Leistungsschalter mit einer Antriebsvorrichtung und einer Verklinkungseinrichtung für einen bewegbaren Schaltkontakt

Abstract

 Ein elektrischer Leistungsschalter besitzt einen feststehenden Schaltkontakt (16) sowie einen bewegbaren Schaltkontakt (12), der mittels eines Kurbelarmes (32) und eines Koppelgliedes (18) relativ zu dem feststehenden Schaltkontakt (16) antreib­bar ist. Das Koppelglied (18) enthält eine Verklinkungsein­richtung (24), dessen axiale Stützweite schlagartig verkürzbar ist, wenn durch einen hohen Fehlerstrom auf den bewegbaren Schaltkontakt eine abstoßende Kraft ausgeübt wird. Hierzu weist das Koppelglied (18) einen axialen Führungsschlitz (28) für ein Gleitstück (26) auf, welches mittels abgeschrägter Kanten (64) mit entsprechenden Schrägflächen (62) an dem Gleitstück (26) anliegender Stützglieder (52) zusammenwirkt. Durch Blattfedern (48, 50) wird zwischen zwei Stützgliedern (52) und dem Gleitstück (26) eine Vorspannkraft aufgebracht. Die beschriebene Verklinkungseinrichtung eignet sich insbe­sondere für strombegrenzend öffnende Niederspannungs-­Leistungsschalter.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter mit wenigstens einem feststehenden Schaltkontakt und einem damit zusammenwirkenden bewegbaren Schaltkontakt, der mittels einer Antriebsvorrichtung durch einen Kurbelarm sowie ein Koppelglied relativ zu dem feststehenden Schaltkontakt antreibbar ist, so­wie mit einer von einer Auslösevorrichtung der Antriebsvor­richtung unabhängigen Verklinkungseinrichtung zur Trennung des bewegbaren Schaltkontaktes von dem feststehenden Schaltkontakt unter dem Einfluß einer zwischen den Schaltkontakten wirksamen, durch einen hohen Strom hervorgerufenen Kraft.

[0002] Ein Leistungsschalter dieser Art ist beispielsweise durch die EP-B-O 072 972 bekannt geworden. Die durch die vom Strom ab­hängigen Kräfte betätigbare Einrichtung umfaßt einen Träger des bewegbaren Schaltkontaktes, der als Kontakthebel ausgebildet ist und an dem eine Kontaktkraftfeder angebracht ist. Eine mit dem Koppelglied verbundene Rolle ist in einer kulissen­artigen Öffnung des Trägers geführt. Durch die Form der kulissenartigen Öffnung wird erreicht, daß der Schaltkontakt mittels des Koppelgliedes im normalen Betrieb geöffnet und geschlossen werden kann, wobei die in dem Träger des beweg­baren Schaltkontaktes angeordnete Feder die Kontaktkraft be­stimmt. Tritt jedoch eine hohe Abstoßungskraft zwischen dem bewegbaren und dem feststehenden Schaltkontakt auf, so wird die Haltekraft der Rolle an einer geneigten Fläche der kulis­senartigen Öffnung des Träger überschritten. Der Träger mit dem Schaltkontakt vermag dann eine von der Stellung des Koppel­gliedes und des diesen betätigenden Kurbelarmes unabhängige Öffnungsbewegung auszuführen. Dieser Vorgang findet unabhängig von einer Freigabe des Kurbelarmes und damit des Koppelgliedes durch eine in einem Leistungsschalter vorhandene übliche Aus­löseeinrichtung statt, die gleichfalls auf einen Überstrom oder einen Kurzschlußstrom anspricht. Anläßlich des beschrie­benen Vorganges wird jedoch diese Auslöseeinrichtung gleich­falls aktiviert und bewirkt nach der stromabhängigen Trennung der Schaltkontakte die Überführung der Antriebsvorrichtung in ihre Ausschaltstellung. Damit ist zugleich der gesamte Schalt­mechanismus zur erneuten Einschaltung des Leistungsschalters zurückgestellt.

