EP4374399A1 - Schaltgerät zur führung hoher dauerströme und sehr hoher kurzschlussströme - Google Patents

Schaltgerät zur führung hoher dauerströme und sehr hoher kurzschlussströme

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Publication number
EP4374399A1
EP4374399A1 EP22731091.9A EP22731091A EP4374399A1 EP 4374399 A1 EP4374399 A1 EP 4374399A1 EP 22731091 A EP22731091 A EP 22731091A EP 4374399 A1 EP4374399 A1 EP 4374399A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
switching device
pin
movable
contacts
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.)
Pending
Application number
EP22731091.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Knebel
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.)
Schaltbau GmbH
Original Assignee
Schaltbau GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaltbau GmbH filed Critical Schaltbau GmbH
Publication of EP4374399A1 publication Critical patent/EP4374399A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38—Plug-and-socket contacts
    • H01H1/385—Contact arrangements for high voltage gas blast circuit breakers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch

Definitions

  • Switching device for carrying high continuous currents and very high short-circuit currents
  • the present invention relates to a switching device for carrying high continuous currents and very high short-circuit currents.
  • the contact arrangement includes a stationary contact piece and a cylindrical contact pin.
  • the stationary contact piece is movably arranged on egg nem contact housing and connected to an element that heats up when current passes through the contact arrangement and expands or contracts and thereby either moves the stationary contact piece from its rest position, rotates or tilts. During this movement of the stationary contact piece, sliding occurs between the touching contact surfaces, which destroys an oxide skin impeding the current transfer and reduces the contact resistance.
  • the US 4,039,786 shows an ultra-fast switch with a pin or rod-shaped movable contact arm.
  • the contact arm is movably guided in a tubular guide.
  • the contact arm is moveable by means of a drive rod connected to a relay and is engageable with a fixed contact.
  • the fixed contact is sleeve-shaped and has, at its end facing the contact arm, a plurality of parallel flexible fingers, in which a rounded end of the contact arm can be accommodated.
  • the tubular guide is connected to an external connection cable by means of a metallic plate, the fixed contact is connected to an external clamp.
  • DE 718554 A discloses a gas-insulated switchgear or an electrical switch with arc quenching by a flowing pressure medium.
  • the switch includes a movable contact in the form of a pin engageable with a fixed contact.
  • the movable contact is guided in an intermediate contact and connected to a collective contact. In the closed position of the switch, the movable contact extends through the intermediate contact and is received in the fixed contact. If the switch is open, the movable contact is withdrawn and only guided in the common contact.
  • EP 2 525455 A1 describes a gas-insulated switchgear with a bus-integrated isolating switch.
  • the bus-integrated circuit breaker comprises a pin-shaped movable contact, which is guided in a movable lateral contact section.
  • the movable contact can be moved via a lever member and engaged with a fixed side contact portion. This provides an electrically connected or closed State.
  • the movable contact can be pulled out of the fixed lateral contact section again, so that the circuit breaker is in an electrically isolated state.
  • US 2016/0035501 A1 also discloses a gas-insulated power switching device, comprising a fixed electrode and a movable electrode, which are arranged opposite one another in a container filled with insulating gas; and a rod-shaped movable conductor electrically connecting the fixed electrode and the movable electrode to each other.
  • the fixed electrode and the movable electrode have a contactor through which current flows to the movable conductor.
  • the fixed electrode and the movable electrode have ring-shaped sliding elements, the ring-shaped sliding elements being arranged on both sides of the contactor.
  • switchgear can have a poor short-circuit withstand capability. After a short-circuit event, such devices are often destroyed and therefore unusable and must be replaced.
  • the object is achieved by the features of independent claim 1. Accordingly, in the case of a switching device for carrying high continuous currents and very high short-circuit currents, the object is achieved according to the invention if the switching device has at least two contact points, each contact point having a movable contact and a fixed contact clock, one of the contacts of each contact point is formed in a socket and the other contact of each contact point is formed on a pin receivable in the socket, and the movable contacts of the two contact points are formed as a common component, one of the two contacts being on at least one of the contact points has a corrugation, so that a plurality of contact points is defined at the contact point, the corrugation is designed as a separate component in the form of contact lamellae, which is arranged on the corresponding contact of each contact point and the contact lamellae as a high-current contact strip are formed, which comprises a resilient carrier strip with two edge webs and a plurality of transverse to the edge webs running and connected to the edge webs contact web
  • high continuous currents mean operating currents of up to 1000A.
  • High or even higher short-time currents are in a range of up to 30kA.
  • the fact that the contact points are designed as plug-in contacts, each contact point comprising a socket and a pin that can be accommodated in the socket, and thus there is contact over the entire circumference of the pin and the socket that accommodates the pin, can be ensured that the at high currents, for example short-circuit currents, occurring electromagnetic repulsion forces do not lead to an opening of the contacts. Any fluttering effects that can lead to welding of the contacts are also avoided.
  • the short-circuit resistance of the switching device is increased and high continuous currents can be carried.
  • one of the two contacts is corrugated on at least one of the contact points, the transition resistance is reduced and welding of the contact points is prevented, and high continuous currents of up to 1000A and short-circuit currents of up to 30kA can be conducted safely.
  • this can be achieved by designing the corrugation as a separate component in the form of contact lamellae, which is arranged on the corresponding contact of each contact point.
  • the contact lamellae are preferably designed as an annular strip or sleeve, i.e. as a high-current contact strip, which can simply be either pushed onto the pin or inserted into the socket. This enables a simple construction, the spring force is geometrically located in the contact lamellae arranged in a ring shape.
