DE20118493U1

DE20118493U1 - Schaltkontaktanordnung für einen elektrischen Schalter

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Publication number: DE20118493U1
Application number: DE20118493U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2011-11-08
Also published as: JP2004523874A; US6969816B2; CN1230845C; CN1505824A; EP1374263A1; HK1062355A1; DE10117844A1; WO2002082482A1; US20040094513A1; EP1374263B1; DE50212227D1

Description

2001 G 16070 DE

Beschreibung

Schaltkontaktanordnung für einen elektrischen Schalter

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Gestaltung eines starren Gliedes anwendbar, das als Kontaktträger eines Kontakte^ dient.

Bei einem bekannten elektrischen Schalter dieser Art, bei dem mehrere den Kontakt bildende Kontakthebel mittels eines Lagerbolzens schwenkbar an dem Kontaktträger gehaltenen sind, weist der Kontaktträger zum radialen Abstützen des Lagerbolzens zumindest drei Stützelemente auf (E 0 222 686 Bl). - Der Kontaktträger umfasst hierbei einen Metall-Rahmen, der aus zwei Seitenwänden und mehreren, die Seitenwände verbindenden Bolzen besteht. Dieser Metall-Rahmen ist über einen Koppelbolzen an ein isolierendes Koppelelement angelenkt, das zur Ankopplung des Kontaktträgers an einen Schalterantrieb dient. Zwei der Stützelemente, die den Enden des Lagerbolzens 0 zugeordnete sind, sind dabei von den Seitenwänden des Metallrahmens gebildet. Um ein unerwünschtes radiales Durchbiegen des Lagerbolzens der Kontakthebel mit möglichst geringem Aufwand an zusätzlichem Material zu vermeiden, bilden bei diesem Kontaktträger zwei zwischen benachbarten Kontakthebeln im axial mittleren Bereich des Lagerbolzens angeordnete Zwischenlager zusätzliche Stützelemente, indem sie an dem Koppelbolzen angelenkt sind. Dabei sind zur Durchführung der Zwischenlager zu dem Koppelbolzen Durchtrittsöffnungen des Kontaktträgers erforderlich.

Derartig zusätzlich zu den beiden äußeren Stützelementen in den Kontaktträger integrierte Stützelemente müssen aufgrund ihrer Schwenkbarkeit um den Koppelbolzen zur Montage des Lagerbolzens positioniert werden.

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Ausgehend von einem elektrischen Schalter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 (E 0 222 686 Bl) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Herstellung und Montage des Kontaktträgers zu vereinfachen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens drei der Stützelemente als Teil eines den Kontaktträger bildenden, einstückig hergestellten Formteiles ausgebildet sind. - Im Sinne der Erfindung soll unter einem einstückig hergestellten Formteil ein Teil verstanden werden, bei dem mehrere Funktionselemente im Zuge eines Urformverfahrens - wie beispielsweise eines Press-, Spritzpräge-, Guss-, Spritzguss-, Druckguss- oder Sinterverfahrens - zu einem einzigen, in montagetechnischem Sinne untrennbar zusammengefügten Bauteil verbunden sind.

Bei einer derartigen Ausgestaltung sind die drei Stützelemente in vorgegebener Position starr als Teil des Kontaktträgers in diesen integriert. Dabei werden die drei Stützele-0 mente bereits bei der Herstellung des Kontaktträgers auf die Achse des Lagerbolzens ausgerichtet, so dass beim Betrieb des Schalters praktisch keine durch Toleranzabweichungen bewirkten Verkantungen des Lagerbolzens auftreten. - Ein derart abgestützter Lagerbolzen unterliegt auch bei hohen Kurzschluss- oder Stoßströmen einer geringen maximalen Durchbiegung und weist damit eine hohe Kurzschluss- und Stoßstromtragfähigkeit auf.

