DE102017104495A1

DE102017104495A1 - Kontaktstecker für einen Trennschalter

Info

Publication number: DE102017104495A1
Application number: DE102017104495.7A
Authority: DE
Inventors: Francesco Pisu; Johan Costyson
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-09-06
Also published as: CN208400723U; FR3063568A1

Abstract

Es wird ein Kontaktstecker (100) für einen Trennschalter angegeben. Der Kontaktstecker (100) umfasst ein Montageelement (10) mit einer im Wesentlichen quer zur Axialrichtung des Kontaktsteckers (100) ausgerichteten Montagefläche (15), einen Tulpenkontakt (20) mit einem Basisbereich (21) mit einer die Montagefläche (15) flächig kontaktierenden Basisfläche (25) und einem Schulterabschnitt (24), und mindestens einer sich von dem Basisbereich in der Axialrichtung des Kontaktsteckers (100) erstreckenden Kontaktzunge (22), und eine Spanneinrichtung (30) mit einem Anlageabschnitt (34) zum Ausüben einer Axial-Spannkraft auf den Schulterabschnitt (24), wobei die Axial-Spannkraft den Tulpenkontakt (20) mit seiner Basisfläche (25) gegen die Montagefläche (15) des Montageelements (10) presst, wobei der Anlageabschnitt (34) und/oder der Schulterabschnitt (24) einen durch die Axial-Spannkraft komprimierbaren Feder-Abschnitt (41, 42) aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Kontaktstecker für einen Trennschalter.
Hochspannungs-Schaltanlagen verfügen über Trennschalter mit Kontakten, welche zum Trennen einer elektrischen Verbindung dienen, wenn ein elektrischer Fehler wie z. B. ein Kurzschlussfehler oder ein Erdschlussfehler auftreten. Der Trennschalter öffnet die Kontakte mechanisch, d. h. entfernt diese voneinander. Dieses Öffnen erfolgt mit einer definierten Geschwindigkeit, und im geöffneten Zustand wird ein gewisser Abstand zwischen den Kontakten beibehalten. Das Schließen der Kontakte, nachdem der Fehler beseitigt wurde, erfolgt ebenfalls mit einer definierten Geschwindigkeit, um einen Abbrand der Kontakte durch eventuell entstehende Lichtbögen möglichst zu verringern.
Beim Schließen der Kontakte mit der definierten Geschwindigkeit trifft ein Kontaktelement auf der einen Seite des Trennschalters auf ein entsprechendes Gegenelement auf der anderen Seite des Trennschalters auf. Beispiele für solche Kontaktelemente sind Tulpenstecker, die auf einer ihrer Seiten einen Tulpenkontakt mit einer Mehrzahl von Kontaktzungen aufweisen. Ein stiftförmiges Gegenelement auf der anderen Seite trifft beim Schließen auf die Kontaktzunge(n) des Tulpenelements mit einer Auftreffkraft auf.
Der Tulpenkontakt wird mittels einer Spanneinrichtung an einem Montageelement gehalten, welche eine Spannkraft auf einen Schulterabschnitt in der Axialrichtung des Tulpenkontakts ausübt. Die beim Schließen entstehende Auftreffkraft wirkt der Spannkraft entgegen, was dazu führen kann, dass sich die Spannverbindung zwischen dem Schulterkontakt des Tulpenkontakts und dem Montageelement löst.
Ein Erhöhen der Spannkraft kann dazu führen, dass Teile der Spannverbindung plastisch verformt werden, was die Stabilität und Zuverlässigkeit abermals verschlechtert.
STAND DER TECHNIK
Die US 2007/0295693 A1 offenbart ein elektrisches Schaltgerät mit einer Isolierdüse zur Lichtbogenbeblasung, welche mit einem beweglichen Bauteil des Schaltgeräts mittels einer Klemmvorrichtung form- und kraftschlüssig verbunden ist. Die Klemmvorrichtung umfasst ein in axialer Richtung einfederbares Federelement. Das Federelement ist so angeordnet, dass es dann, wenn eine Auftreffkraft in Axialrichtung auf die Isolierdüse einwirkt, komprimiert wird und einfedert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt einen Kontaktstecker für einen Trennschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Ausführungsbeispiele sind in Unteransprüchen, Kombinationen von Unteransprüchen und in der Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.
