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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiger elektrischer Schalter ist aus der europäischen Offenlegungsschrift
EP 2 270 827 A1 bekannt. Dieser Schalter weist eine gasisolierte Röhre und ein in der Röhre angeordnetes, einen festen und einen beweglichen Kontakt umfassendes Kontaktsystem auf. Außerdem ist ein bewegliches Kontaktbetätigungselement vorhanden, das mechanisch und elektrisch mit dem beweglichen Kontakt in Verbindung steht, durch eine Öffnung in der Röhre aus dieser herausgeführt ist und entlang einer Betätigungsrichtung zwecks Öffnens und Schließens des Kontaktsystems verschiebbar ist. Der Schalter umfasst darüber hinaus eine entlang der Betätigungsrichtung verschiebbbare Kontaktandruckfeder, die mit dem beweglichen Kontaktbetätigungselement sowie einem externen Ansteuerelement in Verbindung steht und in einem ortsfesten, das bewegliche Kontaktbetätigungselement führenden Führungsteil des Schalters angeordnet ist. Im Falle eines Verschiebens des externen Ansteuerelements entlang der Betätigungsrichtung in Richtung des festen Kontakts werden die Kontaktandruckfeder, das bewegliche Kontaktbetätigungselement sowie der bewegliche Kontakt in Richtung des festen Kontakts bewegt, das Kontaktsystem geschlossen und die Kontaktandruckfeder unter Bereitstellung einer Kontaktanpresskraft komprimiert.
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Bei elektrischen Schaltern mit großen bzw. langen gasisolierten Röhren besteht das Problem, eine ausreichende Führung des aus der Röhre herausgeführten beweglichen Kontaktbetätigungselements zu gewährleisten. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Schalter anzugeben, bei dem das Problem einer zufriedenstellenden Führung des beweglichen Kontaktbetätigungselements konstruktiv einfach und mit geringen Kosten gelöst wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schalters sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kontaktandruckfeder in einem Federgehäuse angeordnet ist, das starr mit dem beweglichen Kontaktbetätigungselement verbunden ist und relativ zu dem ortsfesten Führungsteil verschiebbar ist, und außen an dem Federgehäuse mindestens ein Führungselement fest angebracht ist, das an dem ortsfesten Führungsteil anliegt und eine Führung des Federgehäuses sowie die Führung des beweglichen Kontaktbetätigungselements entlang der Betätigungsrichtung bewirkt.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters ist darin zu sehen, dass das Federgehäuse eine Doppelfunktion aufweist: Zum einen dient es zum Halten der Kontaktandruckfeder und zum anderen zur Führung des beweglichen Kontaktbetätigungselements. Die Führung des Kontaktbetätigungselements lässt sich durch das Einbeziehen des Federgehäuses ohne großen Aufwand und konstruktiv in einfacher Weise verbessern.
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Um eine besonders gute Führung des Kontaktbetätigungselements im Bereich des Federgehäuses zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zwei Führungselemente – entlang der Betätigungsrichtung gesehen beabstandet – an dem Federgehäuse angebracht sind und an dem Führungsteil anliegen.
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Mit Blick auf die Ausgestaltung des Federgehäuses wird es als vorteilhaft angesehen, wenn dieses ein topfförmiges Gehäuseteil und ein Deckelteil aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung des Federgehäuses ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest eines der Führungselemente an dem topfförmigen Gehäuseteil und/oder zumindest eines der Führungselemente an dem Deckelteil angebracht oder einteilig angeformt ist.
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Das externe Ansteuerelement kann beispielsweise in das Federgehäuse, insbesondere in das topfförmige Gehäuseteil, hineinragen, um mit der Kontaktandruckfeder zusammenzuwirken.
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Mit Blick auf eine optimale Führung des Kontaktbetätigungselements wird es darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn zwischen dem Federgehäuse und der Röhre – entlang der Betätigungsrichtung gesehen – ein weiteres Führungselement angeordnet ist, das eine Führung des beweglichen Kontaktbetätigungselements bewirkt.
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Bezüglich der Anordnung des weiteren Führungselements ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Federgehäuse und der Röhre an dem beweglichen Kontaktbetätigungselement eine Kontaktscheibe angebracht oder einteilig angeformt ist und das weitere Führungselement radial außen an der Kontaktscheibe angebracht ist.
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Vorzugsweise erfüllen die Kontaktscheibe und das weitere Führungselement eine Doppelfunktion, nämlich eine führende Funktion sowie eine elektrisch leitende Funktion; demgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktscheibe und das weitere Führungselement elektrisch leitfähig sind und einen Stromfluss von dem beweglichen Kontaktbetätigungselement durch die Kontaktscheibe und das weitere Führungselement hindurch zu dem Führungsteil – und umgekehrt – ermöglichen.
