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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung, aufweisend ein Rotorgehäuse und eine Mehrzahl von in dem Rotorgehäuse angeordneten Kontaktbrücken, die um eine Drehachse drehbar gelagert und voneinander beabstandet sind und jeweils zwei Kontaktabschnitte aufweisen, wobei die Kontaktabschnitte durch Drehung des Rotors zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand und zum Schließen eines Stromkreises in einen geschlossenen Zustand bewegbar sind und im geschlossenen Zustand mit feststehenden Kontaktabschnitten einer elektromechanischen Schaltvorrichtung in Kontakt stehen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektromechanische Schaltvorrichtung mit einem solchen Rotor.
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Aus dem Stand der Technik sind elektromechanische Schaltvorrichtungen zum Schalten elektrischer Ströme bekannt. Eine Klasse von Schaltvorrichtungen sind die sogenannten Leistungsschalter. Diese Leistungsschalter umfassen ein Gehäuse, in dem die einzelnen Phasen der Ströme geschaltet werden. Die einzelnen Phasen können in Polkassetten untergebracht sein, die von einem Gehäuse eingefasst werden. In den Polkassetten sind bewegbare und feststehende Kontakte untergebracht, die zum Öffnen eines Stromkreises auseinandergebracht und zum Schließen des Stromkreises in Kontakt gebracht werden können. Beim Trennen von bewegbaren und feststehenden Kontakten einer Polkassette entsteht ein Lichtbogen, der typischerweise in einer sogenannten Löschkammer gelöscht wird. Ebenfalls sind Leistungsschalter bekannt, die keine Polkassetten enthalten und in ihrem Gehäuse bewegbare und feststehende Kontakte aufweisen.
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In Leistungsschaltern ist es zur Erzielung einer guten Strombegrenzung notwendig, schnell eine hohe Bogenspannung 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 diesen Mehrfachunterbrechern zwei elektrische Kontakte auf einer drehbar gelagerten Kontaktbrücke angeordnet, die die bewegbaren Kontakte darstellen. Die beiden bewegbaren Kontakte wirken zum Öffnen und Schließen des Stromkreises mit zwei feststehenden Kontakten der elektromechanischen Schaltvorrichtung zusammen.
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Aus der
DE 10 2013 208 373 A1 ist beispielsweise ein Rotor für einen elektrischen Schalter bekannt, umfassend 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 zum Schließen oder Öffnen eines Stromkreises zusammenwirken können, wobei die drehbar gelagerte Kontaktbrücke im Rotorgehäuse in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Kontaktbrücke in ihrer Schließstellung beweglich gelagert ist.
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Aus der
DE 2009 052 965 B3 ist eine elektromechanische Schaltvorrichtung für jeweils einen Pol eines Niederspannungsschaltgerätes bekannt, umfassend einen in einem Rotorgehäuse entgegen einer Federkraft beweglich gelagerten Drehkontakt, bestehend aus mindestens einem Drehkontaktkörper, der zwei Hebelarme mit je einem Hebelarmende ausbildet, an dessen gegenüberliegenden Hebelarmenden Kontaktstücke angeordnet sind, und jeweils mit dem Kontaktstück jedes Hebelarmes zusammenwirkende Festkontakte, wobei jeder Hebelarm von jeweils einer einen Federkörper aufweisenden Feder beaufschlagt ist, mit je einer Abstützung einer Feder einerends am Drehkontaktkörper und einer anderen Abstützung andernends am Rotorgehäuse, wobei die jeweilige Abstützung der Feder einerends an dem mindestens einen Drehkontaktkörper durch Angriff unmittelbar am Drehkontaktkörper erfolgt, und beide Federn ausschließlich auf einer Seite des Drehkontaktkörpers angeordnet sind.
