CN103930962B - 开关系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其是用于HV(DC)继电器或接触器的开关系统(1)，其具有在两个接触部位(4a、4b)之间以能绕旋转轴线(6)转动运动的方式布置的触桥(5)。此外，开关系统(1)还包括用于将接触部位(4a、4b)断开时产生的电弧驱送到灭弧室(16)内的磁性元件(15)。

Description

开关系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的开关系统，其带有在两个接触部位之间能运动的触桥。这种类型的开关系统例如由DE102008009439A1和US2004/0021536A1中公知。开关系统尤其设置用于高的直流电压优选用于HV(DC)继电器(高压直流电)或用于接触器。

背景技术

由DE102009013337B4公知一种用于直流电和交流电的保护开关，其带有两个接触部位。在接触部位之间布置有触桥，该触桥在保护开关触发时沿横向方向运作。在两个接触部位上产生的电弧借助鼓风装置驱送。两个电弧的其中一个电弧在此被吹至触桥的边缘区域，而另一个电弧的其中一个足点则借助导引片基本上与两个接触部位电接触。换句话说，借助第二电弧使两个接触部位短路且第二电弧承担在接合状态下的触桥的电气功能。第二电弧因此与触桥并联。两个电弧中的第一电弧在此熄灭。保留的那个电弧则借助另一鼓风装置驱送到灭弧室中并在那里被熄灭。

由EP0874380A1公知一种也用于高的直流电压的电气中断装置，其带有转动触桥并带有磁场源，该磁场源设计用于将断开阶段中可运动和不可运动的触点之间形成的电弧横向于运动平面且因此平行于转动触点的旋转轴地延长。为此，磁场源产生了相对于转动触点的转动轴线径向取向的磁场。利用该公知的中断装置应改善其中断特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，说明一种改进的开关系统，其带有能在两个接触部位之间运动的触桥。开关系统应当优选结合形式为继电器或接触器(Schütze)的开关来用于例如至少450V的高直流电压和用于承受和分开例如至少250A的持续电流。

该技术问题按照本发明通过权利要求1的特征解决。有利的扩展方案和设计方案是从属权利要求的主题。

开关系统具有两个接触部位和布置在其间的能运动的触桥。接触部位因此电气地串联且相应地由一个静触头和一个动触头形成，它们用于导电，其中，各动触头与触桥牢固地连接并随着该触桥运动。静触头优选布置在大致U形弯曲的触轨(Anschlussschiene)上。

触桥能绕旋转轴线转动，其中，借助触桥绕该旋转轴线的转动，开关系统处于要么导电要么不导电的状态中。换句话说，接触部位由于接下来也被称为旋桥的触桥的转动运动而断开或接合。旋转轴线优选居中于触桥地布置。

在断开触头的情况中，也就是在动触头与各自的静触头分离的情况中以及由此造成通过开关系统的电流中断的情况中，会在接触部位产生电弧，电流通过该电弧或由此产生的等离子进行流动。基于带有旋桥的开关系统的设计方案，与直线运动的触桥相反，在两个产生的子电弧的等离子中的电流方向相同地指向。

触桥优选由铜或其它能良好地导电的材料构成。接触部位的触头和静触头的触轨适宜地由如触桥那样的相同的材料构成，优选由铜构成。

为了避免受损以及为了实现电流的安全中断，借助磁性元件的磁场将电弧驱送到灭弧室中。借助磁性元件产生的磁场平行于触桥的旋转轴线。以这种方式沿径向方向驱送在接触部位断开时产生的电弧。保护开关的沿着旋转轴线连接在接触部位上的可能的部件受到保护且不会由电弧损害。支承部分和/或磁性元件的铁片尤其不被电弧所触及。

在此适宜的是，磁场至少部分垂直于各电弧的传播方向，借助该磁场将洛伦兹力施加到各电弧上。磁场例如在开关系统之内基本上是恒定的。在灭弧室之内将电弧熄灭。为此合适的是，将所需用来维持电弧的电压提高到一个数值，该数值在施加到开关系统上的电压之上。