Gemäß einem Aspekt umfasst der Kontaktstecker ein Montageelement mit einer im Wesentlichen quer zur Axialrichtung des Kontaktsteckers ausgerichteten Montagefläche, einen Tulpenkontakt sowie eine Spanneinrichtung. Der Tulpenkontakt umfasst einen Basisbereich mit einer die Montagefläche flächig kontaktierenden Basisfläche und einen Schulterabschnitt, sowie mindestens eine sich von dem Basisbereich in der Axialrichtung des Kontaktsteckers erstreckende Kontaktzunge. Die Spanneinrichtung umfasst einen Anlageabschnitt zum Ausüben einer Axial-Spannkraft auf den Schulterabschnitt, wobei die Axial-Spannkraft den Tulpenkontakt mit seiner Basisfläche gegen die Montagefläche des Montageelements presst. Der Anlageabschnitt und/oder der Schulterabschnitt umfasst bzw. umfassen einen durch die Axial-Spannkraft komprimierbaren Feder-Abschnitt.
Mit dem Feder-Abschnitt ist es möglich, die Axial-Spannkraft gegenüber den herkömmlichen Lösungen zu verringern, welche für die Spannverbindung benötigt wird, und zwar im Wesentlichen ohne die Stabilität oder die Zuverlässigkeit der Spannverbindung zu verschlechtern. Die Spannverbindung zeigt außerdem eine adäquate Steifigkeit beim Auftreffen eines Gegenelements auf den Tulpenkontakt bei einem Schließvorgang. Die Spannverbindung ermöglicht zudem eine angemessene Nachgiebigkeit oder Compliance, die sich ergibt, wenn die Axial-Spannkraft angelegt wird.
Weitere Aspekte und Merkmale ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Figurenliste
Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung von Teilen eines Kontaktsteckers gegenüber von einem Gegenelement zur Erläuterung von Ausführungsformen;
2 eine schematische Darstellung von Teilen eines herkömmlichen Kontaktsteckers;
3 eine schematische Darstellung von Teilen eines Kontaktsteckers gemäß einer Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung von Teilen eines Kontaktsteckers gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
5 eine schematische Darstellung von Teilen eines Kontaktsteckers gemäß einer weiteren Ausführungsform.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen näher erläutert. Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung eines oder mehrerer Beispiele von Ausführungsformen. Die Ausführungsformen sind miteinander beliebig kombinierbar, oder sie können angemessen verkürzt oder ausgelassen werden.
Teile eines Kontaktsteckers 100 sind in 1 schematisch in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt. Eine typische Lichtbogen-Kontaktkonfiguration weist einen Kontaktstecker 100 mit einer ersten Kontaktseite 101 und einer relativ dazu beweglichen zweiten Kontaktseite 102 auf.
In 1 befindet sich der Kontaktstecker in einer geöffneten Stellung. Auf der zweiten Kontaktseite 102 ist ein Steckkontakt in der Form eines stiftförmigen Elements 50 vorgesehen, welches bei einer Schließbewegung auf die Kontaktenden 23 einer Mehrzahl von Kontaktzungen 22 eines Tulpenkontakts 20 auf der ersten Kontaktseite 101 zubewegt wird.
Wenn das stiftförmige Element 50 auf die Kontaktenden 23 auftrifft, wirkt zunächst eine Auftreffkraft in der Axialrichtung, bevor die Kontaktzungen 22 elastisch aufbiegen und das stiftförmige Element 50 umschließen, um einen elektrischen Kontakt herzustellen.
2 zeigt schematisch eine Detailansicht einer herkömmlichen Spannverbindung zwischen einer Kontaktzunge 22 des Tulpenkontakts 20 und einem Montageelement 10. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein einzelner Tulpenkontakt 20 dargestellt; es versteht sich jedoch, dass an einem Kontaktstecker 100 gewöhnlich mehrere Tulpenkontakte 20 vorgesehen sind, welche beispielsweise kranzförmig um einen Aufnahmebereich für den Steckkontakt mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt angeordnet sind.
