-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gehäuse für einen Leistungsschalter und
insbesondere ein Gehäuse,
welches ein Gestell mit verbesserten konstruktiven Eigenschaften
und ein Untergestell, welches einen einfachen Zusammenbau des Leistungsschalters
ermöglicht,
umfasst.
-
Ein
herkömmlicher
Leistungsschalter umfasst mehrere Bauteile, darunter Anschlussklemmen auf
der Quellenseite und auf der Lastseite, einen Leitungsbügel, einen
beweglichen Lastkontaktarm, einen Rastmechanismus, welcher verwendet
wird, um den Leistungsschalter manuell zu öffnen und zu schließen, und
eine elektromagnetische Auslösevorrichtung,
welche in Reaktion auf einen durch den Lastkontaktarm und den Leitungsbügel fließenden Überstrom
bewirkt, dass der Rastmechanismus ausgelöst und der Leistungsschalter
geöffnet
wird. Bei Leistungsschaltern, welche Drehstromkreise schützen, sind
alle diese Bauteile mit Ausnahme der Rastvorrichtung jeweils dreimal
vorgesehen.
-
Der
Zusammenbau eines herkömmlichen Leistungsschalters
kann eine komplexe Aufgabe sein, weil einige dieser Bauteile sich
mit anderen Bauteilen im Leistungsschaltergehäuse überlappen. Da starke Ströme auftreten,
ist jedes der Bauteile des Leistungsschalters normalerweise mit
engen Toleranzen im Leistungsschaltergehäuse montiert. Zum Beispiel
ist es bei vielen Leistungsschaltern wünschenswert, dass die vom Hauptstrom
durchflossenen Bauteile, der Lastkontaktarm, und der Leitungsbügel, entlang
wenigstens eines Teils ihrer Länge
parallel und nahe beieinander angeordnet sind und trotzdem voneinander
isoliert sind. Diese Konstruktion ermöglicht diesen Leistungsschalterbauteilen,
die starken magnetischen Abstoßungskräfte zu erzeugen,
die verwendet werden, um bei Vorliegen eines hohen Überstroms
die Verbindung zwischen Last- und Leitungskontakten "aufzustoßen". Bei vielen existierenden
Leistungsschaltern wird diese Konstruktion realisiert, indem eine Isolation
unmittelbar über
jedem Leitungsbügel
angebracht wird und anschließend
der Lastkontaktarm unmittelbar über
der Isolation montiert wird.
-
Im
Dokument
EP 0 490 332 wird
ein Leistungsschaltergehäuse
gemäß der Präambel von
Anspruch 1 und 7 offenbart.
-
Die
Anforderungen an den Zusammenbau eines Leistungsschalters wirken
sich unmittelbar auf seine Kosten aus. Dementsprechend ist es wünschenswert,
einen Leistungsschalter so zu konstruieren, dass sein Zusammenbau
so weit wie möglich vereinfacht
wird.
-
Ein
Weg, wie der Zusammenbau vereinfacht werden kann, besteht darin,
für mehr
offenen Raum im Leistungsschaltergehäuse zu sorgen. Ein relativ offenes
Gehäuse
kann ermöglichen,
dass zumindest einige Bauteile zusammengebaut werden können, bevor
sie in das Gehäuse
eingefügt
werden. Außerdem
können
Bauteile, welche sich nahe dem Boden des Gehäuses befinden, zum Beispiel
die Leitungsbügel,
einfacher eingefügt
werden, wenn das Leistungsschaltergehäuse einen offenen Raum aufweist, durch
den hindurch diese Bauteile zu ihren vorgesehenen Positionen geführt werden
können.
