein Schaltkontaktsystem für einen elektrischen Schalter mit zumindest einem feststehenden und zumindest einem beweglichen Schaltkontakt, bei dem der zumindest eine bewegliche Schaltkontakt zum Schließen der Schaltkontakte entgegen der Kraft zumindest einer Kontaktkraft-Feder aus einer AUS-Position in eine EIN-Position überführbar ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen elektrischer Schalter insbesondere Niederspannungs-Leistungs-Schalter mit zumindest einem derartigen Schaltkontaktsystem.The The invention relates to a switch contact system for a electrical switch with at least one fixed and at least one movable switch contact, in which the at least one movable Switch contact for closing the switch contacts against the force of at least one contact force spring can be transferred from an OFF position to an ON position. The invention relates continue to use an electrical switch especially low voltage power switch at least one such switch contact system.

Ein gattungsgemäßes Schaltkontaktsystem und ein gattungsgemäßer elektrischer Schalter sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 100 48 659 A1 bekannt. – Um den zum Schließen der Schaltkontakte erforderlichen Energiebedarf zu verringern sind bei diesem bekannten Schaltkontaktsystem jedem der als Kontakthebel ausgebildeten beweglichen Schaltkontakte zumindest zwei mechanisch parallele Kontaktkraft-Federn zugeordnet, von denen beim Einschalten zumindest eine später als die anderen zur Kontaktkraft beiträgt. Diese Ausgestaltung führt dazu, dass -. im Vergleich zu Schaltkontaktsystemen mit gleichzeitig zur Kontaktkraft beitragenden Kontaktkraftfedern – der Kraftbedarf bei der Berührung der Schaltkontakte beim Einschaltvorgang nicht so steil ansteigt.A generic switch contact system and a generic electrical switch are for example from the document DE 100 48 659 A1 known. - In order to reduce the energy required to close the switching contacts, in this known switching contact system at least two mechanically parallel contact force springs are assigned to each of the movable switching contacts designed as a contact lever, at least one of which contributes to the contact force later than the other when switched on. This configuration means that. Compared to switching contact systems with contact force springs that also contribute to the contact force - the power requirement when touching the switching contacts does not increase so steeply when switching on.

Vorteilhaft ist dabei, dass beispielsweise ein den beweglichen Kontakt treibender Antriebsstrang bei der anfänglichen Berührung der Schaltkontakte weniger stark verzögert wird. Das Schließen der Schaltkontakte erfordert dadurch weniger Energie eines Kraftspeichers.Advantageous is that, for example, a moving contact Powertrain at the initial contact the switching contacts are delayed less. Closing the switch contacts therefore requires less energy from an energy store.

Ausgehend von einem Schaltkontaktsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ( DE 100 48 659 A1 ) liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem bekannten Schaltkontaktsystem einfacher gestaltetes Schaltkontaktsystem anzugeben, dass zum Schließen seiner Schaltkontakte in ähnlicher Weise weniger Energie erfordert.Starting from a switching contact system with the features of the preamble of claim 1 ( DE 100 48 659 A1 ) the invention is based on the object of specifying a simpler switching contact system compared to the known switching contact system, which requires less energy in a similar way to close its switching contacts.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die zumindest eine Kontaktkraft-Feder eine progressive Federkennlinie aufweist. – Bei einer derartigen Gestaltung erfolgt eine verlustarme Umsetzung der treibenden Energie beispielsweise eines Federspeichers, da die sich zwischen den Schaltkontakten aufbauenden Kontaktkräfte der Kontaktkraft-Federn im Wesentlichen in einem Maße ansteigen, in dem sich auch die Kraftübertragungsverhältnisse (insbesondere die Hebelverhältnisse) in dem den bewegbaren Schaltkontakt treibenden Antriebsstrang verbessern.This Object is according to the invention solved by that the at least one contact force spring has a progressive spring characteristic having. - At Such a design results in a low-loss implementation of the driving energy, for example, a spring accumulator, because the contact forces building up between the switching contacts Contact force springs essentially to an extent increase in which the power transmission ratios (especially leverage ratios) improve in the drive train driving the movable switching contact.

