DE10149020C1 - Kontaktanordnung für Niederspannungs-Schaltgeräte - Google Patents

Abstract

Eine gegenüber Beanspruchungen durch hohe Ströme mechanisch und elektrisch widerstandsfähige Kontaktanordnung für Niederspannungs-Schaltgeräte besitzt mehrere, auf einem Kontaktträger (1) angeordnete, parallele schwenkbare Kontakthebel (2, 3). Wenigstens einige der Kontakthebel (2, 3) besitzen auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch einen Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16). Der Kontaktträger (1) weist an der Stelle dieser zylindrischen Konturen (16) eine um einen geringen Radius größere Gegenkontur (17) auf, die den zylindrischen Konturen der Kontakthebel (2, 3) mit einem minimalen Abstand (A) gegenübersteht. Tritt eine starke Beanspruchung des Lagerbolzens (15) durch einen hohen Strom in der Kontaktanordnung auf, so stützen sich die Kontakthebel direkt am Kontaktträger (1) ab. Die Durchbiegung des Lagerbolzens (15) bleibt damit auf ein geringes Maß beschränkt, das durch den minimalen Abstand (A) zwischen den Konturen (16) und Gegenkonturen (17) bei normalem Betrieb bestimmt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Niederspan­ nungs-Schaltgeräte mit mehreren, auf einem Kontaktträger pa­ rallel zueinander angeordneten Kontakthebeln, die mittels ei­ nes die Kontakthebel durchsetzenden, am Kontaktträger abge­ stützten Lagerbolzens relativ zum Kontaktträger schwenkbar sind

Bei bekannten Kontaktanordnungen dieser Art, z. B. nach der US 4,764,650 A sind die Kontakthebel auf dem Kontaktträger mittels des Lagerbolzens gelagert und durch jeweils mindes­ tens eine Kontaktkraftfeder abgestützt, die entsprechend ei­ ner gewünschten Kontaktkraft bemessen ist. Der Lagerbolzen und seine Lagerungen am Kontaktträger sind durch Summe dieser Kontaktkräfte belastet. Tritt aber ein sehr hoher Strom auf, z. B. durch einen Kurzschluss, so können die auf den Lager­ bolzen wirkenden Kräfte wesentlich höher sein, weil Stromen­ gekräfte an den Kontaktstellen und elektrodynamische Strom­ schleifenkräfte zu der Beanspruchung durch die Kontaktkraft­ federn hinzukommen. An sich ist es möglich, den Lagerbolzen im allgemeinen und die Bolzenlagerung im Kontaktträger durch eine geeignete Dimensionierung an diese Erfordernisse anzu­ passen. Da aber die Dicke des Lagerbolzens nicht unbegrenzt vergrößert werden kann, weil einerseits die Aufnahmebohrung im Kontakthebel wegen der Stromtragfähigkeit derselben mög­ lichst klein sein soll und andererseits die Lagerung im Kon­ taktträger schwierig wird, kann bei einer hohen Beanspruchung des Lagerbolzens eine Durchbiegung desselben auftreten, weil dieser nur an seinen Enden im Kontaktträger abgestützt ist. Diese Biegekräfte wirken wegen des größeren wirksamen Hebel­ arms von den zur Mitte des Kontaktträgers hin angeordneten Kontakthebeln am stärksten auf die Mitte des Lagerbolzens, so dass hier die größte Durchbiegung auftritt. Die Folge ist, dass im Bereich der mittleren Kontakthebel die Kontaktkraft abnimmt, was bei selektiven Niederspannungs-Leistungsschal­ tern möglichst vermieden werden muss, um Schäden an den Kon­ takten zu vermeiden.

