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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Schalter und insbesondere auf
eine stiftlose leitende Verbindung und einen variablen Schwenkpunkt
in einer bewegbaren Kontaktarmanordnung, die gestattet, daß der Kontaktarm
als Antwort auf Hochstromereignisse einen größeren Freiheitsgrad hat.
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Elektrische
Verteilungsvorrichtungen sind in der Technik allgemein bekannt.
Ein üblicher
Schalter enthält
zwei Kontaktstücke,
die gestatten, daß Kreisstrom
von dem einen Kontaktstück
zu dem anderen Kontaktstück
fließt.
Ein üblicher
Schalter verwendet eine bewegbare Kontaktstruktur, in der das eine
Kontaktstück
an einem stationären
Ort angeordnet ist, wie beispielsweise ein stationärer Kontaktarm,
während
das andere Kontaktstück
auf einem bewegbaren Kontaktarm angeordnet ist. Der bewegbare Kontaktarm
weist im allgemeinen einen schwenkbaren Kontaktarm auf, um den Stromkreis
an einem einzelnen Ort zu schließen und zu unterbrechen. Der
bewegbare Kontaktarm ist gewöhnlich
mit einer leitfähigen
Halterung an dem einen Ende des Kontaktarms verbunden, wobei das
gegenüber
liegende Ende das Kontaktstück
aufweist. Die Verbindung zwischen dem Kontaktarm und der leitfähigen Halterung
wird dadurch hergestellt, daß ein
Kontaktarm-Drehzapfen verwendet wird, wobei sich der Kontaktarm-Drehzapfen
durch eine Öffnung
in dem Kontaktarm und in der leitfähigen Halterung erstreckt.
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Die
Verwendung des Drehzapfens gestattet die Drehung des Kontaktarms
um den Drehzapfen, so daß sich
der Kontaktarm um den Drehzapfen dreht, um die Kontaktstücke zu trennen.
Eine Einschränkung
der Verwendung eines Drehzapfens für eine leitende Verbindung,
die durch die Verbindung zwischen der leitfähigen Halterung und dem Kontaktarm
gebildet wird, besteht darin, daß sich der Kontaktarm nur in
einer Öffnungsrichtung
drehen kann. Als Antwort auf magnetische Kräfte eines Hochstromzustandes
ohne Auslösung
dreht sich das Kontaktstück
des Schalters um einen kleinen Winkel in der Öffnungsrichtung, wobei der
Kontakt nicht beibehalten wird.
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Üblicherweise
enthält
der Schalter und, genauer gesagt, seine Kontaktarmanordnung einen zweiten
Stift oder einen sich bewegenden Anschlag, der mit der bewegbaren
Kontaktarmanordnung in Wechselwirkung tritt, um sicherzustellen,
daß alle
bewegbaren Kontaktarme im Gleichklang arbeiten, wenn der Betätigungsmechanismus
geschwenkt wird. Wenn also der zweite Stift oder der sich bewegende
Anschlag als Antwort auf die Betätigung
des Betätigungsmechanismus
bewegt wird, wird der Strom daran gehindert, durch jede der Kontaktarmanordnungen
zu fließen
und die Last wird geschützt.
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Ein
bekannter Typ eines einen bewegbaren Kontaktarm aufweisenden Schalters
ist in US-A-5,189,384 beschrieben.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist eine bewegbare Kontaktarmanordnung eine elektrisch
leitfähige
Halterung auf, die wenigstens eine darin ausgebildete Nut zur Aufnahme
eines ersten Endes des bewegbaren Kontaktarms hat, das in der Nut
angeordnet ist. An einem gegenüber
liegenden Ende hat der bewegbare Kontaktarm ein daran befestigtes
bewegbares Kontaktstück.
