Kontaktanordnung für Niederspannungsschaltgeräte

Abstract

 Eine gegenüber Beanspruchungen durch hohe Ströme mechanisch und elektrisch widerstandsfähige Kontaktanordnung für Niederspannungs-Schaltgeräte besitzt mehrere, auf einem Kontaktträger (1) angeordnete, parallele schwenkbare Kontakthebel (2, 3). Wenigstens einige der Kontakthebel (2, 3) besitzen auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch einen Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16). Der Kontaktträger (1) weist an der Stelle dieser zylindrischen Konturen (16) eine um einen geringen Radius größere Gegenkontur (17) auf, die den zylindrischen Konturen der Kontakthebel (2, 3) mit einem minimalen Abstand (A) gegenübersteht. Tritt eine starke Beanspruchung des Lagerbolzens (15) durch einen hohen Strom in der Kontaktanordnung auf, so stützen sich die Kontakthebel direkt am Kontaktträger (1) ab. Die Durchbiegung des Lagerbolzens (15) bleibt damit auf ein geringes Maß beschränkt, das durch den minimalen Abstand (A) zwischen den Konturen (16) und Gegenkonturen (17) bei normalem Betrieb bestimmt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Niederspannungs-Schaltgeräte mit mehreren, auf einem Kontaktträger parallel zueinander angeordneten Kontakthebeln, die mittels eines die Kontakthebel durchsetzenden, am Kontaktträger abgestützten Lagerbolzens relativ zum Kontaktträger schwenkbar sind

[0002] Bei bekannten Kontaktanordnungen dieser Art, z. B. nach der US 4,764,650 A sind die Kontakthebel auf dem Kontaktträger mittels des Lagerbolzens gelagert und durch jeweils mindestens eine Kontaktkraftfeder abgestützt, die entsprechend einer gewünschten Kontaktkraft bemessen ist. Der Lagerbolzen und seine Lagerungen am Kontaktträger sind durch Summe dieser Kontaktkräfte belastet. Tritt aber ein sehr hoher Strom auf, z. B. durch einen Kurzschluss, so können die auf den Lagerbolzen wirkenden Kräfte wesentlich höher sein, weil Stromengekräfte an den Kontaktstellen und elektrodynamische Stromschleifenkräfte zu der Beanspruchung durch die Kontaktkraftfedern hinzukommen. An sich ist es möglich, den Lagerbolzen im allgemeinen und die Bolzenlagerung im Kontaktträger durch eine geeignete Dimensionierung an diese Erfordernisse anzupassen. Da aber die Dicke des Lagerbolzens nicht unbegrenzt vergrößert werden kann, weil einerseits die Aufnahmebohrung im Kontakthebel wegen der Stromtragfähigkeit derselben möglichst klein sein soll und andererseits die Lagerung im Kontaktträger schwierig wird, kann bei einer hohen Beanspruchung des Lagerbolzens eine Durchbiegung desselben auftreten, weil dieser nur an seinen Enden im Kontaktträger abgestützt ist. Diese Biegekräfte wirken wegen des größeren wirksamen Hebelarms von den zur Mitte des Kontaktträgers hin angeordneten Kontakthebeln am stärksten auf die Mitte des Lagerbolzens, so dass hier die größte Durchbiegung auftritt. Die Folge ist, dass im Bereich der mittleren Kontakthebel die Kontaktkraft abnimmt, was bei selektiven Niederspannungs-Leistungsschaltern möglichst vermieden werden muss, um Schäden an den Kontakten zu vermeiden.

