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Schaltgeräte zum Schalten elektrischer Ströme umfassen typischerweise mindestens ein Kontaktsystem und weitere Gehäuseumbauten. Das Kontaktsystem bildet einen elektrischen Schalter und dient dem Schalten elektrischer Ströme. Eine Klasse von Schaltgeräten sind die sogenannten „Leistungsschalter“, die typischerweise Ströme von 100 A und mehr schalten können. Diese Leistungsschalter umfassen ein Gehäuse, in dem die einzelnen Phasen der Ströme geschaltet werden. Die einzelnen Phasen der Ströme können in Polkassetten untergebracht sein, die von einem eigenen Gehäuse eingefasst werden. In den Polkassetten sind Beweg- und Festkontakte untergebracht, die mechanisch getrennt beziehungsweise zusammengebracht werden können, zum Aus- beziehungsweise Einschalten der Ströme. Beim Trennen von Beweg- und Festkontakt einer Polkassette entsteht ein Lichtbogen, der typischerweise in einer sogenannten „Löschkammer“ gelöscht wird. Ebenfalls sind Leistungsschalter bekannt, die keine Polkassetten enthalten und die in ihrem Gehäuse Beweg- und Festkontakte unterbringen.
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In Leistungsschaltern ist zur Erzielung einer guten Strombegrenzung notwendig, eine hohe Bogenspannung schnell aufzubauen. Dies gelingt mit sogenannten „Doppelunterbrechern“, die die Schaltstrecke zweimal unterteilen und so im Kurzschlussfall zwei Lichtbögen gleichzeitig erzeugen. Die durch den Lichtbogen erzeugte Bogenspannung ist nun in der gleichen Zeiteinheit doppelt vorhanden, was die Strombegrenzung gegenüber einfach unterbrechenden Systemen verbessert. Typischerweise sind bei sogenannten „Doppelunterbrechern“ zwei elektrische Kontakte auf einer drehbar gelagerten Kontaktbrücke angeordnet, die die Bewegkontakte darstellen. Die beiden Bewegkontakte wirken mit zwei Festkontakten des elektrischen Schalters zusammen zum Schließen oder Öffnen des Stromkreises.
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In der
DE 692 09 972 T2 wird ein aus einpoligen Einheiten bestehender Schutzschalter beschrieben. Bei diesem Schutzschalter wird die Kontaktbrücke jeder Polkassette freihängend in einem Schaltwellenabschnitt montiert, und die starre mechanische Verbindung zwischen den einzelnen Schaltwellenabschnitten erfolgt durch zwei parallel zur Schaltwelle sowie in Bezug zu deren Drehachse exzentrisch angeordneten Stangen. Dieser Aufbau gewährleistet das Aufbringen der Kontaktkraft, das dynamische Kontakt-Öffnen im Kurzschluss des elektrischen Schalters und die Ankopplung an einen Schaltmechanismus zum Öffnen und Schließen des elektrischen Schalters mit einer Handhabe.
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In der
DE 693 04 374 T2 wird ein Schutzschalter mit Pressformgehäuse mit Verzögerung am Bewegungsende der Kontaktbrückenabstoßung offenbart. Die Kontaktbrücke wird im Rotorgehäuse ohne Achse gelagert. Dazu umfasst die Kontaktbrücke Zugfedern, die dazu dienen, in der Einschaltstellung des Leistungsschalters einen von der Kontaktbrücke auf die feststehenden Kontakte ausgeübten Kraftdruck zu gewährleisten und gleichzeitig eine Drehung der Kontaktbrücke unter Einwirkung der elektrodynamischen Kräfte in Richtung der Abstoß-Ausschaltstellung zu ermöglichen.
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Doppeltunterbrechende Kontaktsysteme mit rotatorischem Aufbau sind sehr häufig anfällig gegen Unsymmetrien. Die Unsymmetrien können begründet sein in der Toleranzlage der Bauteile beziehungsweise im unsymmetrischen Abbrand während des Betriebs. Beispielsweise können die Kontaktstücke der Kontaktbrücke unsymmetrisch abbrennen. Diese Unsymmetrien führen zu ungleichen Kontaktkräften und Kontaktwiderständen an den Kontaktstellen. Bisher bekannte Lösungsmöglichkeiten zur Vermeidung dieser Unsymmetrien sehen eine Ausgleichsmöglichkeit durch die bewegliche Kontaktbrücke als auch durch eine schwimmende Anordnung der Schaltwelle beziehungsweise des Rotors in der Polkassette vor.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für einen elektrischen Schalter zur Verfügung zu stellen mit einer alternativen Lösung zur Kompensation von Unsymmetrien seiner Kontaktbrücke.