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Bei elektromechanischen Schaltvorrichtungen gemäß der
DE 10 2013 208 373 A1 oder der
DE 2009 052 965 B3 mit rotatorischem Aufbau entstehen bei einem Übergang von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand, was beispielsweise durch einen Kurzschluss oder einen Überstrom ausgelöst werden kann, hohe Kräfte. Die bei diesem Übergang frei werdenden Kräfte werden insbesondere durch die Kontaktbrücken, welche die Öffnungskräfte in kinetische Energie bzw. Rotationsenergie der Kontaktbrücken umwandeln, und das Gehäuse einer elektromechanischen Schaltvorrichtung, absorbiert. Die Kontaktbrücken können beim Erreichen einer Endstellung an ein Gegenlager der elektromechanischen Schaltvorrichtung schlagen, wodurch sie beschädigt werden können. Dabei ist es ferner wichtig, dass die Kontaktbrücken solange in dem geöffneten Zustand gehalten werden, solange sie noch stromdurchflossen sind und die Lichtbögen noch nicht unterbrochen sind, oder bis die Kontaktbrücken durch einen Rastmechanismus beispielsweise in eine TRIP-Stellung gesetzt werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung sowie bei einer elektromechanischen Schaltvorrichtung mit einem Rotor zumindest teilweise zu vermeiden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung sowie eine elektromechanische Schaltvorrichtung mit einem Rotor zu schaffen, mittels welcher der Verschleiß der Bauteile beim Übergang von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand reduziert werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung sowie eine elektromechanische Schaltvorrichtung mit einem Rotor zu schaffen, mittels welcher die darin angeordneten Kontaktbrücken sicher in einem geöffneten Zustand gehalten werden können, solange Strom durch sie fließt.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung sowie eine elektromechanische Schaltvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Rotor beschrieben worden sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der elektromechanischen Schaltvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor für eine elektromechanische Schaltvorrichtung bereitgestellt, aufweisend ein Rotorgehäuse, eine Mehrzahl von in dem Rotorgehäuse gelagerten Kontaktbrücken, die um eine Drehachse drehbar angeordnet und voneinander beabstandet sind und jeweils zwei Kontaktabschnitte aufweisen, wobei die Kontaktabschnitte durch Drehung des Rotors zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand und zum Schließen eines Stromkreises in einen geschlossenen Zustand bewegbar sind und im geschlossenen Zustand mit feststehenden Kontaktabschnitten einer elektromechanischen Schaltvorrichtung in Kontakt stehen, wenigstens ein Zwischenelement, das zwischen den Kontaktbrücken angeordnet, um die Drehachse drehbar gelagert und in dem geschlossenen Zustand von den Kontaktbrücken beabstandet ist, eine Mehrzahl von Verbindungselementen, wobei die Verbindungselemente mit den Kontaktbrücken wirkverbunden sind, und wobei das Zwischenelement und die Kontaktbrücken derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass bei einem Übergang von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand die Kontaktbrücken derart relativ zu dem Zwischenelement bewegbar ist, dass zwischen den Kontaktbrücken und dem Zwischenelement ein mechanischer Kontakt herstellbar ist.