In bevorzugter Ausgestaltung des neuen Schaltkontaktsystems ist vorgesehen, dass der bewegliche Schaltkontakt an einem Kontaktträger schwenkbar gehalten ist, der zum Schließen der Kontakte aus einer AUS-Stellung in eine EIN-Stellung schwenkbar ist, wobei die zumindest eine Kontaktkraft-Feder zwischen dem beweglichen Schaltkontakt und dem Kontaktträger abgestützt ist.In a preferred embodiment of the new switching contact system is provided, that the movable switch contact can be pivoted on a contact carrier is held to close the contacts can be swiveled from an OFF position to an ON position is, wherein the at least one contact force spring between the movable Switch contact and the contact carrier supported is.

Als bevorzugte Ausführungsform der zumindest einen Kontaktkraft-Feder ist eine einteilige Schraubendruckfeder vorgesehen, die zumindest einen ersten und einen zweiten Wickelabschnitt aufweist, wobei die Federrate des ersten Wickelabschnitts geringer als die Federrate des zweiten Wickelabschnitts ist.As preferred embodiment the at least one contact force spring is a one-piece helical compression spring provided the at least a first and a second winding section has, the spring rate of the first winding section lower than the spring rate of the second winding section.

Bei einem elektrischen Schalter insbesondere einem Niederspannungs-Leistungsschalter, der mit dem neuen Schaltkontaktsystem versehen ist, kann – aufgrund der optimalen Umsetzung der den beweglichen Schaltkontakt treibenden Energie in die Bewegung des beweglichen Schaltkontaktes – beispielsweise ein die treibenden Energie bereitstellender Federspeicher geringer dimensioniert oder bei gleicher Energie auf wesentlich höhere Ströme, insbesondere höhere Kurzschlussströme draufgeschaltet werden.at an electrical switch, in particular a low-voltage circuit breaker, which is provided with the new switch contact system can - due to the optimal implementation of the moving switching contact Energy in the movement of the movable switch contact - for example a spring accumulator providing the driving energy is lower dimensioned or with the same energy to much higher currents, in particular higher Short-circuit currents be switched on.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. there demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schalters mit einem mit progressiven Kontaktkraft-Federn vesehenen Schaltkontaktsystem und mit einem Federspeicher, der die Energie zum Schließen des Schaltkontaktsystems bereitstellt. 1 is a schematic representation of an electrical switch with a provided with progressive contact force springs switching contact system and with a spring accumulator, which provides the energy for closing the switching contact system.

2 eine bevorzugte Ausführungsform der progressiven Kontaktkraftfedern 2 a preferred embodiment of the progressive contact force springs

3 die progressive Federkennlinie der progressiven Kontaktkraft-Feder gemäß der 3 im Vergleich zu einer linearen Federkennlinie und 3 the progressive spring characteristic of the progressive contact force spring according to the 3 compared to a linear spring characteristic and

4 im Vergleich die zum Schließen der Schaltkontakte erforderliche Kraft des Federspeichers in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schaltwelle bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Schaltkontaktsystem, dessen Kontaktkraftfedern eine progressive Federkennlinie aufweisen und bei einem weiteren Schaltkontaktsystem, dessen Kontaktkraftfedern eine lineare Federkennlinie aufweisen. 4 in comparison the force of the spring accumulator required to close the switching contacts as a function of the angle of rotation of the switching shaft in a switching contact system designed according to the invention, the contact force springs of which have a progressive spring characteristic and in a further switching contact system whose contact force springs have a linear spring characteristic sen.