Die neue Schaltkontaktanordnung kann eine große Anzahl jeweils mit einer Einzeltoleranzabweichung von einem gegebenen Nennmaß behaftete Kontakthebel und gegebenenfalls ebenfalls mit einer Einzeltoleranzabweichung von ihrem Nennmaß behaftete Zwischenlager - die jedoch Teil der

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Kontakthebel sein können - aufweisen, da die Anzahl der Kontakthebel in Teilmengen geteilt ist, von denen jede zwischen zwei benachbarten Stützelementen axial begrenzt angeordnet ist. Aufgrund dieser axialen Begrenzung der Teilmengen der Kontakthebel ist ein axiales Verschieben der Kontakthebel einer Teilmenge - aufgrund der zwischen ihnen wirkenden Stromkräfte - auf den durch die jeweiligen Stützelemente begrenzten axialen Abschnitt des Lagerbolzens begrenzt, wobei der maximale Wert der Verschiebung nicht größer als die Summe aller Einzeltoleranzabweichungen der Kontakthebel und der gegebenenfalls vorhandenen Zwischenlager dieser Teilmenge ist. Dies ermöglicht es, den Kontakthebeln Kontaktkraftfedern geometrisch so zuzuordnen, dass deren Federkraft nicht durch Verbiegen oder Verkanten vermindert wird. Damit trägt auch die geometrisch genaue Zuordnung der Kontaktkraftfedern zu den Kontakthebeln zur Erhöhung der Kurzschluss- und Stoßstromtragfähigkeit der Schaltkontaktanordnung bei.

Wenn man das Formteil wenigstens teilweise als Kunststoff-Formteil ausbildet, dann kann auf eine elektrisch isolierende Ausgestaltung des Koppelbolzens verzichtet werden. - Die mechanische Festigkeit eines derartigen Kunststoff-Formteiles kann dadurch erhöht werden, dass zumindest ein Verstärkungselement zumindest teilweise in das Kunststoff-Formteil eingebettet ist. - Typischerweise wird für das Kunststoff-Formteil ein beispielsweise faserverstärkter Duroplast und für das Verstärkungselement ein beispielsweise antimagnetischer Stahl verwendet. Alternativ hierzu sind für das Kunststoff-Formteil 0 auch andere reine oder beispielsweise durch Keramik oder Glasfasern verstärkte Kunststoffe und für das Verstärkungselement andere Metalle oder Metallbleche verwendbar.

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Eine bevorzugte Ausgestaltung der neuen Schaltkontaktanordnung sieht vor, dass zumindest eines der Stützelemente ein zumindest teilweise in das Kunststoff-Formteil eingebettetes Metallteil aufweist.

Ein derartiges Metallteil kann Teil des Verstärkungselementes sein, wodurch zugleich die mechanische Festigkeit des das Stützelement bildenden Teiles des Kontaktträgers erhöht ist.

Wenn man das Metallteil als Metallblech, beispielsweise aus antimagnetischem Stahlblech ausbildet, das mit einem Hinterschneidungen aufweisenden ersten Teilbereich in das Kunststoff-Formteil eingebettet und mit einem mit einer Bohrung für den Lagerbolzen versehenen zweiten Teilbereich aus dem Kunststoff-Formteil herausragt, so kann mit Vorteil der Querschnitt des Stützelementes derart verringert werden, dass er nicht breiter als der ohnehin zur Trennung der Kontakthebel erforderliche Abstand zwischen den Kontakthebeln 0 ist und somit zu keiner zusätzlichen Verbreiterung des Kontaktträgers führt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der neuen Schaltkontaktanordnung sieht vor, dass die Metallteile enthaltenden Stützelemente in axialer Richtung des Lagerbolzens von dem Koppelelement beabstandet sind, wenn die Ankopplung des Kontaktträgers an eine mittels eines Schalterantriebes drehbare Schaltwelle über ein metallisches Koppelelement erfolgt. Hierdurch können Spannungsverschleppungen und Probleme bezüg-0 lieh der Isolation zwischen dem Kontaktträger und dem Schalterantrieb auf einfache Weise vermieden werden. - Für die starre Einbettung eines ersten Teilbereiches eines als Metallblech ausgebildeten Stützelement ist bei dieser Ausges-

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taltung die gesamte vorhandene Materialtiefe des Kontaktträgers quer zur Richtung des Lagerbolzens nutzbar.