Das Montageelement 10 ist beispielsweise ein Montageflansch oder dergleichen und weist eine Montagefläche 15 auf, die im Wesentlichen quer oder senkrecht zur Axialrichtung des Kontaktsteckers 100 ausgerichtet ist und unter anderem die Axialkräfte aufnimmt, welche beim Auftreffen des stiftförmigen Elements 50 auf das Kontaktende 23 entstehen.
Der Tulpenkontakt 20 in 2 weist einen Basisbereich 21 auf, der seinerseits wiederum eine Basisfläche 25 aufweist, welche die Montagefläche 15 des Montageelements 10 flächig kontaktiert. Vom Basisbereich 21 aus erstreckt sich die Kontaktzunge 22 in der Axialrichtung des Kontaktsteckers 100.
Der Basisbereich 21 weist zudem einen Schulterabschnitt 24 oder Tulpenkragen 24 auf, welcher zum Beaufschlagen mit einer Axial-Spannkraft oder Axialspannung dient, wie später noch beschrieben. Als Schulterabschnitt 24 wird, wie hierin verwendet, ein Abschnitt verstanden, welcher eine Anpressmöglichkeit oder Klemmmöglichkeit bietet, um die Beaufschlagung mit der Axial-Spannkraft zu ermöglichen. Beispielsweise verläuft der Schulterabschnitt 24 quer zur Axialrichtung und ist als ein Vorsprung von der Kontaktzunge 21 in dem basisflächenseitigen Endbereich der Kontaktzunge 21 ausgebildet, welcher dem Kontaktende 23 der Kontaktzunge 21 entgegengesetzt ist.
Eine Spanneinrichtung 30 ist beispielsweise in Form eines Spannrings oder Halterings ausgebildet. Die Spanneinrichtung 30 umfasst typischerweise ein Innengewinde, welches an einem Außengewinde verschraubbar ist, das an dem Montageelement vorgesehen ist. Die Spanneinrichtung 30 in 2 weist einen Anlageabschnitt 34 auf, welcher ausgebildet ist zum Ausüben einer Axial-Spannkraft oder axialen Vorspannkraft auf den Schulterabschnitt 24 des Basisbereichs. Eine Axial-Spannkraft wirkt in der Axialrichtung des Kontaktsteckers 100 und presst oder drückt den Tulpenkontakt 20 mit seiner Basisfläche 25 gegen die Montagefläche 15 des Montageelements 10. Die Axial-Spannkraft kann typischerweise mittels der Gewindeverbindung innerhalb gewisser Grenzen eingestellt werden, indem das Anzugsmoment der Spanneinrichtung 30 variiert wird.
Der Tulpenkontakt 20 wird durch ein Einklemmen des Schulterabschnitts 24 zwischen der Montagefläche 15 des Montageelements 10 und dem Anlageabschnitt 34 der Spanneinrichtung 30 fixiert. Diese fixierende Verbindung ist bei dem Kontaktstecker 100 gemäß 2 typischerweise sehr steif.
Wenn der Trennschalter, der den Kontaktstecker 100 gemäß 1, 2 umfasst, die Kontaktseiten 101, 102 aufeinander zubewegt und den Kontakt schließt, erzeugt das stiftförmige Element 50 beim Auftreffen auf das Kontaktende 23 der Kontaktzunge 22 eine Axialkraft, die in die entgegengesetzte Richtung zu der Axial-Spannkraft wirkt.
Eine zu hohe Steifigkeit des Kontaktsteckers 100 gemäß 2 und/oder eine plastische Verformung der an der Verbindung beteiligten Elemente können dazu führen, dass sich die Verbindung lockert bzw. die Teile voneinander separiert werden.