  • the sockets and the at least one pin are aligned coaxially with one another.
  • the sockets and the at least one pin are of cylindrical design. This makes it easy to plug the contacts into one another.
  • other cross-sectional shapes of socket and pin are possible, as long as they can be simply plugged into one another and pulled apart, ie closing and opening, to make contact.
  • the fixed contact of each of the at least two contact points is formed in a socket and the movable contacts of the at least two contact points are formed on a common pin are trained. When shifting, the common pin is moved into or out of the sockets. As a result, a simple and stable configuration is possible.
  • At least one third contact point comprises a fixed contact designed as a socket and a movable contact, with the movable contact of the third contact point also being formed on the common pin. This allows at least three circuits to be connected easily.
  • the pin can be accommodated in at least one of the sockets in every switching position. In the open position, the pin is then received in at least one socket, in a closed position in at least two sockets. This achieves increased stability.
  • the carrier strip is made of spring steel and the contact pieces are made of copper.
  • the carrier tape made of spring steel, preferably stainless spring steel, has high mechanical strength and the best resistance to relaxation and thus generates the mechanical strength and the contact force.
  • the contact pieces made of highly conductive copper ensure a high current carrying capacity.
  • one of the two contacts has two corrugations arranged next to one another on at least one of the contact points in the longitudinal direction of the sockets and the pin.
  • This parallel connection i.e. the arrangement of several corrugated areas next to one another, can further increase the current-carrying capacity of the switching device.
  • the pin In order to increase the stability of the switching device, provision can be made for the pin to have a central bore which runs in the longitudinal direction of the pin and which engages with a centering bolt.
  • a further increase in the stability of the switching device can be achieved in that each of the sockets is accommodated in a solid block.
  • each of the solid blocks is electrically conductively connected to a connection terminal. This allows for a simpler connection.
  • provision can be made for the pin to be movable by means of at least one cylinder, preferably by means of two cylinders.
  • the switching device is designed as a normally open contact or as a normally closed contact or as a changeover contact. This is made possible by different versions of the indexing axis.
  • the switching device is designed as a manual circuit breaker.
  • the switching device is preferably designed as a manual isolating switch for safe, galvanic isolation of the battery/voltage source and consumers in the event of maintenance on battery-operated trains.
  • the manual disconnector can carry all currents that occur, i.e. operating currents of up to 1000A and short-term currents of 30kA.
  • FIG. 1 shows a switching device according to the invention in an exploded view
  • FIG. 2 shows the switching device according to the invention from FIG. 1 in the contacted state in a perspective view
  • FIG. 3 shows the switching device according to the invention from FIG. 1 in the separated state in a perspective representation
  • FIG. 4 shows a fixed contact of the switching device according to the invention from FIG. 1 in an exploded view
  • FIG. 5 shows a movable contact of the switching device according to the invention from FIG. 1 in an exploded view.
  • the switching device 1 shows a switching device 1 according to the invention in an exploded view.
  • the switching device 1 includes a housing 2 with two side walls 3, 4, two end walls 5, 6, a base plate 7 and a cover 8.
  • two contact points 9, 10 are formed in the housing 2.
  • Each of the The two contact points 9, 10 include a movable contact 11 and a fixed contact 12.
  • the sockets 13 are cylindrical.
  • Each of the sockets 13 is accommodated in a massive block 15.
  • the blocks 15 are each electrically conductively connected to a connecting terminal 16 .
  • a slot 17 is formed in the rear side wall 3 in FIG. 1, through which one of the connecting terminals 16 is led to the outside.
  • Another slot 18 is also formed in the cover 8, through which the second of the connection terminals 16 leads to the outside.
  • the movable contacts 12 are on a receivable in the sockets 13 pin 14
  • the pin 14 is also cylindrical and is designed to be inserted into and withdrawn from the sockets 13 .
  • the sockets 13 and the pin 14 are therefore arranged coaxially with one another.
  • the pin 14 is movably guided with two cylinders 19 which are slidably mounted on one of the end walls 5 of the switching device 1.
  • the two cylinders 19 are connected to a switching mechanism 21 .
  • the cylinders 19 are moved via this switching mechanism 21 and transmit the switching movement to the movable pin 14 with the movable contacts 11 formed thereon.
  • a centering bolt 20 is fastened to the other end face 6 of the switching device 1 .
  • the centering pin 20 is also coaxial with the bushings 13 and the pin 14.
  • the pin 14 has a central longitudinal bore in which the centering pin 20 is accommodated and thus contributes to a secure guidance of the pin 14.
  • FIG. 2 shows a top view of the switching device 1 in the contacted state in a perspective representation.
  • the switching mechanism 21 is in the retracted position. This means that the cylinders 19 are maximally retracted into the housing 2 of the switching device 1 and have brought the movable pin 14 and the two movable contacts 11 formed thereon into engagement with the sockets 13 that form the fixed contacts 12 .
  • the movable pin 14 is therefore in engagement with both sockets 13, both contact points 9, 10 are closed and the switching device 1 is in the operating state. Due to the configuration of the contact points 9, 10 described in more detail below, all currents that occur, ie operating currents of up to 1000 A and short-term currents of up to 30 kA, can be conducted.
  • Fig. 3 shows a plan view of the switching device 1 in the separate state in a perspective Dar position.
  • the switching mechanism 21 In the disconnected state, the switching mechanism 21 is in the maximum extended position. This means that the cylinders 19 can protrude maximally from the housing 2 of the switching device 1 are out.
