[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltkontaktanordnung eines Niederspannungs-Leistungsschalters
mit
- einem in eine Einschaltstellung und in eine Ausschaltstellung bewegbaren Kontaktträger,
- mehreren parallel zueinander angeordneten und auf einem gemeinsamen Lagerbolzen schwenkbar
gelagerten Kontakthebeln, wobei der Lagerbolzen an seinen Enden in Wangen des Kontaktträgers
aufgenommen ist, und
- zwischen benachbarten Kontakthebeln angeordneten Abstandsstücken.
[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 erwähnten DE 196 29 482 C1 wurde zur Vermeidung dieses Problems deshalb 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] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass
- die Abstandsstücke als Einzelteile ausgebildet sind und
- wenigstens einige der Abstandsstücke eine dem Lagerbolzen angepasste Durchgangsöffnung
sowie zur Begrenzung einer Durchbiegung des Lagerbolzens eine dem Kontaktträger gegenüberstehende
äußere Stützfläche aufweisen.
[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.
[0007] Im Rahmen der Erfindung empfiehlt es sich, dass zwischen dem Kontaktträger und den
Stützflächen der Abstandsstücke in der Ausschaltstellung ein minimaler Abstand besteht
und dass die Abstandsstücke bei einer Belastung des Lagerbolzens mit einer vorgegebenen
Kraft mit ihren Stützflächen an einer Gegenflächen des Kontaktträgers anliegen. Diese
Anordnung hat die vorteilhafte Eigenschaft, dass durch die Abstützung des Lagerbolzens
die Beweglichkeit der Kontakthebel in jedem Betriebszustand der Kontaktanordnung gewährleistet
ist, insbesondere auch bei einer Beanspruchung durch einen hohen Stoßstrom. Dabei
genügt es, wenn der Abstand wenige zehntel Millimeter beträgt. Eine solche Bemessung
ist ohne Schwierigkeit zu verwirklichen, insbesondere wenn die Abstandsstücke aus
Metall bestehen und beispielsweise im Feinstanzverfahren hergestellt werden.
[0008] Für die Verwirklichung der Stützfläche bieten sich mehrere vorteilhafte Gestaltungen.
Eine solche Möglichkeit besteht darin, dass die äußere Stützfläche des Abstandsstückes
und eine am Kontaktträger angeordnete Gegenfläche eben ausgebildet sind. Diese Lösung
eignet sich insbesondere für den Fall, dass ein vorhandener Typ eines Kontaktträgers
mit einer ebenen Fläche weiterhin verwendet werden soll. Sie hat den Vorteil, dass
eine relativ große Stützfläche geschaffen werden kann und die spezifische Beanspruchung
der zusammenwirkenden Werkstoffe sprechend niedrig ist.
[0009] Eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung der Abstandsstücke besteht darin, dass deren
äußere Stützfläche und eine am Kontaktträger angeordnete Gegenfläche konzentrisch
ausgebildet sind, zweckmäßig derart, dass die äußere Stützfläche und die am Kontaktträger
angeordnete Gegenfläche konzentrisch zu der Durchgangsöffnung angeordnet sind. Das
Abstandsstück kann dann als kreiszylindrische Scheibe ausgebildet sein, was die Handhabung
bei der Montage der Kontaktanordnung aus ihren Einzelteilen erleichtert.
[0010] Die Abstandsstücke in der zuletzt erwähnten Ausgestaltung haben Ähnlichkeit mit einer
Unterlegscheibe, unterscheiden sich von diesen jedoch durch ihre Bemessung und Beschaffenheit.
Zwar kann zweckmäßig bei ihrer Herstellung gleichfalls von blechförmigem Halbzeug
ausgegangen werden, jedoch kommt es stärker als bei Unterlegscheiben auf die Einhaltung
aller Abmessungen an. Vorzugsweise können hierzu die Durchgangsöffnung und die Stützfläche
gemeinsam in einem Arbeitsgang als Präzisionsflächen hergestellt werden. Als Werkstoff
ist beispielsweise Messingblech geeignet.
[0011] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
[0012] Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Niederspannungs-Leistungsschalter
mit einer Schaltkontaktanordnung nach der Erfindung im Schnitt.
[0013] Die Figur 2 zeigt als vergrößerte Einzelheit einen beweglichen Kontaktträger des
Leistungsschalters gemäß der Figur 1 im Schnitt.
