[0001] Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für einen Niederspannungsschalter, insbesondere
für einen Leistungsschalter.
[0002] Aus der DE 39 01 852 A1 ist ein kipp-punkt-gelagertes Kontaktsystem für einen strombegrenzenden
Leistungsschalter bekannt mit einem im Kurzschlussfall dynamisch öffnenden drehbeweglichen,
ersten Kontaktarm. Dieser erste Kontaktarm wird von einer im Gehäuse abgestützten
Druckfeder (Kontaktkraftfeder) über einen Druckbolzen beaufschlagt. Am Ende der Öffnungsbewegung
läuft der Kontaktarm nach Überschreiten einer instabilen Stellung im oberen Teil des
Gehäuses gegen ein Begrenzungselement, um in dieser zweiten Kipplage in eine sichere
AUS-Lage zu gelangen. Die Bewegungsenergie wird vorrangig an dem als Anschlag wirkenden
Begrenzungselement absorbiert, wodurch die Bewegung zum Stillstand kommt.
[0003] In der US 5 258 733 ist ein Kontaktsystem beschrieben, in dem drei einarmige Kontaktarm
von Kontaktkraftfedern beaufschlagt werden. Für die beiden außenliegenden Kontakte
sind im oberen Teil des Gehäuses zwei Begrenzungselemente und für den mittleren Kontakt
ist ein Begrenzungselement vorhanden, die als Anschläge des Kontaktarms am Ende der
Öffnungsbewegung dienen. Das Gehäuse ist besonders zur Aufnahme und Absorption der
Bewegungsenergie beim Öffnen der Kontakte verstärkt. Die Begrenzungselemente sind
aus stoßdämpfendem Material ausgebildet.
[0004] Der Nachteil solcher Anordnungen ist der besondere Aufwand in der Verstärkung des
Gehäuses. Der Aufwand muss - auch in bezug auf die schlagbelasteten Teile des Kontaktsystems
- noch erhöht werden, wenn leistungsstärkere Kontaktsysteme entwickelt werden sollen.
Die Belastung der Schaltwelle und ihrer Lagerung bei Leistungsschaltern wird mit zunehmender
Schaltleistung besonders kritisch.
[0005] Ein gattungsgemäßes Kontaktsystem ist aus der DE 3411275 C2 bekannt. Ein zweiter
Anschlag für den Kontaktarm ist vorhanden. Dieser Anschlag hat eine Funktion in Zusammenhang
mit einer vergrößerten Lageröffnung für einen als Drehachse des Kontaktarms vorgesehenen
Schwenkstift. Die vergrößerte Lageröffnung erlaubt insbesondere in der letzten Phase
des Schließvorgangs des Kontakt eine Lageveränderung des Kontaktarms derart, dass
der bewegliche Kontakt auf dem Festkontakt eine Schleifbewegung vollführt, wodurch
dem Einbrennen oder Verschweißen der Kontakte vorgebeugt wird. Bei der in der DE 3411275
C2 vorgegebenen Anordnung ist es nicht möglich, kinetische Energie aus der Öffnungsbewegung
zu absorbieren oder in das Gehäuse abzuleiten.
[0006] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, bei der die Schlagbelastung
durch die Aufschlagenergie an den Belastungsstellen im Kontaktsystem und in seinen
Gehäuseteilen vermindert wird.
[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen
Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung zu entnehmen sind.