[0003] Die Bedeutung einer raschen und durch den fließenden Strom selbst bewirkten Trennung der Schaltkontakte besteht vor allem darin, die Zeitspanne möglichst kurz zuhalten, während der eine durch den Leistungsschalters zu schützende elektrische Anlage einem hohen Fehlerstrom ausgesetzt ist. Somit werden die Schäden wirksam begrenzt, die ein hoher Fehlerstrom durch seine dynamischen und thermischen Wirkungen in einer elektrischen Anlage hervorrufen kann. In Verbindung mit Leistungsschaltern sind daher bereits strombegrenzende Schmelzsicherungen ver­wendet worden, die unter den beschriebenen Bedingungen rascher ansprechen, als dies die übliche Auslösevorrichtung eines Leistungsschalters vermag. Die Kombination eines Leistungs­schalters und einer strombegrenzenden Schmelzsicherung bedingt jedoch einen größeren Raumbedarf und größere Kosten als ein Leistungsschalters allein und stellt damit eine technisch wirksame, wirtschaftlich jedoch aufwendige Lösung dar.

[0004] Außer in der bereits erwähnten EP-B-O 072 972 sind Leistungs­schalter mit einer ähnlichen Wirkungsweise unter anderem in der DE-A-37 25 860, DE-A-37 25 861 und der US-A-4 488 133 be­schrieben. Gemeinsam ist diesen Leistungsschaltern, daß die vom Strom bzw. von der stromabhängigen Kraft abhängige Ein­richtung mehrere Bauteile umfaßt, die im Zuge der Kraftüber­tragung zwischen einer Antriebsvorrichtung und dem bewegbaren Schaltkontakt angeordnet sind und die einen nicht unbeträcht­lichen Raumbedarf haben. Der Erfindung liegt demgegenüber aus­ gehend von einem Leistungsschalter der eingangs genannten Art die Aufgabe zugrunde, den Raumbedarf der stromabhängigen Ein­richtung zu verringern und darüber hinaus wahlweise den Bau eines Leistungsschalter mit oder ohne stromabhängige Schnell­ausschaltung zu ermöglichen.

[0005] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die erwähnte Verklinkungseinrichtung Bestandteil des Koppel­gliedes ist und daß die axiale Stützweite des Koppelgliedes kraftabhängig verkürzbar ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß durch Ersatz eines gewöhnlichen starren Koppelgliedes durch ein nach der Erfindung gestaltetes Koppelglied ein Leistungs­schalter mit üblicher Wirkungsweise in einen Leistungsschalter mit stromabhängiger Schnellabschaltung umrüstbar ist.

[0006] Die neue Funktion des Koppelgliedes kann in vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, daß das Koppelglied ein Ge­häuse mit wenigstens einem axialen Führungsschlitz für ein Gleitstück besitzt und daß in dem Gehäuse wenigstens ein Stützglied zur kraftabhängigen Abstützung des Gleitstückes an­geordnet ist. Hierzu kann das Stützglied eine Schrägfläche zum Zusammenwirken mit einer Gegenfläche des Gleitstückes und eine an die Gegenfläche anschließende Gleitfläche aufweisen.

[0007] Insbesondere kann das Koppelglied zwei einander gegenüber­liegend angeordnete und gegen das Gleitstück vorgespannte Stützglieder aufweisen, wobei die Vorspannkraft durch Federn aufgebracht ist, die zwischen den Stützgliedern und dem Gehäuse des Koppelgliedes angeordnet sind. Hierdurch wird ein sym­metrischer Kraftangriff an dem Gleitstück erzielt.

[0008] Vorzugsweise können die Stützglieder axial in dem Gehäuse gegen Mitnahme durch das Gleitstück bei dessen Überführung in die verriegelte Stellung abgestützt sein. Auf diese Weise wird ohne zusätzliche Maßnahmen selbsttätig die Rückstellung des Koppel­gliedes in die zum normalen Ein- und Ausschalten erforderliche Stellung erzielt, wenn im Anschluß an die elektrodynamische Öffnung der Schaltkontakte die Auslösevorrichtung anspricht und den Antriebsmechanismus gleichfalls ausschaltet. Die Ab­stützung der Stützglieder kann durch abgewinkelte Endteile an den Enden der Stützglieder erzeilt werden, wobei die Endteile um ein Widerlager an dem Gehäuse des Koppelgliedes begrenzt schwenkbar sind.

