DE19932010C1 - Schaltkontaktanordnung eines Niederspannungs-Leistungschalters mit Hauptkontakten, Zwischenkontakten und Abreißkontakten - Google Patents

Abstract

Eine Schaltkontaktanordnung (5) eines Niederspannungs-Leistungsschalters (1) weist eine Schaltkontaktanordnung (5) mit einer feststehenden Kontaktgruppe (7) und einer damit zusammenwirkenden bewegbaren Kontaktgruppe (10) auf. Die Kontaktgruppen (7, 10) besitzen zusammenwirkende Hauptkontakte (20, 22) sowie zusammenwirkende Zwischenkontakte (21, 23) und Abreißkontakte (26, 32). Ferner sind beide Kontaktgruppen (7, 10) mit einem Lichtbogenhorn (25, 31) zur Überleitung eines Schaltlichtbogens in eine Lichtbogenlöschkammer (6) ausgestattet. Die Abreißkontakte sind in die Lichtbogenhörner (25, 31) integriert. Nur die Hauptkontakte sind als Kontaktauflagen ausgebildet, während die übrigen Kontaktstellen durch die Stromschienen (3, 4) bzw. Lichtbogenhörner (25, 31) gebildet sind. Die beschriebene Schaltkontaktanordnung (5) zeichnet sich durch eine einfache Gestaltung sowie durch eine erhöhte mechanische und elektrische Lebensdauer aus. Ferner werden besonders kurze Schaltzeiten erzielt.

Description

Schaltkontaktanordnung eines Niederspannungs-Leistungsschal­ ters mit Hauptkontakten, Zwischenkontakten und Abreißkontak­ ten

Die Erfindung betrifft eine Schaltkontaktanordnung eines Nie­ derspannungs-Leistungsschalters mit folgenden Merkmalen:

• - Eine feststehende Kontaktgruppe, bestehend aus
• - einem feststehenden Hauptkontakt,
• - einem feststehenden Zwischenkontakt,
• - einem feststehenden Abreißkontakt,
• - einem feststehenden Lichtbogenhorn,
• - eine zum Ein- und Ausschalten relativ zu der feststehenden Kontaktgruppe bewegbar angeordnete bewegliche Kontaktgrup­ pe,
• - ein zu der beweglichen Kontaktgruppe gehörender, gegen die Kraft einer Kontaktkraftfeder schwenkbar gelagerter Kontakthebel, mit
• - einem bewegbaren Hauptkontakt,
• - einem bewegbaren Zwischenkontakt,
• - einem bewegbaren Abreißkontakt,
• - einem bewegbaren Lichtbogenhorn,
• - wobei aufgrund der Schwenkbarkeit des Kontakthebels beim Ausschalten die Öffnung der Abreißkontakte nach der Öff­ nung der durch Kontaktauflagen gebildeten Hauptkontakte erfolgt.

Schaltkontaktanordnungen der genannten Art, wie sie durch die DE-B 11 18 317 bekanntgeworden sind, zeichnen sich gegenüber Anordnungen mit nur einer oder zwei Kontaktstellen durch ein höheres Schaltvermögen, eine erhöhte Lebensdauer und geringe­ re Erwärmung bei Dauereinschaltung aus. Sie werden daher in Niederspannungs-Leistungsschaltern für besonders hohe Bean­ spruchungen eingesetzt, die für einen Bemessungsstrom von mehreren tausend Ampere und ein Schaltvermögen bis etwa 100000 A ausgelegt sein können. Eine Ausschaltung verläuft in der Weise, daß die endgültige Trennung der bewegbaren Kon­ taktgruppe von der feststehenden Kontaktgruppe nur an den Ab­ reißkontakten erfolgt, die ihrer Funktion entsprechend auch als Abbrennkontakte, Lichtbogenkontakte oder auch Vorkontakte bezeichnet werden. Die Hauptkontakte werden zuvor geöffnet, so daß sie durch Schaltlichtbögen nicht oder nur gering bean­ sprucht werden. Daher behalten die Hauptkontakte über eine große Zahl von Schaltungen einen guten Zustand und die Strom­ tragfähigkeit bleibt bei geringer Erwärmung im Dauerbetrieb über einen langen Zeitraum erhalten.