[0008] Kurz gefasst besteht die Erfindung darin, dass im Schaltergehäuse des Kontaktsystems
ein zweiter Anschlag ausgebildet ist, der einem zweiten Abschnitt des Schaltstücks
für den Aufschlag des zweiten Abschnitts zugeordnet ist;
- beide Anschläge haben in Bezug auf die Öffnungsbewegung eine solche Winkelstellung
zueinander, dass der zweite Abschnitt nach kürzerem Winkelweg als der erste Abschnitt
auf den zweiten Anschlag trifft;
- die schwimmende Lagerung erfolgt derart, dass am Schaltstück ein Lagerstift angeordnet
ist, der spielbehaftet und zumindest während des dynamischen Öffnens unverschieblich
in einem Langloch gelagert ist;
- die Längserstreckung des Langlochs liegt parallel oder nahezu parallel zur Wirkrichtung
der Kontaktkraftfeder;
- die Länge des Langlochs erlaubt eine Drehung des Schaltstücks um einen im zweiten
Anschlag liegenden Drehpunkt und
- während der Drehung leistet die Kontaktkraftfeder Federarbeit (Kompressions- oder
Dilatationsarbeit, je nach Wirkprinzip der Kontaktkraftfeder).
[0009] Es ist also ein zweiter Anschlag vorgesehen, der einem einzigen Anschlag gewissermaßen
vorgelagert ist und während der Bewegung des Schaltstücks durch die elektrodynamische
Öffnungskraft kann nach dem Auftreffen auf den ersten Anschlag von der Kontaktkraftfeder
kinetische Energie absorbiert werden.
[0010] Damit sind weitere Dissipations- und Absorptionsstellen im Schaltergehäuse vorhanden,
die zu einer Verringerung der Schlagbelastung der Belastungsstellen, insbesondere
zu einer Entlastung der Schaltwelle führen.
[0011] Da das Schaltstück schwimmend gelagert ist, bewirkt die noch vorhandene Überschussenergie
die Weiterdrehung des Schaltstücks um den Drehpunkt des zeitlich zuvor getroffenen
Anschlags. Das Schaltstück vollführt eine translatorische Bewegung im Langloch, verbunden
mit der Kompression der Druckfeder. Es kommt dann zur Berührung und zum Auftreffen
des anderen Armabschnitts auf den anderen Anschlag im Gehäuse oder in einem Gehäuseteil,
wobei ein letzter Rest an Bewegungsenergie verbraucht wird.
[0012] Am Ende der Öffnungsbewegung werden beide Anschläge nacheinander erreicht. Der zusätzlich
eingebrachte Anschlag liegt bezüglich des Winkelwegs vorzugsweise vor einem sonst
üblicherweise eingesetzten einzigen Anschlag oder einem wie in der US 5 258 733 eingesetzten
Doppelanschlag.
[0013] Es werden weitere Ausgestaltungen vorgeschlagen:
- Kontaktsystem wirkverbunden mit einem Schaltschloss, womit ein Unterbrechen des Stromflusses
erfolgt, so dass auch nach Wieder-Schließen des Kontakts infolge der sinkenden Stromstärke
kein erneuter Öffnungsvorgang eingeleitet wird.
- Kontaktsystem mit einem Kippsprungwerk, wobei das Schaltstück kipp-punkt-gelagert
ist. Die Kontaktkraftfeder greift derart am Schaltstück an, dass sie infolge der durch
hohe Überströme erzeugten elektrodynamischen Kraft den Kippsprung vermittelt; sie
stellt beim Überschreiten des Kipp-Punkts die Öffnungsstellung sicher. Die vorzugsweise
druckbeanspruchte Kontaktkraftfeder greift zwischen Gehäuse und Schaltstück an, wobei
sich die Drehachse des Schaltstücks bei einer instabilen Zwischenstellung des Schaltstücks
in gerader Linie mit der Wirkrichtung der Kontaktkraftfeder befindet.
[0014] In einer besonderen Ausgestaltung bezüglich der Länge des Langlochs, kann jedoch
auch erreicht werden, dass auch die Schaltwelle und ihr Lager ein Rest an Verformungsenergie
aufnehmen. Die Länge des Langlochs läßt sich so wählen, dass nach Berührung des zweiten
Anschlags und der dann sich fortsetzenden Drehung der Lagerstift am Ende des Langlochs
anschlägt, bevor der erste Anschlag erreicht wird. Beim Auftreffen am Ende des Langlochs
wird die Schaltwelle und ihr Lager belastet und Energie wird in der Schaltwelle und
in ihrem Lager dissipiert.
