Kontaktanordnung für einen Leistungsschalter mit stromabhängiger Öffnung

Abstract

 Eine Kontaktanordnung (12) für einen Niederspannungs-Leistungsschalter weist zwei zusammenwirkende Kontaktarme auf, von denen der bewegbare Kontaktarm 16 an einem als ferromagnetisches Joch ausgebildeten Träger (18) schwenkbar angebracht ist. Der Träger (18) ist entsprechend einem zur stromabhängigen Trennung der Kontaktarme vorgesehenen Schwenkwinkel des Kontaktarmes (16) bemessen. Ferner ist der Träger mit einer Kurvenbahn (3₁) für an dem Kontaktarm (16) angebrachte Rollen (40) versehen, die den Bewegungsablauf des Kontaktarmes (16) unter dem Einfluß hoher Fehlerströme steuert. Die Kontaktanordnung (12) erlaubt den Bau von Leistungsschaltern mit hoher Strombegrenzung, insbesondere in Verbindung mit einer schleifenförmigen Gestaltung der Strombahn zwischen dem feststehenden und dem bewegbaren Kontaktarm (14, 16).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für einen Leistungsschatter mit stromabhängiger Öffnung mit folgenden Merkmalen: ein erster elektrisch leitender Kontaktarm mit einem an seinem Ende angebrachten Schaftstück; ein zweiter elektrisch leitender Kontaktarm mit einem an seinem Ende angebrachten Schaftstück; ein den stromdurchflossenen Teil des zweiten Kontaktarmes umgreifendes U-förmiges ferromagnetisches Joch zur Erzeugung einer im Sinne der Trennung der Kontaktarme wirkenden Kraft; ein schwenkbar gelagerter Träger zur schwenkbaren Aufnahme des zweiten Kontaktarmes.

[0002] Eine Kontaktanordnung dieser Art ist durch die US-A-4219790 bekannt geworden. Bei dieser Kontaktanordnung ist das ferromagnetische Joch ortsfest angeordnet, wobei die Schwenkachse des Trägers des zweiten Kontaktarmes und die Schwenkachse des Kontaktarmes an dem Träger dem Joch so zugeordnet sind, daß sowohl die gewünschte stromabhängige Öffnung des zweiten Kontaktarmes unabhängig von dem Träger als auch die Schwenkung des Trägers mitsamt dem zweiten Kontaktarm stattfinden kann. Mit Rücksicht hierauf ergeben sich Abmessungen, die es erschweren, möglichst geringe Abmessungen bei hoher Leistungsfähigkeit eines Schaltgerätes zu verwirklichen.

[0003] Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktanordnung mit stromabhängiger Öffnung der eingangs genannten Art unter Beibehaltung der bekannten Wirkungsweise so zu vereinfachen, daß die gewünschten geringen Abmessungen erzielbar sind.

[0004] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß das ferromagnetische Joch als Träger des zweiten Kontaktarmes ausgebildet ist und daß hierzu die Seitenteile des Trägers entsprechend einem zur stromabhängigen Trennung der Kontaktarme vorgesehenen Schwenkwinkel des zweiten Kontaktarmes bemessen sind. Auf diese Weise übt der Träger eine doppelte Funktion aus, da er die normale Bewegung des zweiten Kontaktarmes zum Ein- und Ausschalten bewirkt und zusätzlich beim Auftreten hoher Fehlerströme auf den zweiten Kontaktarm eine Öffnungskraft ausübt, wobei der zweite Kontaktarm eine Öffnungsbewegung relativ zu dem Träger ausführen kann.

