EP1302960B1 - Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutzschalter - Google Patents

Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutzschalter Download PDF

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EP1302960B1
EP1302960B1 EP20020022438 EP02022438A EP1302960B1 EP 1302960 B1 EP1302960 B1 EP 1302960B1 EP 20020022438 EP20020022438 EP 20020022438 EP 02022438 A EP02022438 A EP 02022438A EP 1302960 B1 EP1302960 B1 EP 1302960B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
switching shaft
assembly according
contact bridge
contact assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP20020022438
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1302960A3 (de
EP1302960A2 (de
Inventor
Franz Böder
Guido Dedenbach
Gerd Voiss
Matthias Schaar
Manfred Will
Hagen Trinks
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Original Assignee
Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Electrical IP GmbH and Co KG filed Critical Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Publication of EP1302960A2 publication Critical patent/EP1302960A2/de
Publication of EP1302960A3 publication Critical patent/EP1302960A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1302960B1 publication Critical patent/EP1302960B1/de
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H01H1/2041—Rotating bridge
    • H01H1/205—Details concerning the elastic mounting of the rotating bridge in the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/02—Details
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    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H01H77/102—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H01H77/102—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement
    • H01H77/104—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement with a stable blow-off position

Definitions

  • the invention relates to a contact arrangement for current-limiting circuit breakers in the low-voltage range, in particular for current-limiting circuit breakers, according to the preamble of claim 1.
  • EP 0314540 B1 is such a contact arrangement for a low-voltage multipole circuit breaker with Isolierstoffgepuruse known having a means incorporated in the housing slide bearing about a fixed transverse axis rotatable switching shaft, wherein the axis is perpendicular to the longitudinal center plane of each pole.
  • Each pole comprises two fixed contacts connected to connecting rails, a rotary contact bridge which extends along the median plane in a play-bearing recording of the switching shaft and having opposing contacts, which interact in closed position with the fixed contacts, and two mounted inside the shift shaft tension springs, the acting on the contact bridge and thus ensure a specified contact pressure of the contact pieces on the fixed contacts, wherein one of the ends of each tension spring cooperates with a driver element of the switching shaft.
  • the two springs are mounted in the receptacle for the contact bridge, with the other end of each spring attached to a fastener of the contact bridge.
  • the two fasteners or driver elements of the two springs are diametrically opposite with respect to an imaginary axis of rotation of the contact bridge or the fixed transverse axis of the switching shaft.
  • This arrangement of the springs ensures a free displacement of the imaginary axis of rotation of the contact bridge with respect to the fixed transverse axis of the switching shaft and simultaneously allows a moment of force for uniform distribution of the contact pressure and elastic positioning of the contact bridge with two translational degrees of freedom, wherein the contact bridge by the self-centering effect of Feathers on the midplane is held in an equilibrium position.
  • the connecting rails with the fixed contacts are loop-shaped, so that when they are traversed by a short-circuit current, they generate a contact bridge against the force of the tension springs in the direction of a repelling back-repelling, electrodynamic forces.
  • a contact arrangement there is the danger that the centrifugal contact caused by short-circuit due to electrodynamic forces damages its stop or recovers too quickly, which is the case can lead to unwanted reignifications of arcing and / or contact welding.
  • EP 0560697B1 is a low-voltage circuit breaker with a contact arrangement per pole is known, which is equipped on both sides of the contact bridge, which extends in the median plane of the pole, with two symmetrically arranged pairs of tension springs.
  • the springs are arranged symmetrically on both sides of the axis of rotation of the contact bridge and each have an end mounted on the contact bridge.
  • the rods are mounted displaceably limited in the notches, wherein the diametrically opposed notches extend approximately along the line of action of the associated springs.
  • the springs ensure an elastic positioning of the contact bridge in the recess of the switching shaft and thereby define a fictitious axis of rotation of the contact bridge with respect to the switching shaft.
  • the profile of the opposite to the movable contact pieces arranged cams causes a displacement of the rods in the notch and a pivotal movement of the contact bridge in the direction of the repelling position corresponding continuous tension of the springs with a storage of energy in the springs.
  • the profile of the cams can be designed so that the contact bridge locked in the repelling position; wherein the rotatably mounted switching shaft is actuated by an actuating mechanism of the circuit breaker and the opening stroke of the contact bridge is limited so that the rotation of the switching shaft during the turn-off movement causes a lifting of the rods of the control cams.
  • the line of action of each spring shifts and thereby shortens the lever arm, whereby the restoring force moment exerted by the springs on the contact bridge is reduced.
  • EP-0978858-A2 engage four responsible for the contact pressure springs between notches on the rotary contact bridge and hinged to the switching shafts tabs that can pivot in such a way that the electrodynamically centrifuged contact bridge can not fall back independently in the closed position.
  • WO-9962092-A1 engage four contact springs between four rods for contact pressure. Two of the rods are mounted in shafts of the selector shaft and engage directly on the rotary contact bridge. The other two rods are slidably guided in slots of the shift shaft and engage in hingedly connected to the contact bridge tabs, which also cause the electrodynamically spun contact bridge can not automatically fall back into the closed position.
  • EP 0 560 697 discloses the closest prior art.
  • the object of the invention is therefore in a simplified contact arrangement with improved delay behavior of the electrodynamically spin-coated rotary contact bridge.
