Mehrpoliger Niederspannungs-Leistungsschalter mit einer Kontaktarme tragenden Schaltwelle

Abstract

 Ein Niederspannungs-Leistungsschalter (1) ist mehrpolig ausgebildet und besitzt eine in Ausnehmungen der Trennwände (22) eines Isolierstoffgehäuses (2) gelagerte Schaltwelle (14). Die Ausnehmungen der Trennwände (22) sind durch Einsatzstücke (35) verschlossen. Auf der Schaltwelle (14) sind axial verschiebbare Lagerkörper (23) mit einer äußeren Lagerfläche (25) sowie mit einem über die Lagerfläche vorstehenden Bund (27) angeordnet, und die Lagerflächen (31) der Trennwände (22) und der Einsatzstücke (35) besitzen eine dem Bund (27) entsprechende Nut (32, 37). Die Lagerkörper ermöglichen eine gegen den Durchtritt von Schaltgasen abgedichtete Lagerung der Schaltwelle zugleich mit einer Erhöhung der Sicherheit gegen die Bildung von elektrischen Kriechwegen (Fig. 2a).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung befaßt sich mit einem mehrpoligen Niederspannungs-Leistungsschalter mit Kontaktarmen und einer diese tragenden Schaltwelle, die in Ausnehmungen der Trennwände eines Isolierstoffgehäuses und in diese Ausnehmungen verschließenden Einsatzstücken gelagert ist.

[0002] Ein Leistungsschalter dieser Art ist durch die GB-PS 1 244 890 bekannt geworden. Die Schaltwelle bildet dabei mit Tragarmen für die beweglichen Schaltstücke ein einheitliches, aus einem Isolierstoff hergestelltes Bauteil. Dieses Bauteil besitzt zwischen den Tragarmen zur Lagerung dienende zylindrische Abschnitte. Der bekannte Schalter ist dreipolig ausgebildet und besitzt zwei Einsatzstücke, die durch eine Traverse zusammengehalten sind und daher gleichfalls ein einheitliches Bauteil bilden. Dieses ist mittels Schrauben an dem Unterteil des Isolierstoffgehäuses des Schalters.befestigt.

[0003] Bei Niederspannungs-Leistungsschaltern mit einem Isolierstoffgehäuse ist es ferner bekannt, die Schaltwelle als Mehrkantwelle auszubilden, an der die als Stanzteile ausgebildeten Tragarme der beweglichen Schaltstücke durch Biege- oder Nietvorgänge befestigt sind. Die Schaltwelle besitzt einen Kern aus Metall, der ein rundes, gleichfalls mehrkantiges Profil besitzt. Dieser Kern ist mit einem Isolierstoff ummantelt. Schaltwellen dieser Art (US-PS 3 621 189) besitzen eine hohe mechanische Festigkeit und eignen sich daher auch für mechanisch stark beanspruchte Leistungsschalter für hohe Schaltleistungen. Gerade bei solchen Schaltern tritt das Problem auf, die benachbarten Polbahnen voneinander sorgfältig elektrisch zu isolieren. Hierzu müssen ausreichende Kriechwege vorhanden sein, und es muß ein Durchtritt von Schaltgasen aus einer Polbahn in die benachbarten Polbahnen vermieden werden.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine den genannten Forderungen genügende Ausbildung und Lagerung der Schaltwelle anzugeben. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltwelle ein Mehrkantprofil aufweist und axial verschiebbare Lagerkörper mit einer dem Mehrkantprofil angepaßten Öffnung und wenigstens einer äußeren zylindrischen Lagerfläche sowie einen über die Lagerfläche vorstehenden Bund trägt und daß die Lagerflächen der Trennwände und der Einsatzstücke eine dem Bund entsprechende Nut besitzen.

[0005] Unter dem Begriff Mehrkantprofil sind in diesem Zusammenhang alle Querschnittsformen zu verstehen, die eine drehschlüssige Verbindung mit den Lagerkörpern ermöglichen, insbesondere also symmetrische Drei- oder Vierkantprofile sowie Rundprofile mit einem oder mehreren Vorsprüngen oder mit wechselndem Krümmungsradius.

