TW202318453A - 具有高短路電阻和低過渡電阻的電開關裝置 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種種開關裝置，具有第一固定觸塊、第二固定觸塊、以及具有一觸塊橋接，可沿閉合方向從斷開位置進入閉合位置，並在過程中與兩個固定觸塊接觸，以便將兩個固定觸塊彼此電連接，其中每個固定觸塊具有橫向於閉合方向延伸的凹槽，其凹槽邊緣至少部分地相對於閉合方向傾斜地延伸，使得凹槽邊緣相對於閉合方向具有不等於90°的角度，並且其中觸塊橋接被設計成使得在觸塊橋接的閉合位置的固定觸塊和觸塊橋接之間存在的接觸在傾斜延伸的凹槽邊緣處實現。根據本發明，觸塊橋接具有安裝在一個公共觸塊橋接支架上的至少兩個單獨的觸塊件。

Description

具有高短路電阻和低過渡電阻的電開關裝置

本發明涉及涉及一種如獨立請求項1的前言部分的開關裝置。

根據獨立請求項1的前言部分所述的開關裝置具有第一固定觸塊、第二固定觸塊和觸塊橋接，該觸塊橋接可以沿閉合方向從斷開位置進入閉合位置，並且可以在過程中與兩個固定觸塊接觸，以便將兩個固定觸塊彼此電性連接，其中，每個固定觸塊具有橫向延伸至閉合方向的凹槽，其凹槽邊緣至少部分地相對於閉合方向傾斜延伸，使得凹槽邊緣相對於閉合方向具有不等於90°的角度，其中，觸塊橋接的設計使得在觸塊橋接閉合位置的固定觸塊和觸塊橋接之間存在的接觸在傾斜延伸的槽邊緣處得以實現。

在電性開關裝置中，特別是在斷路器中，可能出現這樣的問題，即電性觸塊在極端負載下例如在短路的情況下自動斷開。在一些應用中，有必要使開關裝置在發生故障的情況下載入短路電流，該電流相當於開關裝置額定電流的數倍。這樣的大電流會導致電性開關裝置內部的觸塊被電磁力斷開，下文稱為排斥力，這導致了電弧。隨後的顫振效應會導致觸塊的焊接。

從DE 10 2011 119 306 A1已知如獨立請求項1的前言部分的開關裝置。上述凹槽在此由固定觸塊的波狀表面的波浪或波谷形成。觸塊橋接還具有波狀表面，其中固定觸塊和觸塊橋接之間的鄰接僅發生在傾斜於閉合方向的表面區域中。排斥力的向量由此不再定向為相對於閉合方向之反平行，而是與其傾斜，由此可以補償一部分排斥力。因此，觸塊不會那麼快斷開，或者開關裝置的短路電阻會因此增加。

從DE 20 2017 006 764 U1已知一種具有兩個並聯佈置的觸塊橋接以降低接觸表面處的溫度的繼電器，而沒有描述傾斜定向的接觸面。

本發明的目的是進一步開發和改進如獨立請求項1的前言部分的開關裝置，從而進一步提高開關裝置的短路電阻和可靠性。

該目的通過獨立請求項1的特徵來實現。因此，在根據獨立請求項1的前言部分的開關裝置中，當觸塊橋接具有安裝在一個共同的觸塊橋接支架上時，就給出了本目的的創造性方案，其中，每個單獨的觸塊件可以分別與第一固定觸塊的其中一個凹槽的凹槽邊緣和第二固定觸塊的其中一個凹槽的凹槽邊緣接觸。

透過本發明的方案，進一步提高了開關裝置的抗短路能力。此外，嚴格地說，各自形成單獨的觸塊橋接的單獨的觸塊件可以以特別好的和可靠的方式與固定觸塊鄰接。因此，透過更多數量的接觸點，過渡電阻也降低了。

觸塊件安裝在觸塊橋接支架上，且彼此不接觸。然而，在觸塊橋接的閉合位置，所有觸塊件連接兩個固定觸塊。

凹槽的凹槽邊緣和可與其接觸的觸塊橋接的觸塊件各自較佳地以相對於平行於閉合方向的中間平面定向的鏡像對稱方式設計，使得作用於相對於閉合方向90°的電磁斥力的分量在兩個相對的凹槽邊緣處相互平衡。

