EP0897183A2 - Hochstrom-Schaltvorrichtung - Google Patents

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EP0897183A2
EP0897183A2 EP98114614A EP98114614A EP0897183A2 EP 0897183 A2 EP0897183 A2 EP 0897183A2 EP 98114614 A EP98114614 A EP 98114614A EP 98114614 A EP98114614 A EP 98114614A EP 0897183 A2 EP0897183 A2 EP 0897183A2
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band
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Stefan Huwer
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Ems Elektro Metall Schwanenmuehle GmbH
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Erico GmbH
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
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    • H01H1/5822—Flexible connections between movable contact and terminal
    • H01H2001/5827—Laminated connections, i.e. the flexible conductor is composed of a plurality of thin flexible conducting layers

Definitions

  • the invention relates to a high-current switching device, which two contact plates to be connected to separate current conductors, at least one attached to one of the contact plates, movably mounted Shift finger and on the shift fingers and the other contact plate arranged contacts, each shift finger via a Strain band electrically connected to the one contact plate is.
  • the switching fingers of high-current switching devices are used for disconnection and closing the circuit, covering a switching path have, for power transmission, as a base for switch contacts, for switching over time via pre-contacts, for deleting Arcs arising during the switching process, for heat emission and for Recording of the mechanical resulting from the switching dynamics Stresses. Accordingly, the shift fingers of High current switching devices have high electrical and mechanical Resilience, small size and good electrical conductivity exhibit. In addition, the shift finger is inexpensive have to be manufactured.
  • Shift fingers are sufficient, have high-current switching devices in the generally several shift fingers. You can use one or Several of the switching fingers pre-contacts can be provided if this is for the respective switching operation is appropriate. In addition, at one or more of the shift fingers as well as on the counter contact plate Horns for deriving the arc that arises during the switching process to be appropriate.
  • the provided on the shift fingers and the counter contact plate Contact pieces can consist of special alloys. Their surface is mostly tinned or silver-plated.
  • the contact fingers themselves usually consist of copper, in particular (S) E-Cu F25-30, whereby the surface of which is silvered or tinned when the stretch bands or conductor are screwed on while the surface is bare is when the parts are connected by welding or soldering.
  • the known shift fingers contain bores and have incisions or peaks to absorb mechanical forces from actuators or feathers. At the force application points or Places with high bending moments result in loads that increase Deformations of the shift fingers lead when the mechanical strength of the material of the shift finger, namely the Copper, is reduced. Therefore, one must in the manufacture of the known shift finger make sure that only locally limited little heat is introduced into the material, namely copper, why expensive manufacturing processes such as percussion welding or Electron beam welding must be applied. Alternatively the contacts or stretch bands can also be screwed on what high assembly costs and also high contact resistance Has. In the latter case, however, defective parts can also be removed replace more easily.
  • the invention is based, with high-current switching devices the task the shift fingers simple and therefore inexpensive to be able to produce that this one hand a good electrical Conductivity and on the other hand also a high mechanical Have resilience.
  • the invention ensures that the power transmission provided current conductor, which in particular made of copper exist, practically not also for the inclusion of the mechanical Loads resulting from the switching operations and switching movements result, must be used. Accordingly, they can Elongation band forming, made of copper lamellae or strands connected at their ends by inexpensive welds become.
  • the mechanical loads for the power line unnecessary housing made of non-magnetizable stainless steel or VA steel.
  • the contacts to be provided on the shift fingers can, for example be brazed because of the power line provided stretch bands practically no mechanical loads must pick up and accordingly at the welding and soldering points can be mechanically weakened without the functionality of the To affect shift fingers.
  • the housing of the individual shift fingers is preferably in two parts trained and contains holes, has incisions or peaks for absorbing mechanical forces from actuators and Springs up.
  • the parts of the housing as well as those for adjusting the Springs provided for the shift finger are preferably punched out of sheet metal.
  • the stretch bands consist of a number of lamellas or strands joined together at their ends by pressure welding are connected.
  • the stretch bands can be narrow, single Fingers, or as a stretch band slit through one end be trained. At the free ends of this stretch band or these expansion bands are expediently brazed contact pieces appropriate.
  • the at the force application points or places with high bending moments occurring high loads are according to the invention in Comparison to copper high strength steel sheet such as VA material added.
  • the stretch bands made of copper strands or lamellae can accordingly at their ends by pressure welding or brazing be connected because of the associated heat influence resulting reduced strength of the stretch bands none causes significant disadvantages because of the mechanical strength is ensured by the housing provided according to the invention.