Der bewegbare Kontaktarm weist erste und zweite Seiten auf, die auf
gegenüber
liegende Seitenwände
von der elektrisch leitfähigen
Halterung gerichtet sind. Eine Federscheibe ist an dem ersten Ende
von dem bewegbaren Kontaktarm angeordnet und belastet die zweite
Seite des bewegbaren Kontaktarms gegen eine der Seitenwände von
der elektrisch leitfähigen
Halterung, um dazwischen eine leitende Verbindung zu bilden. Der
bewegbare Kontaktarm greift an der anderen gegenüber liegenden Seitenwand der
elektrisch leitfähigen
Halterung an, um einen bewegbaren Drehpunkt zu bilden. Vorteilhafterweise
gestattet der bewegbare Drehpunkt von der bewegbaren Kontaktarmanordnung
einen zusätzlichen
Freiheitsgrad, der gestattet, daß sich der bewegbare Kontaktarm
um einen getrennten Punkt dreht. Der bewegbare Kontaktarm kann sich
einen kleinen Winkel um diesen getrennten Drehpunkt als Antwort
auf die Magnetkräfte drehen,
die aus einem Hochstromereignis resultieren, wobei ein guter elektrischer
Kontakt des Kontaktpaares beibehalten wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche – Elemente
in den mehreren Figuren gleich bezeichnet sind.
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1 ist
ein Seitenschnitt von der Kontaktanordnung gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Teildraufsicht von einem Beispiel einer Anordnung mit mehreren
Kontaktarmen; und
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3 ist
ein vergrößerter Querschnitt
von einem Teil der Kontaktarmanordnung gemäß 2 nach einem
Schnitt entlang der Linie 3-3.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 ist
ein Seitenschnitt von einem Beispiel einer Kontaktarmanordnung 10,
die zur Verwendung in einem Schalter geeignet ist, der aus einem Gehäuse besteht,
an dem eine Abdeckung befestigt ist (nicht gezeigt). Lediglich zu
Darstellungszwecken zeigt 1 eine einzelne
Kontaktarmanordnung 10, obwohl es innerhalb des Schutzumfanges
der vorliegenden Erfindung möglich
ist, daß mehrere
Kontaktarmanordnungen 10 in den Schalter eingebaut sind, wie
es in 2 gezeigt ist. Die Kontaktarmanordnung 10 weist
einen oberen Kontaktarm 12 und einen unteren Kontaktarm 14 auf,
wobei der obere Kontaktarm 12 drehbar ist und üblicherweise
als ein bewegbarer Kontaktarm bezeichnet wird. Der untere Kontaktarm 14 ist
gewöhnlich
ein stationärer
Kontaktarm; es liegt jedoch innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden
Erfindung, daß der
untere Kontaktarm 14 während
eines Hochstromereignisses einen gewissen Grad an Bewegung haben
kann. Der obere Kontaktarm 12 weist ein erstes Ende 16 und
ein gegenüber
liegendes zweites Ende 18 auf, wobei ein bewegbares Kontaktstück 20 an
dem ersten Ende 16 angeordnet ist und einen Teil von einem
Hauptkontaktpaar bildet. Das zweite Ende 18 des oberen
Kontaktarms 12 ist in einer Nut 22 (in 2 gezeigt)
angeordnet, die in einem feststehenden Leiter 24 ausgebildet
ist, wobei der obere Kontaktarm 12 damit verbunden ist,
wie es nachfolgend mit weiteren Einzelheiten beschrieben wird. Der
untere Kontaktarm 14 enthält ein feststehendes Kontaktstück 26,
das an seinem ersten Ende 28 angeordnet ist, wobei das feststehende
Kontaktstück 26 und
das bewegbare Kontaktstück 20 das
Hauptkontaktpaar bilden.
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Ein
Kontaktarm-Drehzapfen 30 tritt mit der bewegbaren Kontaktarmanordnung 10 in
Wechselwirkung, um sicherzustellen, daß sich der bewegbare obere
Kontaktarm 12 während
eines Auslöseereignisses
von dem unteren Kontaktarm 14 weg nach oben bewegt, um
die Kontaktstücke 20 und 26 zu trennen.
