WO2013071987A1 - Hochstromschalter - Google Patents

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WO2013071987A1
WO2013071987A1 PCT/EP2012/003430 EP2012003430W WO2013071987A1 WO 2013071987 A1 WO2013071987 A1 WO 2013071987A1 EP 2012003430 W EP2012003430 W EP 2012003430W WO 2013071987 A1 WO2013071987 A1 WO 2013071987A1
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PCT/EP2012/003430
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Rudolf Von Prondzinski
Jens Knebel
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Schaltbau Gmbh
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    • H01H3/24—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using pneumatic or hydraulic actuator

Definitions

  • the present invention relates to a high current switch according to the preamble of independent claim 1.
  • Such a switch comprises a first fixed contact and a second fixed contact spaced from the first fixed contact. Further, a relative to the two fixed contacts movable contact bridge and a feed device are provided to transfer the contact bridge of an open position of the switch, in which the two fixed contacts are not connected to each other, in a closed position in which the contact bridge electrically interconnects the two fixed contacts combines. The feed device is further provided to press the contact bridge in the closed position against the two fixed contacts.
  • switches can be divided into two fundamentally different designs.
  • the contact bridge is moved during the switching process by means of a suitable feed device on the two fixed contacts until touching the contact surfaces of the fixed contacts and the contact surfaces of the contact bridge and firmly abut each other.
  • the contact bridge is usually spring actuated or even formed itself as a spring.
  • the dimensioning of the contact bridge influenced just when the contact bridge is designed as a spring, quite significantly the thermally possible continuous current of the switch. If a short-circuit occurs in these switches in the switched circuit, a current with a current intensity which is significantly above the thermally possible continuous current of the switch flows for a short time until the fuse is triggered.
  • This process is repeated as long as the current surge persists.
  • the heating of the contact points by the arc can lead to a welding of the contacts.
  • Particularly critical is the phenomenon of repeated lifting of the contact bridge at spring-actuated contact bridges and contact bridges, which are themselves designed as a spring. If the frequency of the excitation current is in the range of a natural frequency of the spring, then it can lead to a resonance disaster, so that the intermittent incipient arc is maintained for a particularly long time.
  • New high-current applications call for switches that allow a continuous thermal current of about 800 amperes and are suitable for surge currents up to 85 kA or more. These requirements are currently only grown so-called blade contact switch.
  • a usually wedge-shaped contact blade is pressed into a correspondingly wedge-shaped receptacle of the fixed contact.
  • Knife contact switches are often designed so that the knife, so the contact bridge is rotatably connected to one of the two fixed contacts and is pressed only in a corresponding receptacle of the second fixed contact.
  • knife contact switches both very high continuous thermal currents and very high dynamic current surges can be switched. Due to the fact that the blade is pressed in during the switch-on process and the contacts are pulled apart during the switch-off process, friction causes relatively high wear. Compared with switches of the former design, blade contact switches have a comparatively short life.
  • a switch of the aforementioned type is described in DE 10 2006 008480 B4 as known from the prior art.
  • This document also mentions the problem that, in particular at high current pulses and the resulting lifting of the contact bridge to the formation of arcing may occur, both the fixed contacts as also destroy the movable contact bridge.
  • the DE 10 2006 008480 B4 therefore proposes to design the contact bridge U-shaped or pot-shaped, wherein the contact bridge in the on state encloses projections of the two fixed contacts projecting at right angles.
  • the extensions of the two fixed contacts are resilient and press in the on state from the inside outwards against the cup-shaped contact bridge. Magnetic fields generated by current pulses reinforce the contact pressure between fixed contacts and contact bridge in this design. A lifting of the contact bridge is thus avoided.
  • Object of the present invention is therefore to provide a high-current switch, which is suitable for continuous thermal currents of about 800 amps and surge currents up to about 85 kA and at the same time has a long service life.
  • a solution according to the invention is the task when the delivery device is designed without a spring, wherein the stiffness of the contact bridge and delivery device in the direction of the pressing force corresponds to a value of at least 50,000 kNmm 2 , and wherein the lowest natural frequency of the system consisting of contact bridge and feed device in the direction of the pressing force is greater than 2000 Hz.