本發明意義上的凹槽也可以是槽，即具有開口凹槽底部的凹槽。

本發明的有利實施例是附屬請求項的標的。

在本發明的較佳實施例中，觸塊橋接的觸塊件以一間隙容納在觸塊橋接支架中，使得每個觸塊件可以最佳地與各自相關的凹槽的凹槽邊緣接觸。

根據本發明的另一個特別較佳實施例，觸塊橋接支架具有連接到開關裝置的驅動器的基座和安裝在基座上的保持架，可向閉合方向移動，觸塊件被收納在保持架中，其中，較佳地，在各個觸塊件和基座之間作用的一個觸塊壓力彈簧與每個觸塊件相關聯。本實施例有助於可靠的接觸和均勻的接觸壓力。

觸塊橋接支架的基座與固定觸塊的距離比保持架遠一些，並且較佳地與開關裝置的電磁驅動器的電樞牢固地連接。較佳地，觸塊件在中心部分被設計成具有基本上矩形的剖面，以確保觸塊件在保持架中的最佳保持。在本文中，「基本上矩形的剖面」是指矩形剖面在拐角處可以具有過渡半徑。

觸塊橋接支架的保持架較佳地由電絕緣材料構成。

根據本發明的另一較佳實施例，觸塊件彼此平行地定向並且較佳地具有均勻的長度。因此，實現了緊湊的設計。此外，由於觸塊件只需在一個單一模具中製造，因此減少了生產工作量。當然，在本實施例中，固定觸塊的凹槽也彼此平行延伸。

進一步較佳地，觸塊件最好在平行於它們的縱向延伸的延伸的方向上都具有相同的軸向位置並且由兩個固定觸塊之間的連接方向限定。該實施例也有助於緊湊設計。

根據本發明的另一特別較佳的實施例，觸塊件至少在接觸區域中設計為圓柱形，在該接觸區域中，觸塊件與固定觸塊的相關凹槽的凹槽邊緣接觸。因此，實現了與固定觸塊的凹槽的凹槽邊緣的限定點或線接觸。簡單的設計也帶來了生產成本優勢。

根據本發明的另一特別較佳的實施例，觸塊橋接具有恰好三個單獨的觸塊件。事實證明，該實施例在緊湊設計方面特別有利。

根據本發明的另一較佳實施例，所述固定觸塊的凹槽呈V形設計。該實施例也有助於精確接觸，此外還由於其簡單的設計而在生產中提供成本優勢。

根據本發明的另一較佳實施例，凹槽邊緣相對於閉合方向具有30°至60°之間的角度，較佳為35°至50°，最好為40±3°。本實施例提供的優點是，在短路情況下出現的大部分排斥力被補償或不反作用於閉合方向，同時保持可靠的功能，特別是接觸。此外，在本實施例中，觸塊的磨損受到限制。相對於閉合方向的角度最好與相對於凹槽的對稱軸線的角度相同。

根據本發明的另一個特別較佳的實施例，將凹槽銑削進固定觸塊。這導致簡單且廉價的生產。這些可以較佳地由銅製成，就像觸塊件一樣。在此需要再次指出的是，本發明意義上的凹槽也可以是槽，即具有斷開槽底的凹槽。

根據本發明的又一較佳實施例，在觸塊橋接支架處安裝有前導觸塊件，並作為犧牲觸塊(sacrificial contact)，該犧牲觸塊在觸塊閉合期間首先與固定觸塊接觸，並且在觸塊斷開期間最後與固定觸塊脫離接觸，使得在觸塊斷開期間可能發生的開關電弧始終形成在固定觸塊和前導觸塊件之間。

該實施例提供的優點是，由於開關電弧始終在前導觸塊件處形成，並且可以通過合適的消弧裝置熄滅，而不會對其它觸塊件產生任何負面影響，因此實際觸塊件幾乎不會磨損。

特別是，如果前導觸塊件在兩端突出於其它觸塊件，則可以實現這一點，從而可以顯著降低開關電弧接觸其它觸塊件或閃絡(flash)到其它觸塊件的風險。

作為替代方案或附加方案，前導觸塊件可以在空間上完全與其他觸塊件分開佈置，例如，在閉合方向上，在與觸塊件平面隔開的平面上，該平面通過開關裝置外殼的相應壁與觸塊件平面分開。