Es wurde schon darauf hingewiesen, daß eine möglichst geringe Erwärmung der Schaltkontaktanordnung bei Dauereinschaltung und Belastung mit einem hohen Dauerstrom angestrebt wird. Ne­ ben der Entlastung der Hauptkontakte von Schaltlichtbögen durch die Abreißkontakte ist es auch bekannt, wird eine ge­ ringe Erwärmung auch durch besondere Kontaktauflagen zu er­ reichen, die ein Edelmetall, besonders Silber, und weitere Zusatzstoffe enthalten, die für eine gewünschte mechanische Härte, eine möglichst geringe Neigung zum Verschweißen mit einem zusammenwirkenden Kontakt und Beständigkeit gegen Kor­ rosion sorgen. Kontaktauflagen dieser Art erfordern aufwendi­ ge Herstellungsverfahren und müssen mit ihrem Träger durch Löten oder Schweißen dauerhaft und flächenhaft verbunden wer­ den. Die Ausrüstung von Schaltkontakten mit Kontaktauflagen dieser Art bestimmt daher zu einem beträchtlichen Teil die Kosten der Schaltkontaktanordnung eines Leistungsschalters. Bei der Schaltkontaktanordnung nach der erwähnten DE-B 11 18 317 wurde der Weg beschritten, alle drei Kontakt­ stellen, d. h. Hauptkontakte, Zwischenkontakte und Abreißkon­ takte, als geeignet geformte Kontaktauflagen auszubilden, wo­ bei lediglich auf der Seite der bewegbaren Kontaktgruppe die drei Kontakte in einer einzigen ebenen Auflageplatte entspre­ chender Länge zusammengefaßt sind. Im Einschaltzustand berüh­ ren dabei sowohl die Haupt- als auch die Zwischenkontakte. Beim Ausschalten schwenkt der bewegbare Kontakthebel um den Zwischenkontakt, wobei sich die Hauptkontakte trennen und die Abreißkontakte aufeinandertreffen. Im weiteren Verlauf der Ausschaltung berühren sich nur noch die Abreißkontakte, bevor auch diese unter Bildung eines Schaltlichtbogens getrennt werden.

Mit Rücksicht auf den beträchtlichen Kostenanteil von Kon­ taktauflagen bei Schaltkontaktanordnungen ist man bestrebt, die Anzahl von Kontaktstellen und deren Ausrüstung mit Kon­ taktauflagen aus speziellen Kontaktwerkstoffen zu beschrän­ ken. So ist es beispielsweise bekannt, nur zwei Kontaktstel­ len je Schaltkontaktanordnung vorzusehen, nämlich Haupt- und Abreißkontakte, und nur beide Hauptkontakte als Kontaktaufla­ gen aus speziellem Kontaktwerkstoff auszubilden (DE 197 27 696 A1). Auch sind Kombinationen in der Weise be­ kannt, daß neben beiden Hauptkontakten nur der eine der Ab­ reißkontakte eine Kontaktauflage erhält (EP 0 325 767 B1). Die keine Kontaktauflagen aufweisenden Kontaktstellen befin­ den sich dabei direkt an den in der Regel aus Kupfer bzw. Stahl bestehenden Hauptkörpern der Strombahn des Leistungs­ schalters wie Stromschienen, Kontakthebel und Lichtbogenhör­ ner. Die der eingangs beschriebenen Kontaktanordnung nach der DE-11 18 317 B innewohnende besondere Leistungsfähigkeit ist damit aber nicht ohne weiteres zu erreichen.

