DE19734968A1 - Hochstrom-Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochstrom-Schaltvorrichtung, welche zwei an getrennte Stromleiter anzuschließende Kontaktplatten, wenigstens einen an einer der Kontaktplatten angebrachten, bewegbar gelagerten Schaltfinger und an den Schaltfingern und der anderen Kontaktplatte angeordnete Kontakte aufweist, wobei jeder Schaltfinger über ein Dehnungsband elektrisch leitend mit der einen Kontaktplatte verbunden ist.

Die Schaltfinger von Hochstrom-Schaltvorrichtungen dienen zum Trennen und Schließen des Stromkreises, wobei sie einen Schaltweg zurückzule­ gen haben, zur Stromübertragung, als Grundkörper für Schaltkontakte, zum zeitlich versetzten Schalten über Vorkontakte, zum Löschen von beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbögen, zur Wärmeabgabe und zur Aufnahme der sich durch die Schaltdynamik ergebenden mechanischen Beanspruchungen. Dementsprechend müssen die Schaltfinger von Hochstrom-Schaltvorrichtungen eine hohe elektrische und mechanische Belastbarkeit, eine geringe Baugröße und eine gute elektrische Leit­ fähigkeit aufweisen. Hierzu kommt, daß die Schaltfinger preisgünstig herzustellen sein müssen.

Obwohl für den Schaltvorgang bereits ein verstellbarer bzw. bewegli­ cher Schaltfinger ausreicht, weisen Hochstrom-Schaltvorrichtungen im allgemeinen mehrere Schaltfinger auf. Dabei können an einem oder mehreren der Schaltfinger Vorkontakte vorgesehen sein, wenn dies für den jeweiligen Schaltvorgang zweckmäßig ist. Außerdem können an einem oder mehreren der Schaltfinger sowie an der Gegen-Kontaktplatte Hörner zum Ableiten des beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbogens angebracht sein.

Die an den Schaltfingern und der Gegen-Kontaktplatte vorgesehenen Kontaktstücke können aus Sonderlegierungen bestehen. Deren Oberfläche ist meistens verzinnt oder versilbert. Die Kontaktfinger selbst bestehen üblicherweise aus Kupfer, insbesondere (S)E-Cu F25-30, wobei deren Oberfläche versilbert oder verzinnt ist, wenn die Dehnungsbän­ der oder Leiter angeschraubt werden, während die Oberfläche blank ist, wenn die Teile durch Schweißen oder Löten verbunden sind.

Die bekannten Schaltfinger enthalten Bohrungen und weisen Einschnitte oder Überhöhungen zur Aufnahme mechanischer Kräfte aus Betätigungs­ elementen oder Federn auf. An den Krafteinleitungsstellen oder Stellen mit hohen Biegemomenten ergeben sich Belastungen, die zu Verformungen der Schaltfinger führen, wenn durch Wärmeeinleitung die mechanische Festigkeit des Materials der Schaltfinger, nämlich des Kupfers, verringert wird. Daher muß man bei der Herstellung der bekannten Schaltfinger darauf achten, daß nur örtlich begrenzt eine geringe Wärmeeinleitung in das Material, nämlich Kupfer, erfolgt, wozu teure Herstellungsverfahren wie Percussionsschweißen oder Elektronenstrahlschweißen angewendet werden müssen. Alternativ können die Kontakte oder Dehnungsbänder auch angeschraubt werden, was hohe Montagekosten und außerdem hohe Kontaktwiderstände zur Folge hat. Im letztgenannten Fall lassen sich allerdings defekte Teile auch leichter austauschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Hochstrom-Schaltvor­ richtungen die Schaltfinger einfach und damit preiswert derart herstellen zu können, daß diese einerseits eine gute elektrische Leitfähigkeit und andererseits auch eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Hochstrom-Schaltvorrich­ tung gelöst, welche die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß die für die Stromüber­ tragung vorgesehenen Stromleiter, welche insbesondere aus Kupfer bestehen, praktisch nicht auch für die Aufnahme der mechanischen Belastungen, welche sich aus den Schaltvorgängen und Schaltbewegungen ergeben, genutzt werden müssen. Dementsprechend können die das Dehnungsband bildenden, aus Kupfer bestehenden Lamellen oder Litzen an deren Enden durch preiswerte Schweißungen untereinander verbunden werden. Die mechanischen Belastungen nimmt ein für die Stromleitung nicht erforderliches Gehäuse, das aus nicht magnetisierbarem rostfreien Stahl oder VA-Stahl besteht, auf.

Die an den Schaltfingern vorzusehenden Kontakte können beispielsweise hartgelötet angebracht werden, weil die für die Stromleitung vorgesehenen Dehnungsbänder praktisch keine mechanischen Belastungen aufnehmen müssen und dementsprechend an den Schweiß- und Lötstellen mechanisch geschwächt werden können, ohne die Funktionsfähigkeit der Schaltfinger zu beeinträchtigen.