  • the laminated area of the Stretch band is extended by approximately the length of the shift finger, what a significant increase in the life of the stretch band and so that the switch as a whole results.
  • the switching device has two electrically conductive contact plates 1 and 2 for externally connecting the switching device to one here not shown current-transmitting electrical conductor, which means the switching device is to be interrupted or closed.
  • Switch fingers 3 are connected to the contact plate 1, which form the actual switching element. Each shift finger 3 is around one Swivel joint 4 pivotally mounted to the necessary switching movements to be able to execute.
  • An actuating element 5 for example a cylinder or engine, provides the necessary via a linkage 6 or an eccentric Switching movements of the shift finger 3.
  • a linkage 6 or an eccentric Switching movements of the shift finger 3 are several shift fingers provided, all shift fingers are operated with the same mechanism. However, a pre-contact function is for at least one switching finger due to a changed geometry on shift fingers or Actuation mechanism possible.
  • Each shift finger 3 consists of a housing 7 and an expansion band 8.
  • the stretch band 8 consists of a plurality of one Package of assembled lamellae 9 made of copper, which at their ends 10 and 11 are joined together by pressure welding while being the slats 9 between the two ends 10 and 11 otherwise free can move against each other to the function of the stretch band to be able to fulfill.
  • stretch band 8 or its slats 9 for the transmission serve the electrical current, that is part of the stretch band 8 enclosing housing 7 made of non-magnetizable sheet steel, preferably VA steel sheet, manufactured and takes over the switching operations resulting mechanical loads.
  • the stretch band 8 therefore does not need for the transmission of the mechanical Switching forces to be designed. So you can end 10 and 11 by simple and inexpensive heat treatment, for example by Pressure welding, combine into a compact package.
  • the solder layer 14 consists, for example, of silver solder L-AG 44 or L-AG 15 P.
  • a horn 15 is attached, the one the same horn 16 attached to the second contact plate 2 is opposite.
  • the horns 15 and 16 are used to derive the Switching arc.
  • the contact piece 13 of the shift finger 3 is an identical contact piece 17 opposite, which is attached to the second contact plate 2 and also consists of a special alloy.
  • a compression spring 18 presses the shift finger 3 towards the second Contact plate 2 so that the contact pieces 13 and 17 are firmly on top of each other if the contact should be closed.
  • the housing 7 consists of two bowl-shaped parts 19 and 20, such as 2 and 4 in particular. These bowl-shaped housing parts 19 and 20 are each formed from a stamped sheet metal blank and are spot welded together at their longitudinal edges 21, so that the housing 7 a the mechanical switching loads absorbing unit.
  • Fig. 3 shows that three shift fingers 3 formed from an expansion band 8 are, which is longitudinally slotted through two incisions 22 to the to form three shift fingers.
  • the rear end 10 of the three shift fingers or the stretch band is common to all three shift fingers, while the front ends 11 with the brazed to it Contacts 13 are separated from each other to the shift finger individually to be able to adjust.

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Abstract

Es ist eine Hochstrom-Schaltvorrichtung offenbart, die zwei an Stromleiter anzuschließende Kontaktplatten (1,2), wenigstens einen an einer der Kontaktplatten (1) angebrachten, bewegbar gelagerten Schaltfinger (3) und an den Schaltfingern und der anderen Kontaktplatte (2) angeordnete Kontakte (13,17) aufweist. Jeder Schaltfinger (3) ist über ein Dehnungsband (8) mit der einen Kontaktplatte (1) verbunden und ist mit einem die beim Schalten auftretenden mechanischen Belastungen aufnehmenden Gehäuse (7) versehen, in welches das Dehnungsband (8) hineinragt und sich in dem Gehäuse (7) bis zu dem Kontakt (13) des Schaltfingers erstreckt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochstrom-Schaltvorrichtung, welche zwei an getrennte Stromleiter anzuschließende Kontaktplatten, wenigstens einen an einer der Kontaktplatten angebrachten, bewegbar gelagerten Schaltfinger und an den Schaltfingern und der anderen Kontaktplatte angeordnete Kontake aufweist, wobei jeder Schaltfinger über ein Dehnungsband elektrisch leitend mit der einen Kontaktplatte verbunden ist.