[0005] Wenigstens eines der Seitenteile des Trägers des zweiten Kontaktarmes kann eine Kurvenbahn für eine an dem zweiten Kontaktarm angebrachte, in dessen Längsrichtung verschiebbar angeordnete und mit der Kraft einer Feder beaufschlagte Rolle aufweisen. Durch diese Kurvenbahn kann für ein gewünschtes Bewegungsverhaften des zweiten Kontaktarmes relativ zu seinem Träger bei den Schaltvorgängen gesorgt werden. Insbesondere kann die Kurvenbahn eine Aussparung zum Eingreifen der Rolle in der Normalstellung des Kontaktarmes und anschließend an die Aussparung einen Bereich mit abnehmendem Radius bezüglich des Widerlagers der Feder an dem Träger sowie einen Bereich mit zunehmendem Radius aufweisen. Befindet sich die Rolle in der Aussparung, so wirkt die Feder als Kontaktkraftfeder und ermöglicht den erwünschten Durchdruck des Trägers beim Einschalten. Tritt ein hoher Fehlerstrom auf, so wird die Rolle aufgrund der auf den zweiten Kontaktarm wirkenden Kräfte aus der Aussparung herausgedrückt und gelangt nun auf den Bereich mit abnehmendem Radius. Da nun eine Bewegung der Rolle entlang der Kurvenbahn einer Verringerung der Federspannung entspricht, führt der zweite Kontaktarm eine stark beschleunigte Öffnungsbewegung aus. Der anschließende Bereich mit zunehmendem Radius bremst die Bewegung des Kontaktarmes, wodurch eine Beschädigung von Teilen bei der Annäherung an die Endstellung des Kontaktarmes vermieden wird.

[0006] Der Mittefteil des U-förmigen Trägers des zweiten Kontaktarmes kann als Widerlager einer Klammer ausgebildet sein, die zur Verbindung einer Traverse mit zwei oder mehreren Kontaktanordnungen an dem Mittelteil zu befestigen ist. Damit ist der Träger in gleicher Weise in dem Schaltmechanismus eines Leistungsschalters einzusetzen, wie dies bei üblichen, keine Öffnungskraft auf einen Kontaktarm ausübenden Trägem der Fall ist.

[0007] Eine Kontaktanordnung nach der Erfindung kann dadurch zu einer besonders hohen Leistungsfähigkeit gebracht werden, daß der erste Kontaktarm mit dem zweiten Kontaktarm in der geschlossenen Stellung der Kontaktanordnungen einen schleifenförmigen Strompfad bildet, wie dies an sich bekannt ist.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0009] Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Poles eines Leistungsschalters mit abgenommener Abdeckung zur Freilegung einer stromabhängig öffnenden Kontaktanordnung.

[0010] Die Figur 2 ist eine etwas vergrößerte Ansicht eines in dem Leistungsschalter gemäß der Figur 1 enthaltenen Trägers mit einem Kontaktarm.

[0011] In der Figur 3 ist der Träger der Anordnung gemäß der Figur 2 in einer Seitenansicht vergrößert dargestellt.

[0012] Die Figur 4 ist eine Ansicht des Trägers entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, während die Figur 5 eine Ansicht entlang der Linie V-V in der Figur 3 darstellt. Der in der Figur 1 gezeigte Pol 10 eines

[0013] Niederspannungs-Leistungsschalters besitzt eine Kontaktanordnung 12 mit einem ersten, feststehenden Kontaktarm 14 und einem zweiten, beweglichen Kontaktarm 16. Beide Kontaktarme sind einander so zugeordnet, daß sie in der geschlossenen Stellung von Strom gegensinnig durchfiossen werden. Dies bewirkt abstoßende Kräfte, welche die Kontaktarme 14 und 16 auseinanderdrücken und an den Enden der Kontaktarme ₁4 und 16 befindliche Schaltstücke 15 und 17 beim Auftreten starker Überströme trennen, wie sie im Fehlerfall auftreten.

[0014] Wie die Figur 2 zeigt, enthält die Kontaktanordnung 12 einen Träger 18, an dem der bewegliche Kontaktarm 16 angebracht ist. Der Träger ₁8 umgreift den bewegbaren Kontaktarm 16 und übt auf diesen eine magnetische Öffnungskraft aus, welche die zwischen den Kontaktarmen wirkende abstoßende Kraft unterstützt, wenn starke Überströme auftreten.