[0014] Ein scheibenförmiges Abstandsstück für die Kontaktanordnung gemäß der Figur 2 ist
als Einzelteil in der Figur 3 gezeigt.
[0015] Die Figuren 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsformen von Abstandsstücken.
[0016] Die Figur 6 zeigt einen Kontaktträger und die zugehörigen Kontakthebel mit Abstandsstücken
und einem Lagerbolzen, wobei nur im mittleren Bereich des Lagerbolzens Abstandsstücke
vorgesehen sind.
[0017] Die Figur 7 zeigt in einer der Figur 6 entsprechenden Darstellung eine Kontaktanordnung,
bei der zwischen allen vorhandenen Kontakthebeln Abstandsstücke angeordnet sind.
[0018] Der in der Figur 1 gezeigte Niederspannungs-Leistungsschalter 1 besitzt ein Gehäuse
2, in dem parallel zueinander je nach der benötigten Polzahl Schaltkammern 3 aufgenommen
sind. Eine Antriebsvorrichtung 4 dient zur gemeinsamen Betätigung von Schaltkontaktanordnungen
5, die jeweils aus einer feststehenden Kontaktbaugruppe 6 und einer bewegbaren Kontaktbaugruppe
7 bestehen. In bekannter Weise sind die Kontaktbaugruppen 6 und 7 mit außen zugänglichen
Anschlussschienen 8 und 9 verbunden. Einzelheiten der bewegbaren Kontaktbaugruppe
7 werden nachfolgend anhand der Figur 2 erläutert.
[0019] Wie näher aus der Figur 2 zu entnehmen ist, gehört zu der Kontaktbaugruppe 7 ein
teilweise geschnitten dargestellter Kontaktträger 10 aus isolierendem Kunststoff,
der in dem Gehäuse 2 (vgl. Figur 1) schwenkbar gelagert ist und mittels der Antriebsvorrichtung
4 relativ zu der feststehenden Kontaktbaugruppe 6 in eine Einschaltstellung und in
eine Ausschaltstellung zu überführen ist. An dem Kontaktträger 10 sind mehrere parallel
zueinander angeordnete Kontakthebel 11 um einen Lagebolzen 12 relativ zu den Kontaktträger
10 schwenkbar, wobei Kontaktkraftfedern 13 für eine Vorspannung der Kontakthebel 11
in Richtung der feststehenden Kontaktbaugruppe sorgen. Biegsame Leiter 14 in der Gestalt
von Litzen oder Bändern dienen zur Verbindung der Kontakthebel 11 mit der unteren
Anschlussschiene 9 in der Weise, dass eine ungehinderte Beweglichkeit der Kontakthebel
11 und des Kontaktträgers 10 bei den Schaltbewegungen gewährleistet ist.
[0020] Die Anzahl der an dem Kontaktträger 10 angebrachten Kontakthebel 11 richtet sich
nach der Höhe des Stromes, den der Leistungsschalter 1 im Betrieb führen soll. Wie
der Figur 6 zu entnehmen ist, sind insgesamt 13 Kontakthebel vorhanden, von denen
neun Kontakthebel die Gestalt der Kontakthebel 11 in der Figur 2 aufweisen, während
vier weitere Kontakthebel, die paarweise beidseitig einer mittleren Gruppe von Kontakthebeln
11 angeordnet sind als kürzere Kontakthebel 16 ausgebildet sind, die nur einen Hauptkontaktbereich,
jedoch keinen Vorkontakt und kein Lichtbogenhorn aufweisen. Die in der Figur 6 gezeigte
Anordnung von Kontakthebeln 11 und 16 ist gegenüber der Breite des Kontaktträgers
11 auseinandergezogen dargestellt, um noch zu erläuternde Einzelheiten zu zeigen.
Im betriebsfähigen Zustand sind alle Kontakthebel zwischen seitlichen Wangen 17 des
Kontaktträgers 10 aufgenommen, die mit Aufnahmeöffnungen 18 für den Lagerbolzen 12
versehen sind und nach unten in Lagerarme 15 übergehen.
