Leistungsschalter mit optimierter Gehäusestabilisierung, insbesondere bei hohen Schaltleistungen

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem ersten Schaltgerätebereich, in welchem eine Löschkammervorrichtung und eine Kontaktschiebervorrichtung mit beweglichen Schaltstücken angeordnet sind, welche gegenüber liegend zu Festschaltstücken positioniert sind, und einem zweiten Schaltgerätebereich, in welchem eine Auslösebaugruppe (18) aus einem Kurzschlussauslöser und einem Überlastauslöser angeordnet sind.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Festschaltstücke (14) auf mindestens einem der Gehäusestabilisierung im Auslösefall dienenden Stabilisierungselement (1) aufgesteckt sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem ersten Schaltgerätebereich, in welchem eine Löschkammervorrichtung und eine Kontaktschiebervorrichtung mit beweglichen Schaltstücken angeordnet sind, welche gegenüberliegend zu Festschaltstücken positioniert sind, und einem zweiten Schaltgerätebereich, in welchem eine Auslösegruppe aus einem Kurzschlussauslöser und einem Überlastauslöser angeordnet sind.

[0002] Leistungsschalter, insbesondere Niederspannungs-Leistungsschalter sind im Kurzschlussfall elektromagnetische Selbstschalter. Ihre Arbeitsweise entspricht prinzipiell der Arbeitsweise von Leitungsschutzschaltern. Sie sind meist mit einem thermischen und einem magnetischen Auslöser ausgestattet und besitzen somit die gleichen konstruktiven Elemente wie Leitungsschutzschalter. Allerdings sind sie für größere Bemessungsströme konstruiert, außerdem sind die Auslöser von Leistungsschaltern, anders als beim Leitungsschutzschalter, teilweise separat einstellbar. Im Niederspannungsbereich werden die Schalter auch als Motorschutzschalter eingesetzt.

[0003] Die Aufgabe des Leistungsschalters besteht darin, nachgeordnete Anlagen, insbesondere Drehstrommotoren vor Schäden durch Überlast oder Kurzschluss zu schützen. Dabei soll der Leistungsschalter diese Ströme in Verbindung mit den Einrichtungen des Netzschutzes ausschalten. Befindet sich Gas zwischen den beiden Polen, wird es bei entsprechend hoher Spannungsdifferenz zwischen den Polen durch den Überschlag ionisiert, und es bildet sich eine sich selbst erhaltende Gasentladung, die auch als Lichtbogen bezeichnet wird. Dieses Plasma leitet nicht nur weiterhin Strom, sondern reduziert auch die Lebensdauer des Bauteils, bei starken Strömen kann es den Schalter sogar zerstören. Im Gegensatz zu Trennern sind Leistungsschalter so konstruiert, dass der beim Öffnen der Schaltkontakte entstehende Lichtbogen schnell und ohne Beschädigung des Schalters gelöscht und damit der Stromfluss unterbrochen wird.

[0004] Ein besonderes Problem bei Leistungsschaltern mit hohem Schaltvermögen, insbesondere bis zu 100 kA bei Nennströmen bis zu 80 A besteht darin, dass bei solch großen Kurzschlüssen die Belastung auf die Kammerwände, das heißt, insbesondere auf das Unterteil des Leistungsschalters auf Grund der großen Druckentwicklung sehr hoch ist. Die Gehäusewände können sich bei solchen Auslösevorgängen nach außen biegen oder zu einem Einriss im Oberteil des Leistungsschalters führen. Im schlimmsten Fall werden Teile des Oberteils weggebrochen.

[0005] Dazu beschreibt die WO 01/33595 A1 einen elektrischen Schutzschalter, insbesondere Motorschutzschalter mit einem Gehäuse aus Duroplast, einer Schaltkontaktanordnung, einer Auslöseeinheit mit mindestens einem Bimetallauslöser, einer auf ein Schaltschloss wirkenden und vom Bimetall betätigbare Auslösebrücke und einem Teileträger aus Isolierstoff für verschiedene, auf diesem Teileträger formatierbare Kontakt- und Anschlussteile der Auslöseeinheit. Bei diesem elektrischen Schutzschalter ist vorgesehen, die vormontierbaren Kontakt- und Anschlussteile der Auslöseeinheit in das Gehäuse oder einem Gehäuseteil zu verkleben, so dass die Befestigung dieser vormontierbaren Kontakt- und Anschlussteile im Gehäuse ohne zusätzliche Verbindung erfolgt. Dazu sind am Gehäuse Klebetaschen vorhanden, die mit Klebematerial befüllt sind. In diese Klebetaschen ragen Stifte der Auslöseeinheit, die in den Klebetaschen verklebbar sind. Durch die dauerhafte Klebeverbindung wird die Bimetallposition stabil gehalten. Thermische und mechanische Spannungen werden durch die Verwendung des Klebemittels und durch das Kleben erheblich gemindert, während die Wärme- und Formstabilität gewährleistet ist.