[0015] Aus den Figuren 2 bis 5 ist zu entnehmen, daß der Träger 18 eine im wesentlichen U-förmige Gestalt mit parallelen Seitenteilen 20 und 22 besitzt, die einstückig mit einem rechteckigen Mittelteil 24 ausgebildet sind. Das Mittefteil 24 besitzt Öffnungen 26 zum Durchtritt von Biegelaschen einer Klammer 28. Die Seitenteile 20 und 22 sind vollkommen gleich, so daß im folgenden nur der Seitenteil 20 ausführlich beschrieben wird. Der Seitenteil 20 enthält eine Lageröffnung 29, durch die sich ein Lagerbolzen 30 als Schwenklager für den Träger 18 und den Kontaktarm 16 erstreckt. Nahe bei dem Lagerbolzen ist ein biegsames Stromband 19 mit dem Kontaktarm 16 verbunden, sodaß ein nahezu vollständig vom Strom durchflossener Teil des Kontaktarmes 16 von dem Träger 18 übergriffen wird.

[0016] Etwa in konzentrischer Lage zu der Lageröffnung 29 besitzt. das Seitenteil 20 eine Kurvenbahn 31, die unterschiedlich geformte Abschnitte aufweist. Der eine dieser Bereiche ist eine nahe der einen Kante 21 des Seitenteiles 20 gelegene Aussparung 32 mit einer etwa kreisbogenförmigen Rundung 33 und einer anschließenden Schräge 34. Anschließend an die Schräge 34 weist die Kurvenbahn 31 einen Bereich 35 auf, der mit abnehmendem Radius bezüglich des Lagerboizens 30 verläuft. Anschließend an einen mit 36 bezeichneten Grenzbereich besitzt die Kurvenbahn 31 einen weiteren Bereich 37 mit zunehmendem Radius bezüglich des Lagerbolzens 30. An ihrer dem Mittelteil 24 zugewandten Ende besitzt die Kurvenbahn 31 eine abfallende Schulter 38. Die Kurvenbahn 31 steuert mit ihren vorstehend erwähnten Bereichen in einer noch zu beschreibenden Weise die Bewegung des bewegbaren Kontaktarmes 16 unter dem Einfluß eines hohen Fehlerstromes. Der Kontaktarm 16 ist mit einem beidseitig überstehenden Querstift 39 als Drehlager für zwei symmetrisch angeordnete Rollen 40 versehen. Zwei nicht gezeigte Schraubenzugfedem stützen sich an dem Lagerbolzen 30 und dem Querstift 39 ab, wobei die Federn zu beiden Seiten des Kontaktarmes 16 innerhalb der Rollen 40 liegen. Die Federn spannen die Rollen 40 in Richtung auf die Kurvenbahn 31 des Trägers 18 vor.

