DE2750893A1 - Elektrischer schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Vorzugsweise dienen diese Schalter als Lastschalter in Niederspannungsanlagen, wobei unter Niederspannung hierbei Spannungen bis höchstens 1000 Volt verstanden werden.

Ein Lastschalter ist dafür vorgesehen, während des normalen Betriebes sowie bei einer gewissen betriebsmäßigen Überlastung einen Stromkreis zu schließen, den Strom zu führen und den Strom zu unterbrechen. Im geschlossenen Zustand soll er, ohne dabei Schaden zu nehmen, einen Kurzschlußstrom so lange führen können, bis der Strom beispielsweise von einer mit dem Schalter in Reihe geschalteten Schmelzsicherung unterbrochen wird. Lastschalter sind nicht für die Unterbrechnung von Kurzschlußströmen konstruiert. Sie sollen jedoch imstande sein, auf einen Kurzschluß eingeschaltet zu werden, ohne dabei durch eine Kontaktverschweißung oder einen

609822/0650

4.11.1977 20 403

anderen Schaden beschädigt zu werden.

Es ist bereits bekannt, bei elektrischen Schaltern bewegliche Kontakte zu verwenden, die aus zwei parallelen Kontaktarmen bestehen, die im geschlossenen Zustand des Schalters mittels Federn gegen je eine Seite von in Abstand voneinander angeordneten festen messerförmigen Kontaktschienen gedrückt werden (DT-AS 1 197 160). Da die beiden Kontaktarme in derselben Richtung vom Strom durchflossen werden, erhält man durch die elektrodynamischen Stromkräfte eine Verstärkung des Kontaktdruckes, so daß die Gefahr eines Abhebens des Kontaktes, wenn die Kontaktanordnung vom KurζSchlußstrom durchflossen wird, ausgeschlossen ist. Eine solche Kontaktanordnung mit zwei parallelen beweglichen Kontaktarmen kann in einer verhältnismäßig billigen, einfachen und raumsparenden Weise konstruiert werden. Sie weist Jedoch insbesondere beim Einschalten auf einen Kurzschluß, gewisse Schwächen auf. Bei einem solchen Schaltvorgang ist die bekannte Schalterkonstruktion aufgrund der elektrodynamischen Anziehungskraft zwischen den parallelen, stromdurchflossenen Kontaktarmen, durch die zwischen den Kontaktflächen eine große Reibung entsteht, schwer zu betätigen. Außerdem treten leicht Kontaktprellungen auf, wenn die beweglichen Kontaktarme auf die festen messerförmigen Kontaktschienen treffen und von diesen auseinandergepreßt werden, wobei an allen Kontaktflächen Schweiß- und Brennschäden auftreten können.

/3 809822/0650

4.11.1977 20 403

2V5U8JJ

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die obengenannten Nachteile des bekannten Schalters nicht mehr vorhanden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein elektrischer Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Schalters nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Dadurch» daß wenigstens eine der beweglichen Kontaktplatten über die festen Kontaktschienen geführt wird,ohne einen Kontakt zu bilden, bevor die Endstellung ganz oder nahezu erreicht ist, treten während des Einschaltverlaufes zunächst keine elektrodynamische Anziehungskräfte zwischen den Kontaktplatten auf. Dadurch ist der Schalter leichter zu bedienen, und man kann ein Kontaktverschweißen und schwere Brennschäden an den Stellen der Kontakte verhindern, die bei normalem Betrieb die Kontaktflächen bilden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beim Abschalten ein großer Teil der Bewegungsenergie für das Auseinanderpressen der Kontaktplatten verbraucht wird, so daß der bei Schaltern mit gewöhnlichen Messerkontakten auftretende

/4 809822/0650

4.11.1977 20 403

_r_ 27bü8d3

harte Anschlag gegen die Stoßdämpfer vermieden wird.

