DE102017214607A1 - Bearing device for supporting a moving contact on an electrical component for a circuit breaker, circuit breaker and switchgear - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung (22) zum Lagern eines Bewegkontakts (16) an einem elektrischen Bauelement (12) für einen Leistungsschalter (10), mit wenigstens einem an dem Bauelement (12) befestigbaren Führungselement zum Führen des Bewegkontakts (16) bei dessen linearen Bewegungen relativ zum Bauelement (12), wobei das Führungselement als Membran (24) ausgebildet ist, welche als elektrischer Leiter ausgebildet und elektrisch mit dem Bewegkontakt (16) verbindbar ist und wenigstens zwei übereinander angeordnete Membranelemente (28) und wenigstens ein zwischen den Membranelementen (28) angeordnetes Abstandshalteelement (30) aufweist.The invention relates to a bearing device (22) for supporting a moving contact (16) on an electrical component (12) for a circuit breaker (10) with at least one guide element which can be fastened to the component (12) for guiding the moving contact (16) in its linear position Movements relative to the component (12), wherein the guide element is formed as a membrane (24) which is formed as an electrical conductor and electrically connectable to the moving contact (16) and at least two membrane elements (28) arranged one above the other and at least one between the membrane elements ( 28) arranged spacer element (30).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung zum Lagern eines Bewegkontakts an einem elektrischen Bauelement für einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13. Außerdem betrifft die Erfindung eine Schaltanlage.The invention relates to a bearing device for supporting a moving contact on an electrical component for a circuit breaker according to the preamble of claim 1 and a circuit breaker according to the preamble of claim 13. Furthermore, the invention relates to a switchgear.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Lagereinrichtungen zum Lagern von jeweiligen Bewegkontakten an jeweiligen elektrischen Bauelementen für jeweilige Leistungsschalter sowie Leistungsschalter mit jeweils wenigstens einen solchen Lagereinrichtung bereits hinlänglich bekannt. Der Leistungsschalter umfasst dabei beispielsweise das elektrische Bauelement sowie wenigstens einen an dem Bauelement festgelegten Festkontakt. Außerdem weist der Leistungsschalter üblicherweise den genannten Bewegkontakt auf, welcher üblicherweise auch als Bewegtkontakt oder Bewegungskontakt bezeichnet wird. Der Bewegkontakt ist dabei relativ zu dem Bauelement und relativ zu dem Festkontakt zwischen wenigstens einer Kontaktierungsstellung wenigstens einer auch als Unterbrechungsstellung bezeichneten Trennstellung linear beziehungsweise translatorisch bewegbar. In der Kontaktierungsstellung ist der Bewegkontakt mit dem Festkontakt elektrisch verbunden, indem beispielsweise der Bewegkontakt den Festkontakt berührt. In der Unterbrechungsstellung jedoch ist der Bewegkontakt elektrisch von dem Festkontakt getrennt.From the general state of the art, storage facilities for storing respective moving contacts on respective electrical components for respective circuit breakers and circuit breakers, each having at least one such storage facility, are already well known. The circuit breaker comprises, for example, the electrical component and at least one fixed contact fixed to the component. In addition, the circuit breaker usually has said moving contact, which is also commonly referred to as a moving contact or moving contact. The moving contact is relative to the component and relative to the fixed contact between at least one contacting position of at least one also called interruption position separating position linearly or translationally movable. In the contacting position of the moving contact with the fixed contact is electrically connected, for example, by the moving contact touches the fixed contact. In the interruption position, however, the moving contact is electrically disconnected from the fixed contact.
Der jeweilige Leistungsschalter umfasst ferner die jeweilige Lagereinrichtung, über welche der Bewegkontakt an dem elektrischen Bauelement linear bewegbar gelagert ist. Dabei weist die Lagereinrichtung wenigstens ein an dem Bauelement befestigtes Führungselement auf, mittels welchem der Bewegkontakt dann, wenn der Bewegkontakt relativ zu dem Bauelement linear bewegt wird, geführt wird.The respective circuit breaker further comprises the respective bearing device, via which the moving contact is mounted linearly movably on the electrical component. In this case, the bearing device has at least one guide element fastened to the component, by means of which the moving contact is guided when the moving contact is moved linearly relative to the component.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagereinrichtung, einen Leistungsschalter und eine Schaltanlage zu schaffen, sodass der Bewegkontakt auf besonders einfache und vorteilhafte Weise gelagert werden kann.Object of the present invention is to provide a storage facility, a circuit breaker and a switchgear, so that the moving contact can be stored in a particularly simple and advantageous manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 sowie durch eine Schaltanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a storage device with the features of claim 1, by a circuit breaker with the features of claim 13 and by a switchgear with the features of claim 15. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung zum Lagern eines Bewegkontakts an einem elektrischen Bauelement für einen Leistungsschalter. Der Bewegkontakt wird üblicherweise auch als Bewegtkontakt oder Bewegungskontakt bezeichnet. Die Lagereinrichtung weist wenigstens ein an dem elektrischen Bauelement befestigbares beziehungsweise befestigtes Führungselement zum Führen des Bewegkontakts bei dessen linearen Bewegungen relativ zu dem Bauelement auf. Mit anderen Worten wird der Bewegkontakt dann, wenn er relativ zu dem Bauelement linear beziehungsweise translatorisch bewegt wird, mittels des Führungselements geführt.A first aspect of the invention relates to a bearing device for supporting a moving contact on an electrical component for a circuit breaker. The moving contact is usually also referred to as a moving contact or moving contact. The bearing device has at least one fastened to the electrical component or fixed guide element for guiding the moving contact in its linear movements relative to the device. In other words, the moving contact, if it is moved linearly or translationally relative to the component, is guided by means of the guide element.