  • the movable pin 14 is thus provided from one of the sockets 13 in Fig. 3 represents the left, pulled out.
  • the contact point 10 is thus opened.
  • the movable pin 14 is still in engagement with the bushing 13.
  • FIG. 3 also shows the centering pin 20 on which the movable pin 14 is guided.
  • each of the fixed contacts 12 comprises a solid block 15 in which a central bore 22 is formed.
  • One of the sockets 13 is accommodated in the central bore 22 in each case.
  • the sockets 13 are held captively in the solid blocks 15 via the connection terminals 16 and a holding plate 23 .
  • the solid block 15, the retaining plate 23 and the connection terminals 16 are preferably connected to one another using fastening means such as the screws 24 shown in FIG. 4.
  • Each of the sockets 13 has a corrugation 26 on its inner side 25, that is to say the side which comes into contact with the movable pin 14 and on which the respective fixed contact 12 is formed. Due to the corrugation, a plurality of defined contact points are formed at each of the contact points 9, 10. The current to be transmitted is therefore distributed over a plurality of contact points, so that only a proportion of the total current has to be transmitted to the counter-contact at each contact point. This reduces the contact resistance.
  • a sleeve-like high-current contact strip 27 is arranged in the socket 13 and forms the corrugation 26 .
  • the high-current contact strip 27 comprises a resilient carrier strip 30 with two edge webs 28 and a plurality of contact webs 29 running perpendicularly to the edge webs 28.
  • a contact piece 31 is riveted onto each of the contact webs 29.
  • the carrier tape 30 is preferably made of spring steel, in particular stainless spring steel, the contact pieces 31 made of copper.
  • the copper contact pieces 31 have a high heat absorption capacity, as a result of which a very high short-circuit current carrying capacity is achieved.
  • the spring force required at the contact points is located geometrically in the ring-shaped, i.e. radially evenly distributed, high-current contact band.
  • corrugation it is also possible to form the corrugation as contact lamellae. Furthermore, it would also be conceivable to form the corrugation on the movable contacts, ie on the movable pin. In this case, sleeves made of a high-current contact strip, as described above, could be applied to the pin, in which case the contact webs and thus also the contact pieces are formed on the outside of the sleeve. Furthermore, it is also conceivable to have two or more at each contact point in the direction of the longitudinal axis of the pin or the bushings arranged parallel to one another. This can be done by arranging two or more of the sleeve-shaped high-current contact strips parallel to one another in the direction of the longitudinal axis L of the pin or the sockets.
  • FIG. 5 shows an exploded view of a further detail of the switching device 1 from FIG. 1, namely the movable pin 14 with the cylinders 19 connected thereto.
  • the connection between the Zy alleviate 19, the retaining plate 32 and the movable pin 14 is preferably also via screw connections.
  • the movable pin 14 has a central bore 33 which extends in the longitudinal direction L of the pin 14 and thus also in the longitudinal direction L of the sockets 13 .
  • the centering bolt 20 (see FIG. 3) can be accommodated in the central bore 33 .
  • the movable contacts 11 are formed on the pin 14, the movable contacts 11 are formed.
  • the switching device 1 is preferably designed as a hand-held disconnect switch for safe, galvanic isolation of the battery/voltage source and consumers in the event of maintenance on battery-operated trains, which in the operating state when the disconnect switch is closed, all currents that occur, i.e. operating currents up to 1000 A and short-time currents of 30 kA, can lead.
  • the switching device can also be designed as a normally open contact or as a changeover contact. It is therefore also possible for the switching device to have three or more contact points. In this case it is possible to connect several circuits.
  • a plurality of sockets are then preferably arranged one behind the other in the housing of the switching device.
  • the sockets are aligned coaxially with one another and form the fixed contacts.
  • the moveable contacts are all formed on a common moveable pin.
  • the moveable pin is also aligned coaxially with the sockets and can interconnect several or all of the sockets.
  • the switching device preferably requires no switching power and is used for load-free switching.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Breakers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät (1) zur Führung hoher Dauerströme und sehr hoher Kurzschlussströme. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltgerät bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet und insbesondere im ungetrennten, also im kontaktierten Zustand, hohe Dauerströme und noch höhere Kurzzeitströme ohne Verschweißen führen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Schaltgerät (1) mindestens zwei Kontaktstellen (9, 10) umfasst, wobei jede Kontaktstelle einen bewegbaren Kontakt (11) und einen Festkontakt (12) umfasst, einer der Kontakte (12) jeder Kontaktstelle (9, 10) in einer Buchse (13) und der andere Kontakt (11) jeder Kontaktstelle (9, 10) auf einem in der Buchse (13) aufnehmbaren Stift (14) ausgebildet ist und die bewegbaren Kontakte (11) der beiden Kontaktstellen (9, 10) als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind, wobei einer der beiden Kontakte (12) an mindestens einer der Kontaktstellen (9, 10) eine Riffelung (26) aufweist, so dass an der Kontaktstelle (9, 10) eine Mehrzahl von Kontaktpunkten definiert ist, die Riffelung als separates Bauteil in Form von Kontaktlamellen ausgebildet ist, das an dem entsprechenden Kontakt jeder Kontaktstelle angeordnet ist und die Kontaktlamellen als Hochstromkontaktband (27) ausgebildet sind, das ein federndes Trägerband (30) mit zwei Randstegen (28) und eine Mehrzahl von quer zu den Randstegen (28) verlaufenden und mit den Randstegen (28) verbundene Kontaktstege (29) umfasst, wobei auf die Kontaktstege (29) Kontaktstücke (31) aufgenietet sind.

