DE10344318B3

DE10344318B3 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE10344318B3
Application number: DE2003144318
Authority: DE
Inventors: Marc Dipl.-Ing. Liebetruth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2023-09-20
Also published as: WO2005029526A1; DE502004008425D1; EP1665317A1; EP1665317B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter (1) mit einem bewegbaren Kontakt (6), der über einen Antriebsstrang (8, 9, 14) entgegen der Kraft einer Kontaktkraft-Feder (7) aus einer AUS-Position in eine EIN-Position überführbar ist, und mit einer Verklinkungseinrichtung (17) zum Verklinken des in seine EIN-Position überführten bewegbaren Kontaktes (6), bei dem die Verklinkungseinrichtung (17) einen Anschlag (24) und einen an dem Anschlag abstützbaren Klinkenhebel (23) aufweist, die mit einander zugeordneten Verklinkungsflächen (27, 28) versehen sind. DOLLAR A Um bei einem derartigen Schalter die Freigabe der Verklinkungseinrichtung (17) sicher zu gestalten, ist vorgesehen, dass der Anschlag (24) zum Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen (27, 28) unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kraft eines fehlerhaft hohen Stromes entgegen der Kraft zumindest einer Rückstell-Feder (41) aus einer Verklinkungs-Position schwenkend verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter, die mit einem bewegbaren Kontakt versehen sind und ist bei der konstruktiven Gestaltung eines Klinkenmechanismus zum Verklinken des bewegbaren Kontaktes anzuwenden.

Bei einem bekannten derartigen elektrischen Schalter, bei dem der bewegbare Kontakt über einen Antriebsstrang entgegen der Kraft einer Kontaktkraft-Feder aus einer Aus-Position in eine Ein-Position überführbar ist und bei dem eine Verklinkungseinrichtung zum Verklinken des in seine Ein-Position überführten bewegbaren Kontaktes vorgesehen ist, weist die Verklinkungseinrichtung einen Anschlag und einen an dem Anschlag abstützbaren Klinkenhebel auf. Dabei sind der Anschlag und der Klinkenhebel mit einander zugeordneten Verklinkungsflächen versehen ( EP 0 466 287 B1 ). – Zum Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen ist der Anschlag hierbei unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kraft eines fehlerhaft hohen Stromes (insbesondere eines Kurzschlussstromes) entgegen der Kraft zumindest einer Rückstell-Feder aus einer Verklinkungs-Position geradlinig verschiebbar. Der Anschlag, der als Halbwelle ausgebildet ist, wird entlang eines Langloches geführt, das in einem Tragwerk des Schalters ausgebildet ist. Die zumindest eine Rückstell-Feder ist als Blattfeder ausgebildet, auf der die Halbwelle aufliegt. Bei einem fehlerhaft hohen Strom wirkt die elektrodynamische Kraft des Stromes über den Antriebsstrang und einen Kopplungsstrang auf den am Anschlag abgestützten Klinkenhebel. Dabei verbiegt sich die Blattfeder derart, dass die Halbwelle unter Verringerung der Überdeckung der Verklinkungsflächen aus ihrer Verklinkungs- Position geradlinig verschoben wird, bis die Überdeckung der Verklinkungsflächen vollständig aufgehoben ist und die Halbwelle den Klinkenhebel freigibt. Das Reiben oder ein Verkanten der Halbwelle in dem Langloch kann dabei jedoch zum Blockieren der Halbwelle und damit zum Blockieren des bewegbaren Kontaktes in seiner EIN-Position führen.

Ausgehend von einem elektrischen Schalter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ( EP 0 466 287 B1 ) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Freigabe der Verklinkungseinrichtung insbesondere bei fehlerhaft hohen Strömen sicherer zu gestalten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Anschlag zum Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kraft eines fehlerhaft hohen Stromes entgegen der Kraft zumindest einer Rückstell-Feder aus einer Verklinkungsposition schwenkend verschiebbar ist. – Bei einer derartigen Ausgestaltung des elektrischen Schalters wird der Anschlag sicher aus seiner Verklinkungs-Position herausgeführt, da die Verklinkungsflächen weniger aneinander reiben sondern vielmehr aneinander abrollen. Ein Blockieren des Anschlages ist dabei ausgeschlossen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des neuen elektrischen Schalters sieht vor, dass ein erster Träger und ein zweiter Träger vorgesehen sind, die jeweils ein Widerlager der zumindest einen Rückstell-Feder bilden, wobei der Anschlag an dem ersten Träger drehbar gelagert ist und wobei der erste Träger an dem zweiten Träger schwenkbar gehalten ist. – Bei einer derartigen Gestaltung können der Anschlag, der erste und der zweite Träger sowie die zumindest eine Rückstell-Feder als separate Montageeinheit außerhalb des Schalters vormontiert werden. Diese separate Montageeinheit kann in bereits bekannte elektrische Schalter leicht integriert werden, wenn diese als Strombegrenzer eingesetzt werden sollen.