  • the electrodynamically repelled contact bridge is braked or inhibited in their movement.
  • the inhibiting function can be influenced by constructive design and / or dimensioning of the extensions and / or connecting elements in the sense that it influences the falling back into the closed position more than the transition into the repelling position.
  • Circuit breakers equipped with such contact arrangements are advantageously suitable for current-limiting circuit breakers which either switch off themselves when an excessively high current, in particular a short-circuit current, occurs in connection with triggering protective devices or within a switch arrangement with respect to their short-circuit current carrying capacity selectively staggered circuit breakers by another circuit breaker be separated from the short-circuit current.
  • An advantageous inhibiting behavior for the contact bridge is obtained if by means of constructive design and / or dimensioning of the extensions and / or the connecting pieces between a closed position and repelling position or in the reverse direction to be overcome maximum force is present.
  • An advantageous for achieving an alternating force curve development is the step-like design of the extensions.
  • the step-like design can be further developed into a latching connection at the end of the repulsion movement between the connectors and the extensions, whereby the spin-on contact bridge is held after reaching its repelling position until it is released at the final opening of the contact arrangement by triggering protective devices of the circuit breaker from this detent position.
  • the tension springs bear with the connecting pieces formed in the contact bridge first notches.
  • tension spring pairs are equipped at their second, free ends with the extensions and are preferably mounted by a steel pin in the switching shaft.
  • extensions are formed on additional springs, which are preferably mounted in a U-shaped configuration together with the second ends of the Switzerlandfederpare about Kunststoffieri training by steel pins in the shift shaft.
  • the extension pieces grip from the transverse axis as seen under the connectors, but also the reverse arrangement is possible.
  • the contact arrangement is suitable for modular circuit breaker.
  • the contact arrangement 2 according to the invention Fig. 1 is intended for a pole of a multi-pole circuit breaker, not shown.
  • the circuit breaker conventionally comprises an insulating material housing, one actuatable by a drive Switch lock, supply and outgoing connection elements as well as tripping devices for overload and short circuit.
  • a switching shaft 6 is rotatably mounted about a fixed transverse axis z, wherein the transverse axis z is perpendicular to the median plane xy of the pole.
  • the switching shaft 6 is composed of polweise associated switching shaft segments.
  • a rotary contact bridge 10 extends along the center plane xy in a play-loaded receptacle 12 of the switching shaft 6 and has opposing contact pieces 14, which cooperate in closed position with fixed contacts 16.
  • the contact bridge 10 has a slot 11 (see, eg Fig. 4 ), with which it is mounted on a fixed, in the transverse axis z of the switching shaft 6 extending bearing axis 7.
  • xy two tension springs 18 are arranged on both sides of the contact bridge 10 and the median plane, which apply the required contact force between the contact pieces 14 and the fixed contacts 16.
  • the tension springs 18 have a first end 19 mounted on the contact bridge 10 and a second end 21 mounted on the control shaft 6. On each side of the contact bridge 10 are the first ends 19 with respect to the axis of rotation of the contact bridge 10 and the second ends 21 of the respective tension springs 18 with respect to the transverse axis z of the shift shaft 6 diametrically opposite.
  • the tension springs 18 are arranged symmetrically with respect to the median plane xy. Two each located on opposite sides of the median plane xy first ends 19 are integrally connected via transverse connecting pieces 20, and two each on opposite sides of the median plane xy located second ends 21 are suspended in transverse steel pins 23.
  • the connecting pieces 20 form with the associated pairs of tension springs 18 U-shaped double tension springs and are frictionally in the first notches 25 of the contact bridge 10.
  • the steel pins 23 are in corresponding second notches 27 of the switching shaft 6.
  • Each of the two fixed contacts 16 is a loop-shaped Connecting rail 24 connected. This loop shape causes the flow of a short-circuit current, the contact bridge 10 by electrodynamic forces against the force of the tension springs 18 of the closed position according to Fig. 1 to 4 in the direction of a repelling position according to Fig. 8 to 10 is pushed back.
  • the contact arrangement 2 further provided with resiliently mounted in the switching shaft 6 elements, which in the embodiment according to Fig. 1 to 10 are identical to the second ends 21 of the tension springs 18 and each with a simple Winding and an adjoining free-running extension 28 are equipped.
  • the two loop-shaped ends 21 of each two with respect to the median plane xy opposite tension springs 18 each one of the steel pins 23 extends.
  • the two extensions 28 each have a double tension spring to the connector 20 of the other double tension spring and engage under the respective connector 20.
  • elektrodynamisch effected repulsion the contact bridge 10 according to Fig. 5 to 10 the connecting pieces 20 and the extensions 29 rub against each other with increasing repulsion.
  • the contact bridge 10 After striking the insulating housing of the circuit breaker and a reverse acceleration toward switch-on the contact bridge 10 is further slowed down and falls due to the frictional interaction of the extension pieces 28 with the connecting pieces 20 back with considerable delay.
  • the bearing shaft 7 limits the rotation and also prevents a surface collision of the spring body of the tension springs 18 and allows a relatively soft increase in force with a high energy storage to hit the contact bridge 10th
  • FIGS. 11 and 12 is the pair of symmetrically located on both sides of the median plane xy tension springs 18 according to Fig. 1 to 10 shown in detail.