Um nun den Bewegkontakt auf besonders vorteilhafte und besonders einfache Weise lagern zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Führungselement als Membran ausgebildet ist, welche ihrerseits als elektrischer Leiter ausgebildet ist. Somit ist die Membran elektrisch leitend beziehungsweise dazu ausgebildet, von elektrischem Strom durchflossen zu werden, sodass mittels der Membran elektrischer Strom übertragen werden kann. Die Membran ist dabei elektrisch mit dem Bewegkontakt verbindbar beziehungsweise verbunden. Des Weiteren weist die Membran wenigstens zwei übereinander angeordnete Membranelemente und wenigstens ein zwischen den Membranelementen angeordnetes Abstandshalteelement auf, mittels welchem die Membranelemente in einem Abstand zueinander gehalten sind. Insbesondere ist es denkbar, dass die Membran mehrere Abstandshalteelemente und mehrere übereinander angeordnete Membranelemente aufweist, deren Anzahl größer als 2 ist, wobei die Membranelemente und die Abstandshalteelemente aufeinander beziehungsweise übereinander angeordnet und dabei gestapelt sind, insbesondere derart, dass die Membranelemente und die Abstandshalteelemente abwechselnd übereinander angeordnet beziehungsweise gestapelt sind. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass beispielsweise zwischen jeweils genau zwei der Membranelemente genau eines der Abstandshalteelemente angeordnet ist. Insbesondere ist es ferner vorgesehen, dass das wenigstens eine Abstandshalteelement die wenigstens zwei Membranelemente, zwischen welchen das wenigstens eine Abstandshalteelement angeordnet ist, direkt berührt beziehungsweise kontaktiert.In order to be able to store the moving contact in a particularly advantageous and particularly simple manner, it is inventively provided that the guide element is formed as a membrane, which in turn is designed as an electrical conductor. Thus, the membrane is electrically conductive or designed to be traversed by electric current, so that electrical power can be transmitted by means of the membrane. The membrane is electrically connected or connected to the moving contact. Furthermore, the membrane has at least two membrane elements arranged one above the other and at least one spacer element arranged between the membrane elements, by means of which the membrane elements are held at a distance from one another. In particular, it is conceivable that the membrane has a plurality of spacer elements and a plurality of superimposed membrane elements whose number is greater than 2, wherein the membrane elements and the spacer elements are arranged one above the other and stacked, in particular such that the membrane elements and the spacer elements alternately one above the other are arranged or stacked. It is provided in particular that, for example, between exactly two of the membrane elements exactly one of the spacer elements is arranged. In particular, it is further provided that the at least one spacer element, the at least two membrane elements, between which the at least one spacer element is arranged, directly touched or contacted.
Der Bewegkontakt ist beispielsweise unter Vermittlung der Membran linear beziehungsweise translatorisch bewegbar an dem elektrischen Bauelement gelagert beziehungsweise zu lagern, sodass sich beispielsweise die Membran bei translatorischen Relativbewegungen zwischen dem Bewegkontakt und dem elektrischen Bauelement zumindest teilweise mit dem Bewegkontakt mitbewegt. Hierbei kommt es insbesondere zu elastischen Verformungen der Membran. Mit anderen Worten ist die Membran beispielsweise zumindest teilweise elastisch verformbar und bewegt sich bei translatorischen Relativbewegungen zwischen dem Bewegkontakt und dem elektrischen Bauelement beispielsweise mit dem Bewegkontakt mit, wodurch sich die Membran elastisch verformt.The moving contact is linearly or translationally movable, for example, stored or stored on the electrical component by mediation of the membrane, so that, for example, the membrane moves in translational relative movements between the moving contact and the electrical component at least partially with the moving contact. This results in particular in elastic deformations of the membrane. In other words, the membrane is at least partially, for example elastically deformable and moves in translational relative movements between the moving contact and the electrical component, for example, with the moving contact, whereby the membrane deforms elastically.
Die Membran ermöglicht dabei eine robuste und somit langlebige Lagerung des Bewegkontakts an dem elektrischen Bauelement, wobei die Membran gewünschte lineare beziehungsweise translatorische Relativbewegungen zwischen dem Bewegkontakt und dem elektrischen Bauelement auf vorteilhafte Weise zulässt. Gleichzeitig kann die Membran als elektrisches Kontaktelement beziehungsweise als elektrisches Übertragungselement zum Übertragen von elektrischem Strom genutzt werden, da die Membran als elektrischer Leiter ausgebildet ist. Der Membran kommt somit eine Doppelfunktion zu, da die Membran einerseits zum Lagern beziehungsweise Führen des Bewegkontakts genutzt wird. Andererseits wird die Membran beispielsweise genutzt, um elektrischen Strom von dem Bewegkontakt beispielsweise an wenigstens eine von dem Bewegkontakt und dem Bauelement unterschiedliche Komponente wie beispielsweise eine sogenannte Installation und/oder umgekehrt zu übertragen, sodass der Bewegkontakt über die Membran besonders vorteilhaft elektrisch mit der Installation verbunden werden kann.The membrane thereby enables a robust and thus durable mounting of the moving contact on the electrical component, wherein the membrane permits desired linear or translational relative movements between the moving contact and the electrical component in an advantageous manner. At the same time, the membrane can be used as an electrical contact element or as an electrical transmission element for transmitting electrical current, since the membrane is designed as an electrical conductor. The membrane thus has a dual function, since the membrane is used on the one hand for supporting or guiding the moving contact. On the other hand, the membrane is used, for example, to transmit electrical current from the moving contact, for example, to at least one component different from the moving contact and the component, such as a so-called installation and / or vice versa, so that the moving contact via the membrane is particularly advantageously electrically connected to the installation can be.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Bei Schaltanlagen, insbesondere bei Mittelspannungsschaltanlagen, kommt üblicherweise wenigstens ein elektrisches Bauelement in Form einer Vakuumröhre zum Einsatz, welche wenigstens zwei elektrische Kontakte aufweist. Die beiden Kontakte stellen dabei einen Anschluss für eine elektrische Kontaktierung bereit. Die Kontakte werden auch als Kontaktelemente bezeichnet und müssen beispielsweise elektrische Ströme von mehreren hundert Ampere leiten können. Entsprechende Anschlusspunkte einer netzseitigen Installation sind dabei üblicherweise als mechanisch feststehende Punkte in Form von Kupferschienen oder starren Kabeln realisiert.The invention is based in particular on the following knowledge: In switchgear, in particular in medium-voltage switchgear, usually at least one electrical component in the form of a vacuum tube is used, which has at least two electrical contacts. The two contacts provide a connection for electrical contact. The contacts are also referred to as contact elements and must be able to conduct, for example, electrical currents of several hundred amperes. Corresponding connection points of a network-side installation are usually realized as mechanically fixed points in the form of copper bars or rigid cables.