Eine kräftefreie Montage der separaten Montageeinheit ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung des neuen elektrischen Schalters dadurch sichergestellt, dass der erste und der zweite Träger bei gespanntem Zustand der zumindest einen Rückstell-Feder in Kraftrichtung der zumindest einen Rückstell-Feder relativ zueinander blockierbar sind. – Zum Blockieren der beiden Träger dient mit Vorteil ein Blockierstück, das die relative Schwenkung der beiden Träger unter der Kraft der zumindest einen Rückstell-Feder begrenzt.

Das unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kraft eines fehlerhaft hohen Stromes durch Schwenken des Anschlages bewirkte Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen ist insbesondere zusätzlich zu einem unter dem Einfluss eines Auslösestranges (32) durch Drehen des Anschlages (24) bewirkten Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen vorgesehen, um einen elektrischen Schalter insbesondere einen Niederspannungs-Leistungsschalter, der auf übliche Weise durch elektronische Auslöser oder manuell betätigt wird, wahlweise auch als Strombegrenzer einsetzen zu können.

Um beim Einschalten des elektrischen Schalters, also beim Überführen des bewegbaren Kontaktes in seine Ein-Position, eine vorzeitige Freigabe der Verklinkungseinrichtung durch über den Antriebsstrang wirkende Kraftspitzen zu verhindern, ist bei dem aus der Druckschrift EP 0 466 287 B1 bekannten Schalter eine Stützkontur vorgesehen, die den Anschlag zu Be ginn des Einschaltvorganges in seiner Verklinkungs-Position blockiert.

Hiervon abweichend sieht die Erfindung vor, die Stützkontur an einer Schaltwelle auszubilden, wie sie häufig im Antriebsstrang eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Niederspannungs-Leistungsschalters, zu finden ist. – Die Ausbildung der Stützkontur an der Schaltwelle, die in bekannter Weise sehr positionsgenau gelagert ist, stellt sicher, dass der Anschlag zu Beginn des Einschaltvorganges ohne Spiel von der anliegenden Stützkontur in seiner Verklinkungs-Position gehalten ist. Vorteilhaft ist es, wenn auch der erste Träger eine Stützkontur aufweist, die mit der Stützkontur der Schaltwelle zusammenwirkt. Dabei kann zumindest eine der beiden Stützkonturen federnd ausgebildet sein, um beispielsweise auch bei Abnutzung der Stützkonturen sicherzustellen, dass der Anschlag zu Beginn des Einschaltvorganges ohne Spiel in seiner Verklinkungs-Position gehalten ist.