Weil der Luftschalter üblicherweise
mehrere Kontaktarmanordnungen 10 enthält, soll der Kontaktarm-Drehzapfen 30 mit
allen Kontaktarmanordnungen 10 in dem Schalter in Wechselwirkung
treten, um sicherzustellen, daß alle
oberen Kontaktarme 12 im Gleichklang arbeiten, wenn ein
Betätigungsmechanismus
geschwenkt wird. Wie in der Technik bekannt ist, ist eine Betätigungseinheit
mit dem Betätigungsmechanismus
verbunden, um während
eines Auslöseereignisses
die feststehenden und bewegbaren Kontaktstücke 26 und 20 des
Schalters zu trennen. Jeder obere Kontaktarm 12 hat eine Öffnung,
die sich durch den oberen Kontaktarm 12 erstreckt, wobei
die Öffnung
zwischen dem ersten Ende 16 und zweiten Ende 18 angeordnet
ist. Die Öffnung
ist in der Größe so bemessen,
daß sie
den Kontaktarm-Drehzapfen 30 aufnimmt, so daß eine Betätigung des
Betätigungsmechanismus
die Bewegung des Kontaktarm-Drehzapfens 30 bewirkt,
was eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Kontaktstücke 20 und 26 zur
Folgen hat. Es ist verständlich,
daß, wenn der
Schalter mehrere Kontaktarmanordnungen aufweist, die Öffnungen
innerhalb jedes oberen Kontaktarms 12 axial ausgerichtet
sind, um zu gestatten, daß der
Kontaktarm-Drehzapfen 30 sich
durch die mehreren Kontaktarmanordnungen 10 erstreckt.
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Es
wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen,
die die stiftlose leitende Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellen, die allgemein bei 40 dargestellt ist. Der obere
Kontaktarm 12 weist eine erste Seite 32 und eine
gegenüber
liegende zweite Seite 34 auf, wobei die erste Seite 32 auf eine
dritte Seitenwand 36 gerichtet ist und die zweite Seite 36 auf
eine vierte Seitenwand 38 gerichtet ist, wobei die dritten
und vierten Seitenwände 36 und 38 teilweise
eine Nut 22 des feststehenden Leiters 24 bilden.
Wie in der Technik bekannt ist, ist eine leitende Verbindung 40 zwischen
dem oberen Kontaktarm 12 und dem feststehenden Leiter 24 erzeugt,
um zu gestatten, daß ein
Strom entlang der Länge
des oberen Kontaktarms 12 zum Kontaktstück 26 und anschließend über geschlossene
Kontaktstücke 26 und 20 zum
unteren Kontaktarm 14 fließt.
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In
der ersten Seite 32 an dem zweiten Ende 18 des
oberen Kontaktarms 12 ist eine Senkbohrung 33 gebildet.
Die Senkbohrung 33 ist in der Größe so bemessen, daß sie eine
kreisförmige
Federscheibe 39 aufnimmt und die kreisförmige Federscheibe 39 in dem
oberen Kontaktarm 12 haltert. Die leitende Verbindung 40 ist
durch die Vorspannwirkung der kreisförmigen Federscheibe 39 erzeugt,
die die zweite Seite 34 des oberen Kontaktarms 12 gegen
die vierte Seitenwand 38 des feststehenden Leiters 24 drückt. Die
kreisförmige
Federscheibe 39 weist Schnittkanten 41 auf, die
in der Senkbohrung 33 angeordnet sind, wo keine Relativbewegung
zwischen dem oberen Kontaktarm 12 und der kreisförmigen Federscheibe 39 besteht.
Die Schnittkanten 41 dienen dazu, die kreisförmige Federscheibe 39 gegen
die Senkbohrung 33 anzuordnen und zu befestigen, indem
Reibkanten ausgebildet werden, die an der Senkbohrung 33 angreifen.
Die kreisförmige
Federscheibe 39 weist auch eine glatte Oberfläche 42 auf, die
gegen die dritte Seitenwand 36 des feststehenden Leiters 24 in
Kontakt ist und auf dieser gleitet, um für einen verbesserten Freiheitsgrad
für den
oberen Kontaktarm 12 zu sorgen. Genauer gesagt, der Kontaktpunkt
zwischen dem oberen Kontaktarm 12 und der dritten Seitenwand 36 des
feststehenden Leiters 24 ist auf eine Fläche auf
der glatten Oberfläche 42 begrenzt.
Die begrenzte Fläche
des oberen Kontaktstückes
gestattet, daß sich
der obere Kontaktarm 12 leicht entlang der dritten Seitenwand 36 bewegt,
teilweise wegen der Natur ihrer glatten Oberfläche.
