[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung für ein elektrisches
[0002] Niederspannungsschaltgerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
[0003] Solche Schaltvorrichtungen weisen üblicherweise einzelunterbrechende oder doppelt
unterbrechende Kontaktanordnungen auf.
[0004] Aus der
EP 1 523 020 A1 ist eine Schaltvorrichtung mit einfach unterbrechendem Drehkontakt insbesondere für
einen mehrpoligen Niederspannungs-Lasttrennschalter bekannt. Dabei weist der Schalter
ein Isolierstoffgehäuse auf, in dem zwei Kammern ausgebildet sind, von denen eine
erste Kammer als Löschkammer und eine zweite Kammer mit vergleichbarem Volumen als
Anschlusskammer fungiert. Ein einfach unterbrechender Drehkontakt ist in einem Lager
beweglich, wobei der Drehkontakt als zweiarmiger hebel ausgebildet ist, dessen erster
Hebelarm ein Kontaktstück trägt, welches mit einem Festkontakt an einer ersten Stromanschlussschiene
in Schaltberührung kommt. Der zweite Hebelarm des Drehkontakts ist mit einem flexiblen
Leiter verbunden, der in leitender Verbindung mit einer zweiten Stromanschlussschiene
steht. Es sind Kontaktkraftfedern vorhanden, die am Drehkontakt und einer Schaltwelle
oder einem Schaltwellensegment angreifen.
[0005] Aus der
DE 100 61 394 A1 ist eine Schaltvorrichtung bekannt, die einen doppelt unterbrechenden Drehkontakt
enthält, der einen jedem Pol zugeordneten Schaltantrieb aufweist. Der Drehkontakt
ist in Lagern im Isolierstoffgehäuse um eine Achse senkrecht zur Längsausdehnung des
Drehkontakts drehbar gelagert. Der eigentliche Schalter besteht aus zwei feststehenden,
mit Stromschienen verbundenen Kontaktstücken, und einem schwimmend gelagertem, zweiarmig
ausgebildetem drehbarem Kontaktstück, welches Endkontakte trägt, die mit den feststehenden
Kontaktstücken zusammenwirken. Zwei Kontaktdruckfedern, vorzugsweise als Drehfedern
ausgebildet, stützen sich auf einem Lagerbolzen am Drehkontaktstück ab und üben jeweils
ein in Schließbewegung gerichtetes Drehmoment auf das Drehkontaktstück aus.
[0006] Die bekannten Schaltvorrichtungen weisen somit einen Festkontakt und ein bewegliches
Kontaktstück auf. Der Festkontakt begrenzt die zu erreichende Trennstrecke zwischen
den Kontakten. Bei Gleichstrom-Anwendungen (DC-Anwendungen) werden große Trennstrecken
gewünscht. Im Stand der Technik werden für DC-Anwendungen herkömmliche Schaltvorrichtungen,
die für Wechselstrom-Anwendungen (AC-Anwendungen) ausgelegt sind, verwendet. Um die
geforderten großen Kontaktstrecken zu verwirklichen, werden zwei vorhandene Strombahnen
in Reihe geschaltet. Um eine DC-Schaltvorrichtung mit einem vorhandenen Schaltgerät
zu realisieren, kann also ein vierpoliges AC-Schaltgerät verwendet werden, bei dem
jeweils zwei Phasen in Reihe geschaltet werden, z.B. Moeller Lasttrennschalter für
1000V DC wie N2-4-160-S1-DC bis N4-4-1400-S1-DC. Der Nachteil solcher Lösungen liegt
in dem großen Platzbedarf solcher 4-poligen Schaltgeräte, den hohen Kosten, insbesondere
durch die Verdopplung der üblicherweise aus Silberlegierungen bestehenden benötigten
Kontaktplättchen, sowie der nicht auf die DC-Anwendung abgestimmte Blaswirkung der
Kontaktanordnung auf den im Schalt- bzw. Auslösefall entstehenden Lichtbogen.
[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung für ein elektrisches
Niederspannungsschaltgerät insbesondere für DC-Anwendungen anzugeben, die diese Nachteile
vermeidet.
[0008] Ausgehend von einer Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe
erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Hauptanspruchs 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.
[0009] Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass für jede Phase
zwei bewegliche Schaltstücke vorhanden sind. Die beiden Schaltstücke einer Phase sind
über ein Hebelsystem in dem Gehäuse der Schaltvorrichtung gelagert. Dabei umfasst
dieses Hebelsystem jeweils einen Führungs- und einen Schwenkhebel, die jeweils mit
einer starren Achse am Gehäuse der Schaltvorrichtung und mit einer beweglichen Achse
am jeweiligen Schaltstück befestigt sind. Im Ausschaltfalle wird der Schwenkhebel
von der Stellung EIN nach AUS bewegt und schwenkt dadurch die beiden Schaltstücke
weit auseinander. Die Schaltvorrichtung eignet sich daher besonders für DC- und hohe
Spannungen, bei denen große Öffnungsstrecken zum Abschalten erforderlich sind.