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Die Aufgabe wird gelöst gemäß Anspruch 1. Der Rotor für einen elektrischen Schalter umfasst ein Rotorgehäuse und eine drehbar gelagerte Kontaktbrücke, welche zwei bewegliche Kontakte umfasst, wobei durch Drehung des Rotors die zwei beweglichen Kontakte mit zwei feststehenden Kontakten eines elektrischen Schalters zusammenwirken können zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises. Die drehbar gelagerte Kontaktbrücke ist im Rotorgehäuse in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Kontaktbrücke in ihrer Schließ-Stellung beweglich gelagert. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Kontaktkräfte besser als bei herkömmlichen Lösungen ausbalanciert sind, dies auch bei großen Unsymmetrien durch Toleranzen und Abbrand. Es werden unsymmetrische Kontaktwiderstände reduziert, und es wird sichergestellt, dass es zu einem gleichen Abbrand auf der Last- wie auf der Anschlussseite des elektrischen Schalters kommt.
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In einer Ausgestaltung ist die drehbar gelagerte Kontaktbrücke im Rotorgehäuse in einer Richtung senkrecht zur Drehachse der Kontaktbrücke beweglich gelagert ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Rotor für einen elektrischen Schalter des Weiteren eine erste Platte im Innern des Rotors, welche im Wesentlichen parallel zur Kontaktbrücke angeordnet ist, zwei Paare an ersten und zweiten Federstiften und zwei Paare an ersten und zweiten Federn. Die ersten Enden der jeweiligen Federpaare sind an den ersten Federstiften befestigt und die ersten Federstifte liegen auf der Kontaktbrücke und der ersten Platte auf, die zweiten Enden der jeweiligen Federpaare sind an den zweiten Federstiften befestigt sowie die zweiten Federstifte an der ersten Platte, so dass in der Schließ-Stellung des Rotors ein minimaler Kontaktdruck der beweglichen Kontakte der Kontaktbrücke auf die feststehenden Kontakte gewährleistet ist, wobei die zweiten Federstifte beweglich im Rotor gelagert sind.
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In einer Ausgestaltung umfasst der Rotor für einen elektrischen Schalter des Weiteren eine zweite Platte im Innern des Rotorgehäuses, welche im Wesentlichen parallel zur Kontaktbrücke und zur ersten Platte angeordnet ist, wobei die ersten Federstifte auf der Kontaktbrücke und der ersten und zweiten Platte aufliegen, und wobei die zweiten Enden der jeweiligen Federpaare an den zweiten Federstiften befestigt sind sowie die zweiten Federstifte an der ersten und zweiten Platte.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die zwei Paare an ersten und zweiten Federn als Zugfedern ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Platten und die Kontaktbrücke eine Mittelaussparung auf, durch die ein Führungsstift geführt ist, der als Drehachse des Rotors wirkt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wirkt der Führungsstift als Drehachse des Rotors und umfasst einen ersten Rotorstift, einen zweiten Rotorstift und eine Zentrierfeder.
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Der erste Rotorstift und der zweite Rotorstift können mit dem Rotorgehäuse verbunden sein und die Zentrierfeder kann zwischen den beiden Rotorstiften verlaufen. Die Kontaktbrücke kann von der Zentrierfeder gehalten werden. Die Zentrierfeder kann als Zugfeder mit gewickeltem Federkörper ohne Federösen ausgebildet sein.
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In einer Ausgestaltung ist die Federkonstante der Zentrierfeder so ausgelegt, dass sie die Masse der Kontaktbrücke abstützen kann zur Zentrierung der Kontaktbrücke im Rotorgehäuse. Die Federkonstante der Zentrierfeder kann so ausgelegt sein, dass die Zentrierfeder einem Asymmetrieausgleich der Kontaktbrücke keine hohe Kraft entgegensetzt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Rotorstift und der zweite Rotorstift über ein festes Mittelteil miteinander verbunden.
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Der Durchmesser der Zentrierfeder kann so groß im Vergleich zum Durchmesser des festen Mittelteils ausgebildet sein, dass die von der Zentrierfeder gehaltene Kontaktbrücke einen Asymmetrieausgleich der Kontaktbrücke bewerkstelligen kann bis zu einem Anschlag der Zentrierfeder am Mittelteil.
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In einer Ausgestaltung Rotor sind der erste Rotorstift, der zweite Rotorstift und das feste Mittelteil einstückig ausgebildet.
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Der erfinderische Rotor kann Teil eines elektrischen Schalters sein, der zusätzlich zwei feststehende Kontakte umfasst, wobei der Rotor mit den zwei feststehenden Kontakten zusammenwirkt zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben.