[0006] Der an den nach der Erfindung vorgesehenen Lagerkörpern angebrachte Bund bildet in Verbindung mit den entsprechenden Nuten der Trennwand des Isolierstoffgehäuses und des Einsatzstückes eine Abstufung, die den Kriechweg verlängert und den Durchtritt von Schaltgasen verhindert. Eine wesentliche Eigenschaft der Anordnung nach der Erfindung besteht ferner darin, daß die axiale Länge des Spaltes zwischen der Schaltwelle und der Öffnung des Lagerkörpers unabhängig von der Dicke der Trennwände wählbar ist. In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Länge dieses Spaltes als Sicherheitsstrecke bezüglich der Bildung elektrischer Kriechwege und bezüglich des Durchtrittes von Schaltgasen bemessen sein. Dies bedeutet, daß der axiale Spalt bei gegebener Breite so gewählt wird, daß die üblicherweise auftretenden schädlichen Einflüsse, insbesondere rußhaltige Schaltgase, nicht zur Bildung einer durchgehenden leitfähigen Schicht an der Oberfläche der Schaltwelle führen können. Um die gewünschten Maßverhältnisse zu erzielen, empfiehlt es sich, die Einsatzstücke und die Trennwände in der Umgebung ihrer Lagerflächen gegenüber der normalen Dicke der Trennwände verbreitert auszuführen.

[0007] Für eine ordnungsgemäße Funktion des Schalters ist es wesentlich, daß die Schaltwelle präzise und mit geringer Toleranz gelagert ist. Dies ist an sich durch möglichst nahe an den Enden der Schaltwelle angreifende Lagerstellen erreichbar. Aber auch bei einer Lagerung der Schaltwelle im Bereich der Trennwände des Isolierstoffgehäuses läßt sich im Rahmen der Erfindung eine spielarme Lagerung dadurch erreichen, daß die Lagerflächen der Lagerkörper an der in axialer Richtung der Schaltwelle gesehen äußeren Seite des Bundes angeordnet sind.

[0008] Es ist vorteilhaft, nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Lagerkörper mit einer weiteren, bezüglich des Bundes axial innen gelegenen Lagerfläche zu versehen, die im betriebsfähigen Zustand des Schalters mit geringem Abstand einer ortsfesten Anschlagfläche gegenüberstehen. Diese Anschlagfläche sorgt dafür, daß der Schalter auch bei entfernten Einsatzstücken mechanisch voll funktionsfähig ist. Als Anschlagfläche kann hierbei eine Kante eines an dem Unterteil des Gehäuses befestigten Lagerbleches des Schaltschlosses dienen.

[0009] Die mit der Erfindung angestrebten Wirkungen werden um so zuverlässiger erreicht, je geringer die Toleranzen im Zusammenwirken der Lagerflächen, des Bundes und der Nuten sind. Durch die Erfindung wird die Einhaltung enger Toleranzen durch die axial verschiebbare Anordnung der Lagerkörper wesentlich erleichtert. In dem gleichen Sinn wirkt sich die nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehene Maßnahme aus, für jede Trennwand ein gesondertes Einsatzstück vorzusehen. Damit entfällt die bei den bekannten Einsatzstücken zur Verbindung vorgesehene Traverse.

[0010] Die Einsatzstücke nehmen mit ihren Lagerflächen vor allem diejenigen Kräfte auf, die von den Rückstellkräften der beweglichen Schaltstücke auf die Schaltwelle ausgeübt werden. Daher ist es erforderlich, die Einsatzstücke gegen eine Verschiebung unter der Wirkung dieser Kräfte zu sichern. In vorteilhafter Weise kann dies dadurch geschehen, daß die Einsatzstücke in ihrer Betriebslage zwischen dem Oberteil und dem Unterteil des Isolierstoffgehäuses des Schalters durch Formschluß befestigt werden. Die Kräfte werden somit auf das Oberteil des Gehäuses übertragen, das mit dem Unterteil in üblicher Weise durch Schrauben verbunden sein kann.

[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0012] Die Fig. 1 zeigt einen Niederspannungs-Leistungsschalter in einer Seitenansicht mit schematisch dargestellter Strombahn.

[0013] In der Fig. 2a ist ein vereinfachter Querschnitt durch den Schalter gemäß der Fig. 1 im Bereich der Schaltwelle gezeigt. Fig. 2b ist der in der Fig. 2a mit II-II bezeichnete Schnitt.

[0014] Die Fig. 3 zeigt einen Lagerkörper für die Schaltwelle in perspektivischer Ansicht.

[0015] Die Fig. 4a veranschaulicht das Zusammenwirken zwischen einer Trennwand, einer Schaltwelle und einem Einsatzstück. Der in der Fig. 4a mit IV-IV bezeichnete Schnitt ist in der Fig. 4b gezeigt.