-
Das
Einfügen
der Leitungskontaktarme oder Leitungsbügel in ein Leistungsschaltergehäuse kann deshalb
besonders schwierig sein, weil diese Bauteile oft auf sich selbst
zurückgebogene
Formen besitzen. Die Leitungskontaktarme sind so geformt, dass sich
die Leitungs- und die Lastklemmen an gegenüberliegenden Seiten des Leistungsschalters
befinden können,
jedoch, um das "Aufstoßen" zu bewirken, auch
so, dass wenigstens ein Teil des Leitungskontaktarms parallel zu
dem entsprechenden Teil des Lastkontaktarms sein kann. Damit der "Aufstoß"-Mechanismus ordnungsgemäß funktioniert,
muss der Stromfluss durch den parallelen Abschnitt des Lastkontaktarms
in der entgegengesetzten Richtung zum Stromfluss durch den entsprechenden
parallelen Abschnitt des Leitungsbügels erfolgen. Diese Leitungsbügel befinden
sich normalerweise im Boden des Leistungsschaltergehäuses und
umfassen eine Leitungsklemme, welche von der Außenseite des Leistungsschaltergehäuses her
zugänglich
ist. Daher werden bei vielen existierenden Leistungsschaltern die
Leitungsbügel
auf den Boden des Gehäuses
fallen gelassen und dann so bewegt, dass die Leitungsklemme durch
einen Schlitz an der Seite des Leistungsschalters geschoben wird.
-
Bei
herkömmlichen
Leistungsschaltern wird oft ein Kompromiss zwischen der Einfachheit
der Montage und der strukturellen Integrität geschlossen. Wenn ein Leistungsschaltergehäuse mit
zu viel offenem Raum konstruiert wird, ist er möglicherweise strukturell nicht
genügend
fest, um den normalen Kräften
standzuhalten, welchen der Leistungsschalter während der Installation und
der Verwendung ausgesetzt ist, insbesondere den Kräften, die
erzeugt werden, wenn der Leistungsschalter starken Kurzschlussströmen ausgesetzt
ist. Unter den Bedingungen eines schweren Kurzschlusses kann die
elektrische Lichtbogenbildung, welche auftritt, wenn der Leitungskontakt
vom Lastkontakt getrennt wird, einen explosionsartigen Druckanstieg
im Inneren des Leistungsschaltergehäuses verursachen.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wird durch ein Leistungsschaltergehäuse mit
mehreren Sektionen verkörpert,
welches ein Gestell und ein Untergestell umfasst. Das Gestell umfasst
eine Bodenwand, die eine Öffnung
aufweist, durch welche ein beweglicher Lastkontaktarm ragen kann,
um mit einem Leitungskontaktarm in Kontakt zu kommen. Die Wand gewährleistet
die Isolation zwischen parallelen Abschnitten des Lastkontaktarms
und des Leitungskontaktarms und stellt ein Verbindungsstück zwischen Seitenwänden des
Gehäuses
dar, um die strukturelle Integrität des Gehäuses zu verbessern. Das Untergestell
besitzt eine Aussparung, welche den Leitungskontaktarm hält, und
ist so am Gestell befestigt, dass sich ein Leitungskontakt am Ende
des Leitungskontaktarms unmittelbar unter der Öffnung in der Bodenwand des
Gestells befindet.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Gestell vertikale Rippen,
die sich neben der Öffnung
in der Bodenwand befinden und die Bodenwand und die Seitenwände verbinden
und verstärken.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist das Untergestell wenigstens
zwei Aussparungen auf, welche jeweils einen Leitungskontaktarm halten,
und weist zwischen den Leitungskontaktarmen ein Wandteilstück auf,
welches ein Merkmal umfasst, das mit einem entsprechenden Merkmal
an einem entsprechenden Wandteilstück im Gestell zusammenpasst,
so dass zwischen den zwei Leitungskontaktarmen eine isolierende
Wand gebildet wird.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist eine isometrische
Zeichnung eines Leistungsschalters, welcher eine Ausführungsform der
Erfindung umfasst.
-
2 ist eine Schnittzeichnung
des in 1 dargestellten
Leistungsschalters entlang der Linien 2-2.
-
3 ist eine isometrische
Zeichnung der von oben betrachteten Gestellsektion des in 1 dargestellten Leistungsschalters.
-
4 ist eine isometrische
Zeichnung der von unten betrachteten Gestellsektion des in 1 dargestellten Leistungsschalters.
-
5 ist eine isometrische
Zeichnung in Explosionsdarstellung des Gestells, der Leitungsbügel und
des Untergestells des in 1 dargestellten Leistungsschalters,
welche eine Teilschnittansicht des Gestells entlang der Linien 5-5
von 1 umfasst.