Die Vakuumröhre weist dabei beispielsweise den zuvor genannten Bewegkontakt und wenigstens einen Festkontakt auf, welcher ein feststehendes Kontaktelement und dabei beispielsweise an der einfach auch als Röhre bezeichneten Vakuumröhre festgelegt ist. Für dieses feststehende Kontaktelement in Form des Festkontakts ist eine Verbindung des Festkontakts mit der Isolation einfach beispielsweise über eine Verschraubung realisierbar. Der Bewegkontakt ist ein zweites Kontaktelement, welches über eine Anbindung an die Installation beziehungsweise an eine Schalteinheit eine physikalische Trennung in Form eines Spalts zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt realisieren kann. Hierzu ist beispielsweise der Bewegkontakt translatorisch beziehungsweise linear relativ zu dem Festkontakt und insbesondere relativ zu der Vakuumröhre, welche beispielsweise das zuvor genannte elektrische Bauelement ist, zwischen wenigstens einer Kontaktierungsstellung und wenigstens einer Trennstellung bewegbar. In der Kontaktierungsstellung ist der Bewegkontakt elektrisch mit dem Festkontakt verbunden, wobei beispielsweise der Bewegkontakt den Festkontakt, insbesondere direkt, berührt. In der Trennstellung ist beispielsweise der Bewegkontakt von dem Festkontakt elektrisch getrennt, insbesondere über den zuvor genannten Spalt. Um beispielsweise übermäßige, aus einer Bewegung des Bewegkontakts aus der Kontaktierungsstellung in die Trennstellung resultierenden Lichtbögen zu vermeiden, werden solche Lichtbögen in der Vakuumröhre ausgelöscht.The vacuum tube has, for example, the aforementioned moving contact and at least one fixed contact, which is fixed to a fixed contact element and thereby, for example, on the vacuum tube simply referred to as a tube. For this fixed contact element in the form of the fixed contact, a connection of the fixed contact with the insulation can be realized, for example, simply by means of a screw connection. The moving contact is a second contact element, which can realize a physical separation in the form of a gap between the fixed contact and the moving contact via a connection to the installation or to a switching unit. For this purpose, for example, the moving contact is translational or linear relative to the fixed contact and in particular relative to the vacuum tube, which is for example the aforementioned electrical component, between at least one contacting position and at least one separation position movable. In the contacting position, the moving contact is electrically connected to the fixed contact, wherein, for example, the moving contact touches the fixed contact, in particular directly. In the disconnected position, for example, the moving contact is electrically separated from the fixed contact, in particular via the aforementioned gap. For example, to avoid excessive, resulting from a movement of the moving contact from the contacting position in the disconnected position arcs, such arcs are extinguished in the vacuum tube.
Der Bewegkontakt wird beispielsweise mit Geschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde um mehrere Millimeter ausgelenkt und hierdurch zwischen der Kontaktierungsstellung und der Trennstellung bewegt, insbesondere linear beziehungsweise translatorisch. Entsprechend ist zwischen dem Bewegkontakt und dem feststehenden Anschlusspunkt der Installation ein Verbindungselement vorzusehen, welches zum einen die auftretenden Ströme tragen beziehungsweise von dem Bewegkontakt an die Installation übertragen sowie Beschleunigungen, welche beim Bewegen des Bewegkontakts auftreten, dauerhaft übertragen kann.The moving contact is deflected for example at speeds of several meters per second by several millimeters and thereby moved between the contacting position and the disconnected position, in particular linear or translational. Accordingly, between the moving contact and the fixed connection point of the installation to provide a connecting element, which on the one hand carry the currents occurring or transmitted from the moving contact to the installation and accelerations that occur when moving the Bewegkontakts, permanently transmitted.
