DE19757179A1 - Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem für ein- oder mehrpolige Niederspannungsschalter, insbesondere Leistungsschalter.

Es ist allgemein bekannt, strombegrenzende Leistungsschalter mit Kontakt­ systemen auszustatten, deren bewegliche Kontaktstücke tragende Kontaktarme zusammen mit feststehende Kontaktstücke tragenden Kontaktschienen eine Schleife bilden, welche beim Auftreten eines Kurzschlußstromes oberhalb einer bestimmten Abhebegrenze das Kontaktsystem elektrodynamisch öffnen. Aus der DE-OS 21 57 927 ist ein derartiges doppelt unterbrechendes Kontaktsystem bekannt, das eine aus zwei Kontaktarmen bestehende Drehkontaktbrücke enthält, wobei Mittel vorgesehen sind, um das elektrodynamisch geöffnete Kontaktsystem zumindest bis zum Auslösen eines Schaltschlosses am Wieder­ schließen zu hindern. Bei derartigen Kontaktsystemen wird das Abschalt­ vermögen in hohem Maße durch die von vielen Einflußfaktoren abhängige Öffnungsgeschwindigkeit und Öffnungsstrecke zwischen den Kontaktstücken sowie durch auftretende Erwärmungsprobleme bestimmt. Bei einfach unter­ brechenden Kontaktsystemen kommen noch Bewegungsprobleme durch einen mit dem Kontaktarm verbundenen flexiblen Leiter hinzu.

Zur schnellen Strombegrenzung ist es nach EP 450 104 B1 weiterhin bekannt, Niederspannungsschalter mit einem in einer Löschkammer linear verschiebbaren Kontaktglied zu versehen, das von einem Wirbelstromauslöser angetrieben wird und mit abwechselnd leitenden sowie nichtleitenden Kontaktbereichen unter Ausbildung von Kontaktbrücken versehen ist. Die Löschkammer enthält mit der Oberfläche des Kontaktgliedes zusammenwirkende Kontaktstifte. Zwischen der Oberfläche des Kontaktgliedes und der Innenwand der Löschkammer befindet sich ein enger Lichtbogenspalt, in die sich der bei Kontakttrennung ausbildende Lichtbogen hineinzwängt, wodurch eine hohe Abschaltleistung zu erreichen ist. Von Nachteil ist hierbei, daß für das Kontaktglied eigens ein Antrieb erforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktsystem mit verbes­ sertem Begrenzungsverhalten ohne zusätzliche Antriebsmittel anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

In einer ersten Lösung mit einem Kontaktarm erfolgt beim Auftreten eines Kurzschlußstromes infolge der elektrodynamischen Öffnung der Kontaktstücke und einer zusätzlichen Öffnungsstrecke in Form von sich über einen engen Lichtbogenspalt trennenden Kontaktelementen eine bessere Strombegrenzung und Stromabschaltung. Es können dabei mehrere Paare von Kontaktelementen und zugehörige Lichtbogenspalte parallel vorgesehen werden.

In der zweiten Lösung mit zwei unabhängigen Kontaktarmen erfolgt beim Auftreten eines Kurzschlußstromes infolge der elektrodynamischen Öffnung der ersten und bzw. oder der zweiten Kontaktstücke und einer zusätzlichen Öff­ nungsstrecke in Form von sich über einen engen Lichtbogenspalt trennenden Kontaktelementen eine bessere Strombegrenzung und Stromabschaltung. Es können dabei wiederum mehrere Paare von Kontaktelementen und zugehörige Lichtbogenspalte parallel vorgesehen werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung beider Lösungen besteht jeweils darin, daß die Kontaktelemente und der jeweils zugehörige Lichtbogenspalt in gegeneinander verschwenkbaren Schaltwellenteilen ausgebildet sind, wobei das verschwenk­ bare Schaltwellenteil zum Öffnung und Schließen des Kontaktsystems mit einem Betätigungsmechanismus gekoppelt ist. Vorteilhafterweise sind zwei brücken­ artig verbundene Paare von Kontaktelementen vorgesehen. Mindestens ein Kontaktelement oder jedes Kontaktelement der Kontaktelementepaare ist zur Erzeugung des erforderlichen Kontaktdruckes von einem Federmittel beauf­ schlagt.

