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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung erstreckt sich auf ein Drehkontaktmodul, konkreter gesagt auf ein Strombegrenzungsdrehkontaktmodul für einen Leistungsschalter. Außerdem erstreckt sich diese Erfindung noch auf einen Leistungsschalter, der besagtes Strombegrenzungsdrehkontaktmodul verwendet.
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Technischer Hintergrund
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Ein Leistungsschalter ist ein zentrales Bauteil eines Verteilernetzes. Das in gezeigte Verteilernetz umfasst eine Stromquelle S, einen nachgeordneten Leistungsschalter USCB, mindestens einen von 1 bis n vorgeordneten Leistungsschaltern DSCB sowie eine dem vorgeordneten Leistungsschalter DSCB entsprechende Last L. Wenn im Stromkreis ein anormaler Strom (z. B. Überstrom, Kurzschluss) existiert, können diese Leistungsschalter den von der Stromquelle S zur Last L fließenden Strom automatisch unterbrechen, um den Last-L-seitigen Stromkreis und die Bauteile zu schützen. Diese Trennschalter verfügen in der Regel über eine Auslöseeinheit für die Ermittlung des besagten anormalen Stroms und einen mit der besagten Auslöseeinheit verriegelten Bedienmechanismus. Auf der Grundlage der Anforderungen der entsprechenden Last L wird der vorgeordnete Leistungsschalter DSCB so angeordnet, dass er in einem bestimmten Überstromzustand ausschaltet, zum Beispiel wenn der zulässige durchgehende Nennstrom überschritten wird. Auf der Grundlage der Anforderungen des Energienetzes wird der nachgeordnete Leistungsschalter USCB ebenfalls so angeordnet, dass er in einem bestimmten Überstromzustand ausschaltet. In der Regel muss diese Stufe des Überstroms höher als die Stufe des Überstroms des vorgeordneten Leistungsschalters sein. Deshalb ist es bei ausgeschaltetem vorgeordneten Leistungsschalter DSCB durchaus möglich, dass der nachgeordnete Leistungsschalter USCB nicht ausgeschaltet ist.
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Konventionelle Leistungsschalter weisen folgende Mängel auf: Erstens erfolgt die Trennung der Schaltkontakte und Festkontakte von konventionellen Leistungsschaltern nicht schnell genug.
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Im Überstromzustand wird, nachdem die Auslöseeinheit einen anormalen Strom ermittelt hat, eine Entriegelungsaktion durchgeführt, um den besagten Bedienmechanismus freizugeben. Anschließend kann die Bewegung des besagten Bedienmechanismus den Schaltkontakt vom Festkontakt trennen, um den anormalen Strom im besagten Stromkreis zu unterbrechen. Aufgrund der Entriegelungsaktion der besagten Auslöseeinheit sowie der zeitlichen Verzögerung zwischen der Freigabe des besagten Bedienmechanismus und der Aktion durch den Schaltkontakt wird die vom Bedienmechanismus vorgenommene besagte Unterbrechungsaktion von Schaltkontakt und Festkontakt unvermeidlich verlangsamt. Im Zustand schweren Überstroms ist diese Form der Unterbrechung nicht in der Lage, das Ziel des Schutzes von Stromkreis, Last und Leistungsschalter selbst zu realisieren.
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Zweitens ist es möglich, dass die getrennten Schaltkontakte und Festkontakte vor der Freigabe des Bedienmechanismus des Leistungsschalters erneut geschlossen werden.
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Um einen solchen Kurzschluss zu vermeiden, kamen Strombegrenzungskontaktmodule auf. In Strombegrenzungskontaktmodulen für Leistungsschalter kann die elektrodynamische Abstoßung, die zwischen Schaltkontakten und Festkontakten auftritt, für die Überwindung des Schließmoments verwendet werden, das von den Kontaktfedern auf den Kontaktarm ausgeübt wird, wodurch der Kontaktarm rasch aufgestoßen wird, um die Schaltkontakte und Festkontakte zu trennen. Da diese Aktion des Aufstoßens in keiner Beziehung zur Aktion des besagten Bedienmechanismus steht, muss das Öffnen des Kontaktarms sehr schnell verlaufen. Jedoch können gleichzeitig mit dem Aufstoßen des Kontaktarms zwischen den Schaltkontakten und Festkontakten Lichtbögen entstehen und auch der tatsächliche Strom im Stromkreis von diesen Lichtbögen schnell auf ein Niveau beschränkt werden, das vergleichsweise niedriger als der unbeeinflusste Strom ist, wodurch sich die elektrodynamische Abstoßung in Folge des Öffnens des besagten Kontaktarms verringern kann. Da außerdem die Aktion des Aufstoßens in der Regel zeitlich vor der Aktion des Verlangsamens des Bedienmechanismus liegt, verbleibt beim Aufstoßen des Kontaktarms der Bedienmechanismus nach wie vor in geschlossener Stellung. Deshalb ist es möglich, dass der aufgestoßene Kontaktarm unter der Wirkung des Schließmoments der Kontaktfedern zurückfällt, so dass die Schaltkontakte und Festkontakte erneut schließen. Der erneut geschlossene Kontaktarm führt dazu, dass erneut anormaler Strom fließt, wodurch die Last beschädigt wird, und setzt große Mengen an Energie frei, die den Leistungsschalter selbst beschädigen. Deshalb müssen für das Strombegrenzungskontaktarmmodul Maßnahmen ergriffen werden, um ein erneutes Schließen des aufgestoßenen Kontaktarms zu verhindern.