Die 1 zeigt einen elektrischen Schalter 1 in Form eines Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Schaltkontaktsystem und einer zugeordneten Lichtbogen-Löschkammer 2. Das Schaltkontaktsystem besteht aus einer feststehenden Schaltkontaktanordnung 3 und einer beweglichen Schaltkontaktanordnung 4. Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 4 weist dabei einen schwenkbaren Kontaktträger 5 und mehrere bewegbare Schaltkontakte 6 in Form von Kontakthebeln auf. Dabei sind die bewegbaren Schaltkontakte 6 parallel zueinander um einen Lagerbolzen 7 des Kontaktträgers schwenkbar und mittels Kontaktkraft-Federn 8 unter Vorspannung federnd an dem Kontaktträger 5 abgestützt. Insbesondere bei mehrpoligen Niederspannungs-Leistungsschaltern sind neben dem gezeigten Kontaktträger weitere nicht dargestellte Kontaktträger vorgesehen. Die Kontaktkraft-Federn 8 weisen eine progressive Federkennlinie 24 (vgl. 3) auf (progressive Kontaktkraft-Federn), d.h. sie werden bei steigender Belastung härter.The 1 shows an electrical switch 1 in the form of a low-voltage circuit breaker with a switch contact system and an associated arc quenching chamber 2 , The switch contact system consists of a fixed switch contact arrangement 3 and a movable switch contact arrangement 4 , The movable switch contact arrangement 4 has a pivotable contact carrier 5 and several movable switch contacts 6 in the form of contact levers. The movable switch contacts 6 parallel to each other around a bearing pin 7 of the contact carrier can be pivoted and by means of contact force springs 8th under tension on the contact carrier 5 supported. In particular in the case of multipole low-voltage circuit breakers, further contact carriers, not shown, are provided in addition to the contact carrier shown. The contact force springs 8th have a progressive spring characteristic 24 (see. 3 ) on (progressive contact force springs), ie they become harder as the load increases.

Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 4 ist in bekannter Weise über einen in der 1 nur schematisch angedeuteten Antriebsstrang mit einem Federspeicher 9 eines Antrieb 10 gekoppelt. Der Antriebsstrang umfasst eine Schaltwelle 11, einen den Antriebes mit der Schaltwelle koppelnde erste Hebelanordnung 12 und je nach Anzahl der vorgesehenen Kontaktträger 5 eine entsprechende Anzahl zweiter Hebelanordnungen 13, von denen jede die Schaltwelle 11 mit einem der Kontaktträger 5 koppelt. Im Zuge der ersten Hebelanordnung 12 ist ein Schaltschloss 14 angekoppelt. Das Schaltschloss 14 umfasst in bekannter Weise zwei Verklinkungseinrichtungen, von denen eine erste zum Verklinken des gespannten Federspeichers 9 und die zweite zum Verklinken des Antriebsstranges in seiner EIN-Position dient.The movable switch contact arrangement 4 is in a known manner about one in the 1 only schematically indicated drive train with a spring accumulator 9 of a drive 10 coupled. The drive train includes a selector shaft 11 , a first lever arrangement coupling the drive to the selector shaft 12 and depending on the number of contact carriers provided 5 a corresponding number of second lever arrangements 13 each of which is the shift shaft 11 with one of the contact carriers 5 coupled. In the course of the first lever arrangement 12 is a key switch 14 coupled. The key switch 14 comprises in a known manner two latching devices, of which a first one for latching the tensioned spring-loaded mechanism 9 and the second is used to latch the drive train in its ON position.

