Beschreibung
Elektrische Kontaktanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontaktanordnung mit einem einen ersten Kontaktbereich aufweisenden ersten Kontaktstück und einem einen zweiten Kontaktbereich aufweisenden zweiten Kontaktstück, wobei das erste Kontaktstück mit dem zweiten Kontaktstück mittels eines einen dritten und einen vierten Kontaktbereich aufweisenden KuppeIkontaktStückes elektrisch verbindbar ist, wobei dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich jeweils der dritte oder der vierte Kontaktbereiche zugeordnet ist.
Eine derartige elektrische Kontaktanordnung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 39 04 439 AI bekannt. Eine dort als Trennkontaktvorrichtung beschriebene elektrische Kontaktanordnung verbindet einen ortsfesten Anschlussleiter mit einem Gegenkontaktstück, das an einer Unterbrechereinheit eines Druckgasleistungsschalters angeordnet ist. Zur elektrischen Verbindung ist ein Kontaktlamellen enthaltendes Mantel- stück vorgesehen.
Das Mantelstück verbindet den Anschlussleiter sowie das Ge- genkontaktstück starr miteinander. Mechanische Schwingungen der einzelnen Leiter zueinander werden über das Mantelstück übertragen.
Bei Schaltvorgängen der Unterbrechereinheit des Druckgasleis- tungsschalters entstehende Schwingungen können die elektrische Kontaktgabe an der elektrischen Kontaktanordnung langfristig negativ beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kontaktanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Anordnung gegenüber mechanischen Schwingungen unempfindlicher ist .
Die Aufgabe wird bei einer elektrischen Kontaktanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die jeweils einander zugeordneten Kontaktbereiche je eine KontaktÖffnung und je einen in die Kontaktöffnung einsteckba- ren Kontaktbolzen aufweisen, wobei die Kontaktbolzen an ihren den Kontaktöffnungen zugewandten Enden zumindest bezüglich einer Ebene einen konvexen Abschnitt aufweisen.
Durch die Verwendung zweier Steckverbindungen, von denen jede jeweils konvexe Abschnitte aufweist, ist das erste Kontakt- stück von dem zweiten Kontaktstück mechanisch entkoppelt. Das Kuppelkontaktstück kann sich in Abhängigkeit der Bewegungen der beiden Kontaktstücke bewegen und ermöglicht Ausgleichsbewegungen. Sollten sich die konvexen Abschnitte lediglich be- züglich einer Ebene erstrecken, d.h. nur zweidimensional konvex sein, so ergeben sich kleinvolumige elektrische Kontakt- anordnungen, bei denen das Kuppelkontaktstück innerhalb der Ebene schwenkbar ist. Derartige Anordnungen können beispielsweise aus einem Blech ausgestanzte Kontaktbolzen aufweisen, wobei die Kontaktbolzen in schlitzförmige Öffnungen einsteckbar sind. Eine gute Kontaktierung bei einer guten Entkoppe- lung lateraler Kräfte gewährleistet eine Ausgestaltung der konvexen Abschnitte als rotationssymmetrische Abschnitte. Laterale Bewegungen des ersten Kontaktstückes relativ zu dem zweiten Kontaktstück sind unter Beibehaltung der erforderlichen elektrischen Kontaktierung voneinander entkoppelt.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Kontaktbereich als Kontaktbolzen sowie der dritte und vierte Kontaktbereich als KontaktÖffnungen ausgebildet sind.
Eine derartige Ausgestaltung gestattet es, das Kuppelkontakt- stück in einer einfachen Gestalt zu konstruieren. So kann das Kuppelkontaktstück beispielsweise in Form einer langgestreckten Hülse gestaltet sein, welche, wie bei einem Rohr, an axi- al gegenüberliegenden Enden KontaktÖffnungen aufweist. So ist es möglich, innerhalb eines Grundkörpers einen Käfig aus Kontaktlamellen einzubringen, welcher die notwendigen Kräfte zum Kontaktieren der Kontaktbolzen erzeugt.
Alternativ kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Kontaktbereich als KontaktÖffnungen und der dritte und der vierte Kontaktbereich als Kontaktbolzen ausgebildet sind.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Kontaktanordnung ist das Kuppelkontaktstück in einer sehr schlanken Weise aus- gestaltbar. Die Kontaktstücke können gedrungen, beispielsweise mit Schirmelektroden kombiniert, ausgestaltet sein. Derartige Anordnungen ist beispielsweise für elektrische Kontakt- anordnungen in räumlich beengten Bereichen verwendbar.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der erste und der vierte Kontaktbereich als KontaktÖffnungen und der zweite und dritte Kontaktbereich als Kontaktbolzen ausgebil- det sind.