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Das US-Patent
US 7005594 B2 legt ein Strombegrenzungsdrehkontaktmodul offen, das eine Nockenradoberfläche mit einer speziellen Gestalt verwendet. Beim Auftreten von Überstrom fallen mit Federn verbundene Rollen entlang der besagten Oberfläche in eine Rille, wodurch ein erneutes Schließen der aufgestoßenen Festkontakte und Schaltkontakte verhindert wird. Der Mangel besteht darin, dass die Nockenradoberfläche kompliziert ist und für die Realisierung eines guten Strombegrenzungsvermögens eine präzise Konstruktion und Herstellung erforderlich sind, was die Kosten stark erhöht. Außerdem unterliegt bei langem Einsatz die Oberfläche des Nockenrades einem Verschleiß, wodurch die Zuverlässigkeit des Betriebs des Kontaktmoduls stark verringert wird.
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Das vom US-Patent
US 6084489 A offengelegte Strombegrenzungsdrehkontaktmodul verwendet dagegen einen unabhängigen Verschließmechanismus außerhalb des Moduls, um ein erneutes Schließen der aufgestoßenen Festkontakte und Schaltkontakte zu verhindern. Der Mangel besteht darin, dass das Verschließbauteil und die entsprechende Vorspannfeder unabhängig außerhalb des Kontaktmoduls montiert werden müssen und für die Realisierung ihres Zusammenwirkens mit dem Kontaktarm eine präzise Positionierung und Herstellung erforderlich sind. Außerdem muss eine dem besagten Verschließbauteil entsprechende spezielle Konstruktion verwendet werden, die erst ein Entriegeln des Kontaktarms ermöglicht. Dies alles erhöht die Komplexität und die Kosten und verringert die Kompaktheit.
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Außerdem erfordern optionale Sicherungssysteme und Stoßlasten, dass das Kontaktmodul über eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber kurzzeitigem Spitzenstrom verfügt.
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Wenn es als nachgeordneter Leistungsschalter USCB dient oder für Stoßlasten verwendet wird, bestehen andere Anforderungen als bei einem vorgeordneten Leistungsschalter DSCB. Wenn beim Auftreten von Problemen mit Kurzschlüssen für einen Teil eines Verteilernetzes der nachgeordnete Leistungsschalter nicht über ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber Augenblicksstrom verfügt, ist es möglich, dass er zusammen mit dem vorgeordneten Leistungsschalter DSCB des Störungsteils oder früher als der vorgeordnete Leistungsschalter DSCB des Störungsteils ausschaltet. Das wird dazu führen, dass das gesamte Verteilernetz paralysiert und nicht nur das Störungsteil ausgeschaltet wird. Außerdem kann das Stromnetz in der Regel noch einige Lasten mit Spitzenstrom umfassen, wie Elektromotoren und Transformatoren. Wenn Kontaktmodule von Leistungsschaltern für den Schutz dieses Netzes nicht über ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber Augenblicksstrom verfügen, wird das besagte Kontaktmodul unter der Wirkung des besagten kurzzeitigen Spitzenstroms geöffnet, wodurch verhindert wird, dass der Strom diese Lasten L erreicht, die mit dem besagten Leistungsschalter verbunden sind.
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Inhalt der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die in der herkömmlichen Technik existierenden genannten Mängel zu überwinden, so dass der Leistungsschalter im Zustand des Überstroms schnell öffnen kann, im Zustand des kurzzeitigen Überstroms nach dem Öffnen erneut schließen kann und im Zustand des starken Überstroms zuverlässig in der aufgestoßenen Stellung verriegeln kann.
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Die Lösung der Aufgabe wird durch ein Drehkontaktmodul realisiert. Dieses Drehkontaktmodul für Leistungsschalter umfasst: einen Rotor; einen Kontaktarm, der eine Bohrung aufweist; eine Achse, die durch die besagte Bohrung hindurch den besagten Kontaktarm mit dem besagten Rotor drehbar verbindet; eine Feder. Das besagte Drehkontaktmodul umfasst außerdem: einen Verbindungsarm, dessen eines Ende gelenkig mit dem besagten Rotor verbunden ist, während das andere Ende mit einem Ende der besagten Feder verbunden ist; einen Führungsmechanismus, der den besagten Kontaktarm führt, um zwischen der geschlossenen Stellung und der aufgestoßenen Stellung umzuschalten; wobei das Kraftmoment, das von der Federkraft der besagten Feder auf den besagten Kontaktarm ausgeübt wird, in geschlossener Stellung die Schaltkontakte des besagten Kontaktarms und die Festkontakte des Leiters zur Schließung veranlasst, während es in aufgestoßener Stellung die Schaltkontakte des besagten Kontaktarms und die Festkontakte des besagten Leiters zur Öffnung veranlasst.