In der DE 196 29 482 C1 wurde zur Vermeidung dieses Problems vorgeschlagen, auf den Lagerbolzen völlig zu verzichten und die Kontakthebel auf einer am Kontaktträger angeordneten Ab­ wälzfläche abzustützen. Die Gelenkanordnung für jeden Kon­ takthebel relativ zum Kontaktträger ist dabei durch eine am Kontakthebel befindliche Wälzfläche und eine am Kontaktträger angeordnete Auflagefläche gebildet. Weiterhin ist ein Halte­ bügel vorgesehen, welcher die Kontakthebel gegen eine Ver­ schiebung parallel zur Auflagefläche sichert. Damit ist eine sowohl reibungsarme als auch gegen eine Veränderung durch e­ lektrodynamische Kräfte widerstandsfähige Lagerung der Kon­ takthebel sichergestellt. Ein weiterer Vorteil ist eine ge­ ringere Erwärmung der Kontakthebel durch den Fortfall der Schwächung des Querschnittes der Kontakthebel durch die La­ geröffnung für einen Lagerbolzen. Dem steht gegenüber, dass die beschriebene Abwälzbewegung, wenn die Drehung auch nur wenige Grad Schwenkwinkel des Kontakthebels relativ zum Kon­ taktträger beträgt, aber zur Folge hat, dass kein exakter Drehpunkt vorhanden ist und trotz des vorgesehenen Haltebü­ gels gegen eine Verschiebung parallel zur Auflagefläche die Kontakthebel in gewissem Sinne "schwimmend" gelagert sind. Diese vorhandene vertikale Toleranz birgt die Gefahr einer nachteiligen ungleichmäßigen Kontaktierung in sich.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber Beanspruchungen durch hohe Ströme mechanisch und elektrisch widerstandsfähige Kontaktanordnung mit mehre­ ren parallelen schwenkbaren Kontakthebeln zu schaffen, die eine definierte Lagerachse aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass wenigstens einige der Kontakthebel auf der dem Kontaktträger zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen gebil­ deten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens verlaufende zylindrische Kontur aufweisen, und dass der Kon­ taktträger an der Stelle dieser zylindrischen Konturen eine angepasste Gegenkontur besitzt, die den Konturen der Kontakt­ hebel mit einem minimalen Abstand gegenüberstehend angeordnet ist.

Da bei der Lösung nach der Erfindung der ansonsten gebräuch­ liche Lagerbolzen (vgl. z. B. US 4,764,650 A oder DE 296 09 824 U1) beibehalten wird, ist die gewünschte defi­ nierte Lagerung der Kontakthebel gewährleistet. Andererseits kann der Lagerbolzen einen geringeren Durchmesser erhalten. Daher wird der Querschnitt der Kontakthebel weniger ge­ schwächt, und die Erwärmung im Betrieb ist geringer. Da im normalen Schaltbetrieb zwischen den Kontakthebeln und dem Kontaktträger ein geringer Abstand vorhanden ist, sind die Kontakthebel auf dem Lagerbolzen ungehindert beweglich. Erst bei einer starken Beanspruchung durch kontaktabhebende Kräfte und einer entsprechenden Belastung des Lagerbolzens setzen die Kontakthebel mit ihren zylindrischen Konturen am Kontakt­ träger auf. Dabei bleibt die Biegung des Lagerbolzens auf das durch die Bemessung der zusammenwirkenden Teile bestimmte Maß beschränkt. Schäden an der Kontaktanordnung werden hierdurch wirksam verhindert.

Es empfiehlt sich im Rahmen der Erfindung, dass der Radius der Gegenkontur am Kontaktträger geringfügig größer als der Radius der zylindrischen Konturen der Kontakthebel bemessen ist. Durch einen solchen Unterschied der Radien, der zweckmä­ ßig wenige Zehntel Millimeter, z. B. 0,2 mm, betragen kann, wird erreicht, dass auch bei Berührung der Konturen die Be­ weglichkeit der Kontakthebel nicht durch Reibung beeinträch­ tigt wird.