Der Antriebsstrang und die daran gekoppelten Kontaktträger 5 sind beim Einschaltvorgang unter der Kraft des Federspeichers 9 des Antriebs 10, entgegen der Kraft der progressiven Kontaktkraft-Federn 8 aus einer AUS-Stellung, bei der das Schaltkontaktsystem offen ist, in eine EIN-Stellung, bei der das Schaltkontaktsystem geschlossen ist, überführbar. Sobald sich die Schaltkontakte beim Einschaltvorgang berühren schwenken die beweglichen Schaltkontakte 6 um den Lagerbolzen 7. Dabei werden die Kontaktkraft-Federn 8 weiter gespannt. Die Kraft der Kontaktkraft-Federn 8 wirkt dabei in die zur AUS-Stellung weisende Schwenkrichtung 15 der Schaltwelle 11.The drive train and the contact carriers coupled to it 5 are under the force of the spring accumulator when switching on 9 of the drive 10 , against the force of the progressive contact force springs 8th Can be transferred from an OFF position, in which the switch contact system is open, to an ON position, in which the switch contact system is closed. As soon as the switch contacts touch during the switch-on process, the movable switch contacts swivel 6 around the bearing pin 7 , The contact force springs 8th further excited. The force of the contact force springs 8th acts in the swivel direction pointing to the OFF position 15 the control shaft 11 ,

Gemäß der 2 sind die progressiven Kontaktkraft-Federn 8 als einteilige progressive Schraubendruckfedern ausgebildet. Diese progressive Schraubendruckfedern weisen zumindest einen ersten und einen zweiten Wickelabschnitt 22, 23 auf, wobei jeweils die Federrate des ersten Wickelabschnitts 22 geringer als die Federrate des zweiten Wickelabschnitts 23 ist. Im Unterschied zu anderen, beispielsweise als kegelige Schraubendruckfedern ausgebildete progressive Federn erfordert die progressive Schraubendruckfeder keine Erweiterung des zu ihrer Unterbringung erforderlichen Bauraumes. Bekannte Schaltkontaktsvsteme können daher ohne aufwendige konstruktive Veränderungen – durch einfaches Austauschen der bisher bekannten Kontaktkraftfedern mit linearer Federkennlinie gegen progressive Schraubendruckfedern – gemäß der Erfindung umgestaltet werden.According to the 2 are the progressive contact force springs 8th designed as one-piece progressive helical compression springs. These progressive helical compression springs have at least a first and a second winding section 22 . 23 on, each with the spring rate of the first winding section 22 less than the spring rate of the second winding section 23 is. In contrast to other progressive springs, for example designed as conical helical compression springs, the progressive helical compression spring does not require any expansion of the installation space required for its accommodation. Known Schaltkontaktsvsteme can therefore be reconfigured according to the invention without complex design changes - simply by exchanging the previously known contact force springs with a linear spring characteristic for progressive helical compression springs.

3 zeigt die progressive Federkennlinie 24 (S = Weg der Kontaktkraft-Feder, F₁ = Kraft der Kontaktkraft-Feder) der progressiven Schraubendruckfedern. Die Drahtstärke, die Anzahl der Wicklungen pro Wickelabschnitt, sowie die Längen, Federwege und Steigungen der Wickelabschnitte sind derart bemessen, dass die Kennlinie zwei in einem sehr kurzen Federweg ineinander übergehende, im wesentlichen lineare Abschnitte 24a, 24b unterschiedlicher Federrate (Federsteifigkeit) aufweist. Die progressive Federkennlinie 24 zeigt damit an, dass die progressiven Schraubendruckfedern bei steigender Belastung härter werden, während Kontaktkraft-Federn mit durchgehend linearer Federkennlinie 25 eine konstante Federrate aufweisen. 3 shows the progressive spring characteristic 24 (S = path of the contact force spring, F ₁ = force of the contact force spring) of the progressive helical compression springs. The wire thickness, the number of windings per winding section, as well as the lengths, spring travel and slopes of the winding sections are dimensioned such that the characteristic curve has two essentially linear sections which merge into one another in a very short spring travel 24a . 24b different spring rate (spring stiffness). The progressive spring characteristic 24 indicates that the progressive helical compression springs become harder with increasing load, while contact force springs with a continuously linear spring characteristic 25 have a constant spring rate.