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Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung umfasst der besagte Führungsmechanismus ein Führungselement und eine mit dem besagten Führungselement zusammenwirkende Führungsschiene.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung befindet sich das besagte Führungselement auf dem besagten Kontaktarm, während sich die besagte Führungsschiene auf dem besagten Verbindungsarm befindet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfasst der besagte Rotor ein erstes Rotorteil und ein zweites Rotorteil; befindet sich der besagte Kontaktarm im Hohlraum zwischen dem besagten ersten Rotorteil und dem besagten zweiten Rotorteil; umfasst der besagte Verbindungsarm einen ersten Verbindungsarm und einen zweiten Verbindungsarm, die sich zwischen dem besagten Kontaktarm und dem besagten ersten Rotorteil befinden; verbindet ein Ende des besagten ersten Verbindungsarms das besagte erste Rotorteil gelenkig mit der ersten Verbindungsstelle und ist das andere Ende mit einem Ende der besagten Feder verbunden; verbindet ein Ende des besagten zweiten Verbindungsarms das besagte erste Rotorteil gelenkig mit der zweiten Verbindungsstelle und ist das andere Ende mit dem anderen Ende der besagten Feder verbunden; umfasst das besagte Führungselement ein erstes Führungselement und ein zweites Führungselement, die sich jeweils auf beiden Seiten der besagten Bohrung befinden, wobei das besagte erste Führungselement mit der Führungsschiene auf dem besagten ersten Verbindungsarm zusammenwirkt und das besagte zweite Führungselement mit der Führungsschiene auf dem besagten zweiten Verbindungsarm zusammenwirkt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung verfügt das besagte Drehkontaktmodul außerdem über eine weitere Feder; umfasst der besagte Verbindungsarm außerdem einen dritten Verbindungsarm und einen vierten Verbindungsarm, die sich zwischen dem besagten Kontaktarm und dem besagten zweiten Rotorteil befinden; verbindet ein Ende des besagten dritten Verbindungsarms das besagte zweite Rotorteil gelenkig mit der dritten Verbindungsstelle und ist das andere Ende mit einem Ende der besagten weiteren Feder verbunden; verbindet ein Ende des besagten vierten Verbindungsarms das besagte zweite Rotorteil gelenkig mit der vierten Verbindungsstelle und ist das andere Ende mit dem anderen Ende der besagten weiteren Feder verbunden; umfasst das besagte Führungselement außerdem ein drittes Führungselement und ein viertes Führungselement, die sich jeweils auf beiden Seiten der besagten Bohrung befinden, wobei das besagte dritte Führungselement mit der Führungsschiene auf dem besagten dritten Verbindungsarm zusammenwirkt und das besagte vierte Führungselement mit der Führungsschiene auf dem besagten vierten Verbindungsarm zusammenwirkt; sind der besagte erste Verbindungsarm und der besagte dritte Verbindungsarm sowie der besagte zweite Verbindungsarm und der besagte vierte Verbindungsarm jeweils zum besagten Kontaktarm symmetrisch angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfasst der besagte Rotor ein erstes Rotorteil und ein zweites Rotorteil; befindet sich der besagte Kontaktarm im Hohlraum zwischen dem ersten Rotorteil und dem zweiten Rotorteil; umfasst die besagte Feder eine erste Feder und eine zweite Feder; umfasst der besagte Verbindungsarm einen ersten Verbindungsarm, der sich zwischen dem besagten Kontaktarm und dem besagten ersten Rotorteil befindet, sowie einen dritten Verbindungsarm, der sich zwischen dem besagten Kontaktarm und dem besagten zweiten Rotorteil befindet; verbindet ein Ende des besagten ersten Verbindungsarms das besagte erste Rotorteil gelenkig mit der ersten Verbindungsstelle und ist das andere Ende mit einem Ende der besagten ersten Feder verbunden; verbindet ein Ende des besagten dritten Verbindungsarms das besagte zweite Rotorteil gelenkig mit der dritten Verbindungsstelle und ist das andere Ende mit einem Ende der besagten zweiten Feder verbunden; ist das andere Ende der besagten ersten Feder mit dem besagten ersten Rotorteil verbunden, während das andere Ende der besagten zweiten Feder mit dem besagten zweiten Rotorteil verbunden ist; umfasst das besagte Führungselement ein erstes Führungselement und ein drittes Führungselement, wobei sich das besagte erste Führungselement und das besagte dritte Führungselement jeweils auf einer Seite der besagten Bohrung befinden und zum besagten Kontaktarm symmetrisch angeordnet sind, das besagte erste Führungselement mit der Führungsschiene auf dem besagten ersten Verbindungsarm zusammenwirkt, während das besagte dritte Führungselement mit der Führungsschiene auf dem besagten dritten Verbindungsarm zusammenwirkt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung befinden sich die besagte erste Verbindungsstelle und die besagte zweite Verbindungsstelle jeweils auf beiden Seiten der besagten Achse, wobei die Verbindungslinie der besagten ersten Verbindungsstelle und der besagten zweiten Verbindungsstelle durch die Achslinie der besagten Achse hindurchgeht; sind das besagte erste Führungselement und das besagte zweite Führungselement mit der besagten Bohrung kollinear.