Um bei dem Kontaktstecker 100 gemäß 2 einen mechanischen Kontakt zwischen den Teilen der Verbindung während des Auftreffens eines Gegenelements 50 auf die Kontaktzunge oder Kontaktzungen 22 zu erzielen, wird typischerweise die Axial-Spannkraft höher eingestellt als die Kraft, die durch das Auftreffen erzeugt wird, da die Verformung der beteiligten Elemente durch das Auftreffen gleich bleibt. Das Anzugsmoment kann jedoch durch die Bauteilgrößen und Bauteilmaterialien beschränkt sein, wodurch es sein kann, dass die Axial-Spannkraft der Auftreffkraft nicht ausreichend entgegenwirken kann.
3 zeigt schematisch Teile eines Kontaktsteckers 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In 3 weist der Anlageabschnitt 34 einen Feder-Abschnitt 41 auf. Alternativ kann auch der Schulterabschnitt 24 einen Feder-Abschnitt 42 aufweisen (wie in 4 sichtbar). Schließlich können, wie in der Ausführungsform gemäß 4 gezeigt, auch sowohl der Anlageabschnitt einen Feder-Abschnitt 41 aufweisen, als auch der Schulterabschnitt 24 einen Feder-Abschnitt 42 aufweisen. Die folgenden Ausführungen zu den Feder-Abschnitten 41, 42 betreffen jeweils, soweit nicht anders angegeben, alle Möglichkeiten von Feder-Abschnitten 41, 42, gleichgültig, ob sie an dem Anlageabschnitt 34, dem Schulterabschnitt 42 oder sowohl an dem Anlageabschnitt 34, als auch an dem Schulterabschnitt 42 vorgesehen sind.
Eine Kombination von Feder-Abschnitten 41, 42 sowohl an dem Anlageabschnitt 34, als auch an dem Schulterabschnitt 24 kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn bestehende Kontaktstecker 100 mit der hierin beschriebenen Lösung nachgerüstet werden sollen und beispielsweise Materialtoleranzen oder dergleichen ein Vorsehen eines wirksamen Feder-Abschnittes 41, 42 nur an einem von Anlageabschnitt 34 oder Schulterabschnitt 42 nicht zulassen. Auch wenn beispielsweise verschiedene Materialien für den Feder-Abschnitt 41 am Anlageabschnitt und für den Feder-Abschnitt 42 am Schulterabschnitt 24 zum Einsatz kommen, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, kann eine Kombination von Feder-Abschnitten 41, 42 wirksam sein.
Der Feder-Abschnitt 41, 42 ist durch die Axial-Spannkraft komprimierbar. Typischerweise wird der Feder-Abschnitt bei der Ausübung einer nominalen oder auslegungsgemäßen Axial-Spannkraft lediglich elastisch verformt, insbesondere nicht plastisch verformt. Typischerweise ist der Feder-Abschnitt 41,42 dazu ausgebildet, die Axial-Spannkraft zu modulieren oder eine angemessene Festigkeit der Verbindung auch beim Auftreten einer axialen Auftreffkraft zu gewährleisten.
Der Feder-Abschnitt 41, 42 federt beim Auftreten einer axialen Auftreffkraft aus, wird demnach also zumindest kurzzeitig entspannt, und gewährleistet so die Festigkeit der Verbindung.
Der Feder-Abschnitt 41, 42 ist beispielsweise dazu ausgebildet, einen Kontakt zwischen der Montagefläche 15 und der Basisfläche 25 zu gewährleisten, wenn eine axiale Auftreffkraft vorliegt. In Ausführungsbeispielen ist der Feder-Abschnitt 41, 42 so ausgebildet, dass die Axial-Spannkraft niedriger ist als die axiale Auftreffkraft. Mit anderen Worten: Mit Vorteil ist eine nominale oder auslegungsgemäße Axial-Spannkraft niedriger als eine nominale oder maximal zu erwartende Axialkraft beim Auftreffen eines Gegenelements 50 auf die Kontaktzunge oder Kontaktzungen 22 des Tulpenkontakts 20.
Durch die federnde Wirkung des Feder-Abschnitts 41, 42 ist es möglich, den Kontakt zwischen den beteiligten Komponenten der Verbindung selbst mit einer niedrigeren Axial-Spannkraft als die maximal zu erwartende Axial-Auftreffkraft aufrechterhalten werden. Dies kann dazu beitragen, dass sich die Verbindung nicht lockert. Außerdem erlaubt es die federnde Wirkung des Feder-Abschnitts 41, 42, dass sich die Kette der Nachgiebigkeiten (Compliances) der an der Verbindung beteiligten Komponenten selbsttätig an die Kontaktflächen anpasst.
