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R
0375087
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
19900627
EP
89250111.5
19891208
de
de
de
285479
19881216
US
19900627
199026
19900627
199026
5
5H 01H 1/22 A
5H 01H 77/10 B
de
Kontaktanordnung mit einem stromübertragend ausgebildeten Schwenklager für einen Kontakthebel
en
Contact arrangement with a conductive pivot for a contact lever
fr
Dispositif de contact avec pivot conducteur pour un levier de contact
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
00200520
GR 88 P 7477 E
Wittelsbacherplatz 2
80333 München
DE
Dimarco, Bernard
380 Cardigan Circle
Lilburn Georgia 30247
US
Kaufman, Steven Alan
2730 Whispering Pines Drive
Decatur Georgia 30033
US
DE
FR
IT
Eine Kontaktanordnung für einen Niederspannungs-Leistungs­schalter kompakter Bauart weist einen an einer Stromschiene (34) schwenkbar gelagerten Kontakthebel (14) auf. Das Schwenk­lager umfaßt hakenartig gebogene Gabelenden (36), deren Schenkel (37, 38) unter einem spitzen Winkel zueinander stehen. Die Öffnung zwischen den Schenkeln ist etwa auf die Längsrichtung des Kontakthebels (14) derart ausgerichtet, daß eine zugleich als Kontaktkraftfeder dienende Zugfeder (20) den Kontakthebel (14) mit einem Lagerbolzen (28) keilartig zwischen die Schenkel (37, 38) vorspannt. Von dem zu übertragenden Strom abhängige abhebende Kräfte werden weitgehend kompensiert.
Die Erfindung betrifft eine Kontaktanodnung mit einem schwenk­bar gelagerten Kontakthebel und einer ein stromübertragend ausgebildetes Schwenklager für den Kontakthebel tragenden Stromschiene, wobei das Schwenklager wenigstens zwei winklig zueinander stehende Schenkel und einen Lagerbolzen mit wenigstens einem zylindrischen, an den Schenkeln unter der Kraft einer Feder anliegenden Lagerzapfen umfaßt.
Eine Kontaktanordnung dieser Art ist durch die US-A-4 554 427 bekannt geworden. Der Kontakthebel bildet dabei den ortsfesten Gegenkontakt eines gleichfalls schwenkbar gelagerten Kontakt­hebels, der durch einen Antriebsmechanismus des Leistungs­schalters willkürlich oder in Abhängigkeit selbsttätiger Aus­löser zum Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters beweg­bar ist. Eine von dem Antriebsmechanismus und den Auslösern unabhängige Öffnung der Kontakthebel kommt unter dem Einfluß sehr hoher Ströme, wie sie insbesondere bei einem Kurzschluß auftreten, dadurch zustande, daß der mit dem Antriebsmecha­nismus in Verbindung stehende Kontakthebel und der an der Stromschiene gelagerte Kontakthebel unter dem Einfluß einer elektrodynamischen Schleifenkraft voneinander getrennt werden.
Bei der erwähnten bekannten Kontaktanordnung ist ein strom­übertragend ausgebildetes Schwenklager vorgesehen, um ein biegsames Stromband als Verbindung zwischen dem schwenkbaren Kontakthebel und der ortsfesten Stromschiene zu vermeiden. Jedoch sind auch solche stromübertragenden Schwenklager nicht frei von Problemen, da sie gleichfalls den kontaktabhebenden Kräften ausgesetzt sind, die zu der elektrodynamischen Öffnung der zusammenwirkenden Kontakthebel führen. Dies kann den Stromübergang zwischen dem Kontakthebel und der ortsfesten Stromschiene beeinträchtigen und Schäden an den zusammen­wirkenden Kontaktflächen hervorrufen. Daher ist es erforderlich, verhältnismäßig starke Kontaktkraftfedern im Bereich des Schwenklagers zu verwenden, um die kontaktabhebenden Kräfte zu kompensieren. In der Figur 7 ist die Entstehung der kontakt­abhebenden Kräfte an dem Beispiel von zwei stumpf miteinander in Berührung stehender Kontaktteile 1 und 2 veranschaulicht. Da der Stromübergang zwischen den Kontaktteilen 1 und 2 nicht gleichmäßig über den gesamten Querschnitt erfolgt, sondern sich auf einzelne räumlich begrenzte Kontaktbereiche beschränkt, kommt es nahe solchen Kontaktbereichen zu einer Änderung im Verlauf der mit "I" bezeichneten Stromfäden. Hierdurch ent­stehend Anteile des Stromes, die in Richtung der Pfeile A und B verlaufen, und die antiparallel zueinander gerichtet sind. Auf diese Weise entsteht eine von der Höhe des Stromes ab­hängige Kraft, die bestrebt ist, die Kontaktteile 1 und 2 voneinander zu trennen. Solche Kräfte sind zwischen stumpf aufeinanderstoßenden Kontaktteilen grundsätzlich wirksam und treten auch bei stromübertragenden Schwenklagern auf.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein stromführendes Schwenklager derart auszubilden, daß die kontaktabhebenden Kräfte so gering wie möglich werden und daher ein guter Stromübergang bei vergleichsweise geringer Federkraft sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Kontaktanordnung der eingangs ge­nannten Art dadurch gelöst, daß die Schenkel des Schwenklagers spitzwinklig zueinander stehend angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die resultierende kontaktabhebende Kraft nur gering ist und somit nur eine entsprechend geringe kom­pensierende Federkraft aufgebracht werden muß. Aufgrund des keilartigen Zusammenwirkens zwischen dem Lagerbolzen und den Schenkeln des Schwenklager ist dennoch die Andruckkraft zwischen den Kontaktflächen groß.