[0009] Für die Wirkungsweise des Koppelgliedes ist eine möglichst schlagartige Verringerung der Stützweite erwünscht, wenn die Haltekraft unter dem Einfluß eines hohen Fehlerstromes über­schritten wird. Dieses Verhalten kann dadurch erreicht werden, daß die mit der Schrägfläche zusammenwirkende Gegenfläche des Gleitstückes als abgeschrägte Kante ausgebildet ist und daß die Schrägfläche und die abgeschrägte Kante parallel zueinander angeordnet sind.

[0010] Zu einer raumsparenden Gestaltung des Koppelgliedes kann da­durch beigetragen werden, daß die Federn als Blattfedern aus­gebildet sind. Diese können gebogen ausgebildet und mit ihrer konkaven Seite dem Führungsschlitz zugewandt angeordnet sein. Ferner können wenigstens zwei zusammengesetzte Blattfedern mit unterschiedlichem Krümmungsradius vorgesehen sein.

[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0012] Die Figuren 1A, 1B, 1C und 1D zeigen in einpoliger Darstellung ein Kontaktsystem eines Niederspannungs-Leistungsschalters und zur Betätigung des bewegbaren Schaltkontaktes dienende Teile. Dabei ist in der Figur 1A der ausgeschaltete Zustand mit be­ginnender Einschaltbewegung gezeigt. Die Figur 1B zeigt die Einschaltstellung, während in der Figur 1D die unter dem Ein­fluß eines hohen Fehlerstromes erfolgte stromabhängige Öffnung des bewegbaren Schaltkontaktes veranschaulicht ist. In der Figur 1D ist anschließend an den Zustand gemäß der Figur 1C die Rückstellung der Antriebsteile in die zur Wiedereinschaltung erforderliche Ausgangsstellung dargestellt.

[0013] Die Figuren 24, 2B und 2C zeigen einen Hauptkörper eines Koppelgliedes in drei verschiedenen Ansichten.

[0014] In den Figuren 3A und 3B ist eine kraftabhängig arbeitende Vor­richtung innerhalb eines Koppelgliedes im Ruhezustand und in einem durch eine hohe Kraft bewirkten betätigten Zustand teil­weise im Schnitt gezeigt.

[0015] In den Figuren 1A, 1B, 1C und 1D der Zeichnungen ist schematisch der Bewegungsablauf einer Schaltmechanik 10 eines Niederspan­nungs-Leistungsschalters in Übereinstimmung mit der vorliegen­den Erfindung dargestellt. Unter Bezugnahme auf die Figur 1A, welche die Schaltmechanik 10 in einer ausgelösten, geöffneten Stellung zeigt, wird ein als schwenkbarer Kontakthebel ausge­bildeter bewegbarer Schaltkontakt 12, der auf einer Kontakt­welle 14 gelagert ist, von einem feststehenden Schaltkontakt 16 durch ein Koppelglied 18 fortgezogen. Das Koppelglied 18 umfaßt eine Koppelstange 20 und einen Hauptkörper 22, sowie an seinem dem bewegbaren Schaltkontakt 12 entfernten Ende eine fest ange­brachte kraftübertragende mechanische Verklinkungseinrichtung 24, die ein Gleitstück 26 aus gehärtetem Stahl besitzt, das in einem Führungsschlitz 28 eines geteilen Stahlgehäuses 30 gleitend verschiebbar ist. Das in der Längsrichtung des Koppel­gliedes 18 verschiebbare Gleitstück 26 ist seinerseits mit einem Kurbelarm 32 einer Schaltwelle 34 gekuppelt. Eine den Schaltkontakten 12 und 16 zugeordnete Lichtbogenlöschkammer ist zur Vereinfachung der Darstellung fortgelassen, da sie zum Ver­ständnis der Erfindung nicht erforderlich ist.