Der Erfindung liegt in diesem Zusammenhang die Aufgabe zu­ grunde, eine Schaltkontaktanordnung mit dreifacher Kontaktga­ be der eingangs genannten Art zu schaffen, die zur Herstel­ lung einen wesentlich geringeren Aufwand erfordert und sich zugleich durch eine erhöhte Lebensdauer auszeichnet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende weitere Merkmale erreicht:

• - der feststehende Zwischenkontakt ist durch eine den fest­ stehenden Hauptkontakt tragende Endfläche einer Strom­ schiene gebildet,
• - der feststehende Abreißkontakt ist durch eine über die Endfläche der Stromschiene vorstehende Vorwölbung des feststehenden Lichtbogenhorns gebildet,
• - der bewegbare Zwischenkontakt ist durch eine Vorwölbung des bewegbaren Lichtbogenhorns gebildet, und
• - der bewegbare Abreißkontakt ist durch einen Teilabschnitt der dem feststehenden Lichtbogenhorn zugewandten Flanke des bewegbaren Lichtbogenhorns gebildet.

Die Vorteile einer Schaltkontaktanordnung mit dreifacher Kon­ taktgabe werden auf diese Weise unter Verwendung von nur ei­ nem Paar von Kontaktauflagen durch eine bestimmte Anordnung und Gestaltung bzw. Abwandlung von Komponenten einer Schalt­ kontaktanordnung erreicht, wie sie schon bisher eingesetzt werden. Es sind somit keine zusätzlichen oder aufwendig zu bearbeitenden Teile erforderlich. Dennoch wird eine erhöhte Lebensdauer erzielt, weil der Kontakthebel beim Einschalten mit seinem Lichtbogenhorn an der feststehenden Kontaktgruppe abgefangen und von einer sonst auftretenden Biegebeanspru­ chung weitgehend entlastet wird. Dies erlaubt es, Kontakthe­ bel mit einem verhältnismäßig geringen Querschnitt zu wählen, was vorteilhaft für die erreichbaren Schaltgeschwindigkeiten ist.

Im Rahmen der Erfindung kann jeder zu der bewegbaren Kontakt­ gruppe gehörende Kontakthebel seinerseits an einem im Lei­ stungsschalter um ein Schwenklager bewegbaren Kontaktträger um ein am Kontaktträger befindliches Schwenklager schwenkbar angeordnet ist, wobei die Schwenkung des Kontakthebels rela­ tiv zu dem Kontaktträger durch einen Anschlag begrenzt ist. Hierdurch wird beim Einschalten der Schwenkwinkel des Kon­ takthebels nach der Berührung der Abreißkontakte und bis zur Berührung der Zwischenkontakte beschränkt. Dies wirkt sich günstig auf die mechanische Beanspruchung der Kontakthebel aus, die aufgrund der hohen Schaltgeschwindigkeit moderner Leistungsschalter außerordentlich hoch ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Nieder­ spannungs-Leistungsschalters mit einer Schaltkontaktanord­ nung.

In der Fig. 2 ist eine Schaltkontaktanordnung nach der Er­ findung im Einschaltzustand gezeigt.

Für die Erfindung wesentliche Teile der Schaltkontaktanord­ nung gemäß der Fig. 2 sind in den Fig. 3 und 4 in aufein­ ander folgenden Phasen eines Ausschaltvorganges dargestellt.