-
6 ist eine Seitenansicht,
welche der in 5 dargestellten
Zeichnung in Explosionsdarstellung entspricht.
-
7 ist eine isometrische
Zeichnung des Gestells, der Leitungsbügel und des Untergestells im zusammengebauten
Zustand, welche eine Teilschnittansicht des Gestells entlang der
Linien 5-5 von 1 umfasst.
-
8 ist eine Seitenansicht,
welche der in 7 dargestellten
isometrischen Zeichnung entspricht.
-
1 ist eine isometrische
Zeichnung eines Leistungsschalters 100, welcher eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Leistungsschalter 100 umfasst
eine Abdeckung 110, welche über einem Gestell 112 befestigt
ist, und ein Untergestell (in 1 nicht
dargestellt), welches in den Boden des Gestells 112 eingefügt ist.
Das Gestell 112 des Leistungsschalters weist zwei Seitenwände 113 und 111 auf
einander gegenüberliegenden
Seiten des Leistungsschalters 100 auf.
-
2 ist eine Schnittansicht
des Leistungsschalters 100 entlang der durch den am weitesten rechts
befindlichen Pol verlaufenden Linien 2-2 von 1. Diese Zeichnung zeigt die Abdeckung 110, das
Gestell 112 und das Untergestell 114. Auf dem Untergestell 114 ist
ein feststehender Leitungsbügel 118 montiert,
welcher einen Leitungskontakt 119 umfasst. Am Gestell ist
ein beweglicher Lastkontaktarm 116 befestigt, welcher einen
Lastkontakt 117 umfasst. Das Gestell umfasst außerdem eine
Bodenwand 120, welche den Lastkontaktarm 116 vom
Leitungsbügel 118 trennt.
Das Gestell kann zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Polyester hergestellt
sein, so dass die Bodenwand 120 eine elektrisch isolierende
Barriere zwischen dem Lastkontaktarm 116 und dem Leitungsbügel 118 bildet.
Diese von der Bodenwand 120 gebildete isolierende Barriere
ersetzt separate Isolatoren, welche bei existierenden Leistungsschaltern
benötigt
werden, um den Lastkontaktarm vom Leitungsbügel zu trennen, und vereinfacht folglich
den Zusammenbau des Leistungsschalters 100, indem sie die
Anzahl der Teile verringert und bewirkt, dass der Leistungsschalter
leichter zusammengebaut werden kann.
-
Abgesehen
davon, dass sie den Lastkontaktarm 116 und den Leitungsbügel 118 isoliert,
erstreckt sich die Bodenwand 120 des Gestells dreidimensional
zur Ebene der Schnittansicht von 2 in
beiden Richtungen zwischen den zwei Seitenwänden 111 und 113 des
Leistungsschalters, so dass sie ein konstruktiv wichtiges Verbindungsstück bildet,
welches die beiden Seiten des Leistungsschalters verbindet. Dieses
Verbindungsstück
verstärkt
das Gestell als ein starres Element, das sich auf einer Höhe, die
ungefähr
einem Drittel der Höhe
des Gestells entspricht, quer durch das Gestell hindurch erstreckt. Außerdem wird
das Untergestell 114 in den Boden des Leistungsschalters 100 eingefügt. Folglich
erstrecken sich die Seitenwände
des Gestells 112 um das Untergestell 114 herum.
Das von der Bodenwand 120 des Gestells gebildete horizontale
Verbindungsstück,
die vom Untergestell 114 gebildete Bodenwand des Leistungsschalters 100 und
die von der oberen Wand der Abdeckung 110 gebildete Oberwand
des Leistungsschalters stellen in ihrer Kombination drei starre,
sich von einer Seite zur anderen erstreckende Abstützungen
für den
zusammengebauten Leistungsschalter 100 dar. Da eines dieser Verbindungsstücke, die
Bodenwand 120 des Gestells 112, ein Teil des geformten
Gestells ist, ist es unwahrscheinlich, dass ein auf die Seitenwände des Gestells
ausgeübter
Druck das Gestell verformt oder zur Folge hat, dass zwischen dem
Gestell und der Abdeckung Risse auftreten, wenn der Leistungsschalter
den Bedingungen eines Hochstrom-Kurzschlusses ausgesetzt ist.