Eine derartige Ausgestaltung einer elektrischen Kontaktanordnung gestattet sowohl die Herstellung eines elektrischen Kon-
taktes unter Verwendung des Kuppelkontaktstückes mit den Vorteilen hinsichtlich der Entkoppelung von an den Kontaktstücken auftretenden lateralen Kräften, als auch die unmittelbare Koppelung der Kontaktstücke miteinander. Für eine unmit- telbare Koppelung der Kontaktstücke miteinander ist es notwendig, die Abmessungen der Kontaktöffnungen sowie der konvexen Abschnitte des KuppelkontaktStückes bzw. der Kontaktstücke aufeinander abzustimmen. Eine direkte elektrische Verbindung der Kontaktstücke miteinander kann beispielsweise an Ge- raten vorgesehen sein, welche keine bzw. nur geringe laterale Bewegungen der Kontaktstücke zueinander erwarten lassen. Somit ist eine flexible Verwendung der elektrischen Kontaktanordnung zum einen mit, zum anderen ohne das Kuppelkontakt- stück ermöglicht.
Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Längsachsen der Kontaktbolzen in einer Projektion zueinander stumpfwinklig angeordnet sind.
Vorzugsweise sollten die Längsachsen der Kontaktbolzen annähernd parallel nahezu deckungsgleich zueinander angeordnet sein. Dadurch ist eine einfache Koppelung möglich. In einer Projektion auf eine Ebene ist es jedoch zulässig, dass die Längsachsen der Kontaktbolzen stumpfwinklig zueinander ange- ordnet sind. Damit ist die elektrische Kontaktanordnung auch dazu geeignet, fertigungsbedingte Versätze oder Verkippungen der Kontaktstücke zueinander auszugleichen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kuppelkontaktstück in einer Lagerpfanne gleitend gelagert ist .
Durch die Lagerung des Kuppelkontaktstückes in einer Lagerpfanne werden die Kontaktbereiche von Kräften entlastet, die durch die Masse des Kuppelkontaktstückes bedingt sind. Die Lagerpfanne führt das Kuppelkontaktstück und nimmt deren Ge- wichtskräfte auf. Die Lagerpfanne kann aus verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Metallen oder Kunststoffen, bestehen. Besonders vorteilhaft sind beispielsweise selbstschmierende Kunststoffe, die ein leichtgängiges Gleiten des Kuppelkontaktstückes in der Lagerpfanne ermöglichen. Ein ge- eigneter Kunststoff ist beispielsweise Polytetrafluorethylen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass einer der Kontaktbolzen durch die Lagerpfanne hindurchgreift.
Weiterhin kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Lagerpfanne in einer der Kontaktöffnungen liegt .
Anordnungen der Lagerpfanne um einen Kontaktbolzen herum oder innerhalb einer Kontaktöffnung ermöglichen sehr kompakte Aus- gestaltungen der elektrischen Kontaktanordnung. Bei derartigen Ausgestaltungen kann zur Halterung der Lagerpfanne dieselbe Baugruppe Verwendung finden, die auch einen Kontaktbolzen bzw. eine Kontaktöffnung trägt. Separate Abfang- und Stützeinrichtungen zur Halterung des Kuppelkontaktstückes sind so nicht erforderlich.
Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Lagerpfanne eine allseitig zu einer Längsachse des Kuppelkontaktstückes gerichtete Bewegung des Kuppelkontaktstückes er- möglicht.
Durch das allseitige Unterstützen der Bewegbarkeit des Kuppelkontaktstückes ist die elektrische Kontaktanordnung in na-
hezu allen Lagen effektiv von Gewichtskräften des Kuppelkontaktstückes entlastet. Beispielsweise kann das Kuppelkontakt- stück um seine Längsachse selbst drehbar sein und auch taumelnde Bewegungen ausführen. Die Lagerschale kann dabei so konstruiert sein, dass selbst Präzessionsbewegungen um die Längsachse des Kuppelkontaktstückes unterstützt werden. Als Lagerpfanne können beispielsweise Abschnitte einer Kugelkappe vorgesehen sein, wobei sowohl die konkave als auch die konvexe Seite der Kugelkappe als Lagerpfanne Verwendung finden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zumindest eine der Kontaktöffnungen von einer Fläche umgrenzt ist, die Teil einer Kugelkappe ist.