  • Contact bridge and delivery device are thus sufficiently stiff to transfer the required high Anpress- forces that prevent lifting the contact bridge at high surge currents with currents up to about 85 kA. Due to the lowest natural frequency of the system according to the invention, consisting of contact bridge and delivery device of at least 2000 Hz, it is ensured that a resonance catastrophe can not occur.
  • two movable contact bridges are provided, wherein the two fixed contacts are respectively arranged at one end of the contact bridges between the two contact bridges, and wherein the feed device is adapted to the two contact bridges from an open position in which the two fixed contacts are not connected to each other, to convert into a closed position in which the two fixed contacts are electrically connected to each other by both contact bridges, wherein the contact bridges are pressed in the closed position by the feed device against each other on the fixed contacts.
  • the application of particularly large contact forces is possible.
  • the two contact bridges are pressed with the same force against the fixed contacts, so that the resulting force on the storage of the two fixed contacts goes to zero.
  • the fixed contacts must therefore not be stored very stable in the housing of the high-current switch. Destruction of the switch due to particularly high contact pressure is thus avoided.
  • the feed device is dimensioned so that the contact bridge or the contact bridges in the closed position in each case with a force of at least 500 N is pressed onto the two fixed contacts or be. This avoids lifting of the contact bridge at surge currents of more than 35 kA.
  • the feed device comprises a spindle drive to transfer the contact bridge or the contact bridges from the open position to the closed position and to press in the manner of a screw on the fixed contacts. This embodiment allows the application of very large contact forces at the same time very simple construction of the high-current switch. In order to generate large contact forces, all kinds of transmissions, for example wedge gears or the like, are also conceivable.
  • a spindle of the spindle drive is rotatably mounted on a housing of the high-current switch, wherein the spindle between the two fixed contacts and is arranged perpendicular to the longitudinal extent of the contact bridge or the contact bridges.
  • only one spindle is required to produce a uniformly distributed contact force on both fixed contacts. This structure is particularly simple and also allows a cost-effective production.
  • the spindle has two opposing threads, wherein the opposing threads are each in engagement with one of the two contact bridges.
  • two contact bridges can be brought from an open position, in which the two contact bridges do not touch the fixed contacts, into a closed position in which the two contact bridges each connect both fixed contacts to one another.
  • the two contact bridges can move toward one another in a clockwise rotation of the spindle against the fixed contacts, wherein a rotation of the spindle counterclockwise causes the two contact bridges again move away from the fixed contacts.
  • the spindle is mounted axially displaceable on the housing under a certain play. This ensures that the two contact bridges are pressed evenly against the fixed contacts. Component tolerances can lead to one of the two contact bridges with axially non-displaceably mounted spindle, the fixed contacts during switching achieved sooner than the second contact bridge. This would mean that a bending moment acts on the fixed contacts, as a result of which the bearings of the two fixed contacts are loaded during each switching operation. This would affect the life of the switch.
  • the axial play of the spindle must be smaller be as the travel of the contact bridges between the open position and the closed position.
  • At least one sliding guide exists between the contact bridge and the housing of the high-current switch. This ensures that the contact bridges can be safely and easily closed or opened.
  • the contact bridge comprises at both ends in each case a 90 ° angled sliding guide element.
  • the contact bridge comprises at both ends in each case a 90 ° angled sliding guide element.
  • the adjusting device is hydraulically driven.
  • very high pressure forces can be achieved.
  • a hydraulic feed device is also rigid in the aforementioned sense.
  • the high-current switch is an AC switch, wherein the lowest natural frequency of the system consisting of contact bridge and delivery device, in the direction of the pressing force is greater than the AC frequency.
  • the AC frequency is in the range of a resonance frequency of the system consisting of contact bridge and delivery device, this system is excited to vibrate. This can lead to a resonance disaster. The result would be a periodic lifting of the contact bridge and the formation of an arc between contact bridge and fixed contact. But if the switch is designed according to the preferred embodiment so that the natural frequency of the system consisting of contact bridge and feed device in the direction of the pressing force is greater than the AC frequency, just this vibration excitation is avoided.