Wenn man bei mit einem Abschirmkörper ausgestattetem Kontaktträger an zumindest einem der Stützelemente eine Aufnahme für den Abschirmkörper vorsieht, so kann hierdurch der Abschirmkörper gegen den beim Schalten auftretenden Gasdruck zusätzlich abgestützt werden. Bei einer derartigen Ausgestaltung
können seitliche, am Kontaktträger anliegende Befestigungsschenkel
aufgrund der verringerten Belastung geringer dimensioniert oder gegebenenfalls weggelassen werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der neuen Schaltkontaktanordnung sind in den Figuren 1 bis 9 dargestellt.

Dabei zeigen

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Niederspannungs-Leistungsschalters
mit einer aus einer feststehenden und einer bewegbaren Kontaktbaugruppe bestehenden
Schaltkontaktanordnung,

Figur 2 eine bewegbare Kontaktbaugruppe mit einer wenigstens teilweise als Kunststoff-Formteil ausgebildeten ersten Ausführungsform
eines Kontaktträgers,

Figur 3 ein Verstärkungselement, das in dem Kunststoff-Formteil des Kontaktträgers gemäß Figur 2 eingebettet sein kann, Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines wenigstens teilweise
als Kunststoff-Formteil ausgebildeten Kontaktträgers,
bei der als Metallblech ausgebildete Stützelemente teilweise in das Kunststoff-Formteil eingebettet sind,
Figur 5 eine quer zur Richtung des Lagerbolzens geführte
Schnittdarstellungen des Kontaktträgers gemäß Figur 4,
Figur 6 ein Verstärkungselement, das in dem Kunststoff-Formteil des Kontaktträgers gemäß Figur 4 eingebettet sein kann,

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Figur 7 eine quer zur Richtung des Lagerbolzens geführte Schnittdarstellungen eines Kontaktträgers mit eingebettetem Verstärkungselement gemäß Figur 6,

Figur 8 eine weitere Schnittdarstellung des In Figur 4 dargestellten Kontaktträgers entlang der Linie A-A in Figur 5 und Figur 9 den Kontakthebelträger gemäß Figur 4 mit einem Abschirmkörper .

Der in der Figur 1 gezeigte, in Niederspannungsnetzen eingesetzte elektrische Schalter für Spannungsbereiche bis zu etwa 1000 V besitzt ein Schaltpolgehäuse 1, in dem nebeneinander je nach der benötigten Polzahl Schaltkammern 2 ausgebildet sind. Eine mittels eines Schalterantriebes 3 drehbare Schaltwelle 4 dient zur gemeinsamen Betätigung von Schaltkontaktan-Ordnungen, die jeweils aus einer feststehenden Kontaktbaugruppe 5 und einer bewegbaren Kontaktbaugruppe 6 bestehen. Hierzu sind jeweils zwei radial von der Schaltwelle 4 abragende Hebel 7 (vgl. Figur 8) mit einem an die bewegbare Kontaktbaugruppe 6 angelenkten metallischen Koppelelement 8 gekoppelt. In bekannter Weise sind die Kontaktbaugruppen 5, 6 mit außen zugänglichen Anschluss-Schienen 9, 10 verbunden. Zwei Ausführungsbeispiele 6a und 6b der bewegbaren Kontaktbaugruppe 6 werden nachfolgend anhand der Figur 2 und 3 bzw. 4 bis 9 erläutert.

Wie näher aus der Figur 2 zu entnehmen ist, gehört zu der bewegbaren Kontaktbaugruppe 6a ein Kontaktträger 11, der als einstückig hergestelltes Formteil ein Kunststoff-Formteil 12 aufweist, das im Verlaufe eines Pressverfahrens unter 0 Einbettung eines in Figur 3 gezeigten Verstärkungselementes geformt wurde. Der Kontaktträger ist in dem Gehäuse 1 (vgl. Figur 1) schwenkbar gelagert und über die Schaltwelle 4 mittels des Schalterantriebes 3 - von dem in der Figur 1 nur