Aus der DT-PS 1 256 294 ist ee zwar bereits bekannt, bei SammelSchienentrennschaltern Keilelemente zwischen parallelen Kontaktplatten zu verwenden. Die Aufgabe dieser Keilelemente besteht jedoch darin, einerseits das Drehmoment von der Betätigungswelle auf die auf der Welle freilaufenden Kontaktplatten zu übertragen und andererseits den Kontaktdruck zwischen den Kontaktplatten und den festen Kontaktschienen zu vermindern (Jedoch nicht ganz zu beseitigen).

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausf Uhrungsform eines Schalters nach der Erfindung von oben in geöffnetem Zustand,

Fig. 2 den Schalter nach Fig. 1 in geschlossenem Zustand, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 5 u. 6 eine zweite Ausführungsform eines Schalters nach der Erfindung im Schnitt entsprechend den Fig. 3 und 4,

809822/0650

4.11.1977 20 403

Fig.7 u. 8 eine dritte Ausführungsform eines Schalters nach der Erfindung, und zwar Fig 7 den Schalter von oben in geschlossener Stellung und Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 7.

Der elektrische Schalter gemäß Fig. 1 bis 4 enthält zwei feste Kontaktschienen 1 und 2, eine bewegliche Kontaktbrücke, die aus zwei im wesentlichen parallelen Kontaktplatten 3 und 4 besteht, die auf einer zentralen Achse 5 angeordnet sind, ein zwischen den Kontaktplatten 3 und 4 angeordnetes Keilelement 6 und zwei auf je einer Seite der Kontaktbrücke angeordnete Blattfedern 7 und 8. Die Achse 5 hat einen rechteckigen Querschnitt und verläuft durch ihrem Querschnitt angepaßte zentrale Öffnungen in den Kontaktplatten 3 und 4, so daß die Kontaktplatten sich auf der Achse nicht drehen können, jedoch in axialer Richtung eine gewisse Bewegungsfreiheit haben. Die Teile 3, 4, 6, 7 und 8 sind durch zwei durch die Achse hindurchgehenden Bolzen 9 auf der Achse 5 befestigt.

Das untere Ende der Achse 5 hat einen in der Grundplatte 24 des Schalters gelagerten Zapfen 25» und das obere Ende der Achse ragt in die rechteckige öffnung in einer drehbaren kreisförmigen Isolationsscheibe 10 hinein, die mit dem Betätigungsmechanismus des Schalters gekuppelt ist. Dieser Mechanismus kann beispielsweise von Hand betätigbar sein und ist im übrigen so ausgeführt,

/6 809822/0650

4.11.1977 20

daß durch die in den Federn des Betätigungsmechanismus gespeicherte Energie ein Einschalten und Abschalten unabhängig davon vorgenommen wird, mit welcher Schnelligkeit der Handgriff betätigt wird.

Jede der festen Kontaktschienen 1 und 2 ist durch Anordnung eines querlaufenden Schlitzes 11 mit einem Lichtbogenhorn 12 versehen. Unmittelbar neben diesen Lichtbogenhörnern sind eine Anzahl Löschbleche 13 angeordnet. Innerhalb des Schlitz.es 11 liegt eine Zunge 14 aus Isoliermaterial.

Die Blattfedern 7, 8 drücken die Kontaktplatten 3, 4 gegeneinander und üben bei geschlossenem Schalter einen Kontaktdruck auf die festen Kontaktschienen 1, 2 aus (Fig. 2 und 4). Das Keilelement 6 hat hochgebogene Ausbuchtungen 15, die in Vertiefungen an der Innenseite der Kontaktplatte 3 passen. Die Kontaktplatte ist ihrerseits mit Ausbuchtungen 17 versehen, welche in die Hohlräume passen, die unter den Ausbuchtungen 15 im Keilelement 6 entstehen. Die Vertiefungen 16 und die Ausbuchtungen 17 wurden durch Prägung der Kontaktplatten gewonnen, können jedoch auch auf andere Weise hergestellt werden. In der Blattfeder 7 sind öffnungen 18 vorhanden, die die Ausbuchtungen an der Kontaktplatte 3» die durch Prägung auf der RUckseite der Vertiefungen 16 entstehen, aufnehmen.