Um die Dynamik des Bewegkontakts möglichst nicht zu beeinträchtigen, sodass der Bewegkontakt besonders schnell bewegt werden kann, sollte das Verbindungselement idealerweise eine möglichst geringe Steifigkeit, insbesondere entlang einer Bewegungsrichtung, entlang welcher der Bewegkontakt linear beziehungsweise translatorisch relativ zu dem elektrischen Bauelement und relativ zu dem Festkontakt bewegbar ist, sowie eine möglichst geringe Dämpfung beziehungsweise eine geringe mechanische Reibung sowie eine möglichst geringe bewegte Masse aufweisen. Diese mechanischen Anforderungen stehen üblicherweise im Gegensatz zu der Anforderung nach möglichst geringem elektrischen Widerstand des Verbindungselements, um eine besonders vorteilhafte Stromübertragung realisieren zu können. Dieser Gegensatz resultiert daraus, dass der elektrische Widerstand eines Volumenkörpers proportional zu dessen Länge sowie indirekt proportional zu dessen Querschnitt ist. In die mechanische Steifigkeit gehen diese beiden Größen genau in umgekehrter Weise ein, das heißt proportional zur Querschnittsfläche und indirekt proportional zur Länge, wodurch die Auslegung des Verbindungselements stets einen Kompromiss zwischen diesen beiden Zielgrößen darstellt. Darüber hinaus müssen üblicherweise derartige Verbindungselemente hinsichtlich ihrer Eigenschaft für mehrere tausend Zyklen ausgelegt sein.In order not to affect the dynamics of the moving contact as possible, so that the moving contact can be moved very quickly, the connecting element should ideally as low as possible rigidity, in particular along a direction of movement along which the moving contact linear or translational relative to the electrical component and relative to the fixed contact is movable, and have the lowest possible attenuation or a low mechanical friction and the smallest possible moving mass. These mechanical requirements are usually in contrast to the requirement for the lowest possible electrical resistance of the connecting element in order to realize a particularly advantageous power transmission can. This contrast results from the fact that the electrical resistance of a solid is proportional to its length and indirectly proportional to its cross-section. In mechanical stiffness, these two quantities are exactly in the reverse manner, that is proportional to the cross-sectional area and indirectly proportional to the length, whereby the design of the connecting element is always a compromise between these two targets. In addition, usually such fasteners be designed in terms of their property for several thousand cycles.
Herkömmlicherweise wird als das Verbindungselement ein gestapeltes Kupferband verwendet. Das gestapelte Kupferband umfasst beispielsweise gestapelte, aus Kupfer gebildete Einzelbänder mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 Millimeter oder weniger, wobei die Einzelbänder an ihren Enden, insbesondere durch Verschweißen oder Pressen, zu einem Stapelelement in Form des gestapelten Kupferbands miteinander verbunden werden. Die Einzelbänder werden dabei so montiert, dass der Anschlusspunkt an der Vakuumröhre beziehungsweise an dem elektrischen Bauelement und der fixe Anschlusspunkt der Installation im rechten Winkel zueinander stehen. Die Auslenkung des Bewegkontakts wird entsprechend durch eine Änderung des Biegeradius des Kupferbands ausgeglichen. Jedes Einzelband ist dabei in der Lage, diese Bewegung beziehungsweise Verformung über die geforderte Anzahl von Zyklen zu vollziehen. Der Stapel aus den vielen dünnen Einzelbändern weist dabei ein deutlich geringeres mechanisches Widerstandsmoment gegen die Auslenkung auf als ein einzelnes Band mit äquivalenter Querschnittsfläche, da die Dicke des Bandes quadratisch in das Flächenträgerelement eingeht. Durch die Stapelung der Einzelbänder werden die an sich zu hohen Einzelwiderstände der Einzelbänder parallel geschaltet, wodurch sich der Gesamtwiderstand des Kupferbands gering halten lässt.Conventionally, a stacked copper tape is used as the connector. The stacked copper tape includes, for example, stacked copper-formed single tapes having a thickness of, for example, 0.1 millimeter or less, the single tapes being connected together at their ends, in particular by welding or pressing, to form a stacking element in the form of the stacked copper tape. The individual strips are mounted so that the connection point to the vacuum tube or to the electrical component and the fixed connection point of the installation are at right angles to each other. The deflection of the moving contact is compensated accordingly by a change in the bending radius of the copper strip. Each individual belt is able to perform this movement or deformation over the required number of cycles. The stack of the many thin individual bands in this case has a significantly lower mechanical modulus of resistance against the deflection than a single band with equivalent cross-sectional area, since the thickness of the band is square in the surface support element. Due to the stacking of the individual bands, the per se too high individual resistances of the individual strips are connected in parallel, whereby the total resistance of the copper strip can be kept low.
Aus der praktischen Anwendung der Kupferbänder ist jedoch bekannt, dass die Reibung zwischen den Einzelbändern sowie deren bewegte Masse das dynamische Verhalten negativ beeinflussen beziehungsweise zu nicht erwünschten nicht-linearen Effekten führen können.From the practical application of the copper bands, however, it is known that the friction between the individual bands and their moving mass negatively influence the dynamic behavior or can lead to undesirable non-linear effects.
Die zuvor genannten Probleme beziehungsweise Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Lagereinrichtung vermieden werden, da die Membran in axialer Richtung beziehungsweise entlang der Bewegungsrichtung eine geringe Steifigkeit aufweist. Jedoch weist die Membran eine hohe laterale Steifigkeit auf. Mit anderen Worten weist die Membran entlang einer senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufenden Richtung eine besonders hohe Steifigkeit auf, insbesondere in einer Ebene, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bewegkontakts und somit der Membran verläuft.The aforementioned problems or disadvantages can be avoided by means of the bearing device according to the invention, since the membrane in the axial direction or along the direction of movement has a low rigidity. However, the membrane has a high lateral rigidity. In other words, the membrane along a direction perpendicular to the direction of movement direction has a particularly high rigidity, in particular in a plane which is perpendicular to the direction of movement of the moving contact and thus the membrane.