Der in der Fig. 1 schematisch im Schnitt gezeigte mehrpolige Niederspannungs-Leistungsschalter 1 weist ein Gehäuse 2 und aus diesem rückseitig herausragende Stromschienen 3 und 4 auf. Eine als Ganzes mit 5 bezeichnete Schaltkontaktanordnung steht mit den Stromschienen 3 und 4 in elektrischer Verbin­ dung und gestattet das Schließen und Öffnen eines Stromkrei­ ses für Verbraucher (nicht dargestellt). Oberhalb der Schalt­ kontaktanordnung 5 befindet sich im Gehäuse 2 eine Lichtbo­ genlöschkammer 6, die in bekannter Weise quer zu einem Schaltlichtbogen angeordnete Löschbleche enthält. Die Schalt­ kontaktanordnung 5 umfaßt eine feststehende Kontaktgruppe 7, die mit der oberen Stromschiene 3 in Verbindung steht, sowie eine bewegbare Kontaktgruppe 10, die mittels biegsamer Leiter 11 mit der unteren Stromschiene verbunden ist. Zu der beweg­ baren Kontaktgruppe 10 gehört ein Kontaktträger 12, der schwenkbar im Gehäuse 2 des Leistungsschalters 1 gelagert und durch eine Antriebsvorrichtung 13 zum Ein- und Ausschalten betätigbar ist. Ein am Kontaktträger 12 schwenkbar gelagerter Kontakthebel 14 ist durch eine Kontaktkraftfeder 15 in der Richtung der feststehenden Kontaktgruppe 7 vorgespannt. Eine Schaltwelle 16 dient zur Verteilung der von der Antriebsvor­ richtung 13 bereitgestellten Antriebskraft auf mehrere im Ge­ häuse 2 parallel zueinander angeordnete Schaltkontaktanord­ nungen 5, von denen jede durch ein Hebelgetriebe 17 mit der Schaltwelle 16 verbunden ist.

In den folgenden Fig. 2, 3 und 4 sind für die mit der Fig. 1 übereinstimmenden Teile die gleichen Bezugszeichen ver­ wendet.

Aus der vergrößerten Darstellung in der Fig. 2 ist ersicht­ lich, daß die feststehende Kontaktgruppe 7 an der Stirnfläche ihrer Stromschiene 3 mit einer Kontaktauflage versehen ist, die einen feststehenden Hauptkontakt 20 bildet. Der oberhalb des Hauptkontaktes 20 gelegene Teil der Stirnfläche der Stromschiene 3 bildet einen feststehenden Zwischenkontakt 21. Mit dem feststehenden Hauptkontakt 20 wirkt ein bewegbarer Hauptkontakt 22 zusammen, der durch eine am Kontakthebel 14 angebrachte Kontaktauflage gebildet ist. Eine Vorwölbung des Kontakthebels 14 dient als bewegbarer Zwischenkontakt 23. Mittels einer Schraubverbindung 24 ist auf der Stromschiene 3 ein feststehendes Lichtbogenhorn 25 befestigt, das mit einer Vorwölbung über die Stromschiene 3 übersteht und hierdurch einen feststehenden Abreißkontakt 26 bildet.

Die bewegbare Kontaktgruppe 10 umfaßt, wie schon erwähnt, ei­ nen Kontaktträger 12 und einen Kontakthebel 14. Der Kontakt­ träger 12 ist um ein ortsfestes Schwenklager 27 bewegbar, während der Kontakthebel 14 um ein an dem Kontaktträger 12 angeordnetes Schwenklager 30 bewegbar ist. Zwei parallele Kontaktkraftfedern 15 sind am Kontaktträger 12 abgestützt und spannen den Kontakthebel 14 gegen die feststehende Kontakt­ gruppe 7 vor. Oberhalb des Zwischenkontaktes 23 ist der Kon­ takthebel 14 als Lichtbogenhorn 31 ausgebildet, wobei ein Teilabschnitt des Lichtbogenhorns 31 als bewegbarer Abreiß­ kontakt 32 dient, wie noch erläutert wird.

In der Einschaltstellung der Schaltkontaktanordnung 5 gemäß der Fig. 2 liegen nur die Hauptkontakte 20 und 22 aneinander an, wodurch der Hauptstrompfad des Leistungsschalters 1 von der oberen Stromschiene 3 über den Kontakthebel 14, die bieg­ samen Leiter 11 und die untere Stromschiene 4 geschlossen ist.