  • the contact surfaces of the fixed contacts and the contact bridges are preferably made of silver. Since silver is very soft, a very good surface contact is achieved due to the contact pressure between the fixed contacts and the contact bridge.
  • Figure 1 shows a high-current switch according to the invention in an oblique view in a closed position
  • FIG 2 shows the high-current switch according to the invention from Figure 1 in open
  • Figures 1 and 2 show an embodiment of a high-current switch 1 according to the invention in the closed position ( Figure 1) or open position ( Figure 2).
  • the housing 6 of the high-current switch 1 according to the invention is shown partially open to allow an insight into the interior of the switch.
  • the switch comprises a left first fixed contact 2 and a right second fixed contact 3.
  • the two fixed contacts 2 and 3 are spaced apart from each other in the housing 6 of the switch 1, wherein in each case one end of the fixed contacts 2 and 3 protrudes from the housing 6. At this end there is in each case an electrical connection 9 in order to be able to integrate the switch 1 in the circuit to be switched.
  • each of the two contact bridges 4 comprises as a conductor a rectangular copper rod 43, at both ends of which a first contact surface 41 and a second contact surface 42 are arranged.
  • the contact surfaces 41 and 42 are designated only in FIG. FIG. 2 likewise shows that the first fixed contact has a contact surface 21 on its end lying in the interior of the housing 6 both on its upper side and on its lower side.
  • the right second fixed contact 3 also comprises two such contact surfaces 3.
  • the first contact surface 41 of the two bridges 4 is flat on each of a contact surface 21 of the first fixed contact 2 at.
  • the second contact surface 42 of the bridges 4 each contacts a contact surface 31 of the second fixed contact 3.
  • a spindle 5 Perpendicular to the longitudinal extent of the two contact bridges 4, a spindle 5 is arranged centrally between the two fixed contacts 2 and 3 and is rotatably mounted on the housing 6.
  • the spindle 5 is provided to actuate the switch, and move the two contact bridges 4 during the switching on the fixed contacts 2 and 3 and press against each other on the fixed contacts 2 and 3 and the two contact bridges 4 during the turn-off of the two fixed contacts 2 and 3 away.
  • the spindle 5 comprises two threaded sections 51 and 52, which in each case engage with one of the two contact bridges 4 via a nut 8 permanently connected to the contact bridge 4.
  • the two threaded portions 51 and 52 are designed in opposite directions, so that a rotation of the threaded spindle 5 causes counterclockwise that the two contact bridges in the direction of the two fixed contacts 2 and 3 are moved towards each other. A clockwise rotation of the spindle 5 causes the two contact bridges to move away from each other and the connection of the two fixed contacts 2 and 3 to be released.
  • the contact bridges each comprise a sliding guide element 7 at its two ends.
  • the sliding guide element 7 is a sheet steel component which is screwed onto the copper rod 43 of the bridge 4 and projects at right angles at the respective end of the contact bridge 4.
  • the protruding leg of the Gleit Resultsselements 7 thus extends parallel to the axis of the spindle 5.
  • the protruding legs of the Gleit Adjustsetti 7 are guided on Gleit Resultssblöcken 61 of the housing 6.
  • the guide surfaces of the slide blocks 61 are also parallel to the axis of the spindle fifth
  • the switch 1 according to the invention therefore has a much longer service life than comparable blade contact switches.
  • the contact surfaces 21, 31, 41 and 42 are made of silver. Silver conducts very well and is also relatively soft, resulting in a very good contact even with low contact forces between contact bridge and fixed contact.
  • the drive of the spindle 5, which may for example consist of an electric motor. By the spindle drive a high contact pressure can be realized even with a low motor torque, with which the contact bridges 4 are pressed onto the inner ends of the fixed contacts 2 and 3.
