DE29516057U1

DE29516057U1 - Lichtbogenlöscheinrichtung für einen kurzschlußstrombegrenzenden Niederspannungsschalter

Info

Publication number: DE29516057U1
Application number: DE29516057U
Authority: DE
Original assignee: Kloeckner Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2005-10-11

Description

Lichtbogenlöscheinrichtung für einen kurz s chlußstrombegrenz enden N iederspannungs schalter

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöscheinrichtung für einen kurzschlußstrombegrenzenden Niederspannungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lichtbogenlöscheinrichtung unter Verwendung eines zwischen die sich öffnenden Kontakte eingeführten Löschschiebers aus Isolationsmaterial zur schnellen Lichtbogenlöschung.

Aus den Druckschriften EP 118 333 Bl, EP 236 576 Bl, EP 261 189 Bl, EP 310 468 Al, EP 310 469 Bl, EP 350 828 A2 und DE 35 44 864 Al sind Lichtbogenlöscheinrichtungen bekannt, bei denen der Löschschieber von einem elektromagnetischen Kurzschlußstromauslöser betätigt wird. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß für extreme Kurzschlußströme die Reaktionszeit des so betätigten Löschschiebers zu hoch ist.

Aus den Druckschriften EP 185 576 Al, EP 346 249 Bl, DE 35 41 745 Al, DE 35 41 746 Al und DE 39 04 253 Al sind Lichtbogenlöscheinrichtungen bekannt, bei denen der Löschschieber durch die sich ausdehnenden Lichtbogengase angetrieben wird, wobei die Löschschieber entweder mit elastischen Rückholmitteln verbunden sind oder durch andere mechanische Betätigungsmittel in die Ausgangslage zurück gebracht werden. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß für den Gasantrieb der Löschschieber besondere Vorkehrungen unter Ausschluß üblicher Toleranzen zu Abdichtung der Schaltkammern erforderlich sind, die außerdem infolge der von den heißen Lichtbogengasen hervorgerufenen Verunreinigungen und Abtragungen sehr störanfällig sind.

Klöckner-Moeller GmbH

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Eine nach EP 179 834 Bl bekannte Lichtbogenlöscheinrichtung verwendet beide vorgenannten Antriebsprinzipien in Kombination, verbunden mit den bereits genannten Nachteilen.

Nach EP 74 288 Bl und EP 118 3 34 Bl sind Lichtbogenlöscheinrichtungen von Kurzschlußstrombegrenzern bekannt, deren Löschschieber sich unter der Einwirkung von Federmitteln zwischen die elektrodynamisch geöffneten Kontakte schieben. Von Nachteil ist, daß der Löschschieber durch manuell zu betätigende Rückstellmittel in seine Ausgangslage zu bringen ist.

Nach DE 28 29 860 Al ist ein Drehschalter bekannt, bei dem eine isolierende Hülse mit Betätigen des Drehantriebes zwischen die geöffneten Kontakte geschoben wird. Weiterhin ist nach DE-PS 1 015 897 ein Nockenschalter bekannt, bei dem eine isolierende Schutzwand über Hebel mit dem vom Betätigungsnocken elastisch betätigten Kontakthebel in der Art wirkverbunden ist, daß sie zwischen die geöffneten Kontakte eingeführt und aus dem Bereich der sich schließenden Kontakte wieder entfernt wird. Diese beiden 0 Lösungen lassen sich allerdings nicht für kurzschlußstrombegrenzende Niederspannungsschalter verwenden.

Nach EP, 161 120 Bl ist eine gattungsgemäße Lichtbogenlöscheinrichtung bekannt, dessen Löschschieber bei Kontaktöffnung unter der Einwirkung eines Federspeichermittels sowie unabhängig von der Kontaktöffnungsgeschwindigkeit zwischen die sich öffnenden Kontakte geschwenkt wird und bei Kontaktschließung über einen komplizierten Rückstellmechanismus in der Art eines kombinierten Kardan-Kurven-Getriebes vom Betätigungsmechanismus des beweglichen Kontaktes entgegen dem Federspeichermittel in eine bezüglich des beweglichen Kontaktes verklinkte Ausgangsposition gebracht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache, zuverlässige und für kurz schlußstrombegrenz ende Niederspannungsschalter geeignete Lichtbogenlöscheinrichtung anzugeben.