809822/0650

4.11.1977 20 403

Wenn sich die Kontakte in offener Stellung befinden (Fig. 1 und 3), liegen die sich genau gegenüberliegenden Vertiefungen 16 und Ausbuchtungen 17 der Kontaktplatten winkelverschoben im Verhältnis zu den Ausbuchtungen 15 des Keilelementes. Dadurch werden die Kontaktplatten 3, 4 vom Keilelement so weit auseinandergedrängt, daß der Abstand zwischen den Kontaktflächen der Platten größer ist als die Dicke der festen Kontaktschienen 1, 2.

Wenn die Kontakte geschlossen werden, wird das Keilelem,ent 6 während des ersten Teils der Einschaltbewegung zwischen den Kontaktplatten 3, 4 festgehalten und folgt deren Drehbewegung so lange, bis die Arme 19 des Keilelementes gegen die auf dem Schaltergehäuse angeordnete Anschläge 20 anschlagen. Die Achse 5 fährt mit dem Drehen der Kontaktplatten 3, 4 fort, wobei die Ausbuchtungen 15 des Keilelementes in die Vertiefungen 16 der Kontaktplatte 3 einrasten, während die Ausbuchtungen 17 der Kontaktplatte 4 unter die Ausbuchtungen 15 des Keilelementes gelangen. Dies geschieht dann, wenn sich der bewegliche Kontakt 3, 4 der eingeschalteten Stellung nähert oder diese erreicht hat (Fig. 2 und 4). Da der Abstand zwischen den Kontaktflächen der Kontaktplatten 3, 4 in geöffneter Stellung größer ist als die Dicke der festen Kontaktschienen 1, 2, werden sich die Kontaktplatten 3f 4 über die festen Kontaktschienen legen ohne einen Kontakt herzustellen, bevor die Endstellung nahezu erreicht ist, in welcher die Kontaktplatten 3, 4 über den Schienen

/8 009822/0650

4.11.1977 20 403

1, 2 herunterf allen. Da das Kontakt schließen der beiden Kontaktplatten praktisch gleichzeitig geschieht, wobei man eine Kontaktdruckverstärkung durch die Kräfte der parallelen Strombahnen erhält, ist die Tendenz zum Kontaktprellen außerordentlich gering. Der Schalter verträgt daher ein Einschalten auf die höchsten vorkommenden Kurzschlußströme ohne Kontaktverschweißung. Hierzu trägt auch der Umstand bei, daß die Geschwindigkeitskomponente der Kontaktplatten senkrecht zu den Kontaktflächen verhältnismäßig klein ist, da der Kontaktweg in dieser Richtung klein ist.

Auf den festen Kontaktschienen 1, 2 sind Anschläge 22 für die beweglichen Kontaktplatten angeordnet. Diese Anschläge, die zweckmäßigerweise durch Prügung hergestellt werden, können eventuell auch so ausgebildet werden, daß sie Kontaktflächen mit den Längskantenflächen der Kontaktplatten bilden. Dabei werden die Anschläge zweckmäßigerweise etwas länger als die in den Zeichnungen gezeigten Anschläge ausgebildet, und es wird eine Feder angeordnet, um die Achse 5 in kontaktschließender Richtung zu beaufschlagen, so daß man zwischen den Kontaktplatten und den Anschlägen einen Anpreßdruck erhält. Durch eine solche Ausführung wird erreicht, daß eine Kontaktgabe an solchen Flächen geschieht, die beim Einschalten oder Abschalten keinen Brennschäden ausgesetzt sind, so daß die Versilberung der Kontaktflächen oder eine andere eine Oxidation verhindernde Oberflächenbehandlung lange Zeit erhalten bleibt.

809822/0650

4.11.1977 20 403

Beim Abschalten gleiten die beiden Kontaktplatten 3, 4 so weit über die festen Kontaktschienen 1, 2, bis das Keilelement 6 gegen die Anschläge 21 schlägt und die Ausbuchtungen 15 des Keilelementes sowie die Ausbuchtungen 17 der Kontaktplatte 4 aus den entsprechenden Vertiefungen in der Kontaktplatte 3 bzw. im Keilelement 6 nach oben gleiten, wobei die Kontaktschienen 3, 4 auseinandergedrückt werden. Dies kann geschehen, bevor oder nachdem die Kontaktplatten 3, 4 die Lichtbogenhörner verlassen haben. Ob das eine oder das andere geschieht, hängt von.der Größe des Winkels ab, um den sich das Keilelement dreht.

