CN109690723B - 在低压或中压设备中使用、用于物品和人员保护的短路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在低压和中压设备中使用、用于物品和人员保护的短路装置，包括：开关元件，所述开关元件能由错误检测装置的触发信号操作；两个彼此相对置的接触电极，所述接触电极具有用于电流供应的机构，所述接触电极能触点接通到带有具有不同电势的端子的电路上；此外在至少一个所述接触电极中还包括活动的接触部件，所述活动的接触部件处于机械应力作用下，在短路情况下有弹簧力辅助地实施朝另一个接触电极的运动；作为所述接触电极之间的间距保持件的牺牲元件；以及牺牲元件和开关元件与一个所述接触电极之间的电连接结构，用于符合目的地引起牺牲元件由于电流导致的热变形或者破坏。根据本发明，所述活动的接触部件构造成单侧封闭的空心圆柱体，并且在所述空心圆柱体中装入用于产生预紧力的弹簧，所述空心圆柱体可运动地在第一接触电极中的互补的凹部中被引导，以形成滑动接触，以及在封闭的空心圆柱体的底部的区域内，所述空心圆柱体的圆柱壁在外周侧过渡到一个锥形结构中，此外，在空心圆柱体的内部，从底部出发延伸出销状的第一突起，所述第一突起与相对于接触电极绝缘的、销状的第二突起相对置，构造成销栓或螺栓的牺牲元件设置在销状的第一和第二突起之间，并且在第二接触电极中设有与活动的接触部件的所述外锥形结构相适配的、具有内锥形结构的凹部，所述外锥形结构和内锥形结构由于所出现的塑性变形以力锁合和形锁合形成无振动的短路接触区域。

Description

在低压或中压设备中使用、用于物品和人员保护的短路装置

技术领域

本发明涉及一种在低压或中压设备中使用、用于物品和人员保护的短路装置。

背景技术

由DE 102005048003 B4已知一种所述类型的短路装置。根据该教导，牺牲元件是薄壁的空心圆柱体，所述空心圆柱体的直径与壁厚之间的比例大于10:1，所述牺牲元件由高熔点的金属材料制成。与此相关的短路器应在为了使用高弹簧力而具有高机械强度的同时具有极小的转换时间，其目的是降低运动时间并且还是为了实现较快速的响应。

在所述现有技术的教导的一个变型方案中，在固定的接触电极中设有绝缘体和辅助电极，所述辅助电极与牺牲元件连接。接触电极相对置的侧面或相对置的表面可以具有互补的锥形形状，在短路情况下，在发生接触时，所述锥形形状实现对中效果。

通过空心圆柱体中确定的结构或壁厚波动构成电路路径，其结果是，在加载电流时发生不均匀的升温，以及随着由此发生的机械强度损失而出现变形。在这种情况下，接触电极之间的导电连接得以保留，但空心圆柱体的机械阻力降低，从而在弹簧力的作用下，短路器能快速转入希望的闭合状态。

在闭合状态下有效的排气通道或通风孔可以作用在接触电极之间，以便防止，由于在短路情况下、特别是在形成电弧时出现的压力升高而形成这样的力，所述力反向作用于接触电极的相向运动，这会导致闭合时间延迟。用于产生预紧力的装置根据该现有技术可以设计成压缩弹簧、碟簧或类似弹簧机构。

在根据DE 10 2005 048 003 B4的第二个实施形式中，牺牲元件可以是具有低熔断积分的导电材料制成的丝线或杆，所述牺牲元件以拉力处于机械预紧下。

对于用于设备保护的短路器，通常有这样的目的，即，非常快速地实现金属性短路，从而能够在短时间内引导非常高的电流。在快速闭合金属触点时，难以避免发生接触弹跳(Kontaktprellen)。由于这种弹跳，但也考虑到流经的电流大小，可能在触点之间出现电弧，所述电弧会强烈损伤触点的表面，由此危及在较长时间段上对电流的可靠引导。为了能消除前面所述的不利现象，在结构和制造方面提高的耗费是不可避免的。这种较高的耗费一方面涉及相应接触部件的运动，但也涉及触点本身。

发明内容

因此，本发明的目的是，给出一种改进的在低压和中压设备中使用、用于物品和人员保护的短路装置，所述短路装置具有紧凑的结构并且同时具有高载流能力，此外，这种短路装置还使得能够保持非常短的闭合时间。