  • the two springs 18 are brought together at their first ends 19 via the connecting piece 20 U-shaped to the double tension spring and have at their loop-shaped wound second ends 21, the extensions 28.
  • the extensions 28 are provided with respect to the longitudinal axis of the tension springs 18 with a turning angle, which is dimensioned in such a way that with increasing electrodynamic repulsion of the contact bridge 10, the power requirement from the electrodynamic acceleration and the fallback acceleration to overcome the force between the connecting piece 20 of a tension spring pair and the extensions 28 of the other tension spring pair increases.
  • FIGS. 13 and 14 a slightly different designed pair of tension springs 18 is shown.
  • This tension spring pair which is likewise formed as a U-shaped double tension spring, differs from the tension spring pair described above essentially by the configuration of its extensions 29 provided with a step 33 and by the arcuate design of its second ends 22.
  • the steps 33 of the step-like section extending parallel to the median plane xy Extensions 29 of a pair of Werfederzies can cause two things in the interaction of the connecting piece 20 of the other Werfederpases in the course of electrodynamic repulsion of the contact bridge 10: First, by the design of the turn angle and the gradation 33, the initially increasing counterforce at the end of the repulsion movement by the gradation 33rd be noticeably attenuated, so that due to the declining braking effect a slightly extended residence time in the end region of the repulsion occurs. On the other hand, as in the in Fig.
  • the gradation 33 are dimensioned such that in the end position of the repelled contact bridge 10, the connecting piece 20 of each spring pair with the extensions 29 of the other pair of springs in the region of gradation 33 engages a latching connection, the only conscious return of the contact bridge 10 this end position permitted.
  • Each Buchfederpres superimposed under the influence of the tensile force of the tension springs 18 with the second ends 22 arcuately on each one of in Fig. 1 illustrated steel pins 23rd
  • FIGS. 15 and 16 It is shown that, as an alternative to the embodiments described above, two extensions 28 are each part of an element other than.
  • Each designed as a U-shaped torsion spring auxiliary spring 30 is to be stored with its winding outer legs on one of the steel pins 23 between the second ends 21 of the tension springs 18 of the respective one Ceifederpases.
  • the outer legs are each equipped with an extension 28.
  • the extended central portion 31 of the auxiliary spring 30 is supported in the switching shaft 6 in such a way that the extensions 28 rests with spring force against the connecting piece 20 of the other pair of tension springs.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, but also includes all the same in the context of the invention embodiments.
  • the invention can be carried out, for example, in such a way that the extensions 28 or 29 engage with a component of the spring force directed toward the transverse axis z via the associated connection pieces 20.
  • the tension springs 18 can be replaced within the scope of the inventive concept by compression springs or torsion springs, which are arranged in a suitable manner between the contact bridge 10 and the switching shaft 6.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutzschalter im Niederspannungsbereich, insbesondere für strombegrenzende Leistungsschalter, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus der Druckschrift EP 0314540 B1 ist eine derartige Kontaktanordnung für einen Niederspannungs-Mehrpol-Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse bekannt, das eine mittels im Gehäuse eingearbeiteter Gleitlager um eine feststehende Querachse drehbare Schaltwelle aufweist, wobei die Achse senkrecht zur längsverlaufenden Mittelebene jeden Pols steht. Jeder Pol umfasst zwei mit Anschlussschienen verbundene feststehende Kontakte, eine Drehkontaktbrücke, die sich entlang der Mittelebene in einer spielbehafteten Aufnahme der Schaltwelle erstreckt und einander gegenüberliegende Kontaktstücke aufweist, die in Einschaltstellung mit den feststehenden Kontakten zusammenwirken, und zwei im Inneren der Schaltwelle angebrachte Zugfedern, die auf die Kontaktbrücke einwirken und so einen festgelegten Kontaktdruck der Kontaktstücke auf die feststehenden Kontakte gewährleisten, wobei eines der Enden jeder Zugfeder mit einem Mitnehmerelement der Schaltwelle zusammenwirkt. Die beiden Federn sind in der Aufnahme für die Kontaktbrücke montiert, wobei das andere Ende jeder Feder an einem Befestigungselement der Kontaktbrücke angebracht ist. Die beiden Befestigungselemente bzw. Mitnehmerelemente der beiden Federn stehen sich in Bezug auf eine-gedachte Drehachse der Kontaktbrücke bzw. die feststehende Querachse der Schaltwelle diametral gegenüber. Diese Anordnung der Federn gewährleistet eine freie Verschiebbarkeit der gedachten Drehachse der Kontaktbrücke in Bezug auf die feststehende Querachse der Schaltwelle und ermöglicht gleichzeitig ein Kraftmoment zur gleichmäßigen Verteilung des Kontaktdruckes sowie eine elastische Positionierung der Kontaktbrücke mit zwei translatorischen Freiheitsgraden, wobei die Kontaktbrücke durch die selbstzentrierende Wirkung der Federn auf der Mittelebene in einer Gleichgewichtsposition gehalten wird. Die Anschlussschienen mit den feststehenden Kontakten sind schleifenförmig ausgebildet, so dass sie, wenn sie von einem Kurzschlussstrom durchflossen werden, eine die Kontaktbrücke entgegen der Kraftwirkung der Zugfedern in Richtung einer Abstoßstellung zurückstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugen. Bei einer derartigen Kontaktanordnung besteht die Gefahr, dass die bei Kurzschluss durch elektrodynamische Kräfte aufgeschleuderte bewegliche Kontaktbrücke ihren Anschlag beschädigt oder zu schnell zurückfällt, was zu unerwünschten Wiederzündungen von Lichtbögen und/oder Kontaktverschweißungen führen kann.
