DE19925191B4

DE19925191B4 - Kontaktanordnung für Vakuumschalter

Info

Publication number: DE19925191B4
Application number: DE1999125191
Authority: DE
Inventors: Johannes-Gerhard Banghard; Klemens Fieberg; Michael Dipl.-Ing. Hahn; Werner Dr.rer.nat. Hartmann; Roman Dr.rer.nat. Renz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: DE19925191A1

Abstract

Kontaktanordnung für Vakuumschalter
– mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer ein mit einer Koppelstange (3) verbundener, in Achsrichtung bewegbarer Kontakt ist, und
– mit einem Antriebsgestänge (6), das einen Schalterantrieb (7) mechanisch an die Koppelstange (3) koppelt,
– bei der im Antriebsgestänge (6) zwischen dem Schalterantrieb (7) und der Koppelstange (3) für den bewegbaren Kontakt (1) ein kombiniertes Isolier- Feder- und Dämpfungselement (8) angeordnet ist, das einen mit dem koppelstangenseitigen Teil des Antriebsgestänges (6) verbundenen becher- oder kastenförmigen Mitnehmer (9) und ein darin befindliches Elastomer aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Elastomer ein Elastomerelement (10) bildet und nur mit dem antriebsseitigen Teil des Antriebsgestänges (6) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer in Achsrichtung bewegbar und mit einem Stromleiterbolzen sowie einer Stoßdämpfung versehen ist.
Schaltgeräte weisen potentialbehaftete Strombahnen auf, die mit Hilfe von Schaltstücken elektrische Kontakte bilden. Diese Kontakte müssen eingeschaltet, mit Hilfe von Federkräften aufeinandergepreßt und ausgeschaltet werden können. Dazu sind eine mechanische Koppelung an einen Antriebsmechanismus und Kontaktkraftfedern erforderlich. Dabei muß der Antriebsmechanismus gegenüber den potentialbehafteten Teilen der Strombahnen elektrisch isoliert sein.
Kontaktkraftfedern sind ein Toleranzausgleich und ein kraftbegrenzendes, insbesondere kraftregulierendes Element. Dieses erzeugt einen bestimmten Durchdruck, d.h. der Antrieb ist so bemessen, daß er über den Berührungspunkt hinaus weiterdrückt und von diesem Moment an wird die Kontaktkraft aufgebaut. Diese ändert sich mit der Lebensdauer des Schaltgerätes, wenn Kontaktabbrand auftritt.
Herkömmlich sind diese Kontaktkraftfedern als normale Schraubendruckfedern oder Blattfedern, jedenfalls als normale Metallfedern, ausgebildet. Da diese Metallfedern elektrisch leitende Teile sind, ergibt sich die Notwendigkeit einer elektrischen Isolation, um am Antrieb, der ja zur Handhabung des Schalters dient und vom Bedienpersonal berührt werden muß, ein Erdpotential sicherzustellen. Folglich wird neben einer Kontaktkraftfeder ein zusätzliches Isoliermittel benötigt. Dazu dienen bei den konventionellen Hebelschaltern die als feste Formstoff-Isolierteile ausgebildeten bewegbaren Kontaktträger, auf denen die Kontakthebel mit ihren Kontaktkraftfedern, gegen ein eventuell leitendes metallisches Stellelement isoliert, angeordnet sind. Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß Stahlfedern elektrisch leitend sind und damit Hauptstrompotentiale verschleppen können. Eine derartige Konstruktion ist für die handelsüblichen Vakuumschalter mit ihren koaxial zueinander angeordneten Schaltkontakten nicht geeignet.
Aber auch die Kontakte der Vakuumschalter neigen beim Ein- oder Ausschaltvorgang unter Last zum Verschweißen. Dadurch kann die spätere Kontakttrennung behindert und die Funktionsfähigkeit dieser Schalter entsprechend beeinträchtigt werden. Ursache dieses unerwünschten Effektes können Lichtbögen sein, die bei den verhältnismäßig geringen Kontaktabständen zünden und insbesondere neu zünden können. Das führt, wie erwähnt, einerseits zu einem unerwünschten Kontaktabbrand und andererseits kann es zu einer Kontaktverschweißung führen. Deshalb hat man in diesem Bereich eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen.
In einer bekannten, in der DE-OS 41 19 706 beschriebenen Anordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, enthält diese eine Dämpfermasse, die wie eine Dämpfungsflüssigkeit in einer elastischen Hülle eingeschlossen ist und nach einer Volumenminderung durch eine Stoßbelastung eine elastische Rückdeformation bewirkt. Diese Stoßdämfung ist zwischen der Stromzuführung und dem beweglichen Kontakt angeordnet und hat deshalb keine Wirkung auf die Bewegung der Kontakte beim Ausschaltvorgang.
