DE69701227T2 - Elektrischer schalter - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf elektrische Unterbrecher und spezieller auf elektrische Unterbrecher mit einem flexiblen elektrischen Anschluß, der an ein bewegliches Kontaktstück angeschlossen ist, welches eine Kontaktfläche aufweist, die angeordnet ist, um einen Kontakt mit einer Kontaktfläche an einem relativ gesehen festen Kontaktstück zu schließen oder zu öffnen, um einen zugehörigen elektrischen Stromkreis zu schließen oder zu öffnen, wobei sich die jeweiligen Kontaktflächen im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Bewegung des beweglichen Kontaktstücks erstrecken.
• Eine der Hauptüberlegungen bei der Ausgestaltung jedes Unterbrechers ist es sicherzustellen, daß durch Kontaktbeaufschlagungsfedern ausreichend Druck auf die stromführenden Kontaktflächen ausgeübt wird, um ein Zusammenschweißen der Kontaktflächen während Fehlzuständen in dem zugehörigen Schaltkreis zu verhindern. Wenn ein Überlastfehlerstrom durch die Kontaktflächen fließt, wird eine große Menge an Wärme erzeugt. Abhängig von der Ausgestaltung und dem Typ der verwendeten Kontakte und insbesondere bei Kontakten vom stumpfen Typ, die in Vakuumunterbrechern verwendet werden, tritt üblicherweise eine "Aufsprengkraft" auf. Dies ist die elektromagnetische Kraft, die durch den Fehlerstrom erzeugt wird und die dazu neigt, so zu wirken, daß sie die Kontaktflächen auseinander drückt, was den Kontaktdruck reduziert, was wiederum den Widerstand erhöht und zu einem weiteren Aufheizen oder gar zu einer anfänglichen Kontaktflächentrennung und einer Lichtbogenbildung führt. Dieses Aufheizen bzw. die Lichtbogenbildung kann ein Zusammenschweißen der Kontaktflächen verursachen. Falls ein Zusammenschweißen auftritt, wird der Unterbrecheröffnungsmechanismus Schwierigkeiten beim Trennen der Kontaktflächen nach dem Durchtritt des Fehlerstroms haben, und er mag sogar daran scheitern, den Fehlerstrom zu unterbrechen.
• Das Dokument DE-A-19 33 576 wird als dasjenige angesehen, das den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Aus der DE-A-1933 576 ist ein elektrischer Unterbrecher mit einem beweglichen Kontaktstück bekannt, das an ein Betätigungsmittel angeschlossen ist und das mit einer Kontaktfläche versehen ist, welche so angeordnet ist, daß sie durch Bewegung des beweglichen Kontaktstücks im wesentlichen in einer ersten Richtung Kontakt mit einer Kontaktfläche eines zweiten Kontaktstücks bekommt, wobei der Unterbrecher weiterhin einen elektrischen Anschluß zum Zuführen von Strom zu dem beweglichen Kontaktstück umfaßt, wobei der elektrische Unterbrecher mindestens zwei benachbarte Schenkel aufweist, die vorgesehen sind, um den Strom in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zu leiten, um so eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die die benachbarten Schenkel voneinander abstößt, wobei die Kraft verwendet wird, um beim Halten der Kontaktflächen in gegenseitiger Anlage zu unterstützen.
• Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen elektrischen Unterbrecher mit einem beweglichen Kontaktstück bereit, das mit einem Betätigungsmittel verbunden und mit einer Kontaktfläche versehen ist, die angeordnet ist, um durch Bewegung des beweglichen Kontaktstücks im wesentlichen in einer ersten Richtung Kontakt mit einer Kontaktfläche eines zweiten Kontaktstücks zu bekommen, wobei der Unterbrecher weiterhin einen elektrischen Anschluß zum Zuführen von Strom zu dem beweglichen Kontaktstück aufweist, wobei der elektrische Anschluß mindestens zwei benachbarte Schenkel aufweist, die vorgesehen sind, den Strom in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zu leiten, um so eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die die benachbarten Schenkel voneinander abstößt, wobei die Kraft verwendet wird, um beim Halten der Kontaktflächen in gegenseitiger Anlage zu unterstützen.
• Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen elektrischen Unterbrecher mit einem beweglichen Kontaktstück bereit, das an ein Betätigungsmittel angeschlossen und mit einer Kontaktfläche versehen ist, welche angeordnet ist, einen Kontakt mit einer Kontaktfläche zu schließen oder zu öffnen, die an einem im wesentlichen festen Kontaktstück vorgesehen ist, um einen zugehörigen elektrischen Schaltkreis zu schließen oder zu öffnen, wobei sich die jeweiligen Kontaktflächen senkrecht bzw. im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Bewegung des beweglichen Kontaktstücks erstrecken, wobei eine flexible elektrische Leitung, die sich von einem festen Leiter zu dem beweglichen Kontaktstück erstreckt, als sinusförmiges Band mit ebenen Schenkeln ausgebildet ist, welche miteinander durch eine Umkehrbiegung verbunden sind, wobei sich die ebenen Schenkel im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Bewegung des beweglichen Kontaktstücks erstrecken, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die so wirkt, daß ein ebener Schenkel von einem benachbarten ebenen Schenkel in der Richtung der Bewegung des beweglichen Kontaktstücks aufgrund eines elektrischen Stroms, der durch die flexible elektrische Leitung fließt, abgestoßen wird, wobei die Kraft vorgesehen ist, um zwischen den beweglichen Kontaktstücken und den Betätigungsmitteln in einer Richtung zu wirken, die die Kontaktflächen in gegenseitige Anlage beaufschlagt.
• Vorzugsweise ist die flexible elektrische Leitung als ein sinusförmiges Band mit mindestens drei ebenen Schenkeln ausgebildet, die durch Umkehrbiegungen miteinander verbunden sind. Die äußeren ebenen Schenkel können von starrem Aufbau sein, während der dazwischen liegende Schenkel bzw. die dazwischen liegenden Schenkel und Umkehrbiegungen von verformbarem Aufbau sind.
• Wie in der beigefügten, teilweise schematischen Zeichnung gezeigt ist, umfaßt in einer Ausführungsform der Erfindung ein elektrischer Unterbrecher, der in einem gasdichten Gehäuse untergebracht und beispielsweise ein Wechselstromvakuumunterbrecher sein kann, ein festes Kontaktstück 2 und ein bewegliches Kontaktstück 2 zusammen mit jeweiligen zugehörigen starren Leitern 6, 8. Das bewegliche Kontaktstück weist eine Betätigungsstange 10 auf, die in einem Betätigungszylinder 12 angeordnet ist, welcher in Führungsmitteln (nicht dargestellt) geführt und mechanisch an einen Betätigungsmechanismus (nicht dargestellt) gekoppelt ist. (Es ist zu verstehen, daß eine Sattel- oder Jochanordnung für den Betätigungszylinder 12 substituiert werden kann.) Eine Druckfeder 14 wirkt zwischen einer Schulter 16 an der Betätigungsstange 10 und einem Flansch 18 in dem Betätigungszylinder 12, um das bewegliche Kontaktstück 4 auf das feste Kontaktstück 12 hin zu beaufschlagen. Eine Zugfeder 20 beaufschlagt den Betätigungszylinder 12 in einer Richtung weg von dem festen Kontaktstück 2. Die Bewegung des Betätigungszylinders 12 in einer Richtung weg von dem festen Kontaktstück 2 wird über den Flansch 18 auf eine Mutter 12 übertragen, die auf die Betätigungsstange 10 aufgeschraubt ist und die unter normalen elektrischen Stromflußbedingungen etwas von dem Flansch 18 beabstandet ist.
