DE10358828A1

DE10358828A1 - Elektrodynamisch kippendes Kontaktsystem für Leistungsschalter

Info

Publication number: DE10358828A1
Application number: DE10358828A
Authority: DE
Inventors: Kurt Händler; Wolfgang Kremers; Hartwig Dr.-Ing. Stammberger; Albert Zacharias
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-14
Also published as: WO2005059941A1; US20070251809A1; EP1695365A1; US7394032B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisch kippendes Kontaktsystem für Leistungsschalter, wobei ein Schaltwellensegment (14), eine darin schwenkbar gelagerte Drehkontaktbrücke (6) und Kontaktkraftfedern (24) Bestandteile eines Kippsprungswerkes bilden, welches die Drehkontaktbrücke (6) nach elektrodynamisch bewirkter Abstoßung von Festkontakten (4) in einer Abstoßstellung hält. Um unter Vermeidung zusätzlichen Bauvolumens die Reproduzierbarkeit des Kippverhaltens zu verbessern, sind als weiterer Bestandteil des Kippsprungwerkes zwei Wippen (26) an der Drehkontaktbrücke (6) kippbar gelagert. Die Kontaktkraftfedern (24) stützen sich zwischen dem Schaltwellensegment (14) und den Wippen (26) ab, wobei die Federlängsachsen (48), die Kippachsen (50) der Wippen (26) und die Drehsymmetrieachse (8) der Drehkontaktbrücke (6) in der Kipppunktebene (52) des Kippsprungwerkes liegen. Die Drehkontaktbrücke (6) ist im Schaltwellensegment (14) über eine Lagerachse (12) und eine Langlochlagerung (16) gelagert, deren Längsachse (54) mit der Kipppunktebene (52) senkrecht zur Lagerachse (12) einen höchsten spitzen Winkel einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisch kippendes Kontaktsystem für Leistungsschalter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere strombegrenzende Leistungsschalter.

Aus der Druckschrift DE 100 56 820 A1 ist ein Kontaktsystem für jeweils einen Pol eines Leistungsschalters mit einer Drehkontaktbrücke bekannt, die zwei gegenüberliegende Festkontakte elektrisch verbindet bzw. trennt. Die Drehkontaktbrücke ist mit schwimmender Lagerung über zwei als Druckfedern ausgebildete Kontaktkraftfedern in einem Schaltwellensegment gelagert. Die Kontaktkraftfedern sind gegenüberstehend zu beiden Seiten der Drehkontaktbrücke in Bohrungen der Schaltwelle gelagert und wirken über ihre mit Gleitelementen versehenen freien Federenden ständig mit Steuerkurven der Drehkontaktbrücke zusammen. Die Drehkontaktbrücke, die Kontaktkraftfedem und das Schalwellensegment bilden bei geeigneter Ausbildung der Steuerkurven ein Kippsprungwerk. Bei einer elektrodynamisch bewirkten Abstoßung der Drehkontaktbrücke von den Festkontakten infolge eines über das Kontaktsystem fließenden Kurzschlussstromes gleiten die freien Federenden unter zunehmender Stauchung der Kontaktkraftfedern an den Steuerkurven entlang, bis sie nach Überschreiten des Kipppunktes des Kippsprungwerkes in Rastvertiefungen der Steuerkurven übergehen. Hierdurch verharrt die Drehkontaktbrücke in der Abstoßstellung, bis sie bewusst aus dieser Stellung über einen Betätigungsmechanismus entfernt wird. Von Nachteil ist die unbefriedigende Reproduzierbarkeit des dynamischen Kippverhaltens des Kontaktsystems infolge der zwischen den Stiften und den Steuerkurven auftretenden Reibungsarbeit, den nicht zur Kippachse gerichteten Druckkräften auf die freien Federenden und den auf die Gleitelemente wirkenden Tangentialkräften.