Eine gesonderte Kontaktkraftfeder für die Gelenkanordnung kann nach einer Weiterbildung der Erfindung entfallen, wenn die Schenkel des Schwenlagers durch eine hakenartige Biegung an dem einen Ende der Stromschiene gebildet sind und wenn die Öffnung zwischen den spitzwinklig zueinander angeordneten Schenkeln etwa auf die Längsrichtung des Kontakthebels ausge­richtet ist. In diesem Fall kann nämlich durch eine einzige Feder sowohl die Kontaktkraft bereitgestellt werden, die für das Zusammenwirken mit dem weiteren, von dem Antriebsmechanis­mus des Leistungsschalter betätigten Kontakthebel benötigt wird, als auch die Andruckkraft des Kontakthebels gegenüber seinem Schwenklager. Diese Feder kann als Zugfeder ausgebildet sein, die zwischen einem ortsfesten, nahe der Gelenkanordnung vorgesehenen Widerlager und einem an dem Kontakthebel angeord­neten Widerlager ausgespannt ist.
Zur sicheren Stromübertragung zwischen dem Kontakthebel und der Stromschiene kann noch dadurch beigetragen werden, daß der Kontakthebel eine zur Aufnahme des Lagerbolzens dienende Öff­nung mit zwei im wesentlichen ebenen und winklig zueinander stehenden Begenzungsflächen aufweist. Auf diese Weise wird zwischen dem Kontakthebel und dem Lagerbolzen aufgrund des keilförmigen Zusammenwirkens in ähnlicher Weise durch Bildung von zwei Kontaktbereichen eine gute Stromübertragung wie zwischen dem Lagerbolzen und den spitzwinkig zueinander stehenden Schenkeln gewährleistet.
Es hat sich erwiesen, daß ein günstiges Verhalten des Schwenk­lagers erzielt wird, wenn die Schenkel unter einem Winkel von etwa 30° angeordnet sind und wenn die Begrenzungsflächen der Öffnung des Kontakthebels unter einem Winkel von etwa 15° zueinander stehen. Demgegenüber stehen bei der bekannten Kon­taktanordnung (US-A-4 554 427) die Schenkel des Schwenklagers unter einem Winkel von 90° zueinander.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt einen teilweise aufgebrochen und teilweise im Schnitt dargestellten Niederspannungs-Leistungsschalter kompakter Bauart mit Isolierstoffgehäuse (MCCB), der eine Kontaktanordnung nach der Erfindung enthält.
Die Figuren 2 und 3 zeigen in einer Seitenansicht und in der Draufsicht eine ortsfesten Stromschiene und einen daran schwenkbar gelagerten Kontakthebel. Einzelheiten der Kontakt­anordnung gemäß den Figuren 2 und 3 zeigt gleichfalls in einer Seitenansicht die Figur 4.
Die Figur 5 zeigt eine hakenartige Biegung an dem inneren Ende einer in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Stromschiene zur Veranschaulichung von Kräften, die bei der Stromübertragung auftreten.
In der Figur 6 ist der lagerseitige Endbereich eines Kontakt­hebels gezeigt.
Die Figur 7 dient zur Veranschaulichung der Entstehung stom­abhängiger kontaktabhebender Kräfte.