Eine Weiterbildung der zweiten Lösung besteht darin, daß die Kontaktarme in zueinander entgegengesetztem Drehsinn öffnend verschwenken, wobei vorteil­ hafterweise durch unterschiedliche Abhebegrenzen der zweite Kontaktarm nur bei sehr hohen Kurzschlußströmen öffnend verschwenkt.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen, aus denen weitere Vorteile zu ersehen sind, näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische seitliche Schnittdarstellung der ersten Lösung bei elektrodynamisch geöffnetem Kontaktsystem;

Fig. 2 eine schematische seitliche Schnittdarstellung der zweiten Lösung bei elektrodynamisch geöffnetem Kontaktsystem;

Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1 bei geschlossenem Zustand des Kontaktsystems;

Fig. 4 die gleiche Einzelheit bei geöffnetem Zustand des Kontaktsystems.

Nach Fig. 1 enthält das nur für einen Schaltpol eines mehrpoligen Niederspan­ nungsschalters dargestellte Kontaktsystem 1 einen Kontaktarm 4a mit einem beweglichen Kontaktstück 6a und eine Kontaktschiene 8a mit einem fest­ stehenden Kontaktstück 10a. Bei einem Kurzschlußstrom ausreichender Höhe wird auf den Kontaktarm 4a eine elektrodynamische Kraft ausgeübt, welche den Kontaktarm 4a von der schleifenförmigen Kontaktschiene 8a weg in die gezeigte geöffnete Stellung treibt, wobei sich zwischen den Kontaktstücken 6a und 10a ein den Kurzschlußstrom begrenzender Lichtbogen ausbildet, der in eine nicht dargestellte Lichtbogenlöschkammer getrieben wird. In einer isolierenden Schaltwelle 12 ist der Kontaktarm 4a verschwenkbar gelagert und bildet innerhalb der Schaltwelle 12 über einen verschwenkbaren Brückenleiter 14a zwei gegenüber ihrer Umgebung isolierte verschwenkbare Kontaktelemente 16a, 18a aus. Ein beispielweise zu einem Auslöser weiterführender Anschlußleiter 20 ist innerhalb der Schaltwelle 12 über einen feststehenden Brückenleiter 14b mit zwei gegenüber ihrer Umgebung isolierten festliegenden Kontaktelementen 16b, 18b ausgebildet. Das verschwenkbare Kontaktelement 16a bzw. 18a ist bei geschlossenem Kontaktsystem 1 unter Kontaktdruck in und bei geöffnetem Kontaktsystem 1 unter Bildung eines trennenden Lichtbogenspaltes 22 bzw. 24 außer elektrischer Verbindung mit dem zugehörigen festliegenden Kontakt­ element 16b bzw. 18b. Bei elektrodynamischer Öffnung des Kontaktsystems 1 infolge eines Kurzschlußstromes bildet sich in dem Lichtbogenspalt 22 und bzw. oder 24 ein zusätzlich begrenzender Lichtbogen aus, der infolge der Enge des Lichtbogenspaltes 22 bzw. 24 schnell erlischt und damit den Kurzschlußstrom abschaltet. Der Kontaktarm 4a ist einschließlich seines verschwenkbaren Brückenleiters 14a und seiner verschwenkbaren Kontaktelemente 16a, 18a in einem von einem nicht dargestellten Betätigungsmechanismus zu betätigenden verdrehbaren Schaltwellenteil 12a zusätzlich elektrodynamisch verschwenkbar angeordnet. Der Anschlußleiter 20 ist einschließlich seines festliegenden Brückenleiters 14b und seiner festliegendem Kontaktelemente 16b, 18b in einem festliegenden Schaltwellenteil 12b festgelegt. Die beiden Lichtbogen­ spalten 22 und 24 sind zwischen den zueinander gekehrten isolierenden Ober­ flächen des verdrehbaren Schaltwellenteils 12a sowie des festliegenden Schalt­ wellenteils 12b ausgebildet. Aus diesen Oberflächen reichen seitlich isoliert die Kontaktelemente 16a, 16b, 18a, 18b heraus.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der zweiten Lösungsvariante gemäß Fig. 2 werden für diejenigen Merkmale, die gleichartig mit Merkmalen nach der ersten Lösungsvariante gemäß Fig. 1 sind, gleiche Bezugszeichen verwendet.