[0003] In der DE 196 29 482 C1 wurde zur Vermeidung dieses Problems vorgeschlagen, auf den Lagerbolzen völlig zu verzichten und die Kontakthebel auf einer am Kontaktträger angeordneten Abwälzfläche abzustützen. Die Gelenkanordnung für jeden Kontakthebel relativ zum Kontaktträger ist dabei durch eine am Kontakthebel befindliche Wälzfläche und eine am Kontaktträger angeordnete Auflagefläche gebildet. Weiterhin ist ein Haltebügel vorgesehen, welcher die Kontakthebel gegen eine Verschiebung parallel zur Auflagefläche sichert. Damit ist eine sowohl reibungsarme als auch gegen eine Veränderung durch elektrodynamische Kräfte widerstandsfähige Lagerung der Kontakthebel sichergestellt. Ein weiterer Vorteil ist eine geringere Erwärmung der Kontakthebel durch den Fortfall der Schwächung des Querschnittes der Kontakthebel durch die Lageröffnung für einen Lagerbolzen. Dem steht gegenüber, dass die beschriebene Abwälzbewegung, wenn die Drehung auch nur wenige Grad Schwenkwinkel des Kontakthebels relativ zum Kontaktträger beträgt, aber zur Folge hat, dass kein exakter Drehpunkt vorhanden ist und trotz des vorgesehenen Haltebügels gegen eine Verschiebung parallel zur Auflagefläche die Kontakthebel in gewissem Sinne "schwimmend" gelagert sind. Diese vorhandene vertikale Toleranz birgt die Gefahr einer nachteiligen ungleichmäßigen Kontaktierung in sich.

[0004] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber Beanspruchungen durch hohe Ströme mechanisch und elektrisch widerstandsfähige Kontaktanordnung mit mehreren parallelen schwenkbaren Kontakthebeln zu schaffen, die eine definierte Lagerachse aufweisen.

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass wenigstens einige der Kontakthebel auf der dem Kontaktträger zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens verlaufende zylindrische Kontur aufweisen, und dass der Kontaktträger an der Stelle dieser zylindrischen Konturen eine angepasste Gegenkontur besitzt, die den Konturen der Kontakthebel mit einem minimalen Abstand gegenüberstehend angeordnet ist.

[0006] Da bei der Lösung nach der Erfindung der ansonsten gebräuchliche Lagerbolzen (vgl. z. B. US 4,764,650 A oder DE 296 09 824 U1) beibehalten wird, ist die gewünschte definierte Lagerung der Kontakthebel gewährleistet. Andererseits kann der Lagerbolzen einen geringeren Durchmesser erhalten. Daher wird der Querschnitt der Kontakthebel weniger geschwächt, und die Erwärmung im Betrieb ist geringer. Da im normalen Schaltbetrieb zwischen den Kontakthebeln und dem Kontaktträger ein geringer Abstand vorhanden ist, sind die Kontakthebel auf dem Lagerbolzen ungehindert beweglich. Erst bei einer starken Beanspruchung durch kontaktabhebende Kräfte und einer entsprechenden Belastung des Lagerbolzens setzen die Kontakthebel mit ihren zylindrischen Konturen am Kontaktträger auf. Dabei bleibt die Biegung des Lagerbolzens auf das durch die Bemessung der zusammenwirkenden Teile bestimmte Maß beschränkt. Schäden an der Kontaktanordnung werden hierdurch wirksam verhindert.

[0007] Es empfiehlt sich im Rahmen der Erfindung, dass der Radius der Gegenkontur am Kontaktträger geringfügig größer als der Radius der zylindrischen Konturen der Kontakthebel bemessen ist. Durch einen solchen Unterschied der Radien, der zweckmäßig wenige Zehntel Millimeter, z. B. 0,2 mm, betragen kann, wird erreicht, dass auch bei Berührung der Konturen die Beweglichkeit der Kontakthebel nicht durch Reibung beeinträchtigt wird.

[0008] Bei Kontaktanordnungen für sehr hohe Bemessungsströme, die bei Niederspannungs-Leistungsschaltern bei 6000 A und mehr liegen können, ist es nicht erforderlich, alle Kontakthebel zusätzlich zu den Hauptkontakten mit Vorkontakten und Lichtbogenhörnern zu versehen. Diese dementsprechend kürzeren und somit leichteren Kontakthebel werden zumeist außenliegend, d. h. beidseitig eines mittleren Blockes der mit Lichtbogenhörner versehenen längeren Kontakthebel angeordnet. Dabei kann es sich als ausreichend erweisen, wenn nur die Kontakthebel des "mittleren Blockes" mit den zylindrischen Konturen versehen sind. Dies bedeutet, dass die Abstützung der Kontakthebelanordnung nur dort vorgesehen ist, wo die stärkste Biegebeanspruchung des Lagerbolzens auftritt. Werden aber auch außenliegend angeordnete Kontakthebel mit der Kontur versehen, so trägt dies nicht nur zu einer weiteren Verminderung der Biegung des Lagerbolzens, sondern auch zu einer Entlastung seiner Abstützung im Kontaktträger bei. Es sind folglich alle Varianten möglich, so dass die gewünschte Ausführungsform lediglich durch die Belange einer rationellen Fertigung und der gewünschten Stützwirkung bestimmt ist.