本发明的所述目的通过一种在低压和中压设备中使用、用于物品和人员保护的短路装置来实现，所述短路装置包括：开关元件，所述开关元件能由错误检测装置的触发信号操作；两个彼此相对置的接触电极，所述接触电极具有用于电流供应的机构，所述接触电极能触点接通到带有具有不同电势的端子的电路上；此外在至少一个所述接触电极中还包括活动的接触部件，所述活动的接触部件处于机械应力作用下，在短路情况下有弹簧力辅助地实施朝另一个接触电极的运动；作为所述接触电极之间的间距保持件的牺牲元件；以及牺牲元件和开关元件与一个所述接触电极之间的电连接结构，用于符合目的地引起牺牲元件由于电流导致的热变形或者破坏；其中，所述活动的接触部件构造成单侧封闭的空心圆柱体，并且在所述空心圆柱体中装入用于产生预紧力的弹簧，所述空心圆柱体可运动地在第一接触电极中的互补的凹部中被引导，以形成滑动接触，以及在封闭的空心圆柱体的底部的区域内，所述空心圆柱体的圆柱壁在外周侧过渡到一个锥形结构中，此外，在空心圆柱体的内部，从底部出发延伸出销状的第一突起，所述第一突起与相对于接触电极绝缘的、销状的第二突起相对置，构造成螺栓或螺钉的牺牲元件设置在销状的第一和第二突起之间，并且在第二接触电极中设有与活动的接触部件的所述锥形结构相适配的、具有内锥形结构的凹部，所述锥形结构和内锥形结构由于所出现的塑性变形以力锁合和形锁合形成无弹跳的短路接触区域。

根据本发明的教导利用了这样的基本构思，即，实现一种降低弹跳的接触系统，所述接触系统通过相对置的触点的一部分的塑性变形来实现。补充地、但也可以备选地存在这样的可能性，即电流分配以及由此还有高的载流能力这样来获得，即，在短路器中实现多个、特别是两个分开的接触系统。

在降低弹跳的接触系统中，活动的接触部件设有较长的、角度平缓的锥形接触区域并且类似于空心圆柱形的触点优选装备有弹簧驱动器。在打开的状态下，锁定活动接触部件的运动。

在相应地激活所述短路器时，释放预紧力、特别是弹簧力并通过至少一个另外的加速闭合运动的力分量对其提供辅助。

所述活动的接触部件出于具有相同电势的固定接触电极中并且在触发状态下在不需要附加的弹簧触点或类似物的情况下具有非常长的、优选同轴的滑动接触(结构)。所述滑动接触具有≤1/10mm的间隙尺寸。

相对于固定的接触电极，活动的接触部分的动能转化成塑性变形，由此可以避免出现接触弹跳和不利的电弧相。

根据本发明的补充构思或者也可以是备选构思，第一接触系统在非常短的时间内启动第一金属性短路。但第一接触系统在金属性短路之前已经触发了第二接触系统不可逆的运动。

直到第二接触系统闭合之前，第一接触系统引导100％的电流。第二接触系统的闭合无电弧地进行，因为在闭合时不会形成电弧，并且在闭合时发生弹跳时由于并联的金属性短路也避免了出现电弧。

由此，第二接触系统的触点保持不受损伤并且不会对载流能力产生不利影响。

第一接触系统由于载流能力方面降低的要求或由于触发功能和接触闭合的速度方面降低的要求而得到优化。

附加的第二接触系统设有较长的行程路程和较高的驱动力，而且设有较大的接触面和由此较高的载流能力。

第一接触系统优选设有本身已知的牺牲元件，所述牺牲元件通过压力或拉力加载保持各触点隔开间距，即间隔开。

优选第二接触系统的活动的接触部件例如通过球形导向结构保持在运动的触点上。

这种保持功能可以通过倾斜的平面这样来调整，即，活动的第二触点的弹簧系统仅向牺牲元件施加很小的例如<10％的附加力作用。

在本发明的一个重要的实施形式中，活动的接触部件构造成单侧封闭的空心圆柱体。在所述空心圆柱体中设有用于产生预紧力的弹簧。该弹簧可以以非常简单的方式装入空心圆柱腔中，从而不必为所述弹簧提供附加的结构空间。