开关系统尤其借助直流电来运行，其中，在2A和500A之间的电流通过该开关系统的旋桥来流动。合适的是，电流为250A，开关系统借助其能持续运行。适宜的是，施加在开关系统上的电压在30V和1000V之间，例如在450V和800V之间。

在优选的实施形式中，触桥能径向运动地和/或转动运动地连接在支承部分上。连接适当地间接通过旋桥支架来实现，触桥保持在该旋桥支架上。支承部分在此能绕旋转轴线转动，而旋桥支架在支承部分的至少一个优选两个径向的长孔状的导引轮廓中导引。特别优选的是设置有两个支承部分和两个旋桥支架，在其间置入或保持有触桥。支承部分或每个支承部分绕旋转轴线的转动促成了开关系统从接合状态过渡到断开状态并因此从导电状态过渡到不导电状态。因此，通过支承部分绕旋转轴线的转动以及因此通过一个或多个静触头与一个或多个动触头的分离而确保了电路的中断。旋桥支架或每个旋桥支架在此能转动运动地连接在支承部分上并且相对于各支承部分适宜地具有径向的支承游隙。

因此，旋桥支架的位置以及因此尤其是触桥的位置能相对支承部分以及相对旋转轴线改变。旋桥支架因此相对支承部分优选浮动地受支承，即，可以相对支承部分横向地或切向地运作。可运动性在此较小。旋桥支架相对支承部分的可转动运动性尤其要小于支承部分相对静触头的可转动运动性。以这种方式可以使如下成为可能，即，在制造保护开关时存在较大的制造公差，其中仍确保了可靠的工作方式。此外还提高了保护开关的使用寿命，因为触头由于烧损或污浊而引起的改变可以借助浮动式的悬挂件得到弥补。

适宜地由两个电绝缘的且尤其是热稳定的旋桥支架所容纳的触桥的持久的功能优选以如下方式由于仅间接地布置在刚性的轴上的触桥来实现，即，这个触桥优选在两侧与各一个能转动的支承部分联接。联接在此适当地通过优选在两侧的各一个弹簧来实现。弹簧在开关系统的接触部位接合的情况中也就是在接通状态下张紧(预紧)并因此产生了动触头作用到静触头上的尤其有效的接触压力。由于触桥的这种弹簧负载的浮动式支承而确保了即使在接触部位上的不同的触头烧损的情况下接触压力仍始终均匀地分配给两个接触部位和在那里的触头。弹簧或每个弹簧的弹簧力的附加地实现的储备特别适合用于烧损补偿。此外，接下来也被称为接触压力弹簧的弹簧有助于触桥的加速。

触桥相对于支承部位的径向可运动性优选以如下方式来实现，即，各旋桥支架在支承部位的至少一个优选两个径向的导引轮廓中导引。设置在旋桥支架上的优选成形在其上的支承元件容纳各接触压力弹簧的弹簧端部。这些支承元件置入或嵌接到支承部分的留空部中。留空部是圆弧形的且实际上不承担针对旋桥支架的导引功能，以便避免重复并因此避免了运动的旋桥支架相对于支承部分的卡夹。

在合适的设计方案中，各弹簧定位在支承部分的两个支撑元件之间。适宜的圆柱形支撑元件布置在支承部分的转动轴线的区域中并因此就此而言在中央相继地布置在导引轮廓之间并且必要时布置在支承部分的留空部之间。各置入到两个优选成形在各自的支承部分上的支撑元件之间的弹簧在这个区域中大致z形地弯曲。

在合适的实施形式中，灭弧室具有多个径向分布的灭弧片。换句话说，灭弧片呈扇形地布置，其中，两个相邻的灭弧片之间的间距随着与旋转轴线的距离的增加而变大。合适的是，形成了两组这种扇形布置的灭弧片，其中，在所述灭弧片组之间于对置的侧上形成了无灭弧片的区域。在所述区域中优选布置有且适宜地径向分布地装入有各一个U形的触轨。各触轨相应地承载其中一个静触头，所述静触头又与由触桥承载的动触头共同形成了两个接触部位。