Die Überführung der Schaltkontaktanordnung 5 in die Stellung AUS wird in bekannter Weise durch eine entsprechende Drehung der Schaltwelle 16 eingeleitet. Der Kontaktträger 12 führt nun eine Schwenkung im Uhrzeigersinn aus, während der Kon­ takthebel 14 unter dem Einfluß der Kontaktkraftfedern 15 zu­ nächst weiterhin in Eingriff mit der feststehenden Kontakt­ gruppe 7 verbleibt und dabei entgegen dem Uhrzeigersinn um sein am Kontaktträger 12 befindliches Schwenklager 30 schwenkt. Als erste charakteristische Zwischenstellung tritt dabei die Stellung gemäß der Fig. 3 auf. Diese Stellung zeichnet sich dadurch aus, daß sich sowohl die Hauptkontakte 20 und 22 als auch die Zwischenkontakte 21 und 23 berühren. Hierdurch ist die Kommutierung des über die Schaltkontak­ tanordnung 5 fließenden Stromes auf die Zwischenkontakte vor­ bereitet.

Im weiteren Verlauf des Ausschaltvorganges wird eine weitere Kontaktstelle wirksam, die durch den feststehenden Abreißkon­ takt 26 am Lichtbogenhorn 25 und den bewegbaren Abreißkontakt 32 am Lichtbogenhorn 31 des Kontakthebels 14 gebildet ist. Die Fig. 4 zeigt als weitere charakteristische Zwischenstel­ lung den Zustand, daß sowohl die Hauptkontakte 20 und 22 als auch die Zwischenkontakte 23 und 32 voneinander getrennt sind und der zu unterbrechende Strom nur noch über die Abreißkon­ takte 26 und 32 fließt. Bei der nachfolgenden Trennung des Kontakthebels 14 von der feststehenden Kontaktgruppe 7 wird ein Schaltlichtbogen an den Abreißkontakten 26 und 32 gezün­ det. Da die Abreißkontakte, wie vorstehende erläutert, Be­ standteile des feststehenden und des bewegbaren Lichtbogen­ horns 25 bzw. 31 sind, bestehen daher besonders günstige Be­ dingungen für das Weiterlaufen des Schaltlichtbogens und sei­ ne Überführung in die Lichtbogenlöschkammer 6 (Fig. 1). Die­ se Eigenschaft ermöglicht überraschend kurze Schaltzeiten.

Beim Einschalten werden die erläuterten charakteristischen Zwischenstellungen in der umgekehrten Reihenfolge eingenom­ men. Daher berühren sich zuerst gemäß der Fig. 4 die Abreiß­ kontakte 26 und 32, bevor die Stellungen gemäß den Fig. 3 und 2 eingenommen werden. Da der bewegbare Abreißkontakt 32 in der dem feststehenden Lichtbogenhorn 25 zugewandten Flanke des Lichtbogenhorns 31 des Kontakthebels 14 angeordnet ist, wird der Kontakthebel 14 nahe seinem Ende mechanisch abgefan­ gen. Demgegenüber befindet sich bei bisher üblichen Kontak­ tanordnungen die Stelle der ersten Kontaktberührung beim Ein­ schalten näher am Zentrum des Kontakthebels, was zu einer be­ trächtlichen Biegebeanspruchung des Kontakthebels 14 führen kann. In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, daß die Schwenkung des Kontakthebels um sein Schwenklager 30 am Kon­ taktträger 12 durch einen Anschlag 33 begrenzt ist. Bei ge­ eigneter Positionierung des Anschlages 33 wird erreicht, daß nach der Berührung der Abreißkontakte 26 und 32 nur eine er­ wünschte geringe Schwenkung des Kontakthebels auftritt oder aufgrund gegenseitiger Anpassung der Abreißkontakte und der Zwischenkontakte eine Schwenkung fast ausbleibt. Dies hat zur Folge, daß die Zwischenkontakte entweder kurz nach den Ab­ reißkontakten oder nahezu gleichzeitig mit diesen geschlossen werden. Dies wirkt sich in einer beträchtlichen Steigerung sowohl der elektrischen wie auch der mechanischen Lebensdauer der Schaltkontaktanordnung aus.