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Durch diese Merkmale wird ein Rotor geschaffen, bei welchem die Kontaktbrücken beim Übergang von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand wirksam vor einem zu harten Aufprallen an einem Gegenlager geschützt werden können. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass auf die von Strom durchflossenen Kontaktbrücken eine Lorentzkraft wirkt, die in Richtung der Drehachse zueinander wirkt. Das heißt, solange Strom durch die Kontaktbrücken fließt, wirkt eine Anziehungskraft zwischen den Kontaktbrücken. Bewegen sich nun beim Übergang von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand die Kontaktbrücken derart relativ zu dem Zwischenelement, dass zwischen den Kontaktbrücken und dem Zwischenelement ein mechanischer Kontakt hergestellt wird, wirkt zwischen dem Zwischenelement und den daran anliegenden Kontaktbrücken eine Bremskraft, welche die Kontaktbrücken in ihrer Öffnungsbewegung hemmt bzw. abbremst. Je nach Ausgestaltung und Anordnung des Zwischenelements und der Kontaktbrücken können die Kontaktbrücken derart abgebremst werden, dass die Kontaktbrücken nicht mehr am Gegenlager einer elektromechanischen Schaltvorrichtung aufprallen, sondern wenn überhaupt mit deutlich reduzierter kinetischer Energie darauf aufprallen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Kontaktbrücken sicher im geöffneten Zustand gehalten werden können, solange Strom durch sie fließt. Solange der Strom durch die Kontaktbrücken fließt, wirken die Lorentzkräfte und drücken die Kontaktbrücken mithin auf das Zwischenelement, wodurch die Kontaktbrücken an einem Zurückdrehen in den geschlossenen Zustand gehemmt werden. Das Zwischenelement ist dabei relativ zum Rotorgehäuse betrachtet im Wesentlichen unverdrehbar gelagert. Die Kontaktbrücken sind hingegen relativ zum Zwischenelement und somit auch relativ zum Rotorgehäuse verdrehbar bzw. bewegbar gelagert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Rotor zwei Kontaktbrücken auf, die parallel oder im Wesentlichen parallel und hierbei bevorzugt relativ zueinander drehbar gelagert sind. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf einen Rotor mit zwei Kontaktbrücken beschränkt. Es ist auch denkbar, dass in dem Rotor drei, vier oder mehr Kontaktbrücken bereitgestellt sind. Das heißt, es können bei einem vorteilhaften Rotor auch drei oder mehr in dem Rotorgehäuse um die Drehachse relativ zueinander drehbar gelagerte und voneinander beabstandete Kontaktbrücken mit jeweils zwei Kontaktabschnitten vorgesehen sein, wobei dann zwischen jeweils zwei Kontaktbrücken ein Zwischenelement angeordnet und um die Drehachse drehbar gelagert ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Rotor als Verbindungselemente zwei Federstifte auf. Bei drei oder mehr Kontaktbrücken können aber auch entsprechend mehr Verbindungselemente bereitgestellt werden. Die Verbindungselemente sind bevorzugt derart mit den Kontaktbrücken wirkverbunden, dass eine Mehrzahl von als Kopplungselemente ausgestalteten Federelemente bereitgestellt sind und die Kontaktbrücken erste Enden der Federelemente lagern und die als Federstifte ausgestalteten Verbindungselemente zweite Enden der Federelemente lagern, wobei das Zwischenelement die Federstifte lagert.
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Die elektromechanische Schaltvorrichtung ist bevorzugt als Leistungsschalter ausgebildet. Es sind jedoch auch andere elektromechanische Schaltvorrichtungen denkbar. Die beiden Kontaktbrücken sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und weisen jeweils zwei Kontaktabschnitte auf. Die Kontaktabschnitte weisen bevorzugt ein anderes Material als die restliche Kontaktbrücke auf. Das Zwischenelement ist parallel oder im Wesentlichen parallel zu den Kontaktbrücken zwischen diesen angeordnet und beispielsweise als Stanz- oder Pressteil bereitgestellt. Das Zwischenelement sowie die Kontaktbrücken sind drehbar um eine imaginäre Drehachse, beispielsweise an einem Lagerstift bzw. einer Lagerachse, im Rotorgehäuse angeordnet, wobei die imaginäre Drehachse nicht der Lagerstift bzw. die Lagerachse ist. Der Lagerstift bzw. die Lagerachse ist im Rotorgehäuse gelagert. Das Zwischenelement kann hierbei zwar um die Drehachse drehbar gelagert sein, ist relativ zur Lagerachse jedoch bevorzugt unbeweglich oder nur orthogonal zu dieser verschiebbar. Zur Beabstandung der beiden Kontaktbrücken voneinander können zusätzliche Distanzmittel zwischen den Kontaktbrücken angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils ein Distanzmittel an einer Kontaktbrücke befestigt sein, welches den Abstand zur anderen Kontaktbrücke entsprechend der Dicke des Zwischenelements, bevorzugt noch etwas weiter, hält. Die Kontaktbrücken sind derart im Rotor gelagert, dass im geschlossenen Zustand ein gewisser Kontaktdruck zwischen den beweglichen Kontaktabschnitten und feststehenden Kontaktabschnitten gewährleistet werden kann. Die beiden Kontaktbrücken sind bevorzugt derart voneinander beabstandet, dass sie über ihre gesamte Länge oder im Wesentlichen über ihre gesamte Länge derart parallel zueinander angeordnet sind, dass sie sich ggf. nur über das Distanzmittel berühren. In einer Ausgestaltung, in welcher das Distanzmittel kein Bestandteil der Kontaktbrücken ist, können sie auch derart beabstandet parallel zueinander angeordnet sein, dass sie an keiner Stelle in direktem mechanischen Kontakt stehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Kontaktabschnitte durch Drehung des Rotors zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand bewegbar. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kontaktabschnitte selbsttätig, beispielsweise durch Einwirken von elektrodynamischen Kräften und ohne Drehung des Rotors, in eine geöffnete Stellung gebracht werden können.