  • the threaded spindle 5 is mounted axially displaceable under a certain play on the housing 6 of the switch 1. As a result, the two contact bridges 4 are pressed uniformly against the two fixed contacts 2 and 3 with the switch closed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochstromschalter (1) mit einem ersten Festkontakt (2), einem von dem ersten Festkontakt (3) beabstandeten zweiten Festkontakt und zumindest einer gegenüber den beiden Festkontakten beweglichen Kontaktbrücke (4). Ferner ist eine Zustellvorrichtung vorgesehen, um die Kontaktbrücke (4) von einer geöffneten Stellung, in der die beiden Festkontakte (2, 3) nicht miteinander verbunden sind, in eine geschlossene Stellung zu überführen, in der die Kontaktbrücke die beiden Festkontakte elektrisch miteinander verbindet. Die Zustellvorrichtung ist ferner dazu vorgesehen, die Kontaktbrücke in der geschlossenen Stellung gegen die beiden Festkontakte zu pressen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zustellvorrichtung federlos ausgebildet ist, wobei die Steifigkeit von Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft einem Wert von mindestens 50.000 kNmm2 entspricht, und wobei die niedrigste Eigenfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft größer 2000 Hz ist.

Description

Hochstromschalter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochstromschalter nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Ein derartiger Schalter umfasst einen ersten Festkontakt und einen von dem ersten Festkontakt beabstandeten zweiten Festkontakt. Ferner sind eine gegenüber den beiden Festkontakten bewegliche Kontaktbrücke und eine Zustellvorrichtung vorgesehen, um die Kontaktbrücke von einer geöffneten Stellung des Schalters, in der die beiden Festkontakte nicht miteinander verbunden sind, in eine geschlossene Stellung zu überführen, in der die Kontaktbrücke die beiden Festkontakte elektrisch miteinander verbindet. Die Zustellvorrichtung ist ferner dazu vorgesehen, die Kontaktbrücke in der geschlossenen Stellung gegen die beiden Festkontakte zu pressen.
Generell können bei Schaltern zwei grundsätzlich verschiedene Bauweisen unterschieden werden. Bei der ersten Bauweise wird die Kontaktbrücke beim Schaltvorgang mittels einer geeigneten Zustellvorrichtung auf die beiden Festkontakte zubewegt, bis sich die Kontaktflächen der Festkontakte und die Kontaktflächen der Kontaktbrücke berühren und fest aneinander anliegen. Die Kontaktbrücke ist zumeist federbetätigt oder ist sogar selbst als Feder ausgebildet. Am Markt sind Hochstromschalter verfügbar, die nach diesem Prinzip arbeiten. Die Dimensionierung der Kontaktbrücke beeinflusst gerade dann, wenn die Kontaktbrücke als Feder ausgebildet ist, ganz maßgeblich den thermisch möglichen Dauerstrom des Schalters. Kommt es bei diesen Schaltern im geschalteten Stromkreis zu einem Kurzschluss, so fließt bis zum Auslösen der Sicherung für eine kurze Zeit ein Strom mit einer Stromstärke, die deutlich über dem thermisch möglichen Dauerstrom des Schalters liegt. Bei derartigen Stromstößen mit Stromstärken von mehreren kA werden im Bereich der Kontaktstellen durch den Stromfluss entgegengesetzte Magnetfelder erzeugt, die hohe Kräfte zwischen den Festkontakten und der Kontaktbrücke hervorrufen. Diese magnetischen Kräfte sind entgegen der Anpresskraft gerichtet, mit der die Kontaktbrücke auf die Festkontakte gepresst wird, und können bei entsprechend großen Stromstärken zu einem Abheben der Kontaktbrücke führen. Dabei entsteht zwischen Festkontakt und Kontaktbrücke ein Lichtbogen, durch den Festkontakt und Kontaktbrücke lokal erwärmt werden, was auch dazu führen kann, dass das Material aufgeschmolzen wird. Kommt es zum Abheben der Kontaktbrücke, so fließt durch den Lichtbogen ein weitaus geringerer Strom als zuvor bei geschlossenem Schalter. Der geringere Stromfluss führt auch zu einer Verringerung der magnetisch hervorgerufenen Abhebekräfte, wodurch der Schalter kurze Zeit darauf aufgrund der dauerhaft wirkenden Anpresskraft wieder geschlossen wird. Dieser Prozess wiederholt sich so lange der Stromstoß andauert. Die Erwärmung der Kontaktstellen durch den Lichtbogen kann dabei zu einem Verschweißen der Kontakte führen. Besonders kritisch ist das Phänomen des wiederholten Abhebens der Kontaktbrücke bei federbetätigten Kontaktbrücken und bei Kontaktbrücken, die selbst als Feder ausgebildet sind. Falls die Frequenz des Erregerstroms im Bereich einer Eigenfrequenz der Feder liegt, so kann es zu einer Resonanzkatastrophe kommen, so dass der intermittierend einsetzende Lichtbogen besonders lange aufrecht erhalten wird.