• Eine elektrische Leitung 24 aus flexiblem Band umfaßt einen ersten Schenkel 26, der an den festen Leiter 8 und über eine Umkehrbiegung an einen zweiten Schenkel 30 angeschlossen ist. Der zweite Schenkel 30 ist über eine Umkehrbiegung 32 an einen dritten Schenkel 34 angeschlossen, der an dem beweglichen Kontaktstück 4 gesichert ist. Der erste, zweite und dritte Schenkel 26, 30 bzw. 34 sind durchbrochen, um die Betätigungsstange 10 aufzunehmen, und mindestens der erste und dritte Schenkel 26, 34 können eine vergrößerte Steifigkeit verglichen mit den Umkehrbiegungen 28, 32 aufweisen. Der erste Schenkel 36 stützt sich gegen eine Reaktionsendfläche 36 des Betätigungszylinders 12 ab, und der dritte Schenkel stützt sich gegen eine Unterlegscheibe 38 an dem beweglichen Kontaktstück 4 ab.
• Im Betrieb, in dem sich die jeweiligen Kontaktflächen 42, 44 an dem festen und dem beweglichen Kontaktstück 2 bzw. 4 in gegenseitiger Anlage befinden, fließt elektrischer Strom zwischen den festen Leitern 6, 8 durch das feste und das bewegliche Kontaktstück 2 bzw. 4 und die flexiblen Leitungen 24. Der elektrische Stromfluß durch die benachbarten Schenkel 26, 30, 34 der flexiblen Leitung 24 verläuft in entgegengesetzten Richtungen, so daß elektromagnetische Kräfte, die von dem Stromfluß erzeugt werden, so wirken, daß sie den ersten Schenkel 26 weg von dem zweiten Schenkel 30 und den zweiten Schenkel 30 weg von dem dritten Schenkel 34 abstoßen. Diese Abstoßungskräfte unterstützen die von der Druckfeder 24 entwickelte Kraft, um die Kontaktflächen 42, 44 in Kontakt zu halten. Bei einer in dem elektrischen Schaltkreis auftretenden Überlast wird der Betätigungsmechanismus schnell betätigt, um den Betätigungszylinder 12 und in der Folge aufgrund des Flansches 18, der an der Nuß 22 anliegt, das bewegliche Kontaktstück 4 weg von dem festen Kontaktstück 2 zu bewegen, um den Stromfluß zu unterbrechen. Da die Reaktionsendfläche 36 des Betätigungszylinders 12 weg von dem festen Kontaktstück 2 bewegt wird, wachsen die Abstände zwischen den Schenkeln an, so daß die Effekte der elektromagnetischen Abstoßungskräfte, die in den Schenkeln 26, 30, 34 erzeugt werden, abnehmen und nicht länger wirken, indem sie die Öffnungsbewegung des beweglichen Kontaktstücks 4 behindern. Wenn der Stromfluß zwischen den zwei Kontaktoberflächen 42, 44 unterbrochen ist, bricht der Stromfluß in den Schenkeln 26, 30, 34 zusammen, so daß die elektromagnetischen Abstoßungskräfte auf Null abfallen und so das nachfolgende Wiederschließen der Kontaktflächen 42, 44 auf die Weise, daß der Betätigungsmechanismus den Betätigungszylinder 12 auf das feste Kontaktstück 2 hin bewegt, nicht entgegenstehen. Nachdem jedoch die Kontaktflächen 42, 44 wieder geschlossen wurden, werden die elektromagnetischen Abstoßungskräfte wieder aufgebaut, um eine zusätzliche Kontaktbeaufschlagungskraft zu erzeugen.
• Da die Anordnung die Art der Trennung der Kontaktflächen 42, 44 verbessert, ist jede Wahrscheinlichkeit, daß Lichtbögen auftre ten oder ein Verschweißen vorkommt, wesentlich reduziert.
