CN104170039A - 大电流开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大电流开关(1)，带有：第一固定触头(2)、与第一固定触头间隔开的第二固定触头(3)和相对两个固定触头可运动的至少一个触头桥接部(4)。此外，设置有进给装置，以便将触头桥接部(4)从在其中两个固定触头(2,3)未彼此相连接的打开的位置转变到在其中触头桥接部使两个固定触头电气地彼此连接的闭合的位置中。此外，进给装置设置成用于在闭合的位置中将触头桥接部压向两个固定触头。根据本发明设置成进给装置构造成无弹簧，其中，触头桥接部和进给装置在压力的方向上的刚度相应于至少50000kNmm²的值，并且其中，包括触头桥接部和进给装置的系统在压力的方向上的最低的固有频率大于2000Hz。

Description

大电流开关

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分的大电流开关。

背景技术

此类开关包括第一固定触头(Festkontakt)和与第一固定触头间隔开的第二固定触头。此外，设置有相对于两个固定触头可运动的触头桥接部(Kontaktbrücke)和进给装置(Zustellvorrichtung)，以便将触头桥接部从开关的在其中两个固定触头未彼此相连接的打开的位置转变到在其中触头桥接部使两个固定触头电气地彼此连接的闭合的位置中。此外，进给装置设置成用于将触头桥接部在闭合的位置中压向两个固定触头。

通常可在开关中区分原则上不同的两种结构类型。在第一结构类型中，触头桥接部在切换过程中借助于合适的进给装置朝两个固定触头运动，直至固定触头的接触面和触头桥接部的接触面相接触且固定地彼此贴靠。触头桥接部大多数由弹簧来操纵或甚至自身构造为弹簧。在市场上可得到根据该原理工作的大电流开关。如果触头桥接部构造为弹簧，则触头桥接部的尺寸恰巧相当显著地影响开关的在热方面可行的连续电流。如果在所切换的电路中的开关中出现短路，则直至触发保险装置在很短的时间内流动有带有明显超过开关的在热方面可行的连续电流的电流强度的电流。在带有几kA的电流强度的此类电流冲击的情况下，在接触部位的区域中通过电流产生相反的磁场，其在固定触头与触头桥接部之间引起很高的力。磁力与压紧力(以该压紧力将触头桥接部压到固定触头上)相反地指向、并且可在相应很大的电流强度的情况下导致触头桥接部的升起。在此，在固定触头与触头桥接部之间出现电弧，由于其而局部加热固定触头和触头桥接部，这还可导致材料熔化。如果出现触头桥接部的升起，则相比先前开关闭合的情况，小得多的电流流动通过电弧。更小的电流还导致磁引起的升起力的降低，由此开关在很短的时间接着由于持续起作用的压紧力又闭合。只要电流冲击持续，该过程一直重复。在此，接触部位由于电弧的加热可导致触头的焊接。特别紧要的是触头桥接部在触头桥接部受弹簧操纵时且在触头桥接部自身构造为弹簧的情况下的反复升起的现象。倘若激励电流的频率处在弹簧的固有频率的范围中，则可产生共振危害，从而特别长地维持间歇性出现的电弧。

在市场上目前可获得适合于直至大约30kA的电流冲击的受弹簧操纵的大电流开关。最终限制性的因素是可通过弹簧获得的压紧力，触头桥接部通过该压紧力压到两个固定触头上。此类开关通常无负荷地来切换。

新的大电流应用要求这样的开关，其允许大约800安培的连续热电流(thermischer Dauerstrom)且适合于直至85kA或更大的冲击电流。目前仅所谓的刀片接触开关(Messerkontaktschalter)胜任这些要求。在第二结构类型中，通常构造成楔形的接触刀片压入到固定触头的相应构造成楔形的容纳部中。刀片接触开关通常如此实施，即，刀片(即触头桥接部)可转动地与两个固定触头中的其中一个相连接且仅压入到第二固定触头的相应的容纳部中。利用刀片接触开关不仅可切换非常大的连续热电流，而且可切换非常大的动态电流冲击。通过在接通过程中压入刀片和在切断过程中拉开触点，由于摩擦出现相对很大的磨损。相对于首先提及的结构类型的开关，刀片接触开关具有相对短的寿命。