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Die Verbindungselemente sind bevorzugt als Drehteile ausgebildet. Das heißt, sie weisen grundsätzlich eine Zylinderform mit durchgehend gleichem Radius oder verschiedenen Radien auf. Die Verbindungselemente sind jedoch nicht darauf beschränkt. So sind beispielsweise auch quader- bzw. prismaförmige Verbindungselemente denkbar. Die Kopplungselemente zur Herstellung der Wirkverbindung sind bevorzugt als Schraubenfedern, insbesondere als Schraubenzugfedern ausgebildet. Die Kopplungselemente sind jedoch nicht darauf beschränkt. So sind beispielsweise auch Evolutfedern, Elastomerfedern oder Gasdruckfedern verwendbar. Auch nichtfedernde Kopplungselemente sind denkbar. Die Kopplungselemente können ein- oder mehrstückig ausgebildet sein.
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Zur Wirkverbindung zwischen den Kontaktbrücken und den Verbindungselementen sind erste Enden der Kopplungselemente, d.h., die einen Enden der Kopplungselemente an den Kontaktbrücken angeordnet und zweite Enden der Kopplungselemente, d.h., die anderen Enden der Kopplungselemente an den Verbindungselementen angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht darauf beschränkt, dass die ersten und/oder zweiten Enden von einstückigen Kopplungselementen an den Verbindungselementen befestigt sind. Die Kopplungselemente können beispielsweise auch mehrstückig aufgebaut sein.
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Der mechanische Kontakt zwischen dem Zwischenelement und den Kontaktbrücken kann auf verschiedenste Weisen hergestellt werden. Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist an den Kontaktbrücken in Richtung der Drehachse beispielsweise jeweils wenigstens ein Vorsprung ausgebildet, und die Vorsprünge sind derart angeordnet, dass sie bei dem Übergang von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand mit dem Zwischenelement in Kontakt, d.h., in mechanischen Kontakt bringbar sind. Hierzu sind die Vorsprünge insbesondere an den Innenseiten der Kontaktbrücken, d.h., an den jeweiligen Kontaktbrücken von dem Rotorgehäuse weg, angeordnet. Die Vorsprünge sind bevorzugt derart ausgebildet, dass sie die Kontaktbrücken in Richtung der Drehachse derart voneinander beabstanden, dass das dazwischen angeordnete Zwischenelement zumindest im geschlossenen Zustand nicht an den Seitenwänden der Kontaktbrücken anliegt. Dadurch ist es möglich, dass sich die Kontaktbrücken bei einem Übergang vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand zunächst reibungsfrei relativ zu dem Zwischenelement bewegen. Dadurch werden die Kontaktbrücken bei Kontaktierung des Zwischenelements und der Vorsprünge durch die auf die Kontaktbrücken wirkenden Lorentzkräfte nicht nur abgebremst, sondern das Zwischenelement bleibt auch zwischen den Kontaktbrücken eingeklemmt. Für ein besonders weiches Abbremsen ist es von Vorteil, wenn die Vorsprünge beispielsweise Tellerförmig ausgebildet sind bzw. im Querschnitt aufeinander zulaufende Kanten aufweist. Im Allgemeinen kann es vorteilhaft sein, wenn die jeweiligen Vorsprünge eine sich von der Kontaktbrücke weg verjüngende Form aufweisen. Für einen besonders wirkungsvollen Reibschluss zwischen den Vorsprüngen und dem Zwischenelement kann es weiter von Vorteil sein, wenn die Vorsprünge zumindest abschnittsweise eine gewisse Rauheit bzw. Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Die Rauheit bzw. der Reibungskoeffizient an den Vorsprüngen ist bevorzugt höher als die am Grundkörper der Kontaktbrücken.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Zwischenelement in seinem Randbereich einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist. Dadurch kann das Zwischenelement besonders weich zwischen die Vorsprünge gleiten bzw. dazwischen aufgenommen werden, wodurch wiederum eine besonders weiche Abbremsung der Kontaktbrücken realisierbar ist. Der sich verjüngende Abschnitt kann hierzu beispielsweise als spitz zulaufende Kante bzw. Stirnseite, als eine Stirnseite mit einem bestimmten Radius, oder eine Stirnseite mit einer parabelförmigen Abrundung ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der sich verjüngende Abschnitt bei einer Kontaktierung der Vorsprünge sich zumindest teilweise ebenenbündig an die Vorsprünge anlegt. Für einen besonders wirkungsvollen Reibschluss zwischen den Vorsprüngen und dem Zwischenelement kann es weiter von Vorteil sein, wenn das Zwischenelement in dem sich verjüngenden Abschnitt oder auf einem anderen Abschnitt seiner Oberfläche zumindest abschnittsweise eine entsprechende Rauheit bzw. Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die bevorzugt größer als die Rauheit am restlichen Zwischenelement ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der wenigstens eine Vorsprung einer Kontaktbrücke dem wenigstens einen Vorsprung einer anderen Kontaktbrücke gegenüber oder im Wesentlichen gegenüber angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn jede Kontaktbrücke jeweils zwei Vorsprünge aufweist, die den beiden Vorsprüngen einer anderen Kontaktbrücke gegenüber oder im Wesentlichen gegenüber angeordnet ist. Hierdurch kann eine besonders gleichmäßige Kraftübertragung auf das Zwischenelement realisiert werden.
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Darüber hinaus ist es in einer Weiterbildung vorteilhaft, wenn die Kontaktbrücken jeweils wenigstens einen Stecker aufweisen, der die jeweilige Kontaktbrücke in Richtung der Drehachse durchdringt, und der wenigstens eine Vorsprung Teil des Steckers ist. Dadurch kann ein besonders günstiger und effektiver Rastmechanismus geschaffen werden, bei welchem die Stecker mit den ggf. verschlissenen Vorsprüngen einfach ausgetauscht werden können. Diese Stecker können gleichzeitig als Haltevorrichtung für die Kopplungselemente, beispielsweise Federelemente, dienen. Die Stecker können beispielsweise Pilzförmig ausgebildet sein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorsprünge einen größeren Querschnitt als der restliche Teil des Steckers aufweisen. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass die jeweiligen Stecker und eine jeweilige Kontaktbrücke zusammen als eine Einheit, d.h., einstückig bzw. monolithisch, ausgebildet sind.