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Bezüglich der Ausgestaltung des Führungsteils wird es als vorteilhaft angesehen, wenn dieses hohlzylindrisch ist oder zumindest einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist.
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Vorzugsweise liegen das oder die an dem Federgehäuse angebrachten Führungselemente radial an einer Innenwand des hohlzylindrischen Führungsteils bzw. des hohlzylindrischen Abschnitts des Führungsteils an.
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Das oder die außen an dem Federgehäuse angebrachten Führungselemente werden vorzugsweise durch einen Führungsring gebildet. In entsprechender Weise ist es auch vorteilhaft, wenn das oder die weiteren Führungselemente, die im Bereich zwischen dem Federgehäuse und der Röhre angeordnet sind, durch Führungsringe gebildet sind.
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Mit Blick auf eine Führung des Kontaktbetätigungselements auch im Bereich der Röhre wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Röhre ein Lager aufweist oder an der Röhre ein Lager angebracht ist, das das bewegliche Kontaktbetätigungselement im Bereich der Austrittsstelle des beweglichen Kontaktbetätigungselements aus der Röhre entlang der Betätigungsrichtung führt.
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Bei der gasisolierten Röhre kann es sich beispielsweise um eine Vakuumröhre handeln; in diesem Fall handelt es sich bei dem Schalter vorzugsweise um einen Vakuumschalter.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:
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1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Schalter, bei dem ein Führungselement zum Führen eines beweglichen Kontaktbetätigungselements an einem Federgehäuse angebracht ist,
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Schalter, bei dem an einem Federgehäuse ein Führungselement angebracht ist,
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3 ein Ausführungsbeispiel für einen Schalter, bei dem zwei Führungselemente – entlang der Betätigungsrichtung des Schalters gesehen – beabstandet am Federgehäuse des Schalters angebracht sind und ein weiteres Führungselement räumlich zwischen dem Federgehäuse und einer Röhre des Schalters angebracht ist, und
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4 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Schalter mit zwei Führungselementen im Bereich des Federgehäuses, jedoch ohne weiteres Führungselement im Bereich zwischen Federgehäuse und Röhre.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt einen elektrischen Schalter 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Vakuumschalter handeln kann. Der Schalter 10 weist eine gasisolierte Röhre 20, beispielsweise in Form einer Vakuumröhre, auf, in der ein Kontaktsystem 30 mit einem festen bzw. feststehenden Kontakt 31 sowie einem gegenüber dem festen Kontakt 31 beweglichen Kontakt 32 angeordnet ist.
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Zum Bewegen des beweglichen Kontakts 32 entlang einer Betätigungsrichtung P relativ zu dem festen Kontakt 31 ist ein bewegliches Kontaktbetätigungselement 40 vorgesehen, das mit dem beweglichen Kontakt 32 in Verbindung steht und eine Bewegung des beweglichen Kontakts 32 entlang der Betätigungsrichtung P ermöglicht. Bei dem Ausführungsbeispiel sind der bewegliche Kontakt 32 und das bewegliche Kontaktbetätigungselement 40 durch separate, miteinander verbundene Elemente gebildet; alternativ können der bewegliche Kontakt 32 und das Kontaktbetätigungselement 40 auch einteilig ausgeführt bzw. durch ein einziges Bauteil gebildet sein.
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Das bewegliche Kontaktbetätigungselement 40 erstreckt sich durch eine Öffnung 21 in der gasisolierten Röhre 20 aus dieser heraus in ein ortsfestes Führungsteil 50 hinein. Das ortsfeste Führungsteil 50 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 durch einen hohlzylindrischen Körper bzw. durch ein Rohr gebildet.
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Wie sich in der 1 erkennen lässt, steht das bewegliche Kontaktbetätigungselement 40 mit einem Federgehäuse 60 in Verbindung, das ein- oder mehrteilig ausgeführt sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Federgehäuse 60 zweiteilig und wird durch ein topfförmiges Gehäuseteil 70 sowie ein auf bzw. in der Darstellung gemäß 1 unter dem topfförmigen Gehäuseteil 70 befindliches Deckelteil 80 gebildet. Das Deckelteil 80 ist mit einer Öffnung 81 versehen, durch die ein externes Ansteuerelement 90 in das Innere des Federgehäuses 60 hineinragt.