Am Markt sind derzeit federbetätigte Hochstromschalter erhältlich, die für Stromstöße bis etwa 30 kA geeignet sind. Der letztendlich begrenzende Faktor ist die durch die Feder erzielbare Anpresskraft, durch welche die Kontaktbrücke auf die beiden Festkontakte ge- presst wird. Derartige Schalter werden in der Regel lastlos geschaltet.
Neue Hochstromanwendungen verlangen nach Schaltern, die einen thermischen Dauerstrom von etwa 800 Ampere erlauben und für Stoßströme bis zu 85 kA oder darüber hinaus geeignet sind. Diesen Anforderungen sind derzeit nur sogenannte Messerkontaktschalter gewachsen. Bei dieser zweiten Bauweise wird ein meist keilförmig ausgebildetes Kontaktmesser in eine entsprechend keilförmig ausgebildete Aufnahme des Festkontakts eingepresst. Messerkontaktschalter sind oft so ausgeführt, dass das Messer, also die Kontaktbrücke, drehbar mit einem der beiden Festkontakte verbunden ist und lediglich in eine entsprechende Aufnahme des zweiten Festkontakts eingepresst wird. Mit Messerkontaktschaltern können sowohl sehr hohe thermische Dauerströme als auch sehr hohe dynamische Stromstöße geschaltet werden. Durch das Einpressen des Messers beim Einschaltvorgang und das Auseinanderziehen der Kontakte beim Ausschaltvorgang kommt es aufgrund von Reibung zu einem relativ großen Verschleiß. Gegenüber Schaltern der erstgenannten Bauweise haben Messerkontaktschalter eine vergleichsweise geringe Lebensdauer.
Ein Schalter der eingangs genannten Art ist in DE 10 2006 008480 B4 als aus dem Stand der Technik bekannt beschrieben. Diese Druckschrift nennt auch das Problem, dass es insbesondere bei hohen Strompulsen und dem daraus resultierenden Abheben der Kontaktbrücke zur Entstehung von Lichtbögen kommen kann, die sowohl die Festkontakte als auch die bewegliche Kontaktbrücke zerstören. Die DE 10 2006 008480 B4 schlägt daher vor, die Kontaktbrücke U-förmig bzw. topfförmig auszugestalten, wobei die Kontaktbrücke im eingeschalteten Zustand rechtwinklig abstehende Fortsätze der beiden Festkontakte umschließt. Die Fortsätze der beiden Festkontakte sind federnd ausgebildet und drücken im eingeschaltenen Zustand von innen nach außen gegen die topfförmig ausgestaltete Kontaktbrücke. Durch Strompulse erzeugte magnetische Felder verstärken bei dieser Bauweise den Anpressdruck zwischen Festkontakten und Kontaktbrücke. Ein Abheben der Kontaktbrücke wird dadurch also vermieden. Jedoch sind die federnd ausgestalteten Fortsätze der beiden Festkontakte im ausgeschalteten Zustand nach außen gespreizt, so dass es beim Schließen und Öffnen des Schalters aufgrund von Reibung zu einem Verschleiß von Kontaktbrücke und Festkontaktfortsätzen kommt, wodurch die Lebensdauer des aus DE 10 2006 008480 B4 bekannten Schalters auch relativ gering ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hochstromschalter bereitzustellen, der für thermische Dauerströme von etwa 800 Ampere und Stoßströme bis ca. 85 kA geeignet ist und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn die Zustellvorrichtung federlos ausgebildet ist, wobei die Steifigkeit von Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft einem Wert von mindestens 50.000 kNmm2 entspricht, und wobei die niedrigste Eigenfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft größer als 2000 Hz ist. Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung sind dadurch ausreichend steif, um die erforderlichen hohen Anpress-kräfte übertragen zu können, die ein Abheben der Kontaktbrücke bei großen Stoßströmen mit Stromstärken bis ca. 85 kA verhindern. Durch die erfindungsgemäße niedrigste Eigenfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung von mindestens 2000 Hz ist sichergestellt, dass es nicht zu einer Resonanzkatastrophe kommen kann. Mögliche Erregerfequenzen liegen bei denkbaren Anwendungsfällen unter 2000 Hz. Das gesamte System bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung ist als starr und somit als federlos zu betrachten. Dies bedeutet nicht, dass Einzelteile der Zustellvorrichtung oder auch der Kontaktbrücke, die nicht direkt an der Kraftübertragung beteiligt sind, nicht auch geringere Steifigkeitswerte aufweisen können. So z.B. Beilagscheiben, die in gewissen Baugruppen der Zustellvorrichtung oder der Kontaktbrücke verbaut sein können.