[0006] Der Nachteil am Stand der Technik besteht darin, dass Klebeverbindungen immer einem Alterungsprozess unterworfen sind und zudem die Montage aufwändig ist, da für eine Klebeverbindung immer zwei Teile passgenau zueinander geführt werden müssen.

[0007] Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Leistungsschalter zu schaffen, der auch bei hohen Schaltleistungen stabile Gehäusewandungen aufweist und dabei eine einfache Montagehandhabung bietet.

[0008] Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0009] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Leistungsschalter mit einem ersten Schaltgerätebereich gelöst, in welchem eine Löschkammervorrichtung und eine Kontaktschiebervorrichtung mit beweglichen Schaltstücken angeordnet sind, welche gegenüberliegend zu Festschaltstücken positioniert sind, und einem zweiten Schaltgerätebereich, in welchem eine Auslösegruppe aus einem Kurzschlussauslöser und einem Überlastauslöser angeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Festschaltstücke auf mindestens einem der Gehäusestabilisierung im Auslösefall dienendem Stabilisierungselement aufgesteckt sind.

[0010] Die Gehäusewände der Schaltkammern des Leistungsschalters werden durch das erfindungsgemäße Stabilisierungselement auf Distanz gehalten. Das Stabilisierungselement ist insbesondere als Bolzen ausgebildet und wird im letzten Montageschritt an den ersten Schaltgerätebereich vorzugsweise angeschraubt. Dadurch stützen sich gegenüberliegende Außenwände des Leistungsschalters im Kurzschlussfall gegenseitig ab. Das erfindungsgemäße Stabilisierungselement ist derart ausgebildet, dass es in die Zwischenwände des ersten und zweiten Schaltgerätebereichs eingepasst ist, um die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken zu gewährleisten. Dies führt dazu, dass gleichzeitig auch die Zwischenwände stabilisiert werden.

[0011] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stabilisierungselemente, insbesondere die Bolzen, auf die Festschaltstücke und die Auslösebaugruppe aufgesteckt beziehungsweise angeklipst werden. Danach erfolgt die Montage in den zweiten Schaltgerätebereich. Dabei sorgen entsprechende Gegenkonturen für einen sicheren Halt. Der zweite Schaltgerätebereich wird dann auf den ersten Schaltgerätebereich aufgesetzt. Dabei legen sich die Stabilisierungselemente auch hier in entsprechende Fixierungsstrukturen. Diese Fixierungsstrukturen dienen gleichzeitig auch der Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken. Abschließend werden die Stabilisierungselemente, insbesondere Bolzen, von außen beidseitig mit einer Schraube an den ersten Schaltgerätebereich fixiert.

[0012] Das erfindungsgemäße Stabilisierungselement ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus PA66 ausgebildet. Das Stabilisierungselement weist vorzugsweise drei nebeneinander angeordnete Teilbereiche auf. Jeder Teilbereich umfasst zwei zueinander parallel ausgerichtete Führungsflächen, an welchen jeweils zwei sich gegenüber liegend angeordnete Nasen befinden. Jeweils zwischen den Teilbereichen des erfindungsgemäßen Stabilisierungselements, sind Fixierungsstrukturen vorgesehen. Die Fixierungsstrukturen sind U-förmig ausgebildet mit zwei parallel zueinander ausgebildeten Schenkeln und einem die Schenkel verbindenden Übergangsbereich. Diese Fixierungsstrukturen greifen in Gehäusestrukturen des Leistungsschalters und sorgen dafür, dass die Gehäusewandungen im Auslösefall positionsstabil fixiert sind.

[0013] Das erfindungsgemäße Stabilisierungselement, insbesondere für einen Leistungsschalter, stützt sich an den Zwischen- und Au-βenwänden des Unterteils ab. Die Wandausbiegung des Unterteils und somit auch des Oberteils wird dadurch verringert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Schaltstücke auf dem Stabilisierungselement zu fixieren, das dann wiederum im Ober- und Unterteil eingepasst wird. Die Montage ist dabei eindeutig und Baugruppen orientiert. Vorteilhaft ist außerdem, dass der konvektive Kühlkanal zur Kühlung der Strombahn ermöglicht wird. Die Montagereihenfolge muss zwar verändert werden, jedoch werden durch das Eindrücken des Stabilisierungselements die Wände des Unterteils in vorteilhafter Weise zueinander ausgerichtet. Das Höhenmaß der Festschaltstücke wird durch das klemmend wirkende Stabilisierungselement mit großer Genauigkeit eingestellt. Die beiden Schenkel der Festschaltstücke werden auseinander gehalten. Zudem werden Luft- und Kriechstrecken zwischen den Kammern sowie nach außen eingehalten.