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Somit
ist der obere Kontaktarm 12 eingerichtet, um sich als Antwort
auf eine Vergrößerung des durch
den Schalter fließenden
Stroms innerhalb der Nut 22 zu drehen und zu gleiten, während er
zur gleichen Zeit eine gute elektrische Verbindung mit dem feststehenden
Leiter 24 beibehält.
Wenn sich die glatte Oberfläche 42 gegen
die dritte Seitenwand 36 des feststehenden Leiters 24 verschiebt,
wird ein getrennter Drehpunkt zwischen dem oberen Kontaktarm 12 und
dem feststehenden Leiter 24 innerhalb der Nut 22 für die Kontaktarmanordnung 10 gebildet und
er gestattet, daß sich
der obere Kontaktarm 12 während Hochstromereignissen
im geschlossenen Zustand dreht.
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Wenn
also Hochstromzustände
auftreten, ist es wichtig, daß der
bewegbare obere Kontaktarm 12 einen guten elektrischen
Kontakt mit seiner Halterung, nämlich
dem feststehenden Leiter 24, beibehält, während das bewegbare Kontaktstück 20 in
einem innigen Kontakt mit dem feststehendes Kontaktstück 26 bleibt.
Die vorliegende Erfindung sorgt für den gewünschten elektrischen Kontakt
zwischen dem oberen Kontaktarm 12 und seiner Halterung (feststehender
Leiter 24), indem eine stiftlose leitfähige Verbindung 40 verwendet
wird, die eingerichtet ist, um sich als eine Folge der Gleitwirkung
der kreisförmigen
Federscheibe 39 zu bewegen. In einer üblichen Drehzapfen-Verbindung
zwischen dem bewegbaren Kontaktarm und seiner Halterung ist der
bewegbare Kontaktarm einer mechanischen Kraft durch Bewegung des
bewegbaren Kontaktarms während
Hoch- oder Überstromereignissen
ausgesetzt. In dieser üblichen
Anordnung ist der Freiheitsgrad für eine Bewegung des Kontaktarms
durch die Konstruktion des Drehzapfens begrenzt, und auch der Grad an
Drehung, die durch die Anordnung gestattet wird, ist ebenfalls begrenzt.
Die Kontaktarmanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
eliminiert dieses Problem, indem eine Kontaktarmanordnung verwendet
wird, die frei ist, sich unter Hochstrombedingungen entlang dem
feststehenden Leiter 24 zu verschieben. Der zulässige Grad
an Drehung für
den Kontaktarm 12 wird durch die vorliegende Erfindung signifikant
verbessert.
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Gemäß 1 enthält die Kontaktarmanordnung 10 ferner
einen Litzenleiter 50, der an dem oberen Kontaktarm 12 an
einer Stelle 52 angeschweißt, angelötet oder mechanisch befestigt
ist, die im allgemeinen einen Punkt auf einer unteren Oberfläche 54 von
dem oberen Kontaktarm 12 zwischen der Senkbohrung 33 und
dem Kontaktarm-Drehzapfen 30 bildet. Ein gegenüber liegendes
Ende von dem Litzenleiter 50 ist mit dem feststehenden
Leiter 24 an einer Schweißstelle 54 verbunden.
Unter allen Leitungszuständen,
sowohl Nennstrom- als auch Hochstromereignissen, führt die
leitfähige
Verbindung 40 den Hauptteil des Stroms. Deshalb ist die
Querschnittsfläche
des Litzenleiters 50 so bemessen, daß sie nur die Kommutierungsanforderungen
erfüllt.
Dies hat einen Litzenquerschnitt zur Folge, der wesentlich kleiner
ist als er üblicherweise
in Luftschaltern für
einen Dauerstrom von 2000 A oder mehr gefunden wird. Der Litzenleiter 50 wird
verwendet, um die Leitfähigkeit
der Verbindung während
Hochstromereignissen beizubehalten. Unter Hochstromereignissen fließt der Strom
frei durch den feststehenden Leiter 24 zum Litzenleiter 50,
der gestattet, daß der
Strom durch ihn hindurch zum oberen Kontaktarm 12 fließt. Weil
die Kontaktarmanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
eine stiftlose Anordnung ist, drücken
die Kräfte,
die aus dem Hochstromereignis resultieren, den oberen Kontaktarm 12 nicht
gegen einen Stift und infolgedessen nicht der Stift gegen den feststehenden
Leiter 24, wodurch kein guter elektrischer Kontakt beibehalten
wird. Der Litzenleiter 50 vermeidet diesen Nachteil und
hält einen
guten elektrischen Kontakt der stiftlosen Verbindung während Hochstromereignissen
bei.