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1A, 1B, 1C Rotorgehäuse, Kontaktbrücke und schwimmend gelagerte Kontaktbrücke;
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2 Rotor mit Kontaktbrücke, zwei Platten, zwei Paaren an ersten und zweiten Federstiften und zwei Paaren an ersten und zweiten Federn;
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3 Rotor gemäß 1 in einer seitlichen Darstellung;
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4 Rotor gemäß 1 in einer ersten Darstellung;
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5 Rotor gemäß 1 in einer zweiten Darstellung;
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6 Rotor gemäß 1 in einer dritten Darstellung;
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7 Kraft-Erosions-Diagramm eines erfindungsgemäßen Rotors;
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8A, 8B Rotorgehäuse, Kontaktbrücke und Führungsstift aus erstem und zweitem Rotorstift sowie Zentrierfeder und einstückig ausgebildeter Zentrierstift;
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9A, 9B Seitliche Ansicht eines Rotorgehäuses, einer Kontaktbrücke und eines Führungsstifts aus erstem und zweitem Rotorstift sowie einer Zentrierfeder und einstückig ausgebildeter Zentrierstift; und
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10 Kontaktbrücke.
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In den 1A, 1B und 1C ist ein Rotorgehäuse 110 für einen elektrischen Schalter und eine drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200, welche zwei bewegliche Kontakte 210, 220 umfasst, dargestellt. Durch Drehung des Rotors beziehungsweise des Rotorgehäuses 110 können die zwei beweglichen Kontakte 210, 220 mit zwei feststehenden Kontakten eines elektrischen Schalters zusammenwirken zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises. Die drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200 ist im Rotorgehäuse 110 in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Kontaktbrücke 200 in ihrer Schließ-Stellung beweglich gelagert. Entsprechend der 1C bedeutet dies, dass die drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200 in Richtung des Pfeils bewegbar im Rotorgehäuse 110 angeordnet ist.
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Die drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200 kann in einer Aufhängung 300 gelagert sein, welche wiederum beweglich im Rotorgehäuse 110 gelagert ist.
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Die drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200 ist ebenso im Rotorgehäuse 110 in einer Richtung senkrecht zur Drehachse der Kontaktbrücke 200 beweglich gelagert.
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In 2 ist ein Rotor 100 für einen elektrischen Schalter dargestellt. Der Rotor 100 umfasst ein Rotorgehäuse 110 und eine drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200. Auf der Kontaktbrücke 200 sind zwei bewegliche Kontakte 210, 220 angebracht. Durch Drehung des Rotors 100 können die zwei beweglichen Kontakte 210, 220 mit zwei feststehenden Kontakten 2100, 2200 eines elektrischen Schalters zusammenwirken zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises.
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Der Rotor 100 umfasst des Weiteren eine erste und eine zweite Platte 310, 320, die sich im Innern des Rotors 100 befinden und die im Wesentlichen parallel zur Kontaktbrücke 200 angeordnet sind. Zwischen diesen zwei Platten 310, 320 ist die drehbar gelagerte Kontaktbrücke 200 angeordnet. Im Weiteren wird der Aufhängungsmechanismus der Kontaktbrücke 200 im Rotor 100 näher erläutert.
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Der Rotor 100 umfasst dazu zwei Paare an ersten und zweiten Federstiften 610, 710; 620, 720 und zwei Paare an ersten und zweiten Federn 410, 420; 510, 520. Die ersten Enden der jeweiligen Federpaare 410, 420; 510, 520 sind an den ersten Federstiften 610, 710 befestigt. Diese ersten Federstifte 610, 710 liegen auf der Kontaktbrücke 200 und ebenso auf den ersten und zweiten Platten 310, 320 auf. Die zweiten Enden der jeweiligen Federpaare 410, 420; 510, 520 sind an den zweiten Federstiften 620, 720 befestigt. Diese wiederum sind an den Platten 310, 320 befestigt, so dass in der Schließ-Stellung des Rotors 100 ein minimaler Kontaktdruck der beweglichen Kontakte 210, 220 der Kontaktbrücke 200 auf die feststehenden Kontakte 2100, 2200 gewährleistet ist.
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Die drehbare gelagerte Kontaktbrücke 200 wird durch den Zug der ersten und zweiten Federpaare 410, 420; 520, 520 auf die ersten Federstifte 610, 710 entsprechend der Darstellung in 2 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Somit wird beispielsweise der bewegliche Kontakt 220 nach unten und der bewegliche Kontakt 210 nach oben entsprechend der Darstellung der 2 bewegt und dadurch ein minimaler Kontaktdruck auf die feststehenden Kontakte gewährleistet.