在文献DE 10 2006 008 480 B4中作为由现有技术已知地说明了开头所提及的类型的开关。该文献还提到这样的问题，即，尤其在高的电流脉冲和由此引起的触头桥接部的升起的情况下可出现不仅损坏固定触头而且损坏可运动的触头桥接部的电弧。因此，文献DE 10 2006 008 480 B4提出触头桥接部呈U形或者锅状地(topfförmig)来设计，其中，触头桥接部在接通状态中包围两个固定触头的以直角突出的突起。两个固定触头的突起构造成有弹性且在接通的状态中从内向外压向设计成锅状的触头桥接部。在该结构类型中，由电流脉冲产生的磁场增强了在固定触头与触头桥接部之间的压紧力。由此于是避免触头桥接部的升起。然而，两个固定触头的弹性地设计的突起在切断的状态中向外张开，从而在闭合和打开开关时由于摩擦出现触头桥接部和固定触头突起的磨损，因此，由文献DE 10 2006 008 480 B4已知的开关的寿命同样相对很短。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种这样的大电流开关，其适合于大约800安培的连续热电流和直至大约85kA的冲击电流且同时具有很高的寿命。

该目的通过独立权利要求1的特征来实现。因此，如果进给装置构造成无弹簧，则存在该目的的一种根据本发明的解决方案，其中，触头桥接部和进给装置在压力的方向上的刚度相应于至少50000kNmm²的值，并且其中，包括触头桥接部和进给装置的系统在压力的方向上的最低的固有频率大于2000Hz。因此，触头桥接部和进给装置足够硬，以便可传递所需要的很高的压紧力，其在带有直至大约85kA的电流强度的很大的冲击电流的情况下防止触头桥接部的升起。通过包括触头桥接部和进给装置的系统的至少2000Hz的根据本发明的最低的固有频率确保不可出现共振危害。可行的激励频率在可能的应用情况中低于2000Hz。包括触头桥接部和进给装置的整个系统被看作是刚性的且因此被看作是无弹性的。这并不意指进给装置或触头桥接部的未直接参与力传递的单个部件也不可具有更小的刚度值。建造在进给装置或触头桥接部的确定的组件中的垫片例如可如此。

如果出现电流冲击，暂时减轻在固定触头与触头桥接部之间的通过进给装置的压力维持的连接，然而并未出现触头桥接部的升起。固定触头和触头桥接部仅看到轻微的暂时的变形。由于很大的电流强度引起的磁力由触头桥接部和进给装置吸收且被完全转换成热。根据本发明的大电流开关的高得多的寿命相对传统的刀片开关提供了特别大的优点。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的对象。

在本发明的一特别优选的实施方式中设置有两个可运动的触头桥接部，其中，两个固定触头相应在触头桥接部的端部处布置在两个触头桥接部之间，并且其中，进给装置构造成用于将两个触头桥接部从在其中两个固定触头未彼此相连接的打开的位置转变到在其中两个固定触头通过两个触头桥接部电气地彼此相连接的闭合的位置中，其中，触头桥接部在闭合的位置中通过进给装置彼此相对地压到固定触头上。在该实施方式中可实现施加特别大的压紧力。优选地，两个触头桥接部以相同的力被压向固定触头，从而作用到两个固定触头的支承部上的合力将近为零。因此，固定触头无须特别稳定地支承在大电流开关的壳体中。由此避免开关由于特别高的压紧力的损坏。

在本发明的另一特别优选的实施方式中如此为进给装置确定尺寸，即，一个或多个触头桥接部在闭合的位置中相应以至少500N的力压到两个固定触头上。由此在大于35kA的冲击电流的情况下避免触头桥接部的升起。

在本发明的另一特别优选的实施方式中，进给装置包括主轴驱动器(Spindelantrieb)，以便使一个或多个触头桥接部从打开的位置转变到闭合的位置中且根据螺旋式端子(Schraubklemme)的形式压到固定触头上。该实施方式使得能够在同时非常简单地建造大电流开关的情况下实现施加非常大的压紧力。为了产生很大的压紧力，备选地，还可考虑所有可能类型的传动装置，例如楔形传动装置(Keilgetriebe)等等。

优选地，主轴驱动器的主轴可转动地支承在大电流开关的壳体处，其中，主轴布置在两个固定触头之间且布置成垂直于一个或多个触头桥接部的纵向延伸部。在该实施方式的中仅需要一个主轴，以便在两个固定触头处产生均匀分布的压紧力。该构造特别简单且此外允许成本有利的制造。

进一步优选地，主轴具有两个相反的螺纹，其中，相反的螺纹相应地与两个触头桥接部中的其中一个相接合。因此可以简单方式将两个触头桥接部从在其中两个触头桥接部未接触固定触头的打开的位置带到在其中两个触头桥接部使两个固定触头相应彼此连接的闭合的位置中。例如，两个触头桥接部可在主轴顺时针转动时彼此朝固定触头移动，其中，主轴逆时针的转动引起两个触头桥接部又从固定触头移开。