Die Bewegungsrichtung des Bewegkontakts fällt beispielsweise mit der axialen Richtung der Membran zusammen, sodass die Bewegungsrichtung beispielsweise auch als Axialrichtung bezeichnet wird. Die zuvor genannte, senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufende Richtung fällt beispielsweise mit der radialen Richtung der Membran zusammen.The direction of movement of the moving contact coincides, for example, with the axial direction of the membrane, so that the direction of movement is also referred to, for example, as the axial direction. The aforementioned direction, which is perpendicular to the direction of movement coincides, for example, with the radial direction of the membrane.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist es nun, das Führungselement in Form der Membran so zu gestalten, dass die der Membran neben der Führung des beispielsweise als Stößel ausgebildeten oder einen solchen Stößel umfassenden Bewegkontakts auch die Aufgabe einer Stromführung übernimmt. Auf diese Weise kann beispielsweise elektrischer Strom von der Installation über die Membran zu dem Stößel beziehungsweise zu dem Bewegkontakt und/oder umgekehrt geführt werden. Der Wunsch nach dieser Doppelfunktion der Membran führt zunächst auf widersprüchliche Anforderungen. Für eine geringe axiale Steifigkeit sollte die Membran nur eine geringe Dicke aufweisen. Um jedoch elektrische Ströme von mehreren hundert Ampere führen beziehungsweise tragen zu können, sollte die Dicke der Membran eine gewisse Mindestdicke nicht unterschreiten.The idea underlying the invention is now to design the guide element in the form of the membrane so that the membrane next to the leadership of the trained, for example, as a plunger or such a plunger moving contact also takes on the task of a current guide. In this way, for example, electrical current can be conducted from the installation via the membrane to the plunger or to the moving contact and / or vice versa. The desire for this dual function of the membrane initially leads to contradictory requirements. For low axial stiffness, the membrane should have only a small thickness. However, in order to carry or carry electrical currents of several hundred amperes, the thickness of the membrane should not fall below a certain minimum thickness.
Diese widersprüchlichen Anforderungen können nun jedoch dadurch gelöst werden, dass die Membran beziehungsweise das Führungselement einen gestapelten Aufbau beziehungsweise eine gestapelte Anordnung, insbesondere eine gestapelte Membran-Anordnung, aufweist, bei dem beziehungsweise der die Membranelemente und das Abstandshalteelement aufeinander beziehungsweise übereinander angeordnet und somit gestapelt sind. Hierdurch kann der Bewegkontakt besonders vorteilhaft gelagert werden, wobei die Membran gleichzeitig besonders vorteilhaft auch hohe elektrische Ströme übertragen kann. Das Membranelement und das Abstandshalteelement sind dabei vorzugsweise als voneinander separat ausgebildete Bauelemente ausgebildet.However, these contradictory requirements can now be solved in that the membrane or the guide element has a stacked structure or a stacked arrangement, in particular a stacked membrane arrangement, in which or the membrane elements and the spacer element are arranged one above the other and thus stacked , In this way, the moving contact can be stored particularly advantageous, wherein the membrane can transmit particularly advantageous even high electrical currents. The membrane element and the spacer element are preferably formed as separate from each other formed components.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Membran wenigstens eine Anschlussfahne aufweist, über welche die Membran elektrisch mit wenigstens einem außerhalb des Bauelements vorgesehenen Kontaktelement, insbesondere der genannten Installation, elektrisch verbindbar ist. Die Anschlussfahne steht beispielsweise, insbesondere in radialer Richtung der Membran, von einem Grundkörper der Membran ab, sodass die Membran besonders vorteilhaft elektrisch mit dem Kontaktelement verbunden werden kann.It has proven to be particularly advantageous if the membrane has at least one terminal lug via which the membrane is electrically connectable to at least one contact element provided outside the component, in particular the said installation. The terminal lug projects, for example, in particular in the radial direction of the membrane from a basic body of the membrane, so that the membrane can be connected to the contact element in a particularly advantageous manner.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Anschlussfahne durch jeweilige, in gegenseitiger Überdeckung angeordnete Fahnenteile der Membranelemente und des Abstandshalteelements gebildet ist. Dadurch können auch besonders hohe elektrische Ströme auf vorteilhafte Weise übertragen werden, wobei sich gleichzeitig eine besonders vorteilhafte und dynamische Lagerung realisieren lässt.Another embodiment is characterized in that the terminal lug is formed by respective, arranged in mutual overlap flag portions of the membrane elements and the spacer element. As a result, particularly high electrical currents can be transmitted in an advantageous manner, wherein at the same time a particularly advantageous and dynamic storage can be realized.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Membranelemente und das Abstandshalteelement als jeweilige elektrische Leiter ausgebildet, sodass beispielsweise elektrische Ströme über die Membranelemente und das Abstandshalteelement selbst übertragen werden können. Dadurch können die Teileanzahl und somit das Gewicht und die Kosten der Membran besonders gering gehalten werden, sodass sich eine hochdynamische Lagerung des Bewegkontakts realisieren lässt. In der Folge kann der Bewegkontakt besonders schnell zwischen der Kontaktierungsstellung und der Trennstellung bewegt werden.In a further embodiment of the invention, the membrane elements and the Spacer element formed as a respective electrical conductor, so that, for example, electrical currents can be transmitted through the membrane elements and the spacer element itself. As a result, the number of parts and thus the weight and the cost of the membrane can be kept particularly low, so that a highly dynamic storage of the moving contact can be realized. As a result, the moving contact can be moved particularly quickly between the contacting position and the disconnected position.
Weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Membranelemente und das Abstandshalteelement aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte und insbesondere widerstandsarme Übertragung von elektrischen Strömen gewährleistet werden.Furthermore, it has proven particularly advantageous if the membrane elements and the spacer element are formed from the same material. In this way, a particularly advantageous and in particular low-resistance transmission of electrical currents can be ensured.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen das jeweilige Membranelement und das Abstandshalteelement jeweils eine Durchgangsöffnung zum zumindest teilweisen Aufnehmen des Bewegkontakts auf. Mit anderen Worten ist beispielsweise der Bewegkontakt beziehungsweise der zuvor genannte Stößel zumindest teilweise in den jeweiligen Durchgangsöffnungen aufgenommen, wodurch der Bewegkontakt besonders vorteilhaft, insbesondere direkt, an die Membran angebunden und über die Membran hochdynamisch gelagert werden kann. Außerdem kann dadurch eine besonders vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen dem Bewegkontakt und der Membran gewährleistet werden. Dabei sind die Durchgangsöffnungen in gegenseitiger Überlappung angeordnet, sodass der Bewegkontakt beziehungsweise der Stößel beispielsweise besonders einfach, insbesondere in axialer Richtung der Membran, in die jeweiligen Durchgangsöffnungen eingesteckt beziehungsweise durch diese hindurchgesteckt werden kann.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the respective membrane element and the spacer element each have a passage opening for at least partially receiving the moving contact. In other words, for example, the moving contact or the aforementioned plunger is at least partially received in the respective passage openings, whereby the moving contact can be particularly advantageous, in particular directly, connected to the membrane and stored highly dynamically over the membrane. In addition, a particularly advantageous electrical connection between the moving contact and the membrane can be ensured thereby. In this case, the passage openings are arranged in mutual overlap, so that the moving contact or the plunger, for example, particularly simple, especially in the axial direction of the membrane, inserted into the respective passage openings or can be inserted therethrough.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige Durchgangsöffnung zumindest überwiegend kreisrund ausgebildet ist und einen jeweiligen Umfang aufweist. Dabei ist der Umfang der Durchgangsöffnung des jeweiligen Membranelements geringer als der Umfang der Durchgangsöffnung des Abstandshalteelements. Auf diese Weise erfolgt beispielsweise die eigentliche Lagerung des Bewegkontakts über die Membranelemente, welche sich beispielsweise dadurch besonders vorteilhaft elastisch verformen und dadurch bei Bewegungen des Bewegkontakts mit diesen mitbewegen können, sodass die Membranelemente mittels des Abstandshalteelements in einem besonders vorteilhaften Abstand zueinander gehalten sind. Somit erfüllen insbesondere die Membranelemente eine eigentliche Tragfunktion zum Tragen und Lagern des Bewegkontakts, wobei eine solche Tragfunktion dem Abstandshalteelement nicht oder nur sehr geringfügig zukommt.Another embodiment is characterized in that the respective passage opening is at least predominantly circular and has a respective circumference. In this case, the circumference of the passage opening of the respective membrane element is smaller than the circumference of the passage opening of the spacer element. In this way, for example, the actual storage of the moving contact on the membrane elements, which deform for example, thereby particularly advantageous elastic and thereby move with movements of the moving contact with these, so that the membrane elements are held by means of the spacer element in a particularly advantageous distance from each other. Thus, in particular, the membrane elements fulfill an actual supporting function for carrying and supporting the moving contact, wherein such a supporting function does not or only very slightly belongs to the spacer element.
Um den Bewegkontakt besonders vorteilhaft und somit hochdynamisch an die Membran anbinden und somit über die Membran lagern zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eines der Membranelemente und/oder das Abstandshalteelement wenigstens einen in die Durchgangsöffnung hineinragenden Vorsprung aufweist. Der Vorsprung weist beispielsweise eine unrunde Außenkontur auf und kann somit beispielsweise als Formschlusselement genutzt werden, um unerwünschte Verdrehungen des Bewegkontakts relativ zu der Membran zu vermeiden. Ferner kann beispielsweise dadurch, dass der Vorsprung in vollständig hergestelltem Zustand des Leistungsschalters in eine korrespondierende Ausnehmung des Stößels eingreift, eine eindeutige und definierte Ausrichtung des Bewegkontakts beziehungsweise des Stößels relativ zur Membran gewährleistet werden. Beispielsweise weist der Vorsprung eine zumindest im Wesentlichen eckige Außenkontur auf.In order to bind the moving contact particularly advantageously and thus highly dynamically to the membrane and thus to be able to support it via the membrane, it is provided in a further embodiment of the invention that at least one of the membrane elements and / or the spacer element has at least one projection projecting into the passage opening. The projection has, for example, a non-circular outer contour and can thus be used, for example, as a form-locking element in order to avoid undesired rotations of the moving contact relative to the membrane. Further, for example, the fact that the projection engages in a completely produced state of the circuit breaker in a corresponding recess of the plunger, a clear and defined alignment of the moving contact or the plunger are ensured relative to the membrane. For example, the projection has an at least substantially angular outer contour.