Bei Kontaktanordnungen für sehr hohe Bemessungsströme, die bei Niederspannungs-Leistungsschaltern bei 6000 A und mehr liegen können, ist es nicht erforderlich, alle Kontakthebel zusätzlich zu den Hauptkontakten mit Vorkontakten und Licht­ bogenhörnern zu versehen. Diese dementsprechend kürzeren und somit leichteren Kontakthebel werden zumeist außenliegend, d. h. beidseitig eines mittleren Blockes der mit Lichtbogen­ hörner versehenen längeren Kontakthebel angeordnet. Dabei kann es sich als ausreichend erweisen, wenn nur die Kontakt­ hebel des "mittleren Blockes" mit den zylindrischen Konturen versehen sind. Dies bedeutet, dass die Abstützung der Kon­ takthebelanordnung nur dort vorgesehen ist, wo die stärkste Biegebeanspruchung des Lagerbolzens auftritt. Werden aber auch außenliegend angeordnete Kontakthebel mit der Kontur versehen, so trägt dies nicht nur zu einer weiteren Verminde­ rung der Biegung des Lagerbolzens, sondern auch zu einer Ent­ lastung seiner Abstützung im Kontaktträger bei. Es sind folg­ lich alle Varianten möglich, so dass die gewünschte Ausfüh­ rungsform lediglich durch die Belange einer rationellen Fer­ tigung und der gewünschten Stützwirkung bestimmt ist.

Zweckmäßig kann nur den mit einer zylindrischen Kontur verse­ henen Kontakthebeln eine am Kontaktträger angeordnete Gegen­ kontur gegenüberstehend angeordnet sein.

Die Erfindung soll nachfolgend zum besseren Verständnis an­ hand eines bevorzugten, den Schutzumfang nicht einschränken­ den Ausführungsbeispiels, unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Kontaktträgers von der Antriebsseite, wobei er zur Vereinfachung nur mit jeweils ei­ nem Kontakthebel mit Vorkontakt und einem Kontakthebel ohne Vorkontakt bestückt ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers gemäß der Fig. 1 entlang der Linie A-A in Fig. 1.

Die Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers gemäß der Fig. 1 entlang der Linie B-B in Fig. 1.

Die Fig. 4 zeigt die Einzelheit Z aus der Fig. 2.

Die Fig. 5 zeigt die Einzelheit Y aus Fig. 3.

Die Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfin­ dungsgemäßen Kontaktträger ohne Kontakthebel von der Kontakt­ seite.

Die Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung der Ein­ zelheit X aus Fig. 6.

Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Kontaktträgers 1 von der Antriebsseite. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Kon­ taktträger 1 nur mit jeweils einem Kontakthebel mit Vorkon­ takt 2 und einem Kontakthebel ohne Vorkontakt 3 bestückt. Da­ bei sind in herkömmlicher Weise die Kontakthebel mit Vorkon­ takt 2 im mittleren Bereich des Kontaktträgers 1 angeordnet und die Kontakthebel ohne Vorkontakt 3 im äußeren Bereich der Anordnung. Die Kontakthebel 2, 3 stehen im eingeschalteten Zustand des Niederspannungs-Leistungsschalters in einer e­ lektrisch leitenden Verbindung mit der oberen Anschlussschie­ ne 4 des Niederspannungs-Leistungsschalters und sind mittels flexibler Leiterseile 5; 6 mit der unteren Anschlussschiene 7 des Niederspannungs-Leistungsschalters verbunden. Der Kon­ taktträger 1 ist mittels seiner an den Seitenteilen 8; 9 des Kontaktträgers 1 vorgesehenen Lagerzapfen 10, 11 schwenkbar im Schaltpol des Niederspannungs-Leistungsschalters angeord­ net.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers gemäß der Fig. 1 entlang der Linie A-A in Fig. 1. Hier ist die Strombahn des Niederspannungs-Leistungsschalters im Be­ reich des Kontakthebels mit Vorkontakt 2 zu erkennen, welche durch seine obere Anschlussschiene 4, den Kontakthebel mit Vorkontakt 2, der außerdem ein Lichtbogenhorn 12 aufweist, die flexiblen Leiterseile 5 und die untere Anschlussschiene 7 des Niederspannungs-Leistungsschalters gebildet ist. Der Kon­ takthebel mit Vorkontakt 2 wird mittels der im Kontaktträger 1 gelagerten Kontaktkraftfedern 13 gegen den an der oberen Anschlussschiene 4 befindlichen feststehenden Kontakt 14 ge­ drückt.