Nach Fig. 2 enthält das nur für einen Schaltpol dargestellte Kontaktsystem 2 einen ersten Kontaktarm 4a mit einem ersten beweglichen Kontaktstück 6a und eine erste Kontaktschiene 8a mit einem ersten feststehenden Kontaktstück 10a. Der erste Kontaktarm 4a und die erste Kontaktschiene 8a bilden eine erste elektrodynamische Schleife. In einer isolierten Schaltwelle 12 ist der erste Kontaktarm 4a verschwenkbar gelagert und bildet innerhalb der Schaltwelle 12 über einen ersten verschwenkbaren Brückenleiter 14a zwei lokal isolierte erste verschwenkbare Kontaktelemente 16a, 18a aus. Ein zweiter Kontaktarm 4c ist mit einem zweiten beweglichen Kontaktstück 6c versehen und bildet mit einer mit einem zweiten feststehenden Kontaktstück 10c versehenen zweiten Kontaktschiene 8c eine zweite elektrodynamische Schleife, wobei die elektro­ dynamisch bewirkte Öffnung des ersten Kontaktarmes 4a im Uhrzeigersinn und die des zweiten Kontaktarmes 4c entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt. In der Schaltwelle 12 ist der zweite Kontaktarm 4c verschwenkbar gelagert und bildet innerhalb der Schaltwelle 12 über einen zweiten verschwenkbaren Brückenleiter 14c zwei lokal isolierte zweite verschwenkbare Kontaktelemente 16c, 18c aus. Das erste verschwenkbare Kontaktelement 16a bzw. 18a ist bei geschlossenem Kontaktsystem 2 unter Kontaktdruck in und bei geöffnetem Kontaktsystem 2 unter Bildung eines trennenden Lichtbogenspaltes 22 bzw. 24 außer elektrischer Verbindung mit dem zugehörigen zweiten verschwenkbaren Kontaktelement 16c bzw. 18c. Die elektrodynamisch wirkenden Schleifen des Kontaktsystems 2 sind in der Weise ausgelegt, daß die elektrodynamische Abhebegrenze des zweiten Kontaktarmes 4c deutlich über derjenigen des ersten Kontaktarmes 4a liegt. Sowohl bei elektrodynamisch öffnendem Verschwenken des ersten Kontaktarmes 4a allein als auch bei elektrodynamisch öffnendem Verschwenken beider Kontaktarme 4a, 4c infolge eines entsprechenden Kurzschlußstromes bildet sich in Reihe mit dem Lichtbogen zwischen den ersten Kontaktstücken 6a, 10a bzw. mit dem Lichtbogen zwischen den zweiten Kontaktstücken 6c, 10c zusätzlich in dem Lichtbogenspalt 22 bzw. 24 ein begrenzender Lichtbogen aus, der infolge der Enge des Lichtbogenspaltes 22 bzw. 24 schnell erlischt und damit den Kurzschlußstrom abschaltet. Der erste Kontaktarm 4a ist einschließ­ lich des ersten verschwenkbaren Brückenleiters 14a und der ersten verschwenk­ baren Kontaktelemente 16a, 18a in einem von einem nicht dargestellten Betätigungsmechanismus zu betätigenden verdrehbaren Schaltwellenteil 12a zusätzlich elektrodynamisch verschwenkbar angeordnet. Der zweite Kontaktarm 4c ist einschließlich des zweiten verschwenkbaren Brückenleiters 14c und der zweiten verschwenkbaren Kontaktelemente 16c, 18c innerhalb eines fest­ stehenden Schaltwellenteils 12b mittels eines darin verschwenkbar gelagerten zusätzlichen Schaltwellenteils 12c allein elektrodynamisch verschwenkbar angeordnet. Die beiden Lichtbogenspalte 22 und 24 sind zwischen den zuein­ ander gekehrten isolierenden Oberflächen des verdrehbaren Schaltwellenteils 12a sowie des zusätzlichen Schaltwellenteils 12c ausgebildet. Aus diesen Oberflächen reichen seitlich isoliert die Kontaktelemente 16a, 16b, 18c, 18c heraus. Der mit dem Kontaktsystem 2 ausgestattete Niederspannungsschalter wird mittels des ersten Kontaktarmes 4a und des verdrehbaren Schaltwellenteils 12a durch seinen Betätigungsmechanismus ein- bzw. ausgeschaltet. Bei einem mäßigen Kurzschlußstrom werden die ersten Kontaktstücke 6a, 10a infolge der relativ niedrigen Abhebegrenze des Kontaktarmes 4a elektrodynamisch getrennt, wogegen bei einem hohen Kurzschlußstrom zusätzlich die zweiten Kontakt­ stücke 6c, 10c elektrodynamisch getrennt werden.