所需用于维持形成于灭弧片之间的电弧的电压随着电弧到旋转轴线的距离的增加而升高。当电弧足够远地进入到灭弧室内且离开旋转轴线地运动时，在运行电压下产生且驱送到灭弧室内的电弧因此而瓦解。运动同样适宜地借助磁性元件来完成。以这种方式将电弧熄灭。

特别优选的是，开关系统基本上与旋转轴线点对称地和/或旋转对称地构建。保护开关尤其包括两个灭弧室。基于这种结构，开关系统能可靠地沿两个电流方向运行，其中，其中一个灭弧室相应地熄灭在运行期间于接触部位断开时沿其中一个电流方向产生的电弧。尤其是在直流电运行的情况中装入开关系统期间，不必注意保护开关的取向。

磁性元件适宜地具有两个铁片，所述铁片基本上覆盖触桥并如下地布置，即，旋转轴线垂直于所述铁片。在此，触桥尤其处在两个片材之间。触桥因此能转动地布置，而其中一个片材并不限制这种运动性。

至少一个永磁体与至少一个片材且尤其是与两个片材磁性地接触。在此适宜的是，各永磁体要么直接地要么间接地通过另一铁磁元件例如铁棒与片材机械接触。永磁体如下地磁化片材，即，在所述片材之间形成基本上恒定的磁场。这个磁场贯穿触桥并将接触部位断开时产生的电弧驱送到灭弧室。磁性元件尤其不是与旋转轴线旋转对称地布置，而是关于旋转轴线偏心地布置在特定的位置上。

开关系统的触桥在支承部分上的连接的类型也可以独立于磁性元件和灭弧室地实现。更确切地说，这种类型被视为独特的发明。

附图说明

接下来借助附图详细阐释本发明的实施例。其中：

图1在分解图中示出了按本发明的开关系统，其带有能转动运动的触桥(旋桥)和两个灭弧室；

图2在分解图中示出了旋桥；

图3a和图3b在俯视图中示出了在触头接合或断开时的开关系统；

图4立体地示出了开关系统的磁性元件；以及

图5立体地示出了组装状态下的按图1的开关系统。

彼此相应的部分在所有附图中都用相同的附图标记来标注。

具体实施方式

在图1和图5中，在分解图中或在组装好的状态下示出了特别是用于直流电的以及优选结合HV继电器地设置的开关系统1。借助开关系统1给一个未进一步示出的电路加保险，其中，开关系统1的两个接头2a、3a与电路的其它元件如电缆或类似物导电地连接。电路可以导引250A的持续电流或例如也可以导引600A的电流50ms的时间。施加在接头2a、3a上的电压在正常运行时在450V和800V之间。

接头2a、3a由大致U形弯曲的触轨2、3的轨臂形成，所述触轨分别在弯折部或弯曲部的区域中具有静触头4a。在接触情况下，各动触头4b分别与静触头4a机械地且电气地接触，它们一起形成了各接触部位4a、4b。触轨2或3的各另外的较短的轨臂2b、3b同样如较长的联接臂或轨臂2a、3a那样大致径向地分布。

动触头4b由铜制的触桥5承载，该触桥能绕旋转轴线6转动。为此，触桥5在两侧分别插入旋桥支架7中。每个由电绝缘的以及相对热稳定的材料制成的旋桥支架7连接在支承部分8上。因此，旋桥支架7容纳触桥5且支承部分8容纳其间的旋桥支架7。

每一个支承部分8都具有基本上居中的、背离旋桥支架7的轴颈9a，其嵌接在下文中被称为壳体部分的壳体盖或壳体半壳10之内的相对应的支承凹槽9b中。轴颈9a和支承凹槽9b相应地共同形成了支承部位，借助该支承部位，触桥5可以绕旋转轴线6枢转。关于各支承件9a、9b偏心地在每一个支承部分8上且在其各边缘区域中安装有凸轮11，该凸轮嵌接在联接挺杆12内。每个联接挺杆12都在相应的壳体部分10的背离支承部分8的导引轮廓或导引槽13之内导引，从而联接挺杆12的横向运动引起了支承部分8绕旋转轴线6的转动。