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Weiterhin
sorgt wegen der Gleit- bzw. Schiebewirkung des oberen Kontaktarms 12 während Hochstromereignissen
der Litzenleiter 50 für
eine Stromverbindung bei den hohen Strömen, während die leitfähige Verbindung 40 gleitet
bzw. sich verschiebt. Die leitfähige
Verbindung 40 gleitet frei gegen die vierte Seitenwand 38 unter
hohen Strömen als
eine Folge der Verwendung einer stiftlosen leitfähigen Verbindung 40 in
der Kontaktarmanordnung 10. Dies gilt, weil, wenn sich
die leitfähige
Verbindung verschiebt, neue Kontaktpunkte entlang der leitenden
zweite Seite 34 und der leitenden vierten Seitenwand 38 ausgebildet
werden. Die hohen Ströme müssen schnell
von den vorherigen Kontaktpunkten zu den neu ausgebildeten Kontaktpunkten
kommutieren. Bei hohen Stromwerten ist die Zeit, die erforderlich
ist, damit der Strom zu neuen Kontaktpunkten kommutiert, kürzer als
die Rate, mit der neue Kontaktpunkte ausgebildet werden, wegen der
hohen Geschwindigkeit des Kontaktarms in der Bewegung. Indem also
der Litzenleiter 50 vorgesehen wird, wird der Strom während Hochstromereignissen
zu dem oberen Kontaktarm 12 kommutiert und fließt frei
zum unteren Kontaktarm 14 für einen normalen Betrieb des
Schalters.
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Die
stiftlose leitende Verbindung 40 fügt einen zusätzlichen
Freiheitsgrad hinzu, der gestattet, daß sich der obere Kontaktarm 12 um
einen getrennten Drehpunkt dreht, der durch die Wechselwirkung zwischen
der glatten Oberfläche 42,
der kreisförmigen
Federscheibe 39 und der dritten Seite 36 des feststehenden
Leiters 24 gebildet wird. Der obere Kontaktarm 12 gemäß der Erfindung
kann sich einen kleinen Winkel um diesen getrennten Punkt herum drehen
als Antwort auf die Magnetkräfte,
die aus einem Hochstromereignis resultieren. Dies ermöglicht, daß sich die
magnetischen Kräfte
zu der Schließkraft des
oberen Kontaktarms 12 hinzuaddieren, und die Kontaktstücke 20 und 26 bleiben
während
eines Hochstromereignisses geschlossen, bis der Schaltermechanismus
freigegeben wird. Infolgedessen fließt bei nichtauslösenden Hochstrombedingungen Strom über die
Kontaktarme 12 und 14 ohne jede Unterbrechung
des Stromflusses aufgrund der kleinen Winkelbewegung des oberen
Kontaktarm 12 um den getrennten Drehzapfen.
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Durch
Ausbilden einer stiftlosen leitenden Verbindung 40, die üblicherweise
einen zweiten Drehzapfen aufweist, der den oberen Kontaktarm 12 schwenkbar
an dem feststehenden Leiter 24 befestigt, ist das Erfordernis
für die
zweite Drehzapfen-Verbindung eliminiert. Weiterhin ist die zusätzliche
Wärme,
die durch die zusätz liche
Verbindung erzeugt wird, eliminiert. Da die Kontaktarmanordnung 10 gemäß der Erfindung
keinen großen
Querschnitt von flexiblen Leitern oder vielen Verbindungen, z. B.
Litzen oder Schichten, erfordert, sind die damit verbundenen Kosten
und Fertigungsschwierigkeiten eliminiert. Infolgedessen bietet die
Kontaktarmanordnung 10 gemäß der Erfindung eine viel einfachere
und kosteneffektivere Anordnung zusätzlich zu dem verbesserten
Freiheitsgrad, der gestattet, daß sich der obere Kontaktarm 12 während veränderlicher
Stromzustände,
z. B. Hochstromzustände,
um einen getrennten Drehpunkt dreht.