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung befinden sich die besagte erste Verbindungsstelle und die besagte zweite Verbindungsstelle jeweils auf beiden Seiten der besagten Achse, wobei die Verbindungslinie der besagten ersten Verbindungsstelle und der besagten zweiten Verbindungsstelle durch die Achslinie der besagten Achse hindurchgeht; befinden sich die besagte dritte Verbindungsstelle und die besagte vierte Verbindungsstelle jeweils auf beiden Seiten der besagten Achse, wobei die Verbindungslinie der besagten dritten Verbindungsstelle und der besagten vierten Verbindungsstelle durch die Achslinie der besagten Achse hindurchgeht; sind das besagte erste Führungselement und das besagte zweite Führungselement mit der besagten Bohrung kollinear und sind das besagte dritte Führungselement und das besagte vierte Führungselement mit der besagten Bohrung kollinear; verläuft die besagte Verbindungslinie der besagten ersten Verbindungsstelle und der besagten zweiten Verbindungsstelle parallel zur besagten Verbindungslinie der besagten dritten Verbindungsstelle und der besagten vierten Verbindungsstelle und verläuft die besagte Verbindungslinie des besagten ersten Führungselements und des besagten zweiten Führungselements parallel zur Verbindungslinie des besagten dritten Führungselements und des besagten vierten Führungselements.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist die Entfernung der besagten ersten Verbindungsstelle und der besagten zweiten Verbindungsstelle bis zur besagten Achslinie gleich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist die Entfernung der besagten ersten Verbindungsstelle, der besagten zweiten Verbindungsstelle, der besagten dritten Verbindungsstelle sowie der besagten vierten Verbindungsstelle bis zur besagten Achslinie gleich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist die Entfernung zwischen besagter erster Verbindungsstelle und besagter zweiter Verbindungsstelle kleiner als die Entfernung zwischen besagtem ersten Führungselement und besagtem zweiten Führungselement.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist die Entfernung zwischen besagter erster Verbindungsstelle und besagter zweiter Verbindungsstelle kleiner als die Entfernung von besagtem ersten Führungselement und besagtem zweiten Führungselement; ist die besagte Entfernung von besagter erster Verbindungsstelle und besagter zweiter Verbindungsstelle gleich der Entfernung von besagter dritter Verbindungsstelle und besagter vierter Verbindungsstelle und ist die besagte Entfernung von besagtem ersten Führungselement und besagtem zweiten Führungselement gleich der Entfernung von besagtem dritten Führungselement und besagtem vierten Führungselement.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung werden die besagte erste Verbindungsstelle und die besagte zweite Verbindungsstelle durch das Zusammenwirken eines Stiftes und einer Bohrung realisiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung werden die besagte erste Verbindungsstelle, die besagte zweite Verbindungsstelle, die besagte dritte Verbindungsstelle sowie die besagte vierte Verbindungsstelle durch das Zusammenwirken eines Stiftes und einer Bohrung realisiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist der besagte Kontaktarm zur besagten Bohrung zentrosymmetrisch.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung kann sich der Schaltkontakt an einem Ende des Kontaktarms mit dem Festkontakt von einem der besagten Leiter verbinden, während das andere Ende des besagten Kontaktarms über ein Kabel an einen anderen der besagten Leiter angeschlossen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung handelt es sich bei dem besagten Führungselement um einen Stift und handelt es sich bei der besagten Führungsschiene um eine Nut, die mit dem Stift zusammenwirkt.
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Das besagte Ziel wird außerdem durch einen Leistungsschalter realisiert, wobei der besagte Leistungsschalter über ein oben beschriebenes Drehkontaktmodul verfügt.
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Die Vorzüge dieser Erfindung bestehen darin, dass selbst dann, wenn die Kontakte teilweise Verschleiß und Erosion unterliegen, ein Druck zwischen Schaltkontakt und Festkontakt in geschlossener Stellung sichergestellt werden kann, um einen guten elektrischen Kontakt zu realisieren. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass der Temperaturanstieg der Kontakte bei regulärem Strom auf einen besonders festgelegten Bereich beschränkt wird. Im Zustand des Überstroms, zum Beispiel bei überschreiten der Sicherheitsstufe, kann das besagte Kontaktmodul unter der Wirkung der zwischen Schaltkontakt und Festkontakt hervorgerufenen elektrodynamischen Abstoßung vor der Aktion des Bedienmechanismus schnell öffnen. Bei einer niedrigen Überstromstufe kann das besagte Kontaktmodul öffnen und erneut schließen. Dies verleiht dem besagten Kontaktmodul eine einzigartige Widerstandsfähigkeit gegenüber Augenblicksstrom. Damit hat der vorgeordnete Leistungsschalter DSCB eine Gelegenheit, auf die Störung zu reagieren, um den Umfang der Stromunterbrechung zu minimieren. Gleichzeitig kann das besagte Kontaktmodul kurzzeitige Spitzenströme aushalten, zum Beispiel von Elektromotoren und Transformatoren. Das besagte Kontaktmodul kann den aufgestoßenen Kontaktarm vor der Freigabe des Bedienmechanismus zuverlässig in der aufgestoßenen Stellung verriegeln. Die Bedienung zum Zurücksetzen des besagten Kontaktarms ist unkompliziert. Wenn der Kontaktarm in der aufgestoßenen Stellung verriegelt wird, ruht der Rotor weiterhin in geschlossener Stellung. Das besagte Kontaktmodul setzt mit Hilfe der nachfolgend freigegebenen Bedienvorrichtung den besagten Kontaktarm und den Rotor zurück. Danach kann das Kontaktmodul erneut arbeiten. Das besagte Kontaktmodul realisiert außerdem eine kompakte Anordnung und ist gleichzeitig für Leistungsschalter mit einfachem Öffnungspunkt und für Leistungsschalter mit doppeltem Öffnungspunkt geeignet.