此外，每个壳体盖10都具有留空部14，该留空部与相应的导引槽13邻接。在各留空部14中置入了磁性元件15(图4)的铁片15a。铁片15a的大小或者说其尺寸在此为如下这样，即，使得触桥5由铁片15a覆盖。换句话说，触桥5沿着旋转轴线6在每个放置有其中一个铁片15a的平面上的每个投影都由相应的铁片15a遮盖。

径向于旋转轴线6地绕触桥5布置有两个半圆形的灭弧室16。在两个灭弧室16之间布置有两个没有灭弧片的区域17(无灭弧片的区域)，触轨2、3布置在所述没有灭弧片的区域中。每个灭弧室16具有大量径向分布的且平行于旋转轴线6地延伸的清除板18。灭弧片18因此扇状放射且在两个相邻的灭弧片17之间的间距随着与旋转轴线6的距离的增加而增加。灭弧片18或者说灭弧室16以及成形的触轨2、3在径向方向上完全包围触桥5，其中，触桥5能借助支承部分8沿着灭弧室16运动。

在组装的状态下，开关系统1基本上呈圆柱形，其中，铁片15a和壳体盖10的部分形成了各底面。侧面包括灭弧室16以及同样也包括壳体盖10的部分。除了磁性元件15、联接挺杆12和配属于该联接挺杆12的凸轮11之外，开关系统1基本上关于旋转轴线6旋转对称地且关于处在旋转轴线6上的点点对称地构建。

在图2的分解图中示出了触桥5、其中一个旋桥支架7和其中一个支承部分8。旋转对称的触桥5包括四个插塞棱边或插塞弹簧19，其中的每两个插入到旋桥支架7的两个容纳孔或容纳槽20中并且形状配合地(formschlüssig)和/或力配合地(kraftschlüssig)安置在那里。旋桥支架7在背离触桥5的底侧具有两个导引销21和两个支承元件22，其中各有一个是可见的。每个导引销21在组装的状态下安置在支承部分8的径向分布的、长孔状的导引轮廓23中。基于导引轮廓23的形状，旋桥支架7可以在安装状态下沿着径向的支承游隙相对支承部分8移动。因此，旋桥支架7以及因而由其承载的触桥5浮动地受支承。

每个支承元件22都置入支承部分8的切向分布的、弯曲的或弯转的凹槽24中。借助留空部24的设计以及基于在支承部分侧的导引轮廓23中的旋桥侧的导引销21的至少很小的游隙，旋桥支架14能相对于支承部分8绕旋转轴线6转动最大为5°的角。

支承元件22尤其在中部切槽。弹簧26的弹簧端部置入在相应的切槽或凹口25中，该弹簧板簧状地构造且用作转动和接触压缩弹簧。弹簧26绕支承部分8的两个隆起的、圆柱形的且布置在旋转轴线8的区域中的支撑元件27弯曲。弹簧26在接触部位4a、4b接合的状态下预紧并因此产生了触桥5到触轨2、3上的所期望的或所需要的接触压力。结合触桥5的浮动式支承，弹簧26在开关系统1的接通状态下确保了：即使在触头4a、4b的不同的接触烧损的情况下，接触压力也始终均匀地分配到接触部位4a、4b上。在旋桥支架7相对支承部分8运动的情况中，弹簧26弯曲并因此产生了弹簧力，该弹簧力将旋桥支架7驱送到其初始位置并因此驱使触桥5进入接合状态。

基于旋桥支架7或触桥5相对于支承部分8的浮动式支承而使在制造开关系统1时允许较高的制造公差成为可能。在支承部分8绕旋转轴线6从接触位置中旋转出来时，触头4a、4b之间的接触借助弹簧26保持，直至导引销21贴靠在支承部分8的导引轮廓23上或弹簧26松弛为止。借助支承部分8来结束这种状态的转动断开了接触部位4a、4b。