Um eine durch diese Kontaktkraft und bei Auftreten eines sehr hohen Stromes, z. B. eines Kurzschlussstromes, hinzukommende, auf den Lagerbolzen 15 wirkenden Kräfte, wie Stromengekräfte an den Kontaktstellen und elektrodynamische Stromschleifen­ kräfte, mögliche Durchbiegung des Lagerbolzens 15 zu verhin­ dern, beziehungsweise auf ein Minimum zu verringern, weist der im mittleren Bereich der Kontaktanordnung befindliche Kontakthebel 2 (mit Vorkontakt) eine zylindrische Kontur 16 auf, deren Peripherie koaxial zur Achse des Lagerbolzens 15 ausgebildet ist. Dieser zylindrischen Kontur 16 des Lagerbol­ zens 15 gegenüber ist eine entsprechend gekrümmte Gegenkontur 17 in Form einer halbschalenartigen Erhöhung am Kontaktträger 1 mit geringfügig größerem Radius, als derjenigen der zylind­ rischen Kontur 16 des Kontakthebels 2 vorgesehen. Dabei ist der Abstand zwischen der zylindrische Kontur 16 und der Ge­ genkontur 17 möglichst gering. Dieser kann, etwa entsprechend dem Unterschied der Radien, gleichfalls in der Größenordnung weniger Zehntel Millimeter, z. B. 0,2 mm, betragen. Beim Auf­ treten einer erhöhten Belastung setzt der Kontakthebel 2 bei einer Durchbiegung des Lagerbolzens 15 mit seiner zylindri­ schen Kontur 16 auf der als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildeten Gegenkontur 17 auf, wodurch ei­ ne weitere Durchbiegung des Lagerbolzens 15 mit den oben be­ schriebenen möglichen Folgen verhindert wird.

Die Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Kontaktträgers 1 gemäß der Fig. 1 entlang der Linie B-B in Fig. 1. Hier ist die Strombahn des Niederspannungs-Leistungsschalters im Be­ reich eines Kontakthebels 3 zu erkennen, der ohne Vorkontakt ausgebildet ist. Flexible Leiterseile 6 und die untere An­ schlussschiene 7 des Niederspannungs-Leistungsschalters sowie Kontaktkraftfedern 13 sind gleichfalls erkennbar. Die im Kon­ taktträger 1 außenliegend angeordneten Kontakthebel 3 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Gründen der wenigstens teilweise einheitlichen Herstellung mit den Kontakthebeln 2 (mit Vorkontakt) gleichfalls mit einer zylindrischen Kontur 18 versehen, jedoch steht diesen Kontakthebeln 3 keine ent­ sprechende halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ge­ genüber.

Die Fig. 4 zeigt die Einzelheit Z aus der Fig. 2. Die zy­ lindrische Kontur 16 des Kontakthebels 2 und die entsprechend gekrümmte Gegenkontur 17 in Form einer halbschalenartigen Er­ höhung am Kontaktträger 1 mit geringfügig größerem Radius, als derjenigen der zylindrischen Kontur 16 des Kontakthebels 2 stehen sich ohne Belastung mit einem Abstand A von wenigen Zehntel mm gegenüber. Der Abstand A soll beispielsweise 0,2 mm betragen. Beim Auftreten einer erhöhten Belastung setzt der Kontakthebel 2 bei einer Durchbiegung des Lagerbolzens 15 mit seiner zylindrischen Kontur 16 auf der als halbschalenar­ tige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildeten Gegenkontur 17 auf, wodurch eine weitere Durchbiegung der Lagerbolzens 15 mit den oben beschriebenen möglichen Folgen verhindert wird.

Die Fig. 5 zeigt die Einzelheit Y aus Fig. 3. Hier steht der zylindrischen Kontur 18 des Kontakthebels 3 keine entspre­ chend gekrümmte Gegenkontur in Form einer halbschalenartigen Erhöhung am Kontaktträger 1 gegenüber. Diese Ausführungsform des Kontaktträgers 1 ist dann zweckmäßig zu wählen, wenn eine lediglich mittige Abstützung des außen in seitlichen Wangen des Kontaktträger in Aufnahmeöffnungen ohnehin gelagerten La­ gerbolzens 15 durch die zylindrische Kontur der Kontakthebel 2 auf der Gegenkontur 17 als ausreichend erachtet wird.