Der Feder-Abschnitt 41, 42 weist in Ausführungsbeispielen mindestens eine Nut auf oder ist als mindestens eine Nut ausgebildet. Eine Nut ist beispielsweise ein Bereich, welcher zumindest bereichsweise abwechselnd in der Axialrichtung des Kontaktsteckers 100 und in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung des Kontaktsteckers 100 verläuft.
Typischerweise wird die Nut in den Anlageabschnitt 34 bzw. in den Schulterabschnitt 24 mittels einer maschinellen Bearbeitung eingefügt, beispielsweise eingefräst.
In einer Weiterbildung weist der Feder-Abschnitt 41, 42 eine Mehrzahl aus voneinander in der Axialrichtung beabstandeten Nuten auf. Die Mehrzahl von Nuten kann sich beim Beaufschlagen mit der Axial-Spannkraft elastisch verformen oder verbiegen, wodurch eine noch zuverlässige Verbindung erhalten werden kann.
Bei der in 5 schematisch dargestellten Ausführungsform liegen eine Kontaktfläche 45 des Feder-Abschnitts 41 am Anlageabschnitt 34 und eine Kontaktfläche 46 des Feder-Abschnitts 42 am Schulterabschnitt 42 bei Ausübung einer Axial-Spannkraft aneinander an. Die Kontaktflächen 45, 46 weisen jeweils eine zueinander korrespondierende Krümmung auf. Die Krümmungen verlaufen jeweils derart in die gleiche Richtung, dass die Kontaktflächen ineinander liegen.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

US 2007/0295693 A1 [0006]

Claims

Kontaktstecker (100) für einen Trennschalter, umfassend: ein Montageelement (10) mit einer im Wesentlichen quer zur Axialrichtung des Kontaktsteckers (100) ausgerichteten Montagefläche (15); einen Tulpenkontakt (20) mit einem Basisbereich (21) mit einer die Montagefläche (15) flächig kontaktierenden Basisfläche (25) und einem Schulterabschnitt (24), und mindestens einer sich von dem Basisbereich in der Axialrichtung des Kontaktsteckers (100) erstreckenden Kontaktzunge (22); eine Spanneinrichtung (30) mit einem Anlageabschnitt (34) zum Ausüben einer Axial-Spannkraft auf den Schulterabschnitt (24), wobei die Axial-Spannkraft den Tulpenkontakt (20) mit seiner Basisfläche (25) gegen die Montagefläche (15) des Montageelements (10) presst, wobei der Anlageabschnitt (34) und/oder der Schulterabschnitt (24) einen durch die Axial-Spannkraft komprimierbaren Feder-Abschnitt (41, 42) aufweist.
Kontaktstecker (100) nach Anspruch 1, wobei der Feder-Abschnitt (41, 42) mindestens eine Nut aufweist.
Kontaktstecker (100) nach Anspruch 2, wobei der Feder-Abschnitt (41, 42) eine Mehrzahl aus voneinander in der Axialrichtung beabstandeten Nuten aufweist.
Kontaktstecker (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Ausübung einer Axial-Spannkraft ein Feder-Abschnitt (41) am Anlageabschnitt (34) und ein Feder-Abschnitt (42) am Schulterabschnitt (24) an jeweiligen Kontaktflächen (45, 46) aneinander anliegen, wobei die Kontaktflächen (45, 46) jeweils eine zueinander korrespondierende Krümmung aufweisen.
Kontaktstecker (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feder-Abschnitt (41, 42) bei Ausübung einer nominalen Axial-Spannkraft elastisch verformt wird, insbesondere nicht plastisch verformt wird.
Kontaktstecker (100) nach Anspruch 5, wobei die nominale Axial-Spannkraft niedriger ist als eine nominale Axialkraft beim Auftreffen eines Gegenelements auf die Kontaktzunge (22) des Tulpenkontakts (20).