在图4中立体地示出了组装的磁性元件15。在两个相互平行的铁片15a之间偏心地布置有铁棒15b以及与之同轴地布置有两个永磁体15c。这些铁棒和永磁体平行于旋转轴线8以及将两个铁片15a磁性地相互连接起来。永磁体15c在此既磁化了铁棒15b又磁化了铁板15a，它们因此相互吸附。因此，为了安装磁性元件15而不需要另外的粘接机构或装配机构。但为了提高稳定性，所述铁棒和永磁体也可以粘连或拧紧。两个永磁体15c如下地磁化并相对于彼此地布置，即，使得在两个铁板15a之间形成基本上均匀的磁场28，其方向平行于旋转轴线8。

图3a和图3b示出了在接合或断开状态中的开关系统1。在接触状态下，电流流过触轨2和3、接触部位4a、4b和触桥5。静触头4a与相应的动触头4b直接机械地且电气地接触(图3a)。在电路内发生故障时，支承部分8借助联接挺杆12转动且触桥5也绕旋转轴线6转动并且因此动触头4b与所属的静触头4a机械地分离。在所述触头之间基于电流的大小和电压的高度而分别形成了第一电弧和第二电弧。电流在此基于电弧而进一步流过开关系统1。

由磁性元件15产生的磁场28对电弧产生了洛伦兹力，从而电弧垂直于其传播方向且垂直于磁场28地偏转。因此，电弧较为短暂地离开接触部位4a、4b地运动，这保护了其触头不受到过量的负荷和损伤。电弧基于其同向性而借助磁场28沿相同的方向且朝着相同的灭弧室16运动。基于触桥5绕旋转轴线6的继续转动以及各电弧相对于旋转轴线6的距离的增加，第一电弧的长度变大。而另一个电弧向着旋转轴线6运动，因此其长度改变得较少。所需用来维持电弧的电压随着每一个电弧的长度的增加而上升。若施加在开关系统1上的电压已超过这个电压，那么电弧就熄灭。因此中断了通过开关系统1的电流。

借助磁场28来将各电弧驱送到灭弧室16的相应的片组内。在那里，电弧分裂成多个在单个的灭弧片18之间的子电弧。因此，所需用于维持流过开关系统1的电流的电压再一次提高。第二电弧借助磁场28从触桥5的背离第一电弧那侧运动到开关系统1的布置有内有第一电弧的灭弧室16的那侧。第二电弧借助磁场28径向向外地朝着灭弧室16加速。基于转动，第二电弧的长度可以缩短或保持恒定。沿径向方向的运动促使了其长度的变大。这两个效果使得第二电弧的长度基本上保持恒定，其中，在超过轴线6的高度时，第二电弧显著地扩展。

当触桥5不能进一步转动时，第二电弧基于转动而不进一步缩短。更确切地说，其长度随着到旋转轴线6的距离的增加而提高。在相应的灭弧室16中，第二电弧同样分裂成多个在单个的灭弧片18之间的子电弧。这一点以及子电弧借助磁场28径向向外的运动以及因此每个子电弧的长度的变大均造成了单个的子电弧的熄灭。流过开关系统1的电流因此中断并且保护电路的部件不遭受过负荷。

本发明并不局限于之前所述的实施例。更确切地说，本领域的技术人员也可以由此推导出本发明的其它的变型方案，而不脱离本发明的主题。此外，尤其是所有结合实施例说明的单个特征也可以以不同的方式相互组合，而不脱离本发明的主题。