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Für eine stabile Lagerung der Kontaktbrücken im Rotorgehäuse ist es von Vorteil, wenn wenigstens eines der Verbindungselemente führbar in dem Rotorgehäuse gelagert ist. Das wenigstens eine der Verbindungselemente könnte hierzu beispielsweise in Langlöchern geführt werden, die im Rotorgehäuse ausgebildet sind. Durch die Lagerung des wenigstens einen der Verbindungselemente in dem Rotorgehäuse ist das Zwischenelement relativ zum Rotorgehäuse im Wesentlichen unverdrehbar, mit geringem Spiel durch beispielsweise die Langlöcher, angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektromechanische Schaltvorrichtung bereitgestellt, aufweisend den vorstehend dargestellten Rotor, mit wenigstens zwei feststehenden Kontakten, wobei die wenigstens zwei feststehenden Kontakte zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises durch Drehung des Rotors mit den Kontaktabschnitten der Kontaktbrücken in Kontakt bringbar sind. Diese elektromechanische Schaltvorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Rotor in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet ist, wodurch der Verschleiß der Bauteile beim Übergang von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand reduziert werden kann und die darin angeordneten Kontaktbrücken sicher in einem geöffneten Zustand gehalten werden können, solange Strom durch sie fließt.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Zusammenbaus in einem Rotorgehäuse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine Draufsicht eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4 eine Seitenansicht im Schnitt eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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5 eine Vorderansicht im Schnitt eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6 einen Zustand des erfindungsgemäßen Rotors in einem geschlossenen Zustand,
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7 einen vergrößerten Ausschnitt des Zustands des erfindungsgemäßen Rotors gemäß 6,
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8 einen Zustand des erfindungsgemäßen Rotors in einem geöffneten Zustand, und
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9 einen vergrößerten Ausschnitt des Zustands des erfindungsgemäßen Rotors gemäß 8.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 9 jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor 10 weist zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises in beispielsweise einem Niederspannungsschalter im Wesentlichen zwei parallel angeordnete Kontaktbrücken 70, 80 auf, durch welche eine Kontaktkraft beispielsweise dadurch erzeugt wird, dass als Zugfedern ausgelegte Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 auf der einen Seite auf die drehbar gelagerten Kontaktbrücken 70, 80 wirken, und auf der anderen Seite als Federstifte ausgebildete Verbindungselemente als Gegenlager für die Kontaktkraft fest oder geführt bzw. verschiebbar in einem Rotorgehäuse 12, angeordnete sind. Für eine optimale Ausbalancierung der Federkräfte bei unterschiedlichen Toleranzlagen und Verschleißzuständen kann dadurch eine sichere symmetrische Lagerung der Verbindungselemente erzielt werden.
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1 zeigt schematisch den inneren Aufbau des Rotors 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Für eine bessere Darstellung und Erläuterung von verdeckten Bauteilen des Rotors 10 ist in 1 kein Rotorgehäuse 12 dargestellt. Dieses ist beispielsweise mit Bezug auf 2 und 3 dargestellt.
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Der in 1 dargestellte Rotor 10 bzw. der innere Aufbau desselben weist zwei in dem Rotorgehäuse 12 aufnehmbare und um eine Drehachse 50 drehbar angeordnete bzw. gelagerte und voneinander beabstandete Kontaktbrücken 70, 80 auf. Die Kontaktbrücken weisen jeweils zwei Kontaktabschnitte 72, 73, 82, 83 auf, wobei die Kontaktabschnitte 72, 73, 82, 83 durch Drehung des Rotors 10 zum Öffnen eines Stromkreises in einen geöffneten Zustand und zum Schließen eines Stromkreises in einen geschlossenen Zustand bewegbar sind. Im geschlossenen Zustand stehen die Kontaktbrücken 70, 80 mit feststehenden Kontaktabschnitten einer elektromechanischen Schaltvorrichtung in Kontakt.