Aus der Druckschrift DE 42 22 965 C1 ist ein Kontaktsystem für jeweils einen Pol eines Leistungsschalters mit einem einarmigen Kontakthebel bekannt, der einen Festkontakt und einen mit dem Kontakthebel in einer Kippachse elektrisch verbundenen Anschlussleiter verbindet bzw. trennt. Der mit der Kippachse auf einer Schaltwelle gelagerte Kontakthebel wird beidseitig von einem Paar Kontaktkraft-Zugfedern beaufschlagt. Die Zugfedern sind zwischen Kontakthebel und Schaltwelle jenseits der Kippachse in der Weise aufgehängt und bilden mit dem Kontakthebel und der Schaltwelle ein Kippsprungwerk. Bei elektrodynamischer Abstoßung des Kontakthebels vom Festkontakt gehen im Kipppunkt, der auch Totpunkt genannt wird, des Kippsprungwerkes die beiden Verbindungsgeraden zwischen den Federaufhängungen durch die Kippachse und bilden in diesem Moment die Kipppunktebene, die auch als Totpunktebene bezeichnet werden kann. Die Übertragung eines derartigen Kippsprungwer kes auf ein Kontaktsystem mit einer Drehkontaktbrücke würde aufgrund des benötigten Arbeitsvolumens der Zugfedern in nachteiliger Weise zu einer Vergrößerung des Kontaktsystems führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung zusätzlichen Bauvolumens die Reproduzierbarkeit des Kippverhaltens zu verbessern.

Ausgehend von einem Kontaktsystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Das erfindungsgemäße Kontaktsystem verbindet die Vorteile eines Kippsprungwerkes, bei dem im Kipppunkt die Verbindungsgeraden zwischen den Kontaktkraftfederenden durch die Kippachse des Kipppunktsystems verläuft, mit den Vorteilen des Einsatzes von Druckfedern. Die Kippachse fällt in die Lagerachse der Drehkontaktbrücke. In dem durch die Drehkontaktbrücke, die Kontaktdruckfedern, die Wippen und das Schaltwellensegment gebildete Kippsprungwerk treten keine bemerkenswerten Reibungsverluste auf. Die toleranzerhöhende Querbelastung der Kontaktkraftfedern wird weitestgehend vermieden. Daraus folgt eine höhere Reproduzierbarkeit des Kippverhaltens des Kontaktsystems und damit eine erhöhte Sicherheit für die Projektierung der mit dem Leistungsschalter zu schützenden Anlage. Die als Druckfedern ausgebildeten Kontaktkraftfedern führen in Verbindung mit den Wippen zu einer raumsparenden Anordnung innerhalb des Schaltwellensegmentes. Die Langlochlagerung des Schaltwelle ermöglicht einen unkomplizierten Ausgleich der Einschaltlage der Drehkontaktbrücke bei unsymmetrischem Abbrand der mit der Drehkontaktbrücke bzw. den Festkontakten verbundenen Kontaktauflagen. Die Längserstreckung der Langlochlagerung parallel oder im spitzen Winkel zur Kipppunktebene des Kippsprungwerkes verhindert eine Destabilisierung des Kontaktsystems im Kipppunkt.

Die kontaktbrückenseitige Halterung der Kontaktkraftfedern in Aufnahmebohrungen der Wippen führt zu einer weiteren Einsparung von Bauraum, im besonderen Maße dann, wenn mit den Aufnahmebohrungen versehene Wippenstege seitlich über die Drehkontaktbrücke reichen. In zweckmäßiger Weise werden die kontaktbrückenfernen Enden der Kontaktkraftfedern durch in dem Schaltwellensegment ausgebildete Haltenoppen und/oder Haltemulden festgelegt.

Die Abstoßbewegung der Drehkontaktbrücke wird zweckmäßigerweise durch Anschläge im Schaltgerätegehäuse begrenzt.