• Dies erlaubt beim Aufbau von Unterbrechern mit Ausrüstung für Kurzschlüsse auf hohem Niveau die Verwendung von viel leichteren, kostengünstigeren Mechanismen und von Steuerversorgungen auf niedrigerem Niveau.
• Zusätzlich wird festgestellt, daß während der Öffnung des Unterbrechers durch den Aktuator die Reaktionsendfläche 36 des Betätigungszylinders 12 anfänglich mit der Unterstützung durch die elektromagnetischen Abstoßungskräfte, die von den elektrischen Leitungen 24 in Streifenform erzeugt werden, weg von dem festen Kontaktstück 2 bewegt wird. Die Wirkung dieser Abstoßungskraft ist es, die Federn 20 und 14 in der Beschleunigung des Zylinders 12 zu unterstützen, bis der Flansch 18 auf die Mutter 22 trifft, was als eine Impulskraft wirkt, die zum Trennen der Hauptkontaktflächen 42, 44 und zum Aufbrechen jeder leichten Verschweißung der Kontaktflächen dient, die als Resultat eines exessiven Stromflusses aufgetreten sein mag. Nachdem der Angriffsspalt zwischen dem Flansch 18 und der Mutter 22 geschlossen ist, hören die elektromagnetischen Kräfte und die Kontaktdruckfeder 14 auf, eine Rolle bei der Öffnungsbewegung zu spielen (sie versuchen nur noch, die Betätigungsstange 20 zu strecken), und die Öffnungsfeder 20 vollendet die Öffnung der Kontaktstücke 2 und 4.
• Eine andere Anwendung dieses Typs von flexiblen Leitungen besteht in direkt wirkenden Schnellabschaltungen, wie sie beispielsweise bei Gleichstromunterbrechern vorgesehen werden. In dieser Anwendung werden die abstoßenden Kräfte genutzt, um zusätzlichen Kontaktdruck bis zu dem Punkt aufzubauen, an dem die direkt wirkende Abschaltung einsetzen soll. Die Kräfte wirken gegen den beweglichen Kontakt und die Betätigerhaltekraft bis der Strom einen Wert erreicht, bei dem die Kraft ausreichend ist, um eine mechanische oder magnetische Halte- oder Rastkraft zu überwinden, wodurch der Unterbrecher ausgelöst wird.
• In einer alternativen Anordnung (nicht dargestellt), die insbesondere bei einem Gleichstromunterbrecher anwendbar ist, sind beide Kontaktstücke beweglich angeordnet, wobei eines der Kontaktstücke mit einem Betätigungsmechanismus verbunden ist und das andere Kontaktstück mit einer federbeaufschlagten Halterung. Eine flexible elektrische Leitung 24 ist für jedes Kontaktstück vorgesehen und dient dazu, das Auslösen des Unterbrechers, wie in dem vorangehenden Absatz beschrieben wurde, zu unterstützen.
• Während eine flexible elektrische Leitung 24 mit drei ebenen Schenkeln beschrieben worden ist, ist zu erkennen, daß andere Konfigurationen verwendet werden können, bei denen der elektrische Strom dazu vorgesehen ist, in gegenüberliegenden benachbarten Schenkeln zu fließen, die eine ausreichende aktive Länge aufweisen, um eine ausreichende elektromagnetische Kraft zu erzeugen, um die Kraft zu erreichen, welche für das Halten der Kontaktflächen 42, 44 in gegenseitiger Anlage erforderlich ist.
• Es wird auch verstanden werden, daß die elektrische Leitung 24 nicht durch ein flexibles Band erreicht werden muß. Grundsätzlich könnte jede elektrische Leitung verwendet werden, die zwei benachbarte Schenkel umfaßt, welche vorgesehen sind, den Strom in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zu leiten, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, welche die benachbarten Schenkel voneinander abstößt. Feste Schenkel, die an einem Ende durch ein Gelenk verbunden sind, könnten ebenfalls verwendet werden.