  • Aus der Druckschrift EP 0560697B1 ist ein Niederspannungs-Leistungsschalter mit einer Kontaktanordnung pro Pol bekannt, die zu beiden Seiten der Kontaktbrücke, die sich in der Mittelebene des Pols erstreckt, mit zwei symmetrisch zueinander angeordneten Paaren von Zugfedern ausgestattet ist. Die Federn sind symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse der Kontaktbrücke angeordnet und weisen jeweils ein an der Kontaktbrücke gelagertes Ende auf. Zum Abbremsen und gegebenenfalls Festhalten der von den feststehenden Kontakten elektrodynamisch abgestoßenen Kontaktbrücke ist ein entgegengesetztes Ende der genannten Federn auf den Enden jeweils einer gleitend verschiebbar in einer Rastkerbe der Schaltwelle angeordneten, als Querachse ausgebildeten Stange gelagert und weist die Kontaktbrücke symmetrisch zu ihrer Drehachse ein Paar Steuerkurven auf, die so ausgelegt sind, dass sie im Endabschnitt des Abstoßungshubs der Kontaktbrücke mit jeweils einer der Stangen zusammenwirken, um die Bewegung der Kontaktbrücke abzubremsen. Die Stangen sind in den Rastkerben begrenzt verschiebbar gelagert, wobei die diametral gegenüberliegenden Rastkerben annähernd entlang der Wirklinie der zugeordneten Federn verlaufen. Die Federn gewährleisten eine elastische Positionierung der Kontaktbrücke in der Aussparung der Schaltwelle und definieren dabei eine fiktive Drehachse der Kontaktbrücke in Bezug auf die Schaltwelle. Das Profil der gegenüber den beweglichen Kontaktstücken angeordneten Steuerkurven bewirkt eine Verschiebung der Stangen in der Rastkerbe sowie eine der Schwenkbewegung der Kontaktbrücke in Richtung der Abstoßstellung entsprechende kontinuierliche Spannung der Federn mit einer Speicherung der Energie in den Federn. Das Profil der Steuerkurven kann so ausgelegt werden, dass die Kontaktbrücke in der Abstoßstellung verrastet; wobei die drehbar gelagerte Schaltwelle durch einen Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters betätigt wird und der Öffnungshub der Kontaktbrücke so begrenzt ist, dass die Drehung der Schaltwelle während der Ausschaltbewegung ein Abheben der Stangen von den Steuerkurven bewirkt. Während der Schwenkbewegung der Kontaktbrücke in Richtung der Abstoßstellung verschiebt sich die Wirklinie jeder Feder und verkürzt dabei den Hebelarm, wodurch das von den Federn auf die Kontaktbrücke ausgeübte Rückstell-Kraftmoment verringert wird. Nachteilig bei dieser Kontaktanordnung sind das zusätzliche Erfordernis der beweglich zu lagernden Stangen und die unzureichende Bremswirkung bei hohen Abstoßkräften infolge der geringen Reibflächen sowie Reibkoeffizienten zwischen den Stangen aus Stahl und der Kontaktbrücke aus Kupfer.
  • Bei einer Kontaktanordnung nach Druckschrift EP-0978858-A2 greifen vier für den Kontaktdruck zuständige Zugfedern zwischen Rastkerben der Drehkontaktbrücke und an der Schaltwellen angelenkten Laschen an, die in der Weise verschwenken können, dass die elektrodynamisch aufgeschleuderte Kontaktbrücke nicht wieder selbständig in die geschlossene Stellung zurückfallen kann. Bei einer Kontaktanordnung nach Druckschrift WO-9962092-A1 greifen vier für den Kontaktdruck zuständige Zugfedern zwischen vier Stangen an. Zwei der Stangen sind in Aufnahmen der Schaltwelle gelagert und greifen direkt an der Drehkontaktbrücke an. Die anderen beiden Stangen sind verschieblich in Schlitzen der Schaltwelle geführt und greifen in gelenkig mit der Kontaktbrücke verbunden Laschen ein, die ebenfalls bewirken, dass die elektrodynamisch aufgeschleuderte Kontaktbrücke nicht wieder selbständig in die geschlossene Stellung zurückfallen kann. Nachteilig bei diesen beiden Lösungen ist, dass einerseits kosten- und fertigungsaufwendig mit der Schaltwelle zu verbindende Laschen erforderlich sind und dass anderseits durch die erzwungene Festhaltung der Kontaktbrücke in der aufgeschleuderten Stellung ein mit derartigen Kontaktanordnungen ausgestatteter Schutzschalter nicht für selektive Schalteranordnungen geeignet ist.
  • EP 0 560 697 offenbart den nächstliegenden Stand der Technik.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in einer vereinfachten Kontaktanordnung mit verbessertem Verzögerungsverhalten der elektrodynamisch aufgeschleuderten Drehkontaktbrücke.