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Erläuterung der Abbildungen
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In Verbindung mit den folgenden Abbildungen werden die Merkmale und Vorzüge dieser Erfindung deutlicher verständlich. Es handelt sich um folgende Abbildungen:
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zeigt eine schematische Darstellung eines Verteilernetzes.
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zeigt eine räumliche Darstellung des Drehkontaktmoduls 100 für Leistungsschalter mit doppeltem Öffnungspunkt gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
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zeigt eine Explosionsdarstellung des Drehkontaktmoduls 100 und der Leiter 221 und 222 aus .
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zeigt eine räumliche Darstellung von Kontaktarm 110 des Drehkontaktmoduls 100.
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zeigt eine räumliche Darstellung des Verbindungsarms des Drehkontaktmoduls 100.
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zeigt eine räumliche Darstellung des aus dem ersten Rotorteil 121 und dem zweiten Rotorteil 122 bestehenden Rotors 120 des Drehkontaktmoduls 100.
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zeigt eine räumliche Darstellung des teilmontierten Drehkontaktmoduls 100.
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zeigt verschiedene Betriebszustände des Drehkontaktmoduls 100.
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zeigt den Zustand (A) und den Zustand (D) aus nach Entfernung der Feder.
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zeigt ein Profil des Drehkontaktmoduls 300 für einen Leistungsschalter mit einfachem Öffnungspunkt gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
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Beispielhafte Ausführungsformen
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zeigt ein Drehkontaktmodul 100 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Drehkontaktmodul 100 wird in der Regel innerhalb des als nachgeordneter Leistungsschalter USCB in verwendeten Leistungsschalters montiert. Zwecks deutlicherer Darstellung wurden in die anderen Teile des Leistungsschalters weggelassen. Das Drehkontaktmodul 100 umfasst den Kontaktarm 110 und den Rotor 120, wobei der Schaltkontakt 111 und der Schaltkontakt 112 sich jeweils auf beiden Seiten des Kontaktarms 110 befinden. Der erste Leiter 221 (z. B. Stromquellenschiene) und der zweite Leiter 222 (z. B. Lastschiene) befinden sich jeweils auf beiden Seiten des Drehkontaktmoduls 100 und entsprechen jeweils den beiden Enden des Kontaktarms 110. Wenn sich das Drehkontaktmodul 100 in geschlossener Stellung befindet, wie in gezeigt, sind der Festkontakt 223 und der Schaltkontakt 111 in Verbindung und sind der Festkontakt 224 und der Schaltkontakt 112 in Verbindung. Auf diese Weise wird zwischen dem ersten Leiter 221 und dem zweiten Leiter 222 eine elektrische Verbindung hergestellt. Gleichzeitig befinden sich die Lichtbogenkammern 211 und 212 jeweils auf beiden Seiten des Drehkontaktmoduls 100 und sind nahe dem Festkontakt 223 und dem Festkontakt 224 angeordnet, um im Verlauf des Öffnens des Kontaktarms 110 die Lichtbogenlöschung durchzuführen. Das Drehkontaktmodul 100 ist über die Nabe 153 mit dem Hauptkörper des Leistungsschalters verbunden. Obwohl das in der Abbildung gezeigte Drehkontaktmodul 100 nur einen Kontaktarm 110 aufweist, wird technisches Personal aus diesem Gebiet jedoch erkennen, dass bei einer Verwendung für mehrpolige Leistungsschalter für jedes Paar Elektroden ein separates Drehkontaktmodul 100 vorgesehen werden kann. Die Bohrung 128 ist auf dem Rotor 120 vorgesehen und mit dem Bedienmechanismus (nicht abgebildet) des Leistungsschalters verbunden, so dass manuell oder über eine Auslöseeinheit der Bedienmechanismus getriggert wird, um den Kontaktarm 110 zu öffnen oder zu schließen.