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Ausgehend von einer Lichtbogenlöscheinrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Durch die linear verschiebliche Lagerung des Löschschiebers zwischen Kontakthalter und Kontaktarm und seine mechanische Beaufschlagung durch den elektrodynamisch sich öffnenden Kontaktarm entgegen der rückholenden Kraftwirkung des Federspeichermittels wird eine zuverlässige und robuste Lichtbogenlöscheinrichtung geschaffen, die bei Abschaltung oder Begrenzung hoher Kurzschlußströme aktiviert wird und mit der Schließung der Kontakte wieder in die inaktive Ausgangslage zurückkehrt. Mit dieser Lichtbogenlöscheinrichtung wird eine sehr schnelle Lichtbogenlöschung erreicht, wobei der sonst übliche Aufwand für die Lichtbogenlöschkammern erheblich reduziert werden und gegebenenfalls sogar entfallen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei Beaufschlagung des Löschschiebers durch eine sich am Formge-0 häuse abstützenden Rückholfeder einerseits und durch eine Beaufschlagungsfläche des elektrodynamisch sich öffnenden Kontaktarmes andererseits sowie bei exzentrisch an einer Schaltwelle gelagertem Kontaktarm wird der Löschschieber nur dann aktiviert, wenn eine elektrodynamische Kontaktöffnung erfolgt, was für bestimmte Anwendungsfälle erwünscht und von Vorteil ist. Die L-förmige Ausführung des Kontaktarmes bzw. des Löschschiebers sind zweckmäßige Ausführungsformen zur Erreichung dieser Wirkung.

Bei Beaufschlagung des Löschschiebers durch die Kontaktkraftfeder 0 einerseits und durch den sich öffnenden Kontaktarm bzw. das Betätigungsmittel andererseits sowie bei ortsfest gelagertem Kontaktarm wird der Löschschieber bei jeder Kontaktöffnung aktiviert, d.h. sowohl bei elektrodynamischer als auch bei über den Betätigungsmechanismus erzwungener Kontaktöffnung. Die vorgeschlagenen Ausführungsformen des Kontaktarmes in L-Form, des Löschschiebers als Schlitten sowie der Kulissenverbindung sind

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vorteilhafte Mittel zur Realisierung der erfindungsgemäßen Wirkungen .

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

Figur 1: die schematische Darstellung eines Kontaktsystems mit der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung in einer ersten Ausführungsform, und zwar

Figur la: im geschlossenen Zustand und

Figur Ib: im elektrodynamisch geöffneten Zustand;

Figur 2: die schematische Darstellung eines Kontaktsystems mit der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöscheinrichtung in einer zweiten Ausführungsform, und zwar

Figur 2a: im geschlossenen Zustand,

Figur 2b: im elektrodynamisch geöffneten Zustand und

Figur 2c: im durch einen Betätigungsmechanismus geöffneten Zustand.

Nach Fig. 1 ist in einem Formgehäuse 2 eines Leistungsschalters eine querverlaufende Schaltwelle 4 ortsfest gelagert. Die Schaltwelle 4 ist über ein angelenktes Verbindungselement 6 durch einen Betätigungsmechanismus 8, beispielsweise ein Schaltschloß, zu betätigen. Ein Kontaktarm 10 in Gestalt eines L-förmigen Doppelhebels ist in seinem Scheitel über eine Schwenkachse 12 exzentrisch an der als Betätigungsmittel dienenden Schaltwelle 4 gelagert. Der Kontaktarm 10 trägt an seinem einen Hebelarm 14 einen beweglichen Kontakt 18, der über die Schaltwelle 4 in und außer Verbindung mit einem feststehenden Kontakt 2 0 bringbar ist, der auf einem Kontakthalter 22 befestigt ist. Zwischen dem ande-