Im Zusammenspiel mit einer Lagerpfanne kann die Fläche, welche eine der Kontaktöffnungen umgrenzt, als Gegenlager der Lagerpfanne dienen. Neben der Funktion des Gegenlagers stellt eine kalottenförmige Umgrenzung der Kontaktöffnung auch eine dielektrisch günstige Ausgestaltung dar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur 1 eine erste Ausgestaltungsvariante einer elektrischen Kontaktanordnung, die
Figur 2 eine zweite Ausgestaltungsvariante einer elektrischen Kontaktanordnung, die
Figur 3 eine dritte Ausgestaltungsvariante einer elektrischen Kontaktanordnung, die
Figur 4 eine vierte Ausgestaltungsvariante einer elektrischen Kontaktanordnung und die
Figur 5 einen druckgasisolierten Leistungsschalter in Dead- Tank-Bauweise mit einer elektrischen Kontaktanordnung.
Die Figur 1 zeigt eine erste Variante einer elektrischen Kontaktanordnung 100. Die elektrische Kontaktanordnung 100 weist ein erstes Kontaktstück 101 sowie ein zweites Kontaktstück 102 auf. Das erste Kontaktstück 101 ist an einem ersten Kontaktträger 103 befestigt. Die Befestigung erfolgt beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Das zweite Kontaktstück 102 ist an einem zweiten Kontaktträger 104 befestigt. Die Kontaktträger 103, 104 sind voneinander mechanisch ent- koppelt. Das erste Kontaktstück 101 ist mit dem zweiten Kontaktstück 102 mittels eines Kuppelkontaktstückes 105 elektrisch leitend verbunden. Das zweite Kontaktstück 102 ist mit dem zweiten Kontaktträger 104 in einer nicht näher dargestellten Weise verbunden, beispielsweise durch eine Schraub- Verbindung.
Das erste Kontaktstück 101 und das zweite Kontaktstück 102 sind jeweils als rotationssymmetrische Körper ausgebildet. Entlang ihrer Längsachsen erstreckt sich jeweils ein zylin- derförmiger Grundkörper. Die Längsachsen sind annähernd parallel zueinander ausgerichtet. Im Idealfall sind die Längsachsen deckungsgleich. An den einander zugewandten Enden des ersten Kontaktstückes 101 und des zweiten Kontaktstückes 102
weisen die Kontaktstücke 101, 102 einen konvexen Abschnitt auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die konvexen Abschnitte jeweils durch eine kugelförmige Verdickung gebildet.
Das Kuppelkontaktstück 105 weist einen rohrartigen Grundkörper 106 auf. Der rohrartige Grundkörper 106 ist zu den stirnseitigen Enden jeweils kalottenfδrmig verdickt ausgebildet. Diese kalottenförmige Verdickung dient der Steuerung des elektrischen Feldes. Im Innern des Grundkörpers 106 ist ein Kontaktlamellenkäfig 107 angeordnet. Der Kontaktlamellenkäfig 107 federt. Stirnseitig weist das Kuppelkontaktstück 105 einen dritten Kontaktbereich 108 sowie einen vierten Kontaktbereich 109 auf. Der dritte Kontaktbereich 108 und der vierte Kontaktbereich 109 sind als Kontaktöffnungen, in diesem Falle als Kontaktbuchsen, ausgebildet. An den einander zugewandten Enden des ersten Kontaktstückes 101 und des zweiten Kontaktstückes 102 weist das erste Kontaktstück 101 im Bereich des konvexen Abschnittes einen ersten Kontaktbereich 110 auf. Das zweite Kontaktstück 102 weist in seinem konvexen Abschnitt einen zweiten Kontaktbereich 111 auf. Der erste und der zweite Kontaktbereich 110, 111 sind als Kontaktbolzen ausgebildet. Der erste Kontaktbereich 110 ist mit dem dritten Kontaktbereich 108 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Kon- taktbereich 111 ist mit dem vierten Kontaktbereich 109 elektrisch leitend verbunden. Aufgrund der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des ersten Kontaktstückes 101, des zweiten Kontaktstückes 102 sowie des Kuppelkontaktstückes 105 ist das Kuppelkontaktstück 105 auf dem ersten Kontaktstück 101 und dem zweiten Kontaktstück 102 drehbar sowie längsverschiebbar. Der Kontaktlamellenkäfig 107 ist derartig dimensioniert, dass er sich den ersten Kontaktbereich 110 und den zweiten Kontaktbereich 111 aufpresst und dabei eine elektrische Kontak-
tierung sicherstellt, wobei eine Bewegbarkeit des Kuppelkontaktstückes 105 weiterhin gegeben ist.