[0009] Zweckmäßig kann nur den mit einer zylindrischen Kontur versehenen Kontakthebeln eine am Kontaktträger angeordnete Gegenkontur gegenüberstehend angeordnet sein.

[0010] Die Erfindung soll nachfolgend zum besseren Verständnis anhand eines bevorzugten, den Schutzumfang nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert werden.

[0011] Die Figur 1 zeigt eine Ansicht eines Kontaktträgers von der Antriebsseite, wobei er zur Vereinfachung nur mit jeweils einem Kontakthebel mit Vorkontakt und einem Kontakthebel ohne Vorkontakt bestückt ist.

[0012] Die Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers gemäß der Fig. 1 entlang der Linie A-A in Fig. 1.

[0013] Die Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers gemäß der Fig.1 entlang der Linie B-B in Fig. 1.

[0014] Die Figur 4 zeigt die Einzelheit Z aus der Fig. 2.

[0015] Die Figur 5 zeigt die Einzelheit Y aus Fig. 3.

[0016] Die Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kontaktträger ohne Kontakthebel von der Kontaktseite.

[0017] Die Figur 7 zeigt eine perspektivische Darstellung der Einzelheit X aus Fig. 6.

[0018] Die Figur 1 zeigt eine Ansicht eines Kontaktträgers 1 von der Antriebsseite. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Kontaktträger 1 nur mit jeweils einem Kontakthebel mit Vorkontakt 2 und einem Kontakthebel ohne Vorkontakt 3 bestückt. Dabei sind in herkömmlicher Weise die Kontakthebel mit Vorkontakt 2 im mittleren Bereich des Kontaktträgers 1 angeordnet und die Kontakthebel ohne Vorkontakt 3 im äußeren Bereich der Anordnung. Die Kontakthebel 2, 3 stehen im eingeschalteten Zustand des Niederspannungs-Leistungsschalters in einer elektrisch leitenden Verbindung mit der oberen Anschlussschiene 4 des Niederspannungs-Leistungsschalters und sind mittels flexibler Leiterseile 5; 6 mit der unteren Anschlussschiene 7 des Niederspannungs-Leistungsschalters verbunden. Der Kontaktträger 1 ist mittels seiner an den Seitenteilen 8; 9 des Kontaktträgers 1 vorgesehenen Lagerzapfen 10, 11 schwenkbar im Schaltpol des Niederspannungs-Leistungsschalters angeordnet.

[0019] Die Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers gemäß der Fig. 1 entlang der Linie A-A in Fig. 1. Hier ist die Strombahn des Niederspannungs-Leistungsschalters im Bereich des Kontakthebels mit Vorkontakt 2 zu erkennen, welche durch seine obere Anschlussschiene 4, den Kontakthebel mit Vorkontakt 2, der außerdem ein Lichtbogenhorn 12 aufweist, die flexiblen Leiterseile 5 und die untere Anschlussschiene 7 des Niederspannungs-Leistungsschalters gebildet ist. Der Kontakthebel mit Vorkontakt 2 wird mittels der im Kontaktträger 1 gelagerten Kontaktkraftfedern 13 gegen den an der oberen Anschlussschiene 4 befindlichen feststehenden Kontakt 14 gedrückt.