Gemäß der Erfindung besteht das für die Stromübertragung vorgesehene Dehnungsband aus Kupfer, nämlich (S)E-Cu F25-30, während das den mechanisch beanspruchten Teil des Schaltfingers aufnehmende Gehäuse aus nicht rostendem, antimagnetischem Stahlblech wie VA-Stahl gebildet ist. Die Oberflächen der einzelnen Teile sind blank, wenn diese durch Schweißen oder Löten verbunden sind. Äußere Kontakte können oberflächlich verzinnt oder versilbert zum Anschluß an den jeweiligen Leiter sein.

Das Gehäuse der einzelnen Schaltfinger ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet und enthält Bohrungen, weist Einschnitte oder Überhöhun­ gen zur Aufnahme mechanischer Kräfte aus Betätigungselementen und Federn auf. Die Teile des Gehäuses sowie der für die Verstellung der Schaltfinger vorgesehenen Federn sind vorzugsweise aus Blech ausge­ stanzt. Die Dehnungsbänder bestehen aus einer Anzahl von Lamellen oder Litzen, die an ihren Enden durch Preßschweißung miteinander verbunden sind. Dabei können die Dehnungsbänder als schmale, einzelne Finger, oder als ein von einem Ende durchgeschlitztes Dehnungsband ausgebildet sein. An den freien Enden dieses Dehnungsbandes bzw. dieser Dehnungsbänder sind zweckmäßig hartgelötete Kontaktstücke angebracht.

Zum Zusammenbau werden die aus Blech bestehenden Teile und insbesondere die Hälften des Gehäuses der Schaltfinger um den aus lamelliertem Kupfer bestehenden Finger gelegt und an ihren Längs­ kanten beispielsweise durch Buckelschweißen oder Punktschweißen miteinander verbunden.

Die an den Krafteinleitungsstellen oder Stellen mit hohen Biegemomen­ ten auftretenden hohen Belastungen werden erfindungsgemäß von dem im Vergleich zu Kupfer hochfesten Stahlblech wie VA-Material aufgenom­ men. Die aus Kupferlitzen oder -lamellen bestehenden Dehnungsbänder können dementsprechend an ihren Enden durch Preßschweißen oder Hart­ löten verbunden werden, da durch die damit verbundene Wärmebeeinflus­ sung entstehende verminderte Festigkeit der Dehnungsbänder keine wesentlichen Nachteile hervorruft, weil die mechanische Festigkeit durch das erfindungsgemäß vorgesehene Gehäuse gewährleistet ist.

Durch die Erfindung ist außerdem der lamellierte Bereich des Dehnungsbandes um annähernd die Länge des Schaltfingers verlängert, was eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer des Dehnungsbandes und damit des Schalters insgesamt zur Folge hat.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochstrom-Schaltvorrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der Schaltvorrichtung im Bereich eines Schaltfingers,

Fig. 2 einen Querschnitt des Schaltfingers im Bereich des Gehäuses,

Fig. 3 eine Draufsicht auf drei nebeneinander angeordnete und an einem Ende untereinander verbundene Schaltfinger und

Fig. 4 einen Querschnitt eines Schaltfingers im Bereich des angelöteten Kontaktes.

Die Schaltvorrichtung hat zwei elektrisch leitfähige Kontaktplatten 1 und 2 zum äußeren Anschließen der Schaltvorrichtung an einen hier nicht gezeigten stromübertragenden elektrischen Leiter, der mittels der Schaltvorrichtung unterbrochen bzw. geschlossen werden soll.

An die Kontaktplatte 1 sind Schaltfinger 3 angeschlossen, welche das eigentliche Schaltelement bilden. Jeder Schaltfinger 3 ist um ein Drehgelenk 4 schwenkbar gelagert, um die notwendigen Schaltbewegungen ausführen zu können.

Ein Betätigungselement 5, beispielsweise ein Zylinder oder Motor, sorgt über ein Gestänge 6 oder einen Exzenter für die notwendigen Schaltbewegungen des Schaltfingers 3. Sind mehrere Schaltfinger vorgesehen, werden alle Schaltfinger mit derselben Mechanik betätigt. Allerdings ist für wenigstens einen Schaltfinger eine Vorkontakt­ funktion durch eine geänderte Geometrie an Schaltfingern oder Betätigungsmechanik möglich.

Jeder Schaltfinger 3 besteht aus einem Gehäuse 7 und einem Dehnungs­ band 8. Das Dehnungsband 8 besteht aus einer Mehrzahl von zu einem Paket zusammengefügten Lamellen 9 aus Kupfer, die an ihren Enden 10 und 11 durch Preßschweißen miteinander verbunden sind, während sich die Lamellen 9 zwischen die beiden Enden 10 und 11 im übrigen frei gegeneinander bewegen können, um die Funktion des Dehnungsbandes erfüllen zu können.