[0016] Der in der Fig. 1 schematisch dargestellte Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2 aus Isolierstoff, z. B. einem Formpreßstoff auf der Basis von Polyesterharz. Das Gehäuse 2 ist entlang einer Teilfuge in ein Oberteil 3 und ein Unterteil 4 geteilt. Die Strombahn des Schalters 1 erstreckt sich von einer Anschlußklemme 5 über ein feststehendes Schaltstück 6 und ein bewegliches Schaltstück 7 sowie ein biegsames Leiterband 10 und einen Heizleiter 11 zu einer weiteren Anschlußklemme 12.

[0017] Das bewegliche Schaltstück 7 ist gelenkig an einem Träger 13 angebracht, der auf einer Schaltwelle 14 befestigt ist. An dem Gelenkstift 15, der den Träger 13 und das bewegliche Schaltstück 7 verbindet, greift ein Antriebshebel 16 an, der in bekannter Weise durch einen nicht näher dargestellten Mechanismus bewegbar ist. Zum Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters 1 von Hand dient ein Handbetätigungsgriff 17, der aus dem Oberteil 3 des Gehäuses 2 herausragt. Aus der dargestellten Einschaltstellung ist das bewegliche Schaltstück 7 nicht nur durch den Betätigungshandgriff 17, sondern auch in bekannter Weise durch thermische und/oder magnetische Auslöser in die Ausschaltstellung überführbar. Ist der Leistungsschalter 1 mehrpolig ausgebildet, so hat jeder Pol den in Fig. 1 dargestellten Aufbau, wobei jedoch der Antriebshebel 16 nur an einem der Gelenkstifte 15 angreift, bei dreipoligen Schaltern vorzugsweise an dem beweglichen Schaltstück 7 des mittleren Poles.

[0018] Die Schaltwelle 14 besitzt einen Kern aus Metall in Gestalt eines Rundstabes 20 mit kreisförmigem Querschnitt. Dieser Rundstab ist mit einer Umhüllung 21 aus Isolierstoff versehen. Auf dieser Umhüllung sind die als Stanz- und Biegeteile ausgebildeten Kontaktträger 13 nebeneinander befestigt. Wie besonders die Fig. 2b zeigt, ist die Schaltwelle 14 in den Trennwänden 22 des Unterteiles 4 des Gehäuses 2 mittels zweier Lagerkörper 23 gelagert, die in der Fig. 3 gesondert perspektivisch dargestellt sind. Zur Herstellung der Lagerkörper 23 eignen sich isolierende Kunststoffe ausreichender Festigkeit, insbesondere duroplastische Formpreßstoffe. Die Lagerkörper 23 besitzen eine der Querschnittsform der Schaltwelle 14 angepaßte Öffnung 24, die so bemessen ist, daß die Lagerkörper 23 mit geringem Spiel auf der Schaltwelle 14 verschiebbar sind. Dabei ist die axiale Länge der Lagerkörper 23 und damit der Öffnung 24 so gewählt, daß sich bei einem gegebenen Spiel zwischen den Lagerkörpern 23 und der Schaltwelle 14 eine ausreichende Sicherheit gegen den Durchtritt von Schaltgasen entlang der Oberfläche der Schaltwelle 14 und gegen die Bildung leitfähiger Schichten auf der Schaltwelle ergibt. Die axiale Länge der Lagerkörper 23 entspricht somit einer Sicherheitsstrecke zwischen den benachbarten Polbahnen, die sich jeweils zu beiden Seiten der Trennwände 22 befinden.

[0019] Die Lagerkörper 23 besitzen je eine Lagerfläche 25 und eine weitere Lagerfläche 26 mit einem gegenüber der Lagerfläche 25 verringerten Durchmesser. Zwischen den beiden Lagerflächen befindet sich ein über die Lagerflächen vorstehender scheibenartiger Bund 27. Zwischen dem Bund 27 und der Lagerfläche 26 besitzen die Lagerkörper 23 einen weiteren zylindrischen Ansatz 28, dessen Durchmesser zwischen dem Durchmesser der Lagerfläche 25 und dem Durchmesser der Lagerfläche 26 liegt.

[0020] Zur Aufnahme der Lagerkörper 23 sind die Trennwände 22 des Unterteiles 4 des Gehäuses 2 mit Ausnehmungen 30 versehen, deren unterer Bereich als Lagerschale 31 mit einem den Lagerflächen 25 angepaßten Radius ausgebildet ist. In dieser Lagerschale ist ferner eine Nut 32 für den Bund 27 der Lagerkörper 23 vorgesehen. Zum Einführen der Lagerkörper 23 in die Ausnehmungen 30 sind die Nuten 32 über den Bereich der Lagerschale 31 hinaus bis zur Oberkante der Trennwände 22 verlängert (Fig. 4b). An den seitlichen Rändern der Ausnehmungen 30 befinden sich weitere Nuten 33 und 34, die gegenüber der Nut 32 versetzt sind. Die Nuten 33 und 34 dienen zum Einschieben von Einsatzstücken 35, die nachstehend erläutert werden.