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Zwischen den beiden Kontaktbrücken 70, 80 ist ein Zwischenelement 40 angeordnet, das ebenfalls drehbar um die imaginäre Drehachse 50 und im Wesentlichen fest zu einer Lagerachse oder lediglich orthogonal zu dieser verschiebbar gelagert ist und an seiner Stirnseite einen sich verjüngenden Abschnitt 42 aufweist. Das Zwischenelement ist hierbei bevorzugt auf derselben Lagerachse wie die Kontaktbrücken 70, 80 gelagert. Der in 1 dargestellte Rotor 10 weist eine Mehrzahl von als Federstifte ausgebildeten Verbindungselementen 20, 24 und eine Mehrzahl von als Federelemente ausgebildeten Kopplungselementen 31, 32, 33, 34 auf, wobei die Kontaktbrücken 70, 80 erste Enden 35 der Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 lagern und die Verbindungselemente 20, 24 zweite Enden 36 der Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 lagern, und wobei das Zwischenelement 40 die Verbindungselemente 20, 24 lagert. Genauer gesagt lagern die Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform derart an Haltevorrichtungen 74, 75, 84, 85, dass sie von einem Grundkörper 71, 81 der Kontaktbrücken 70, 80 beabstandet sind. Die Haltevorrichtungen 74, 75, 84, 85 sind gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform Teil eines Steckers 76, 77, 86, 87, der Vorsprünge 78, 79, 88, 89 aufweist. Der Stecker kann beim Zusammenbau des Rotors 10 beispielsweise bis zum Anschlag an den Vorsprüngen 78, 79, 88, 89 durch dafür vorgesehene Löcher im Grundkörper 71, 81 der Kontaktbrücken 70, 80 geschoben, gedreht und/oder gepresst werden. Die Vorsprünge sind an den Innenseiten, d.h., an den vom Rotorgehäuse 12 abgewandten Seiten der Kontaktbrücken 70, 80 angeordnet. Die Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 umgreifen gemäß 1 die äußeren Bereiche der Verbindungselemente 20, 24 und der Haltevorrichtungen 74, 75, 84, 85 mittels hakenförmig ausgebildeten ersten und zweiten Enden 35, 36. Dadurch sind die Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 auf den Verbindungselementen 20, 24 und den Haltevorrichtungen 74, 75, 84, 85 gelagert.
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Die in 1 dargestellten Verbindungselemente 20, 24 weisen an ihren äußeren Bereichen zwei um die Verbindungselemente 20, 24 herum verlaufende Nuten auf, in welche die zweiten Enden 36 der Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 zur Befestigung bzw. Lagerung derselben an den Verbindungselementen 20, 24 eingreifen. Die Verbindungselemente 20, 24 sind gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ferner in einem Abschnitt, in welchem sie an dem Zwischenelement 40 angeordnet sind bzw. daran lagern, kugelförmig oder teilweise kugelförmig ausgebildet, wodurch die Verbindungselemente 20, 24 im Längsschnitt betrachtet eine konkave Kante bzw. Kurve aufweisen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Lagerachse, auf welcher die beiden Kontaktbrücken 70, 80 sowie das Zwischenelement 40 lagern. Die Lagerachse ist in der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Rotorgehäuse 12 gelagert. Die Drehachse 50 verläuft in Längsrichtung durch das geometrische Zentrum der Lagerachse.
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Bei einem Übergang vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand drehen sich die in 1 und 2 dargestellten Kontaktbrücken 70, 80 im Uhrzeigersinn, während das Rotorgehäuse 12 und das Zwischenelement 40 in ihrer Position oder im Wesentlichen in ihrer Position bleiben. Dadurch kann sich das Zwischenelement 40, insbesondere der sich verjüngende Abschnitt 42, zwischen die Vorsprünge 78, 79, 88, 89 schieben und die Kontaktbrücken 70, 80 können über die auf selbige wirkenden Lorentzkräfte FL abgebremst werden. Dieser Vorgang wird im weiteren Detail mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben.
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3 zeigt eine Draufsicht eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Genauer gesagt zeigt die in 3 dargestellte Draufsicht die Unterseite des in 1 oder 2 dargestellten Rotors 10. 4 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt eines Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher die Lage des Zwischenelement 40 zu den Verbindungselementen 20, 24 beispielsweise in einem geschlossenen Zustand detailliert dargestellt ist. 3 bis 5 zeigen insbesondere, wie, gemäß der ersten Ausführungsform, die Kontaktbrücken 70, 80 die ersten Enden 35 der Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 lagern und die Verbindungselemente 20, 24 die zweiten Enden 36 der Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 lagern, und wie das Zwischenelement 40 die Verbindungselemente 20, 24 lagert.