Sofern es zu einem Stromstoß kommt, wird die Verbindung zwischen Festkontakt und Kontaktbrücke, die durch die Presskraft der Zustellvorrichtung aufrecht erhalten wird, zeitweise entlastet, ohne dass es zu einem Abheben der Kontaktbrücke kommt. Festkontakte und Kontaktbrücke sehen lediglich eine leichte zeitweilige Verformung. Die aufgrund der großen Stromstärke hervorgerufenen magnetischen Kräfte werden von der Kontaktbrücke und der Zustellvorrichtung absorbiert und vollständig in Wärme umgewandelt. Einen besonders großen Vorteil gegenüber herkömmlichen Messerschaltern bietet die weitaus höhere Lebensdauer des erfindungsgemäßen Hochstromschalters.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei bewegliche Kontaktbrücken vorgesehen, wobei die beiden Festkontakte jeweils an einem Ende der Kontaktbrücken zwischen den beiden Kontaktbrücken angeordnet sind, und wobei die Zustellvorrichtung dazu ausgebildet ist, die beiden Kontaktbrücken von einer geöffneten Stellung, in der die beiden Festkontakte nicht miteinander verbunden sind, in eine geschlossene Stellung zu überführen, in der die beiden Festkontakte durch beide Kontaktbrücken elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Kontaktbrücken in der geschlossenen Stellung durch die Zustellvorrichtung gegeneinander auf die Festkontakte gepresst werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Aufbringung besonders großer Anpresskräfte möglich. Vorzugsweise werden die beiden Kontaktbrücken mit derselben Kraft gegen die Festkontakte gepresst, so dass die resultierende Kraft auf die Lagerung der beiden Festkontakte gegen Null geht. Die Festkontakte müssen daher nicht besonders stabil im Gehäuse des Hochstromschalters gelagert sein. Eine Zerstörung des Schalters aufgrund besonders hoher Anpresskräfte wird somit vermieden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Zustellvorrichtung so dimensioniert, dass die Kontaktbrücke bzw. die Kontaktbrücken in der geschlossenen Stellung jeweils mit einer Kraft von mindestens 500 N auf die beiden Festkontakte gepresst wird bzw. werden. Dadurch wird ein Abheben der Kontaktbrücke bei Stoßströmen von mehr als 35 kA vermieden. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Zustellvorrichtung einen Spindelantrieb, um die Kontaktbrücke bzw. die Kontaktbrücken von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu überführen und nach Art einer Schraubklemme auf die Festkontakte zu pressen. Diese Ausführungsform ermöglicht die Aufbringung sehr großer Anpresskräfte bei gleichzeitig sehr einfachem Aufbau des Hochstromschalters. Um große Anpresskräfte zu erzeugen, sind alternativ auch alle möglichen Arten von Getrieben, beispielsweise Keilgetriebe oder dergleichen, denkbar.