Ein Vergleich der in 4 gezeigten Drehwinkel-Kraft-Kurven 27 und 28 (φ = Drehwinkel der Schaltwelle beim Einschalten, F₂ = Kraft die vom Federspeicher zum Schließen des Schaltkontaktsystems aufgebracht werden muss) veranschaulicht, dass bei dem neuen Schaltkontaktsystem, dass mit progressiven Kontaktkraft-Federn 8 versehen ist, insgesamt weniger Energie zum Schließen der Schaltkontakte 3, 6 erforderlich ist (vgl. Kurve 27). Damit ist eine Reduzierung des Energiebedarfs also ein geringer dimensionierter Federspeicher 9 möglich. Andererseits kann – im Vergleich mit herkömmlichen, mit linearen Kontaktkraft-Federn versehenen Schaltkontaktsystemen (vgl. Kurve 28) – mit dem neuen Schaltkontaktsystem bei vorgegebener Energie des Federspeichers 9 auf höhere Kurzschlussströme draufgeschaltet, d.h. das Schaltkontaktsystem bei höheren Kurzschlussströmen geschlossen werden. Dies ist möglich, da der Antriebsstrang weniger stark verzögert wird. Er kann also schneller durchschalten, wodurch die stromrückwirkenden Kräfte, die bis zum Zeitpunkt des Verklinkens des Antriebsstranges auf den Antriebsstrang wirken, reduziert werden.A comparison of the in 4 shown rotation angle-force curves 27 and 28 (φ = angle of rotation of the switching shaft when switching on, F ₂ = force that must be applied by the spring accumulator to close the switching contact system) illustrates that with the new switching contact system, that with progressive contact force springs 8th is provided, overall less energy to close the switch contacts 3 . 6 is required (see curve 27 ). A reduction in the energy requirement is therefore a smaller spring mechanism 9 possible. On the other hand, compared to conventional switch contact systems with linear contact force springs (see curve 28 ) - with the new switching contact system at a given spring energy 9 switched to higher short-circuit currents, ie the switching contact system is closed at higher short-circuit currents. This is possible because the drive train is decelerated less. It can therefore switch through more quickly, which reduces the forces that act on the current and act on the drive train until the drive train clicks into place.

Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen anfänglichen Federrate (Federsteifigkeit) sind die progressiven Kontaktkraft-Federn 8 bei der Montage des Schaltkontaktsystems leichter zwischen den beweglichen Kontakten 6 und den Kontaktträger 5 abstützbar (montierbar). Dies führt zu einer Senkung des Montageaufwandes und damit insbesondere zu einer Senkung der Montagekosten.Because of their comparatively low initial spring rate (spring stiffness), the progressive contact force springs 8th when installing the switch contact system easier between the mov contacts 6 and the contact carrier 5 supportable (mountable). This leads to a reduction in assembly effort and thus in particular to a reduction in assembly costs.

Claims

Switch contact system for an electrical switch with at least one fixed switch contact ( 3 ) and at least one movable switch contact ( 6 ), in which the at least one movable contact ( 6 ) to close the switching contacts ( 3 . 6 ) against the force of at least one contact force spring ( 8th ) can be transferred from an OFF position to an ON position, characterized in that the at least one contact force spring ( 8th ) a progressive spring characteristic ( 24 ) having.

Switch contact system according to claim 1, characterized in that the movable switch contact ( 6 ) on a contact carrier ( 5 ) is pivotally held to close the switching contacts ( 3 . 6 ) can be pivoted from an OFF position to an ON position, the at least one contact force spring ( 8th ) between the movable switch contact ( 6 ) and the contact carrier ( 5 ) is supported.

Switching contact system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the at least one contact force spring ( 8th ) is designed as a one-piece helical compression spring which has at least a first and a second winding section ( 22 . 23 ), the spring rate of the first winding section ( 22 ) lower than the spring rate of the second winding section ( 23 ) is.

Electrical switch ( 1 ), in particular low-voltage circuit breakers, with at least one switch contact system, characterized in that the at least one switch contact system is designed according to one of claims 1 to 3.