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Die zweiten Federstifte 620, 720, die an den ersten und zweiten Platten 310, 320 befestigt sind, sind im Rotor 100 beweglich gelagert.
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In 3 ist die bewegliche Lagerung der zweiten Federstifte 620, 720 näher erläutert. Die zweiten Federstifte 620, 720 sind jeweils in einer Einkerbung 150 des Rotors 100 gelagert. Zusammen mit der Lagerung der Kontaktbrücke 200 im elektrischen Schalter durch den Führungsstift 800, der durch eine Mittelaussparung 350 der zwei ersten und zweiten Platten 310, 320 und der Kontaktbrücke 200 geführt ist, ermöglichen die Einkerbungen 150, dass die Kontaktbrücke 200 in der Schließ-Stellung senkrecht zu dieser Richtung beweglich ist. Entsprechend der Darstellung der 3 bedeutet dies, dass sich die Kontaktbrücke 200 mit den beweglichen Kontakten 210, 220 nach oben und unten bewegen kann und dadurch Toleranzen – beispielsweise in den Kontaktstücken der Kontaktbrücke 200 – ausgeglichen werden können.
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Die Mittelaussparung 350 ist als Langloch ausgebildet, welches sich entlang einer Richtung senkrecht zur Richtung der Kontaktbrücke 200 in der Schließ-Stellung ausgebildet ist.
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In der 4 ist der Rotor 100 mit der Kontaktbrücke 200 und den ersten und zweiten Federstiften 610, 710; 620, 720 dargestellt. 5 zeigt den Rotor 100 in einer anderen Schnittdarstellung als 2, 3 oder 4.
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6 zeigt ein weiteres Mal den Rotor 100 mit der Einkerbung 150 im Rotor, die es ermöglicht, dass die Kontaktbrücke 200 zusammen mit den beiden Platten 310, 320 beweglich im Rotor 100 gelagert sind. Die zweiten Federstifte 620, 720 sind somit schwimmend im Rotor 100 gelagert. Dadurch wiederum sind ebenfalls die zwei Platten 310, 320 schwimmend im Rotor 100 gelagert.
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Die zwei Paare an ersten und zweiten Federn 410, 420; 510, 520 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Zugfedern ausgebildet. Die Paare an ersten und zweiten Federn 410, 420; 510, 520 verlaufen von den ersten Federstiften 610, 710 zu den zweiten Federstiften 620, 720 parallel zu den zwei Platten 310, 320. Entsprechend der dargestellten Ausführung verlaufen die ersten und zweiten Federn 410, 420; 510, 520 außerhalb der zwei Platten 310, 320.
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In 7 ist ein Kraft-Erosions-Diagramm dargestellt. Dadurch, dass die schwimmend gelagerten zweiten Federstifte 620, 720 eine Bewegung der drehbar gelagerten Kontaktbrücke 200 ermöglichen, stellt sich unabhängig vom Erosionsgrad der Kontaktstücke eine gleiche Kontaktkraft an beiden beweglichen Kontakten 210, 220 ein.
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In 8A sind die ersten und zweiten Platten 310, 320 dargestellt sowie der Führungsstift 800, der einen ersten Rotorstift 810, einen zweiten Rotorstift 820 und eine Zentrierfeder 850 umfasst. Die Zentrierfeder 850 ist durch die Mittelaussparung 350 der Kontaktbrücke 200 geführt und hält die Kontaktbrücke 200. Entsprechend der Darstellung der 8A ist der erste Rotorstift 810 im linken Teil des Rotorgehäuses 110 gehalten und der zweite Rotorstift 820 im rechten Teil des Rotorgehäuses 110.
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Die Zentrierfeder 850 verläuft zwischen den beiden Rotorstiften 810; 820. Sie ist als Zugfeder mit gewickeltem Federkörper ohne Federösen ausgebildet. Andere Ausbildungen, beispielsweise mit einem flexiblen, federnden Kunststoff, können ebenfalls verwendet werden, die Flexibilität des Federkörpers in Richtung nach oben/unten entsprechend der Darstellung in den 8A und 8B zur Anpassung der Lagerung und zur Zentrierung der Kontaktbrücke 200 soll von der Zentrierfeder 850 geleistet werden.