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ein an einem Federspeicher 14 abgestützter Antriebsstrang 15 dargestellt ist - relativ zu der feststehenden Kontaktbaugruppe 5 in eine Einschaltstellung und in eine Ausschaltstellung überführbar. An dem Kontaktträger 11 sind mehrere paral-IeI zueinander angeordnete Kontakthebel 16, 17 um einen Lagerbolzen 18 relativ zu dem Kontaktträger 11 schwenkbar, wobei Kontaktkraftfedern 19 (vgl. Figur 1) für eine Vorspannung der Kontakthebel 16, 17 in Richtung der feststehenden Kontaktbaugruppe 5 sorgen. Biegsame Leiter 20 in der Gestalt von Litzen oder Bändern dienen zur Verbindung der Kontakthebel 16, 17 mit der unteren Anschluss-Schiene 10 in der Weise, dass eine ungehinderte Beweglichkeit der Kontakthebel 16, 17 und des Kontaktträgers 11 bei den Schaltbewegungen gewährleistet ist.

Die Anzahl der an dem Kontaktträger 11 angebrachten Kontakthebel 16, 17 richtet sich nach der Höhe des Stromes, den der Leistungsschalter im Betrieb führen soll. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, sind von den insgesamt 22 vorhandenen Kontakt hebeln, 8 Kontakthebel 16 kürzer ausgebildet und weisen nur einen Hauptkontaktbereich 21 , jedoch keinen Vorkontaktbereich 22 und kein Lichtbogenhorn 23 wie die übrigen Kontakthebel 17 auf.

Im betriebsfähigen Zustand sind alle Kontakthebel zwischen quer zum Lagerbolzen 18 gerichteten seitlichen Wangen 24a, 24b des Kontaktträgers 11 aufgenommen. Diese seitlichen Wangen 24a, 24b, die mit Aufnahmeöffnungen 25a, 25b für den Lagerbolzen 18 versehen sind, bilden ein erstes und ein zweites Stützelement für die Enden des Lagerbolzens, über die der Lagerbolzen axial positioniert und radial abgestützt ist. In jeder dieser Wangen kann sich ein Teil 29a bzw. 29b des Verstärkungselementes 13 (vgl. Figur 3)erstrecken, das mit

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eine Durchgangsbohrung 27a bzw. 27b für den Lagerbolzen aufweist. Die Wangen 24a, 24b gehen nach unten in Lagerarme 26 des Kontaktträgers 11 über.

Die relativ große Breite der Schaltkontaktanordnung bringt es mit sich, dass der zwischen den beiden seitlichen Stützelementen 24a, 24b verlaufende Abschnitt des Lagerbolzens einer relativ starken Biegebeanspruchung ausgesetzt ist, wenn im geschlossenen Zustand der Schaltkontaktanordnung neben den Kräften der Kontaktkraftfedern 19 weitere Kräfte durch einen hohen Strom, wie Kurzschluss- oder Stoßstrom hinzukommen.

Eine Durchbiegung dieses Abschnittes des Lagerbolzens wird durch ein zusätzliches, den Lagerbolzen axial mittig stützendes drittes Stützelement vermieden. Dieses dritte Stützelement ist von einer mit einer Aufnahmeöffnung 25c (in der Figur nicht sichtbar) für den Lagerbolzen 18 versehenen, quer zum Lagerbolzen gerichteten Rippe 28 des Kontaktträgers gebildet, wobei sich in der Rippe 28 ein in das Kunststoff-Formteil 12 vollständig eingebettetes Metallteil 29c mit einer Durchgangsbohrung 27c für die Lagebolzen erstreckt, das Teil des Verstärkungselementes 13 ist (vgl. Figur 3).

Von dem zweiten Ausführungsbeispiel 6b der bewegbaren Kontaktgruppe ist in der Figur 4 nur eine zweite Ausführungsform 30 des Kontaktträgers dargestellt. Bei diesem Kontaktträger

30 dienen zwei als Metallblech 31 ausgebildete Stützelemente zur radialen Abstützung des Abschnittes des Lagerbolzens, der zwischen zwei als seitliche Wangen 32a, 32b ausgebildeten 0 Stützelementen verläuft. Die beiden mittleren Stützelemente

31 sind mit einem ersten Teilbereich 33 in das Kunststoff-Formteil 34 des Kontaktträgers 30 eingebettet und ragen mit

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einem zweiten Teilbereich 35 aus dem Kunststoff-Formteil heraus .