[0016] Die Figur 1B zeigt den Leistungsschalter 10 in der geschlos­senen Stellung, die dadurch erreicht wurde, daß die Schalt­welle 34 entgegen dem Uhrzeigersinn eine Teildrehung ausge­führt hat, bis der Kurbelarm 32 und das Koppelglied 18 mit der Koppelstange 20 etwa gleichachsig ausgerichtet sind. Hierdurch werden die Schaltkontakte 12 und 16 zum normalen Betrieb des Stromkreises aufeinandergepreßt. Die Bewegung der Teile erfolgt somit in Richtung der in der Figur 1A gezeigten Pfeile. In diese Stellung wird die Schaltwelle 34 durch eine nicht ge­zeigte leistungsfähige Feder überführt, wird jedoch in der vor­gespannten Stellung gemäß der Figur 1B durch ein mechanisches Sperrglied festgehalten, das gleichfalls nicht gezeigt ist. Das Sperrglied steht unter dem Einfluß einer Auslöseschaltung, die eine elektromechanische Auslösevorrichtung betätigt. Es ist zu beachten, daß jede Phase des Leistungsschalters einen gesonder­ten Satz von Schaltkontakten aufweist und in entsprechender Weise mit einer Schaltmechanik der beschriebenen Art ausge­rüstet ist, die an derselben Schaltwelle 34 angebracht ist. Da die Schaltmechanik für alle Phasen gleich ausgebildet ist, beschränkt sich die Beschreibung zur Vereinfachung auf eine Phase des Leistungsschalters.

[0017] In der Figur 1C ist die Wirkungsweise der Schaltmechanik 10 unter den Bedingungen eines hohen Fehlerstromes veranschau­licht. Hohe Ströme sind bestrebt, die Schaltkontakte 12 und 16 voneinander zu trennen, wodurch eine lineare Kraft über das Koppelglied 18 in der Richtung der Schaltwelle 34 ausgeübt wird. Die kraftbetätigte Verklinkungseinrichtung 24 spricht hierauf dadurch an, daß das Gleitstück 26 freigegeben wird, wenn eine vorbestimmte Kraft überschritten wird. Hierdurch können ferner der Hauptkörper 22 und die Koppelstange 20 in Richtung der Schaltwelle 34 zur Öffnung der Schaltkontakte 12 und 16 bewegt werden, obwohl sich zu diesem Zeitpunkt die Schaltwelle 34 noch nicht gedreht hat. Wegen der relativ großen Trägheit des mit der Schaltwelle 34 verbundenen Hauptantriebes kann der Auslösevorgang der Schaltwelle 34 beträchtlich länger dauern, als das Ansprechen der kraftbetätigten Verklinkungsein­richtung 24 benötigt. Durch Öffnung der Schaltkontakte 12 und 16 in kürzerer Zeit als für eine normale Auslösung benötigt würde, vermag die kraftbetätigte Verklinkungseinrichtung 24 Fehlerströme in ausreichend kurzer Zeit zu unterbrechen, um das Ansprechen dem Leistungsschalter zugeordneter Leistungs­sicherungen zu verhindern, was nicht nur die Kosten für den Ersatz der Sicherungen, sondern auch die Arbeitskosten für das Auswechseln solcher Sicherungen erspart.

[0018] In der Figur 1D ist die Drehung der Schaltwelle 34 aufgrund einer normalen Auslösung des Leistungsschalters 10 nach einem Ansprechen der kraftbetätigten Verklinkungseinrichtung 24 ge­zeigt. Die Drehung der Schaltwelle 34 bringt das Gleitstück 26 in seine ursprüngliche verriegelte Stellung zurück. Die Schalt­mechanik 10 kann nun in die Ausgangsstellung gemäß der Figur 1A zurückgestellt und entsprechend den dort gezeigten Pfeilen in die Einschaltstellung gemäß der Figur 1B überführt werden.

