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Die
Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere für
Niederspannungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Leistungsschalter
für Niederspannungen sind als strombegrenzende Schutzschalter
bekannt. Zum Öffnen und Schließen des Strompfads
wird dabei meist ein Doppelkontakthebel verwendet, der an seien
freien Enden Kontaktstücke trägt, welche die beweglichen
Kontakte bilden. Diesen liegt jeweils ein Kontaktstück
eines feststehenden Kontakts gegenüber; beide Kontaktstücke
liegen bei geschlossenem Leistungsschalter jeweils aneinander an.
Der Kontakthebel ist meist in einer Schaltwelle drehgelagert und
erstreckt sich quer zu deren Längsachse, wobei seine Enden
aus der Schaltwelle herausragen. Häufig besteht die Schaltwelle
aus mehreren entsprechend miteinander verbundenen Schaltwellensegmenten.
Das Kontaktstück des beweglichen Kontakts ist dabei auf
einer Seite der Außenkontur angebracht, während
auf der gegenüberliegenden Seite desselben Kontakthebelendes
in der Außenkontur eine Vertiefung ausgebildet ist, mit
einem eingehängten (Feder)Haltestift, der sich parallel
zur Schaltwelle erstreckt. An beiden Enden des Haltestifts greift
ein Federpaar an, dessen Drehmoment auf den Kontakthebel in Schließrichtung
wirkt und ihn in seiner Schließstellung hält.
Der Strom durch den Leistungsschalter wird über den Kontakthebel
geführt, wobei die beiden Stromzuführungen im
Bereich der Kontakthebelenden meist als Leiterschleifen ausgebildet
sind. Beim Auftreten eines Kurzschlussstromes werden in den Leiterschleifen
starke elektromagnetische Kräfte erzeugt, welche den Kontakthebel
in seine Öffnungsstellung bewegen. Diese Kräfte
sorgen dafür, dass der Stromfluss durch die Trennung der
Kontaktstücke sehr schnell unterbrochen wird. Dabei muss
sichergestellt sein, dass sich Kontakthebel nach dem Öffnen
nicht wieder in seine Schließstellung zurückbewegt.
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Aus
der
DE 693 04 374
T2 (
FR 2 688 626 )
ist es bereits bekannt, das Zurückfallen des Kontakthebels
dadurch zu verhindern, dass ein Haltestift in eine Rastkerbe gezogen
wird. Die Rastkerbe gehört zu einer Steuerkontur, welche
durch ihre radiale Überhöhung im Bereich der Rastkerbe
die Bewegung des Haltestifts und damit die des Kontakthebels in Schließrichtung
hemmt, indem sie ein Gegenmoment bewirkt, das zum Schließen
vom Haltestift überwunden werden muss.
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Weiter
ist aus der
DE 103
58 828 A1 bereits bekannt, einen Haltestift einen Totpunkt überfahren zu
lassen, so dass die auf den Haltestift wirkende Federkraft einem
Schließen entgegenwirkt.
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Die
EP 1 302 960 A2 schlägt
ferner eine Noppe in einer Steuerkurve vor, die zum Schließen durch
den Federhaltestift überfahren werden muss.
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Nachteilig
ist, dass ein Öffnen und Offenhalten eines beweglichen
Kontakts beim Auftreten unterschiedlichster Kurzschlusskräfte
nicht immer sichergestellt ist. Beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb
eines strombegrenzenden Schutzschalters wird der bewegliche Kontakt
vom Festkontakt weggeschleudert. Die Schwierigkeit besteht darin,
das breite Spektrum der auftretenden Kräfte durch einen sicheren
Haltemechanismus abzudecken.
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Weiter
entsteht ein Lichtbogen zwischen den geöffneten Kontakten.
Um einen möglichst geringen Abbrand der Kontakte und ein
schnelles Löschen des Lichtbogens zu gewährleisten,
muss der bewegliche Kontakt auch deshalb nach dem Öffnen
unbedingt in der Offenposition festgehalten werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leistungsschalter mit einem
Kontakthebel vorzuschlagen, der im Kurzschlussfall sicher öffnet.
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Die
Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben;
die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen
dar.
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Die
Lösung sieht vor, dass die Außenkontur vom beweglichen
Kontakt aus gesehen hinter dem Haltestift eine Rändelung
aufweist, deren linienförmige Einkerbungen parallel zur
Drehachse verlaufen, und dass die Rändelung beim Verschwenken
des Kontakthebels ab einem vorgegebenen Schwenkwinkel mit einer
entsprechenden Zahnung kämmt, wobei die kinetische Energie
der Schwenkbewegung des Kontakthebels in eine nicht-kinetische Energieart umgewandelt
wird. Durch die Rändelung und die Zahnung lässt
sich trotz des großen Bereichs der auftretenden Kräfte
ein Festhalten des Kontakthebels sicherstellen.