Die Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfin­ dungsgemäßen bewegbaren Kontaktträgers 1 für einen Nie­ derspannungs-Leistungsschalter ohne Kontakthebel von der Kon­ taktseite, durch welche die Position der als halbschalenarti­ ge Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildeten Gegenkontur 17 veranschaulicht werden soll. Der Kontaktträger 1 besteht aus einem Kunststoffkörper 20, an dessen Schenkeln 21, 22 Lager­ zapfen 23, 24 angeordnet sind, mittels derer der Kontaktträ­ ger 1 im Gehäuse des Leistungsschalters schwenkbar gelagert ist. Er besitzt Aufnahmeöffnungen 25 als Halterung für den Lagerbolzen 15 für die Kontakthebel 2 und 3. Des weiteren sind Aufnahmeöffnungen 26 für die Kontaktkraftfedern 13 er­ kennbar. Die als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildete Gegenkontur 17 ist in der dargestellten Aus­ führungsvariante am Kontaktträger 1 nur mittig vorgesehen, nämlich dort, wo die stärkste Biegebeanspruchung des Lager­ bolzens 15 auftritt.

Die Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung der Ein­ zelheit X aus Fig. 6. Die als halbschalenartige Erhöhung am Kontaktträger 1 ausgebildete Gegenkontur 17 bildet gleichzei­ tig eine Art Rippe 27, die einen verstärkten Bereich des Kon­ taktträgers 1 bildet. Hierdurch wird, auf Grund der Verstär­ kung des Kontaktträgers 1, eine gute und sichere Abstützung erreicht.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, dass ein relativ dünner Lagerbolzen verwendet werden kann, durch welchen die Minderung des stromtragenden Querschnitts der Kontakthebel minimiert wird. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Teile und ein geringer Montageaufwand erforder­ lich.

Bezugszeichenliste

1

Kontaktträger

2

Kontakthebel mit Vorkontakt

3

Kontakthebel ohne Vorkontakt

4

Obere Anschlussschiene

5

Flexibles Leiterseil

6

Flexibles Leiterseil

7

Untere Anschlussschiene

8

Seitenteil

9

Seitenteil

10

Lagerzapfen

11

Lagerzapfen

12

Lichtbogenhorn

13

Kontaktkraftfeder

14

Feststehender Kontakt

15

Lagerbolzen

16

Zylindrische Kontur

17

Gegenkontur

18

Zylindrische Kontur

19

(Nicht belegt)

20

Kunststoffkörper

21

Schenkel

22

Schenkel

23

Lagerzapfen

24

Lagerzapfen

25

Bohrung

26

Aufnahmeöffnung

27

Rippe
A Abstand

Claims (4)

1. Kontaktanordnung für Niederspannungs-Schaltgeräte mit meh­ reren, auf einem Kontaktträger (1) parallel zueinander ange­ ordneten Kontakthebeln (2, 3), die mittels eines die Kontakt­ hebel (2, 3) durchsetzenden, am Kontaktträger (1) abgestütz­ ten Lagerbolzens (15) relativ zum Kontaktträger (1) schwenk­ bar sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Kontakthebel (2, 3) auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16) aufweisen, und dass der Kontaktträger (1) an der Stelle dieser zylindrischen Konturen (16) eine angepasste Gegenkon­ tur (17) besitzt, die den Konturen der Kontakthebel (2, 3) mit einem minimalen Abstand (A) gegenüberstehend angeordnet ist.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der als halbschalenartige erhöhte Auflageflä­ che ausgebildeten Gegenkontur (17) um ein geringes Maß größer ist als der Radius der koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufenden zylindrischen Kontur (16) der Kontakthebel (2, 3).

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur die etwa mittig im Kontaktträger (1) angeordneten Kontakthebel (2) auf der dem Kontaktträger (1) zugewandten Seite im Bereich der durch den Lagerbolzen (15) gebildeten Lagerstelle eine koaxial um die Achse des Lagerbolzens (15) verlaufende zylindrische Kontur (16) aufweisen.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur den mit einer zylindrischen Kontur (16) versehenen Kontakthebeln (2) eine am Kontaktträger (1) angeordnete Ge­ genkontur (17) gegenüberstehend angeordnet ist.