Die Langlochlagerung wird zweckmäßigerweise dadurch hergestellt, dass die Lagerachse für die Drehkontaktbrücke in seitlichen Langlöchern des Schaltwellensegmentes lagert. Vorteilhafterweise verläuft die Richtung der Langlöcher in der Kipppunktebene. Selbstverständlich kann in umgekehrter Weise die Drehkontaktbrücke mit einem Langloch ausgestattet sein, durch das die im Schaltwellensegment festgelegte Lagerachse verläuft.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
1, 3 und 5: den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kontaktaktsystems in Einschalt-, Kipppunkt- bzw. Abstoßstellung;
2, 4 und 6: die perspektivische Darstellung erfindungswesentlicher Details des Kontaktsystems in Einschalt-, Kipppunkt- bzw. Abstoßstellung.
Das für einen Pol eines mehrpoligen Leistungsschalter dargestellte erfindungsgemäße Kontaktsystem 2 enthält zwei gegenüberliegende Festkontakte 4 und eine Drehkontaktbrücke 6. Die Drehkontaktbrücke 6 ist in ihrer Drehsymmetrieachse 8 über eine kreisförmige Lagerbohrung 10 auf einer zylindrischen Lagerachse 12 schwenkbar gelagert. Die Drehkontaktbrücke 6 ragt beidseitig aus einem Schaltwellensegment 14 heraus, wobei die Lagerachse 12 mit beiden Enden in seitlichen Langlöchern 16 in dem Schaltwellensegment 14 einliegt. Das Schaltwellensegment 14 lagert mit benachbarten Schaltwellensegmenten in einem lediglich rudimentär angedeuteten Schaltgerätegehäuse 18. Die Festkontakte 4 und die Drehkontaktbrücke 6 weisen endseitig Kontaktauflagen 20 bzw. 22 auf, die in der Einschaltstellung gemäß 1 unter der Kraftwirkung von zwei Paaren von Kontaktkraftfedern 24 eine leitende Verbindung zwischen den beiden Festkontakten 4 herstellen. In üblicher Weise wird das Kontaktsystem 2 durch einen nicht dargestellten – da für die Erfindung nicht wesentlich – Betätigungsmechanismus von der Ausschalt- in die Einschaltstellung und umgekehrt überführt. Bei einem Kurzschlussstrom durch das Kontaktsystem 2 treten abstoßende elektrodynamische Kräfte auf, welche die Drehkontaktbrücke 6 von der in 1 und 2 gezeigten Einschaltstellung in die in 5 und 6 gezeigte Abstoßstellung schleudert. Die schleifenförmige Ausbildung der Festkontakte 4 trägt erheblich zu einer Verstärkung der elektrodynamischen Abstoßkräfte bei.
Damit die Drehkontaktbrücke 6 von der Abstoßstellung gemäß 5 und 6 nicht von allein wieder in die Einschaltstellung gemäß 1 und 2 zurückfällt, ist das Kontaktsystem 2 mit einem Kippsprungwerk ausgestattet, das drehsymmetrisch zur Lagerachse 12 ausge bildet ist. Das Kippsprungwerk setzt sich aus der Drehkontaktbrücke 6, dem Schaltwellensegment 14, den beiden Paaren von Kontaktdruckfedern 24 und zwei Wippen 26 zusammen. Die Wippen 26 sind an der Drehkontaktbrücke 6 zu deren Drehsymmetrieachse 8 gegenüberstehend gelagert. Die Wippen 26 sind als U-förmigen Körper mit einen Mittelsteg 28 und zwei seitlichen Wippenstegen 30 ausgebildet. Von jedem Mittelsteg 28 geht ein Lagerschenkel 32 aus. Die Wippen 26 lagern mit ihren Lagerschenkeln 32 kippbar in zugehörigen Lageraufnahmen 34, die in den stirnseitigen Schmalseiten 36 der Drehkontaktbrücke 6 ausgebildet sind. Die Wippstege 30 überragen die Lagerschenkel 32 in Richtung zur Drehsymmetrieachse 8, sodass die Wippen 26 mit ihren Wippstegen 30 seitlich über die Drehkontaktbrücke 6 greifen.
In jedem Wippensteg 30 ist eine Aufnahmebohrung 38 ausgebildet. In dem Schaltwellensegment 14 sind gegenüberliegend Haltemulden 40 mit zur Lagerachse 12 weisenden Haltenoppen 42 ausgebildet. Zwischen dem Schaltwellensegment 14 und den Wippen 26 stützen sich die Kontaktkraftfedern 24 in der Weise ab, dass die kontaktbrückenfernen Federenden 44 auf den Haltenoppen 42 sitzen und die kontaktbrückennahen Federenden 46 in den Aufnahmebohrungen 38 lagern. Das vorstehend beschriebene Kippsprungwerk ist im Sinne der Aufgabenlösung in besonderer Weise in Bezug auf die in 3 und 4 gezeigte Kipppunktstellung, die im Verlauf der Abstoßbewegung der Drehkontaktbrücke 6 von der Einschalt- in die Abstoßstellung durchfahren wird, angeordnet. Im Kipppunkt des Kippsprungwerkes fallen die Federlängsachsen 48, die Kippachsen 50 der Wippen 26 und die Drehsymmetrieachse 8 der Drehkontaktbrücke 6 in ein und dieselbe Kipppunktebene 52. Die Langlochlängsachsen 54 sollten nur einen geringen Winkel – höchstens einen spitzen Winkel – mit der Kipppunktebene 52 einschließen. Im Beispiel verlaufen die Langlochlängsachsen 54 idealerweise in der Kipppunktebene 52. Zur Begrenzung der Abstoßbewegung sind im Schaltgerätegehäuse 18 Anschläge 56 ausgebildet, die sich bezüglich der Lagerachse 12 gegenüberstehen und an die die Drehkontaktbrücke 6 mit ihren Schmalseiten 36 anschlägt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So lässt sich die Erfindung beispielsweise dahingehend abwandeln, dass zur Realisierung der Langlochlagerung in der Drehkontaktbrücke 6 ein über die Drehsymmetrieachse 8 verlaufendes Langloch ausgebildet ist, durch das die Lagerachse 12 verläuft, die ihrerseits in seitlich im Schaltwellensegment 14 ausgebildeten kreisförmigen Lagerbohrungen lagert.