[0014] Das erfindungsgemäße Stabilisierungselement ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet, insbesondere aus PA66. Die Montage sieht vor, dass auf die Stabilisierungselemente die Festschaltstücke und die Auslösebaugruppe angeklipst werden. Danach erfolgt die Montage ins Oberteil. Entsprechende Gegenkonturen sorgen für einen sicheren Halt. Das gesamte Oberteil wird dann auf das Unterteil aufgesetzt. Die beiden Stabilisierungselemente legen sich auch hier in entsprechende Gegenkonturen des Gehäuses. Diese dienen gleichzeitig der Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken. Die Stabilisierungselemente werden dann von außen beidseitig vorzugsweise mit einer Schraube an das Unterteil fixiert.

[0015] Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.

[0016] Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stabilisierungselements;

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung das Stabilisierungselement direkt vor und nach der Montage auf einem Festschaltstück;

Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung das am Festschaltstück fixierte Stabilisierungselement;

Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung das Stabilisierungselement mit Festschaltstücken und Auslösebaugruppe;

Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung das Stabilisierungselement mit den Festschaltstücken integriert im zweiten Schaltgerätebereich;

Fig. 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 5, in welchem die Fixierung des Stabilisierungselements in der Gehäuseumgebung des Leistungsschalters dargestellt ist;

Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung das Stabilisierungselement aufgesteckt auf dem ersten Schaltgerätebereich;

Fig. 8 in einer perspektivischen Darstellung die Verschraubung des Stabilisierungselements am ersten Schaltgerätebereich.

[0017] Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Stabilisierungselement 1, das vorzugsweise in drei nebeneinander angeordneten Teilbereichen 2, 3, 4 unterteilt ist, wobei jeder Teilbereich 2, 3, 4 jeweils zwei sich gegenüberliegende Führungsflächen 5, 6 sowie einen die beiden Führungsflächen 5, 6 miteinander verbindenden Boden 7 aufweisen. An den Führungsflächen 5, 6 ist jeweils eine vorstehende Nase 8 angeordnet. Die Nasen 8 an den Führungsflächen 5, 6 sind sich gegenüberliegend angeordnet. Zwischen den Teilbereichen 2 und 3 sowie 3 und 4 sind Fixierungsstrukturen 9 angeordnet, die derart ausgebildet sind, dass sie in Gehäusestrukturen des Leistungsschalters positionsstabil eingreifen. Die Fixierungsstrukturen 9 sind vorzugsweise U-förmig ausgebildet mit zwei parallel zueinander angeordneten Schenkeln 10, 11 sowie einem Übergangsbereich 12. Vom Übergangsbereich 12 der Führungsstruktur 9 ist vorzugsweise ein stegförmiger Fortsatz 13 parallel, aber entgegen gerichtet zu den Schenkeln 10, 11 der Fixierungsstruktur 9 ausgebildet. Das Stabilisierungselement 1 kann vorzugsweise durch Schrauben am Gehäuse des Leistungsschalters befestigt sein. Das Stabilisierungselement 1 ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus PA66 ausgebildet.

[0018] In Fig. 2 ist das Stabilisierungselement 1 vor (Fig. 2 rechts) und nach (Fig. 2 links) der Montage an einem Feststellstück 14 dargestellt, das vorzugsweise U-förmig ausgebildet ist, mit zwei parallel zueinander angeordneten Schenkel 15, 16 und einem Übergangsbereich 17. Vor der Montage (Fig. 2 rechts), befindet sich der Schenkel 15 des Festschaltstücks 14 unterhalb des Stabilisierungselementes 1 und der zweite Schenkel 16 oberhalb der Nasen 8 an den Führungsflächen 5, 6 des Stabilisierungselements 1. Nach der Montage (Fig. 2 links) ist der zweite Schenkel 16 des Festschaltstücks 14 unterhalb der Nase 8 des Stabilisierungselements 1 geklemmt. Aus Fig. 3 geht der Montagezustand vor der Verklemmung des Schenkels 16 unterhalb der Nase 8 des Stabilisierungselements 1 hervor.

[0019] In Fig. 4 ist das Stabilisierungselement 1 mit angeklipsten Festschaltstücken 14 und Auslösebaugruppe 18 dargestellt. In Fig. 5 ist die Baueinheit aus Stabilisierungselement 1, Festschaltstücken 14 und Auslösebaugruppe 18 der Fig. 4 montiert im Gehäuse des zweiten Schaltgerätebereichs, also des Oberteils 19 des Leistungsschalters dargestellt. Dabei greifen die Schenkel 10, 11 der Fixierungsstruktur 9 des Stabilisierungselements 1, die zwischen den Teilbereichen 2 und 3 sowie 3 und 4 angeordnet sind, in dafür vorgesehene Gegenkonturen 20 des Gehäuses des Oberteils 19 des Leistungsschalters ein. In Fig. 6 ist die Gegenkontur 20 für die Fixierungsstruktur 9 am Stabilisierungselement 1 vergrößert dargestellt.