所述空心圆柱体在第一接触电极中的互补凹部中能运动地被引导，以形成滑动接触。就是说，所述空心圆柱体能活塞式地在所述凹部中运动。

在封闭的空心圆柱体的底部区域中，所述空心圆柱体的圆柱壁在外周侧设计成过渡到一个外锥形结构中。

此外，在空心圆柱体的内部，从底部出发延伸出销状的第一突起，所述第一突起与相对于接触电极绝缘的、销状的第二突起相对置。

前面已经提及的牺牲元件设置在销状的第一和第二突起之间。

所述牺牲元件优选构造成具有相应螺纹的螺栓或螺钉。螺栓或螺钉的相关端部通过所述螺纹或螺钉头固定在销状的第一和第二突起上。

此外，在第二接触电极中设有与活动的接触部件的所述外锥形结构相适配的、具有内锥形结构的凹部。

所述外锥形结构和内锥形结构由于所出现的塑性变形以力锁合和形锁合形成无弹跳的短路接触区域。

这里设计成，在凹部的区域内设有与内锥形结构连接的排气口。所述排气口位于第二接触电极中，以便防止由于所述接触部件的运动导致压力升高。

所述排气口可以用在压力作用下移位的塞子或阀封闭。可以以类似的方式设置阀式的封闭件，从而可以避免水分、污物或其他异物进入，但另一方面也可以避免出现所述不希望的压力升高。

为了构成无弹跳的、能塑性变形的接触，各锥角在≤3°的范围内。

所述接触电极并且由此还有短路装置的基本结构优选构造成旋转对称。各接触电极此时通过绝缘的对中环保持隔开间距。总体布置结构由外围的罩壳包围。

如已经提及的那样，所述活动的接触部件能活塞式地在第一接触电极的凹部中运动，在牺牲元件破坏时释放出的能量和/或所形成的电弧的能量使运动加速地作用在所述活动的接触部件的底部上并使得闭合时间缩短。

在本发明的一个实施形式中，销状的第二突起由绝缘管包围，所述绝缘管由能释放气体的材料制成。

所述绝缘管设有起支撑作用的金属外壳，所述金属外壳特别是至少部分地包围所述绝缘管。

在本发明的一个改进方案中，在通向牺牲元件的电流路径中构成Stromengstelle。

根据本发明的第二基本构思，为了提高载流能力，按同轴的、同心的布置形式构成两个活动的接触部件，此时在这种情况下，牺牲元件也可以备选地替代压力载荷受到拉力预紧或加载。

附图说明

下面应参考附图和实施例来详细说明本发明。

这里：

图1示出根据第一实施形式处于断开状态中的短路装置的纵向剖视图；

图2示出根据第一实施形式处于闭合状态中的短路装置的纵向剖视图；

图3示出在通向牺牲元件的电流路径中带有电流限流部位的第一变型方案的短路装置的纵向剖视图；

图4用纵向剖视图示出在通向牺牲元件的电流路径中带有电流限流部位的第二实施形式的短路装置；

图5示出带有两个同轴、同心布置的活动触点短路装置的构成的第一变型方案，其中牺牲元件受到压力载荷；以及

图6示出类似于图5的图示，但这里的牺牲元件受到拉力载荷。

具体实施方式

根据按图1的视图，以基本上圆柱形、旋转对称的短路装置1为出发点。

短路装置1在其端侧上为了与汇流排或附加部件触点结构具有端子结构2；3。

除了高载流能力的端子2；3，短路装置还具有至少一个而另外的绝缘地引入的端子4，通过该端子可以实现激活短路装置1。

短路装置1具有牺牲元件，所述牺牲元件在所示实施例中构造成螺钉或螺栓5。

牺牲元件或者说螺栓或螺钉5机械地固定活动的接触部件6，所述接触部件通过弹簧7机械地预紧。

牺牲元件5与外部的端子4电连接并通过活动的接触部件6与接触电极8以及与外部的端子3电连接。

第二接触电极9与端子2连接并且通过绝缘的对中部件10与第一接触电极8电分离。

绝缘的对中部件10引导接触电极8；9，前面所述各部件的拼接优选通过压配合、特别是锥形压力接合来实现。

活动的接触部件6通过在接触电极8中引导而相对于接触电极9对中。

部件8；9和10组成的布置结构在拼装之后附加地通过力锁合的连接结构，例如通过螺纹连接或通过形锁合的连接结构、例如浇注来连接和固定，这在图中没有示出。

根据所示的实施方案，通过经由牺牲元件5的电流来实现触发短路装置1，此后开关元件11建立与端子2的连接。

由于所出现的经由牺牲元件5的电流，所述牺牲元件升温并且活动接触部件6的机械固定被取消。

在弹簧7的力的影响下，活动的接触部件6一直运动到接触电极9，由此在部件8和9之间的主电流路径经由活动的接触部件6闭合。

附加于弹簧的力，对闭合运动提供辅助的电流力也起作用。这是通过在中央引导电流通过牺牲元件5和基本上强制性地沿径向引导电流通过活动接触部件5的底部来实现的。由此得到电流回路，所述电流回路产生的力作用在活动的接触部件5与接触电极9之间的触点闭合之前都对弹簧力提供辅助作用。