  • Ausgehend von einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
  • Durch die kraftschlüssige Wirkverbindung zwischen einem Verbindungsstück an den ersten Enden des jeweils einen, als U-förmige Doppelzugfeder ausgebildeten Zugfederpaares und Verlängerungen federnder Elemente wird die elektrodynamisch abgestoßene Kontaktbrücke in ihrer Bewegung gebremst bzw. gehemmt. Durch das Abbremsen der beschleunigten Kontaktbrücke wird insgesamt eine Verzögerung in der Weise erreicht, dass ein Rückfallen der Kontaktbrücke in die Einschaltstellung rechtzeitig vor dem endgültigen Öffnen der Kontaktanordnung durch auslösende Schutzorgane verhindert wird. Die Hemmfunktion ist durch konstruktive Gestaltung und/oder Bemessung der Verlängerungen und/oder Verbindungselemente in dem Sinne beeinflussbar, dass sie das Zurückfallen in die Einschaltstellung stärker beeinflusst als den Übergang in die Abstoßstellung. Beim Zurückfallen der elektrodynamisch abgestoßenen Kontaktbrücke in Richtung Einschaltstellung wirkt die vorstehend beschriebene kraftschlüssige Verbindung zwischen den Verbindungsstücken und den Verlängerungen hemmend auf die vom Endanschlag zurückgestoßene und durch die Federkraft beschleunigte Kontaktbrücke . Die vorgeschlagene Kontaktanordnung benötigt zur Bewirkung der genannten Brems- bzw. Hemmwirkung keine technologisch aufwendig herzustellenden und zu befestigenden Teile. Mit derartigen Kontaktanordnungen ausgestattete Schutzschalter sind mit Vorteil für strombegrenzende Schutzschalter geeignet, die beim Auftreten eines übermäßig hohen Stromes, insbesondere eines Kurzschlussstromes, in Verbindung mit auslösenden Schutzorganen entweder selbst abschalten oder innerhalb einer Schalteranordnung aus hinsichtlich ihrer Kurzschlussstrom-Tragfähigkeit selektiv gestaffelten Schutzschaltern durch einen anderen Schutzschalter vom Kurzschlussstrom getrennt werden.
  • Ein vorteilhaftes Hemmverhalten für die Kontaktbrücke ergibt sich dann, wenn mittels konstruktiver Gestaltung und/oder Bemessung der Verlängerungen und/oder der Verbindungsstücke ein zwischen Einschaltstellung und Abstoßstellung bzw. in umgekehrter Richtung zu überwindendes Kraftmaximum vorhanden ist. Eine zur Erzielung eines wechselnden Kraftverlaufs vorteilhafte Weiterbildung besteht in der stufenartigen Ausbildung der Verlängerungen. Die stufenartige Ausbildung kann zu einer Rastverbindung am Ende der Abstoßbewegung zwischen den Verbindungsstücken und den Verlängerungen weitergebildet werden, wodurch die aufgeschleuderte Kontaktbrücke nach Erreichen ihrer Abstoßstellung festgehalten wird, bis sie beim endgültigen Öffnen der Kontaktanordnung durch auslösende Schutzorgane des Schutzschalters aus dieser Raststellung gelöst wird.
  • Vorteilhafterweise lagern die Zugfedern mit den Verbindungsstücken in an der Kontaktbrücke ausgebildeten ersten Kerben.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Zugfedernpaare an ihren zweiten, freien Enden mit den Verlängerungen ausgestattet und vorzugsweise durch eine Stahlstift in der Schaltwelle gelagert sind.
  • Eine dazu alternative Weiterbildung der Erfindung besteht darin, das die Verlängerungen an Zusatzfedern ausgebildet sind, die in U-förmiger Ausbildung vorzugsweise zusammen mit den zweiten Enden der Zugfederpaare über ösenartige Ausbildungen durch Stahlstifte in der Schaltwelle gelagert sind.
  • Vorzugsweise greifen die Verlängerungsstücke von der Querachse aus gesehen unter die Verbindungsstücke, allerdings ist auch die umgekehrte Anordnung möglich.
  • Zur Gewährleistung sicherer Bewegungsabläufe der Kontaktbrücke ist diese mit einem Langloch versehen, durch die eine in der Querachse der Schaltwelle verlaufende feststehende Lagerachse geführt ist. Durch die polweise Zusammensetzung der Schaltwellen aus polweise zugeordneten Schaltwellensegmenten ist die Kontaktanordnung für modular zusammensetzbare Schutzschalter geeignet.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
    • Fig. 1:
    eine perspektivisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung in Einschaltstellung;
    Fig. 2 bis 3:
    die beweglichen Teile der Kontaktanordnung gemäß Fig. 1 in Einschaltstellung, und zwar Fig. 2 von vorn, demgegenüber Fig. 3 von links und Fig. 4 im Schnitt A-A;
    Fig. 5 bis 7:
    die beweglichen Teile der Kontaktanordnung gemäß Fig. 1 im Verlauf der elektrodynamischen Abstoßung, und zwar Fig. 5 von vorn, demgegenüber Fig. 6 von links und Fig. 7 im Schnitt B-B;
    Fig. 8 bis 10:
    die beweglichen Teile der Kontaktanordnung gemäß Fig. 1 am Ende der elektrodynamischen Abstoßung, und zwar Fig. 8 von vorn, demgegenüber Fig. 9 von links und Fig. 10 im Schnitt C-C;
    Fig. 11 bis 14:
    verschiedene Ausführungen von Zugfederpaaren in unterschiedlichen Darstellungen;
    Fig. 15, 16:
    eine Ausführungsform einer Zusatzfeder in unterschiedlichen Darstellungen.