[0019] Eine ausführliche Darstelung des gegabelten Hauptkörpers 22 des Koppelgliedes 18 ist in den Figuren 2A, 2B und 2C gezeigt. Der Hauptkörper 22 besteht aus einem glasfaserverstärkten, thermisch aushärtbarem Kunststoff und kann an seinem der Schaltwelle 34 abgewandten Ende mittels Schrauben, die sich durch Befestigungs­löcher 36 erstrecken, mit einer Koppelstange verbunden werden. Eine zentrisch am kontaktseitigen Ende angebrachte Öffnung 38 dient als Aufnahme einer nicht gezeigten Kontaktkraftfeder, welche die Schließkraft des bewegbaren Schaltkontaktes be­stimmt. Am anderen Ende des Hauptkörpers 22 befindet sich eine Lagergabel 40 für die Verklinkungseinrichtung mit zwei Armen 42 und 44. In Jedem Arm 42, 44 befindet sich ein Führungsschlitz 46.

[0020] Die Geometrie der Lagergabel 40 für die Verklinkungsein­richtung ist an die äußere Geometrie der Verklinkungsein­richtung 24 angepaßt, die in den Figuren 3A und 3B in zwei verschiedenen Stellungen näher gezeigt ist. Das Gleitstück 26 ist innerhalb des durch die Schlitze 46 gegebenen Spielraumes in den Armen 42 und 44 der Lagergabel 40 bewegbar. Zwei Hälften des Gehäuses 30 werden durch Niete 46 zusammengehalten und nehmen zwei Sätze von Blattfedern 48, 50 auf, wobei die erst­genannten einen größeren Krümmungsradius aufweisen. Die Blatt­federn sind in Vertiefungen benachbart dem Führungsschlitz 28 angeordnet, entlang dem sich das Gleitstück 26 bewegen kann. Zwischen dem Gleitstück 26 und den Federn 48, 50 befinden sich zwei identische Stützglieder 52 aus gehärtetem Stahl in der Gestalt von Armen mit abgewinkelten Schenkeln 54, die sich um die Kanten eines Widerlagers 56 erstrecken, das sich an einem Ende des Gehäuses 30 befindet. Das andere Ende der Stützglieder 52 endet kurz vor einer Endwand 58 des Gehäuses 30, um die Reibung zu vermindern, wenn die Stützglieder 52 über ihre fest­gehaltenen Enden an dem Kreuzstück 56 schwingen. Die einwärts gerichteten Seiten der Stützglieder 52 besitzen eine vor­stehende Gleitfläche 60 mit einer steilen Schrägfläche 62 an einem Punkt ihrer Länge, welcher es gestattet, daß die Schräg­fläche 62 eine abgeschrägte Kante 64 des Gleitstückes 26 er­faßt, wenn sich dieses in der verriegelten Stellung befindet. Der Druck der Federn 48, 50 spannt zwingt die Schrägfläche 62 gegen die abgeschrägte Kante 64 des Gleitstückes 26 vor und verhindert dadurch die Bewegung des Gleitstückes 26 entlang dem Führungsschlitz 28. Diese Verklinkung wird erst dann aufge­hoben, wenn das Gleitstück 26 mit einer Kraft oberhalb einer vorbestimmten Schwelle beaufschlagt wird. Die Schwellenkraft wird durch die Wahl der Winkel der Schrägflächen 62 und der abgeschrägten Kante 64 bestimmt sowie durch die Federkraft, welche auf die Stützglieder 52 ausgeübt wird. Sobald die Schwellenkraft überschritten wird, schwingen die Stützglieder 52 von dem Gleitstück 26 weg in die Federausnehmungen, um die Schrägfläche 62 von den abgeschrägten Kanten 64 des Gleit­stückes zu entlasten und dem Gleitstück 26 eine ungehinderte Gleitbewegung zum anderen Ende des Führungsschlitzes 28 zu gestatten.