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Die Federkonstante der Zentrierfeder 850 sollte so ausgelegt sein, dass die Zentrierfeder 850 die Masse der Kontaktbrücke 200 abstützen kann zur Zentrierung der Kontaktbrücke im Rotorgehäuse 110. Bei der Auslegung der Federkonstante sollte somit ein Durchhängen der Zentrierfeder 850 auf Grund des Gewichts der Kontaktbrücke 200 mit den entsprechenden Anbauten wie den beiden Platten 310; 320 und den Federpaaren 410, 420; 510, 520 vermieden werden.
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Ebenso sollte die Federkonstante der Zentrierfeder 850 so ausgelegt sein, dass die Zentrierfeder 850 einem Asymmetrieausgleich der Kontaktbrücke 200 keine hohe Kraft entgegensetzt. Die Zentrierfeder 850 soll daher nicht zu starr sein.
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In der 8B ist eine alternative Ausgestaltung dargestellt, bei der der erste Rotorstift 810 und der zweite Rotorstift 820 über ein festes Mittelteil 815 miteinander verbunden sind. Der erste Rotorstift 810, der zweite Rotorstift 820 und das feste Mittelteil 815 sind dabei einstückig ausgebildet.
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Der Durchmesser der Zentrierfeder 850 ist so groß im Vergleich zum Durchmesser des festen Mittelteils 815 ausgebildet, dass die von der Zentrierfeder 850 gehaltene Kontaktbrücke 200 einen Asymmetrieausgleich der Kontaktbrücke 200 bewerkstelligen kann bis zu einem Anschlag der Zentrierfeder 850 am Mittelteil 815. Der Spalt zwischen Zentrierfeder 850 und dem Mittelteil 815 kann in seiner Größe so angepasst werden, dass genügend Weg für den Asymmetrieausgleich zur Verfügung steht, aber bei Erreichen des Mittelteils 815 durch die Zentrierfeder 850 ein Anschlag entsteht.
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In den 9A und 9B sind die beiden Ausführungsformen weiter dargestellt in einer seitlichen Ansicht. In 9A ist der Führungsstift 800 bestehend aus einem ersten Rotorstift 810, einem zweiten Rotorstift 820 und einer Zentrierfeder 850 dargestellt. 9B zeigt die seitliche Ansicht der alternativen Ausführung mit einem einstückigen Führungsstift. Die Kontaktbrücke 200 gleicht in beiden Ausführungsformen schwimmend Unsymmetrien des Aufbaus aus.
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In 10 ist der Rotor 100 mit einer ersten Platte 310, einer zweiten Platte 320, einer Kontaktbrücke 200 und einer Zentrierfeder 850 dargestellt. Die Kontaktbrücke 200 hat eine Mittelaussparung, in der der Führungsstift 800 eingesteckt ist. Erste und zweite Platte 310; 320 und Kontaktbrücke 200 sind drehbar um den Führungsstift 800 gelagert. Entsprechend der Darstellung in 10 ist vom Führungsstift 800 nur die Zentrierfeder 850 dargestellt.
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Der erfindungsgemäße Rotor 100 kann Teil eines elektrischen Schalters sein, wobei dieser zusätzlich zwei feststehende Kontakte 2100, 2200 umfasst. Der Rotor 100 mit den zwei beweglichen Kontakten 210, 220 kann mit den zwei feststehenden Kontakten 2100, 2200 zusammenwirken zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises.
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Bisher wird üblicherweise die Kontaktbrücke ortsfest im Rotor gelagert. Ein Ausgleich von unterschiedlichen Federlängen bei unterschiedlichen Toleranzen der Bauteile oder unterschiedlicher Hebelarme auf Grund eines unterschiedlichen Abbrands der Kontakte wird erfindungsgemäß durch eine schwimmende Lagerung der Platten 310; 320, die die Kontaktbrücke 200 tragen, ausgeglichen.
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Durch Einführung einer Zentrierfeder, die die Kontaktbrücke trägt, werden die seitlichen zur Kontaktbrücke angeordneten Platten miteinander verbunden. Damit wird ein stabiler innerer Rotor mit reduzierten Freiheitsgraden geschaffen. Die Kontaktbrücke dreht koaxial um die Zentrierfeder und wird zwangsläufig bei der Ausgleichsbewegung des Inneren Rotors mitbewegt. Ohne diese Kopplung fehlt die Zwangsläufigkeit und damit die Reproduzierbarkeit des Ausgleichsergebnisses. Das führt dazu, dass bei den schnellen Einschaltvorgängen eines Leistungsschalters, die Kontaktbrücke nicht die volle Ausgleichbewegung der Platten mitmachen kann und es somit systembedingt zu unsymmetrischen Kontaktkräften kommen kann, z.B. auf Grund von Reibung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69209972 T2 [0003]
- DE 69304374 T2 [0004]
