DE19743468A1 - Strombegrenzendes Kontaktsystem mit selektiver Wirkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein strombegrenzendes Kontaktsystem mit selektiver Wirkung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Kontaktsysteme finden Anwendung in Strombegrenzern oder Niederspannungs-Schutzschaltern insbesondere Leistungs­ schaltern oder Leitungsschutzschaltern, die mit nachgeordneten Schutzschaltern oder NH-Sicherungen verbunden sind, um deren Abschaltung in geeigneten Fällen zu bewirken und selbst eingeschaltet zu bleiben.

Aus der DE 24 39 066 C2 ist ein derartiges Kontaktsystem bekannt, zu dessen verbind- und trennbaren Kontaktstücken ein einen veränderlichen elektrischen Widerstand aufweisendes Strombegrenzungselement in Reihe geschaltet ist. Als veränder­ licher Widerstand findet ein druckempfindlicher Festkörper­ widerstand Anwendung, der gleichzeitig das feststehende Kontaktstück des Kontaktsystems bildet, wobei der infolge des Kontaktdruckes sehr geringe Widerstandswert des Festkörper­ widerstandes sich beim Öffnen des Kontaktsystems sprungartig in einen hochohmigen Wert verändert. In der gleichen Druck­ schrift sind Kontaktsysteme beschrieben, deren zu den Kontakt­ stücken in Reihe geschaltete Strombegrenzungselemente als vom Stromfluß beeinflußte temperaturabhängige Widerstände ausge­ führt sind. Von Nachteil bei den vorstehend beschriebenen Kontaktsystemen sind der aufwendige Aufbau und die ungenügende Reproduzierbarkeit der selektiven Eigenschaften.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein strombegrenzendes Kontaktsystem anzugeben, das gute strombegrenzende und selektive Eigenschaften aufweist.

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

Wenigstens beim elektrodynamischen Öffnen des Kontaktsystems wird zusätzlich ein merklicher Übergangswiderstand durch den veränderlichen Kontaktbereich zwischen dem Kontaktarm und einem Anschlußleiter geschaffen, so daß der Kurzschlußstrom von dem Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken sowie zusätz­ lich durch diesen erhöhten Übergangswiderstand wirksam begrenzt wird. Zu den an sich erforderlichen Klemmkräften zwischen Kontaktarm und Anschlußleiter im Bereich der Dreh­ lagerstelle kommen elektrodynamisch bewirkte Klemmkräfte hinzu, die eine zusätzliche Bremswirkung auf den Kontaktarm ausüben. Diese Bremswirkung verringert sowohl die Gefahr des Zurückprallens des Kontaktarmes von einem Anschlag als auch die Wirkung der der Öffnungsbewegung entgegenwirkenden Kon­ taktkraftfedern. Das heißt, ein Wiederschließen des Kontakt­ systems nach elektrodynamischer Öffnung durch einen Kurz­ schlußstrom über einem bestimmten Wert wird wirksam verzögert, womit eine hohe selektive Wirkung erreicht ist. Die Kontakt­ systeme werden demnach einer geringeren dynamischen sowie thermischen Belastung ausgesetzt und sind in ihrer selektiven Wirkung zuverlässig. Wenn die Drehlagerstelle und der Anschlußleiter ortsfest im Strombegrenzer oder Schutzschalter angeordnet sind, dann tritt die Änderung des Übergangswider­ standes in dem genannten Kontaktbereich bei jedem Öffnen bzw. Schließen des Kontaktsystems ein. Wenn die Drehlagerstelle und der Anschlußleiter allerdings in einer von einem Betätigungs­ mechanismus zu betreibenden Schaltwelle angeordnet sind, dann tritt die Änderung des Übergangswiderstandes in dem genannten Kontaktbereich nur bei durch einen Kurzschlußstrom bewirktem elektrodynamischem Öffnen des Kontaktsystems ein.