Vorzugsweise ist eine Spindel des Spindelantriebs drehbar an einem Gehäuse des Hochstromschalters gelagert, wobei die Spindel zwischen den beiden Festkontakten und senkrecht zur Längserstreckung der Kontaktbrücke bzw. der Kontaktbrücken angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird nur eine Spindel benötigt, um an beiden Festkontakten eine gleichmäßig verteilte Anpresskraft zu erzeugen. Dieser Aufbau ist besonders einfach und lässt überdies eine kostengünstige Fertigung zu.
Weiter vorzugsweise weist die Spindel zwei gegenläufige Gewinde auf, wobei die gegenläufigen Gewinde jeweils mit einer der beiden Kontaktbrücken in Eingriff stehen. So können auf einfache Art und Weise zwei Kontaktbrücken von einer geöffneten Stellung, in der die beiden Kontaktbrücken die Festkontakte nicht berühren, in eine geschlossene Stellung gebracht werden, in der die beiden Kontaktbrücken jeweils beide Festkontakte miteinander verbinden. Beispielsweise können sich die beiden Kontaktbrücken bei einer Drehung der Spindel im Uhrzeigersinn gegeneinander auf die Festkontakte zubewegen, wobei eine Drehung der Spindel gegen den Uhrzeigersinn bewirkt, dass sich die beiden Kontaktbrücken wieder von den Festkontakten entfernen.
Weiter vorzugsweise ist die Spindel unter einem gewissen Spiel axial verschieblich am Gehäuse gelagert. Dadurch wird sichergestellt, dass die beiden Kontaktbrücken gleichmäßig gegen die Festkontakte gedrückt werden. Bauteiltoleranzen können dazu führen, dass eine der beiden Kontaktbrücken bei axial unverschieblich gelagerter Spindel die Festkontakte beim Schaltvorgang eher erreicht als die zweite Kontaktbrücke. Dies hätte zur Folge, dass auf die Festkontakte ein Biegemoment wirkt, wodurch die Lager der beiden Festkontakte bei jedem Schaltvorgang belastet werden. Darunter würde die Lebensdauer des Schalters leiden. Das axiale Spiel der Spindel muss selbstverständlich geringer sein als der Verfahrweg der Kontaktbrücken zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht zwischen der Kontaktbrücke und dem Gehäuse des Hochstromschalters zumindest eine Gleitführung. Dadurch ist gewährleistet, dass die Kontaktbrücken sicher und problemlos geschlossen bzw. geöffnet werden können.
Vorzugsweise umfasst die Kontaktbrücke an beiden Enden jeweils ein um 90 Grad abgewinkeltes Gleitführungselement. Dadurch wird eine äußerst präzise Führung der Kontaktbrücke an einem entsprechenden Bauteil des Gehäuses ermöglicht, wobei diese Ausführungsform darüber hinaus sehr kostengünstig realisierbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Zu- stellvorrichtung hydraulisch angetrieben. Mittels Hydraulik lassen sich sehr hohe Anpresskräfte erzielen. Eine hydraulische Zustellvorrichtung ist auch starr im vorgenannten Sinn.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Hochstromschalter um einen Wechselstromschalter, wobei die niedrigste Eigenfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung, in Richtung der Presskraft größer ist als die Wechselstromfrequenz. Wenn durch den Hochstromschalter ein Wechselstrom mit großer Stormstärke fließt, so werden im Bereich des Kontakts zwischen den Festkontakten und der Kontaktbrücke Wechselmagnetfelder erzeugt, und zwar mit der Frequenz des Wechselstroms. Liegt die Wechselstromfrequenz im Bereich einer Resonanzfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung, so wird dieses System zu Schwingungen angeregt. Dabei kann es zur Resonanzkatastrophe kommen. Die Folge wäre ein periodisches Abheben der Kontaktbrücke und die Entstehung eines Lichtbogens zwischen Kontaktbrücke und Festkontakt. Wenn aber der Schalter gemäß der bevorzugten Ausführungsform so ausgelegt wird, dass die Eigenfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft größer ist als die Wechselstromfrequenz, so wird gerade diese Schwingungsanregung vermieden.