牺牲元件5为了触发闭合过程不必完全熔化。重要的是，牺牲元件5的材料发生软化。这种软化也可以发生在熔点之下。

根据图2的视图在此示出根据本发明的短路装置的纵向剖视图，该短路装置具有已经参考图1说明的构件和组件。

在第二接触电极9中设有与活动的接触部件6的外锥形结构61相匹配的带有内锥形结构91的凹部(见图1)，外锥形结构和内锥形结构由于所出现的塑性变形以力锁合和形锁合构成无弹跳的短路接触区域。这个状态在图2中示出。

通过塑性变形能够有效地避免活动的接触部件6反向于运动方向的回弹。在这个区域中避免了形成不希望的电弧。

由于主要是侧向的短路接触区域，以可忽视的反向于活动部件6的运动方向的力作用形成了电流路径，并且由此也是反向于剩余弹簧力。这使得可以相对于例如平面的触点降低剩余弹簧力。

由此弹簧和活动的接触部件6的尺寸设计可以较为简单地进行。

通过将弹簧7设置在基本上圆柱形的活动接触部件6的空腔中，必要的弹簧空间不会导致附加的位置需求。由此可以将所述短路装置设计得较为紧凑。

前面所述的布置形式使得可以通过在活动的接触部件6的弹簧腔中对弹簧7的外部引导实现将弹簧的空腔用于销状的第二突起100，所述第二突起与销状的第一突起62(见图1)相对置。

活动的接触部件6的壁厚由于所述空心圆柱形和与此相关大的横截面积可以针对机械要求、例如闭合之后的电流导致的力作用来进行设计。活动的接触部件6的空心圆柱体和底部的壁厚根据具体材料和电流负荷例如在1mm至3mm的范围内。

通过前面所述的措施，不仅得到一种特别简单和紧凑的结构形式。而且，同时还实现了所述用于对弹簧7的力提供辅助的有利的电流引导。

由于所述的实施形式，也可以在活动的接触部件6的质量较小的同时实现活动的接触部件6相对于接触电极8非常大的滑动接触面。这使得可以在重量极小的同时为大的电流负荷提供足够的接触面，并且由此在接触部件6运动时实现高速度以及同时实现较小的弹簧力。

根据图1和2的图示，在接触电极9的区域内可以设有排气口12或92，所述排气口防止在接触部件6快速运动时由于对气体的压缩导致出现压力升高。

排气口12；92可以用膜片、阀或易于打开的封闭元件或者说塞子封闭。但在基本上封闭的短路器的内部也可以利用接触电极8和/或活动的接触部件6中适当的通道来实现压力平衡。

在短路装置的闭合运动之后，活动的接触部件6和接触电极8之间的接触区域是接触电极9与活动的接触部件6的接触区域的多倍，就是说至少是三倍，因为在这个区域中优选没有发生塑性变形。

电接触通过基本上同轴构成的滑动接触(部)来实现，所述滑动接触具有优选<0.1mm，最大为0.2mm的间隙尺寸。

与此相关的表面可以为了改进滑动特性和电特性而具有适当的涂层。

在相应地设计尺寸时，滑动接触结构可以在没有附加的接触片和没有塑性变形的情况下短时间地承受大电流，而不会形成电弧，并且允许实现针对高持续电流的设计。

因此，在短路装置闭合之后通过力锁合的压力连接利用接触部分6和接触电极9之间的锥形短路接触区域以及接触部分6与接触电极8之间的滑动接触以很小的力实现主电流路径。由此就可以非常简单地实现高载流能力的电流连接，所述电流连接能够在没有复杂的弹性接触元件、如接触片的情况下实现。同样也不太需要用于吸收动能或用于避免活动的接触部件的弹跳行为的缓冲元件或专门地支承和引导的接触元件。

由于避免了使用永久性的片式触点，不仅可以降低成本。也可以降低用于实现快速运动所需的力，并且提高了用于实现塑性变形的能实现的动能。

在活动的接触部件6的一个示例性的设计方案中，所述活动的接触部件的重量大致为100g、外径约为30mm，此时利用约800N的弹簧力和活动的接触部件6较短的移动路程得到几个焦耳的动能，所述动能的大部分转化为接触区域中的塑性变形。

对于锥角<3°且锥形长度例如为6mm的锥形结构，利用接触电极8，在假定存在简单的形锁合时，所述能量已经能实现几百μm的理论移动路程的延长。

在短路装置的这个优选实施形式中，对于几十到100kA的短路电流，仅由弹簧力引起的提供给塑性变形的能量至少为10焦耳。由于通过附加的对弹簧力提供辅助，根据本发明的教导的该实施方式，在牺牲元件熔化后，在电流中断时，实现了>0.5mm至2mm的移动路程延长。