[0010] Erfindungsgemäß sind die Hebel so über bewegliche Gelenke mit den Schaltstücken verbunden,
dass die Gelenke sich im Schaltfalle auf Kreisbögen bewegen.
[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Hebel aus Isolierstoff
gefertigt.
[0012] In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Hebel einem Kern und einem Mantel.
Dabei kann der Kernwerkstoff aus einem hochbelastbaren Material, wie z.B. Stahl oder
Aluminium, bestehen. Das Mantelmaterial kann dabei aus Isolierstoff bestehen.
[0013] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform greifen Kontaktkraftfedern an dem Schwenkhebel
an. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kontaktkraftfedern als Zugfedern auszulegen,
die in der EIN-Stellung eine Kraft auf die Kontaktstücke ausüben, die in Richtung
des jeweiligen anderen Kontaktstücks wirkt.
[0014] In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Schaltstücke an einem ersten
Ende Kontaktplättchen.
[0015] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Bahnkurve, die die Kontaktplättchen
bei ihrer Schaltbewegung durchlaufen, von einer Löschkammer begleitet. Als besonders
vorteilhaft hat sich erwiesen, diese Löschkammer durchgehend über die gesamte von
den Kontaktplättchen durchlaufene Bahnkurve auszulegen.
[0016] Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung eignet sich für Wechselstromanwendungen, besonders
aber auch für Gleichstromanwendungen.
[0017] Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher
erläutert. Es zeigen:
- Fig 1
- die Schaltvorrichtung als Prinzipskizze in EIN-Stellung
- Fig 2
- die Schaltvorrichtung als Prinzipskizze in Seitenansicht in AUS-Stellung.
- Fig 3
- die Schaltvorrichtung als Prinzipskizze in einer Draufsicht und als Schnitt.
[0018] Figur 1 zeigt in einer Prinzipskizze die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung (100)
in der Stellung EIN. Die Schaltvorrichtung (100) enthält zwei bewegliche Schaltstücke
(400), die jeweils an einem ersten Ende eines Führungshebels (210) und eines Schwenkhebels
(220) in Lagern mit beweglichen Achsen (216, 226) beweglich gelagert sind. Die Führungshebel
(210) und Schwenkhebel (220) sind mit ihrem jeweils zweiten Ende mittels Lager mit
starrer Achse (215, 225) in einem Gehäuse (nicht gezeichnet) gelagert. Die beweglichen
Achsen der Führungshebel (216) können sich um ihre Führungshebellager mit starrer
Achse (215) auf einer Kreisbahn (218) im Raum bewegen. Die beweglichen Achsen der
Schwenkhebel (226) können sich ebenfalls auf einer Kreisbahn (228) um ihr Schwenkhebellager
mit starrer Achse (225) bewegen. Die Kontaktkraft wird mittels Kontaktkraftfedern
(300), die an den Schwenkhebeln (220) angreifen, aufgebracht. Es ist aber auch möglich,
Kontaktkraftfedern (300) an andern Orten der Schwenkhebel (220) oder an den Schaltstücken
(400) selbst angreifen zu lassen. Der Schwenkhebel (220) ist hier vereinfacht dargestellt,
um die starre Verbindung der Drehpunkte (225) und (226) abzubilden. In manchen Ausführungsformen
ist diese Funktion durch eine Schaltwelle umgesetzt. Die Führungshebel (210), als
auch die Schwenkhebel (220) können aus Isolierstoff gefertigt sein. Es ist aber auch
möglich, die Führungs- (210) und Schwenkhebel (220) aus einem Sandwich mit einem Kern
und einer Ummantelung herzustellen, wobei das Kernmaterial ein mechanisch stabiles
Material sein kann, dass nicht isolierend sein muss, und das Mantelmaterial kann aus
einem Isolierstoff bestehen.