-
Außerdem ist
in 2 die Leitungsklemme 122 dargestellt.
Wie weiter unten unter Bezugnahme auf 5 beschrieben
ist, wird der Leistungsschalter zusammengebaut, indem die Leitungsbügel 118 oben
auf dem Untergestell 114 angebracht werden und anschließend das
Untergestell in eine Aussparung an der Unterseite des Gestells 112 eingefügt wird.
Folglich sind in dem geformten Gestell keine Öffnungen für die Leitungsklemmen 122 vorhanden, welche
freigelegt werden müssen,
bevor das geformte Teil verwendet werden kann, und es ist nicht
erforderlich, die Leitungsklemmen 122 durch Öffnungen im
Gestell 112 hindurch einzuschrauben. Diese Konfiguration
des Untergestells 114 und des Gestells 112 vereinfacht
ebenfalls den Zusammenbau des Leistungsschalters 100.
-
3 ist eine isometrische
Ansicht des Gestells 112 von oben, welche für die Beschreibung
seiner Konstruktionsmerkmale von Nutzen ist. Das in 3 dargestellte Gestell ist für einen
dreipoligen Leistungsschalter bestimmt. Es enthält drei ähnliche Kammern, jeweils eine
für jede
Phase. Jede Kammer umfasst eine Schaltkammeraussparung 310 und eine
Teilkammer 314, welche den Unterbrechermechanismus und
die Lastleiter (die alle in 3 nicht dargestellt
sind) enthält.
Der Boden der Teilkammer 314 wird von der Bodenwand 120 des
Gestells 112 gebildet. Die Schaltkammeraussparung 310 wird vom
mechanischen Teil und dem Lastleiter durch vertikale Rippen 312 getrennt,
welche mit dem Gestell 112 des Leistungsschalters aus einem
Stück geformt sind.
-
Die
Schaltkammeraussparung 310 des zusammengebauten Leistungsschalters
umfasst entlang ihrer Seitenwände
eine Reihe von Lichtbogengittern (nicht dargestellt), welche dazu
bestimmt sind, Lichtbögen,
die sich bilden können,
wenn die Kontakte 117 und 119 (in 2 dargestellt) des Leistungsschalters
geöffnet
werden, schnell abzuleiten. Diese Lichtbögen können sich zum Beispiel bilden,
wenn eine Kurzschlussbedingung bewirkt, dass der Leistungsschalter
die Last- und Leitungskontakte "aufstößt". In diesem Falle
erzeugt der durch den Leistungsschalter fließende Strom einen Lichtbogen, wenn
die Kontakte getrennt werden. Dieser Lichtbogen verursacht eine
schnelle Erwärmung
der Luft im Inneren des Leistungsschalters, was einen explosionsartigen
Druckanstieg zur Folge hat. Außerdem
ionisiert der Lichtbogen die Luft in der Schaltkammer und ermöglicht dadurch,
dass Strom, wenn auch mit verminderter Stärke, selbst dann noch durch
den Leistungsschalter fließt,
wenn die Leitungs- und Lastkontakte getrennt worden sind. Dieser
Reststromfluss erwärmt
die Luft im Inneren des Leistungsschalters und verursacht damit
einen weiteren Anstieg des Innendrucks. Die Gitter in der Schaltkammer 310 stellen
sicher, dass die im Lichtbogen freigesetzte Energie in der Schaltkammer
vollständig
abgeleitet wird.
-
Die
Rippen 312, welche die Schaltkammer 310 vom Bereich 314 des
mechanischen Teils und des Lastleiters trennen, dienen dazu, den
Leistungsschalter zu verstärken,
indem sie für
vertikale Abstützungen
sorgen.