Description

Schaltgerät zur Führung hoher Dauerströme und sehr hoher Kurzschlussströme
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät zur Führung hoher Dauerströme und sehr hoher Kurzschlussströme.
Aus der DE 6608223 U ist bereits eine Kontaktanordnung für hohe Dauerstrombelastung mit Dauerströmen bis zu 2000 A und darüber bekannt. Die Kontaktanordnung umfasst ein orts festes Kontaktstück und einen zylinderförmigen Schaltstift. Das ortsfeste Kontaktstück ist an ei nem Kontaktgehäuse beweglich angeordnet und mit einem Element verbunden, das sich bei Stromdurchgang durch die Kontaktanordnung erwärmt und ausdehnt bzw. zusammenzieht und dadurch das ortsfeste Kontaktstück aus seiner Ruhelage entweder verschiebt, dreht oder kippt. Bei dieser Bewegung des ortsfesten Kontaktstückes tritt zwischen den sich berührenden Kon taktflächen ein Gleiten auf, durch das eine den Stromübergang behindernde Oxydhaut zerstört und der Übergangswiderstand herabgesetzt wird.
Die US 4,039,786 zeigt einen ultraschnell arbeitenden Schalter mit einem stift- oder stab förmigen bewegbaren Kontaktarm. Der Kontaktarm ist bewegbar in einer röhrenförmigen Führung geführt. Der Kontaktarm ist mittels einer mit einem Relais verbundenen Antriebsstange bewegbar und kann mit einem Festkontakt in Eingriff gebracht werden. Der Festkontakt ist hülsenförmig und weist an seinem dem Kontaktarm zugewandten Ende eine Mehrzahl von parallelen flexiblen Fin ger auf, in denen ein abgerundetes Ende des Kontaktarms aufgenommen werden kann. Die röh renförmige Führung ist mittels einer metallischen Platte mit einem externen Verbindungskabel verbunden, der Festkontakt ist mit einer externen Klammer verbunden.
Die DE 718554 A offenbart eine gasisolierte Schaltanlage bzw. einen elektrischen Schalter mit Lichtbogenlöschung durch ein strömendes Druckmittel. Der Schalter umfasst einen als Stift ausgebildeten beweglichen Kontakt, der mit einem festen Kontakt in Eingriff gebracht werden kann. Zudem ist der bewegliche Kontakt in einem Zwischenkontakt geführt und an einen Sam melkontakt angeschlossen. In der geschlossenen Position des Schalters erstreckt sich der be wegliche Kontakt durch den Zwischenkontakt hindurch und ist in dem festen Kontakt aufgenom men. Ist der Schalter geöffnet, so ist der bewegliche Kontakt zurückgezogen und nur noch in dem Sammelkontakt geführt.
Die EP 2 525455 A1 beschreibt eine gasisolierte Schaltanlage mit einem bus-integrierten Trennschalter. Der bus-integrierte Trennschalter umfasst einen stiftförmigen bewegbaren Kon takt, der in einem bewegbaren seitlichen Kontaktabschnitt geführt ist. Der bewegbare Kontakt kann über ein Hebelelement bewegt werden und in Eingriff mit einem feststehenden seitlichen Kontaktabschnitt gebracht werden. Dies stellt einen elektrisch verbunden bzw. geschlossenen Zustand dar. Der bewegbare Kontakt kann wieder aus dem feststehenden seitlichen Kontaktab schnitt herausgezogen werden, sodass der Trennschalter in einem elektrisch getrennten Zustand ist.
Die US 2016/0035501 A1 offenbart ebenfalls ein gasisoliertes Leistungsschaltgerät, umfas send eine feststehende Elektrode und eine bewegbare Elektrode, die einander gegenüberliegend in einem mit Isoliergas gefüllten Behälter angeordnet sind; und einen stabförmigen bewegbaren Leiter, der die feste Elektrode und die bewegbare Elektrode elektrisch miteinander verbindet. Die feste Elektrode und die bewegbare Elektrode haben einen Kontaktgeber, durch den Strom zu dem bewegbaren Leiter fließt. Die feste Elektrode und die bewegbare Elektrode weisen ringför mige Gleitelemente auf, wobei die ringförmigen Gleitelemente auf beiden Seiten des Kontaktge bers angeordnet sind.
Es ist bekannt, dass Schaltgeräte eine mangelnde Kurzstromfestigkeit aufweisen können. Nach einem Kurzschlussereignis sind derartige Geräte oft zerstört und somit unbrauchbar und müssen ausgetauscht werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltgerät bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet und insbesondere im ungetrenn ten, also im kontaktierten Zustand, hohe Dauerströme und noch höhere Kurzzeitströme ohne Verschweißen führen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einem Schaltgerät zur Führung hoher Dauerströme und sehr hoher Kurzschlussströme dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn das Schaltgerät mindestens zwei Kontaktstellen aufweist, wobei jede Kontaktstelle einen bewegbaren Kontakt und einen Festkon takt umfasst, einer der Kontakte jeder Kontaktstelle in einer Buchse und der andere Kontakt jeder Kontaktstelle auf einem in der Buchse aufnehmbaren Stift ausgebildet ist und die bewegbaren Kontakte der beiden Kontaktstellen als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind, wobei einer der beiden Kontakte an mindestens einer der Kontaktstellen eine Riffelung aufweist, so dass an der Kontaktstelle eine Mehrzahl von Kontaktpunkten definiert ist, die Riffelung als separates Bau teil in Form von Kontaktlamellen ausgebildet ist, welches an dem entsprechenden Kontakt jeder Kontaktstelle angeordnet ist und die Kontaktlamellen als Hochstromkontaktband ausgebildet sind, das ein federndes Trägerband mit zwei Randstegen und eine Mehrzahl von quer zu den Randstegen verlaufenden und mit den Randstegen verbundenen Kontaktstegen umfasst, wobei auf die Kontaktstege Kontaktstücke aufgenietet sind. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann das Schaltgerät im kontaktierten Zustand hohe Dauerströme und noch höhere Kurzzeitströme führen, ohne dass ein Verschweißen der Kontakte an den Kontaktstellen auftritt. Gleichzeitig sind nur niedrige Betätigungskräfte erforderlich.
