EP1932162B1 - Mechanischer schaltkontakt - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen mechanischen Schaltkontakt zur Umschaltung bei einem Lastumschalter eines Stufenschalters.
• Ein mechanischer Schaltkontakt zur doppelpoligen Unterbrechung für einen Stufenschalter ist aus der DE-PS 100 50 821 C1 bekannt. Der bekannte mechanische Schaltkontakt weist einen Isolierstoffträger auf, an dem feste Kontakte angeordnet sind, die ballig geformte Kontaktbereiche besitzen. Weiterhin ist an diesem Isolierstoffträger ein Kontaktträger drehbar gelagert, der mit einem um einen bestimmten Winkel verschwenkbaren Schwenkarm in Verbindung steht. Am freien Ende des Schwenkarmes ist ein Kontaktstück befestigt, das seinerseits an seinen beiden Enden Kontaktrollen aufweist. Durch diese Kontaktrollen sind die festen Kontakte wahlweise beschaltbar. Je nach Lage des Schwenkarmes treffen die Kontaktrollen auf die ballige Oberfläche korrespondierender, gegenüberliegend angeordneter fester Kontakte auf und verbinden diese elektrisch miteinander.
• Dieser mechanische Schaltkontakt hat sich im praktischen Einsatz bewährt, bei der doppelpoligen Unterbrechung sehr hoher Ströme weist er jedoch Nachteile auf. Zum einen kann bei der beschriebenen konstruktiven Ausbildung der ballig geformten festen Kontakte und der schwenkbaren Kontaktrollen ein unerwünschtes Kontaktprellen auftreten, zum anderen ergeben sich bei dieser doppelpolig unterbrechenden Konstruktion hohe Stromkräfte, die den Anpressdruck der Kontaktrollen auf den jeweiligen festen Kontakt reduzieren. Dies ist durch den physikalischen Effekt begründet, dass in Folge der Stromeinschnürung an den Engstellen eines Flächenkontaktes abhebende Kräfte auftreten.
• Ein anderes Beispiel von mechanischem Schaltkontakt ist aus der WO-A-0231846 bekannt.
• Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen mechanischen Schaltkontakt anzugeben, der auch bei hohen Strömen eine zuverlässige, sichere, prell- und lichtbogenfreie Umschaltung bzw. Kontaktgabe gestattet.
• Diese Aufgabe wird durch einen mechanischen Schaltkontakt mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
• Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der beweglichen Kontakte als Kontaktfinger, die die jeweiligen festen Kontakte beidseitig umschließen, wird zunächst einmal eine Kontaktprellung verringert. Es ergibt sich weiterhin bei der erfindungsgemäßen Lösung ein hoher, gleichbleibender Kontaktdruck.
• Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
• Es zeigen:

Figur 1

einen erfindungsgemäßen mechanischen Schaltkontakt in perspektivischer Darstellung, komplett

Figur 2

diesen mechanischen Schaltkontakt mit abgenommenem Oberteil des noch zu erläuternden Isolierstoffträgers

Figur 3

diesen Isolierstoffträger allein ohne montierte weitere Bauteile

Figur 4

einen Schalthebel des Schaltkontaktes allein

Figur 5

ein Kontaktgehäuse des Schaltkontaktes allein

Figur 6

eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens von Schalthebel, Kontaktgehäuse sowie Kontakten des erfindungsgemäßen Schaltkontaktes

Figur 7

eine Kombination von zwei erfindungsgemäßen Schaltkontakten gemäß Figur 1 als einheitliche einphasige Baugruppe für Hauptschaltkontakt und Widerstandsschaltkontakt eines Stufenschalters

Figur 8

eine Schaltung eines Lastumschalters eines Stufenschalters, wie sie durch erfindungsgemäße mechanische Schaltkontakte realisierbar ist.