[0020] Fig. 7 zeigt das Stabilisierungselement 1 aufgesteckt auf den ersten Schaltgerätebereich, das heißt auf dem Unterteil 21 des Leistungsschalters. Aus Fig. 7 geht hervor, dass im Gehäuse des Unterteils 21 die Gegenkonturen 22 vorgesehen sind, die die Fixierungsstruktur 9 des Stabilisierungselements 1 umfassen. Die Gegenkonturen 22 des Unterteils 21 sind dabei eng anliegend an die Schenkel 10, 11 der Fixierungsstruktur 9 ausgebildet. Die Fixierungsstruktur 9 greift demgemäß in eine Nut des Gehäuses des Unterteils 21.

[0021] Aus Fig. 8 geht die Lage des Stabilisierungselements 1 hervor, wenn es in einem Leistungsschalter verbaut ist, der aus einem Oberteil 19 und einem Unterteil 21 ausgebildet ist. Vorzugsweise über eine Schraube 23 können die Stabilisierungselemente 1 von außen beidseitig am Unterteil 21 fixiert werden.

[0022] Das erfindungsgemäße Stabilisierungselement, insbesondere für einen Leistungsschalter, stützt sich an den Zwischen- und Au-βenwänden des Unterteils ab. Die Wandausbiegung des Unterteils und somit auch des Oberteils wird dadurch verringert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Schaltstücke auf dem Stabilisierungselement zu fixieren, das dann wiederum im Ober- und Unterteil eingepasst wird. Die Montage ist dabei eindeutig und Baugruppen orientiert. Vorteilhaft ist außerdem, dass der konvektive Kühlkanal zur Kühlung der Strombahn ermöglicht wird. Die Montagereihenfolge muss zwar verändert werden, jedoch werden durch das Eindrücken des Stabilisierungselements die Wände des Unterteils in vorteilhafter Weise zueinander ausgerichtet. Das Höhenmaß der Festschaltstücke wird durch das klemmend wirkende Stabilisierungselement mit großer Genauigkeit eingestellt. Die beiden Schenkel der Festschaltstücke werden auseinander gehalten. Zudem werden Luft- und Kriechstrecken zwischen den Kammern sowie nach außen eingehalten.

[0023] Das Stabilisierungselement ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet, insbesondere aus PA66. Die Montage sieht vor, dass auf die Stabilisierungselemente die Festschaltstücke und die Auslösebaugruppe angeklipst werden. Danach erfolgt die Montage ins Oberteil. Entsprechende Gegenkonturen sorgen für einen sicheren Halt. Das gesamte Oberteil wird dann auf das Unterteil aufgesetzt. Die beiden Stabilisierungselemente legen sich auch hier in entsprechende Gegenkonturen des Gehäuses. Diese dienen gleichzeitig der Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken. Die Stabilisierungselemente werden dann von außen beidseitig vorzugsweise mit einer Schraube an das Unterteil fixiert.

Ansprüche

1. Leistungsschalter mit einem ersten Schaltgerätebereich, in welchem eine Löschkammervorrichtung und eine Kontaktschiebervorrichtung mit beweglichen Schaltstücken angeordnet sind, welche gegenüber liegend zu Festschaltstücken positioniert sind und einem zweiten Schaltgerätebereich, in welchem eine Auslösebaugruppe (18) aus einem Kurzschlussauslöser und einem Überlastauslöser angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Festschaltstücke (14) auf mindestens einem der Gehäusestabilisierung im Auslösefall dienenden Stabilisierungselement (1) aufgesteckt sind.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungselement (1) in drei nebeneinander angeordnete Teilbereiche (2,3,4) unterteilt ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilbereich (2,3,4) jeweils zwei sich gegenüber liegende Führungsflächen (5,6) aufweist, an welche sich gegenüber liegende Nasen (8) angeordnet sind.

4. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilbereichen (2) und (3) beziehungsweise (3) und (4) Fixierungsstrukturen (9) angeordnet sind, die derart ausgebildet sind, dass sie in Gegenkonturen (20,22) des Leistungsschalters positionsstabil eingreifen.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsstrukturen (9) U-förmig ausgebildet sind mit zwei parallel zueinander ausgebildeten Schenkeln (10,11) und einem Übergangsbereich (12).

6. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungselemente (1) am Gehäuse verschraubt sind.

7. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungselement (1) aus Kunststoff ausgebildet ist.

8. Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff PA66 ist.

Zeichnung