Die Schaltfinger von Hochstrom-Schaltvorrichtungen dienen zum Trennen und Schließen des Stromkreises, wobei sie einen Schaltweg zurückzulegen haben, zur Stromübertragung, als Grundkörper für Schaltkontakte, zum zeitlich versetzten Schalten über Vorkontakte, zum Löschen von beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbögen, zur Wärmeabgabe und zur Aufnahme der sich durch die Schaltdynamik ergebenden mechanischen Beanspruchungen. Demtentsprechend müssen die Schaltfinger von Hochstrom-Schaltvorrichtungen eine hohe elektrische und mechanische Belastbarkeit, eine geringe Baugröße und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Hierzu kommt, daß die Schaltfinger preisgünstig herzustellen sein müssen.
Obwohl für den Schaltvorgang bereits ein verstellbarer bzw. beweglicher Schaltfinger ausreicht, weisen Hochstrom-Schaltvorrichtungen im allgemeinen mehrere Schaltfinger auf. Dabei können an einem oder mehreren der Schaltfinger Vorkontakte vorgesehen sein, wenn dies für den jeweiligen Schaltvorgang zweckmäßig ist. Außerdem können an einem oder mehreren der Schaltfinger sowie an der Gegen-Kontaktplatte Hörner zum Ableiten des beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbogens angebracht sein.
Die an den Schaltfingern und der Gegen-Kontaktplatte vorgesehenen Kontaktstücke können aus Sonderlegierungen bestehen. Deren Oberfläche ist meistens verzinnt oder versilbert. Die Kontaktfinger selbst bestehen üblicherweise aus Kupfer, Insbesondere (S)E-Cu F25-30, wobei deren Oberfläche versilbert oder verzinnt ist, wenn die Dehnungsbänder oder Leiter angeschraubt werden, während die Oberfläche blank ist, wenn die Teile durch Schweißen oder Löten verbunden sind.
Die bekannten Schaltfinger enthalten Bohrungen und weisen Einschnitte oder Überhöhungen zur Aufnahme mechanischer Kräfte aus Betätigungselementen oder Federn auf. An den Krafteinleitungsstellen oder Stellen mit hohen Biegemomenten ergeben sich Belastungen, die zu Verformungen der Schaltfinger führen, wenn durch Wärmeeinleitung die mechanische Festigkeit des Materials der Schaltfinger, nämlich des Kupfers, verringert wird. Daher muß man bei der Herstellung der bekannten Schaltfinger darauf achten, daß nur örtlich begrenzt eine geringe Wärmeeinleitung in das Material, nämlich Kupfer, erfolgt, wozu teure Herstellungsverfahren wie Percussionsschweißen oder Elektronenstrahlschweißen angewendet werden müssen. Alternativ können die Kontakte oder Dehnungsbänder auch angeschraubt werden, was hohe Montagekosten und außerdem hohe Kontaktwiderstände zur Folge hat. Im letztgenannten Fall lassen sich allerdings defekte Teile auch leichter austauschen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Hochstrom-Schaltvorrichtungen die Schaltfinger einfach und damit preiswert derart herstellen zu können, daß diese einerseits eine gute elektrische Leitfähigkeit und andererseits auch eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Hochstrom-Schaltvorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist. Vorteilhalfte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß die für die Stromübertragung vorgesehenen Stromleiter, welche insbesondere aus Kupfer bestehen, praktisch nicht auch für die Aufnahme der mechanischen Belastungen, welche sich aus den Schaltvorgängen und Schaltbewegungen ergeben, genutzt werden müssen. Dementsprechend können die das Dehnungsband bildenden, aus Kupfer bestehenden Lamellen oder Litzen an deren Enden durch preiswerte Schweißungen untereinander verbunden werden. Die mechanischen Belastungen nimmt ein für die Stromleitung nicht erforderliches Gehäuse, das aus nicht magnetisierbarem rostfreien Stahl oder VA-Stahl besteht, auf.
Die an den Schaltfingern vorzusehenden Kontake können beispielsweise hartgelötet angebracht werden, weil die für die Stromleitung vorgesehenen Dehnungsbänder praktisch keine mechanischen Belastungen aufnehmen müssen und dementsprechend an den Schweiß- und Lötstellen mechanisch geschwächt werden können, ohne die Funktionsfähigkeit der Schaltfinger zu beeinträchtigen.
Gemäß der Erfindung besteht das für die Stromübertragung vorgesehene Dehnungsband aus Kupfer, nämlich (S)E-Cu F25-30, während das den mechanisch beanspruchten Teil des Schaltfingers aufnehmende Gehäuse aus nicht rostendem, antimagnetischem Stahlblech wie VA-Stahl gebildet ist. Die Oberflächen der einzelnen Teile sind blank, wenn diese durch Schweißen oder Löten verbunden sind. Äußere Kontakte können oberflächlich verzinnt oder versilbert zum Anschluß an den jeweiligen Leiter sein.