• Zunächst soll der in den Figuren 1 und 2 dargestellte mechanische Schaltkontakt gemäß der Erfindung näher erläutert werden. Er weist einen zweiteiligen Isolierstoffträger 1 auf, der die weiteren, im Nachfolgenden beschriebene Bauteile aufnimmt und die gesamte Anordnung umschließt. In Figur 2 ist der obere Teil des zweiteiligen Isolierstoffträgers 1 weggelassen, um die im Inneren befindlichen Bauteile besser darstellen zu können. Der Isolierstoffträger 1 ist mit in jeweils einem angeformten Schaft verlaufenden Längsbohrungen 11...14 versehen, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird. Im Bereich einer weiteren Längsbohrung 15 ist ein Lager 16 vorgesehen, in dem ein Schalthebel 2 mittels eines hier nicht dargestellten Lagerbolzens drehbar gelagert ist. Seitlich ist ein weiteres Lager 17 angeordnet, das ein Kontaktgehäuse 3 aufnimmt, das weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Schließlich sind am Isolierstoffträger 1 noch Kalottenaufnahmen 18 vorgesehen, in denen sich Druckfedern 8 abstützen, die später ebenfalls noch beschrieben werden. Am Isolierstoffträger 1 sind zwei gegenüberliegende feste Kontakte 4, 5 sowie eine Kontaktschiene 6 angeordnet.
• In Figur 3 ist der beschriebene Isolierstoffträger noch einmal separat dargestellt.
• Der Schalthebel 2, der in Figur 4 noch einmal allein gezeigt ist, ist mittels eines Lagers 21 am Lager 16 des Isolierstoffträgers 1 drehbar befestigt. Er weist einen Schwenkarm 22 auf, der um das Lager 21 verschwenkbar ist und seinerseits einen Mitnehmer 23 an seinem freien Ende besitzt. Seitlich im Schwenkarm 22 sind zwei Widerlageraufnahmen 24 vorgesehen, die kalottenförmig ausgebildet sind und ebenfalls zur Abstützung der noch zu beschreibenden Druckfedern 8 dienen. An seinem anderen, gegenüberliegenden freien Ende weist der Schalthebel 2 eine gabelförmige Betätigüngskontur 25 auf.
• Das Kontaktgehäuse 3, das in Figur 5 noch einmal allein gezeigt ist, besitzt eine Mitnehmeröffnung 31, in die der Mitnehmer 23 des Schalthebels 2 eingreift. Das Kontaktgehäuse 3 weist weiterhin eine Kontaktaufnahme 32 mit Federführung 33 auf, woran parallel angeordnete Kontaktfinger 9, 10, die durch einen Lagerbolzen 35 gehalten sind, befestigt sind. Das Kontaktgehäuse 3 ist mittels eines Lagers 34 und des Lagerbolzens 35 am Lager 17 des Isolierstoffträgers 1 verschwenkbar gelagert.
• In Figur 6 ist noch einmal das Zusammenspiel von Schalthebel 2, Kontaktgehäuse 3, sowie den Kontaktfingern 9, 10 gezeigt. In dieser Darstellung ist die Kontaktschiene 6 durchgehend ausgebildet, d. h. einstückig. Dies ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, aber kein notwendiges Merkmal; genauso gut können statt einer solchen Kontaktschiene separate Kontakte, ebenso wie die Kontakte 4 und 5, als getrennte Kontaktstücke ausgebildet sein. An Hand dieser Figur soll die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen mechanischen Schaltkontaktes erläutert werden: Wird bei der Betätigung des Lastumschalters eine Rolle o. dgl. in die Betätigungskontur 25 des Schalthebels 2 bewegt und läuft auf dieser auf, so wird der gesamte Schalthebel 2 um sein Lager 21 verschwenkt. Sein Mitnehmer 23, der in der Mitnehmeröffnung 31 des Kontaktgehäuses 3 formschlüssig geführt ist, verschwenkt dieses Kontaktgehäuses 3 um dessen Lager 34. Damit beschalten die daran befestigten parallelen Kontaktfinger 9, 10 die jeweiligen festen Kontakte 4, 5 bzw. gleiten auf der hier einstückig ausgebildeten Kontaktschiene 6. Es ist zu sehen, dass die beiden Kontaktfinger 9, 10 den jeweiligen festen Kontakt beidseitig umschließen. Die bei solchen parallelen Kontaktfingern vorhandenen Kontaktfedern zum Erzeugung des notwendigen Kontaktdruckes sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Die erläuterten Bauteile wirken erfindungsgemäß als räumliches 3-D-Getriebe.
• Dabei wird der physikalische Effekt der Wirkung der Stromkräfte ausgenutzt: Liegen zwei Leitungen parallel und werden sie gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflossen, so stoßen sie sich gegenseitig ab, bei gleicher Stromrichtung hingegen ziehen sie sich an. Dieser physikalische Effekt des Sichanziehens wird hier durch die beiden parallelen Kontaktfinger 9, 10, die den jeweiligen festen Kontakt beidseitig umschließen und in gleicher Stromrichtung durchflossen sind, in Verbindung mit dem beschriebenen 3-D-Getriebe zu ihrer Betätigung realisiert. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik.
• In Figur 7 sind zwei dieser erfindungsgemäßen Schaltkontakte gezeigt, die zu einer kompletten mechanischen Schalteinheit für eine Phase eines Lastumschalters zusammengefasst sind. Hierbei wirkt der eine Schaltkontakt I als Hauptschaltkontakt und der andere Schaltkontakt II als Widerstandsschaltkontakt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; es ist zu erkennen, dass beide Module völlig identisch aufgebaut sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in dieser Darstellung nicht alle der erläuterten Details mit Bezugszeichen versehen worden; zusätzlich zu den bereits erläuterten Bauteilen sind hier noch elektrische Anschlussleitungen 7 angedeutet. In dieser Figur sind die Druckfedern 8 gut zu erkennen, die sich jeweils zwischen einer Kalottenaufnahme 18 des Isolierstoffträgers 1 und einem kalottenförmigen Widerlager 24 des Schalthebels 2 befinden. Durch diese Druckfedern 8 wird eine Schnappwirkung erzielt; der jeweilige Schalthebel 2 wird gegen die Kraft der vorgespannten Druckfeder 8 verschwenkt und gelangt nach Überschreiten des Totpunktes zuverlässig in die andere Endposition. Beide Module sind, wie bereits erläutert, grundsätzlich identisch, es ist jedoch möglich und in vielen Fällen sinnvoll, die Betätigungskonturen 25 der beiden Schalthebel 2 unterschiedlich zu gestalten, um die Schaltfolge und -geschwindigkeit zu variieren.
• In Figur 8 ist die elektrische Schaltung eines Stufenschalters gezeigt, die mit der in Figur 7 erläuterten Anordnung von zwei Schaltkontakten realisierbar ist. Im oberen Bereich der Schaltung ist der Wähler des Stufenschalters schematisch dargestellt, der eine leistungslose Vorwahl der neuen Wicklungsanzapfung n+1, auf die umgeschaltet werden soll, vornimmt, während noch die bisherige Wicklungsanzapfung n elektrisch geschaltet ist. Darunter sind die beiden Seiten des Lastumschalters A und B, zwischen denen anschließend eine unterbrechungslose Umschaltung unter Last erfolgen soll, gezeigt. Die Kontakte MCA und MCD sind die jeweiligen Dauerhauptkontakte, von denen einer im stationären Betrieb geschlossen und damit stromführend ist. MSV bezeichnet eine Vakuumschaltzelle im Hauptschaltzweig, TTV eine Vakuumschaltzelle im Widerstandszweig, der den zusätzlichen Überschaltwiderstand R aufweist. Die strichlierten Linien zeigen den Teil der Schaltung, der von den erfindungsgemäßen beiden mechanischen Schaltkontakten I bzw. II technisch realisiert wird. Der als Hauptschaltkontakt wirkende Schaltkontakt II ist als MTF bezeichnet, der als Widerstandsschaltkontakt wirkende mechanische Schaltkontakt I ist als TTF bezeichnet. Y bezeichnet die Lastableitung.
Bezugszeichenliste