[0021] Die Einsatzstücke 35 bestehen gleichfalls aus einem isolierenden Kunststoff und sind an ihren unteren Enden als Lagerschalen 36 ausgebildet. Dadurch ergeben sich zusammen mit den Lagerschalen 31 der Ausnehmungen 30 die Lagerflächen 25 der Lagerkörper 23 vollständig umschließende Lager. Zur Aufnahme des Bundes 27 der Lagerkörper 23 sind die Einsatzstücke 35 gleichfalls mit je einer Nut 37 versehen. Ferner besitzen die Einsatzstücke Rippen 40 und 41 zur Führung in den Nuten 33 und 34 der Trennwände 22.

[0022] Die Dicke der Einsatzstücke 35 entspricht in dem unteren Bereich, der mit den Lagerkörpern 23 zusammenwirkt, der axialen Länge der Lagerkörper abzüglich der Lagerfläche 26 (Maß a in Fig. 2a). In dem oberen Bereich sind die Einsatzstücke 35 dagegen dünner ausgeführt, und zwar entsprechend der Dicke der Trennwände 22, die nur im Bereich der Lagerschalen 31 die in der Fig. 2b dargestellte Dicke a aufweisen, im übrigen jedoch dünner ausgeführt sind (Maß b in Fig. 2a).

[0023] Wie bereits erwähnt, besitzen die Lagerkörper 23 auf der bezüglich des Bundes 27 axial innen gelegenen Seite einen zylindrischen Ansatz 28, dessen Durchmesser etwas geringer als der Durchmesser der Lagerfläche 25 ist. Hierdurch entsteht ein geringer Spalt zwischen dem zylindrischen Ansatz 28 und den Lagerschalen 31 und 36 der Trennwände 22 bzw. der Einsatzstücke 35. Als Lagerflächen sind im Betrieb des Schalters somit nur die axial außen gelegenen Lagerflächen 25 wirksam. Dadurch erreicht man eine verhältnismäßig spielarme Lagerung der Schaltwelle 14. Die weiteren Lagerflächen 26 der Lagerkörper 23 werden erst wirksam, wenn das Oberteil 3 des Isolierstoffgehäuses 2 mit seinen-in der Fig. 2b abgebrochen dargestellten Trennwänden 42 von dem Unterteil 4 abgenommen wird. Die Schaltwelle 14 wird dann unter dem Einfluß von Rückstellkräften, die der nicht näher dargestellte Schaltmechanismus ausübt, nach oben gedrückt, wobei auch die Einsatzstücke 35 mit ihren Rippen 40 und 41 in den Nuten 33 und 34 nach oben verschoben werden. Dabei legen sich die weiteren Lagerflächen 26 der Lagerkörper 23 an Anschlagflächen 44 von Lagerblechen 43 an, die am Boden des Unterteiles 4 durch schematisch angedeutete Befestigungsmittel 45 gehalten sind. Die Lagerbleche 43 sind zwischen den Trennwänden 22 angeordnet und dienen zur Aufnahme des erwähnten Antriebsmechanismus und des Schaltschlosses. Die Teile sind so bemessen, daß im Betriebszustand des Schalters zwischen den Lagerblechen 43 und den Lagerflächen 26 ein Zwischenraum c vorhanden ist, der in der Größenordnung von Zehntelmillimetern liegen kann. Es ist darauf hinzuweisen, daß in den Fig. 2a und 2b die Unterschiede der Durchmesser der Lagerflächen 25 und 26 sowie des zylindrischen Ansatzes 28 zur Veranschaulichung stärker hervorgehoben sind, als dies der Wirklichkeit entspricht.