Zur Entlastung der Kontaktbereiche von durch die Masse des Kuppelkontaktstückes 105 ausgehenden Gewichtskräften ist an dem zweiten Kontaktstück 102 eine Lagerpfanne 112 angeordnet. Die Lagerpfanne 112 ist ringförmig ausgestaltet und wird von dem zweiten Kontaktstück 102 zentrisch durchstoßen. Die Lagerpfanne 112 weist einen im Wesentlichen konkav geformten Lagerbereich auf, in welchem ein konvex geformter Abschnitt des Grundkörpers 106 gelagert ist. Die Lagerpfanne 112 ist aus PTFE gefertigt und ermöglicht dadurch ein leichtgängiges Gleiten des Kuppelkontaktstückes 105 in der Lagerpfanne 112.
Durch die Verschiebbarkeit des Kuppelkontaktstückes 105 entlang des ersten Kontaktstückes 101 und des zweiten Kontaktstückes 102 (vgl. Doppelpfeil 113) ist zum Montieren des ersten Kontaktstückes 101 an dem ersten Kontaktträger 103 und des zweiten Kontaktstückes 102 an dem zweiten Kontaktträger 104 wechselweise ein vergrößerter Montageraum schaffbar, um beispielsweise die zum Befestigen vorgesehenen Schraubverbindungen zu lösen. Dadurch ist einfacher Ein- und Ausbau der elektrischen Kontaktanordnung ermöglicht. Bei einer entsprechenden Dimensionierung der Kontaktstücke 101, 102 sowie des Kuppelkontaktstückes 105 besteht weiterhin die Möglichkeit, das Kuppelkontaktstück 105 vollständig auf eines der beiden Kontaktstücke 101, 102 zurückzuschieben und so mittels der elektrischen Kontaktanordnung 100 eine elektrische Trennstelle zu schaffen.
Durch die Bewegbarkeit des Kuppelkontaktstückes 105 und die federbelastete Kontaktierung der Kontaktbereiche sind die an einem oder an beiden Kontaktstücken 101, 102 auftretenden
Schwingungen oder Bewegungen in lateralen Richtungen voneinander entkoppelt. Somit treten keine mechanischen Verspannungen auf, welche die elektrische Kontaktanordnung 100 in ihrer mechanischen sowie elektrischen Wirksamkeit beeinträchtigen könnten.
In den Figuren 2, 3 und 4 sind Varianten einer elektrischen Kontaktanordnung dargestellt, die jeweils hinsichtlich ihrer mechanischen sowie elektrischen Eigenschaften annähernd gleichwertig sind. In der Figur 2 ist eine zweite Variante einer elektrischen Kontaktanordnung 200 dargestellt. Die elektrische Kontaktanordnung 200 weist ein erstes Kontaktstück 201 sowie ein zweites Kontaktstück 202 auf. Das erste Kontaktstück 201 ist mit dem zweiten Kontaktstück 202 mittels eines Kuppelkontaktstückes 203 elektrisch leitend verbunden. Das erste Kontaktstück 201 weist einen ersten als Kontaktöffnung ausgebildeten Kontaktbereich 204 auf. Das zweite Kontaktstück 202 weist einen zweiten als Kontaktöffnung ausgebildeten Kontaktbereich 205 auf. Das Kuppelkontaktstück 203 ist als rotationssymmetrischer langgestreckter Kontaktbolzen ausgebildet und weist an seinen Enden jeweils einen dritten Kontaktbereich 206 sowie einen vierten Kontaktbereich 207 auf. Der dritte und vierte Kontaktbereich 206, 207 sind jeweils als konvexe Abschnitte ausgestaltet, in dem vorliegen- den in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer Kugel. Dem zweiten Kontaktstück 202 ist eine in der Kontaktöffnung liegende Lagerpfanne 208 zugeordnet. Die Lagerpfanne 208 dient der Lagerung des KuppelkontaktStückes 203. Hinsichtlich der Bewegbarkeit der Montierbarkeit des Ein- und Ausbauens des KuppelkontaktStückes 203 wird auf die
Beschreibung zu der Figur 1 verwiesen.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausgestaltungsvarianten gehen aus Kombinationen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausgestaltungsvarianten hervor.