-
Diese
Rippen 312 sowie die von der Bodenwand 120 des
Gestells 112 gebildete Verbindungsklammer ermöglichen
dem Leistungsschalter, relativ großen inneren Kräften standzuhalten,
wie etwa 1) den schnellen Druckanstiegen, die durch die Lichtbogenbildung
in der Schaltkammer verursacht werden, 2) der magnetischen, das Öffnen der
Kontakte bewirkenden Abstoßkraft
und 3) wiederholt einwirkenden kleineren Kräften, wie etwa den Kräften, denen
der Leistungsschalter infolge des wiederholten Umschaltens des Leistungsschalters
zwischen der geöffneten und
der geschlossenen Position ausgesetzt ist. Außerdem ermöglichen die Abstützungen
dem Gestell 112 des Leistungsschalters, außerhalb
des Leistungsschalters erzeugten Kräften standzuhalten, wie sie
etwa beim Transport oder bei der Handhabung auftreten können, bevor
die Leistungsschalter installiert werden.
-
4 ist eine isometrische
Zeichnung, die den Boden des Gestells 112 zeigt. Wie in 4 dargestellt, erstreckt
sich die Bodenwand 120 des Gestells quer über den
Boden der Bereiche 314 des mechanischen Teils und des Lastleiters
(die in 3 dargestellt
sind). Das Gestell 112 weist außerdem drei Öffnungen 410 auf,
durch welche die Leitungsbügelkontakte 119 und
Lastkontakte 117 mittels des Schaltermechanismus in Kontakt
gebracht werden können.
Diese Öffnungen 410 befinden
sich am Boden der Schaltkammeraussparungen 310.
-
Der
Boden des Gestells 112 umfasst außerdem Rippen 420,
welche an ihren äußeren Rändern Nuten 422 aufweisen,
in welche Rippen im Untergestell eingefügt werden, so dass isolierende
Wände zwischen
den drei Leitungsbügeln 118 gebildet
werden. Eine der Rippen 420 enthält eine Lücke 424, durch welche
ein vorstehendes Element am Untergestell (das weiter unten unter
Bezugnahme auf 5 beschrieben
wird) eingeführt
wird.
-
Das
in 4 dargestellte Gestell 112 weist außerdem einen
regalförmigen
Ansatz 426 entlang der Innenseite der Seitenwände 111 und 113 und
am hinteren Ende der Bodenwand 120 des Gestells auf. Dieser
regalförmige
Ansatz 426 befindet sich mit dem Untergestell 114 in
Kontakt, wenn dieses in das Gestell eingefügt ist. Der regalförmige Ansatz
im Gestell entspricht in seiner Form den Außenumrissen des Untergestells,
so dass das Untergestell 114 satt anliegend in das Gestell 112 eingepasst
ist. Der regalförmige
Ansatz gewährleistet
eine mechanische Abstützung
für die
Kombination von Gestell 112 und Untergestell 114.
Da das Untergestell 114 in das Gestell 112 eingefügt ist,
bilden die Wände
des Gestells eine isolierende Barriere, welche die Leitungsbügel 118 umschließt. Es können Befestigungsbohrungen 430 verwendet
werden, um Schrauben aufzunehmen, mit denen das Untergestell am
Gestell befestigt ist.
-
5 ist eine Explosionsdarstellung
des Gestells 112, der Leitungsbügel 118 und des Untergestells 114.
Wie in 5 dargestellt,
weist das Untergestell Rippen 512 auf, welche in die Nuten 422 an den
Enden der entsprechenden (in 4 dargestellten)
Rippen 420 des Gestells 112 eingepasst werden können. Außerdem weist
das Untergestell einen Vorsprung 524 auf, welcher mit der
(in 4 dargestellten) Öffnung 424 im
Gestell 112 zusammenpasst. Das Untergestell weist insgesamt
vier Schraubenlöcher
auf, welche verwendet werden können,
um das Untergestell am Gestell zu befestigen. Zwei dieser Schraubenlöcher 514 sind
in 5 dargestellt. Die übrigen Schraubenlöcher befinden
sich in der Nähe der
Leitungsklemmen 122 der Leitungsbügel und sind in der isometrischen
Zeichnung des Untergestells von 5 nicht
sichtbar. Mit diesen Schrauben ist das Untergestell über die
in 4 dargestellten Befestigungsbohrungen 430 am
Gestell befestigt.