[0021] Die Blattfedern 48, 50 sind mit ihren konkaven Seiten gegen die gehärteten Stützglieder 52 vorgespannt, um zu verhindern, daß die Enden das (weiche) Stahlgehäuse 30 beschädigen. Eine Reihe weiterer Federanordnungen bietet sich dem Fachmann als geeignet an, um eine Vorspannung der Verklinkungsteile zu bewirken. Offensichtlich könnten beispielsweise Schraubenfedern verwendet werden.

[0022] In dem Gleitstück 26 ist eine Öffnung 66 zur Befestigung des Koppelgliedes 18 an der Antriebsvorrichtung des Leistungs­schalters vorgesehen, und zwar in der Weise, daß sich durch die Öffnung 66 ein Stift zur Verbindung des Gleitstückes 26 mit dem Kurbelarm 32 der Schaltwelle 34 erstreckt. Die einzige zur Umstellung des Leistungsschalters auf kraftabhängige bzw. stromabhängige Öffnung erforderliche Maßnahme besteht in der Bereitstellung der Verklinkungseinrichtung 24 in dem Koppel­glied 18.

Ansprüche

1. Elektrischer Leistungsschalter mit wenigstens einem fest­stehenden Schaltkontakt (16) und einem damit zusammenwirkenden bewegbaren Schaltkontakt (12), der mittels einer Antriebsvor­richtung durch einen Kurbelarm (32) sowie ein Koppelglied (18) relativ zu dem feststehenden Schaltkontakt (16) antreibbar ist, sowie mit einer von einer Auslösevorrichtung der Antriebsvor­richtung unabhängigen Verklinkungseinrichtung (24) zur Trennung des bewegbaren Schaltkontaktes (12) von dem feststehenden Schaltkontakt (16) unter dem Einfluß einer zwischen den Schaltkontakten (12, 16) wirksamen, durch einen hohen Strom hervorgerufenen Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklinkungseinrichtung (24) Bestandteil des Koppelgliedes (18) ist und daß die axiale Stützweite des Koppelgliedes (18) kraftabhängig verkürzbar ist.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (18) ein Gehäuse (30) mit wenigstens einem axialen Führungsschlitz (28) für ein Gleitstück (26) besitzt und daß in dem Gehäuse (22) wenigstens ein Stützglied (52) zur kraftabhängigen Abstützung des Gleitstückes (26) angeordnet ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (52) eine Schrägfläche (62) zum Zusammenwirken mit einer Gegenfläche (abgeschrägte Kante 64) des Gleitstückes (26) und eine an die Gegenfläche (abgeschrägte Kante 64) anschließende Gleitfläche (60) aufweist.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (18) zwei einander gegenüberliegend angeordnete und gegen das Gleitstück (26) vorgespannte Stützglieder (52) auf­weist, wobei die Vorspannkraft durch Federn (48, 50) aufge­ bracht ist, die zwischen den Stützgliedern (52) und dem Gehäuse (22) des Koppelgliedes (18) angeordnet sind.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützglieder (52) axial in dem Gehäuse (30) gegen Mitnahme durch das Gleitstück (26) bei dessen Überführung in die verriegelte Stellung abgestützt sind.

6. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützglieder (52) an ihren Enden abgewinkelt ausgebildet sind und mit ihren abge­winkelten Endteilen (54) um ein Widerlager (56) an dem Gehäuse (30) des Koppelgliedes (18) begrenzt schwenkbar sind.

7. Leistungsschalter nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Schrägfläche (62) des Stützgliedes (52) zusammenwirkende Gegenfläche des Gleitstückes (26) als abgeschrägte Kante (64) ausgebildet ist und daß die Schrägfläche (62) und die abge­schrägte Kante (64) parallel zueinander angeordnet sind.

8. Leistungsschalter nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn als Blattfedern (48, 50) ausgebildet sind.

9. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (48, 50) gebogen ausgebildet sind und mit ihrer konkaven Seite dem Führungsschlitz (28) zugewandt angeordnet sind.

10. Leistungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei zusammen­gesetzte Blattfedern (48, 50) mit unterschiedlichem Krümmungs­radius vorgesehen sind.

Zeichnung