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zeigt das Drehkontaktmodul 100 nach der Zerlegung sowie den ersten Leiter 221 mit dem Festkontakt 223 und den zweiten Leiter 222 mit dem Festkontakt 224. Das Drehkontaktmodul 100 kann sich im Betriebsprozess um die Achse 101 drehen. Von der Seite betrachtet, ist der S-förmige Kontaktarm 110 zu seiner zentralen Bohrung 115 zentrosymmetrisch. Der Kontaktarm 110 weist zwei Seiten auf, wobei auf der ersten Seite zentrosymmetrisch ein Führungsstift 113 und ein Führungsstift 114 angeordnet sind. Wie in dargestellt, sind auf der zweiten Seite des Kontaktarms 110 ebenfalls zentrosymmetrisch zwei identische Führungsstifte 116 und 117 angeordnet. Diese vier Führungsstifte stecken nach dem Zusammenbau jeweils in den Führungsnuten der vier Verbindungsarme 131, 132, 133 und 134 des Drehkontaktmoduls 100, um die Drehung der besagten vier Verbindungsarme zu führen. Technisches Personal aus diesem Gebiet wird erkennen, dass die genannten Führungsstifte auch in einer nicht-axialsymmetrischen oder nicht-zentrosymmetrischen Form angeordnet werden können. Der Rotor 120 setzt sich aus dem ersten Rotorteil 121 und dem zweiten Rotorteil 122 zusammen. In der Mitte der besagten beiden Rotorteile befindet sich jeweils eine Bohrung. Die Achse 103 geht durch die besagten Bohrungen und die Bohrung 115 hindurch, und die Achse 101 ist gleichermaßen die Achslinie der Achse 103. Nach dem Zusammenbau werden die zum Kontaktarm zeigenden Seiten des ersten Rotorteils 121 und des zweiten Rotorteils 122 als Innenseiten bezeichnet. An der Innenseite des zweiten Rotorteils 122 sind symmetrisch zu der darauf befindlichen Bohrung die Stifte 123 und 124 angeordnet. Obwohl in nicht dargestellt, sind an der Innenseite des ersten Rotorteils 121 ebenfalls identische zwei Stifte angeordnet. Zwischen dem Kontaktarm 110 und dem ersten Rotorteil 121 befinden sich der Verbindungsarm 131 und der Verbindungsarm 132, während sich zwischen dem Kontaktarm 110 und dem zweiten Rotorteil 122 der Verbindungsarm 133 und der Verbindungsarm 134 befinden. Im Verlauf der Bewegung des Kontaktarms 110 drehen sich die Verbindungsarme 133 und 134 jeweils um die Stifte 123 und 124, während sich die Verbindungsarme 131 und 132 jeweils um die besagten zwei Stifte an der Innenseite des ersten Rotorteils 121 drehen. Ein Ende der Verbindungsarme 131 und 132 ist jeweils mit der Feder 141 verbunden, während deren anderes Ende jeweils mit den Stiften an der Innenseite des ersten Rotorteils 121 verbunden ist. Ein Ende des Verbindungsarms 133 ist mit der Feder 142 verbunden, während dessen anderes Ende mit dem Stift 123 verbunden ist. Ein Ende des Verbindungsarms 134 ist mit der Feder 142 verbunden, während dessen anderes Ende mit dem Stift 124 verbunden ist. Außerdem kann der Rotor 120 noch eine Deckplatte 151 und eine Deckplatte 152 aufweisen, wobei die beiden Befestigungsstifte 102 jeweils durch die Bohrungen der besagten Deckplatten und auf den besagten Rotorteilen hindurchgehen, womit das gesamte Drehkontaktmodul 100 zusammengebaut ist. Die Federkraft auf den Federn wird über die Verbindungsarme von den Führungsstiften auf den Kontaktarm übertragen, wodurch auf dem Kontaktarm ein Drehmoment gebildet wird.
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zeigt die räumliche Darstellung eines Verbindungsarms. Die besagten vier Verbindungsarme 131, 132, 133 und 134 können einen identischen Aufbau aufweisen, wobei die Stoßfläche 135 jedes Verbindungsarms mit einem Ende der Feder 141 oder 142 verbunden ist und in der Bohrung 137 auf dem anderen Ende des Verbindungsarms die Stifte der Innenseiten des ersten Rotorteils 121 und des zweiten Rotorteils 122 montiert werden, so dass sich der Verbindungsarm um die besagten Stifte drehen kann. Die Führungsstifte 113, 114, 116 und 117 werden in die Nut 136 eingesetzt und können in der Nut 136 gleiten. Obwohl der Querschnitt der in der Abbildung dargestellten Nut 136 eine U-Form aufweist, wird jedoch technisches Personal aus diesem Gebiet erkennen, dass die Nut 136 auch eine andere geeignete Querschnittsform aufweisen kann.
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Die und zeigen den Rotor 120, wobei zwischen der Antriebsoberfläche 125, der Begrenzungsoberfläche 126 sowie der Innenfläche 127 ein Hohlraum besteht. Der Verbindungsarm kann auf den Innenflächen 127 des ersten Rotorteils 121 und des zweiten Rotorteils 122 gleiten. Aufgrund der automatischen Dehnung und Kontraktion von Feder 141 und Feder 142 sowie der automatischen Bewegung der Stifte 113, 114, 116 und 117 in der Nut 136 kann die Verbindung zwischen dem besagten Kontaktarm 110 und dem Rotor 120 die Toleranz der Teile und den Verschleiß der Kontakte kompensieren, wodurch ein optimierter Kontaktdruck bereitgestellt und im Zustand des Überstroms die zuverlässige Verriegelung des Kontaktarms 110 in aufgestoßener Stellung realisiert wird.
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zeigt dasselbe Drehkontaktmodul 100 in unterschiedlichen Betriebszuständen, wobei zwar lediglich im Zustand (B) die Teile gekennzeichnet wurden, die entsprechenden Teile in den anderen Abbildungen jedoch identisch sind. zeigt durch Entfernung der Federn noch deutlicher die Beziehungen zwischen den verschiedenen Teilen des Drehkontaktmoduls 100 in den Zustanden (A) und (D).
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Zustand (A) stellt den Kontaktarm 110 in geschlossener Stellung dar. Da die einer Dehnung unterliegenden Federn 141 und 142 versuchen, ihre Länge im unbelasteten Zustand wiederherzustellen, veranlasst die auftretende Federkraft den Schaltkontakt 111 und den Schaltkontakt 112 auf beiden Enden des Kontaktarms 110, jeweils auf den Festkontakt 223 und den Festkontakt 224 zu drücken.