[0015] Die Vernichtung der kinetischen Energie des Schaltstücks erfolgt somit in einer Vielzahl
von Teilen (Schaltstück selbst; Kontaktkraftfeder, beide Anschläge, Schaltwelle und
Lager der Schaltwelle), wobei auch Lagertoleranzen eine Rolle spielen, weil diese
von Natur aus und im Zuge der Lebensdauer des Schalters einen Rest von Unbestimmtheit
mitsichbringen, die von vornherein konstruktiv nicht vollständig berücksichtigt werden
können.
[0016] Die beiden Armabschnitte sollten möglichst nicht punktförmig ausgebildet sein. Die
Flächen der beiden Armabschnitte können jedoch klein gewählt werden. Die Dimension
des Schaltstücks (insbesondere seine Dicke) muss nicht besonders verändert oder angepasst
sein; es können bei der Erfindung auf Verbreiterungen und Verlängerungen der Flächen
der beiden Anschläge und der beiden Armabschnitte verzichtet werden.
[0017] Die Materialauswahl für den Anschlag sollte vorzugsweise gezielt auf schlagfeste
Kunststoffe gerichtet werden, wobei dem Fachmann geeignete marktgängige Materialien
zur Verfügung stehen. Das Gehäuse kann vorzugsweise aus mehreren Kammern ausgebildet
sein, wobei eine obere Kammer den ersten Anschlag und eine untere Kammer den zweiten
Anschlag enthält. Die Kammern sind so ausgebildet, dass sie mit den übrigen Teilen
des Kontaktssystems und des Gehäuses eine Modularität bilden, die zur Vereinfachung
der Herstellung und des Zusammenbaus beitragen und Erweiterungen zu Kontaktsystem
mit anderen Leistungsbereichen in einfacher Weise zulassen.
[0018] Das Schaltstück kann einarmig oder zweiarmig ausgebildet sein. Bei jeweils einer
dieser beiden Ausbildungen kann der Angriffspunkt und die Angriffsrichtung der Kontaktkraftfeder
für den speziellen Fall eingerichtet sein. Die Kontaktkraftfeder kann als Zug- oder
als Druckfeder wirken.
[0019] Vorzugsweise sollte jedes der beiden Schaltstückabschnitte am die Kontaktauflage
tragenden Arm des Schaltstücks angeordnet sein. In diesem Fall wird ein einarmiges
Schaltstück eingesetzt.
[0020] Das Schaltstück kann auch zweiarmig ausgebildet sein, wobei dann an jedem Arm des
Schaltstücks ein Schaltstückabschnitt angeordnet ist. Hierbei kann vorzugsweise der
die Kontaktauflage tragende Arm des Schaltstücks länger ausgebildet sein, als der
kontaktferne Arm des Schaltstücks.
[0021] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand
von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen im Einzelnen:
Fig. 1: die Stellung des Kontaktsystems (im Schnitt) beim Auftreffen auf den zweiten
Anschlag während der Öffnungsbewegung,
Fig. 2: die Stellung des Kontaktsystems beim Auftreffen auf den ersten Anschlag und
Fig. 3: eine Explosionsdarstellung der Kontaktanordnung.
[0022] In Fig. 1 ist das Kontaktsystem eines Niederspannungs-Leistungsschalters mit kipppunkt-gelagertem,
zweiarmigen Schaltstück beim Auftreffen auf den zweiten Anschlag 34 während der Öffnungsbewegung
dargestellt. In Fig. 2 ist das Auftreffen auf den ersten Anschlag 24 und die noch
vorhandene Berührung am zweiten Anschlag 34 zu erkennen.