  • Die erfindungsgemäße Kontaktanordnung 2 nach Fig. 1 ist für einen Pol eines nicht weiter dargestellten mehrpoligen Leistungsschalters vorgesehen. Der Leistungsschalter umfasst in üblicher Weise ein Isolierstoffgehäuse, ein von einem Antrieb betätigbares Schaltschloss, zuführende und abgehende Anschlusselemente sowie Auslösevorrichtungen für Überlast und Kurzschluss. In dem Gehäuse ist um eine feststehende Querachse z eine Schaltwelle 6 drehbar gelagert, wobei die Querachse z senkrecht zur Mittelebene xy des Pols verläuft. Die Schaltwelle 6 ist aus polweise zugeordneten Schaltwellensegmenten zusammengesetzt. Eine Drehkontaktbrücke 10 erstreckt sich entlang der Mittelebene xy in einer spielbehafteten Aufnahme 12 der Schaltwelle 6 und weist einander gegenüberliegende Kontaktstücke 14 auf, die in Einschaltstellung mit feststehenden Kontakten 16 zusammenwirken. Die Kontaktbrücke 10 weist ein Langloch 11 auf (siehe z.B. Fig. 4), mit dem sie auf einer feststehenden, in der Querachse z der Schaltwelle 6 verlaufenden Lagerachse 7 gelagert ist. In der Aufnahme 12 sind zu beiden Seiten der Kontaktbrücke 10 bzw. der Mittelebene xy je zwei Zugfedern 18 angeordnet, welche die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Kontaktstücken 14 und den feststehenden Kontakten 16 aufbringen.
  • Die Zugfedern 18 weisen ein an der Kontaktbrücke 10 montiertes erstes Ende 19 und ein an der Schaltwelle 6 montiertes zweites Ende 21 auf. Auf jeder Seite der Kontaktbrücke10 stehen sich die ersten Enden 19 in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke 10 und die zweiten Enden 21 der jeweiligen Zugfedern 18 in Bezug auf die Querachse z der Schaltwelle 6 diametral gegenüber. Die Zugfedern 18 sind symmetrisch in Bezug auf die Mittelebene xy angeordnet. Je zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelebene xy befindliche erste Enden 19 sind einstückig über quer verlaufende Verbindungsstücke 20 verbunden, und je zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelebene xy befindliche zweite Enden 21 sind in querliegenden Stahlstiften 23 eingehängt. Die Verbindungsstücke 20 bilden mit den zugehörigen Paaren der Zugfedern 18 U-förmig ausgebildete Doppelzugfedern und liegen kraftschlüssig in ersten Kerben 25 der Kontaktbrücke 10. Die Stahlstifte 23 liegen in entsprechenden zweiten Kerben 27 der Schaltwelle 6. Mit jedem der beiden feststehenden Kontakte 16 ist eine schleifenförmige Anschlussschiene 24 verbunden. Diese Schleifenform bewirkt, dass beim Durchfluss eines Kurzschlussstromes die Kontaktbrücke 10 durch elektrodynamische Kräfte entgegen der Kraftwirkung der Zugfedern 18 von der Einschaltstellung gemäß Fig. 1 bis 4 in Richtung einer Abstoßstellung gemäß Fig. 8 bis 10 zurückgestoßen wird.
  • Die Kontaktanordnung 2 ist erfindungsgemäß weiterhin mit federnd in der Schaltwelle 6 angebrachten Elementen versehen, die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 10 mit den zweiten Enden 21 der Zugfedern 18 identisch sind und mit je einer einfachen Windung und einer daran sich anschließenden frei auslaufenden Verlängerung 28 ausgestattet sind. Durch die beiden schleifenförmigen Enden 21 je zweier bezüglich der Mittelebene xy gegenüberliegender Zugfedern 18 verläuft jeweils einer der Stahlstifte 23. Die beiden Verlängerungen 28 jeweils einer Doppelzugfeder reichen bis zum Verbindungsstück 20 der jeweils anderen Doppelzugfeder und greifen unter das jeweilige Verbindungsstück 20. Bei elektrodynamisch bewirkter Abstoßung der Kontaktbrücke 10 gemäß Fig. 5 bis 10 reiben die Verbindungsstücke 20 und die Verlängerungen 29 mit zunehmender Abstoßbewegung aufeinander. Diese Reibung vernichtet nur zum Teil die kinetische Energie der durch die elektrodynamische Abstoßung hoch beschleunigten Kontaktbrücke 10, so dass deren Übergang von der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Einschaltstellung über die in Fig. 5 bis 7 gezeigte Übergangsstellung bis in die in Fig. 8 bis 10 gezeigte Endstellung mit einer geringen Verzögerung vonstatten geht. Nach kurzem Verweilen der Kontaktbrücke 10 in der Endstellung fällt diese erst mit merklicher Verzögerung zurück. Die auf die Kontaktbrücke 10 zunehmend einwirkende Rückholkraft bei fortschreitender Abstoßbewegung ist im Wesentlichen durch die Drehung der Federkörper der Zugfedern 18 zur Lagerachse 7 bestimmt und begrenzt gleichzeitig die Drehung der Federkörper. Die Abstoßbewegung der Kontaktbrücke 10 bewirkt eine Zunahme des Abstandes zwischen den Federenden 19 und 21. Nach dem Anschlagen am Isolierstoffgehäuse des Leistungsschalters und einer umgekehrten Beschleunigung in Richtung Einschaltstellung wird die Kontaktbrücke 10 aufgrund des kraftschlüssigen Zusammenwirkens der Verlängerungsstücke 28 mit den Verbindungsstücken 20 nochmals abgebremst und fällt mit erheblicher Verzögerung zurück. Die Lagerachse 7 begrenzt die Drehung und verhindert zudem eine flächige Kollision der Federkörper der Zugfedern 18 und ermöglichst einen relativ weichen Kraftanstieg mit einer hohen Kraftspeicherung bis zum Anschlagen der Kontaktbrücke 10.