Um Fertigkosten zu sparen, besteht der erste Träger in bevorzugter Ausgestaltung aus zwei identisch ausgebildeten Teilstücken.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schalters mit einem Schaltschloss,
2 bis 4 das Schaltschloss mit einer ersten und einer zweiten Verklinkungseinrichtung bei verschiedenen Schaltstellungen des elektrischen Schalters gemäß der 1 und
5 und 6 eine der zweiten Verklinkungseinrichtung gemäß der 2 bis 4 zugeordnete separate Montageeinheit.
Die 1 zeigt einen elektrischen Schalter 1 in Form eines Niederspannungs-Leistungsschalters mit einem Schaltkontaktsystem eines ersten Schaltpols und einer zugeordneten Lichtbogen-Löschkammer 2. Das mittlere Schaltkontaktsystem besteht aus einer feststehenden Schaltkontaktanordnung 3 und einer beweglichen Schaltkontaktanordnung 4. Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 4 weist dabei einen schwenkbaren Kontaktträger 5 und mehrere bewegbare Kontakte 6 in Form von Kontakthebeln auf. Die bewegbaren Kontakte 6 sind parallel zueinander schwenkbar und mittels Kontaktkraft-Federn 7 unter Vorspannung federnd an dem Kontaktträger 5 abgestützt. Die bewegliche Schaltkontaktanordnung 4 ist in bekannter Weise über eine in der 1 nur schematisch angedeutete erste Hebelanordnung 8 eines Antriebsstranges mit einer Schaltwelle 9 des Antriebsstranges gekoppelt. Die Schaltwelle 9 des Antriebsstranges dient gleichzeitig zum Antrieb nicht weiter dargestellter, parallel zu dem gezeigten Schaltkontaktsystem angeordneter weiterer Schaltkontaktsysteme benachbarter Schaltpole. Sie ist mittels einer Antriebsvorrichtung 10 aus einer Aus-Position, bei der das Schaltkontaktsystem offen ist, in eine Ein-Position, bei der das Schaltkontaktsystem geschlossen ist, zu überführen. Beim Überführen der Schaltwelle 9 in ihre Ein-Position werden die Kontaktkraft-Federn 7 weiter gespannt, so dass ihre Kraft in die zur Aus-Position weisende Schwenkrichtung 11 der Schaltwelle 9 wirkt. Die Antriebsvorrichtung 10 weist einen mit einer Speicher-Feder 12 versehenen Antrieb 13, einen den Antrieb 13 mit der Schaltwelle 9 koppelnde zweite Hebelanordnung 14 des Antriebsstranges und ein Schaltschloss 15 auf. Das Schaltschloss 15 weist in bekannter Weise zwei Verklinkungseinrichtungen auf.
Gemäß der 2 dient eine erste 16 der Verklinkungseinrichtungen zum Verklinken der gespannten Speicher-Feder 12 und die zweite 17 der Verklinkungseinrichtungen zum Verklinken des in seiner Ein-Position befindlichen bewegbaren Kontaktes 6.
Als erste Verklinkungseinrichtung 16 ist eine Verklinkungseinrichtung vorgesehen, wie sie schon aus der Druckschrift DE 101 20 783 C1 bekannt ist. Auf eine nähere Erläuterung bezüglich der Ankopplung der ersten Verklinkungseinrichtung 16 an die zweite Hebelanordnung 14 des Antriebsstrang sowie bezüglich ihres Bewegungsablaufes kann daher an dieser Stelle verzichtet werden. Die lösbare Verklinkung ist hierbei durch Abstützen eines ersten Klinkenhebels 18 an einem als Halbwelle ausgebildeten ersten Anschlag 19 realisiert.
Die zweite Verklinkungseinrichtung 17 ist in nicht weiter dargestellter Weise über einen an ein Kniegelenk der zweiten Hebelanordnung 14 ansgelenkten Kopplungsstrang an den Antriebsstrang gekoppelt. Sie weist einen zweiten Klinkenhebel 23 sowie einen dem Klinkenhebel 23 zugeordneten, als Halbwelle ausgebildeten zweiten Anschlag 24 auf. In der Aus-Position des bewegbaren Kontaktes 6, die in der 2 durch die gestrichelt dargestellte Stellung einiger der Teile des Antriebsstranges und der zweiten Verklinkungseinrichtung dargestellt ist, ist die zweite Verklinkungseinrichtung 17 über eine an dem zweiten Klinkenhebel 23 angreifende Rückhol-Feder 25 in Überhub derart hinter dem zweiten Anschlag gehalten, dass die Verklinkungsflächen 27, 28 des zweiten Klinkenhebels 23 und des zweiten Anschlages 24 zueinander beabstandet sind. Der Abstand beträgt dabei etwa 1,5 mm. Dieser Abstand ist erforderlich, um den zweiten Anschlag 24 der zweiten Verklinkungseinrichtung 17 unter der Kraft einer ihr zugeordneten ersten Rückstell-Feder 29 (vgl. 5 und 6) im Uhrzeigersinn um seine Drehachse 30 in seine in der 2 gezeigte Verklinkungs-Position zu drehen.
Bei geschlossenem Schaltkontaktsystem liegt der zweite Klinkenhebel 23 an dem zweiten Anschlag 24 derart an, dass sich die einander zugeordneter Verklinkungsflächen 27, 28 überdecken.