Das Gehäuse der einzelnen Schaltfinger ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet und enthält Bohrungen, weist Einschnitte oder Überhöhungen zur Aufnahme mechanischer Kräfte aus Betätigungselementen und Federn auf. Die Teile des Gehäuses sowie der für die Verstellung der Schaltfinger vorgesehenen Federn sind vorzugsweise aus Blech ausgestanzt. Die Dehnungsbänder bestehen aus einer Anzahl von Lamellen oder Litzen, die an ihren Enden durch Preßschweißung miteinander verbunden sind. Dabei können die Dehnungsbänder als schmale, einzelne Finger, oder als ein von einem Ende durchgeschlitztes Dehnungsband ausgebildet sein. An den freien Enden dieses Dehnungsbandes bzw. dieser Dehnungsbänder sind zweckmäßig hartgelötete Kontaktstücke angebracht.
Zum Zusammenbau werden die aus Blech bestehenden Teile und insbesondere die Hälften des Gehäuses der Schaltfinger um den aus lamelliertem Kupfer bestehenden Finger gelegt und an ihren Längskanten beispielsweise durch Buckelschweißen oder Punktschweißen miteinander verbunden.
Die an den Krafteinleitungsstellen oder Stellen mit hohen Biegemomenten auftretenden hohen Belastungen werden erfindungsgemäß von dem im Vergleich zu Kupfer hochfesten Stahlblech wie VA-Material aufgenommen. Die aus Kupferlitzen oder -lamellen bestehenden Dehnungsbänder können dementsprechend an ihren Enden durch Preßschweißen oder Hartlöten verbunden werden, da durch die damit verbundene Wärmebeeinflussung entstehende verminderte Festigkeit der Dehnungsbänder keine wesentlichen Nachteile hervorruft, weil die mechanische Festigkeit durch das erfindungsgemäß vorgesehene Gehäuse gewährleistet ist.
Durch die Erfindung ist außerdem der lamellierte Bereich des Dehnungsbandes um annähernd die Länge des Schaltfingers verlängert, was eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer des Dehnungsbandes und damit des Schalters insgesamt zur Folge hat.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochstrom-Schaltvorrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1
eine Seitenansicht der Schaltvorrichtung im Bereich eines Schaltfingers,
Fig. 2
einen Querschnitt des Schaltfingers im Bereich des Gehäuses,
Fig.3
eine Draufsicht auf drei nebeneinander angeordnete und an einem Ende untereinander verbundene Schaltfinger und
Fig. 4
einen Querschnitt eines Schaltfingers im Bereich des angelöteten Kontaktes.
Die Schaltvorrichtung hat zwei elektrisch leitfähige Kontaktplatten 1 und 2 zum äußeren Anschließen der Schaltvorrichtung an einen hier nicht gezeigten stromübertragenden elektrischen Leiter, der mittels der Schaltvorrichtung unterbrochen bzw. geschlossen werden soll.
An die Kontaktplatte 1 sind Schaltfinger 3 angeschlossen, welche das eigentliche Schaltelement bilden. Jeder Schaltfinger 3 ist um ein Drehgelenk 4 schwenkbar gelagert, um die notwendigen Schaltbewegungen ausführen zu können.
Ein Betätigungselement 5, beispielsweise ein Zylinder oder Motor, sorgt über ein Gestänge 6 oder einen Exzenter für die notwendigen Schaltbewegungen des Schaltfingers 3. Sind mehrere Schaltfinger vorgesehen, werden alle Schaltfinger mit derselben Mechanik betätigt. Allerdings ist für wenigstens einen Schaltfinger eine Vorkontaktfunktion durch eine geänderte Geometrie an Schaltfingern oder Betätigungsmechanik möglich.
Jeder Schaltfinger 3 besteht aus einem Gehäuse 7 und einem Dehnungsband 8. Das Dehnungsband 8 besteht aus einer Mehrzahl von zu einem Paket zusammengefügten Lamellen 9 aus Kupfer, die an ihren Enden 10 und 11 durch Preßschweißen miteinander verbunden sind, während sich die Lamellen 9 zwischen die beiden Enden 10 und 11 im übrigen frei gegeneinander bewegen können, um die Funktion des Dehnungsbandes erfüllen zu können.