Im vorliegenden Fall sind unter hohen Dauerströmen Betriebsströme von bis zu 1000A zu verstehen. Hohe bzw. noch höhere Kurzzeitströme liegen in einem Bereich von bis zu 30kA. Dadurch, dass die Kontaktstellen als Steckkontakte ausgebildet sind, wobei jede Kontaktstelle eine Buchse und einen in der Buchse aufnehmbaren Stift umfassen, und somit ein Kontakt über den gesamten Umfang des Stiftes und der den Stift aufnehmen Buchse vorhanden ist, kann si chergestellt werden, dass die bei hohen Strömen, beispielsweise bei Kurzschlussströmen, auf tretenden elektromagnetischen Abstoßungskräfte nicht zu einer Öffnung der Kontakte führen. Auch auftretende Flattereffekte, die zu einem Verschweißen der Kontakte führen können, werden vermieden. Die Kurzschlussfestigkeit des Schaltgeräts wird erhöht, eine Führung von hohen Dau erströmen ist sichergestellt. Dadurch, dass einer der beiden Kontakte an mindestens einer der Kontaktstellen eine Riffelung aufweist, wird der Übergangswiderstand reduziert und ein Ver schweißen der Kontaktstellen verhindert und eine sichere Führung der hohen Dauerströme von bis zu 1000A und von Kurzschlussströmen von bis zu 30kA ermöglicht. Dies kann in einer einfa chen Ausgestaltung dadurch erfolgen, dass die Riffelung als separates Bauteil in Form von Kon taktlamellen ausgebildet ist, welches an dem entsprechenden Kontakt jeder Kontaktstelle ange ordnet ist. Die Kontaktlamellen sind vorzugsweise als ringförmiges Band oder Hülse, d.h. als Hochstromkontaktband, ausgebildet, das bzw. die einfach entweder auf den Stift aufgesteckt oder in die Buchse eingelegt werden kann. Dadurch wird also ein einfacher Aufbau ermöglicht, die Federkraft steckt geometrisch in den ringförmig angeordneten Kontaktlamellen.
Vorzugsweise sind die Buchsen und der mindestens eine Stift koaxial zueinander ausge richtet. In einer einfachen Ausgestaltung sind die Buchsen und der mindestens eine Stift zylind risch ausgebildet. Dadurch ist ein einfaches Ineinanderstecken der Kontakte möglich. Es sind aber selbstverständlich andere Querschnittsformen von Buchse und Stift möglich, solange ein einfaches Ineinanderstecken und Auseinanderziehen, also Schließen und Öffnen, der Kontakt stellen möglich ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Festkontakt jeder der mindestens zwei Kontaktstellen in je einer Buchse ausgebildet ist und die bewegbaren Kontakte der mindestens zwei Kontaktstellen auf einem gemeinsamen Stift ausgebildet sind. Beim Schalten wird also der gemeinsame Stift in die Buchsen hinein bzw. aus den Buchsen heraus bewegt. Dadurch ist eine einfache und stabile Ausgestaltung möglich.
Insbesondere ist es dann auch möglich, dass mindestens eine dritte Kontaktstelle vorgese hen ist, die einen als Buchse ausgebildeten Festkontakt und einen bewegbaren Kontakt umfasst, wobei der bewegbare Kontakt der dritten Kontaktstelle ebenfalls auf dem gemeinsamen Stift aus gebildet ist. Dadurch ist eine einfache Verschaltung von mindestens drei Schaltkreisen möglich.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung kann vorgesehen sein, dass der Stift in jeder Schaltstellung in mindestens einer der Buch sen aufgenommen ist. In der Offenstellung ist der Stift dann mindestens in einer Buchse aufge nommen, in einer Schließstellung in mindestens zwei Buchsen. Damit wird eine erhöhte Stabilität erreicht.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung kann vorgesehen sein, dass das Trägerband aus Federstahl ausgebildet ist und die Kon taktstücke aus Kupfer sind. Das Trägerband aus Federstahl, vorzugsweise rostfreiem Federstahl, weist hohe mechanische Festigkeit und beste Relaxationsbeständigkeit auf und erzeugt so die mechanische Festigkeit und die Kontaktkraft. Die Kontaktstücke aus hochleitfähigem Kupfer ge währleisten eine hohe Stromtragfähigkeit.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass einer der beiden Kontakte an mindestens einer der Kontaktstellen in Längsrichtung der Buchsen und des Stiftes zwei nebeneinander angeordnete Riffelungen aufweist. Durch diese Parallelschaltung, also die Anordnung von mehreren geriffelten Bereichen nebeneinander, kann die Stromtragfähigkeit des Schaltgeräts weiter erhöht werden.