附图标记列表

1 开关系统 14 留空部

2 触轨 15 磁性元件

2a 臂/接头 15a 铁片

2b 轨臂 15b 铁棒

3 触轨 15c 永磁体

3a 臂/接头 16 灭弧室

3b 轨臂 17 无灭弧片的区域

4a 动触头 18 灭弧片

4b 静触头 19 插塞棱边/插塞弹簧

5 触桥 20 容纳孔/容纳槽

6 旋转轴线 21 导引销

7 旋桥支架 22 支承元件

8 支承部分 23 导引轮廓

9a 轴颈 24 留空部

9b 支承凹槽 25 凹口/切槽

10 壳体盖 26 弹簧

11 凸轮 27 支撑元件

12 联接挺杆 28 磁场

13 导引轮廓/导引槽

Claims (11)

1.一种开关系统(1)，其包括：

两个触轨(2、3)，所述两个触轨分别带有轨接触部位(4a)；

触桥(5)，所述触桥带有两个桥接触部位(4b)并且以能绕所述触桥的旋转轴线(6)转动运动的方式布置，当所述触桥旋转到接触位置时，每个所述桥接触部位直接与所述轨接触部位接触，以限定出闭合的接触部；

至少一个灭弧室(16)；

用于产生永久磁场(28)的磁性元件(15)，所述永久磁场与所述触桥(5)的旋转轴线(6)平行，用于将所述桥接触部位(4b)不再直接接触所述轨接触部位(4a)时产生的电弧驱送到所述灭弧室(16)内；

旋桥支架(7)；

支承部分(8)，所述触桥(5)借助旋桥支架(7)以能径向运动的方式和/或以能相对所述支承部分(8)转动运动的方式连接在所述支承部分(8)上，所述支承部分(8)具有成形于其中的切向分布的留空部(24)；

至少一个弹簧(26)，所述触桥(5)借助在接触部闭合时预紧的所述至少一个弹簧来与所述支承部分(8)联接；以及

所述旋桥支架(7)具有支承元件(22)，所述支承元件(22)置入到所述切向分布的留空部(24)中，且所述支承元件(22)在弹簧端部侧容纳所述弹簧(26)。

2.按权利要求1所述的开关系统(1)，其中，所述支承部分(8)包括带有外围的顶面，并且所述切向分布的留空部(24)成形在所述外围上。

3.按权利要求1所述的开关系统(1)，其中，所述支承部分(8)具有成形在其中的至少一个径向的导引轮廓(23)，并且所述旋桥支架(7)在所述至少一个径向的导引轮廓(23)内导引。

4.按权利要求3所述的开关系统(1)，其中，所述支承部分(8)具有两个支撑元件(27)，并且所述弹簧(26)定位在所述两个支撑元件(27)之间。

5.按权利要求4所述的开关系统(1)，其中，所述径向的导引轮廓是多个径向的导引轮廓中的一个；并且

所述支撑元件(27)相继地布置在所述支承部分(8)的所述多个径向的导引轮廓和/或所述切向分布的留空部(24)之间且所述弹簧(26)在所述支撑元件(27)之间呈z形地弯曲。

6.按权利要求1所述的开关系统(1)，其中，所述灭弧室(16)包括一定数量的径向分布的灭弧片(18)。

7.按权利要求6所述的开关系统(1)，其中，所述触轨(2、3)是弯曲的连接轨，分别具有所述轨接触部位作为静轨接触部位；并且

由所述触桥(5)承载的桥触头是动触头。

8.按权利要求7所述的开关系统(1)，其中，所述至少一个灭弧室(16)具有两个无灭弧片的区域(17)，并且所述两个无灭弧片的区域(17)设置在灭弧片(18)之间，所述弯曲的连接轨置入在所述区域中。

9.按权利要求1所述的开关系统(1)，其中，所述开关系统具有一种关于所述旋转轴线(6)点对称和/或旋转对称的结构。

10.按权利要求1所述的开关系统(1)，其中，所述磁性元件(15)包括至少一个永磁体(15c)和两个与永磁体磁性接触的铁片(15a)，所述铁片垂直于所述旋转轴线(6)地布置且至少部分地覆盖所述触桥(5)。

11.按权利要求1所述的开关系统(1)，其中，所述开关系统从继电器和接触器组成的组中选出。