Claims

Kontaktsystem für jeweils einen Pol eines von einem Schaltgerätegehäuse (18) umgebenen Leistungsschalters, – bestehend aus gegenüberliegenden Festkontakten (4), einer Drehkontaktbrücke (6), welche die Festkontakte (4) elektrisch verbindet bzw. trennt, einem Schaltwellensegment (14), in dem die Drehkontaktbrücke (6) schwenkbar angeordnet ist, und aus als Druckfedern ausgebildeten Kontaktkraftfedern (24), die zwischen dem Schaltwellensegment (14) und der Drehkontaktbrücke (6) angreifen, – wobei die Drehkontaktbrücke (6), das Schaltwellensegment (14) und die Kontaktkraftfedern (24) Bestandteile eines Kippsprungwerkes bilden, welches die Drehkontaktbrücke (6) nach elektrodynamisch bewirkter Abstoßung von den Festkontakten (4) in einer Abstoßstellung festhält, – dadurch gekennzeichnet, dass – als weiterer Bestandteil des Kippsprungwerkes zwei Wippen (26) an der Drehkontaktbrücke (6) parallel zu deren Drehsymmetrieachse (8) kippbar gelagert sind, – die Kontaktkraftfedern (24) sich zwischen dem Schaltwellensegment (14) und den Wippen (26) abstützen, – die Federlängsachsen (48) der Kontaktkraftfedern (24), die Kippachsen (50) der Wippen (26) und die Drehsymmetrieachse (8) in der Kipppunktebene (52) des Kippsprungwerkes liegen und – die Drehkontaktbrücke (6) im Schaltwellensegment (14) über eine Lagerachse (12) und eine Langlochlagerung (16) gelagert ist, deren Längsachse mit der Kipppunktebene (52) senkrecht zur Lagerachse (12) einen höchstens spitzen Winkel einschließt.
Kontaktsystem nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkraftfedern (24) mit ihren kontaktbrückennahen Federenden (46) in an den Wippen (26) ausgebildeten Aufnahmebohrungen (38) lagern.
Kontaktsystem nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippen (26) mit einem Lagerschenkel (32) in schmalseitigen Lageraufnahmen (34) der Drehkontaktbrücke (6) lagern und sich beidseitig des Lagerschenkels (32) Wippenstege (30) anschließen, welche in Richtung zur Drehsymmetrieachse (8) den Lagerschenkel (32) überragen und jeweils eine der Aufnahmebohrungen (38) aufweisen.
Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltwellensegment (14) Haltenoppen (42) und/oder Haltemulden (40) für die kontaktbrückenfernen Federenden (44) ausgebildet sind.
Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltgerätegehäuse (18) gegenüberstehend Anschläge (56) zur Begrenzung der Abstoßbewegung der Drehkontaktbrücke (6) ausgebildet sind.
Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkontaktbrücke (6) mit einer kreiszylindrischen Lagerbohrung (10) auf der Lagerachse (12) und diese wiederum in seitlichen Langlöchern (16) des Schaltwellensegmentes (14) lagert.
Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Langlochlängsachsen (54) in der Kipppunktebene (52) liegen.