Gemäß der 3 weist der zweite Anschlag 24 einen Mitnehmer 31 (vgl. auch 6) auf, der in bekannter Weise ( DE 100 10 727 C2 ) über einen Auslösestrang 32 (vgl. 1) von Hand – mittels einer frontseitig am Schalter angeordneten Drucktaste 33 – oder durch einen Elektromagneten 34 betätigbar ist, um den zweiten Anschlag 24 entgegen der Kraft der ersten Rückstell-Feder 29 um seine Drehachse 30 zu drehen. Dabei verringert sich die Überdeckung der Verklinkungsflächen bis sie aufgehoben wird, wodurch der bewegbaren Kontakt zum Überführen in seine AUS-Position freigegeben ist. Neben diesem „normalen" Auslösevorgang ist ein strombegrenzender Auslösevorgang vorgesehen, um die Verklinkung insbesondere bei Kurzschlussströmen schneller zu lösen. Hierzu ist der zweite Anschlag 24 mit seiner Drehachse 30 an einem ersten Träger 35 drehbar gelagert, wobei der erste Träger 35 seinerseits um eine Schwenkachse 36 schwenkbar ist. Diese Schwenkachse 36 verläuft parallel und mit Abstand zu der Drehachse 30, so dass ein Schwenken des ersten Trägers 35 ein Verschieben des zweiten Anschlages 24 entlang einer kreisbogenförmigen Bewegungsbahn bewirkt. Die Schwenkachse 36 des ersten Trägers ist an einem zweiten Träger 38 gelagert, wobei der zweite Träger 38 über einen Bolzen 39 ortsfest an einem Tragwerk 40 gehalten ist. Der erste 35 und der zweite 38 Träger bilden dabei jeweils ein Widerlager für zwei zweite Rückstell-Federn 41.
Da der zweite Träger 38 ortsfest an dem Tragwerk 40 gehalten ist, wird der erste Träger 35 unter der Kraft der zweiten Rückstell-Federn 41 in einer Ruhe-Position gehalten, bei der sich der zweite Anschlag 24 in seiner Verklinkungs-Position befindet. Bei fehlerhaft hohen Strömen, wirkt deren elektrodynamische Kraft auf den bewegbaren Kontakt 6 und von diesem über den Antriebsstrang, den Kopplungsstrang und den zweiten Klinkenhebel 23 auf den zweiten Anschlag 24. Ist das aus der Kraftkomponente F und dem Hebelarm 1 resultierende Moment, das dabei auf den ersten Träger 35 wirkt, größer als das Moment, das durch die zweiten Rückstell-Feder 41 auf den ersten Träger 35 wirkt, so schwenkt der erste Träger 35 entgegen dem Uhrzeigersinn um seine Schwenkachse 36. Dabei verschiebt sich der zweite Anschlag 24 schwenkend.
Gemäß der 4 – in der gestrichelt dargestellt noch einmal die Verklinkungs-Position der zweiten Verklinkungseinrichtung gezeigt ist – wird durch das schwenkende Verschieben des zweiten Anschlages 24 die Überdeckung der Verklinkungsflächen 27, 28 insbesondere durch ein aneinander Abrollen soweit verringert, dass sie schließlich aufgehoben und dadurch der zweite Klinkenhebel 23 von dem zweiten Anschlag 24 freigegeben ist. Der erste Träger 35, der zweite Träger 38, der zweite Anschlag 24 und die zweiten Rückstell-Federn 41 bilden eine separate Montageeinheit, die einen vom normalen Auslösevorgang unabhängigen strombegrenzenden Auslösevorgang gewährleistet. Gemäß den 5 und 6 ist diese separate Montageeinheit außerhalb des elektrischen Schalters 1 vormontierbar. Hierbei besteht der erste Träger 35 aus zwei Teilstücken 35a, 35a, um die Rückstell-Federn 41 und den zweiten Anschlag 24 aufnehmen zu können. Um die Kosten der Fertigung der Teilstücke zu senken, sind die beiden Teilstücke 35a, 35a identisch ausgebildet (sogenannte Gleichstücke). Die Montageeinheit kann durch ein Blockierstück 42 kräftefrei in den Schalter 1 montiert werden. Dazu wird das Blockierstück 42 nach dem Spannen der zweiten Rückstell-Federn 41 so zwischen die beiden Träger 35, 38 geschoben, dass es die relative Schwenkung der beiden Träger begrenzt. Hierzu legen sich Anschlagflächen 44, 45 der beiden Träger unter der Kraft der zweiten Rückstell-Federn 41 an gegenüberliegenden Seiten 46, 47 des Blockierstückes 42 an. Bei eingeschobenem Blockierstück sind die zweiten Rückstell-Federn 41 gespannt und die relative Schwenkung der beiden Träger 35, 38 blockiert.
Durch eine an der Schaltwelle 9 ausgebildete Stützkontur 50, die mit einer Stützkontur 51 des ersten Trägers 35 zusammenwirkt, wird zu Beginn eines Einschaltvorganges der erste Träger in seiner Ruhe-Stellung gehalten. Dies ist u. a. erforderlich, um eine vorzeitige Freigabe der zweiten Verklinkungseinrichtung 17 während des Einschaltvorganges durch im Antriebsstrang wirkende Kraftspitzen zu verhindern. Zum Toleranzausgleich kann zumindest eine der beiden Stützkonturen 50, 51 federnd ausgelegt sein. Ein über den Auslösestrang eingeleiteter „normaler" Ausschaltvorgang während des Einschaltvorganges (Freiauslösung) ist weiterhin möglich, da der zweite Anschlag 24 entgegen der Kraft der ersten Rückstell-Feder 29 um seine Drehachse 30 drehen kann. Der „normale" Auslösevorgang kann somit unabhängig von dem zu Beginn des Einschaltvorganges blockierten strombegrenzenden Auslösevorgang ablaufen.