此外，可以有利地提供，前導觸塊件在兩個進一步觸塊件之間的觸塊橋接支架處居中排列。本實施例還有助於緊湊和簡單的設計。

根據本發明的另一較佳實施例，開關裝置具有鐵磁材料軛形式的磁迴路，其中軛具有U形且固定的第一部分，其在一側圍繞觸塊件，以及可移動的第二部分，其位於觸塊件的各自的相對側並且是觸塊橋接支架的一部分，其中軛定向為橫向於觸塊件的縱向延伸並且位於兩個固定觸塊件之間，並且其中，U形的第一部分和第二部分之間，在其兩端各存在一個氣隙。

在短路電流的情況下，在軛的兩部分之間的氣隙中，由於電磁效應會產生閉合力。本實施例因此提供了進一步增加了短路電阻。第二部分較佳地是保持架的一部分。進一步較佳地，第二部分抵靠觸塊件。

根據本發明的另一較佳實施例，開關裝置具有用於觸塊橋接的電磁驅動器。

如果開關裝置被設計為斷路器裝置，則本發明特別適用。

在以下圖式中，相同的部件由相同的參考符號表示。如果圖式包含在圖式的相關描述中未更詳細討論的參考符號，則參考前面或後面的圖式描述。

圖 1 至 7 顯示本發明開關裝置 1 的第一示例實施例。開關裝置 1 具有第一固定觸塊2、第二固定觸塊3和觸塊橋接，該觸塊橋接可通過電磁驅動器8在兩個重新調整彈簧17的彈簧力的作用下，沿著閉合方向6（該方向與電磁驅動器8的電樞杆9的軸線相對應，或與之平行延伸，且在圖6中用參考符號6表示）從斷開位置轉移到閉合位置，並在此過程中與兩個固定觸塊2、3接觸，使它們彼此電連接。

在圖1至7所示的示例實施例中，觸塊橋接由安裝在一個公共觸塊橋接埠處的三個單獨的觸塊件7形成。如在圖1至圖4中可以看出，觸塊件7定向為相對於彼此平行並且具有均勻的長度。它們被收納在帶有間隙的觸塊橋接支架中。後者由牢固地連接到電磁驅動器8的電樞桿9的基座10和安裝在基座10上的保持架11組成，該保持架11可在閉合方向上移動，收納觸塊件7收納在保持架11中。在圖5的局部剖視圖中，可以看到作用在各個觸塊件7和基座10之間的觸塊壓力彈簧12與每個觸塊件7相關聯。嚴格地說，每個觸塊件7本身因此代表一個單獨的觸塊橋接，由此透過相關的觸塊壓力彈簧12確保所有三個觸塊件7在觸塊橋接的閉合位置均勻地壓靠在兩個固定觸塊上，並且觸塊件7可以相應地定向自己。

圖5也示出了觸塊件7在中間具有大致矩形的剖面，由此它們被牢固地定位並保持在保持架11中。在端部，觸塊件7具有圓柱形設計。當觸塊閉合時，觸塊件7的圓柱形部分與兩個固定觸塊2、3的V形凹槽4鄰接。凹槽4在圖6中可以清楚地看到，其顯示在觸塊橋接的斷開位置穿過第二固定觸塊3和可移動的觸塊件7的截面。 V形凹槽4分別具有兩個相對的凹槽邊緣5，在所示的示例性實施例中，這些邊緣5相對於閉合方向6具有大約40°的角度α，因此相對於閉合方向6傾斜地定向。凹槽4被槽銑進固定觸塊作為槽，這意味著具有斷開槽底的凹槽。

圖 7 顯示了與圖 6 相同的部分，但是，觸塊橋接處於閉合位置。如圖所示，每個觸塊件7在兩個觸塊或接觸線處與相對的凹槽邊緣5接觸。在短路電流下，排斥力會因電磁效應而產生。這些排斥力的力向量各自垂直於相應的凹槽邊緣定向。凹槽邊緣的傾斜定向因此導致力向量總是具有垂直於閉合或斷開方向作用的分量，由此可能導致觸塊斷開的力完全減小。由於凹槽4和相關聯的觸塊件7的對稱性，橫向於閉合方向作用的排斥力的分量在兩個相對的凹槽邊緣5處彼此抵消。