Während das Dehnungsband 8 bzw. dessen Lamellen 9 für die Übertragung des elektrischen Stromes dienen, ist das einen Teil des Dehnungsbandes 8 umschließende Gehäuse 7 aus nicht magnetisierbarem Stahlblech, vorzugsweise VA-Stahlblech, hergestellt und übernimmt die sich durch die Schaltvorgänge ergebenden mechanischen Belastungen. Das Dehnungsband 8 braucht deshalb nicht für die Übertragung der mechanischen Schaltkräfte ausgelegt zu sein. Deshalb kann man seine Enden 10 und 11 durch einfache und preiswerte Warmbehandlung, beispielsweise durch Preßschweißen, zu einem kompakten Paket verbinden.
Während das Ende 10 des Dehnungsbandes 8 über ein Deckblech 12 mit der ersten Kontaktplatte 1 verschweißt ist, ist auf das andere Ende 11 ein Kontaktstück 13 aufgelötet. Wie Fig. 1 und 4 zeigen, ragt das aus einer Sonderlegierung bestehende Kontaktstück 13 aus dem Gehäuse 7 heraus. Die Lötschicht 14 besteht beispielsweise aus Silberlot L-AG 44 oder L-AG 15 P.
Am äußeren Ende des Gehäuses 7 ist ein Horn 15 angebracht, dem ein an der zweiten Kontaktplatte 2 angebrachtes gleiches Horn 16 gegenüberliegt. Die Hörner 15 und 16 dienen zum Ableiten des sich beim Schaltvorgang bildenden Lichtbogens.
Dem Kontaktstück 13 des Schaltfingers 3 liegt ein gleiches Kontaktstück 17 gegenüber, das an der zweiten Kontaktplatte 2 befestigt ist und ebenfalls aus einer Sonderlegierung besteht.
Eine Druckfeder 18 drückt den Schaltfinger 3 in Richtung zur zweiten Kontaktplatte 2, damit die Kontaktstücke 13 und 17 sich fest aufeinander legen, wenn der Kontakt geschlossen sein soll.
Das Gehäuse 7 besteht aus zwei schalenförmigen Teilen 19 und 20, wie insbesondere Fig. 2 und 4 zeigen. Diese schalenförmigen Gehäuse-Teile 19 und 20 sind jeweils aus einem gestanzten Blechzuschnitt geformt und werden an ihren Längskanten 21 punktförmig miteinander verschweißt, so daß das Gehäuse 7 eine die mechanischen Schaltbelastungen aufnehmende Einheit bildet.
Fig. 3 zeigt, daß drei Schaltfinger 3 aus einem Dehnungsband 8 gebildet sind, das durch zwei Einschnitte 22 längsgeschlitzt ist, um die drei Schaltfinger zu bilden. Das hintere Ende 10 der drei Schaltfinger bzw. des Dehnungsbandes ist allen drei Schaltfingern gemeinsam, während die vorderen Enden 11 mit den daran hart angelöteten Kontakten 13 voneinander getrennt sind, um die Schaltfinger einzeln verstellen zu können.
In Fig. 3 ist das den vorderen Teil jedes Dehnungsbandes aufnehmende Gehäuse 7 nicht dargestellt.

Claims (7)

  1. Hochstrom-Schaltvorrichtung, mit zwei an Stromleiter anzuschließenden Kontaktplatten (1;2), mit wenigstens einem an einer der Kontaktplatten (1) angebrachten, bewegbar gelagerten Schaltfinger (3) und mit an den Schaltfingern und der anderen Kontaktplatte (2) angeordneten Kontakten (13;17), wobei jeder Schaltfinger über ein Dehnungsband (8) mit der einen Kontaktplatte (1) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jeder Schaltfinger (3) ein die mechanischen Belastungen aufnehmendes Gehäuse (7) aufweist und daß das Dehnungsband (8) sich in dem Gehäuse bis zu dem Kontakt (13) des Schaltfingers erstreckt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnungsband (8) jedes Schaltfingers (3) aus Kupfer und das Gehäuse (7) aus rostfreiem antimagnetischem Stahl besteht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnungsband (8) aus an beiden Enden (10;11) des Dehnungsbandes miteinander verschweißten Lamellen (9) oder Litzen besteht.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (13) jedes Schaltfingers (3) an das eine Ende (11) des Dehnungsbandes (8) angelötet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende (10) des Dehnungsbandes (8) an die erste Kontaktplatte (1) angelötet oder angeschweißt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) aus zwei Stahlblechzuschnitten (19, 20) geformt ist, die dauerhaft miteinander verbunden sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) den vorderen bzw. freien Teil des Dehnungsbandes (8) umschließt und das Dehnungsband mit seinem hinteren Teil aus dem Gehäuse herausragt.
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