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Bei
einer einfachen Ausführung ist die Zahnung am Umfang eines
um seine Längsachse drehbar gelagerten Gegenstifts ausgebildet,
wobei sich dessen Längsachse im Wesentlichen parallel zur Drehachse
des Kontakthebels erstreckt.
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Um
die kinetische Energie des Kontakthebels in potentielle Energie
umzuwandeln, wird vorgeschlagen, dass die Rändelung an
einem Vorsprung ausgebildet ist, der zum Ablaufbogen des beweglichen
Kontakts nach außen verläuft, und dass der Gegenstift
jeweils Federkraft beaufschlagt gegen die Rändelung drückt,
wobei sich die potentielle Energie der Feder vergrößert,
wenn sich der zweite Bolzen bei der Schwenkbewegung des Kontakthebels
auf dem Vorsprung (radial) nach außen bewegt.
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Bei
einer technisch einfachen Ausführung greifen die Federkräfte
von zwei Schraubenfedern an beiden Enden des Gegenstifts an.
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Zweckmäßigerweise
werden die beiden Schraubenfedern bei der zumindest teilweisen Umwandlung
der kinetischen Energie der Schwenkbewegung in potentielle Energie
einfach auseinandergezogen.
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Die
kinetische Energie des Kontakthebels lässt sich wirksam
verringern, wenn die Drehlagerung des Gegenstifts so ausgebildet
ist, dass bei dessen Drehung ausreichend Reibungswärme
entsteht.
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Bei
einer technisch einfachen Ausführung ist der Vorsprung
als Keil ausgebildet.
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Die
Wirksamkeit des Leistungsschalters lässt sich verbessern,
wenn der Kontakthebel als Doppelhebel mit einander abgewandten beweglichen Kontakten
ausgebildet ist.
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Eine
größere Kompaktheit erreicht man, wenn die beiden
Schraubenfedern jeweils an den beiden Enden des Haltestifts des
einen beweglichen Kontakts und an den beiden Enden des Gegenstifts des
anderen beweglichen Kontakts befestigt sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines geschlossenen Leistungsschalters,
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2 den
Kontakthebel des Schaltwellensegments gemäß 1,
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3 das
Schaltwellensegment 1 gemäß 1 bei
geöffnetem Leistungsschalter und
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4 den
Kontakthebel des Schaltwellensegments gemäß 3.
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1 zeigt
ein gehäuseartiges Schaltwellensegment 1 eines
Leistungsschalters für Niederspannungen, der zum Öffnen
und Schließen eines Strompfads einen Kontakthebel 2 in
Form eines Doppelhebels 2a aufweist. Bei einem mehrphasigen
Netz weist der Leistungsschalter für jede Stromphase ein eigenes
Schaltwellensegment 1 auf. Die nicht vollständig
gezeigte Schaltwelle besteht dann aus mehreren Schaltwellensegmenten 1,
die seitlich drehfest miteinander verbunden sind. Dazu sind in den
Schaltwellensegmenten 1 Aufnahmen 1a vorgesehen,
welche jeweils eine entsprechende komplementäre Gegen-Aufnahme
(einen entsprechenden Vorsprung) eines anderen Schaltwellensegments 1 (oder
das Ende einer Welle) aufnehmen können. Eine solche Gegen-Aufnahme
befindet sich an dem Schaltwellensegment 1 auf der hinteren
(in 1 verdeckten) Seite.
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Der
Kontakthebel 2 ist im Schaltwellensegment 1 drehgelagert
und trägt an seinen beiden freien Enden jeweils ein Kontaktstück 3,
wobei die beiden Kontaktstücke 3 in entgegen gesetzte
Richtungen weisen. Die beiden Kontaktstücke 3 bilden
die beweglichen Kontakte des Leistungsschalters. Dem Kontakthebel 2 gegenüberliegend
sind jeweils Kontaktstücke 4 (s. 2)
eines feststehenden Kontakts angeordnet, die an nicht gezeigten
Leiterschleifen befestigt sind, welche wiederum zum Anschluss des Leistungsschalters
an das Stromnetz Verbindungsklemmen aufweisen. Der Kontakthebel
in 1 befindet sich in seiner Schließstellung,
in der die Kontaktstücke 3 der beweglichen Kontakte
an den festen Kontaktstücken 4 anliegen. Wie in 1 zu
sehen, ragen die beiden Enden des Kontakthebels, an denen sich die
Kontaktstücke 2, 3 befinden, aus dem Schaltwellensegment 1 heraus.