為了進一步增加短路電阻，提供了鐵磁材料軛形式的磁迴路。軛具有在上側圍繞觸塊件7的U形且固定的第一部分4，以及位於觸塊件7的相對底側並且是觸塊橋接支架或其保持架的一部分的可移動的第二部分15。如圖2和圖3特別示出，在U形第一部分14和第二部分15的兩端各有一個氣隙16。在短路電流的情況下，在軛的兩個部分件之間的氣隙16中，由於電磁效應而產生閉合力。

類似於圖1至7，圖8至12各自示出了本發明開關裝置1的第二實施例。下面，僅示出與圖1至7的示例實施例的不同之處。與圖 1 至 7 的示例實施例相比，根據第二示例實施例的本發明開關裝置僅具有與兩個固定觸塊2、3的對應凹槽4接合的兩個觸塊件7。在本示例實施例中，提供了所謂的前導觸塊件13來代替中央觸塊件，其作為犧牲觸塊，且在觸塊閉合時首先與固定觸塊接觸，在觸塊斷開時最後與固定觸塊脫離接觸，因此，在觸塊的斷開期間可能出現的開關電弧始終在固定觸塊件和前導觸塊件13之間形成。特別是可以從圖10中看出，前導觸塊件13在兩端突出於其它觸塊件7，由此開關電弧接觸其他觸塊件7或閃絡到其它觸塊件7的風險可以大大降低。開關電弧可通過合適的滅弧裝置熄滅。

這裡應該指出，這些圖是示意圖類型的一部分。不同的元件，例如重新調整彈簧或觸塊壓力彈簧，沒有顯示出來。在所示形式中，觸塊橋接支架在第二實施例中具有單件設計並且因此僅由保持架組成。當然，在該示例實施例中，觸橋支架也可以設計成兩件或多件，類似於圖1至圖7的第一示例實施例。

1:開關裝置 2:第一固定觸塊 3:第二固定觸塊 4:凹槽 5:凹槽邊緣 6:閉合方向/電樞桿的軸線 7:觸塊件 8:電磁驅動器 9:電樞桿 10:（觸塊橋接支架的）基座 11:（觸塊橋接支架的）保持架 12:觸塊壓力彈簧 13:前導觸塊件 14:（軛的）第一部分 15:（軛的）第二部分 16:氣隙 17:重新調整彈簧 α:角度

下面結合圖式對本發明的實施例進行更詳細的說明。 圖1在透視平面圖中示出根據第一示例實施例的本發明開關裝置； 圖2以透視底視圖示出圖1的本發明開關裝置； 圖3以正視圖示出圖1和2的本發明開關裝置； 圖4以側視圖示出圖1和3的本發明開關裝置； 圖5示出沿圖3中繪製的相交線V穿過圖1至4的本發明開關裝置的剖面； 圖6示出沿圖3中繪製的相交線VI穿過圖1至5的本發明開關裝置的第二固定觸塊和可移動觸塊件的剖面； 圖 7 示出圖 6 在觸塊橋接的閉合位置的表示； 圖8以透視平面圖示出根據第二示例實施例的本發明開關裝置， 圖9以透視底視圖示出圖8的本發明開關裝置； 圖10以正視圖示出圖8和9的本發明開關裝置； 圖 11 以側視圖示出圖 8 和 10 的本發明開關裝置；以及 圖12示出了沿圖10中繪製的相交線XII穿過圖8至圖11的本發明開關裝置的第二固定觸塊和可移動觸塊件的剖面。

1:開關裝置

2:第一固定觸塊

3:第二固定觸塊

7:觸塊件

8:電磁驅動器

9:電樞桿

10:(觸塊橋接支架的)基座

11:(觸塊橋接支架的)保持架

14:(軛的)第一部分

15:(軛的)第二部分

17:重新調整彈簧

Claims (15)