Vorteilhaft sind die unterschiedlichen Übergangswiderstände durch unterschiedliche Kontaktteilbereiche am Kontaktarm und am Anschlußleiter zu realisieren. Insbesondere stehen bei geschlossenem Kontaktsystem gegenüberstehende Kontaktteil­ bereiche von Kontaktarm und Anschlußleiter mit niedrigem Kontaktwiderstand in Verbindung, über die sich im wesentlichen der Strom verteilt. Bei wenigstens elektrodynamisch sich öffnendem Kontaktsystem gelangen infolge der gegenseitigen Verschwenkung von Kontaktarm und Anschlußleiter Kontaktteil­ bereiche mit niedrigem Kontaktwiderstand zunehmend mit gegen­ überliegenden Kontaktteilbereichen mit höherem Kontaktwider­ stand in Verbindung, wodurch eine begrenzende Stromaufteilung bewirkt wird. Die Kontaktteilbereiche mit unterschiedlichem Kontaktwiderstand sind vorteilhaft sektorartig um die Dreh­ lagerstelle anzuordnen, wobei der drehlagerseitig gabelförmig ausgebildete Kontaktarm einen Steg des Anschlußleiters umfaßt oder umgekehrt der Kontaktarm drehlagerseitig von einem gabel­ förmig ausgebildeten Steg des Anschlußleiters umfaßt wird. Die unterschiedlichen Kontaktteilbereiche sind zweckmäßig durch Oberflächenbeschichtungen mit Materialien unterschiedlicher Leitfähigkeit zu realisieren.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, aus dem weitere Einzelheiten und Vorteile zu ersehen sind, näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kontaktsystem in Seitenan­ sicht;

Fig. 2 das Kontaktsystem in Draufsicht;

Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 1;

Fig. 4 eine weitere Einzelheit aus Fig. 1.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist vereinfacht ein Kontaktsystem 2 für einen Pol eines mehrpoligen Strombegrenzers dargestellt. Das Kontaktsystem 2 enthält eine festgelegte Kontaktschiene 4 mit einem feststehenden Kontaktstück 8 und einen Kontaktarm 6 mit einem beweglichen Kontaktstück 10. Der Kontaktarm 6 ist an einem Steg 12 in einer Drehlagerstelle 14 schwenkbar gelagert. Der Steg 12 steht von einem Anschlußleiter 16 hoch. Die Kontaktschiene 4 und der Anschlußleiter 16 enden jeweils in einem äußeren Anschlußbereich 18 bzw. 20. Die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Kontaktstücken 8 und 10 wird durch auf Zug beanspruchte Kontaktkraftfedern 22 erzeugt, die beiderseits am Kontaktarm 6 angreifen. Der Kontaktarm 6 ist im Bereich der Drehlagerstelle 14 gabelförmig ausgebildet und mit einer mechanischen Vorspannung nach innen versehen, so daß er den Steg 12 unter Ausbildung eines Kontaktbereiches 24 zwischen der Innenseite von jedem Gabelende 26 des Kontakt­ armes 6 und der jeweils anliegenden Außenfläche des Steges 12 klemmend umfaßt. An sich bekannte Klemmittel können zusätzlich vorgesehen werden.

Kontaktschiene 4 und Kontaktarm 6 bilden eine Stromschleife, so daß beim Auftreten eines Kurzschlußstromes der Kontaktarm 6 entgegen der Wirkung der Kontaktkraftfedern 22 elektro­ dynamisch von der Kontaktschiene 4 weggeschwenkt wird, wie in Fig. 1 durch unterbrochene Linien dargestellt. Durch die in diesem Falle auftretenden Stromengekräfte im Bereich der Drehlagerstelle 14 werden die Gabelenden 26 des Kontaktarmes 6 verstärkt gegen den Steg 12 gepreßt, was zu einer Dämpfung bzw. Abbremsung der aufschleudernden Bewegung des Kontaktarmes 6 führt. Diese durch elektrodynamische Wirkung verstärkte Klemmkraft verzögert aber auch das Bestreben des Kontaktarmes 6, unter Einfluß der Kontaktkraftfedern 22 in seine schlie­ ßende Position zurückzufallen, was für die Selektivität des Kontaktsystems 2 mit von entscheidender Bedeutung ist.