进一步优选地，主轴在一定的间隙下沿轴向可移动地支承在壳体处。由此确保两个触头桥接部均匀地压向固定触头。构件公差可导致两个触头桥接部中的其中一个在切换过程中在主轴支承成沿轴向不可移动的情况下早于第二触头桥接部达到固定触头。这导致弯矩作用到固定触头上，由此两个固定触头的支承在每次切换过程中受载。对此开关的寿命受到影响。显然，主轴的轴向间隙须小于触头桥接部在打开的位置与闭合的位置之间的行驶路径。

在本发明的另一优选的实施方式中，在触头桥接部与大电流开关的壳体之间存在至少一个滑动引导部。由此保证可可靠地且无问题地闭合或者打开触头桥接部。

优选地，触头桥接部在两个端部处相应包括以90度弯曲的滑动引导元件。由此使得能够在壳体的相应的构件处极其精确地引导触头桥接部，其中，此外，该实施方式可非常成本有利地来实现。

在本发明的另一优选的实施方式中，进给装置液压地来驱动。借助于液压可获得非常高的压紧力。液压的进给装置在上述意义中同样是刚性的。

在本发明的另一优选的实施方式中，大电流开关为交流开关，其中，包括触头桥接部和进给装置的系统的最低的固有频率在压力的方向上大于交流频率。如果带有很大的电流强度的交流电流流动通过大电流开关，则在固定触头与触头桥接部之间的接触的区域中产生交变磁场，亦即带有交流电的频率。如果交流电频率处在包括触头桥接部和进给装置的系统的共振频率的范围中，则激励系统振动。在此可产生共振危害。结果是触头桥接部的周期性的升起和在触头桥接部与固定触头之间形成电弧。但如果根据优选的实施方式如此设计开关，即，包括触头桥接部和进给装置的系统的固有频率在压力的方向上大于交流电频率，则恰好避免振动起因(Schwingungsanregung)。

固定触头和触头桥接部的接触面优选包含银。因为银非常软，所以由于在固定触头与触头桥接部之间的压紧力而获得非常好的面接触。

附图说明

下面借助附图对本发明的实施例作进一步阐述。其中：

图1在闭合的位置中以斜视图显示了根据本发明的大电流开关，以及

图2显示了在打开的位置中的图1的根据本发明的大电流开关。

针对随后的实施方案适用的是相同的部件通过相同的参考标号来表示。

具体实施方式

图1和2相应在闭合的位置(图1)和打开的位置(图2)中显示了根据本发明的大电流开关1的一实施例。

部分打开地示出了根据本发明的大电流开关1的壳体6，以便满足观察到开关的内部结构。

开关包括左边的第一固定触头2和右边的第二固定触头3。两个固定触头2和3彼此间隔开地支承在开关1的壳体6中，其中，固定触头2或者3的一端相应从壳体6突出。在该端部处相应存在电气接口9，以便可将开关1集成到需切换的电路中。

在开关1的在图1中所显示的闭合的位置中，两个固定触头2和3经由两个触头桥接部4彼此电气地相连接。两个触头桥接部4中的每个包括作为导电体(Stromleiter)的矩形的铜棒43，在其两端处相应布置有第一接触面41或者第二接触面42。接触面41和42仅在图2中标示出。图2同样显示出第一固定触头在其处在壳体6的内部中的端部处不仅在其上侧上而且在其下侧上具有接触面21。同样，右边的第二固定触头3也包括两个此类的接触面31。在开关的在图1中示出的闭合状态中，两个桥接部4的第一接触面41平地相应贴靠在第一固定触头2的接触面21处。桥接部4的第二接触面42相应接触第二固定触头3的接触面31。

垂直于两个触头桥接部4的纵向延伸部在两个固定触头2与3之间的中间布置有主轴5，其可转动地支承在壳体6处。主轴5设置成用于操纵开关，更确切地讲，用于在接通过程中将两个触头桥接部4移动到固定触头2和3上且彼此相对地按压到固定触头2和3上，且在断开过程中将两个触头桥接部4从两个固定触头2和3移开。为此，主轴5包括两个螺纹区段51和52，其经由固定地与触头桥接部4相连接的螺母8相应与两个触头桥接部4中的其中一个相接合。两个螺纹区段51和52相反地实施，从而螺纹主轴5逆时针的转动引起两个触头桥接部在两个固定触头2和3的方向上朝向彼此移动。主轴5顺时针的转动引起两个触头桥接部彼此移开，且两个固定触头2和3的连接被解开。为了在壳体6处引导触头桥接部，触头桥接部在其两端处相应包括滑动引导元件7。滑动引导元件7是钢板构件，其被拧紧到桥接部4的铜棒43上且在触头桥接部4的相应的端部处以直角突出。因此，滑动引导元件7的突出的边脚(Schenkel)平行于主轴5的轴线延伸。滑动引导元件7的突出的边脚在壳体6的滑动引导块61处来引导。滑动块61的引导面同样平行于主轴5的轴线伸延。