-
Obwohl
in der beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung das Untergestell 114 mit Schrauben am Gestell 112 befestigt
ist, ist es denkbar, dass das Gestell und das Untergestell mittels
Schrauben, mittels eines Klebstoffs wie etwa eines Epoxidklebstoffs,
mittels einer Kombination von Schrauben und Klebstoff oder mittels
anderer Verfahren aneinander befestigt sind. In den Fällen, in
denen Klebstoff verwendet wird, um das Untergestell 114 am
Gestell 112 zu befestigen, kann er ringsum auf die Außenseite des
Untergestells 114 aufgetragen werden, um den Außenrand
des Untergestells am regalförmigen
Ansatz 426 und den Nuten 422, durch welche der äußere umgebogene
Rand des Untergestells 114 mit dem Gestell 112 gekoppelt
ist, zu befestigen. Der Klebstoff kann jedoch stattdessen auch auf
den regalförmigen Ansatz 426 und
die gesamten Nuten 422 aufgetragen werden, um das Untergestell
sicher am Gestell zu befestigen. Die kombinierte Verwendung von
Schrauben und Klebstoffen kann in solchen Fällen erhebliche Vorteile bieten,
in denen der Leistungsschalter möglicherweise
relativ starke Ströme
unterbricht und folglich großen
Schwankungen des Innendrucks ausgesetzt sein kann.
-
6 ist eine Seitenansicht
in Explosionsdarstellung, welche der in 5 dargestellten isometrischen Ansicht
des Leistungsschalters 100 in Explosionsdarstellung entspricht. 6 enthält eine Schnittansicht des
Gestells 112 entlang der in 1 dargestellten
Linien 5-5. Diese Seitenansicht zeigt die Verstärkungselemente 312 und 120,
welche im Ergebnis der zweiteiligen Gestellkonstruktion hinzugefügt worden
sind. 6 zeigt auch die
Bereiche des Gestells, in welche der Leitungsbügel 118 eingeführt wird,
und den Vorsprung 618 am Untergestell 114, welcher
mit der Wand 620 des Gestells 112 so zusammenwirkt,
dass ein Kanal gebildet wird, durch welchen die Leitungsklemme von
der Öffnung 622 im Gestell 112 des
Leistungsschalters 100 her zugänglich ist.
-
7 ist eine isometrische
Zeichnung des zusammengebauten Leistungsschalters 100,
wobei ein Teil des Gestells entlang der Linien 5-5 von 1 abgeschnitten wurde. Diese
Figur zeigt die in die Leitungsbügel-Aussparungen 510 des
Untergestells 114 eingefügten Leitungsbügel 118.
Sie zeigt auch die Rippen 512, welche die Seiten der Leitungsbügel-Aussparungen 510 bilden
und welche in die Nuten 422 in den Rippen 420 einrasten,
welche vom Boden des Gestells 112 aus nach unten vorspringen.
-
8 ist eine Seitenansicht,
welche der in 7 dargestellten
isometrischen Zeichnung entspricht. Diese Zeichnung zeigt das Gestell 112 und das
Untergestell 114 im zusammengebauten Zustand, bevor die
Lastkontaktarme und die mechanische Konstruktion in das Gestell
eingefügt
werden. 8 zeigt den
konstruktiven Zusammenhang zwischen der Bodenwand 120 des
Gestells und der vertikalen Rippe 312. Die Rippe 312 befindet
sich in der Nähe
der Öffnung 420 im
Gestell 112, um die Bodenwand 120 im Bereich der Öffnung 420 zu
verstärken. Die
rechten Winkel, die durch die Verbindungsstelle der Bodenwand 120 und
der vertikalen Rippen 312 gebildet werden, verstärken das
Gestell 100 beträchtlich,
wodurch sie ihm ermöglichen,
größeren inneren
und äußeren Beanspruchungen
standzuhalten als ein Gestell, das eine offenere einteilige Konstruktion
aufweist.
-
Obwohl
die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform definiert wurde,
ist es denkbar, sie mit Änderungen
im Rahmen des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche auszuführen.