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ren Hebelarm 16 und der Schaltwelle 4 greift eine auf Zug beanspruchte Kontaktkraftfeder 24 an, wodurch der erforderliche Kontaktdruck zwischen den geschlossenen Kontakten 18, 2 0 gewährleistet wird. Die Stromzuführung zum Kontaktarm 10 erfolgt am Scheitel über einen angeschweißten flexiblen Leiter 26. Der bewegliche Kontakt 18 greift im geschlossenen Zustand durch ein Fenster 28 in einem Löschschieber 32 sowie durch ein weiteres Fenster 30 in einer ortsfesten Isolierplatte 34. Der Löschschieber 32 hat die Gestalt eines L-förmig abgebogenen Winkels, dessen erster Schenkel 3 6 das Fenster 28 enthält und dessen zweiter Schenkel 38 sich über ein auf Druck beanspruchtes Federspeichermittel 40 gegen das Formgehäuse 2 abstützt. Der Löschschieber 32 befindet sich in dem in Fig. la dargestellten Zustand des Kontaktsystems in der inaktiven Stellung.

Fließt ein Kurzschlußstrom durch das Kontaktsystem in einer solchen Höhe, daß eine elektrodynamischen Abstoßung zwischen den Kontakten 18, 2 0 stattfindet, dann wird der eine Hebelarm 14 des Kontaktarmes 10 um die Schwenkachse 12 im Uhrzeigersinn vom 0 Kontakthalter 22 entgegen der Kraftwirkung der Kontaktkraftfeder 24 fortgeschleudert. Gleichsinnig und gleichzeitig wird der andere Hebelarm 16 mit einer stirnseitigen Beaufschlagungsfläche 42 entgegen der Kraftwirkung des Federspeichermittels 40 gegen den anderen Schenkel 38 des Löschschiebers 32 gestoßen. Dadurch wird schlagartig der Löschschieber 32 nach links in seine aktive Stellung gemäß Fig. Ib bewegt. Dabei verlagert sich der eine Schenkel 36 mit dem Fenster 28 aus dem Bereich des feststehenden Kontaktes 20, wodurch für den entstehenden Kurzschlußstrom-Lichtbogen eine lange und enge, d.h. eine mit einem hohen Widerstand 0 behaftete Lichtbogenstrecke entsteht, die zum raschen Abklingen des Lichtbogens führt. Die Bewegung des Löschschiebers 32 wird durch die Abstützfläche 44 am Formgehäuse 2 für das Federspeichermittel 40 und dessen minimale Längsausdehnung begrenzt. Das Federspeichermittel 40 dient als Rückholfeder für den Löschschieber 32, um diesen beim nachfolgenden Verschwenken des Schaltwelle 4 infolge des auslösenden Betätigungsmechanismus 8 in seine inaktive Ausgangsstellung zurückzuführen.

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Beim Öffnen der Kontakte 18, 20 über den Betätigungsmechanismus 8, d.h., wenn der Kontaktarm 10 durch die Schaltwelle 8 verschwenkt wird, kann die Beaufschlagungsfläche 42 nicht mit dem Schenkel 38 des Löschschiebers 32 in Wirkverbindung treten, wodurch in diesem Falle der Löschschieber in seiner inaktiven Stellung bleibt.

Nach Fig. 2 ist ein Kontaktarm 10' in Gestalt eines L-förmigen Doppelhebels in seinem Scheitel an einer ortsfesten Schwenkachse 12' im Formgehäuse 2¹ eines weiteren Leistungsschalters gelagert. Der Kontaktarm 10' trägt an seinem einen Hebelarm 14' einen beweglichen Kontakt 18 ■, der durch Verschwenken um seine Schwenkachse 12 ' in und außer Verbindung mit einem feststehenden Kontakt 20' auf einem Kontakthalter 22' bringbar ist. Dazu ist ein längsverschieblicher Schlitten 54 als Betätigungsmittel im Formgehäuse 2¹ gelagert, der einerseits über ein Verbindungselement 6' mit einem Betätigungsmechanismus 8' in fester Wirkverbindung und andererseits mit dem Kontaktarm 10' in loser Wirkverbindung steht. Weiterhin ist ein U-förmiger Löschschieber 32' vorgesehen, 0 dessen erster Schenkel 36' im Bereich der Kontakte 20' und 22' endet, mit seinem mittleren, zweiten Schenkel 38' über eine Kulissenverbindung 51, 53 mit dem anderen Hebelarm 16' des Kontaktarmes 10' verbunden ist und dessen dritter Schenkel 39 als Führungselement dient, das beispielweise in einer Längsführung 50 am Schlitten 54 gelagert ist. Die Kulissenverbindung besteht aus einer im zweiten Schenkel 38' ausgesparten länglichen Kulissenöffnung 51 und einem darin gleitend gelagerten, zylinderartigen Gleitstein 53, der an dem anderen Hebelarm 16' des Kontaktarmes 10' befestigt ist. Die Stromzuführung zum Kontaktarm 10' 0 erfolgt am Scheitel über einen angeschweißten flexiblen Leiter