[0017] Im normalen Betrieb befinden sich die Rollen 40 in den Aussparungen 32, so daß der bewegbare Kontaktarm 16 gewissermaßen mit dem Träger 18 gekuppelt ist und durch dessen Schwenkung mittels einer geeigneten Antriebsvorrichtung zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung der Kontaktanordnung bewegt werden kann, wobei die Kontaktarme 14 und 16 dementsprechend miteinander in Berührung gebracht oder getrennt werden. Dieser Vorgang entspricht einer normalen Ein- und Ausschaltung von Hand oder einer selbsttätigen Auslösung des Leistungsschafters beim Auftreten eines nicht zu hohen Fehlerstromes. Tritt dagegen ein solcher hoher Fehlerstrom z. B. infolge eines Kurzschlusses auf, so bewirken elektrodynamische und elektromagnetische Kräfte eine Trennung der Kontaktarme ₁₄ und 16 unabhängig von der Auslösevorrichtung des Leistungsschalters bei zunächst unveränderter Stellung des Trägers 18. Wenn dies geschieht, werden die Rollen 40 bei der Anfangsbewegung des Kontaktarmes 16 in Richtung der Kontaktöffnung bezüglich der Figuren 2 und 3 entlang der Schräge 34 nach oben bewegt, bis sie die Aussparung 32 verlassen und auf den Bereich 35 der Kurvenbahn 31 gelangen. Da der Bereich 35 bezüglich des Lagerbolzens 30, an dem die Schraubenzugfedem angreifen, in Richtung des Pfeiles A ihren Radius verringert, sind die Federn bestrebt, sich zu entspannen, wobei der Kontaktarm 16 eine beschleunigte Bewegung in Richtung des Pfeiles A ausführt. Nach dem Überschreiten des Grenzbereiches 36 wird jedoch die Bewegung des Kontaktarmes gebremst, da nun die Rollen in den Bereich 37 der Kurvenbahn 31 gelangen, dessen Radius bezüglich des Lagerbolzens 30 in Richtung des Pfeiles A zunimmt. Am Ende der Bewegung gelangen die Rollen 40 zu der Schulter 38 und halten den bewegbaren Kontaktarm 16 in der geöffneten Stellung fest Der Kontaktarm 16 kann somit nicht in die geschlossene Stellung zurückgeworfen werden, nachdem er durch die elektrodynamischen Kräfte in die geöffnete Stellung getrieben worden ist.

[0018] Die Auslösevorrichtung des Leistungsschalters ist so aufgebaut, daß die anfängliche Öffnungsbewegung des Kontaktarmes 16 die Auslösevorrichtung des Poles 10 des Leistungsschalters betätigt. Die hierdurch veranlaßte Bewegung des Trägers 18 in die geöffnete Stellung bewirkt eine Relativbewegung zwischen dem Träger 18 und dem Kontaktarm 16, um diesen in die Ausgangsstellung zurückzustellen und hierdurch die Rollen 40 wieder in die Ausnehmung 32 zu bringen.

[0019] Die Rolle 40 befindet sich normalerweise in der Rundung 33 der Ausnehmung 32. Dieser Zustand besteht während der Schließbewegung des Kontaktarmes ₁6 bis zu dem Punkt, wo sich der bewegbare Kontaktarm 16 und der feststehende Kontaktarm 14 bzw. deren Schaltstücke 15 und 17 berühren. Jedoch setzt der Träger 18 seine Bewegung in Schließrichtung (entgegen dem Uhrzeigersinn in den Figuren 1 und 2) fort, wodurch die Rolle 40 auf die Schräge 34 gelangt, was zu einer Vergrößerung der Spannung der Schraubenzugfedem führt, da der Querstift 39 in einer Ausnehmung 41 in der Längsrichtung des Kontaktarmes 16 relativ zu diesem verschiebbar ist Die Ausnehmung 41 ist durch eine Ausnehmung des Kontaktarmes 16 und einen die Ausnehmung abdeckenden Führungsbügel begrenzt. Die gewählte Winkelstellung der Schräge 34 zu der Angriffsrichtung der Schraubenzugfedem führt zu einer relativ starken Kraftkomponente in der Schließrichtung.