  • In Fig. 11 und 12 ist das Paar aus sich symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelebene xy befindlichen Zugfedern 18 gemäß Fig. 1 bis 10 im Detail dargestellt. Die beiden Federn 18 sind an ihren ersten Enden 19 über das Verbindungsstück 20 U-förmig zu der Doppelzugfeder zusammengeführt und weisen an ihren schleifenförmig gewundenen zweiten Enden 21 die Verlängerungen 28 auf. Die Verlängerungen 28 sind gegenüber der Längsachse der Zugfedern 18 mit einem Abbiegewinkel versehen, der in der Weise bemessen ist, dass bei zunehmender elektrodynamischer Abstoßung der Kontaktbrücke 10 der Kraftbedarf aus der elektrodynamischen Beschleunigung und der Rückfallbeschleunigung zur Überwindung der Kraftwirkung zwischen dem Verbindungsstück 20 des einen Zugfederpaares und den Verlängerungen 28 des anderen Zugfederpaares ansteigt.
  • In Fig. 13 und 14 ist ein etwas anders gestaltetes Paar von Zugfedern 18 dargestellt. Dieses ebenfalls als U-förmige Doppelzugfeder gebildete Zugfederpaar unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Zugfederpaar im Wesentlichen durch die mit einer Abstufung 33 versehene Ausgestaltung ihrer Verlängerungen 29 und durch die bogenförmige Ausbildung ihrer zweiten Enden 22. Die sich parallel zur Mittelebene xy erstreckenden Abstufungen 33 des stufenartigen Verlängerungen 29 des einen Zugfederpaares können beim Zusammenwirken des Verbindungsstückes 20 des anderen Zugfederpaares mit im Verlaufe der elektrodynamischen Abstoßung der Kontaktbrücke 10 zweierlei bewirken: Zum einen kann durch die Bemessung des Abbiegewinkels und der Abstufung 33 die anfänglich steigende Gegenkraft am Ende der Abstoßbewegung durch die Abstufung 33 merklich abgeschwächt werden, so dass durch die nachlassende Bremswirkung eine etwas verlängerte Verweilzeit im Endbereich der Abstoßung auftritt. Zum anderen kann wie in dem in Fig. 13 dargestellten Fall die Abstufung 33 derart bemessen werden, dass in der Endstellung der abgestoßenen Kontaktbrücke 10 das Verbindungsstück 20 des jeweils einen Federpaares mit den Verlängerungen 29 des jeweils anderen Federpaares im Bereich ihrer Abstufung 33 eine Rastverbindung eingeht, die nur ein bewusstes Zurückbringen der Kontaktbrücke 10 aus dieser Endstellung gestattet. Jedes Zugfederpaar lagert unter dem Einfluss der Zugkraft der Zugfedern 18 mit den zweiten Enden 22 bogenförmig auf jeweils einen der in Fig. 1 dargestellten Stahlstifte 23.
  • In Fig. 15 und 16 ist dargestellt, dass alternativ zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen je zwei Verlängerungen 28 Bestandteil von einem anderen Element als. Jeweils eine als U-förmige Drehfeder ausgebildeten Zusatzfeder 30 ist mit ihren gewundenen Außenschenkeln auf einem der Stahlstifte 23 zwischen den zweiten Enden 21 der Zugfedern 18 des jeweils einen Zugfederpaares zu lagern. Dazu sind die Außenschenkel mit jeweils einer Verlängerung 28 ausgestattet. Bei dieser Alternative entfallen selbstverständlich die Verlängerungen bei den Zugfedern 18. Das verlängerte Mittelteil 31 der Zusatzfeder 30 stützt sich in der Schaltwelle 6 in der Weise ab, dass die Verlängerungen 28 mit Federkraft gegen das Verbindungsstück 20 des jeweils anderen Zugfederpaares anliegt.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. Die Erfindung kann beispielsweise in der Weise ausgeführt werden, dass die Verlängerungen 28 oder 29 mit einer zur Querachse z gerichteten Komponente der Federkraft über die zugeordneten Verbindungsstücke 20 greifen. Auch lassen sich die Zugfedern 18 im Rahmen des Erfindungsgedankens durch Druckfedern oder Drehfedern ersetzen, die in geeigneter Weise zwischen der Kontaktbrücke 10 und der Schaltwelle 6 angeordnet sind.