Um die Stabilität des Schaltgeräts zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass der Stift eine mittige, in Längsrichtung des Stiftes verlaufende Bohrung aufweist, die mit einem Zentrierungs bolzen in Eingriff steht.
Eine weitere Erhöhung der Stabilität des Schaltgeräts kann dadurch erzielt werden, dass jede der Buchsen in einem massiven Block aufgenommen ist.
Gemäß noch einerweiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass jeder der mas siven Blöcke elektrisch leitend mit einer Anschlussklemme verbunden ist. Dadurch ist ein einfa cher Anschluss möglich. Um eine sichere und stabile Führung des mindestens einen bewegbaren Stifts zu ermögli che, kann vorgesehen sein, dass der Stift mittels mindestens einem Zylinder, vorzugsweise mit tels zwei Zylindern bewegbar ist.
Um einen breiten Einsatzbereich zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Schalt gerät als Schließer oder als Öffner oder als Wechsler ausgebildet ist. Dies wird durch verschie dene Ausführungen der Schaltachse ermöglicht.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist vorgesehen, dass das Schaltgerät als Handtrennschalter ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Schaltgerät als Handtrennschalter zur sicheren, galvanischen Trennung von Batte rie/Spannungsquelle und Verbraucher im Wartungsfall bei batteriebetriebenen Zügen ausgebil det. Der Handtrennschalter kann im Betriebszustand, also im geschlossenen Zustand, alle auf tretenden Ströme, also Betriebsströme bis 1000A und Kurzzeitströme von 30kA führen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Schaltgerät in Explosionsdarstellung;
Fig. 2 das erfindungsgemäße Schaltgerät aus Fig. 1 im kontaktierten Zustand in perspektivi scher Darstellung;
Fig. 3 das erfindungsgemäße Schaltgerät aus Fig. 1 im getrennten Zustand in perspektivischer Darstellung;
Fig. 4 ein Festkontakt des erfindungsgemäßen Schaltgeräts aus Fig. 1 in Explosionsdarstellung; und
Fig. 5 ein bewegbarer Kontakt des erfindungsgemäßen Schaltgeräts aus Fig. 1 in Explosions darstellung.
Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbe schreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figuren beschreibungen Bezug genommen.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltgerät 1 in Explosionsdarstellung. Das Schaltgerät 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit zwei Seitenwänden 3, 4, zwei Stirnwänden 5, 6, einer Bodenplatte 7 und einem Deckel 8. In dem Gehäuse 2 sind zwei Kontaktstellen 9, 10 ausgebildet. Jede der beiden Kontaktstellen 9, 10 umfasst einen bewegbaren Kontakt 11 und einen Festkontakt 12. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Festkontakte 12 als bzw. in je einer Buchse 13 ausgebildet. Die Buchsen 13 sind zylindrisch. Jede der Buchsen 13 ist in einem mas siven Block 15 aufgenommen. Die Blöcke 15 sind jeweils mit einer Anschlussklemme 16 elektrisch leitend verbunden. In der in Fig. 1 hinteren Seitenwand 3 ist ein Schlitz 17 ausgebildet, durch den eine der Anschlussklemmen 16 nach außen geführt ist. Ebenso ist im Deckel 8 ein weiterer Schlitz 18 ausgebildet, durch den die zweite der Anschlussklemmen 16 nach außen ge führt ist.
Die bewegbaren Kontakte 12 sind auf einem in den Buchsen 13 aufnehmbaren Stift 14 ausgebil det. Der Stift 14 ist ebenfalls zylindrisch und so ausgebildet, dass er in die Buchsen 13 eingeführt und aus diesen herausgezogen werden kann. Die Buchsen 13 und der Stift 14 sind also koaxial zueinander angeordnet. Um den Stift 14 relativ zu den Buchsen 13 bewegen zu können - und somit die Kontaktstellen 9, 10 zu öffnen und zu schließen - ist der Stift 14 mit zwei Zylindern 19 bewegbar geführt, die an einer der Stirnwände 5 des Schaltgeräts 1 gleitend gelagert sind. Die zwei Zylinder 19 sind mit einem Schaltmechanismus 21 verbunden. Über diesen Schaltmecha nismus 21 werden die Zylinder 19 bewegt und übertragen die Schaltbewegung auf den beweg baren Stift 14 mit den darauf ausgebildeten bewegbaren Kontakten 11.
An der anderen Stirnseite 6 des Schaltgeräts 1 ist ein Zentrierungsbolzen 20 befestigt. Der Zent rierungsbolzen 20 ist ebenfalls koaxial zu den Buchsen 13 und dem Stift 14. Der Stift 14 weist eine mittige Längsbohrung auf, in der der Zentrierungsbolzen 20 aufgenommen ist und somit zu einer sicheren Führung des Stiftes 14 beiträgt.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Schaltgerät 1 im kontaktierten Zustand in perspektivischer Darstellung. Der Schaltmechanismus 21 ist in der eingefahrenen Stellung. Dies bedeutet, dass die Zylinder 19 maximal in das Gehäuse 2 des Schaltgeräts 1 eingefahren sind und den beweg baren Stift 14, bzw. die beiden darauf ausgebildeten bewegbaren Kontakte 11 in Eingriff mit bei den Buchsen 13 gebracht haben, die Festkontakte 12 ausbilden. Der bewegbare Stift 14 steht also in Eingriff mit beiden Buchsen 13, beide Kontaktstellen 9, 10 sind geschlossen und das Schaltgerät 1 befindet sich im Betriebszustand. Durch die im Folgenden noch genauer beschrie bene Ausgestaltung der Kontaktstellen 9, 10 können alle auftretenden Ströme, also Betriebs ströme bis 1000 A und Kurzzeitströme von bis zu 30 kA, geführt werden.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Schaltgerät 1 im getrennten Zustand in perspektivischer Dar stellung. Im getrennten Zustand ist der Schaltmechanismus 21 in der maximal ausgefahrenen Stellung. Dies bedeutet, dass die Zylinder 19 maximal aus dem Gehäuse 2 des Schaltgeräts 1 ausgefahren sind. Der bewegbare Stift 14 ist also aus einer der Buchsen 13, in Fig. 3 links dar gestellt, herausgezogen. Damit ist die Kontaktstelle 10 geöffnet. An der anderen Kontaktstelle 9 ist der bewegbare Stift 14 noch in Eingriff mit der Buchse 13. In Fig. 3 ist nun auch der Zentrie rungsbolzen 20 zu sehen, auf dem der bewegbare Stift 14 geführt ist.