[0020] Um eine durch diese Kontaktkraft und bei Auftreten eines sehr hohen Stromes, z. B. eines Kurzschlussstromes, hinzukommende, auf den Lagerbolzen 15 wirkenden Kräfte, wie Stromengekräfte an den Kontaktstellen und elektrodynamische Stromschleifenkräfte, mögliche Durchbiegung des Lagerbolzens 15 zu verhindern, beziehungsweise auf ein Minimum zu verringern, weist der im mittleren Bereich der Kontaktanordnung befindliche Kontakthebel 2 (mit Vorkontakt) eine zylindrische Kontur 16 auf, deren Peripherie koaxial zur Achse des Lagerbolzens 15 ausgebildet ist. Dieser zylindrischen Kontur 16 des Lagerbolzens 15 gegenüber ist eine entsprechend gekrümmte Gegenkontur 17 in Form einer halbschalenartigen Erhöhung am Kontaktträger 1 mit geringfügig größerem Radius, als derjenigen der zylindrischen Kontur 16 des Kontakthebels 2 vorgesehen. Dabei ist der Abstand zwischen der zylindrische Kontur 16 und der Gegenkontur 17 möglichst gering. Dieser kann, etwa entsprechend dem Unterschied der Radien, gleichfalls in der Größenordnung weniger Zehntel Millimeter, z. B. 0,2 mm, betragen. Beim Auftreten einer erhöhten Belastung setzt der Kontakthebel 2 bei einer Durchbiegung des Lagerbolzens 15 mit seiner zylindrischen Kontur 16 auf der als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildeten Gegenkontur 17 auf, wodurch eine weitere Durchbiegung des Lagerbolzens 15 mit den oben beschriebenen möglichen Folgen verhindert wird.

[0021] Die Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers 1 gemäß der Fig. 1 entlang der Linie B-B in Fig. 1. Hier ist die Strombahn des Niederspannungs-Leistungsschalters im Bereich eines Kontakthebels 3 zu erkennen, der ohne Vorkontakt ausgebildet ist. Flexible Leiterseile 6 und die untere Anschlussschiene 7 des Niederspannungs-Leistungsschalters sowie Kontaktkraftfedern 13 sind gleichfalls erkennbar. Die im Kontaktträger 1 außenliegend angeordneten Kontakthebel 3 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Gründen der wenigstens teilweise einheitlichen Herstellung mit den Kontakthebeln 2 (mit Vorkontakt) gleichfalls mit einer zylindrischen Kontur 18 versehen, jedoch steht diesen Kontakthebeln 3 keine entsprechende halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 gegenüber.

[0022] Die Figur 4 zeigt die Einzelheit Z aus der Fig. 2. Die zylindrische Kontur 16 des Kontakthebels 2 und die entsprechend gekrümmte Gegenkontur 17 in Form einer halbschalenartigen Erhöhung am Kontaktträger 1 mit geringfügig größerem Radius, als derjenigen der zylindrischen Kontur 16 des Kontakthebels 2 stehen sich ohne Belastung mit einem Abstand A von wenigen Zehntel mm gegenüber. Der Abstand A soll beispielsweise 0,2 mm betragen. Beim Auftreten einer erhöhten Belastung setzt der Kontakthebel 2 bei einer Durchbiegung des Lagerbolzens 15 mit seiner zylindrischen Kontur 16 auf der als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildeten Gegenkontur 17 auf, wodurch eine weitere Durchbiegung der Lagerbolzens 15 mit den oben beschriebenen möglichen Folgen verhindert wird.

[0023] Die Figur 5 zeigt die Einzelheit Y aus Fig. 3. Hier steht der zylindrischen Kontur 18 des Kontakthebels 3 keine entsprechend gekrümmte Gegenkontur in Form einer halbschalenartigen Erhöhung am Kontaktträger 1 gegenüber. Diese Ausführungsform des Kontaktträgers 1 ist dann zweckmäßig zu wählen, wenn eine lediglich mittige Abstützung des außen in seitlichen Wangen des Kontaktträger in Aufnahmeöffnungen ohnehin gelagerten Lagerbolzens 15 durch die zylindrische Kontur der Kontakthebel 2 auf der Gegenkontur 17 als ausreichend erachtet wird.