Obwohl im Verlauf der vorstehenden Beschreibung jeweils von einem Kontakthebel gesprochen wurde, ist dies so zu verste­ hen, daß die Erfindung auch in Verbindung mit den bekannten Mehrfachkontaktsystemen eingesetzt werden kann (vgl. z. B. DE 296 15 566 U1, EP 0 410 902 B1). Auch ist die beschriebene Gestaltung der Lichtbogenhörner lediglich als Beispiel zu verstehen. Daher kann das feststehende Lichtbogenhorn 25 auch einstückig mit dem feststehenden Zwischenkontakt 21 ausgebil­ det sein (EP 0 325 767 B1) oder zusätzlich einstückig mit der Stromschiene ausgebildet sein (EP 0 859 387 A2). Andererseits kann das bewegliche Lichtbogenhorn in bekannter Weise als ge­ sondertes Teil ausgebildet und am Kontakthebel befestigt sein (EP 0 325 767 B1). Gleichfalls werden andere Ausführungen von Anschlägen zur Begrenzung des Schwenkwinkels des Kontakthe­ bels 14 als für die Zwecke der Erfindung geeignet betrachtet.

Claims (2)

1. Schaltkontaktanordnung (5) eines Niederspannungs- Leistungsschalters (1) mit folgenden Merkmalen:

• - Eine feststehende Kontaktgruppe (7), bestehend aus
• - einem feststehenden Hauptkontakt (20),
• - einem feststehenden Zwischenkontakt (21),
• - einem feststehenden Abreißkontakt (26),
• - einem feststehenden Lichtbogenhorn (25),
• - eine zum Ein- und Ausschalten relativ zu der feststehenden Kontaktgruppe (7) bewegbar angeordnete bewegliche Kontakt­ gruppe (10),
• - ein zu der beweglichen Kontaktgruppe (10) gehörender, gegen die Kraft einer Kontaktkraftfeder (15) schwenkbar gelagerter Kontakthebel (14), mit
• - einem bewegbaren Hauptkontakt(22),
• - einem bewegbaren Zwischenkontakt (23),
• - einem bewegbaren Abreißkontakt (26),
• - einem bewegbaren Lichtbogenhorn (31),
• - wobei aufgrund der Schwenkbarkeit des Kontakthebels (14) beim Ausschalten die Öffnung der Abreißkontakte (26, 32) nach der Öffnung der durch Kontaktauflagen gebildeten Hauptkontakte (20, 22) erfolgt,

gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

• - der feststehende Zwischenkontakt (21) ist durch eine den feststehenden Hauptkontakt tragende Endfläche einer Strom­ schiene (3) gebildet,
• - der feststehende Abreißkontakt (26) ist durch eine über die Endfläche der Stromschiene (3) vorstehende Vorwölbung des feststehenden Lichtbogenhorns (25) gebildet,
• - der bewegbare Zwischenkontakt (23) ist durch eine Vorwöl­ bung des bewegbaren Lichtbogenhorns (31) gebildet, und
• - der bewegbare Abreißkontakt (32) ist durch einen Teilab­ schnitt der dem feststehenden Lichtbogenhorn (25) zuge­ wandten Flanke des bewegbaren Lichtbogenhorns (31) gebil­ det.

2. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zu der bewegbaren Kontaktgruppe (10) gehörende Kontakt­ hebel (14) seinerseits an einem im Leistungsschalter (1) um ein Schwenklager (27) bewegbaren Kontaktträger (12) um ein am Kontaktträger (12) befindliches Schwenklager (30) schwenkbar angeordnet ist und daß die Schwenkung des Kontakthebels (14) relativ zu dem Kontaktträger (12) durch einen Anschlag (33) begrenzt ist.