在电流不中断的情况下，动能提高到了几十焦耳，由此相对于在单纯形锁合的情况下的移动路程，移动路程延长了几个毫米。在这种设计方案中，可以利用适当的手段来限制移动路程，因为为了实现足够的载流能力，根据所示出的图示，接触部件6相对于接触电极8只有很小的进入深度就足够了。

滑动接触的长度和活动的接触部件6与接触电极8之间的间隙尺寸设计成，使得对于其他对于功能可靠性重要的要求能产生有利的作用。

在牺牲元件5的区域中形成电弧或热气体时，在接触部件6和接触电极8发生金属性的闭合之前，热气体、等离子体或导电颗粒、炭黑或类似物通过滑动接触的间隙进入接触部件6与接触电极8和9之间的分离路段的区域中。

所述气体或残余物可能导致接触区域发生提前损伤，但或者也可能导致在分离路段的区域中出现预放电，这种预放电除了触点损伤以外还可能相对于弹簧的驱动力导致出现反力。这种危险可以通过调整间隙尺寸和滑动接触的相应长度来明显减轻。

在可以在污染或预点燃方面进行评估的风险较高时，前面所述的协调必要时通过另外的措施来补充，如例如通过(电弧)形成区域和间隙区域之间相应的气体转向或通过接触电极9中进行排气而至少在时间上直到达到金属性接触之前隔离牺牲元件周围的压力腔，所述排气必要时也在时间上在接触部件6开始运动之前才释放并且在不经过间隙区域的情况下导出主气体量。

由于避免了气体流动通过滑动接触的间隙，所提出的滑动接触和间隙尺寸的实施形式被用于，对于在接触部件6的滑动区域中形成电弧的故障情况，将所形成的金属熔体用于形成金属式高导电性的连接。

这种故障情况例如可能由于因为不利的设置而作用在接触部件6上的高动态力引起。在这种情况下通过暂时出现的电弧在接触区域中出现的熔体进入接触部件6和接触电极9之间的狭窄间隙中并保持在这里。即使在力作用较高的情况下，这会导致间隙尺寸的进一步减小，即导致接触部件6和接触电极9之间的间隙减小，并且由于熔体快速凝固而在冷却良好的区域中而导致实现金属性短路。

可以通过辅助措施来实现接触部件6进一步的机械上的加速。

在这个带有一个牺牲元件的实施形式中，发热、但还有电弧形成在该部件过载时可以用于相对于弹簧7的力提供附加的力。

根据图2，围绕牺牲元件5的空间至少在接触部件6运动之前通过例如管状的部件13和14限定。在形成电弧时，由于温度冲击式地在这个有限的空间内建立高压力，所述压力通过面15和16作为辅助的力作用于接触部件6的运动。

由此可以缩短短路器的闭合时间。

牺牲元件5在其受到电流负载时产生的热能或电弧的热能可以用于，例如通过本身已知的自产气效应(Hartgaseffekt)或者也可以通过触发气体发生器而产生附加的气体，所述气体进一步提高了压力并由此提高了作用于活动接触部件6的力。

也可以辅助性地利用其他放热反应，所述反应在没有通过牺牲元件发生持续的热或电弧作用的情况下也有助于实现有效的压力升高。

根据图2，销状的第二突起100可以由绝缘管13包围，所述绝缘管由释放气体的材料制成。由释放气体的材料、例如POM制成的所述绝缘管可以通过另一个管或罩壳14在机械上加强。利用这种简单的产生气体的方案，可以将到短路装置闭合之前的时间缩短约30％。

原则上存在这样的可能性，即，省去弹簧蓄力器或弹簧驱动器，并且与此相关地使用传统的爆炸技术的驱动器。

开关元件11可以设计成快速机械开关、火花隙或者也可以设计成半导体开关。

所述开关元件11必须能够在操作之后直至主路径闭合之前引导电流通过构件6、9和8的触点。

除了带有开关元件11的激活路径的抗短路的设计以外，还可以通过使用保险装置17(图1)实现辅助路径的电流中断。

为了较为可靠地激活短路器而有效的是，保险装置17的熔断积分保持大于牺牲元件5的熔断积分。

仅导致阻抗提高的保险装置就已经是合适的。

如果特别是也针对高电压需要电流路径的实际的断电，在选择例如NS保险装置时要考虑到断路电压的大小。

在闭合过程期间，所述开关电压也主要对组件6、8和9之间的分离路段加载。为了可靠地避免在这个区域内出现预放电，在需要时可以通过过压保护元件适当地限制保险装置17的开关电压。这里例如并联一个可变电阻是适当的。