[0023] Die Fig. 3 zeigt drei parallel angeordnete Kontaktsysteme, die über die Schaltwelle
verbunden sind. Hier handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform, in der die
Lagerung des Schaltstücks exzentrisch in oder an der Schaltwelle erfolgt. Als Alternative
wird beansprucht - jedoch in den Figuren nicht dargestellt, dass das Schaltstück über
ein Langloch im Gehäuse oder in einem Gehäuseteil gelagert ist. Die in der Erfindung
angesprochenen dynamischen Verhältnisse sind in beiden Anordnungen dieselben. Der
wesentliche Punkt ist, dass während der Öffnungsbewegung des Schaltstücks das Langloch
ortsfest bleibt.
[0024] Die Stromlaufbahn des Kontakts ist nicht dargestellt. Die Stromlaufbahn wird durch
das einfach unterbrechende Schaltstück (als Drehkontakt) geöffnet und geschlossen.
Das Schaltstück 10 ist um die Rotationsachse zwischen seiner Schließ- und Öffnungsposition
drehbeweglich. Das Schaltstück hat einen längeren 18 und einen kürzeren Arm 20. Der
längere Arm 18 trägt eine nicht näher gezeigte Kontaktauflage zur Kontaktierung des
Festkontakts. Am kürzeren Arm 20 ist ein Abschnitt 32 (eine Anschlagnase) ausgebildet,
der mit einem Anschlag 34 im Gehäuse korrespondiert.
[0025] In der Einschaltstellung des Schalters fließt der Nennstrom durch die Stromlaufbahn,
wobei er durch eine Stromschiene eintritt, durch den Kontakt, das Schaltstück und
den festen Kontakt fließt und über eine zweite Stromschiene mit Anschlussfahne das
Gehäuse verlässt. Durch Drehung B1 des Schaltstücks 10 im Uhrzeigersinn wird das Kontaktpaar
getrennt. Die Stromschienen sind als Stromschleife ausgebildet, um mit dem elektrodynamischen
Effekt eine schnelle Schalteröffnung zu erreichen. Mit Bezugszeichen 70 ist eine Löschkammer
angedeutet.
[0026] Die Betätigung und das Auslösen des Schaltantriebs sind wie üblich ausgeführt. Beide
sind jedoch hier nicht dargestellt.
[0027] Die Lagerung des Schaltstücks 10 erfolgt in einem Langloch 27 schwimmend über einen
Lagerstift 15, der koaxial zur Seite des Schaltstücks gerichtete Drehzapfen hat. Der
Lagerstift bildet die Rotationsachse während der Öffnungsbewegung. Lagerstift und
Schaltwelle liegen parallel zueinander. Das Schaltstück gemäß der Fig. 1 ist kipp-punkt-gelagert.
Je nach Drehlage bezüglich des Totpunkts der Lagerung springt das Schaltstück unterstützt
durch die Kraft der Kontaktkraftfeder in die Offen- oder in die Geschlossen-Stellung.
Halten und Führen des Schaltstücks 10 geschieht durch die Kontaktkraftfeder 40. Die
Kontaktkraftfeder 40 ist mit einem Ende an einem Gegenlager 52 im Gehäuse 100 fixiert.
Die Kontaktkraftfeder belastet über einen Federstößel 42 das Schaltstück 10 an einer
Lagerstelle 17 in Richtung auf den Lagerpunkt im Gehäuse. Die Lagerstelle 17 ist als
halbrunde Auskehlung ausgebildet.
[0028] In bekannten Anordnungen mit einer üblichen Ausgestaltung an solchen Leistungsschaltern
schlägt der Schaltstückabschnitt 22 am langen Hebelarm 18 am Ende der Öffnungsbewegung
auf nur einen Anschlag auf, der in den Figuren etwa dem Anschlag mit Bezugszeichen
24 entspricht. Mit dem Auftreffen ist eine besonders starke dynamische Belastung der
Schalterelemente (insbesondere der Lager- und Gehäuseteile) verbunden.