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Beim Wechsel vom Zustand (E) zum Zustand (A), nachdem der Schaltkontakt 111 und der Schaltkontakt 112 jeweils mit dem Festkontakt 223 und dem Festkontakt 224 Kontakt haben, fährt der Bedienmechanismus (nicht abgebildet) fort, den Rotor 120 um den Winkel α zu drehen, bis das Drehkontaktmodul 100 die geschlossene Stellung erreicht. Nun werden die Oberfläche 118 des Kontaktarms 110 und die Antriebsoberfläche 125 voneinander getrennt und die Stifte 123 und 124 weichen von der Wirkungslinie der Federkraft ab, wodurch die Federn veranlasst werden, ein Schließmoment zu erzeugen. Dieses Moment wird über die Stifte 123 und 124, die Verbindungsarme 133 und 134 sowie die Führungsstifte 116 und 117 von den Federn an den Kontaktarm 110 übertragen, wodurch die Schaltkontakte 111 und 112 jeweils auf die Festkontakte 223 und 224 gedrückt werden. Dies wird als Überschatten (over-travel) bezeichnet.
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Durch die symmetrische Anordnung der Schaltkontakte 111 und 112, der Festkontakte 223 und 224, der Federn sowie der Verbindungsarme wird realisiert, dass der Druck zwischen dem Festkontakt 223 und dem Schaltkontakt 111 sowie dem Festkontakt 224 und dem Schaltkontakt 112 im wesentlichen gleich ist. Selbst wenn die Schaltkontakte und Festkontakte durch Lichtbögen teilweise erodieren oder durch wiederholte Schalterbetätigung verschleißen, kann die besagte Verbindung zwischen Kontaktarm 110 und Rotor 120 sie automatisch kompensieren, wodurch ein ausreichender Kontaktdruck sichergestellt ist.
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Zustand (B) zeigt den Zustand beim Auftreten von Überstrom im Stromkreis. Wenn der Überstrom das Kontaktmodul 100 durchfließt, wird zwischen den Schaltkontakten und Festkontakten sowie zwischen dem Kontaktarm 110 und der Stromquellenschiene und der Lastschiene eine elektrodynamische Abstoßung entstehen. Wenn der Überstrom ein bestimmtes Niveau erreicht, zum Beispiel das Absprungniveau (popping level), wird die elektrodynamische Abstoßung das von den Federn erzeugte Schließmoment überwinden und den Kontaktarm 110 zum schnellen Aufstoßen veranlassen, so dass die Schaltkontakte und Festkontakte getrennt werden und zwischen den Festkontakten und den Schaltkontakten ein Lichtbogen entsteht.
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Die Aktion des Aufstoßens liegt in der Regel zeitlich vor der Aktion des langsamen Öffnens durch den von der Auslöseeinheit getriggerten Bedienmechanismus des Leistungsschalters. Demnach behält der Rotor 120 seinen Stillstand weiterhin bei. Da der Lichtbogen dazu führt, dass der reale Strom im Stromkreis auf ein Niveau fällt, das vergleichsweise niedriger als der unbeeinflusste Strom ist, wodurch sich im Verlauf des Öffnens des Kontaktarms die elektromagnetische Abstoßung verringert, kann der Kontaktarm 110 unter der Wirkung des Schließmoments der Federn erneut eine Verbindung von Schaltkontakten und Festkontakten veranlassen. Die Richtungen des Kraftmoments der elektrodynamischen Abstoßung auf den Kontaktarm 110 und des Kraftmoments der Federn auf den Kontaktarm 110 sind entgegengesetzt. Der Gegensatz der beiden führt dazu, dass sich der Kontaktarm 110 abwechselnd in die aufgestoßene Stellung und die geschlossene Stellung dreht. In dieser Lage befinden sich der Führungsstift 116 und der Führungsstift 117 stets auf der anderen Seite der Verbindungslinie von Stift 123 und Stift 124 und können weder mit dieser Verbindungslinie zusammenfallen und schon gar nicht diese Verbindungslinie überschreiten und die andere Seite erreichen. Auf diese Weise stellen die Federn dem Kontaktarm 110 stets ein Schließmoment bereit.
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Dies führt dazu, dass das Drehkontaktmodul 100 über eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Übergangsstrom verfügt. Bei Verwendung für nachgeordnete Leistungsschalter USCB kann der nachgeordnete Leistungsschalter USCB in der Situation einer niedrigen Überstromstufe öffnen und erneut schließen, wodurch dem vorgeordneten Leistungsschalter Gelegenheit gegeben wird, auf die Störung zu reagieren und im weiteren den Bereich der Stromunterbrechung in maximalem Umfang zu verringern. Bei einer gemeinsamen Verwendung mit einem Elektromotor oder einem Transformator oder ähnlichen Lasten mit momentanen Spitzenströmen kann vermieden werden, dass in einer Situation mit momentanem Spitzenstrom der Stromkreis unterbrochen wird.