Die DE 42 01 956 A1 zeigt eine andere Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, bei welcher der in Achsrichtung bewegbare Kontakt mit einer Stoßdämpfung versehen ist. Diese ist zwischen der Stromzuführung zum bewegbaren Kontakt und einer Koppelstange des Antriebsgestänges angeordnet und soll beim Öffnen des Kontaktes sowohl die stoßartige Zugspannung als auch die stoßartige Druckspannung beim Erreichen eines Anschlages für die Koppelstange in der Endstellung der Kontakte begrenzen und damit die Auslösung hochfrequenter Schwingungen beim Erreichen der Endstellung verhindern. Außerdem soll beim Einschaltvorgang des Vakuumschalters ein Prellen der Kontakte vermieden werden und damit eine Verschweißung der Kontakte.
Die Stoßdämpfung ist in Form von Tellerfedern oder als Mitnehmer ausgebildet, der am Ende der Koppelstange oder der Stromzuführung befestigt ist. Dieser Mitnehmer ist von einer Greifvorrichtung umgeben, die an der Stromzuführung befestigt ist, aber auch an der Koppelstange befestigt sein kann. Der Zwischenraum zwischen dem Mitnehmer und der Greifvorrichtung ist derartig mit einer Dämpfermasse gefüllt, daß im Falle einer Stoßbelastung in Druck- oder Zugrichtung eine Fortpflanzung von Stoßwellen durch beide Elemente in Achsrichtung nicht möglich ist. Weiterhin ist vorgesehen, auch die Flachseiten des Mitnehmers und die innere Oberfläche des Greifers mit einer Dämpfungsmasse zu versehen. Als Dämpfungsmasse werden sowohl Gummi oder Silikon-Kautschuk als auch elastischer Kunststoff genannt. Darüber hinaus kann ein in der 2 dieser Offenlegungsschrift dargestellter weiterer Mitnehmer vorgesehen sein. Da sowohl Tellerfedern, als auch Gummi oder Kautschuk zwar eine federnde, aber nicht unbedingt eine dämpfende Wirkung aufweisen, kann diese Anordnung zum schwingenden Aufschaukeln neigen, insbesondere durch die Anordnung von zwei elastischen Elementen in einer Kraftflußrichtung, die unabhängig voneinander schwingen können.
Die DE-PS 42 05 206 C2 beschreibt eine weitere Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer in Achsrichtung bewegbar und mit einem Stromleiterbolzen versehen ist. Hier ist der Stromleiterbolzen mit einer elektromagnetischen Vorrichtung versehen, die als Hemmvorrichtung zur Hemmung der Kontaktbewegung durch die Erzeugung mechanischer Reibungskräfte dient. Diese Anordnung ist in ihrem Aufbau sehr aufwendig und somit extrem kostenintensiv.
Ausgehend von einer Kontaktanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ( DE 42 01 956 A1 ) liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Funktionen "Isolieren", "Bereitstellen der Kontaktkraft" und "Dämpfen" mit geringstem konstruktiven, materialmäßigen und kostenmäßigen Aufwand zu realisieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Elastomer ein Elastomerelement bildet und nur mit dem antriebsseitigen Teil des Antriebsgestänges verbunden ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer konstruktiven Vereinfachung und einer Kostenreduzierung aber auch in einer höheren Sicherheit, da die Anzahl der insgesamt verwendeten Bauteile gering ist und da das erfindungsgemäße Elastomerelement, das nur mit dem antriebsseitigen Teil des Antriebsgestänges verbunden ist, ein Aufschaukeln der Schwingungen der Kontaktanordnung verhindert.
Für den vorgeschlagenen Zweck eignen sich insbesondere Elastomere des Typs thermoplastische Polyurethane.
Die Anwendung von modernen Elastomeren in Schaltgeräten zu diesem Zweck ist bislang noch nicht bekannt. Mit geeigneter Ausbildung von Körpern aus Elastomeren ist es möglich, die Funktionen "isolieren", "Kontaktkraft bereitstellen" und Dämpfen" in einem Bauteil zu vereinigen. Das im eingeschalteten Zustand komprimierte Elastomer stellt im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei gleichzeitig die Kontaktkraft bereit.