[0029] Erfindungsgemäß sind im Unterteil des Gehäuses 100 - hier in einer Gehäuse-Teilkammer
104 - ein zweiter Anschlag 34 und am kurzen Hebelarm 20 ein zugeordneter Abschnitt
32 ausgebildet. Der Abschnitt 32 schlägt nach dem Öffnen des Kontaktsystems vor jeder
anderen Berührung des Schaltarms mit Gehäuseteilen am zweiten Anschlag 34 an. Die
Berührung des ersten Abschnitts 22 mit dem ersten Anschlag 24 erfolgt später. Beide
Abschnitte sind vorzugsweise flächig und nicht punktförmig ausgebildet. In der in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist die Berührungsfläche des ersten Abschnitts
22 und die zugehörige Fläche des Anschlags 24 größer als die Berührungsfläche und
Anschlagfläche 34 des zweiten Abschnitts 32.
[0030] In der Stellung des Schaltstücks gemäß Fig. 2 herrscht die stärkste Belastung für
die Teile des Gehäuses und des Kontaktsystems. Am Ende des Öffnungsvorgangs - also
in seiner Ruhestellung - hat das Kontaktsystem etwa wieder die Stellung wie in Fig.
1. Das Schaltstück ist von der Druckfeder einen kurzen Weg zurückbewegt worden. In
dieser nicht gezeigten Endstellung liegt der zweite Armabschnitt am zweiten Anschlag,
jedoch der erste Armabschnitt nicht mehr am ersten Anschlag an.
[0031] Die schwimmende Lagerung des Schaltstücks und die Längserstreckung des Langlochs
27 im Schaltstück ist dergestalt, dass die Längserstreckung des Langlochs parallel
der Hauptkomponente der Bewegung B2 des Schaltstücks liegt, während sich der Drehpunkt
im zeitlich zuerst getroffenen Anschlag 34 befindet. Das Schaltstück kann sich translatorisch
im Langloch bewegen, wobei die Kontaktkraftfeder 40 eine weitere Kompression (und
damit Federarbeit) erfährt.
[0032] Mit Bezugszeichen 36 ist eine erste Anlagefläche gekennzeichnet, die eine mechanische
Belastungszone des Schaltstücks, der Schaltwelle und ihres Lagers darstellt. Die mechanische
Belastung tritt durch die Dreh-Bewegung B2 um den durch den zweiten Anschlag 34 gegebenen
Drehpunkt auf. Die Drehung B2 ist solange unbehindert, bis der Lagerstift 15 am Ende
des Langlochs anschlägt, wenn die Länge des Langlochs entsprechend kurz gewählt ist.
Während der Drehung wird die Kontaktkraftfeder 40 und ihr Gegenlager 52 belastet,
wodurch kinetische Energie in der Kontaktkraftfeder und im Lager verbraucht wird.
[0033] Nach Auftreffen am Ende des Langlochs wird die Schaltwelle und ihr Lager belastet;
Energie wird in der Schaltwelle und in ihrem Lager dissipiert. Die hierbei entstehende
zweite Anlagefläche (hier also eine zweite mechanische Belastungszone) ist mit dem
schon geannten Bezugszeichen 36' gekennzeichnet.
[0034] Die Fig. 3 zeigt drei Kontaktsysteme, mit Lagergehäuse 52 für die Kontaktkraftfeder
40 und die Schaltwelle 60. Oberhalb des Schaltstücks 10 ist der Lagerstift 15 zu erkennen,
dessen beide Enden die Drehzapfen bilden. Das Schaltstück ist über den Lagerstift
exzentrisch zur Schaltwellenachse in der Schaltwelle 60 gelagert. Das Lager im mittleren
Lagerblock 64 besteht aus einem in der Figur nicht erkennbarem Langloch.