电流的中断也可以导致无电流的间歇。如果这种无电流的间隙是不希望的，则存在实现辅助短路的可能性。所述辅助短路可以以最简单的形式例如在半导体开关中设计成基本上耐压的金属外壳18，所述外壳具有火花隙功能。在作为开关元件11的半导体过载时，火花隙被动或主动点燃并引导电流，直至触点发生闭合。但辅助短路器也可以直接随着活动接触部件6的运动的触发或在其之后被激活并且使带有开关元件11的操控路径卸载。这种装置可以直接与附加的具有有限开关能力的保险元件的功能相关联，但也可以直接与牺牲元件5的保险式的功能相关联。

图3示出与此相关的示例性实施形式。

在操控路径的区域中，集成另一个瓶颈部位(Engstelle)9，所述瓶颈部位大致具有与牺牲元件5相同的熔断积分值。

在瓶颈部位9的区域内的熔化会导致出现电弧，所述电弧跨越绝缘路段或破坏绝缘。这使得可以在利用活动的接触部件6在相应接触电极之间形成金属性短路之前就已经实现从固定端子3到固定端子2的电流。

所述电流是通过具有绝缘器20和具有足够横截面的导体21的导通结构来实现的。带有开关11的所述操控路径由此可以设计成节省位置和经济的。

由此即使在高电流时也能可靠防止出现可能在断开控制路径时形成的无电流间歇。

所说明的布置形式还允许并联两个用于仅利用一个开关元件11提高载流能力的短路器。为此，可以仅利用一个开关元件11同时操作两个具有相反的定向和具有带有牺牲元件的操控路径的串联电路的短路器。

图4示出与已经参考图3说明的类似的布置形式。但根据图4，例如设计成丝线22的瓶颈部位的熔断积分值非常小，所述丝线位于开关元件11的激活回路中。

在操控开关元件11之后，在瓶颈部位22处形成电弧，尽管还没有达到牺牲元件5的熔断积分值。

但电弧越过区域23中的火花隙并且允许出现经由辅助导体21的电流。

在图4中示出的示例性实施形式允许实现包括开关元件11的激活分支由于低功率而经济的设计方案。

这个回路在区域23中点燃电弧之后立即卸载并且必要时可以附加地用较小的保险装置17来保护。

主短路器的激活在这种情况下分两级进行，但始终无中断地确保通过短路器的电流。

根据本发明的第二方面，一种提高电流承载能的补充的可能性在于，通过设置有至少两个接触区域实现的短路装置的分解和功能分配。

图5示出与此相关的示例性实施形式。

这里的触点30是用于第一和第二级的两个活动触点的共同的固定触点。

第一级的活动触点31通过牺牲元件32与固定触点30保持隔开距离，所述牺牲元件通过弹簧33处于压力作用下。

牺牲元件32相对于触点30绝缘并且具有用于操控的所说明的接线触点40。

活动的第一触点31在固定的触点34中被引导并与所述固定的触点经由圆柱形的滑动面连接。触点34环绕分布地具有多个开口35，在所述开口中引导具有直径比固定触点34的壁厚略大的滚珠或滚子。

在固定触点34的外侧上同样通过滑动接触引导活动的第二触点37。所述触点37是空心圆柱形的并且设有侧翼，所述侧翼支承在所述滚珠或滚子36上。

触点37通过弹簧38预紧。

侧翼可以直接过渡到活动的第二触点37的锥形区域中，由此基于希望的力分配可以得到较陡的用于接触区域的锥形结构。所述接触区域因此具有大的、基本上侧向的、就是说径向的接触面。

接触部件31环绕地具有槽39，所述槽在张紧状态下设置在滚珠36的上方。

如果牺牲元件32过载并且活动的触点31朝固定触点30的方向运动，则滚珠36由于弹簧38的力被移动到槽39中，而第二活动触点37的所述锥形的区域41露出并且在固定触点37的锥形槽42中运动，由此，两个级别都闭合。当然，第一活动触点31也可以在外周侧具有锥形的设计。

在所述布置形式中，有利的是一种明显简单的同轴结构、活动触点相同的运动方向和运动的触点31、37在共同的滑动接触34上共同的支承。这实现了快速的电流转换和在闭合第二触点时较小的电流力。

在相应的设计方案中，滚珠36可以构造成防止第一级抬起的锁止装置。这个锁止装置可以通过对触点30的区域的部分弹性的支承得到辅助。

为了避免，在牺牲元件被破坏时尽管在压力形成区域中存在的排气口43仍有颗粒、但还有电弧力反作用于弹簧力33，牺牲元件32可以替代压力受到拉力负载。这种构成在图6中示出。