Fig. 4 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Details des Schaltgeräts 1 aus Fig. 1, nämlich die Ausgestaltung bzw. Anordnung der Festkontakte 12 in dem Schaltgerät 1. Die Anordnung der Festkontakte 12 an beiden Kontaktstellen 9, 10 ist identisch ausgebildet, im Schaltgerät 1 aber um 90° zueinander verdreht. Die Befestigung jedes der Festkontakte 12 umfasst einen massiven Block 15 in dem eine zentrale Bohrung 22 ausgebildet ist. In der zentralen Bohrung 22 ist jeweils eine der Buchsen 13 aufgenommen. Über die Anschlussklemmen 16 und eine Halteplatte 23 sind die Buchsen 13 in den massiven Blöcken 15 verliersicher gehalten. Eine Verbindung des massi ven Blocks 15, der Halteplatte 23 und der Anschlussklemmen 16 miteinander erfolgt vorzugs weise über Befestigungsmittel wie beispielsweise die in Fig. 4 dargestellten Schrauben 24.
Jede der Buchsen 13 weist auf ihrer Innenseite 25, also der Seite, die mit dem bewegbaren Stift 14 in Kontakt kommt und auf der der jeweilige Festkontakt 12 ausgebildet ist, eine Riffelung 26 auf. Durch die Riffelung sind an jeder der Kontaktstellen 9, 10 eine Mehrzahl von definierten Kontaktpunkten ausgebildet. Der zu übertragende Strom verteilt sich also auf eine Mehrzahl von Kontaktpunkten, so dass an jedem Kontaktpunkt nur ein Anteil des gesamten Stromes auf den Gegenkontakt übertragen werden muss. Dadurch wird der Übergangswiderstand herabgesetzt.
Im in Fig. 4 dargestellten Fall ist in der Buchse 13 ein hülsenförmiges Hochstromkontaktband 27 angeordnet, das die Riffelung 26 ausbildet. Das Hochstrom kontaktband 27 umfasst ein federndes Trägerband 30 mit zwei Randstegen 28 und einer Mehrzahl von senkrecht zu den Randstegen 28 verlaufenden Kontaktstegen 29. Auf jeden der Kontaktstege 29 ist ein Kontaktstück 31 aufge nietet. Das Trägerband 30 besteht vorzugsweise aus Federstahl, insbesondere rostfreiem Feder stahl, die Kontaktstücke 31 aus Kupfer. Die Kontaktstücke 31 aus Kupfer weisen eine hohe Wär meaufnahmekapazität auf, wodurch eine sehr hohe Kurzschlussschlussstromtragfähigkeit er reichtwird. Die an den Kontaktstellen benötigte Federkraft steckt geometrisch im ringförmig, also radial gleich verteilt angeordneten Hochstromkontaktband.
Es ist auch möglich, die Riffelung als Kontaktlamellen auszubilden. Ferner wäre es auch denkbar, die Riffelung an den bewegbaren Kontakten, also auf dem bewegbaren Stift, auszubilden. In die sem Fall könnten auf dem Stift wie oben beschriebene Hülsen aus einem Hochstromkontaktband aufgebracht sein, bei der die Kontaktstege und somit auch die Kontaktstücke an der Außenseite der Hülse ausgebildet sind. Ferner ist es auch denkbar, an jeder Kontaktstelle zwei oder mehrere in Richtung der Längsachse des Stifts bzw. der Buchsen parallel zueinander angeordnete Riffe lungen auszubilden. Dies kann dadurch geschehen, dass zwei oder mehrere der hülsenförmigen Hochstromkontaktbänder parallel nebeneinander in Richtung der Längsachse L des Stifts bzw. der Buchsen nebeneinander angeordnet sind.
Fig. 5 zeigt eine Explosionsdarstellung eines weiteren Details des Schaltgeräts 1 aus Fig. 1, näm lich den bewegbaren Stift 14 mit die damit verbundenen Zylindern 19. Die Zylinder 19 sind über eine Halteplatte 32 mit dem bewegbaren Stift 14 verbunden. Die Verbindung zwischen den Zy lindern 19, der Halteplatte 32 und dem bewegbaren Stift 14 erfolgt vorzugsweise ebenfalls über Verschraubungen. Der bewegbare Stift 14 weist eine mittige Bohrung 33 auf, die sich in Längs richtung L des Stiftes 14 und somit auch in Längsrichtung L der Buchsen 13 erstreckt. In der mittigen Bohrung 33 kann der Zentrierungsbolzen 20 (siehe Fig. 3) aufgenommen werden. Auf dem Stift 14 sind die bewegbaren Kontakte 11 ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Schaltgerät 1 als Handtrennschalter zur sicheren, galvanischen Trennung von Batterie/Spannungsquelle und Verbraucher im Wartungsfall bei batteriebetriebenen Zügen ausgebildet, der im Betriebszustand, wenn der Trennschalter geschlossen ist, alle auftretenden Ströme, d.h. Betriebsströme bis 1000 A und Kurzzeitströme von 30 kA, führen kann.