Bezugszeichenliste: (nicht mitschicken an das Patentamt)
[0035]
- 10
- Schaltstück
- 15
- Lagerstift mit Drehzapfen
- 17
- Ausnehmung
- 18
- langer Hebelarm
- 20
- kurzer Hebelarm
- 22
- erster Abschnitt
- 24
- erster Anschlag
- 27
- Lagerstelle, Langloch
- 32
- zweiter Abschnitt
- 34
- zweiter Anschlag
- 36
- Belastungszone
- 40
- Kontaktkraftfeder
- 42
- Federstößel
- 52
- Federlager
- 60
- Schaltwelle
- 64
- Lagerblock
- 70
- Löschkammer
- 100
- Gehäuse
- 102
- obere Kammer
- 104
- untere Kammer
- B1
- Öffnungsbewegung
- B2
- Translation
1. Kontaktsystem für einen Niederspannungsschalter, insbesondere Leistungsschalter, mit
elektrodynamisch veranlasster Öffnungskraft, mit einem für jeden Pol in einem Schaltergehäuse
(100) schwimmend gelagerten Schaltstück (10) mit einer Kontaktauflage und einem Festkontakt
mit zugehöriger festen Kontaktauflage,
- mit einer am Schaltstück angreifenden Kontaktkraftfeder (40),
- mit einem im Schaltergehäuse (100) angeordneten ersten Anschlag (24) für den Aufschlag
eines ersten Schaltstückabschnitts (22) am Ende der Öffnungsbewegung (B1) des Schaltstücks
(10),
- wobei im Schaltergehäuse (100) des Kontaktsystems ein zweiter Anschlag (34) ausgebildet
ist, der einem zweiten Abschnitt (32) des Schaltstücks (10) für den Aufschlag des
zweiten Abschnitts (32) zugeordnet ist,
- wobei der zweite Anschlag (34) gegenüber dem ersten Anschlag (24) eine solche Winkelstellung
hat, dass der zweite Abschnitt (32) nach kürzerem Winkelweg in der Öffnungsbewegung
auf den zweiten Anschlag (34) trifft als der erste Abschnitt (22) auf den ersten Anschlag
(24);
- dass die schwimmende Lagerung derart erfolgt, dass am Schaltstück (10) ein Lagerstift
(15) angeordnet ist, der spielbehaftet und zumindest während des dynamischen Öffnens
unverschieblich in einem Langloch (27) gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet,
• dass die Längserstreckung des Langlochs (27) parallel oder nahezu parallel zur Wirkrichtung
der Kontaktkraftfeder (40) liegt, wobei die Längserstreckung des Langlochs (27) eine
Drehung (B2) des Schaltstücks (10) nach Auftreffen auf den zweiten Anschlag (34) um
einen im zweiten Anschlag (34) liegenden Drehpunkt erlaubt und
• dass während der Drehung (B2) die Kontaktkraftfeder (40) Federarbeit leistet.
2. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Langlochs (27) so bemessen ist, dass während der Drehung (B2) des Schaltstücks
(10) nach Auftreffen auf den zweiten Anschlag (34) der Lagerstift (15) noch vor Auftreffen
des ersten Abschnitts (22) auf den ersten Anschlag (24) das Ende (36') des Langlochs
(27) erreicht und in der Lagerwelle bzw. in derem Lager Verformungsarbeit geleistet
wird.
3. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerstift (15) zu beiden Seiten des Schaltstücks in ein Langloch (27) greift.
4. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Langloch-Lager (27) im Gehäuse oder in einem Gehäuseteil angeordnet ist.
5. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Langloch-Lager (27) exzentrisch an der Schaltwelle des Kontaktsystems angeordnet
ist.
6. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltstück (10) zweiarmig ausgebildet und dass an jedem Arm des Schaltstücks
(10) ein Schaltstückabschnitt (22, 32) angeordnet ist.
7. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlag (24, 34) in je einer Gehäuse-Teilkammer (102, 104) aus schlagfestem
Kunststoff ausgebildet ist.
8. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Angriffspunkt der Kontaktkraftfeder (40) als Ausnehmung (17) im Schaltstück (10)
ausgebildet ist.
9. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem mit einem Schaltschloss wirkverbunden ist.
10. Kontaktsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltstück (10) kipp-punkt-gelagert ist und die Kontaktkraftfeder (40) derart
am Schaltstück (10) angreift, dass sie einen Kippsprung vermittelt