Claims

Elektrischer Schalter (1) mit einem bewegbaren Kontakt (6), der über einen Antriebsstrang (8, 9, 14) entgegen der Kraft einer Kontaktkraft-Feder (7) aus einer AUS-Position in eine EIN-Position überführbar ist, und mit einer Verklinkungseinrichtung (17) zum Verklinken des in seine EIN-Position überführten bewegbaren Kontaktes (6), – bei dem die Verklinkungseinrichtung (17) einen Anschlag (24) und einen an dem Anschlag abstützbaren Klinkenhebel (23) aufweist, die mit einander zugeordneten Verklinkungsflächen (27, 28) versehen sind, – wobei der Anschlag (24) zum Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen (27, 28) unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kraft eines fehlerhaft hohen Stromes entgegen der Kraft zumindest einer Rückstell-Feder (41) aus einer Verklinkungs-Position schwenkend verschiebbar ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Träger (35) und ein zweiter Träger (38) vorgesehen sind, die jeweils ein Widerlager der zumindest einen Rückstell-Feder (41) bilden, – wobei der Anschlag (24) an dem ersten Träger (35) drehbar gelagert ist und – wobei der erste Träger (35) an dem zweiten Träger (38) schwenkbar gehalten ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Träger bei gespanntem Zustand der zumindest einen Rückstell-Feder (41) in Kraftrichtung der zumindest einen Rückstell-Feder (41) relativ zueinander blo ckierbar sind.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Blockieren der beiden Träger (35, 38) ein Blockierstück (42) dient, das die relative Schwenkung der beiden Träger (35, 38) unter der Kraft der zumindest einer Rückstell-Feder (41) begrenzt.
Elektrischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kraft eines fehlerhaft hohen Stromes durch Schwenken des Anschlages (24) bewirkte Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen zusätzlich zu einem unter dem Einfluss eines Auslösestranges (32) durch Drehen des Anschlages (24) bewirkten Aufheben der Überdeckung der Verklinkungsflächen vorgesehen ist.
Elektrischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Antriebsstrang eine Schaltwelle (9) und eine Stützkontur (50) aufweist, wobei die Stützkontur (50) beim Überführen des bewegbaren Kontaktes (6) in seine EIN-Position zum Blockieren des Anschlages (24) in seiner Verklinkungs-Position dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkontur (50) an der Schaltwelle (9) ausgebildet ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Schaltwelle (9) ausgebildete Stützkontur (50) mit einer an dem ersten Träger (35) ausgebildeten Stützkontur (51) zusammenwirkt.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Stützkonturen (50, 51) federnd ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Träger (35) aus zwei identisch ausgebildeten Teilstücken (35a, 35a) besteht.