Je nach Ausführung der Schaltachse kann das Schaltgerät auch als Schließer oder als Wechsler ausgebildet sein. Es ist daher auch möglich, dass das Schaltgerät drei oder mehr Kontaktstellen umfasst. In diesem Fall ist eine Verbindung von mehreren Schaltkreisen möglich. Es sind dann vorzugsweise mehrere Buchsen hintereinander in dem Gehäuse des Schaltgeräts angeordnet. Die Buchsen sind koaxial zueinander ausgerichtet und bilden die Festkontakte aus. Die beweg baren Kontakte sind alle auf einem gemeinsamen bewegbaren Stift ausgebildet. Der bewegbare Stift ist ebenfalls koaxial zu den Buchsen ausgerichtet und kann mehrere oder alle Buchsen mit einander verschalten.
Vorzugsweise benötigt das Schaltgerät keine Schaltleistung und wird zum lastfreien Schalten eingesetzt. Bezugszeichenliste
1 Schaltgerät
2 Gehäuse
3 Seitenwand
4 Seitenwand
5 Stirnwand
6 Stirnwand
7 Bodenplatte
8 Deckel
9 Kontaktstelle
10 Kontaktstelle
11 bewegbarer Kontakt
12 Festkontakt
13 Buchse
14 Stift
15 massiver Block
16 Anschlussklemme
17 Schlitz
18 Schlitz
19 Zylinder
20 Zentrierungsbolzen
21 Schaltmechanismus
22 zentrale Bohrung
23 Halteplatte
24 Schraube
25 Innenseite Buchse
26 Riffelung 27 Hochstromkontaktband
28 Randstege
29 Kontaktstege
30 Trägerband 31 Kontaktstücke
32 Halteplatte
33 Bohrung
L Längsrichtung

Claims

Ansprüche
1. Schaltgerät (1) zur Führung hoher Dauerströme und sehr hoher Kurzschlussströme mit mindestens zwei Kontaktstellen (9, 10), wobei jede Kontaktstelle (9, 10) einen bewegba ren Kontakt (11) und einen Festkontakt (12) umfasst, einer der Kontakte (12) jeder Kon taktstelle (9, 10) in einer Buchse (13) und der andere Kontakt (11) jeder Kontaktstelle (9, 10) auf einem in der Buchse (13) aufnehmbaren Stift (14) ausgebildet ist, die bewegba ren Kontakte (11) der beiden Kontaktstellen (9, 10) als ein gemeinsames Bauteil ausge bildet sind, wobei einer der beiden Kontakte (12) an mindestens einer der Kontaktstellen (9, 10) eine Riffelung (26) aufweist, so dass an der Kontaktstelle (9, 10) eine Mehrzahl von Kontaktpunkten definiert ist, die Riffelung als separates Bauteil in Form von Kontakt lamellen ausgebildet ist, das an dem entsprechenden Kontakt jeder Kontaktstelle ange ordnet ist und die Kontaktlamellen als Hochstromkontaktband (27) ausgebildet sind, das ein federndes Trägerband (30) mit zwei Randstegen (28) und eine Mehrzahl von quer zu den Randstegen (28) verlaufenden und mit den Randstegen (28) verbundenen Kontakt stegen (29) umfasst, wobei auf die Kontaktstege (49) Kontaktstücke (31) aufgenietet sind.
2. Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkontakt (12) jeder der mindestens zwei Kontaktstellen (9, 10) in je einer Buchse (13) ausgebildet ist und die bewegbaren Kontakte (11) der mindestens zwei Kontaktstellen (9, 10) auf einem gemeinsamen Stift (14) ausgebildet sind.
3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dritte Kontaktstelle vorgesehen ist, die einen als Buchse ausgebildeten Festkontakt und einen bewegbaren Kontakt umfasst, wobei der bewegbare Kontakt der dritten Kontaktstelle ebenfalls auf dem gemeinsamen Stift ausgebildet ist.
4. Schaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Stift (14) in jeder Schaltstellung in mindestens einer der Buchsen (13) aufgenommen ist.
5. Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband (30) aus Federstahl ausgebildet ist und die Kontaktstücke (31) aus Kupfer sind.
6. Schaltgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Kontakte an mindestens einer der Kontaktstellen in Längsrichtung der Buchsen und des Stiftes zwei nebeneinander angeordnete Riffelungen aufweist.
7. Schaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Stift (14) eine mittige, in Längsrichtung des Stiftes (14) verlau fende Bohrung (33) aufweist, die mit einem Zentrierungsbolzen (20) in Eingriff steht.
8. Schaltgerät (1) nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass jede der Buchsen (13) in einem massiven Block (15) aufgenommen ist.
9. Schaltgerät (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der massiven Blö cke (15) elektrisch leitend mit einer Anschlussklemme (16) verbunden ist.
10. Schaltgerät (1) nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (14) mittels mindestens einem, vorzugsweise mittels zwei Zylindern (19) bewegbar ist.
11. Schaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltgerät als Schließer oder als Öffner oder als Wechsler ausgebildet ist.
12. Schaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltgerät als Handtrennschalter ausgebildet ist.
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