Die Erfindung soll nachfolgend zum besseren Verständnis anhand eines bevorzugten, den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränkenden Beispiels, unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung, näher erläutert werden.
Die 1 zeigt schematisch die Kontaktanordnung eines Vakuumschalters mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten in der Ausschaltstellung.
Die 2 zeigt schematisch die Kontaktanordnung eines Vakuumschalters mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten in der Einschaltstellung.
Die 1 zeigt schematisch die Kontaktanordnung eines Vakuumschalters mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten 1 und 2 in der Ausschaltstellung. Der in axialer Richtung bewegbare Kontakt 1 ist über eine Koppelstange 3 mit einer flexiblen Stromzuführung 4 verbunden, der feststehende Kontakt 2 mit einer weiteren Stromschiene 5. Im Antriebsgestänge 6 ist zwischen dem Schalterantrieb 7 und der Koppelstange 3 für den bewegbaren Kontakt 1 ein kombiniertes Isolier- Feder- und Dämpfungselement 8 angeordnet. Dieses besteht aus einem Becher- oder kastenförmigen Mitnehmer 9 und einem darin befindlichen Elastomerelement 10. Dabei ist das Elastomerelement 10 mit dem antriebsseitigen Teil des Antriebsgestänges 6 verbunden und der Mitnehmer 9 mit dem koppelstangenseitigen Teil des Antriebsgestänges 6. Ein geeignetes Material für das Elastomerelement 10 ist z. B. thermoplastisches Polyurethan, wie es unter der Handelsbezeichnung "Desmopan" erhältlich ist.
Die 2 zeigt schematisch die Kontaktanordnung des Vakuumschalters mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten gemäß der 1 in der Einschaltstellung. Mit der 1 identische Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der in axialer Richtung bewegbare Kontakt 1 ist durch den Schalterantrieb 7 über das Antriebsgestänge 6 mit dem darin angeordneten kombinierten Isolier- Feder- und Dämpfungselement 8 geschlossen. Dabei ist durch einen Schubüberschuß des antriebsseitigen Teils des Antriebsgestänges 6 das damit verbundene, in dem kombinierten Isolier- Feder- und Dämpfungselement 8 befindliche, Elastomerelement 10 komprimiert worden und stellt die erforderliche Kontaktkraft zur Verfügung.
Beim Einschalten des Vakuumschalters wird die Antriebskraft des Schalterantriebs 7 über den antriebsseitigen Teil des Antriebsgestänges 6, das kombinierte Isolier- Feder- und Dämpfungselement 8 den koppelstangenseitigen Teil des Antriebsgestänges 6 und die Koppelstange 3 auf den in axialer Richtung bewegbaren Kontakt übertragen. Dabei wird durch einen Schubüberschuß des antriebsseitigen Teils des Antriebsgestänges 6 das damit verbundene, in dem kombinerten Isolier- Feder- und Dämpfungselement 8 befindliche, Elastomerelement 10 komprimiert und stellt dadurch die erforderliche Kontaktkraft zur Verfügung.
Gleichzeitig wirkt das Elastomerelement 10 durch seine Materialeigenschaften als Dämpfer gegen ein Kontaktprellen und als Isolation zwischen dem Schalterantrieb 7 und den potentialbehafteten Teilen der Stromzuführung 4, der Koppelstange 3 und des Kontaktes 1.
Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer konstruktiven Vereinfachung, einer Kostenreduzierung und einer höheren Sicherheit durch geringe Anzahl der insgesamt verwendeten Bauteile.

Claims

Kontaktanordnung für Vakuumschalter – mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer ein mit einer Koppelstange (3) verbundener, in Achsrichtung bewegbarer Kontakt ist, und – mit einem Antriebsgestänge (6), das einen Schalterantrieb (7) mechanisch an die Koppelstange (3) koppelt, – bei der im Antriebsgestänge (6) zwischen dem Schalterantrieb (7) und der Koppelstange (3) für den bewegbaren Kontakt (1) ein kombiniertes Isolier- Feder- und Dämpfungselement (8) angeordnet ist, das einen mit dem koppelstangenseitigen Teil des Antriebsgestänges (6) verbundenen becher- oder kastenförmigen Mitnehmer (9) und ein darin befindliches Elastomer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Elastomerelement (10) bildet und nur mit dem antriebsseitigen Teil des Antriebsgestänges (6) verbunden ist.
Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Elastomer der Gruppe thermoplastischer Polyurethane ist.