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Zustand (C) zeigt eine Zwischenstellung von geschlossener Stellung zu aufgestoßener Stellung. Beim Auftreten von noch schwererem Überstrom kann die elektrodynamische Abstoßung den Kontaktarm zur weiteren Öffnung veranlassen, so dass die Führungsstifte 116 und 117 mit der Verbindungslinie der Stifte 123 und 124 kollinear sind. In Mittelstellung ist das Moment der Feder auf den Kontaktarm 110 gleich Null. Auf dem Kontaktarm 110 gibt es lediglich ein durch elektrodynamische Abstoßung erzeugtes Kraftmoment. Nun ist die Wirkungslinie der Federkraft gleichzeitig über den ersten Verbindungsarm 131 mit der ersten Verbindungsstelle des ersten Rotorteils 121 verbunden, über den zweiten Verbindungsarm 132 mit der zweiten Verbindungsstelle des ersten Rotorteils 121 verbunden, über den dritten Verbindungsarm 133 mit der dritten Verbindungsstelle des zweiten Rotorteils 122 verbunden und über den vierten Verbindungsarm 134 mit der vierten Verbindungsstelle des zweiten Rotorteils 122 verbunden. Zwischen der geschlossenen Stellung und der Mittelstellung veranlasst das von den Federn erzeugte Kraftmoment den Kontaktarm 110 zur Schließung, und zwischen der Mittelstellung und der aufgestoßenen Stellung veranlasst das von den Federn erzeugte Kraftmoment den Kontaktarm 110 zur Öffnung.
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Der Zustand (D) zeigt den in aufgestoßener Stellung befindlichen Kontaktarm 110. Nach dem Durchlaufen der Mittelstellung wird das von den Federn erzeugte Moment des Kontaktarms von einem Schließmoment in ein Öffnungsmoment umgewandelt, veranlasst den Kontaktarm 110, sich schnell vom Festkontakt 223 und vom Festkontakt 224 zu entfernen, und macht es ihm unmöglich, automatisch in die geschlossene Stellung zurückzukehren. Die Begrenzungsoberfläche 126 dient dazu, in aufgestoßener Stellung den Drehwinkel des Kontaktarms 110 einzuschränken.
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Nun haben die Führungsstifte 116 und 117 bereits die Verbindungslinie von Stift 123 und Stift 124 überschritten und befinden sich auf der anderen Seite der Verbindungslinie von Stift 123 und Stift 124. Entsprechend ist die Richtung des Kraftmoments der Federn auf den Kontaktarm 110 entgegengesetzt zur Richtung in den Zuständen (A) und (B), das heißt, in gleicher Richtung mit der elektrodynamischen Abstoßung. Dadurch wird der Kontaktarm 110 gezwungen, zuverlässig in aufgestoßener Stellung zu verriegeln, und vermieden, dass die Schaltkontakte und Festkontakte erneut schließen, es sei denn, durch den Bedienmechanismus des Leistungsschalters erfolgt eine Rücksetzung.
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Zustand (E) zeigt den in zurückgesetztem Zustand befindlichen Kontaktarm 110. Durch den mit der Bohrung 128 verbundenen Bedienmechanismus erfolgt die Drehung des Rotors 120. Die Stifte 123 und 124 drehen sich mit dem Rotor 120 zusammen, so dass die Stifte 123 und 124 die Verbindungslinie der Führungsstifte 116 und 117 überschreiten. Dies führt dazu, dass das von den Federn erzeugte Kraftmoment des Kontaktarms die Richtung umkehrt, das heißt, sich erneut in ein Schließmoment umwandelt, wodurch der Kontaktarm 110 entriegelt wird. Im Prozess des Rücksetzens haben die Oberfläche 118 des Kontaktarms 110 und die Antriebsoberfläche 125 miteinander Kontakt, wodurch das Kontaktmodul 100 in die geöffnete Stellung zurückgesetzt wird.
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zeigt das Drehkontaktmodul 300 für einen Leistungsschalter mit einfachem Öffnungspunkt gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung. Der Unterschied zwischen dem Drehkontaktmodul 300 und dem Drehkontaktmodul 100 besteht darin, dass es sich bei dem Kontaktarm 310 und dem Rotor 320 des Drehkontaktmoduls 300 lediglich um eine Hälfte des Kontaktarms 110 und des Rotors 120 des Drehkontaktmoduls 100 handelt und die Seite ohne Schaltkontakte des Kontaktarms 310 über das Kabel 301 mit dem Leiter 222 elektrisch verbunden ist. Der Unterschied zwischen dem Drehkontaktmodul 300 und dem Drehkontaktmodul 100 besteht außerdem darin, dass das nicht mit dem Verbindungsarm 330 verbundene Ende der Feder 340 mit dem Rotor 320 verbunden ist.
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Obwohl vorstehend die Ausführungsformen dieser Erfindung dargestellt werden, besteht das Ziel der besagten Ausführungsformen nicht darin, alle möglichen Formen dieser Erfindung vorzustellen. Außerdem hat der Inhalt dieser Beschreibung beschreibenden Charakter, jedoch keinen einschränkenden Charakter. Technisches Personal aus diesem Gebiet kann am Inhalt dieser Beschreibung verschiedene Veränderungen und Modifizierungen vornehmen, ohne vom Hauptzweck und dem Umfang der Ansprüche abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7005594 B2 [0007]
- US 6084489 A [0008]