Claims (9)

1. Elektrischer Unterbrecher mit einem beweglichen Kontaktstück (4), das mit einem Betätigungsmittel (10, 12) verbunden und mit einer Kontaktfläche (44) versehen ist, die angeordnet ist, um durch Bewegung des beweglichen Kontaktstücks (4) im wesentlichen in einer ersten Richtung Kontakt mit einer Kontaktfläche (42) eines zweiten Kontaktstücks (2) zu bekommen, wobei der Unterbrecher weiterhin ein elektrisches Anschlußelement (24) zum Zuführen von Strom zu dem beweglichen Kontaktstück (4) umfaßt, wobei das elektrische Anschlußelement (24) mindestens zwei benachbarte Schenkel (26, 30) aufweist, die vorgesehen sind, um den Strom in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zu leiten, um so eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die die benachbarten Schenkel (26, 30) voneinander abstößt, wobei die Kraft verwendet wird, um beim Halten der Kontaktflächen in gegenseitiger Anlage zu unterstützen, wobei:

sich die äußeren Schenkel (26, 34) an einer Reaktionsendfläche (36) des Betätigungsmittels bzw. dem beweglichen Kontaktstück (4) abstützen, und

das bewegliche Kontaktstück (4) mit den Betätigungsmitteln über eine Verbindungsstange (10) verbunden ist, die relativ zu den Betätigungsmitteln verschiebbar und in die erste Richtung beaufschlagt ist, um so einen Angriffsspalt zwischen den Betätigungsmitteln und der Verbindungsstange (10) auszubilden, während das erste und das zweite Kontaktstück geschlossen sind, wodurch die elektromagnetische Kraft während einer Kontaktöffnungsoperation beim Beschleunigen der Überbrückung des Angriffspalts unterstützt.

2. Elektrischer Unterbrecher nach Anspruch 1, bei dem das elektrische Anschlußelement ein flexibles Band (24) mit mindestens zwei im wesentlichen ebenen Schenkeln (26, 30) ist, die durch eine Umkehrbiegung (28) miteinander verbunden sind.

3. Elektrischer Unterbrecher nach Anspruch 2, bei dem sich jeder der ebenen Schenkel (26, 30) im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt.

4. Elektrischer Unterbrecher nach Anspruch 3, bei dem das elektrische Anschlußelement als sinusförmiges Band mit mindestens drei ebenen Schenkeln (26, 30, 34) ausgebildet ist, die durch Umkehrbiegungen (28, 32) verbunden sind.

5. Elektrischer Unterbrecher nach Anspruch 4, bei dem die äußeren ebenen Schenkel (26, 34) von starrem Aufbau sind, während der bzw. die dazwischenliegende(n) Schenkel (30) und Umkehrbiegungen (28, 32) von verformbarem Aufbau sind.

6. Elektrischer Unterbrecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die Kontaktflächen (42, 44) jeweils im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung erstrecken.

7. Elektrischer Unterbrecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Betätigungsmittel Mittel zum Bereitstellen einer vorgegebenen Haltekraft auf das bewegliche Kontaktstück (4) in der ersten Richtung und eines Auslösegrenzwerts umfassen, der, wenn eine Kraft entgegengesetzt zu der ersten Richtung den Auslösegrenzwert überschreitet, dafür sorgt, daß sich die Kontakte (4) öffnen, wobei die Kraft entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch das elektrische Anschlußelement (24) bereitgestellt wird, wenn ein vorgegebener Stromgrenzwert überschritten wird.

8. Elektrischer Unterbrecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das zweite Kontaktstück (2) in einer Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung beweglich ist und ein zweites elektrisches Anschlußelement für die Zuleitung von Strom zu dem zweiten Kontaktstück (2) umfaßt, wobei das zweite elektrische Anschlußelement mindestens zwei benachbarte Schenkel umfaßt, die vorgesehen sind, um Strom in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zu leiten, um so eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die die benachbarten Schenkel voneinander abstößt, wobei auch diese Kraft verwendet wird, um das Halten der Kontaktflächen (42, 44) in gegenseitiger Anlage zu unterstützen.

9. Elektrischer Unterbrecher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die benachbarten Schenkel (26, 30, 34) des elektrischen Anschlußelements bzw. der elektrischen Anschlußelemente eine ausreichende aktive Länge aufweisen, um eine hinreichende elektromagnetische Kraft zu erzeugen, um die Kraft zu erreichen, die für das Halten der Kontaktflächen (42, 44) in gegenseitiger Anlage erforderlich ist.