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6 und 7 zeigen den erfindungsgemäßen Rotor in einer geschlossenen Stellung. Wie insbesondere in der im Ausschnitt vergrößerten Darstellung in 6 zu erkennen ist, befindet sich das Zwischenelement 40 in diesem Zustand zwischen den Kontaktbrücken 70, 80 und beabstandet von den Vorsprüngen 78, 79, 88, 89. Obwohl es in 6 so ausschaut, als ob die Kontaktbrücken 70, 80 direkt an dem Zwischenelement 40 anliegen, ist es bevorzugt, dass zwischen den Kontaktbrücken 70, 80 und dem Zwischenelement ein gewisses Spiel bzw. ein bestimmter Abstand vorhanden ist, sodass sich die Grundkörper 71, 81 der Kontaktbrücken 70, 80 reibungsfrei oder im Wesentlichen reibungsfrei relativ zu dem Zwischenelement 40 bewegen bzw. drehen können.
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8 und 9 zeigen den erfindungsgemäßen Rotor in einem geöffneten Zustand, nach einem sogenannten „Blow-Out“, nach welchem jedoch noch Strom durch die Kontaktbrücken fließt, beispielsweise durch die beim Öffnen des Stromkreises entstehenden Lichtbögen. Die Kontaktbrücken 70, 80 werden hierbei um die Drehachse 50 gedreht, während das Rotorgehäuse 12 und das Zwischenelement 40 im Wesentlichen still stehen. Wie insbesondere in der im Ausschnitt vergrößerten Darstellung von 8 zu erkennen ist, befindet sich das Zwischenelement 40 bzw. der sich verjüngende Abschnitt 42 in diesem Zustand zwischen den Kontaktbrücken 70, 80 und in teilweise ebenenbündigem Kontakt mit den Vorsprüngen 78, 79, 88, 89. In diesem Zustand wirken nach wie vor die Lorentzkräfte FL auf die Kontaktbrücken 70, 80, wodurch zwischen den Vorsprüngen 78, 79, 88, 89 und dem Zwischenelement 40 ein Reibschluss entsteht, der die Kontaktbrücken bei ihrem Öffnungsvorgang abbremst, zum Stillstand bringt und anschließen in dieser Position hält, zumindest solange noch Strom durch die Kontaktbrücken 70, 80 fließt. Das Zwischenelement 40 bewegt bzw. drückt sich hierbei derart zwischen die Kontaktbrücken 70, 80 bzw. deren Vorsprünge 78, 79, 88, 89, dass sich die Kontaktbrücken 70, 80 in Richtung der Drehachse 50 voneinander beabstanden. Beispielsweise sind die Verbindungselemente 20, 24 mit den Kontaktbrücken gemäß 6 bis 9 derart wirkverbunden und das Zwischenelement 40 und die Kontaktbrücken 70, 80 derart ausgestaltet und angeordnet, dass bei einem Übergang von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand die Kontaktbrücken 70, 80 derart relativ zu dem Zwischenelement 40 bewegbar sind, dass zwischen den Kontaktbrücken 70, 80 und dem Zwischenelement 40 ein Kraftschluss herstellbar ist. Durch das Auseinanderdrücken der Kontaktbrücken 70, 80 gegen die Vorspannkraft der als Federelemente ausgebildeten Kopplungselemente 31, 32, 33, 34 sowie die Lorentzkräfte FL kann die gewünschte Bremswirkung erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 12
- Rotorgehäuse
- 20, 24
- Verbindungselemente
- 31, 32, 33, 34
- Kopplungselemente
- 40
- Zwischenelement
- 42
- verjüngter Abschnitt
- 50
- Drehachse
- 70, 80
- Kontaktbrücken
- 71, 81
- Grundkörper
- 72, 73, 82, 83
- Kontaktabschnitte
- 74, 75, 84, 85
- Haltevorrichtungen
- 76, 77, 86, 87
- Stecker
- 78, 79, 88, 89
- Vorsprünge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013208373 A1 [0004, 0006]
- DE 2009052965 B3 [0005, 0006]