牺牲元件32克服弹簧装置33将活动的接触件31保持与固定的电极或固定的触点30隔开间距。牺牲元件32的特征在于较小的I²t值(≤40kA²s)、高的抗拉强度和高的拉伸刚度，就是说较小的伸长率。

在端子44上存在经由开关45和绝缘的导通部到达牺牲元件32的电流时，牺牲元件熔化或被破坏。活动的触点31在弹簧力33的作用下压紧到固定触点30上。在这种情况下，同样锥形的接触面不会受到在牺牲元件32熔化时产生的电弧预损伤。在由于存在侧翼触点而没有用于扩大接触面的锥形结构的底部区域中可以设有通风结构47。

这种通风结构也可以存在于第二接触面的区域中。

在活动的电极或活动的触点31上也通过滚珠36经由锥形结构的侧翼固定第二活动接触件37。

在触点31运动时，滚珠移动到部件31的槽39中，由此，弹簧38使活动部件37朝对应触点48运动。

在根据图6的变型方案中，作用到运动部分31上的力相对于单纯的弹簧力33提高。通过牺牲元件32的熔体形成的电弧的压力作用可以通过自产气体、例如部分49得到增强。如果只从这个区域实现缓慢的排气，也可以在触点闭合之后保持这个力作用，由此在这个时间范围上提高接触力。

在牺牲元件32的形成电弧的区域内可以附加地使用另一个辅助电极，所述辅助电极引导触点30的电势。

电弧可以直接在点燃之后更换到所述辅助电极50上。通过这个措施，开关45已经在触点30和31闭合之前卸载电流。但开关45的这种卸载也可以通过在达到牺牲元件32的I²t值之后由开关45或保险装置51实现的电流中断来实现。特别是如果由于触点较小的闭合时间在应用中短时间的无电流间隙是可接受的，没有辅助触点50的解决方案就足够了。

根据前面所述实施例的短路器可以在需要时可以与机械的、电气的、光学的、但也可以是其他形式的显示器或远程报告装置相组合，所述显示器或远程报告装置可以针对操控、激活路径的电流负载、牺牲元件的过载、运动的触点的运动的开始或到达运动的触点的确定位置进行设计或协调。

这种传感器装置可以同时确定和显示老化效应。

活动的接触部件6的最小横截面根据图1至4在绝缘路段10的区域中在闭合之后对于铜或铝为约150mm²、优选在240mm²。接触部件10向部件2的锥形结构中的插入深度至少为3mm，并且优选设计成>mm。

接触部件的重量在一个实施形式中可以是最大150g，优选为或处于100g。

弹簧7的初始弹簧力为>800N并且优选在约1100N左右。接触电极8；9之间的气隙路径至少为3mm，优选>5mm。

作为接触材料优选可以使用金属或基于石墨的材料。

牺牲元件5或32的材料在比熔断积分较小的同时具有高的机械抗拉强度。在最简单的情况下，牺牲元件设计成不锈钢螺钉或不锈钢螺栓。特别是对于拉力载荷，这样的材料是有利的，所述材料在由于升温导致电流时在达到熔点之前已经出现了强烈的软化。这使得在操控之后、特别是在电流陡度较小时可以明显缩短反应时间和闭合时间。这种有利的效果对于几种钢是已知的。但原则上也可以使用能够发生主动几何变化的材料。

在短路接触的区域中的锥形结构具有<10°、优选<3°的角度，由此在闭合区域中的变形和动能的衰减即使对于具有高弹性和小弹簧力的弹簧驱动器也足以抑制不利的弹跳倾向。

短路装置包括开关元件11的操控路径的阻抗在<10mOhm、特别是<5mOhm的范围内。

各单个短路器的峰值载流能力明显在200kA之上并且短时间的载流能力在>100kA_eff。持续载流能力在1000A以上。

在一个有优选的实施形式中，主路径的闭合时间仅由于弹簧力在分离路径部分为6mm时才明显低于2ms。由于通过附加的力实现的辅助，本发明的教导将实际闭合时间降低到约1ms。

除了提高弹簧力以及附加的力，也可以通过降低活动的接触部件6的质量、适当地降低有效的弹簧质量、力作用的对中和优化和在初始和运动状态下明确地引导接触部件6来进一步降低闭合时间。降低闭合时间也可以通过增大有效压力面和降低有效压力体积、即围绕牺牲元件的空间的体积来实现。在短路装置的两级的实施形式中，可以针对速度和较小的载流能力和小的弹跳倾向优化所述触点中的第一触点。第二级、即第二触点对无电弧地闭合并且可以调整到高载流能力，此时闭合时间本身的重要性较低。接触和往复形成设计可以相互独立地进行。