Um eine besonders vorteilhafte und insbesondere hochdynamische Lagerung des Bewegkontakts zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eines der Membranelemente, insbesondere beide Membranelemente, und/oder das Abstandshalteelement geschlitzt ist, wodurch das zumindest eine Membranelement beziehungsweise das Abstandshalteelement eine Mehrzahl von Schlitzen aufweist. Die Schlitze ermöglichen beispielsweise eine besonders vorteilhafte, insbesondere elastische, Verformbarkeit des Membranelements beziehungsweise des Abstandshalteelements, sodass der Bewegkontakt hochdynamisch, das heißt mit besonders hohen Geschwindigkeiten zwischen der Kontaktierungsstellung und der Trennstellung bewegt werden kann.In order to realize a particularly advantageous and in particular highly dynamic mounting of the moving contact, it is provided in a further embodiment of the invention that at least one of the membrane elements, in particular both membrane elements, and / or the spacer element is slotted, whereby the at least one membrane element or the spacer element a Having a plurality of slots. The slots allow, for example, a particularly advantageous, in particular elastic, deformability of the membrane element or of the spacer element, so that the moving contact can be moved highly dynamically, that is to say at particularly high speeds between the contacting position and the disconnected position.
Die Schlitze sind insbesondere in einem von der jeweiligen Durchgangsöffnung sowie von der jeweiligen Anschlussfahne unterschiedlichen Bereich angeordnet. Dieser Bereich ist beispielsweise ein Ringbereich, an den sich, insbesondere in radialer Richtung der Membran, nach innen hin beispielsweise die Durchgangsöffnung und, insbesondere in radialer Richtung nach außen, die Anschlussfahne anschließt.The slots are arranged in particular in a different area from the respective passage opening and from the respective terminal lug. This region is, for example, an annular region, to which, in particular in the radial direction of the membrane, inwardly, for example, the passage opening and, in particular in the radial outward direction, the connection lug adjoins.
Um eine besonders vorteilhafte Verformbarkeit der Membran zu realisieren, verlaufen die Schlitze beispielsweise geradlinig, insbesondere in radialer Richtung der Membran, oder bogenförmig, insbesondere evolventenförmig.In order to realize a particularly advantageous deformability of the membrane, the slots run, for example, in a straight line, in particular in the radial direction of the membrane, or arcuate, in particular involute.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das jeweilige Membranelement außenumfangsseitig zumindest überwiegend, das heißt zu mehr als zur Hälfte kreisrund ausgebildet, sodass eine besonders vorteilhafte und insbesondere dynamische Lagerung dargestellt werden kann.In a further embodiment of the invention, the respective membrane element on the outer peripheral side is at least predominantly, that is to more than Half formed circular, so that a particularly advantageous and especially dynamic storage can be displayed.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Abstandshalteelement außenumfangsseitig zumindest überwiegend kreisrund ausgebildet ist, wodurch eine besonders vorteilhafte Lagerung realisiert werden kann.Finally, it has proven to be particularly advantageous if the spacer element is formed on the outer peripheral side at least predominantly circular, whereby a particularly advantageous storage can be realized.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere für eine Schaltanlage und vorzugsweise für eine Mittelspannungsschaltanlage. Der Leistungsschalter umfasst wenigstens ein elektrisches Bauelement, wenigstens einen an dem Bauelement festgelegten Festkontakt und wenigstens einen Bewegkontakt, welcher relativ zu dem Bauelement und relativ zu dem Festkontakt zwischen wenigstens einer Kontaktierungsstellung und wenigstens einer Trennstellung linear beziehungsweise translatorisch bewegbar ist. In der Kontaktierungsstellung ist der Bewegkontakt mit dem Festkontakt elektrisch verbunden, indem beispielsweise der Bewegkontakt den Festkontakt, insbesondere direkt, berührt. In der Trennstellung ist der Bewegkontakt elektrisch von dem Festkontakt getrennt, da beispielsweise in der Trennstellung ein Spalt zwischen dem Bewegkontakt und dem Festkontakt größer als in der Kontaktierungsstellung ist.A second aspect of the invention relates to a circuit breaker, in particular for a switchgear and preferably for a medium-voltage switchgear. The circuit breaker comprises at least one electrical component, at least one fixed contact fixed to the component and at least one moving contact which is linearly or translatorily movable relative to the component and relative to the fixed contact between at least one contacting position and at least one disconnected position. In the contacting position of the moving contact with the fixed contact is electrically connected by, for example, the moving contact touches the fixed contact, in particular directly. In the disconnected position of the moving contact is electrically separated from the fixed contact, since, for example, in the disconnected position, a gap between the moving contact and the fixed contact is greater than in the contacting position.
Der erfindungsgemäße Leistungsschalter umfasst ferner eine Lagereinrichtung, insbesondere eine Lagereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, über welche der Bewegkontakt an dem elektrischen Bauelement linear beziehungsweise translatorisch bewegbar gelagert ist. Dabei weist die Lagereinrichtung wenigstens ein an dem Bauelement befestigtes Führungselement zum Führen des Bewegkontakts bei dessen linearen Bewegungen relativ zu dem Bauelement auf. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu der Lagereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sind ohne Weiteres auf den zweiten Aspekt der Erfindung übertragbar und umgekehrt.The circuit breaker according to the invention further comprises a bearing device, in particular a bearing device according to the first aspect of the invention, via which the moving contact is mounted linearly or translationally movable on the electrical component. In this case, the bearing device has at least one guide element fastened to the component for guiding the moving contact in its linear movements relative to the component. The preceding and following statements on the bearing device according to the first aspect of the invention are readily applicable to the second aspect of the invention and vice versa.