[0024] Die Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen bewegbaren Kontaktträgers 1 für einen Niederspannungs-Leistungsschalter ohne Kontakthebel von der Kontaktseite, durch welche die Position der als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildeten Gegenkontur 17 veranschaulicht werden soll. Der Kontaktträger 1 besteht aus einem Kunststoffkörper 20, an dessen Schenkeln 21, 22 Lagerzapfen 23, 24 angeordnet sind, mittels derer der Kontaktträger 1 im Gehäuse des Leistungsschalters schwenkbar gelagert ist. Er besitzt Aufnahmeöffnungen 25 als Halterung für den Lagerbolzen 15 für die Kontakthebel 2 und 3. Des weiteren sind Aufnahmeöffnungen 26 für die Kontaktkraftfedern 13 erkennbar. Die als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildete Gegenkontur 17 ist in der dargestellten Ausführungsvariante am Kontaktträger 1 nur mittig vorgesehen, nämlich dort, wo die stärkste Biegebeanspruchung des Lagerbolzens 15 auftritt.

[0025] Die Figur 7 zeigt eine perspektivische Darstellung der Einzelheit X aus Fig. 6. Die als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildete Gegenkontur 17 bildet gleichzeitig eine Art Rippe 27, die einen verstärkten Bereich des Kontaktträgers 1 bildet. Hierdurch wird, auf Grund der Verstärkung des Kontaktträgers 1, eine gute und sichere Abstützung erreicht.

[0026] Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, dass ein relativ dünner Lagerbolzen verwendet werden kann, durch welchen die Minderung des stromtragenden Querschnitts der Kontakthebel minimiert wird. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Teile und kein erhöhter Montageaufwand erforderlich.

Ansprüche

1. Kontaktanordnung für Niederspannungs-Schaltgeräte mit mehreren, auf einem Kontaktträger (1) parallel zueinander angeordneten Kontakthebeln (2, 3), die mittels eines die Kontakthebel (2, 3) durchsetzenden, am Kontaktträger (1) abgestützten Lagerbolzens (15) relativ zum Kontaktträger (1) schwenkbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens einige der Kontakthebel (2, 3) auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16) aufweisen, und dass der Kontaktträger (1) an der Stelle dieser zylindrischen Konturen (16) eine angepasste Gegenkontur (17) besitzt, die den Konturen der Kontakthebel (2, 3) mit einem minimalen Abstand (A) gegenüberstehend angeordnet ist.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Radius der als halbschalenartige erhöhte Auflagefläche ausgebildeten Gegenkontur (17) um ein geringes Maß größer ist als der Radius der koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufenden zylindrischen Kontur (16) der Kontakthebel (2, 3).

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur die etwa mittig im Kontaktträger (1) angeordneten Kontakthebel (2) auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16) aufweisen.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur den mit einer zylindrischen Kontur (16) versehenen Kontakthebeln (2) eine am Kontaktträger (1) angeordnete Gegenkontur (17) gegenüberstehend angeordnet ist.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.

1. Köntaktanordnung für Niederspannungs-Schältgeräte mit mehreren, auf einem Kontaktträger (1) parallel zueinander angeordneten Kontakthebeln (2, 3), die mittels eines die Kontakthebel (2, 3) durchsetzenden, am Kontaktträger (1) abgestützten Lagerbolzens (15) relativ zum Kontaktträger (1) schwenkbar sind,
bei der wenigstens einige der Kontakthebel (2, 3) auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16) aufweisen, wobei der Kontaktträger (1) an der Stelle dieser zylindrischen Konturen (16) eine angepasste Gegenkontur (17) besitzt,
dadurch gekennzeichnet,
die Gegenkontur (17) den Konturen (16) der Kontakthebel (2, 3) mit einem minimalen Abstand (A) gegenüberstehend angeordnet ist.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Radius der als halbschalenartige erhöhte Auflagefläche ausgebildeten Gegenkontur (17) um ein geringes Maß größer ist als der Radius der koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufenden zylindrischen Kontur (16) der Kontakthebel (2, 3).

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur die etwa mittig im Kontaktträger (1) angeordneten Kontakthebel (2) auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16) aufweisen.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur den mit einer zylindrischen Kontur (16) versehenen Kontakthebeln (2) eine am Kontaktträger (1) angeordnete Gegenkontur (17) gegenüberstehend angeordnet ist.

Zeichnung