Aufgrund der Schlitze 11 in den festen Kontaktschienen wird der Strom gezwungen, in einer schlangenförmigen Bahn zu fließen, wodurch die Unterbrechungslichtbögen aufgrund einer elektrodynamischen Kräfte zwischen die Löschbleche 13 gedrückt werden, wo sie entionisiert und gelöscht werden. Die Isolationswände 14 verhindern, daß die Lichtbogen die Schlitze 11 überbrücken.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 ist die in Fig. 3 und 4 gezeigte untere Blattfeder 8 durch eine Spiralfeder 23 ersetzt, die gegen die Grundplatte 24 des Schalters anliegt. Außerdem sind hier die Ausbuchtungen 17 der Kontaktplatte 6 fortgelassen. Von oben gesehen unterscheidet sich diese Ausführung dagegen nicht von der gemäß Fig. 1 und 2.

/10 809822/0650

4.11.1977 2ο 403

Al

Aufgrund der Feder 23» welche die Kontaktplatten 3, 4 nach oben drückt, schleift die untere Kontaktplatte 4 beim Einschalten des Schalters nach Fig. 5 und 6 über die Lichtbogenhörner 10. Da jedoch auch bei dieser Ausführung der Abstand zwischen den Kontaktplatten an den Kontaktstellen größer ist als die Dicke der festen Kontaktschienen 1, 2, gleitet die obere Kontaktplatte 3 oberhalb der festen Kontaktschienen ohne einen Kontakt herzustellen, bevor sie sich in der Nähe der Endstellung (Fig. 2 und 6) befindet, wo die Kontaktplatte 3 über den Schienen hinuterfällt. Bei dieser Ausführung können sich die Brennschäden sowohl beim Abschalten wie beim Einschalten auf einen Kurzschluß auf die Lichtboenhörner 10 konzentrieren. Durch die Länge der Lichtbogenhörner kann die Schmelzsicherung, die normalerweise mit einem Schalter dieser Art in Reihe geschaltet ist, zum großen Teil abbrennen, bevor die Kontaktplatten 3» 4 die Endstellung beim Einschalten auf einen Kurzschluß erreicht haben. Auf diese Weise kann man ein Kontaktverschweißen und schwere Brennschäden an den Kontaktflächen verhindern, die dafür vorgesehen sind, während des Betriebs Strom zu führen (Fig. 2).

Bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8 ist jede der Kontaktplatten 3 und 4 an drei Seiten von einem Kern 26 bzw. 27 aus ferromagnetischem Material umgeben. Die Kerne sind derart angeordnet, daß sie angezogen werden, wenn ein Kurzschlußstrom durch wenigstens eine Kontaktplatte fließt. Dadurch wird eine Verstärkung

809822/0650

4.11.1977 20 403

des Kontaktdruckes zwischen der Kontaktplatte 3 und/oder der Kontaktplatte 4 einerseits und den Kontaktschienen 1 und 2 andererseits erreicht. Dies bringt eine wesentliche Erhöhung der Einschaltleistung des Schalters mit sich.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens in verschiedener Weise modifiziert werden. Beispielsweise brauchen die beweglichen Kontaktplatten 31 4 beim, Ein- und Abschalten nicht unbedingt eine rotierende Bewegung auszuführen, sondern sie können auch für eine andere Bewegung konstruiert werden. Ferner kann das Keilelement 6 aus zwei gleichen Scheiben bestehen, wodurch erreicht wird, daß auch die Kontaktplatten 3, 4 gleich ausgeführt werden können. Um die Reibung zwischen Keilelement und Kontaktplatten zu verringern, kann man Rollen zwischen die Kontaktplatten legen, die dabei auch die Ausbuchtungen 15 des Keilelementes ersetzen können.