Die in der Figur 3 gezeigte dritte Ausgestaltungsvariante zeigt eine elektrische Kontaktanordnung 300. Die elektrische Kontaktanordnung 300 weist ein erstes Kontaktstück 301 sowie ein zweites Kontaktstück 302 auf. Das erste Kontaktstück 301 ist mit dem zweiten Kontaktstück 302 mittels eines Kuppelkon- taktstückes 304 elektrisch leitend verbunden. Der erste Kontaktbereich 305 des ersten Kontaktstückes 301 ist als Kontaktöffnung ausgebildet. Der zweite Kontaktbereich 306 des zweiten Kontaktstückes 302 ist als Kontaktbolzen ausgebildet. Der dritte Kontaktbereich 307 des Kuppelkontaktstückes 304 ist ebenfalls als Kontaktbolzen ausgebildet. Der vierte Kontaktbereich 308 des Kuppelkontaktstückes 304 ist als Kontaktöffnung ausgebildet. Die Kontaktbolzen sind an ihren freien Enden wiederum mit einer einen konvexen Abschnitt bildenden Kugel ausgestattet und wirken mit den jeweils einen Kontakt- lamellenkäfig aufweisenden Kontaktöffnungen zusammen. Zur Lagerung des KuppelkontaktStückes 304 ist dem zweiten Kontakt- stück 302 eine ringförmige Lagerpfanne 309 zugeordnet.
Die vierte Ausgestaltungsvariante einer elektrischen Kontakt- anordnung 400 ist in der Figur 4 dargestellt. Die elektrische Kontaktanordnung 400 weist ein erstes Kontaktstück 401 sowie ein zweites Kontaktstück 402 auf. Das erste Kontaktstück 401 ist mit dem zweiten Kontaktstück 402 mittels eines Kuppelkontaktstückes 403 elektrisch leitend verbunden. Das erste Kon- taktstück 401 weist einen ersten Kontaktbereich 404 auf. Der erste Kontaktbereich 404 ist als Kontaktöffnung ausgebildet. Das zweite Kontaktstück 402 weist einen zweiten Kontaktbereich 405 auf. Der zweite Kontaktbereich 405 ist als ein eine
kugelförmige Verdickung aufweisender Kontaktbolzen ausgebildet. Das Kuppelkontaktstück 403 weist einen dritten Kontaktbereich 406 sowie einen vierten Kontaktbereich 407 auf. Der dritte Kontaktbereich 406 ist als Kontaktbolzen ausgebildet. Der vierte Kontaktbereich 407 ist als Kontaktöffnung ausgebildet. Das Kuppelkontaktstück 403 stützt sich über den kugelförmigen konvexen Abschnitt des dritten Kontaktbereiches 406 in einer Lagerpfanne 408 ab. Die Lagerpfanne 408 ist in der als erster Kontaktbereich 401 ausgebildeten Kontaktöff- nung angeordnet.
Die Figur 5 zeigt eine charakteristische Anwendung einer der vorstehend beschriebenen Kontaktanordnungen. Die Figur 5 zeigt einen druckgasisolierten Hochspannungsleistungsschalter 500. Innerhalb eines Kapselungsgehäuses 501 ist eine Unterbrechereinheit 502 isoliert gehalten. Zur Durchführung von elektrischen Leitern durch eine Wandung des Kapselungsgehäuses 501 sind an dem Kapselungsgehäuse 501 Hochspannungsfrei- luftdurchfuhrungen 503a, 503b angeordnet. Innerhalb der Hoch- spannungsfreiluftdurchführungen 503a, b sind elektrische Leiter 504a, b gehalten. Die elektrischen Leiter 504a, b sind beispielsweise mittels Scheibenisolatoren 505a, b gehalten. Zur Ankopplung der elektrischen Leiter 504a, b an die elektrischen Anschlusspunkte der Unterbrechereinheit 502 sind vorstehend beschriebene elektrische Kontaktanordnungen 506a, b eingesetzt. Durch die elektrischen Kontaktanordnungen 506a, b ist die Unterbrechereinheit 502 „flexibel" mit den elektrischen Leitern 504a,b verbunden.
Die bei einem Schaltvorgang der Unterbrechereinheit 502 auftretenden Schwingungen sind durch die elektrischen Kontaktanordnungen 506a, b von den elektrischen Leitern 504a, b entkoppelt. Durch diese Entkoppelung ist die mechanische Belastung
der Hochspannungsfreiluftdurchfuhrungen 503a, vermindert.
Insbesondere die im Innern der Hochspannungsfreiluftdurchführungen 503a,b zum Befestigen der elektrischen Leiter 504a, b notwendigen Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise die Scheibenisolatoren 505a,b sind so vor einer mechanischen Beschädigung geschützt.