Ein in der Figur 1 gezeigter Niederspannungs-Leistungsschalter 10 ist teilweise aufgebrochen und geschnitten derart dargestellt, daß ein Teil eines Antriebsmechanismus und das Kontaktsystem eines Poles erkennbar sind, welches Kontakthebel 12 und 14 um­faßt. Der Kontakthebel 12 ist durch den Antriebsmechanismus bei Betätigung eines Handgriffes 11 willkürlich zum Ein- und Aus­schalten schwenkbar. Gleichfalls ist der Kontakthebel 12 in nicht näher dargestellter, jedoch allgemein bekannter Weise auch durch Auslöser in die Ausschaltstellung überführbar. Ein Antriebsmechanismus 18 ist in der Figur 1 angedeutet und kann in bekannter Weise ein Kniehebelsystem, wenigstens eine Über­totpunktfeder und Verklinkungsteile umfassen.
Der mit dem Kontakthebel 12 zusammenwirkende weitere Kontakt­hebel 14 bildet den Gegenkontakt, der mit einer ortsfesten Stromschiene 34 leitend in Verbindung steht. Mit ihrem äußeren Ende kann die Stromschiene 34 in Verbindung mit einer Anschlußvorrichtung stehen. Die Figur 2 veranschaulicht zwei Stellungen des Kontakthebels 14, der um einen Lagerbolzen 28 schwenkbar ist. Beide Kontakthebel 12 und 14 tragen je eine Kontaktauflage 16 für den Stromübergang, so daß sich insge­samt eine schleifenförmige Strombahn ergibt. Wird die Strombahn von einem ausreichend hohen Strom, wie er bei einem Kurzschluß auftritt, durchflossen, so gelangt der Kontakthebel 14 unter dem Einfluß der Schleifenkraft und der bereits anhand der Figur 7 erläuterten stromabhängigen Kräfte zwischen den Kon­taktauflagen 16 aus der ausgezogen gezeigten Ruhestellung in die getrichelt gezeigte Abhebestellung. Dies geschieht unter Überwindung der Kraft von Zugfedern 20, die gemäß der Figur 3 beidseitig des Kontakthebels 14 angeordnet sind. Die Zugfedern 20 sind einerseits an einem Stift 22 eingehängt, der den Kontakthebel 14 etwa mittig durchsetzt. Das gegenüberliegende Ende jeder der Zugfedern 20 greift an einem ortsfesten Wider­lager 24 an, das Teil eines Anschlagkörpers 26 ist. Der An­schlagkörper 26 weist zwei Nasen 30 auf, gegen die sich der Stift 22 unter der Wirkung der Zugfedern 20 anlegt, wenn der Kontakthebel 12 (Figur 1) von dem Kontakthebel 14 angehoben ist. Der Anschlagkörper 26 ist, wie die Figur 4 zeigt, mittels eines Nietes 32 an der Stromschiene 34 befestigt.
Einzelheiten der Stromschiene 34 werden im folgenden anhand der Figur 3, 4 und 5 erläutert. An ihrem inneren Ende ist die Stromschiene 34 durch einen Einschnitt gegabelt, wobei die Gabelenden 36 unter Bildung von Schenkeln 37 und 38 haken­artig gebogen sind. Die Innenflächen 40 und 42 der Schenkel 37 und 38 stehend unter einem Winkel von etwa 30°, wobei die Öffnung zwischen den Schenkeln etwa auf die Längsrichtung des Kontakthebels 14 ausgerichtet ist, wie die Figuren 2 und 4 zeigen. Zwischen den Gabelenden 36 ruht der Kontakthebel 14 mit einem Endteil 39, wie insbesondere der Figur 3 zu entnehmen ist. Der Endteil 39 besitzt eine Öffnung 43, die zwei unter einem Winkel von etwa 15° gegeneinander geneigte Begrenzungs­flächen 44 und 46 besitzt. Durch die Öffnung 43 erstreckt sich ein Lagerbolzen 28, dessen Enden als Lagerzapfen in die Gabel­enden 36 der Stromschiene 34 eingreifen. Durch die Zugfedern 20 wird somit der Kontakthebel 14 mit den Begrenzungsflächen 44 und 46 keilartig gegen den mittleren Bereich des Lagerbolzens 28 gedrückt, wodurch seinerseits der Lagerbolzen 28 gegen die Innenflächen 40 und 42 der Schenkel 37 und 39 der Stromschiene 34 angelegt wird. Durch den Abstand des Widerlagers 24 von der Achse des Lagerbolzens 28 wird außerdem eine Vorspannung des Kontakthebels 14 in die Stellung bewirkt, die in der Figur 2 ausgezogen gezeigt ist.