Statt das Keilelement der Kontaktbewegung folgen zu lassen, kann man das Keilelement auch ortsfest anordnen und nur die Kontaktplatten 3, 4 beweglich ausbilden. Die Kontaktgabe ist dann anders als oben beschrieben. Bei einer anderen möglichen Ausführung werden die beiden Blattfedern 7 und 8 (Fig. 3 und 4) durch Schraubenfedern ersetzt, wodurch man leichter einen bestimmten Kontaktdruck erzeugen kann.

/12 809822/0650

4.11.1977 20 403

Die beiden Kontaktplatten 3 und 4 (siehe Fig. 3) können auch derart genau gleich zueinander ausgeführt werden, daß die rechte Hälfte der Platte 3 wie die linke Hälfte der Platte 4 (mit einer nach innen gerichteten Ausbuchtung 17) und die rechte Hälfte der Platte 4 wie die linke Hälfte der Platte 3 (mit einer Vertiefung 16 an der Innenseite) ausgebildet ist. Dabei muß das Keilelement 6 natürlich auf der linken Seite eine nach oben gerichtete Ausbuchtung (wie gezeigt) und auf der rechten Seite eine nach unten gerichtete Ausbuchtung haben.

809822/0650

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE
2. .)Elektrischer Schalter, vorzugsweise ein Lastschalter für Niederspannung, der mindestens eine feste Kontaktschiene und einen beweglichen Kontakt hat, der aus zwei im wesentlichen parallelen Kontaktplatten besteht, welche bei geschlossenem Schalter durch eine oder mehrere Federn auf jeder Seite der Kontaktschiene gegen diese gepreßt werden kann, dadurch,gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kontaktplatten (3, A) ein Keilelement (6) angeordnet ist, daß wenigstens eine Kontaktplatte (3, 4) auf ihrer dem Keilelement (6) zugewandten Seite mit einer oder mehreren Vertiefungen (16) und/öder Ausbuchtungen (17) versehen ist, daß das Keilelement mit einer entsprechenden Anzahl Ausbuchtungen (15) bzw. Vertiefungen derart versehen ist, daß das Keilelement (6) die Kontaktplatten (3,4) während der Einschaltbewegung in einem Abstand voneinander hält, der größer ist als die Dicke der festen Kontaktschiene 1, wobei zumindest eine der Kontaktplatten (3, A) über die feste Kontaktschiene (1) geführt wird, ohne mit dieser einen Kontakt zu bilden, bevor die Endphase der Einschaltbewegung erreicht ist, in der durch eine Relativbewegung zwischen den Kontaktplatten (
3. 3,A) und dem Keilelement (6) die Ausbuchtungen (15) und Veriefungen (16) ineinander greifen.

   /14

   809822/0650
4. 4.11.1977 20 403

   -t/r- 275Ü893

   2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (3,4) eine auf einer drehbaren Achse montierte Kontaktbrücke ist, welche zentral zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten festen Kontaktschienen (1,2) angeordnet ist.

   3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatten (3»4) nicht drehbar auf der Achse (5) angeordnet sind.

   4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement drehbar auf der Achse (5) angeordnet ist.
5. 5. Elektrischer Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (6) einen Arm (19) oder dergleichen hat, der mit einem oder mehreren am Gehäuse des Schalters angeordneten Anschlägen (20, 21) zur Begrenzung der Bewegung des Keilelementes (6) zusammenwirkt.
6. 6. Elektrischer Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Kontaktschiene (1) aus der Ebene der Schiene herausragende Anschläge (22) für die beweglichen Kontaktplatten (3»4) hat.

   /15 809822/0650

   4.11.1977 20 403

   2 7 5 Ü 8 9
7. 7. Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Federorgane angeordnet sind, um in Einschaltstellung die beweglichen Kontaktplatten gegen die Anschläge (22) zu pressen, welche ein Teil der Kontaktfläche bilden.
8. 8. Elektrischer Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktplatte (3,4) mit einem Kern (26, 27) aus ferromagnetische!!! Material versehen ist, der auf solche Weise angeordnet ist , daß er angezogen wird,ι wenn ein Kurzschlußstrom durch mindestens eine der Kontaktplatten (3, 4) fließt.