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Das externe Ansteuerelement 90 steht mit einem Federende 101 einer innerhalb des Federgehäuses 60 befindlichen Kontaktandruckfeder 100 in Verbindung, deren dem externen Ansteuerelement 90 abgewandtes Federende 102 sich auf dem Topfboden des topfförmigen Gehäuseteils 70 abstützt.
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Mit dem externen Ansteuerelement 90 kann das bewegliche Kontaktbetätigungselement 40 sowie damit einhergehend der bewegliche Kontakt 32 entlang der Betätigungsrichtung P bewegt werden, so dass das Kontaktsystem 30 geöffnet oder geschlossen werden kann. Die Kontaktandruckfeder 100 stellt dabei sicher, dass bei geschlossenem Kontaktsystem 30 eine ausreichende Andruckkraft zwischen dem festen Kontakt 31 und dem beweglichen Kontakt 32 gewährleistet wird; darüber hinaus stellt die Kontaktandruckfeder 100 sicher, dass beim Öffnen des Kontaktsystems 30 ein sogenannter Trennschlag erzeugt wird, mit dem eine eventuelle Verschweißung des Kontaktsystems 30 gelöst bzw. aufgebrochen wird.
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Mit dem externen Ansteuerelement 90 kann im Übrigen eine in den Figuren nicht dargestellte Schaltstange verbunden sein, beispielsweise über ein Drehgelenk, mit der das Ansteuerelement 90 zum Umschalten des Schalters 10 bewegt werden kann.
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Wie sich in der 1 erkennen lässt, ist an dem topfförmigen Gehäuseteil 70 ein Flanschabschnitt 71 einteilig angeformt, der sich radial nach außen in Richtung auf die Innenwand 51 des Führungsteils 50 erstreckt. Zwischen dem Flanschabschnitt 71 und der Innenwand 51 des Führungsteils 50 ist ein Führungselement 110 in Form eines Führungsrings vorgesehen; das Führungselement 110 liegt in einer radial außenliegenden ringförmigen Führungsnut bzw. Ringnut 71a des Flanschabschnitts 71 und wird mit diesem im Falle einer Bewegung des Federgehäuses 60 entlang der Betätigungsrichtung P relativ zu dem ortsfesten Führungsteil 50 verschoben. Die Funktion des Führungselements 110 besteht darin, eine Führung des beweglichen Kontaktbetätigungselements 40 und damit eine Führung des beweglichen Kontakts 32 während der Bewegung entlang der Betätigungsrichtung P zu gewährleisten.
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Um die Führung des beweglichen Kontaktbetätigungselements 40 noch weiter zu verbessern, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein weiteres Führungselement 200 vorgesehen, bei dem es sich ebenfalls um einen Führungsring handeln kann. Das weitere Führungselement 200 liegt radial außen in einer Ringnut 210a der Kontaktscheibe 210, die entweder einteilig an dem beweglichen Kontaktbetätigungselement 40 angeformt ist oder radial außen auf dem beweglichen Kontaktbetätigungselement 40 angebracht ist. Das weitere Führungselement 200 gewährleistet gemeinsam mit der Kontaktscheibe 210 somit eine weitere Führung des Kontaktbetätigungselements 40 während der Bewegung entlang der Betätigungsrichtung P innerhalb des Führungsteils 50.
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Neben der beschriebenen Führungsfunktion können das weitere Führungselement 200 und die Kontaktscheibe 210 eine elektrische Funktion aufweisen, wenn sie – was hier als vorteilhaft angesehen wird – elektrisch niederohmig bzw. stromleitend ausgeführt sind. Sind nämlich das weitere Führungselement 200 und die Kontaktscheibe 210 elektrisch leitfähig, so kann ein Stromfluss I entlang des mit dem Bezugszeichen I gekennzeichneten Doppelpfeils zwischen dem Führungsteil 50 und dem Kontaktbetätigungselement 40 stattfinden, wodurch in vorteilhafter Weise ein Stromfluss durch das Federgehäuse 60 vermieden wird. Mit anderen Worten wird der durch das Kontaktsystem 30 fließende Strom somit über das weitere Führungselement 200 und die Kontaktscheibe 210 an dem Federgehäuse 60 und der darin befindlichen Kontaktandruckfeder 100 vorbeigeleitet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird eine Führung des Kontaktbetätigungselements 40 innerhalb des Führungsteils 50 durch das Führungselement 110 und das weitere Führungselement 200 gewährleistet. Um darüber hinaus auch eine besonders gute Führung im Bereich der Öffnung 21 der Röhre 20 zu gewährleisten, ist im Bereich der Öffnung 21 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zusätzlich ein Lager 300 vorgesehen. Mit anderen Worten sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 also drei Führungselemente vorgesehen, nämlich das Führungselement 110 im Bereich des Federgehäuses 60, das weitere Führungselement 200 im Bereich zwischen dem Federgehäuse 60 und der Öffnung 21 sowie das Lager 300, das im Bereich der Öffnung 21 an der Röhre 20 angebracht bzw. in dieser ausgebildet ist.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Schalter 10, bei dem ein Führungselement 110 an einem zweiteiligen Federgehäuse 60 angebracht ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 das Führungselement 110 nicht am topfförmigen Gehäuseteil 70 bzw. am Flanschabschnitt 71 des topfförmigen Gehäuses 70 angebracht, sondern im Bereich des Deckelteils 80.