Um nun eine besonders vorteilhafte Lagerung des Bewegkontakts zu realisieren, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Führungselement als Membran ausgebildet ist, welche als elektrischer Leiter ausgebildet und elektrisch mit dem Bewegkontakt verbunden ist. Die Membran weist dabei wenigstens zwei übereinander beziehungsweise aufeinander angeordnete Membranelemente und wenigstens ein zwischen den Membranelementen angeordnetes Abstandshalteelement auf, mittels welchem die Membranelemente in einem Abstand zueinander gehalten sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.In order to realize a particularly advantageous mounting of the moving contact, it is provided according to the invention in the second aspect of the invention that the guide element is designed as a membrane, which is designed as an electrical conductor and is electrically connected to the moving contact. In this case, the membrane has at least two membrane elements arranged one above the other or one above the other and at least one spacer element arranged between the membrane elements, by means of which the membrane elements are held at a distance from one another. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention, and vice versa.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Bauelement als Vakuumröhre ausgebildet, in welcher der Festkontakt und der Bewegkontakt angeordnet sind.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the electrical component is designed as a vacuum tube, in which the fixed contact and the moving contact are arranged.
Die Membran ist dabei beispielsweise teilweise in der Vakuumröhre und teilweise außerhalb der Vakuumröhre angeordnet, um beispielsweise über die Membran elektrische Ströme zwischen dem Bewegkontakt und einer außerhalb der Vakuumröhre angeordneten Installation übertragen zu können.The membrane is arranged, for example, partially in the vacuum tube and partially outside the vacuum tube in order to be able to transmit electrical currents, for example via the membrane, between the moving contact and an installation arranged outside the vacuum tube.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltanlage, insbesondere eine Mittelspannungsschaltanlage, welche wenigstens eine Lagereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder wenigstens einen Leistungsschalter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A third aspect of the invention relates to a switchgear, in particular a medium-voltage switchgear, which has at least one bearing device according to the first aspect of the invention and / or at least one circuit breaker according to the second aspect of the invention. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect and the second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the third aspect of the invention and vice versa.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht eines Leistungsschalters für eine vorzugsweise als Mittelspannungsschaltanlage ausgebildete Schaltanlage, mit einer erfindungsgemäßen Membran gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Membran; -
3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Membran; -
4 eine schematische Draufsicht eines Membranelements der Membran gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
5 eine schematische Draufsicht eines Abstandshalteelements der Membran; -
6 eine schematische Draufsicht des Membranelements der Membran gemäß einer dritten Ausführungsform; -
7 eine schematische Draufsicht des Membranelements der Membran gemäß der ersten Ausführungsform; und -
8 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Membranelements der Membran gemäß der ersten Ausführungsform.
-
1 a schematic and sectioned perspective view of a circuit breaker for a preferably designed as a medium-voltage switchgear switchgear, with a membrane according to the invention according to a first embodiment; -
2 a fragmentary schematic sectional view of the membrane; -
3 a section of another schematic sectional view of the membrane; -
4 a schematic plan view of a membrane element of the membrane according to a second embodiment; -
5 a schematic plan view of a spacer element of the membrane; -
6 a schematic plan view of the membrane element of the membrane according to a third embodiment; -
7 a schematic plan view of the membrane element of the membrane according to the first embodiment; and -
8th a detail of a schematic plan view of the membrane element of the membrane according to the first embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
In der Trennstellung jedoch ist der Bewegkontakt
Der Leistungsschalter
Um nun eine besonders vorteilhafte Lagerung des Bewegkontakts
In
Die Membran
Besonders gut in Zusammenschau mit
Wie beispielsweise besonders gut aus
Die Membranringe
Die Membran
Besonders gut aus
Die Anschlussfahne
Insgesamt ist erkennbar, dass der Membran
Aus
Um nun eine besonders vorteilhafte, insbesondere elastische, Verformbarkeit der Membran
Bei der in
Eine solche Anordnung aus Schlitzen
Bei der zweiten Ausführungsform sind die Schlitze
Bei der in
Bei der in
Aufgrund des Umstands, dass die Membranringe
Außerdem ist es vorgesehen, dass der jeweilige Membranring
Insbesondere können durch die Lagereinrichtung
- - elektrische Kontaktierungen der auch als Schaltröhre bezeichneten Vakuumröhre sowie Lagerung des
mit dem Bewegkontakt 16 verbundenen oder zumindest einen Teil des Bewegkontakts16 bildenden Stößels20 , wobei diese elektrische Kontaktierung sowie die Lagerung durch dieMembran 24 realisiert und somit als eine funktionale Einheit ausgebildet sind - - zur Kontaktierung des Bewegkontaktes
16 müssen keine Kupferbänder verwendet werden, die mit nicht genau bezifferbaren Beiträgen zur Steifigkeit und Dämpfung die Auslegung des Systems erschweren - - elektrische Leitfähigkeit und Federsteifigkeit der als bifunktionales
Lager ausgebildeten Membran 24 können über eine Vielzahl von Parametern bedarfsgerecht eingestellt und somit maßgeschneidert und zielgerichtet gestaltet werden. Dabei ist der Parameterraum sehr weit gefasst, sodass sich ein entsprechend großer Lösungsraum ergibt. Die Gefahr, dass grundsätzlich widersprechende Zielanforderungen zu keiner Lösung führen, ist damit minimal.
- - Electrical contacts of the vacuum tube also referred to as a switching tube and storage of the moving
contact 16 connected or at least part of the movingcontact 16 formingplunger 20 , wherein this electrical contact as well as the storage through themembrane 24 realized and thus formed as a functional unit - - For contacting the moving
contact 16 It is not necessary to use copper strips which, with not exactly quantifiable contributions to stiffness and damping, make it difficult to design the system - - Electrical conductivity and spring stiffness of the designed as a
bifunctional bearing membrane 24 can be set according to requirements via a large number of parameters and thus made tailor-made and targeted. The parameter space is very broad, resulting in a correspondingly large solution space. The risk that fundamentally contradictory target requirements lead to no solution is therefore minimal.
Beispielsweise weist der jeweilige Membranring
Claims (15)
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