Während das Dehnungsband 8 bzw. dessen Lamellen 9 für die Übertragung des elektrischen Stromes dienen, ist das einen Teil des Dehnungsban­ des 8 umschließende Gehäuse 7 aus nicht magnetisierbarem Stahlblech, vorzugsweise VA-Stahlblech, hergestellt und übernimmt die sich durch die Schaltvorgänge ergebenden mechanischen Belastungen. Das Dehnungs­ band 8 braucht deshalb nicht für die Übertragung der mechanischen Schaltkräfte ausgelegt zu sein. Deshalb kann man seine Enden 10 und 11 durch einfache und preiswerte Warmbehandlung, beispielsweise durch Preßschweißen, zu einem kompakten Paket verbinden.

Während das Ende 10 des Dehnungsbandes 8 über ein Deckblech 12 mit der ersten Kontaktplatte 1 verschweißt ist, ist auf das andere Ende 11 ein Kontaktstück 13 aufgelötet. Wie Fig. 1 und 4 zeigen, ragt das aus einer Sonderlegierung bestehende Kontaktstück 13 aus dem Gehäuse 7 heraus. Die Lötschicht 14 besteht beispielsweise aus Silberlot L-AG 44 oder L-AG 15 P.

Am äußeren Ende des Gehäuses 7 ist ein Horn 15 angebracht, dem ein an der zweiten Kontaktplatte 2 angebrachtes gleiches Horn 16 gegen­ überliegt. Die Hörner 15 und 16 dienen zum Ableiten des sich beim Schaltvorgang bildenden Lichtbogens.

Dem Kontaktstück 13 des Schaltfingers 3 liegt ein gleiches Kontakt­ stück 17 gegenüber, das an der zweiten Kontaktplatte 2 befestigt ist und ebenfalls aus einer Sonderlegierung besteht.

Eine Druckfeder 18 drückt den Schaltfinger 3 in Richtung zur zweiten Kontaktplatte 2, damit die Kontaktstücke 13 und 17 sich fest aufein­ ander legen, wenn der Kontakt geschlossen sein soll.

Das Gehäuse 7 besteht aus zwei schalenförmigen Teilen 19 und 20, wie insbesondere Fig. 2 und 4 zeigen. Diese schalenförmigen Gehäuse-Teile 19 und 20 sind jeweils aus einem gestanzten Blechzuschnitt geformt und werden an ihren Längskanten 21 punktförmig miteinander ver­ schweißt, so daß das Gehäuse 7 eine die mechanischen Schaltbelastun­ gen aufnehmende Einheit bildet.

Fig. 3 zeigt, daß drei Schaltfinger 3 aus einem Dehnungsband 8 gebil­ det sind, das durch zwei Einschnitte 22 längsgeschlitzt ist, um die drei Schaltfinger zu bilden. Das hintere Ende 10 der drei Schaltfin­ ger bzw. des Dehnungsbandes ist allen drei Schaltfingern gemeinsam, während die vorderen Enden 11 mit den daran hart angelöteten Kontakten 13 voneinander getrennt sind, um die Schaltfinger einzeln verstellen zu können.

In Fig. 3 ist das den vorderen Teil jedes Dehnungsbandes aufnehmende Gehäuse 7 nicht dargestellt.

Claims (7)

1. Hochstrom-Schaltvorrichtung, mit zwei an Stromleiter anzuschließenden Kontaktplatten (1; 2), mit wenigstens einem an einer der Kontaktplatten (1) angebrachten, bewegbar gelagerten Schaltfinger (3) und mit an den Schaltfingern und der anderen Kontaktplatte (2) angeordneten Kontakten (13; 17), wobei jeder Schaltfinger über ein Dehnungsband (8) mit der einen Kontakt­ platte (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltfinger (3) ein die mechanischen Belastungen aufnehmendes Gehäuse (7) aufweist und daß das Dehnungsband (8) sich in dem Gehäuse bis zu dem Kontakt (13) des Schaltfingers erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnungsband (8) jedes Schaltfingers (3) aus Kupfer und das Gehäuse (7) aus rostfreiem antimagnetischem Stahl besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnungsband (8) aus an beiden Enden (10; 11) des Dehnungs­ bandes miteinander verschweißten Lamellen (9) oder Litzen besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kontakt (13) jedes Schaltfingers (3) an das eine Ende (11) des Dehnungsbandes (8) angelötet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das andere Ende (10) des Dehnungsbandes (8) an die erste Kontaktplatte (1) angelötet oder angeschweißt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (7) aus zwei Stahlblechzuschnitten (19, 20) geformt ist, die dauerhaft miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (7) den vorderen bzw. freien Teil des Dehnungsbandes (8) umschließt und das Dehnungsband mit seinem hinteren Teil aus dem Gehäuse herausragt.