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2 zeigt
den Kontakthebel 2 ohne das Gehäuse 1b des
Schaltwellensegments 1. Der Strom fließt über
die beiden Kontaktstücke 4, 3 von dort über
den Kontakthebel 2 und dann wieder über die Kontaktstücke 3, 4.
Die Außenkontur weist vom beweglichen Kontakt aus gesehen – hinter
dem Kontaktstück 3 – eine Vertiefung 5 auf,
in die ein Haltestift 6 eingehängt ist, der sich
längs (also im Wesentlichen parallel) zur Drehachse des
Kontakthebels 2 erstreckt. Die Vertiefung 5 befindet
sich jeweils auf der dem Kontaktstück 3 gegenüberliegenden
Seite der Außenkontur, d. h. in 2 oben.
Der Haltestift 6 ist an beiden Enden jeweils mit der Federkraft
einer Feder 7a (Schraubenfeder 7) beaufschlagt,
deren Enden am Haltestift 6 befestigt sind, den Haltestift 6 in Richtung
des feststehenden Kontakts ziehen und damit ein entsprechendes Drehmoment
auf den Kontakthebel 2 ausüben.
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Die
beiden anderen Enden der Schraubenfedern 7 sind an einem
Gegenstift 10 befestigt, der am Gehäuse 1b des
Schaltwellensegments 1 abgestützt und in seiner
(radialen) Lage fixiert ist.
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Die
Außenkontur weist weiter vom beweglichen Kontakt aus gesehen
hinter dem Haltestift 6 eine Rändelung 8 mit
linienförmigen Einkerbungen 8a auf, welche im
Wesentlichen parallel zur Drehachse des Kontakthebels 2 verlaufen.
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Die
Rändelung 8 ist an einem Vorsprung 9 ausgebildet,
der die Form eines Keils hat und bezogen auf den Ablaufbogen des
beweglichen Kontaktstücks 3 (des beweglichen Kontakts)
radial nach außen verläuft.
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3 zeigt
das Schaltwellensegment bei Öffnungsstellung des Leistungsschalters,
in der die Kontaktstücke 3, 4 des Kontakthebels 2 voneinander getrennt
sind.
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In 4 ist
der Kontakthebel 2 des Schaltwellensegments 1 von 3 ohne
das Gehäuse 1b zu sehen. Wie man in 4 sieht,
wirkt die Rändelung 8 beim Verschwenken des Kontakthebels 2 ab einem
vorgegebenen Schwenkwinkel mit einer entsprechenden Zahnung 11 des
Gegenstifts 10 zusammen, wobei die Zahnung 11 mit
der Rändelung 8 kämmt. Der Gegenstift 10 ist – wie
bereits ausgeführt – federkraftbeaufschlagt, wobei
die Federkraft den Gegenstift 10 gegen die Rändelung
zieht. Beim Kämmen mit der Rändelung 8 bewegt
sich der Gegenstift 10 bezogen auf die Drehachse des Kontakthebels 2 radial
nach außen, wodurch die beiden Schraubenfedern 7 auseinander
gezogen werden und ihre potentielle Energie vergrößert
wird. Diese Energie wird der kinetischen Energie der Schwenkbewegung
des Kontakthebels 2 entnommen. Die beiden Schraubenfedern 7 sind
hier also als Energiespeicher wirken. Mit anderen Worten wird die
kinetische Energie des Kontakthebels 2 in potentielle Energie,
also eine nicht-kinetische Energieart umgewandelt.
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Die
Verbindung bzw. Ankopplung zwischen den Schraubenfedern 7 und
dem Haltestift 6 ist so ausgeführt, dass eine
Drehung des Haltestifts 6 um seine Längsachse
im Kontaktbereich bzw. (hier im Aufhängebereich) der Schraubenfedern 7 mit
einer entsprechend großen Reibung verbunden ist. Der Kontaktbereich
ist so gestaltet, dass ein relativ erheblicher Teil der kinetischen
Energie der Schwenkbewegung in Reibungswärme, also nicht-kinetische
Energie, umgewandelt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69304374
T2 [0003]
- - FR 2688626 [0003]
- - DE 10358828 A1 [0004]
- - EP 1302960 A2 [0005]