[0020] Um eine möglichst wirksame Strombegrenzung zu bewirken, nutzt der beschriebene Leistungsschalter stromabhängige Kräfte in zweifacher Hinsicht aus. Zunächst sind der bewegliche Kontaktarm 16 und der feststehende Kontaktarm 14 in der Einschaltstellung sehr nahe beieinander und derart angeordnet, daß infolge des Stromüberganges an den Schaltstücken 15 und 17 eine schleifenförmige Strombahn gebildet wird. Eine solche Anordnung ist z. B. in der US-A-4409573 beschrieben.Hierdurch werden die Kontaktarme abstoßende Kräfte erzeugt. Eine weitere Öffnungskraft wird dadurch gewonnen, daß der U-förmige Träger 18 des bewegbaren Kontaktarmes 16 aus einem magnetischen Material hergestellt ist, z. B. aus einem magnetisierbaren Stahlblech, wodurch der Kontaktarm ₁6 in der Richtung des geschlossenen Endes der U-Form angezogen wird, d. h. in Richtung des Mittefteiles 24. Wie insbesondere aus der Betrachtung der Figur 3 zu ersehen ist sind hierzu die Seitenteile 20 und 22 des Trägers 18 so bemessen, daß der Kontaktarm 16 in der geschlossenen Stellung etwa parallel zu der Kante 21 des Seitenteiles 20 und des Seitenteiles 22 verläuft und daß der Mittelteil 24 von dieser Kante 21 soweit entfernt ist daß sich der gewünschte Schwenkwinkel des Kontaktarmes 16 ergibt. Der Träger 18 verstärkt aufgrund seiner ferromagnetischen Eigenschaft und seiner Form das Eigenmagnetfeld des Kontaktarmes 16, dessen stromdurchflossener Teil zwischen den Seitenteilen 20 und 22 des Trägers 18 liegt, und zieht diesen in Richtung des Mittelteiles 24. Auf diese Weise wird die gewünschte strombegrenzende Öffnung der Kontaktanordnung erreicht, obwohl die Öffnungskräfte aufgrund der schleifenförmigen Anordnung des feststehenden Kontaktarmes 14 und des bewegbaren Kontaktarmes 16 mit zunehmendem Abstand dieser Kontaktarme geringer werden. Sobald im Verlauf dieser elektrodynamischen und elektromagnetischen Krafteinwirkung auf den Kontaktarm 16 die Rollen 40 über die Schräge 34 auf den Bereich 35 der Kurvenbahn 31 der Seitenteile 20 und 22 des Trägers 18 gelangt sind, werden die Federkräfte wirksam, wie dies bereits beschrieben wurde.

Ansprüche

1. Kontaktanordnung (12) für einen Leistungsschalter mit stromabhängiger Öffnung mit folgenden Merkmalen:

- ein erster elektrisch leitender Kontaktarm (14) mit einem an seinem Ende angebrachten Schaftstück (15);

- ein zweiter elektrisch leitender Kontaktarm (16) mit einem an seinem Ende angebrachten SchaJtstück (17);

- ein den stromdurchflossenen Teil des zweiten Kontaktarmes (16) umgreifendes U-förmiges ferromagnetisches Joch zur Erzeugung einer im Sinne der Trennung der Kontaktarme wirkenden Kraft;

- ein schwenkbar gelagerter Träger (18) zur schwenkbaren Aufnahme des zweiten Kontaktarmes (16), dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Joch als Träger (18) des zweiten Kontaktarmes (16) ausgebildet ist und daß hierzu die Seitenteile (20, 22) des Trägers (18) entsprechend einem zur stromabhängigen Trennung der Kontaktarme (14, 16) vorgesehenen Schwenkwinkel des zweiten Kontaktarmes (16) bemessen sind.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Seitenteile (20) des Trägers (18) eine Kurvenbahn (31) für eine an dem zweiten Kontaktarm (16) angebrachte, in dessen Längsrichtung verschiebbar angeordnete und mit der Kraft einer Feder beaufschlagte Rolle (40) aufweist.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn (31) eine Aussparung (32) zum Eingreifen der Rolle (40) in der Normalstellung des Kontaktarmes (16) und anschließend an die Aussparung

(32) einen Bereich (35) mit abnehmendem Radius bezüglich des Widerlagers der Feder (Lagerbolzen 30) an dem Träger (18) sowie einen Bereich (37) mit zunehmendem Radius aufweist

₄. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (24) des Trägers (18) als Widerlager einer Klammer (28) ausgebildet ist, die zur Verbindung einer Traverse mit zwei oder mehreren Kontaktanordnungen (12) an dem Mittelteil (24) zu befestigen ist

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktarm (14) mit dem zweiten Kontaktarm (16) in der geschlossenen Stellung der Kontaktanordnung (12) zur Gewinnung einer elektrodynamischen Abstoßungskraft einen schleifenförmigen Strompfad bildet.

Zeichnung