Gemäß der Figur 5 weisen die Metallbleche 31 in dem in das Kunststoff-Formteil eingebetteten ersten Teilbereich 33 Hinterschneidungen 3S auf, die dazu dienen, das jeweilige Metallblech auch bei hoher Biegebelastung des Lagerbolzens sicher in dem Kunststoff-Formteil zu verankern. Der zweite Teilbereich 35 der mit einer Bohrung 3 8 zur Durchführung des Lagerbolzens 37 versehen ist, weist zusätzlich eine Ausnehmung 3 9 auf, die zur Aufnahme eines in Figur 9 näher dargestellten Abschirmkörpers 40 dient. - In dem Kunststoff-Formteil des Kontaktträgers können gemäß Figur 7 zwei Verstärkungselemente 41, 42 eingebettet sein von denen eines in Figur 6 dargestellt ist.

Gemäß Figur 8 sind die beiden Metallbleche 31 zu dem metallischen Koppelelement 8 (vgl. Figur 1) in axialer Richtung beabstandet, um SpannungsVerschleppungen zwischen dem auf Niederspannungspotential befindlichen Lagerbolzen der Kontakthebel und dem auf Erdpotential befindlichem metallischen Koppelelement 8 und damit dem Schalterantrieb zu vermeiden.

Gemäß Figur 9 sind an dem Abschirmkörper 40, der den Schwenkbereich des Kontaktträgers 3 0 und weitere unterhalb der Kontaktbereiche 21, 22 (vgl. Figur 1) angeordnete nicht weiter dargestellte Schalterteile vor herabfallenden Abbrandprodukten und kondensierenden Schaltgasen schützt, Zungen 43 angeformt, die in die Ausnehmungen 3 9 eingreifen, die an den Metallblechen vorgesehenen sind (vgl. auch Figur 5). Hierdurch ist der Abschirmkörper 4 0 gegen den bei Schaltvorgängen auftretenden Gasdruck derart abgestützt, dass

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10 seine seitlich am Kontaktträger gehaltenen Befestigungs-

schenkel 44a, 44b weniger belastet werden.

Claims

1. Schaltkontaktanordnung für einen elektrischen Schalter mit einem Kontaktträger (11; 30), an dem mittels eines Lagerbolzens (18; 37)mehrere Kontakthebel (16, 17) schwenkbar gehalten sind,
wobei der Kontaktträger (11; 30) zumindest drei Stützelemente zum radialen Abstützen des Lagerbolzens aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens drei der Stützelemente (24a, 24b, 28; 32a, 32b, 31) als Teil eines den Kontaktträger bildenden, einstückig hergestellten Formteiles ausgebildet sind.

2. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil wenigstens teilweise als Kunststoff- Formteil (12; 34) ausgebildet ist.

3. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kunststoff-Formteil (12; 34) zumindest ein metallisches Verstärkungselement (13; 41, 42) zumindest teilweise eingebettet ist.

4. Schaltkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Stützelemente ein zumindest teilweise in das Kunststoff-Formteil (12; 34) eingebettetes Metallteil (29a, 29b, 29c; 31) aufweist.

5. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (31) als Metallblech ausgebildet ist, das mit einem Hinterschneidungen (36) aufweisenden ersten Teilbereich (33) in das Kunststoff-Formteil (34) eingebettet ist und mit einem mit einer Bohrung (38) für den Lagerbolzen (37) versehenen zweiten Teilbereich (35) aus dem Kunststoff-Formteil (34) herausragt.

6. Schaltkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ankopplung des Kontaktträgers (30) an eine Schaltwelle (4) mittels eines metallischen Koppelelementes (8) die ein Metallteil (31) enthaltenden Stützelemente in axialer Richtung des Lagerbolzens (37) von dem Koppelelement (8) beabstandet sind.

7. Schaltkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mit einem Abschirmkörper (40) ausgestatteten Kontaktträger (30) an zumindest einem der Stützelemente eine Aufnahme (39) für den Abschirmkörper (40) vorgesehen ist.