Es ist zu bemerken, daß die Lagerung bzw. Halterung des Kontaktarmes 4a und des Anschlußleiters 20 nach Fig. 1 bzw. der Kontaktarme 4a und 4c nach Fig. 2 nicht auf die beispielhaft beschriebenen Ausführungen beschränkt ist, sondern daß auch andere, an sich bekannte oder naheliegende Ausführungen denkbar sind.

Für die erste Lösungsvariante gemäß Fig. 1 ist in Fig. 3 und Fig. 4 eine nähere Ausführung beispielhaft dargestellt. Der feststehende Brückenleiter 14b ist endseitig elastisch beweglich im festliegenden Schaltwellenteil 12b gelagert und trägt an dieser Stelle das festliegende Kontaktelement 16b. Der verschwenkbare Brückenleiter 14a ist in dem verdrehbaren Schaltwellenteil 12a festgelegt und endseitig mit dem verschwenkbaren Kontaktelement 16a versehen. Die Kontakt­ elemente 16a und 16b ragen mit ihren Kontaktflächen aus den zueinander gekehrten Oberflächen der Schaltwellenteile 12a und 12b hervor und werden im elektrisch geschlossenen Zustand gemäß Fig. 3 durch ein im festliegenden Schaltwellenteil 12b gelagertes Federmittel 26 in Form einer Schraubendruck­ feder unter Kontaktdruck gehalten. Beim Übergang in den elektrisch geöffneten Zustand gemäß Fig. 4 werden durch die Verdrehung des verdrehbaren Schalt­ wellenteils 12a gegenüber dem festliegenden Schaltwellenteil 12b die Kontakt­ elemente 16a und 16b getrennt, wodurch zwischen den isolierenden Ober­ flächen der Schaltwellenteile 12a und 12b ein enger Lichtbogenspalt 22 ent­ steht. Die Anordnung der Kontaktelemente 18a, 18b und des Lichtbogenspaltes 24 ist in gleicher Weise ausgeführt. Ebenso kann diese Anordnung auf die Lösungsvariante gemäß Fig. 2 übertragen werden.

Claims (9)

1. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem mit folgenden Merkmalen pro Schaltpol:

• - ein mit einem beweglichen Kontaktstück (6a) versehener Kontaktarm (4a) bildet mit einer zugehörigen, mit einem feststehenden Kontakt­ stück (10a) versehenen Kontaktschiene (8a) eine Schleife, die auf den Kontaktarm (4a) eine elektrodynamisch öffnende Kraft ausübt;
• - in einer Schaltwelle (12) ist der Kontaktarm (4a) elektrodynamisch verschwenkbar gelagert und bildet innerhalb der Schaltwelle (12) mindestens ein lokal isoliertes verschwenkbares Kontaktelement (16a; 18a) aus;
• - ein weiterführender Anschlußleiter (20) ist mit mindestens einem lokal isolierten festliegenden Kontaktelement (16b; 18b) ausgebildet;
• - das verschwenkbare Kontaktelement (16a; 18a) ist bei geschlossenem Kontaktsystem (1) unter Kontaktdruck in und bei geöffnetem Kontakt­ system (1) unter Bildung eines trennenden Lichtbogenspaltes (22; 24) außer elektrischer Verbindung mit dem zugehörigen festliegenden Kontaktelement (16b; 18b).

2. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarm (4a) einschließlich ver­ schwenkbarem Kontaktelement (16a; 18a) in einem von einem Betäti­ gungsmechanismus zu beaufschlagenden verdrehbaren Schaltwellenteil (12a) elektrodynamisch verschwenkbar angeordnet ist, daß der Anschluß­ leiter (20) einschließlich festliegendem Kontaktelement (16b; 18b) in einem festliegenden Schaltwellenteil (12b) festgelegt ist und daß der zugehörige Lichtbogenspalt (22; 24) zwischen verdrehbarem Schalt­ wellenteil (12a) und festliegendem Schaltwellenteil (12b) ausgebildet ist.

3. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarm (4a) zwei brückenartig parallel verbundene verschwenkbare Kontaktelemente (16a, 18b) und der Anschlußleiter (20) zwei brückenartig parallel verbundene festliegende Kontaktelemente (16b, 18b) ausbildet.

4. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem mit folgenden Merkmalen pro Schaltpol:

• - ein mit einem ersten beweglichen Kontaktstück (6a) versehener erster Kontaktarm (4a) bildet mit einer zugehörigen, mit einem ersten fest­ stehenden Kontaktstück (10a) versehenen ersten Kontaktschiene (8a) eine Schleife, die auf den ersten Kontaktarm (4a) eine elektro­ dynamisch öffnende Kraft ausübt;
• - in einer Schaltwelle (12) ist der erste Kontaktarm (4a) elektro­ dynamisch verschwenkbar gelagert und bildet innerhalb der Schalt­ welle (12) mindestens ein lokal isoliertes erstes verschwenkbares Kontaktelement (16a; 18a) aus;
• - ein mit einem zweiten beweglichen Kontaktstück (6c) versehen er zweiter Kontaktarm (4c) bildet mit einer zugehörigen, mit einem zweiten feststehenden Kontaktstück (10c) versehenen zweiten Kon­ taktschiene (8c) eine zweite Schleife, die auf den zweiten Kontaktarm (4c) eine elektrodynamisch öffnende Kraft ausübt;
• - in der Schaltwelle (12) ist der zweite Kontaktarm (4c) elektro­ dynamisch verschwenkbar gelagert und bildet innerhalb der Schalt­ welle (12) mindestens ein lokal isoliertes zweites verschwenkbares Kontaktelement (16c; 18c) aus;
• - das ersterverschwenkbare Kontaktelement (16a; 18a) ist bei geschlos­ senem Kontaktsystem (2) unter Kontaktdruck in und bei geöffnetem Kontaktsystem (2) unter Bildung eines trennenden Lichtbogenspaltes (22; 24) außer elektrischer Verbindung mit dem zugehörigen zweiten verschwenkbaren Kontaktelement (16c; 18c).

5. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktarm (4a) einschließlich erstem Kontaktelement (16a; 18a) in einem von einem Betätigungs­ mechanismus zu beaufschlagenden verdrehbaren Schaltwellenteil (12a) elektrodynamisch verschwenkbar angeordnet ist, daß der zweite Kontakt­ arm (4c) einschließlich zweitem Kontaktelement (16c; 18c) in einem feststehenden Schaltwellenteil (16b) elektrodynamisch verschwenkbar angeordnet ist und daß der zugehörige Lichtbogenspalt (22; 24) zwischen verdrehbarem Schaltwellenteil (12a) und einem gegebenenfalls zusätz­ lichen Schaltwellenteil (12c) des feststehenden Schaltwellenteiles (12b) ausgebildet ist.

6. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarme (4a, 4c) jeweils zwei brückenartig parallel verbundene schwenkbare Kontaktelemente (16a, 18a; 16c; 18c) ausbilden.

7. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrodynamisch bewirkte Öffnung der Kontaktarme (4a; 4c) in entgegengesetzte Richtung zueinander erfolgt.

8. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrodynamische Abhebegrenze des zweiten Kontaktarmes (4c) deutlich über derjenigen des ersten Kontaktarmes (4a) liegt.

9. Elektrodynamisch beaufschlagbares Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das erste oder zugehörige zweite Kontaktelement (16a, 18a; 16b, 18b; 16c, 18c) von einem Kontaktdruck ausübenden Federmittel (26) beaufschlagt ist.