[0021] Die relativ große Breite der Schaltkontaktanordnung gemäß der Figur 6 bringt es mit
sich, dass der Lagerbolzen 12 einer relativ starken Beanspruchung auf Biegung ausgesetzt
ist, wenn im geschlossenen Zustand der Schaltkontaktanordnung 5 neben den Kräften
der Kontaktkraftfedern 13 weitere Kräfte durch einen hohen Strom wie Kurzschluss-
oder Stoßstrom hinzukommen. Durch die insbesondere aus den Figuren 2 und 6 ersichtliche
Gestaltung wird eine unerwünschte Durchbiegung des Lagerbolzens 12 weitgehend vermieden.
Dies geschieht durch Abstandsstücke 20, die gemäß der Figur 3 als kreiszylindrische
Scheiben ausgebildet sind. Dabei ist der Innendurchmesser d einer Durchgangsöffnung
19 mit enger Toleranz an den Durchmesser des Lagerbolzens 12 angepasst, während der
Außendurchmesser D einer äußeren zylindrischen Stützfläche 21 auf eine am Kontaktträger
10 an seiner den Kontakthebeln 11 und 16 zugewandten Seite angeordnete Gegenfläche
21 abgestimmt ist. Die gegenseitige Abstimmung der Stützfläche 21 und der Gegenfläche
22 besteht darin, dass die Gegenfläche 22 konzentrisch zur Achse des Abstandsstückes
20 als Zylinderfläche ausgebildet ist und im ausgeschalteten Ruhezustand der äußeren
Stützfläche 21 mit einem minimalen Abstand A gegenübersteht. Mit Rücksicht auf seine
geringe Größe von wenigen Zehntel Millimetern ist der Abstand A in der Figur 2 nicht
darstellbar, so dass dort die Stützfläche 21 an der Gegenfläche 22 anzuliegen scheint.
Jedoch ist in der Figur 2 durch das mit einem Pfeil versehene Bezugszeichen A auf
den Abstand hingewiesen. Dieser bewirkt, dass die Abstandsstücke 20 ungehindert auf
den Lagerbolzen 12 aufgefädelt werden können, wenn die Kontakthebel 11 und 16 montiert
werden.
[0022] Die Abstandsstücke 20 gemäß der Figur 3 können vorzugsweise aus Messingblech in einem
Feinstanzverfahren hergestellt werden. Hierbei erhalten die innere Umfangsfläche der
Durchgangsöffnung 19 und die äußere Stützfläche 21 eine glatte zylindrische Gestalt
ohne Gratbildung. Damit ist eine flächenhafte Anlage des Abstandsstückes 20 sowohl
am Lagerbolzen 12 als auch an der Gegenfläche 21 sichergestellt.
[0023] In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 6, auf das bereits eingegangen wurde,
sind nur zwei Abstandsstücke 20 vorgesehen, die sich zwischen den mittleren Kontakthebeln
11 befinden. Auf diese Weise wird der Lagerbolzen 12 im Bereich seiner stärksten Beanspruchung
abgestützt. Es können jedoch auch gemäß der Figur 7 zwischen allen vorhandenen Kontakthebeln
11 und 16 gleiche Abstandsstücke 20 angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der
Lagerbolzen 12 bei starker Beanspruchung in seiner gesamten Länge unterstützt wird
und somit auch die Aufnahmeöffnungen 18 in den Wangen 17 des Kontaktträgers 10 erheblich
entlastet werden.
[0024] In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 7 wird der Raum zwischen den Wangen 17
des Kontaktträgers 10 durch die Kontakthebel 11 und 16 einschließlich der Abstandsstücke
20 maßgerecht ausgefüllt. Werden dagegen nur zwischen einzelnen der Kontakthebel Abstandsstücke
20 vorgesehen wie in dem Beispiel gemäß der Figur 6, so empfiehlt es sich, wenigstens
die übrigen Kontakthebel 11 und 16 mit Anformungen 23 oder ähnlichen Merkmalen zu
versehen, die einen gegenseitigen Abstand der Kontakthebel 11 und 16 bewirken und
somit gleichfalls das gewünschte Breitenmaß ergeben.