因为两个触头桥接部4的运动方向垂直于两个固定触头2和3的接触面21或者31伸延，所以在触头桥接部4的接触面41和42与固定触头2和3的接触面21和31之间在打开和关闭开关时未出现或者最多出现非常小的摩擦。

因此，根据本发明的开关1具有比可比较的刀片接触开关长得多的寿命。接触面21、31、41和42包含银。银是非常好的导体且此外相对较软，由此即使在在触头桥接部与固定触头之间的很小的压紧力的情况下同样得出非常好的接触。

未显示出例如可存在于电马达中的主轴5的驱动器。通过主轴驱动器还可在很小的马达转矩的情况下实现很高的压紧力，利用其将触头桥接部4压到固定触头2和3的处在里面的端部上。为了补偿构件公差，螺纹主轴5在一定的间隙下沿轴向可移动地支承在开关1的壳体6处。因此，两个触头桥接部4在开关闭合的情况下均匀地压向两个固定触头2和3。

Claims (11)

1.一种大电流开关(1)，带有：第一固定触头(2)、与所述第一固定触头间隔开的第二固定触头(3)、相对两个所述固定触头可运动的至少一个触头桥接部(4)以及进给装置，以便将所述触头桥接部从在其中所述两个固定触头未彼此相连接的打开的位置转变到在其中所述触头桥接部使所述两个固定触头电气地彼此连接的闭合的位置中，其中，所述进给装置进一步设置成用于在闭合的位置中将所述触头桥接部压向所述两个固定触头，其特征在于，所述进给装置构造成无弹簧，其中，触头桥接部和进给装置在压力的方向上的刚度相应于至少50000kNmm²的值，并且其中，包括触头桥接部和进给装置的系统在压力的方向上的最低的固有频率大于2000Hz。

2.根据权利要求1所述的大电流开关(1)，其特征在于，设置有两个可运动的触头桥接部(4)，其中，所述两个固定触头相应在所述触头桥接部的端部处布置在所述两个触头桥接部之间，并且其中，所述进给装置构造成用于将所述两个触头桥接部从在其中所述两个固定触头未彼此相连接的打开的位置转变到在其中所述两个固定触头通过两个触头桥接部电气地彼此相连接的闭合的位置中，其中，所述触头桥接部在闭合的位置中通过所述进给装置彼此相对地压到所述固定触头上。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的大电流开关(1)，其特征在于，所述进给装置如此确定尺寸，即，一个或多个所述触头桥接部在闭合的位置中相应以至少500N的力压到所述两个固定触头上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的大电流开关(1)，其特征在于，所述进给装置包括主轴驱动器，以便使一个或多个所述触头桥接部从打开的位置转变到闭合的位置中且根据螺旋式端子的形式压到所述固定触头上。

5.根据权利要求4所述的大电流开关(1)，其特征在于，所述主轴驱动器的主轴(5)可转动地支承在所述大电流开关(1)的壳体(6)处，其中，所述主轴布置在所述两个固定触头之间且布置成垂直于一个或多个所述触头桥接部的纵向延伸部。

6.根据权利要求5所述的大电流开关(1)，其特征在于，所述主轴(5)具有两个相反的螺纹(51,52)，其中，所述相反的螺纹相应与所述两个触头桥接部中的其中一个相接合。

7.根据权利要求6所述的大电流开关(1)，其特征在于，所述主轴(5)在一定的间隙下沿轴向可移动地支承在所述壳体(6)处。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的大电流开关(1)，其特征在于，在所述触头桥接部(4)与所述大电流开关(1)的壳体(6)之间存在至少一个滑动引导部。

9.根据权利要求8所述的大电流开关(1)，其特征在于，所述触头桥接部(4)在两个端部处相应包括以90°弯曲的滑动引导元件(7)。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的大电流开关(1)，其特征在于，所述进给装置液压地来驱动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的大电流开关(1)，其特征在于，涉及交流开关，其中，包括触头桥接部和进给装置的系统在压力的方向上的最低的固有频率大于交流频率。