至少一个所述两级的实施形式是可锁定的，能够通过弹性地支承分触点来辅助所述锁定。

所述弹性的支承参考图6例如能在利用锥形区域48中的弹簧或弹簧弹性的元件53的情况下实现。在根据图6的剖视图中，基于这样的解决方案，该解决方案将第一级作为内部级的变型的构思与外部级形式的逆转的两级的牺牲元件相结合。牺牲元件或附加的辅助触点50以及其绝缘的导入结构52/54的具体形式和径向环绕的弹簧连同自产气体输出元件49构成可选的措施，所述自产气体输出元件也可以为粉末状的。

Claims (13)

1.在低压和中压设备中使用、用于物品和人员保护的短路装置，包括：开关元件(1)，所述开关元件能由错误检测装置的触发信号操作；两个彼此相对置的接触电极(8；9)，所述接触电极具有用于电流供应的机构(2；3)，所述接触电极能触点接通到带有具有不同电势的端子的电路上；此外在至少一个所述接触电极(8)中还包括活动的接触部件(6)，所述活动的接触部件处于机械应力作用下，在短路情况下有弹簧力辅助地实施朝另一个接触电极(9)的运动；作为所述接触电极(8；9)之间的间距保持件的牺牲元件(5；32)；以及牺牲元件(5；32)和开关元件(11)与一个所述接触电极之间的电连接结构，用于符合目的地引起牺牲元件(5；32)由于电流导致的热变形或者破坏；其特征在于，所述活动的接触部件(6)构造成单侧封闭的空心圆柱体，并且在所述空心圆柱体中装入用于产生预紧力的弹簧(7)，所述空心圆柱体可运动地在第一接触电极(8)中的互补的凹部中被引导，以形成滑动接触，以及在封闭的空心圆柱体的底部(16)的区域内，所述空心圆柱体的圆柱壁在外周侧过渡到一个外锥形结构(61)中，此外，在空心圆柱体的内部，从底部出发延伸出销状的第一突起(62)，所述第一突起与相对于接触电极(8；9)绝缘的、销状的第二突起(100)相对置，构造成螺栓或螺钉(5；32)的牺牲元件设置在销状的第一和第二突起(62；100)之间，并且在第二接触电极(9)中设有与活动的接触部件(6)的所述外锥形结构(61)相适配的、具有内锥形结构(91)的凹部，所述外锥形结构和内锥形结构由于所出现的塑性变形以力锁合和形锁合形成无弹跳的短路接触区域。

2.根据权利要求1的短路装置，其特征在于，在第二接触电极(9)中设有与带有内锥形结构的所述凹部的区域连接的排气口(12；92)，以便防止由于所述接触部件(6)的运动导致压力升高。

3.根据权利要求2所述的短路装置，其特征在于，所述排气口(12；92)用在压力作用下能移位的塞子或阀封闭。

4.根据权利要求1至3之一所述的短路装置，其特征在于，所述滑动接触的间隙尺寸<0.2mm。

5.根据权利要求1至3之一所述的短路装置，其特征在于，各锥角在<3°的范围内。

6.根据权利要求1至3之一所述的短路装置，其特征在于，所述接触电极(8；9)构造成旋转对称的并且通过绝缘的对中环(10)保持隔开间距。

7.根据权利要求1至3之一所述的短路装置，其特征在于，所述活动的接触部件(6)活塞式地在第一接触电极(8)的凹部中运动，在牺牲元件(5；32)破坏时释放出的能量和/或所形成的电弧的能量使运动加速地作用于所述活动的接触部件(6)的底部(16)。

8.根据权利要求1至3之一所述的短路装置，其特征在于，销状的第二突起(100)由绝缘管(13)包围，所述绝缘管由能释放气体的材料制成。

9.根据权利要求8所述的短路装置，其特征在于，所述绝缘管(13)设有起支撑作用的金属外壳(14)。

10.根据权利要求9所述的短路装置，其特征在于，所述绝缘管(13)由所述金属外壳包围。

11.根据权利要求1至3之一所述的短路装置，其特征在于，在通向牺牲元件(32)的电流路径中构成电流瓶颈部(19；22)。

12.根据权利要求1至3之一所述的短路装置，其特征在于，为了提高载流能力，按同轴的、同心的布置形式构成两个活动的接触部件(31；37)。

13.根据权利要求12所述的短路装置，其特征在于，所述牺牲元件(32)受到拉力预紧和加载。

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