[0019] In Figur 2 ist in einer Prinzipskizze die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung (100)
in der Stellung AUS abgebildet. Beide Schaltstücke haben sich im Raum um die beweglichen
Achsen von Führungshebel und Schwenkhebel (216, 226) gedreht, wobei sich diese beweglichen
Achsen (216, 226) auf ihren Kreisbahnen (218, 228) entsprechend bewegt haben. Obwohl
sich Führungs- und Schwenkhebel (210, 220) nur wenig bewegt haben, haben sich die
Endkontakte (410) der Schaltstücke sehr weit auseinander bewegt. Weiterhin ist eine
entlang der Bahnkurve, die die Endkontakte (410) bei ihrem Öffnungsweg beschreiben,
eine durchgehende Lichtbogenlöschkammer (600) zu sehen. In der Lichtbogenlöschkammer
(600) sind Lichtbogenlöschelemente (610) angeordnet. Diese Lichtbogenlöschelemente
(610) können Bleche umfassen, die den Lichtbogen aufteilen und kühlen und ihm dabei
Energie entziehen, um ihn zum Verlöschen zu bringen. Der Lichtbogen (500), der beim
Schalten unter entsprechender Strombelastung entsteht, zieht sich von dem einen Kontaktplättchen
zum anderen Kontaktplättchen entlang dieser Lichtbogenlöschkammer (600), so dass eine
optimale Lichtbogenlöschung möglich ist. Bei geöffneten Kontakten bildet der Lichtbogen
mit dem Schaltstück (auf beiden Seiten) eine Stromschleife, welche den Lichtbogen
schnell in die Löschkammer treibt und zum Verlöschen des Lichtbogens führt.
[0020] Figur 3 zeigt einen Ausschnitt der Schaltvorrichtung als Prinzipskizze in einer Draufsicht
und als Schnitt. In der Figur sind Teile zweier Gehäusehälften (710, 720) zu sehen,
wobei zwischen diesen Gehäusehälften (710, 720) die Führungshebel mit ihren starren
Achsen (215) gelagert sind. Die gezeigte Schaltvorrichtung weist je Schaltstück (400)
jeweils einen auf einer Längsachse mit dem Schaltstück (400) liegenden Führungshebel
(210) und jeweils zwei Schwenkhebel (220) auf, wobei die Schwenkhebel (220) parallel
zur Längsachse des Schaltstücks (400) angeordnet sind und seitlich der Schaltstücke
(400) liegen. In den Gehäusehälften (710, 720) befinden sich Ausnehmungen (730), in
denen sich die Hebel (220, 210) und Achsen (216, 226) bewegen können. Die beiden Gehäusehälften
(710, 720) bilden zusammen das Gehäuse der Schaltvorrichtung, wobei die Trennung in
Richtung der Längsachse der Schaltstücke (400) verläuft.
Bezugszeichenliste
[0021]
- 100
- Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter
- 210
- Führungshebel
- 215
- Führungshebellager mit starrer Achse
- 216
- bewegliche Achse des Führungshebels
- 218
- Kreis der möglichen geometrischen Orte der beweglichen Achse des Führungshebels
- 220
- Schwenkhebel
- 225
- Schwenkhebellager mit starrer Achse
- 226
- bewegliche Achse des Schwenkhebels
- 228
- Kreis der möglichen geometrischen Orte der beweglichen Achse des Schwenkhebels
- 300
- Kontaktkraftfeder
- 400
- Schaltstück
- 410
- Endkontakt
- 500
- Lichtbogen
- 600
- Lichtbogenlöschkammer
- 610
- Lichtbogenlöschelemente
- 710
- Erste Gehäusehälfte
- 720
- Zweite Gehäusehälfte
- 730
- Ausnehmung im Gehäuse für Hebel und Achsen
1. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100), enthaltend
einen Drehkontakt mit mindestens zwei Endkontakte (410) tragenden Schaltstücken (400)
und Mitteln zur Aufbringung einer Kontaktdruckkraft (300), ein Gehäuse und eine Lichtbogenlöschkammer
(600),
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens zwei Endkontakte (410) tragenden Schaltstücke (400) in räumlich veränderbaren
Drehpunkten (216, 226) gelagert sind.
2. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, dass
räumlich veränderbaren Drehpunkte (216, 226) jeweils einen Führungs- (210) und einen
Schwenkhebel (220) aufweisen.
3. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (1) nach Anspruch
2
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungs- (210) und Schwenkhebel (220) jeweils mit einer räumlich starren Achse
(215, 225) am Gehäuse und mit einer räumlich beweglichen Achse (216, 226) am Schaltstück
(400) in Eingriff stehen.
4. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach einem
der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungs- (210) und Schwenkhebel (220) Isolierstoff aufweisen.
5. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach Anspruch
1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungs- (210) und Schwenkhebel (220) einen Kern und einen Mantel umfassen, wobei
der Mantel Isolierstoff aufweist.
6. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach einem
der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel zur Aufbringung einer Kontaktdruckkraft (300) Kontaktkraftfedern aufweisen.
7. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach Anspruch
4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktkraftfedern (300) als Zugfedern ausgelegt sind
8. Schaltvorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach einem
der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtbogenlöschkammer (600) durchgehend über den gesamten möglichen Öffnungsweg
der Kontaktstücke ausgebildet ist.