1

Isolierstoffträger
11 Längsbohrung
12 Längsbohrung
13 Längsbohrung
14 Längsbohrung
15 Längsbohrung
16 Lager
17 weiteres Lager
18 Kalottenaufnahme

2

Schalthebel
21 Lager
22 Schwenkarm
23 Mitnehmer
24 kalottenförmiges Widerlager
25 Betätigungskontur, gabelförmig

3

Kontaktgehäuse
31 Mitnehmeröffnung
32 Kontaktaufnahme
33 Federführung
34 Lager
35 Lagerbolzen

4

fester Kontakt

5

fester Kontakt

6

Kontaktschiene

7

Anschlussleitung

8

Druckfeder

9

Kontaktfinger

10

Kontaktfinger

Claims (3)

1. Mechanischer Schaltkontakt zur Umschaltung, insbesondere bei einem Laststufenschalter, wobei ein Isolierstoffträger (1) vorgesehen ist, an dem feste, beschaltbare Kontakte (4, 5, 6) angeordnet sind,
   wobei am Isolierstoffträger (1) ein Schalthebel (2) drehbar gelagert ist, der an einem seiner beiden freien Enden einen Schwenkarm (22) und am anderen freien Ende eine Betätigungskontur (25) aufweist
   und wobei der Schalthebel (2) bei Krafteinwirkung auf die Betätigungskontur (25) sprungartig von einem seiner beiden stationären Zustände in den jeweils anderen sprungartig verschwenkbar ist,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass am Isolierstoffträger (1) zusätzlich ein um ein separates Lager (34) verschwenkbares Kontaktgehäuse (3) gelagert ist,
   dass das Kontaktgehäuse (3) zwei parallele, elektrisch miteinander verbundene Kontaktfinger (9, 10) trägt, die die jeweils beschalteten festen Kontakte (4, 5, 6) beidseitig umschließen und dass das Kontaktgehäuse (3) mit dem Schalthebel (2) mechanisch in Verbindung steht und von diesem betätigbar ist.
2. Mechanischer Schaltkontakt nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der Schalthebel (2) einen Mitnehmer (23) aufweist, der formschlüssig in eine Mitnehmeröffnung (31) des Kontaktgehäuses (3) eingreift.
3. Mechanischer Schaltkontakt nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass einer der festen Kontakte als Kontaktschiene (6) ausgebildet ist, auf der die Kontaktfinger (9, 10) bei Bewegung des Kontaktgehäuses (3) gleiten.

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