[0025] In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2, 3, 6 und
7 sind scheibenförmig ausgebildete Abstandsstücke 20 vorgesehen. Die Erfindung ist
jedoch mit gleicher Wirkung auch mit sinngemäß wirkenden Abstandsstücken zu verwirklichen,
für die Beispiele in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht sind. So ist das Abstandsstück
24 gemäß der Figur 4 zwar gleichfalls mit einer inneren Durchgangsöffnung 19 mit einem
dem Lagerbolzen 12 angepassten Durchmesser d versehen, weist jedoch eine ebene Stützfläche
25 auf. Dementsprechend steht dem Abstandsstück 24 eine ebene Gegenfläche 26 am zugehörigen
Kontaktträger gegenüber.
[0026] Ein weiteres, in der Figur 5 veranschaulichtes Abstandsstück 27 ist mit einer konkaven
Stützfläche 28 versehen, die einer konvexen Gegenfläche 29 des zugehörigen Kontaktträgers
gegenüber steht. Stützkörper 24 und 27 gemäß den Figuren 4 und 5 ermöglichen es, relativ
große Stützflächen und damit niedrige Beanspruchungen an den Gegenflächen der Kontaktträger
zu verwirklichen. Ferner wird eine unkontrollierte Drehung der Abstandsstücke aufgrund
beliebiger Einflüsse verhindert. Jedoch ist bei der Montage die richtige Position
dieser Abstandsstücke relativ zum Kontaktträger zu beachten.
[0027] Wie bereits erwähnt, stehen sich die Stützflächen der Abstandsstücke und die entsprechenden
Gegenflächen an den Kontaktträgern mit einem minimalen Abstand A in der Größenordnung
von wenigen Zehntel Millimetern gegenüber. Wird der Abstand A beispielsweise auf 0,2
mm bemessen, so ist dies zugleich das Maß, auf das eine Durchbiegung des Lagerbolzens
12 bei starker Beanspruchung beschränkt ist. Diese Durchbiegung ist so gering, dass
sie praktisch keinen Einfluss auf die Position der Kontakthebel und damit auch keinen
Einfluss auf die Größe der Kontaktkraft hat.
1. Schaltkontaktanordnung (5) eines Niederspannungs-Leistungsschalters (1) mit
- einem in eine Einschaltstellung und in eine Ausschaltstellung bewegbaren Kontaktträger
(10),
- mehreren parallel zueinander angeordneten und auf einem gemeinsamen Lagerbolzen
(12) schwenkbar gelagerten Kontakthebeln (11, 16), wobei der Lagerbolzen (12) an seinen
Enden in Wangen (17) des Kontaktträgers (10) aufgenommen ist,
- zwischen benachbarten Kontakthebeln (11, 16) angeordneten Abstandsstücken (20; 24;
27),
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Abstandsstücke (20; 24; 27) als Einzelteile ausgebildet sind und
- wenigstens einige der Abstandsstücke (20; 24; 27) eine dem Lagerbolzen (12) angepasste
Durchgangsöffnung sowie zur Begrenzung einer Durchbiegung des Lagerbolzens (12) eine
dem Kontaktträger (10) gegenüberstehende äußere Stützfläche (21; 25; 28) aufweisen.
2. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Kontaktträger (10) und den Stützflächen (21; 25; 28) der Abstandsstücke
(20; 24; 27) in der Ausschaltstellung ein minimaler Abstand (A) besteht und dass die
Abstandsstücke (20; 24; 27) bei einer Belastung des Lagerbolzens (12) mit einer vorgegebenen
Kraft mit ihren Stützflächen (21; 25; 28) an einer Gegenfläche (22; 26; 29) des Kontaktträgers
(10) anliegen.
3. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Stützfläche (25) des Abstandsstückes (24) und eine am Kontaktträger angeordnete
Gegenfläche (26) eben ausgebildet sind. (Figur 4)
3. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Stützfläche (21; 28) des Abstandsstückes (20; 27) und eine am Kontaktträger
angeordnete Gegenfläche (22; 29) als zylindrische konzentrische Flächen ausgebildet
sind. (Figuren 2 und 5)
5. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Stützfläche (21) des Abstandsstückes (20) und die am Kontaktträger (10)
angeordnete Gegenfläche (22) konzentrisch zu der Durchgangsöffnung (19) angeordnet
sind. (Figur 2)
6. Schaltkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abstandsstücke (20; 24; 27) aus blechförmigem Metall bestehen und dass die Durchgangsöffnung
(19) und die Stützfläche (21; 25; 28) gemeinsam in einem Arbeitsgang als Präzisionsflächen
hergestellt sind.