[0024] Anhand der Fig. 4a ist zu erkennen, daß die Montage der Schaltwelle und ihrer Lagerung auf einfache Weise erfolgen kann. Die Schaltwelle 14 wird mit den auf ihr in axialer Richtung verschiebbaren Lagerkörpern 23 in das Unterteil 4 des Gehäuses 2 derart eingelegt, daß die Lagerkörper mit ihren Bünden 27 in die Nuten 32 eingreifen. Dann werden die Lagerbleche 43 zwischen den Trennwänden 22 eingesetzt und an dem Boden des Unterteiles 4 in geeigneter Weise befestigt. Die Schaltwelle 14 ist dadurch bis auf die erwähnte geringe Maßabweichung c in ihrer Betriebsstellung festgelegt und kann probeweise betätigt werden. Die endgültige Lagerung der Schaltwelle 14 ergibt sich nach dem Einfügen der Einsatzstücke 35 mit ihren Rippen 40 und 41 in die Nuten 33 und 34 und das anschließende Aufsetzen des Oberteiles 3 auf das Unterteil 4, das dann mit dem Oberteil 3 durch geeignete Verbindungsmittel, z. B. Schrauben, verbunden wird. Bei der Montage können sich die Lagerkörper 23 infolge ihrer Verschiebbarkeit auf der Schaltwelle 14 an den Abstand der Trennwände 22 bzw. der Nuten 32 selbsttätig anpassen. Ebenso lassen sich die Einsatzstücke 35 auf einfache Weise montieren, weil sie voneinander unabhängig sind und damit ein Verkanten oder Verklemmen vermieden ist.

[0025] Im Betriebszustand des Schalters 1 sind die benachbarten Polbahnen im Bereich der Schaltwelle 14 vollständig voneinander getrennt. Dies ist dadurch erreicht, daß zwischen den Lagerkörpern 23 und den Trennwänden 22 sowie den Einsatzstücken 35 durch die Bünde 27 eine labyrinthartige Verlängerung des Kriechweges geschaffen ist. Diese labyrinthartige Gestaltung verhindert auch einen Durchtritt von Schaltgasen von einer Polbahn in die benachbarte Polbahn. Eine ähnliche labyrinthartige Verschachtelung besteht auch zwischen den Einsatzstücken 35 und den Trennwänden 22 durch das Ineinandergreifen der Rippen 40 und 41 in die Nuten 33 und 34. Der verbleibende geradlinige Spalt zwischen der Umhüllung 21 der Schaltwelle 14 und der Öffnung 24 der Lagerkörper 23 ist als Sicherheitsstrecke derart verlängert, daß es ebenfalls weder zur Bildung eines Kriechweges kommen kann noch daß ein Gasdurchtritt möglich ist.

Ansprüche

1. Mehrpoliger Niederspannungs-Leistungsschalter mit Kontaktarmen und einer diese tragenden Schaltwelle, die in Ausnehmungen der Trennwände eines Isolierstoffgehäuses und in diese Ausnehmungen verschließenden Einsatzstücken gelagert ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltwelle (14) ein Mehrkantprofil aufweist und axial verschiebbare Lagerkörper (23) mit einer dem Mehrkantprofil angepaßten Öffnung (24) und wenigstens einer äußeren Lagerfläche (25) sowie einen über die Lagerfläche vorstehenden Bund (27) trägt und daß die Lagerflächen (31) der Trennwände (22) und der Einsatzstücke (35) eine dem Bund (27) entsprechende Nut (32, 37) besitzen.

2. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Länge des Spaltes zwischen der Schaltwelle (14) und dem Lagerkörper (23) als Sicherheitsstrecke bezüglich der Bildung elektrischer Kriechwege und des Durchtrittes von Schaltgasen bemessen ist.

3. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerfläche (25) des Lagerkörpers (23) an der in axialer Richtung der Schaltwelle (14) gesehen äußeren Seite des Bundes (27) angeordnet ist.

4. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Lagerkörper (23) eine weitere, bezüglich des Bundes (27) axial innen gelegene Lagerfläche (26) besitzen, die im betriebsfähigen Zustand des Leistungsschalters (1) mit geringem Abstand (c) einer ortsfesten Anschlagfläche (44) gegenübersteht.

5. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß als Anschlagfläche (44) eine Kante eines an dem Unterteil (4) des Isolierstoffgehäuses (2) befestigten Lagerbleches (43) des Schaltschlosses dient.

6. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß für jede Trennwand (22) des Unterteiles (4) des Isolierstoffgehäuses (2) ein gesondertes Einsatzstück (35) vorgesehen ist.

7. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einsatzstücke (35) in ihrer Betriebslage zwischen dem Oberteil (3) und dem Unterteil (4) des Isolierstoffgehäuses (2) durch Formschluß befestigt sind.

8. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einsatzstücke (35) und die Trennwände (22) in der Umgebung ihrer Lagerflächen (31, 36) gegenüber der normalen Dicke (b) der Trennwände (22) verbreitert ausgeführt sind (a).

Zeichnung