Claims (14)

  1. Kontaktanordnung für mindestens einpolige, strombegrenzende Schutzschalter im Niederspannungsbereich mit einem Isolierstoffgehäuse, umfassend
    - eine im Isolierstoffgehäuse um eine feststehende Querachse (z) drehbar gelagerte Schaltwelle (6), wobei die Querachse (z) senkrecht zur Mittelebene (xy) des Pols verläuft,
    - eine Drehkontaktbrücke (10), die sich entlang der Mittelebene (xy) in einer spielbehafteten Aufnahme (12) der Schaltwelle (6) erstreckt und diametral gegenüberliegende Kontaktstücke (14) aufweist, die in Einschaltstellung mit feststehenden Kontakten (16) zusammenwirken,
    - im Inneren der Schaltwelle (6) angeordnete Kontaktkraft-Zugfedern (18), die jeweils ein an der Kontaktbrücke (10) angeordnetes erstes Ende (19) und ein an der Schaltwelle (6) angeordnetes zweites Ende (21; 22) aufweisen, wobei sich die ersten Enden (19) in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke (10) und die zweiten Enden (21; 22) in Bezug auf die Querachse (z) gegenüberstehen, und
    - zwei mit je einem der feststehende Kontakte (16) verbundene Anschlussschienen (24), die bei Durchfluss sehr hoher Ströme im Zusammenwirken mit der Kontaktbrücke (10) entgegen der Kraftwirkung der Zugfedern (18) die Kontaktbrücke (10) in Richtung einer Abstoßstellung zurückstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugen,
    wobei die Zugfedern (18) jeweils paarweise symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelebene (xy) und die besagten Paare von Zugfedern (18) wiederum symmetrisch in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke (10) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die ersten Enden (19) eines jeden der besagten Paare von Zugfedern (18) über quer verlaufende Verbindungsstücke (20) einstückig miteinander verbunden sind und
    dass federnd in der Schaltwelle (6) angeordnete Elemente (18; 30) mit Verlängerungen (28; 29) ausgestattet sind, die sich bis zu den Verbindungsstücken (20) erstrecken und so ausgebildet und angeordnet sind, dass zwischen ihnen und den Verbindungsstücken (20) beim Übergang der Kontaktbrücke (10) von der Einschaltstellung in die Abstoßstellung und in umgekehrter Richtung zusätzlich zu überwindende Kräfte auftreten.
  2. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einschaltstellung und Abstoßstellung bzw. umgekehrt ein Kraftmaximum durch die Kontaktbrücke (10) zu überwinden ist.
  3. Kontaktanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (29) stufenartig ausgebildet sind.
  4. Kontaktanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der Abstoßstellung die Verbindungsstücke (20) mit den zugehörigen Verlängerungen (29) eine kraftabhängige, lösbare Rastverbindung eingehen.
  5. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstücke (20) in an der Kontaktbrücke (10) ausgebildeten ersten Kerben (25) lagern.
  6. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die zweiten Enden (21; 22) der besagten Paare von Zugfedern (18) die Verlängerungen (28; 29) anschließen, die sich bis zu dem Verbindungsstück (20) der jeweils anderen Paare von Zugfedern (18) erstrecken.
  7. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden (21) der besagten Paare von Zugfedern (18) schleifenförmig gewunden um jeweils einen Stahlstift (23) lagern, der seinerseits in zweiten Kerben (27) der Schaltwelle (6) lagert.
  8. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden (22) bogenförmig auf jeweils einen Stahlstift (23) lagern, der seinerseits in zweiten Kerben (27) der Schaltwelle (6) lagert.
  9. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (28) an Zusatzfedern (30) ausgebildet sind.
  10. Kontaktanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden (21; 22) der besagten Paare von Zugfedern (18) gewunden um jeweils einen oder gebogen auf jeweils einem Stahlstift (23) lagern, der seinerseits in zweiten Kerben (27) der Schaltwelle (6) lagert, und dass um die Stahlstifte (23) jeweils eine der als U-förmige Drehfedern ausgebildeten Zugsatzfedem (30) mit ihren Außenschenkeln schleifenförmig gewunden lagert, wobei die Außenschenkel mit jeweils einer Verlängerung (28) ausgestattet sind und sich das ebenfalls verlängerte Mittelteil (31) der Zusatzfedem (30) in der Schaltwelle (6) abstützt.
  11. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (28; 29) mit einer von der Querachse (z) weg gerichteten Federkraftkomponente unter die Verbindungsstücke (20) greifen.
  12. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (28; 29) mit einer zur Querachse (z) hin gerichteter Federkraftkomponente über die Verbindungsstücke (20) greifen.
  13. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (10) mit einem Langloch (11) auf einer feststehenden, in der Querachse (z) der Schaltwelle (6) verlaufenden Lagerachse (7) gelagert ist.
  14. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (6) aus polweise zugeordneten Schaltwellensegmenten besteht.
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