1. 一種開關裝置（1），具有一第一固定觸塊（2）、一第二固定觸塊（3）以及具有一觸塊橋接，該觸塊橋接可沿一閉合方向（6）從一斷開位置進入一閉合位置，並可在上述過程中與兩個該固定觸塊（2、3）接觸，以便將兩個該固定觸塊（2、3）彼此電連接，其中，每個該固定觸塊（2、3）具有橫向於該閉合方向（6）延伸的凹槽（4），該等凹槽的凹槽邊緣（5）至少部分地相對於該閉合方向（6）傾斜地延伸，使得該等凹槽邊緣（5）相對於該閉合方向（6）具有數量上不等於90°的角度(α)，並且其中該觸塊橋接被設計成使得在該觸塊橋接的該閉合位置中的該固定觸塊（2、3）和該觸塊橋接之間存在的接觸在傾斜延伸的該等凹槽邊緣（5）處實現， 其中，該觸塊橋接具有安裝在一個公共的觸塊橋接支架處的至少兩個單獨的觸塊件(7)，其中每個單獨的該觸塊件(7)可以與該第一固定觸塊（2）的其中一個該凹槽（4）的的該等凹槽邊緣（5）和與該第二固定觸塊（3）的其中一個該凹槽（4）的的該等凹槽邊緣（5）中的每一個接觸。
2. 如請求項1所述之開關裝置（1），其中，該觸塊橋接的該等觸塊件(7)以一間隙容納在該觸塊橋接支架中，使得每個該觸塊件(7)可以最佳地與相應的相關該等凹槽 (4) 的該等凹槽邊緣 (5) 接觸。
3. 如請求項1或2所述之開關裝置（1），其中，該觸塊橋接支架具有連接到該開關裝置(1)的一驅動器(8)的一基座(10)、以及安裝在該基座上可沿該閉合方向(6)移動一保持架（11），該等觸塊件(7)收納在該保持架中，其中，作用在相應的該觸塊件(7)和該基座(10)之間的一觸塊壓力彈簧(12)與每個該觸塊件（7）相關聯。
4. 如請求項1至3中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該等觸塊件(7)相對於彼此平行地定向並且具有均勻的長度。
5. 如請求項1至4中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該等觸塊件(7)至少在一接觸區域中具有圓柱形設計，該等觸塊件在該接觸區域中與該固定觸塊（2、3）的相關該等凹槽（4）的該等凹槽邊緣(5)接觸。
6. 如請求項1至5中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該觸塊橋接具有恰好三個單獨的該觸塊件(7)。
7. 如請求項1至6中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該固定觸塊(2、3)的該等凹槽(4)具有V形設計。
8. 如請求項7所述之開關裝置（1），其中，該等凹槽邊緣(5) 相對於該閉合方向 (6)形成數量上在30°至60°，較佳為35°至50°，特別較佳為40±3°之間的角度(α)。
9. 如請求項1至8中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該等凹槽(4)被銑削進該等固定觸塊(2、3)。
10. 如請求項1至9中的任一項所述之開關裝置（1），其中，在該觸塊橋接支架處安裝有一前導觸塊件(13)，該引導觸塊件(13)用作一犧牲觸塊並且在觸塊的閉合期間首先與該固定觸塊( 2, 3) 接觸，並且是在觸塊的斷開期間最後與該固定觸塊 (2, 3) 脫離接觸，從而在該觸塊斷開期間發生的開關電弧始終形成在該固定觸塊（2、3）和該前導觸塊件（13）之間。
11. 如請求項10所述之開關裝置（1），其中，該前導觸塊件(13)在兩端突出於其它該觸塊件(7)。
12. 如請求項10或11所述之開關裝置（1），其中，該前導觸塊件(13)居中地佈置在兩個另外的觸塊件(7)之間的該觸塊橋接支架處。
13. 如請求項1至12中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該開關裝置具有鐵磁材料的軛形式的一磁迴路，其中該軛具有U形且靜止的一第一部分( 14)，該第一部分在一側圍繞該等觸塊件(7)，以及可移動的一第二部分(15)，該第二部分位於該等觸塊件(7)的相應的相對側並且是該觸塊橋接支架的一部分，其中該軛定向為橫向於該等觸塊件的縱向延伸並且位於兩個該固定觸塊（2、3）之間，並且其中在U形的該第一部分（14）和該第二部分（15）之間，在其兩端處各存在一氣隙（16）。
14. 如請求項1至13中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該開關裝置（1）具有用於該觸塊橋接的一電磁驅動器（8）。
15. 如請求項1至14中的任一項所述之開關裝置（1），其中，該開關裝置(1)設計為一斷路器。

Images