Für den Stromübergang von dem Kontakthebel 14 zu der Strom­schiene 34 stehen somit die in der Figur 6 gezeigten Kontakt­bereiche 48 und 50 zwischen dem Lagerbolzen 28 und den Be­grenzungsflächen 44 und 46 der Öffnung 43 in dem Endteil 39 sowie jeweils zwei Kontaktbereiche 52 und 54 (Figur 5) an jedem Ende des Lagerbolzens 28 und dem zugehörigen Gabelende 36 zur Verfügung. Diese insgesamt sechs Kontaktbereiche ermög­lichen aufgrund des keilartigen Zusammenwirkens der Teile und der durch die Zugfedern 20 bereitgestellten Andruckkraft einen sicheren Stromübergang.
Im Betrieb des Leistungsschalters 10 ruft der über die Kontakt­bereiche 52 und 54 (Figur 5) fließende Strom eine abstoßende Kraft zwischen dem Gelenkbolzen 28 und dem Innenflächen 40 und 42 hervor. Die abstoßende Kraft an dem Kontaktbereich 52 ist in der Figur 5 mit dem Pfeil X veranschaulicht. Ebenso ent­steht an dem Kontaktbereich 54 eine abstoßende Kraft in Richtung der Pfeiles Y. Wie anhand der Darstellung zu erkennen ist, sind die Kräfte entsprechend den Pfeilen X und Y einander im wesentlichen entgegengerichtet und heben sich somit größten­teils auf. Dies kommt durch die von der parallelen Stellung der Schenkel 37 und 38 nur wenig abweichende spitzwinklige Stellung zustande. Die resultierende abhebende Kraft entsprechend dem Pfeil Z ist damit nur verhältnismäßig gering. Unter der Wirkung der Zugfedern 20 verbleibt der Lagerbolzen 28 entgegen der resultierenden Kraft entsprechend dem Pfeil Z in Berührung mit den Kontaktbereichen 52 und 54, wobei ein für die sichere Stromübertragung erforderliche minimale Kontaktkraft nicht unterschritten wird.
Im Rahmen der Erfindung können einzelne Merkmale abweichend von der beschriebenen und dargestellten Gestaltung abgewandelt sein. Daher können auch die angegebenen Winkelwerte von 30° zwischen den Schenkeln 37 und 38 bzw. von 15° zwischen den Begrenzungsflächen 44 und 46 verändert werden, um bestimmte Eigenschaften des Schwenklagers zu erzielen, ohne dabei das Prinip des keilartigen Zusammenwirkens unter weitgehender Kompensation der stromabhebenden Kräfte zu verlassen.
1. Kontaktanordnung mit einem schwenkbar gelagerten Kontakt­hebel (14) und einer ein stromübertagend ausgebildetes Schwenk­lager für den Kontakthebel (14) tragenden Stromschiene (34), wobei das Schwenklager wenigstens zwei winklig zueinander stehende Schenkel (37, 38) und einen Lagerbolzen (28) mit wenigstens einem zylindrischen, an den Schenkeln (37, 38) unter der Kraft einer Feder anliegenden Lagerzapfen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (37, 38) des Schwenklagers unter einem spitzen Winkel zueinander stehend angeordnet sind.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schenkel (37, 38) des Schwenklagers durch eine hakenartige Biegung an dem einen Ende (36) der Stromschiene (34) gebildet sind und daß die Öffnung zwischen den spitzwinklig zueinander stehenden Schenkeln (37, 38) etwa auf die Längsrichtung des Kontakthebels (34) ausgerichtet ist.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem ortsfesten, nahe dem Schwenklager vorgesehenen Widerlager (24) und einem an dem Kontakthebel (14) angeordneten Widerlager (22) wenigstens eine Zugfeder (20) ausgespannt ist.
4. Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon­takthebel (14) eine zur Aufnahme des Lagerbolzens (28) dienende Öffnung (39) mit zwei im wesentlichn ebenen und winklig zueinander stehenden Begrenzungsflächen (44, 46) aufweist.
5. Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeihnet, daß der Winkel zwischen den Schenkeln (37, 38) des Schwenklagers etwa 30° beträgt und daß die Begenzungsflächen der Öffnung (39) des Kontakthebels (14) unter einem Winkel von etwa 15° zueinander stehen.