In Fig. 3 und Fig. 4 sind die Kontaktbereiche 24 aus Fig. 2 näher erläutert. Nach Fig. 3 ist die Innenseite von jedem Gabelende 26 des Kontaktarmes 6 in jeweils zwei unterschied­ liche Kontaktteilbereiche 28a und 28b aufgeteilt, die sektor­ artig um die Drehlagerstelle 14 ausgebildet sind. In gleich­ artiger Weise ist nach Fig. 4 jede Außenseite vom Steg 12 des Anschlußleiters 16 in jeweils zwei unterschiedliche Kontakt­ teilbereiche 30a und 30b aufgeteilt, die ebenfalls sektorartig um die Drehlagerstelle 14 ausgebildet sind. Die Kontaktteil­ bereiche 28a und 30a sind mit einem erstem Material beschich­ tet, das einen sehr hohen elektrischen Leitwert und damit niedrigen Kontaktwiderstand aufweist. Die Kontaktteilbereiche 28b und 30b sind mit einem zweiten Material beschichtet, das einen elektrischen Leitwert aufweist, der merklich kleiner als der Leitwert des ersten Materials ist, wodurch der Kontakt­ widerstand merklich höher ist. Bei geschlossenem Kontaktsystem 2 stehen sich nun einerseits die hochleitenden Kontaktteil­ bereiche 28a vom Kontaktarm 6 und 30a vom Steg 12 unter Ausbildung eines sehr niedrigen Übergangswiderstandes und anderseits die schlechter leitenden Kontaktteilbereiche 28b vom Kontaktarm 6 und 30b vom Steg 12 unter Ausbildung eines wesentlich höheren Übergangswiderstandes gegenüber. Bei geschlossenem Kontaktsystem 2 wird sich demnach der Strom im wesentlichen über die Kontaktteilbereiche 28a und 30a mit dem niedrigen Kontaktwiderstand verteilen. Bei elektrodynamisch geöffnetem Kontaktsystem 2 gelangen einerseits die hoch­ leitenden Kontaktteilbereiche 28a vom Kontaktarm 6 in Gegen­ position zu den schlechter leitenden Kontaktteilbereichen 30b vom Steg 12 und anderseits die hochleitenden Kontaktteil­ bereiche 30a vom Steg 12 in Gegenposition zu den schlechter leitenden Kontaktteilbereichen 28b vom Kontaktarm 6, wodurch mit fortschreitender Öffnung des Kontaktsystems 2 nur noch Bereiche mit höherem Übergangswiderstand zwischen Kontaktarm 6 und Steg 12 entstehen. Diese vorstehend beschriebenen Übergangswiderstände stellen ein zusätzliches Strombegren­ zungselement mit einem vom Öffnungswinkel des Kontaktsystems 2 abhängigen Widerstandswert dar, das in Reihe mit der Licht­ bogen-Trennstrecke zwischen den getrennten Kontaktstücken 8 und 10 liegt und zu einer besseren Strombegrenzung von Kurz­ schlüssen führt.

Claims (6)

1. Strombegrenzendes Kontaktsystem mit selektiver Wirkung, dessen verbind- und trennbare Kontaktstücke (8, 10) mit einem einen veränderlichen elektrischen Widerstand auf­ weisendes Strombegrenzungselement in Reihe geschaltet sind und dessen beweglicher Kontaktarm (6) in einer Drehlagerstelle (14) gelagert ist, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß zwischen dem von Kontaktkraftfedern (22) beauf­ schlagten Kontaktarm (6) und einem weiterführenden Anschlußleiter (16) ein Kontaktbereich (24) besteht, dessen Übergangswiderstand mit zunehmendem Öffnungs­ winkel des Kontaktsystems (2) bei wenigstens elektro­ dynamischer Öffnung ansteigt, und
• - daß der Kontaktarm (6) und der Anschlußleiter (12) im Bereich der Drehlagerstelle (14) durch Klemmkräfte beaufschlagt werden, die durch die elektrodynamische Wirkung infolge durch das Kontaktsystem (2) fließender Kurzschlußströme vergrößert werden.

2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (16) und der Kontaktarm (6) jeweils mindestens zwei Kontaktteilbereiche (28a, 28b; 30a, 30b) mit unterschiedlichen Kontaktwiderständen zur Bildung des Kontaktbereiches (24) aufweisen.

3. Kontaktsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Kontaktsystem (2) die Kontaktteil­ bereiche (28a; 30a) mit niedrigem Kontaktwiderstand untereinander und wenigstens bei elektrodynamisch geöff­ netem Kontaktsystem (2) die Kontaktteilbereiche (28b; 30b) mit höherem Kontaktwiderstand mit den Kontaktteil­ bereichen (30a; 28a) mit niedrigem Kontaktwiderstand kontaktieren.

4. Kontaktsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Drehlagerstelle (14) der Kontaktarm (6) gabelförmig ausgebildet ist und einen Steg (12) des Anschlußleiters (16) umfaßt und daß die Kontakt­ teilbereiche (28a, 28b; 30a, 30b) sektorartig um die Drehlagerstelle (14) ausgebildet sind.

5. Kontaktsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Drehlagerstelle (14) ein leitender Steg des Anschlußleiters (16) gabelförmig ausgebildet ist und den Kontaktarm (6) umfaßt und daß die Kontaktteilbereiche sektorartig um die Drehlagerstelle (14) ausgebildet sind.

6. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteilbereiche (28b; 30b) mit höherem Kontaktwiderstand mit einer Oberflächen­ beschichtung aus einem Material, das einen erheblich kleineren elektrischen Leitwert gegenüber dem Material einer Oberflächenbeschichtung der Kontaktteilbereiche (28a; 30a) mit niedrigem Kontaktwiderstand aufweist, versehen sind.