26· .

Die lose Wirkverbindung zwischen dem Schlitten 54 und dem Kontaktarm 10' tritt zum einen bei der Herstellung und der Aufrechterhaltung des geschlossenen Zustandes der Kontakte 18', 20' in Aktion und besteht in diesem Falle aus einer zwischen Schlitten 54 und Löschschieber 32' , beispielsweise an dessen zweitem Sehen-

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kel 38' angreifenden und auf Zug beanspruchten Kontaktkraftfeder 24' sowie aus der Kulissenverbindung 51, 53. Hierbei nimmt der Löschschieber 32' seine inaktive Stellung entsprechend Fig. 2a ein. Die lose Verbindung tritt zum anderen bei der Herstellung und der Aufrechterhaltung des geöffneten Zustandes der Kontakte 18', 20' in Aktion und besteht in diesem Falle aus einer am zweiten Schenkel 38' vorgesehenen ebenen Anschlagfläche 55 und einer dazu passenden anderen Anschlagfläche 57 am Schlitten 54. Die Kontaktkraftfeder 24' wird dabei entspannt. Und der Löschschieber 32' befindet sich in seiner aktiven Stellung gemäß Fig. 2c , in der er sich mit seinem ersten Schenkel 36' zur Erzeugung eines hohen Lichtbogenwiderstandes über den feststehenden Kontakt 20' geschoben hat. Dies stellt einen funktioneilen Unterschied zu der Lichtbogenlöscheinrichtung nach Fig. 1 dar.

Beim Auftreten elektrodynamischer Abstoßungskräfte zwischen den Kontakten 18', 20' wird der Kontaktarm 10' um seine ortsfeste Schwenkachse 12' im Uhrzeigersinn geschleudert, wobei sein Hebelarm 16' entgegen der Kraftwirkung der Kontaktkraftfeder 24' über die Kulissenverbindung 51, 53 den Löschschieber 32' derart beaufschlagt, daß er die in Fig. 2b gezeigte aktive Stellung einnimmt. Bei nachfolgend ausgelöstem Betätigungsmechanismus 8' wird der in Fig. 2c dargestellte aktive Zustand des Löschschiebers 32' eingenommen. Beim Wiedereinschalten des Leistungsschalters wird die in Fig. 2a gezeigte inaktive Stellung des Löschschiebers 32' erreicht, wobei die Kontaktkraftfeder 24' gleichzeitig als rückholendes Federspeichermittel 40' für den Löschschieber 32' dient.

Claims

Lichtbogenlöscheinrichtung für einen kurzschlußstrombegrenzenden Niederspannungsschalter,

- mit einem zwischen die sich öffnenden Kontakte (18, 20; 18', 20') einzuführenden, d.h. sich in seine aktive Stellung bewegenden und von den sich schließenden Kontakten (18, 20; 18', 20') wieder zu entfernenden, d.h. in seine inaktive Stellung bewegenden Löschschieber (32; 32') aus Isolationsmaterial,

- der mechanisch angetrieben wird und mit einem Federspeichermittel (40; 40') verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Löschschieber (32; 32') linear verschieblich zwischen dem Kontakthalter (22; 22') mit dem feststehenden Kontakt (20; 20') und dem mit dem beweglichen Kontakt (18; 18') versehenen Kontaktarm (10; 10'), der gegenüber dem Betätigungsmittel (4; 54) des Kontaktarmes (10; 10') schwenkbar lagert, angeordnet ist und

- der Löschschieber (32; 32') mechanisch durch den elektrodynamisch bewegten Kontaktarm (10; 10') entgegen dem rückholenden Federspeichermittel (40; 40') in Richtung seiner aktiven Stellung beaufschlagt ist.

Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Federspeichermittel (40) den Löschschieber (10) in Richtung seiner inaktiven Stellung beaufschlagt und sich am Formgehäuse (2) des Niederspannungsschalters abstützt,

- der Kontaktarm (10) eine Beaufschlagungsfläche (42) zur Beaufschlagung des Löschschiebers (32) bei ausschließlich elektrodynamischer öffnung aufweist und

- der Kontaktarm (10) exzentrisch in einer Schwenkachse (12) an einer querliegenden Schaltwelle (4) , die als dessen

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Betätigungsmittel dient und mit einem Betätigungsmechanismus (8) verbunden ist, unter der Einwirkung einer Kontaktkraftfeder (22) gelagert ist.

. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarm (10) aus einem im wesentlichen L-förmigen Doppelhebel besteht, der scheitelseitig in der Schwenkachse (12) lagert, dessen einer Hebelarm (14) das bewegliche Kontaktstück (18) trägt und dessen anderer Hebelarm (16) die Beaufschlagungsfläche (42) aufweist.

Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschschieber (32) aus einem im wesentlichen L-förmig abgebogenen Winkel gebildet ist, dessen erster Schenkel (36) sich im Bereich der Kontakte (18, 20) befindet und dessen zweiter Schenkel (38) sich einerseits gegen das Federspeichermittel (24) abstützt und andererseits mit der Beaufschlagungsfläche (42) in Verbindung steht.

Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Löschschieber (32') in Richtung seiner inaktiven Stellung über eine gleichzeitig als Federspeichermittel (40') dienende Kontaktkraftfeder (24') und in Richtung seiner aktiven Stellung über entsprechende Anschlagflächen (55, 57) mit dem Betätigungsmittel (54), das seinerseits mit einem Betätigungsmechanismus (8') verbunden ist, in Wirkverbindung steht,

- der Löschschieber (32·) über eine Kulissenverbindung (51, 53) für relative Längs- und Drehbewegung von dem Kontaktarm (10¹) bei öffnung beaufschlagt ist und

- der Kontaktarm (10■) in einer ortsfesten Schwenkachse (12·) gelagert ist, wobei er in Schließrichtung über die Kulissenverbindung (51; 53) und den Löschschieber (32') durch die Kontaktkraftfeder (24') beaufschlagt ist.

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6. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarm (10') aus einem L-förmigen Doppelhebel besteht, der scheitelseitig in der Schwenkachse (12·) lagert, dessen einer Hebelarm (14') das bewegliche Kontaktstück (18') trägt und dessen anderer Hebelarm (16¹) einen Teil (53) der Kulissenverbindung (51, 53) aufweist.

7. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel ein längsverschieblich gelagerter Schlitten (54) ist.

8. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschschieber (32') in dem Schlitten (54) geführt ist.

. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschschieber (32') aus zwei im Winkel miteinander verbundenen Schenkeln (36¹, 38') besteht, dessen erster Schenkel (36') sich im Bereich der Kontakte (18', 20·) befindet und dessen zweiter Schenkel (38') mit der Kontaktkraftfeder (24') verbunden ist und den übrigen Teil (51) der Kulissenverbindung (51, 53) enthält.

10. Lichtbogenlöscheinrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschschieber (32') U-förmig ausgebildet ist, wobei der zusätzliche, dritte Schenkel (39) als Führungselement dient und der mittlere, zweite Schenkel (38') mit seiner Anschlagfläche (55) der an dem Schlitten (54) ausgebildeten anderen Anschlagfläche (57) gegenüber-0 steht.

11. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissenverbindung (51, 53) aus einer im Löschschieber (32') ausgebildeten länglichen Kulissenöffnung (51) und einem am Kontaktarm (10') angeordneten Gleitstein (53) besteht.