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Um ein Anbringen des Führungselements 110 am Deckelteil 80 zu ermöglichen oder zu vereinfachen, ist dieses in radialer Richtung bzw. senkrecht zur Betätigungsrichtung P größer ausgestaltet als das Deckelteil 80 gemäß 1. Die in der 2 gezeigte Ausgestaltung des Deckelteils 80 ermöglicht eine radial außenliegende Positionierung des Führungselements 110 zwischen dem Deckelteil 80 bzw. dem Federgehäuse 60 und dem Führungsteil 50, so dass das Führungselement 110 eine Führung des Kontaktbetätigungselements 40 gewährleisten kann, wie dies bereits im Zusammenhang mit der 1 beschrieben worden ist.
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Auch der Schalter 10 gemäß 2 ist mit einem weiteren Führungselement 200 im Bereich zwischen dem Federgehäuse 60 und der Öffnung 21 in der Vakuumröhre 20 sowie mit einem Lager 300 im Bereich der Öffnung 21 ausgestattet; bezüglich der Funktion des weiteren Führungselements 200 und des Lagers 300 sei auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit der 1 bezüglich der Führung des Kontaktbetätigungselements 40 verwiesen. Auch gelten die obigen Erläuterungen bezüglich der stromführenden Eigenschaften des Führungselements 200 und der Kontaktscheibe 210 auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 entsprechend, da das Führungselement 200 und die Kontaktscheibe 210 auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 vorzugsweise elektrisch leitend sind.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Schalter 10, bei dem an einem zweiteiligen Federgehäuse 60 nicht nur ein Führungselement 110 angeordnet ist, sondern zwei Führungselemente 110 und 110a. Die beiden Führungselemente 110 und 110a sind entlang der Betätigungsrichtung P gesehen zueinander beabstandet angeordnet, so dass die beiden Führungselemente 110 und 110a bereits selbst allein eine Führung des Kontaktbetätigungselements 40 für eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung P bereitstellen können.
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Wie sich in der 3 erkennen lässt, ist das Führungselement 110 vorzugsweise an einem Flanschabschnitt 71 des topfförmigen Gehäuseteils 70 angebracht, wie dies bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde; und das Führungselement 110a ist im Bereich des Deckelteils 80 angebracht, wie dies oben im Zusammenhang mit der 2 erläutert wurde.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 erfolgt eine Führung des Kontaktbetätigungselements 40 entlang der Betätigungsrichtung P also durch die beiden Führungselemente 110 und 110a, die am Federgehäuse 60 angebracht sind, das weitere Führungselement 200, das an der elektrisch leitfähigen Kontaktscheibe 210 angebracht ist, sowie das Lager 300 im Bereich der Öffnung 21 der Röhre 20.
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Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Schalter 10, bei dem zwei Führungselemente 110 und 110a am Federgehäuse 60 angebracht sind, wie dies auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 der Fall ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 fehlt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 das weitere Führungselement 200 sowie die Kontaktscheibe 210, so dass die Führung des Kontaktbetätigungselements 40 allein auf den beiden Führungselementen 110 und 110a sowie dem Lager 300 beruht.
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Da das weitere Führungselement 200 bzw. die Kontaktscheibe 210 (vgl. 1 bis 3) fehlen, ist ein Vorbeileiten des durch das Kontaktsystem 30 fließenden Stroms an dem Federgehäuse 60 nicht möglich, vielmehr muss der Strom durch das topfförmige Gehäuseteil 70, dem Flanschabschnitt 71 sowie das an dem Flanschabschnitt 71 befindliche Führungselement 110 hindurch zum Führungsteil 50 fließen. Bei der Ausgestaltung gemäß 4 ist es somit vorteilhaft, das topfförmige Gehäuseteil 70 sowie den Flanschabschnitt 71 sehr massiv bzw. dickwandig auszuführen, um einen möglichst geringen elektrischen Widerstand zwischen dem Führungsteil 50 und dem Kontaktbetätigungselement 40 zu gewährleisten.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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