Die Kontaktflächen der Festkontakte und der Kontaktbrücken bestehen vorzugsweise aus Silber. Da Silber sehr weich ist, wird aufgrund des Anpressdrucks zwischen den Festkontakten und der Kontaktbrücke ein sehr guter Flächenkontakt erzielt. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen.
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Hochstromschalter in Schrägansicht in einer geschlossenen Stellung und
Figur 2 den erfindungsgemäßen Hochstromschalter aus Figur 1 in geöffneter
Stellung.
Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochstromschalters 1 in geschlossener Stellung (Figur 1 ) bzw. geöffneter Stellung (Figur 2).
Das Gehäuse 6 des erfindungsgemäßen Hochstromschalters 1 ist teilweise geöffnet dargestellt, um einen Einblick in das Innenleben des Schalters zu gewähren.
Der Schalter umfasst einen linken ersten Festkontakt 2 und einen rechten zweiten Festkontakt 3. Die beiden Festkontakte 2 und 3 sind beabstandet voneinander in dem Gehäuse 6 des Schalters 1 gelagert, wobei jeweils ein Ende der Festkontakte 2 bzw. 3 aus dem Gehäuse 6 hervorsteht. An diesem Ende befindet sich jeweils ein elektrischer Anschluss 9, um den Schalter 1 in den zu schaltenden Stromkreis integrieren zu können.
In der in Figur 1 gezeigten geschlossenen Stellung des Schalters 1 sind die beiden Festkontakte 2 und 3 über die beiden Kontaktbrücken 4 elektrisch miteinander verbunden. Jede der beiden Kontaktbrücken 4 umfaßt als Stromleiter einen rechteckigen Kupferstab 43, an dessen beiden Enden eine erste Kontaktfläche 41 bzw. eine zweite Kontaktfläche 42 angeordnet sind. Die Kontaktflächen 41 und 42 sind lediglich in Figur 2 bezeichnet. Die Figur 2 zeigt ebenfalls, dass der erste Festkontakt an seinem im Inneren des Gehäuses 6 liegenden Ende sowohl auf seiner Oberseite als auch auf seiner Unterseite eine Kontaktfläche 21 aufweist. Ebenso umfaßt auch der rechte zweite Festkontakt 3 zwei derartige Kontaktflächen 3 . Im geschlossenen Zustand des Schalters, der in Figur 1 dargestellt ist, liegt die erste Kontaktfläche 41 der beiden Brücken 4 plan an jeweils einer Kontaktfläche 21 des ersten Festkontaktes 2 an. Die zweite Kontaktfläche 42 der Brücken 4 kontaktiert jeweils eine Kontaktfläche 31 des zweiten Festkontaktes 3. Senkrecht zur Längserstreckung der beiden Kontaktbrücken 4 ist mittig zwischen den beiden Festkontakten 2 und 3 eine Spindel 5 angeordnet, die drehbar am Gehäuse 6 gelagert ist. Die Spindel 5 ist dazu vorgesehen, den Schalter zu betätigen, bzw. die beiden Kontaktbrücken 4 beim Einschaltvorgang auf die Festkontakte 2 und 3 zuzubewegen und gegeneinander auf die Festkontakte 2 und 3 zu pressen und die beiden Kontaktbrücken 4 beim Ausschaltvorgang von den beiden Festkontakten 2 und 3 wegzubewegen. Die Spindel 5 umfasst dazu zwei Gewindeabschnitte 51 und 52, die über eine fest mit der Kontaktbrücke 4 verbundene Mutter 8 jeweils mit einer der beiden Kontaktbrücken 4 in Eingriff stehen. Die beiden Gewindeabschnitte 51 und 52 sind gegenläufig ausgeführt, so dass eine Drehung der Gewindespindel 5 gegen den Uhrzeigersinn bewirkt, dass die beiden Kontaktbrücken in Richtung der beiden Festkontakte 2 und 3 aufeinander zubewegt werden. Eine Drehung der Spindel 5 im Uhrzeigersinn bewirkt, dass sich die beiden Kontaktbrücken voneinander entfernen und die Verbindung der beiden Festkontakte 2 und 3 gelöst wird. Zur Führung der Kontaktbrücken am Gehäuse 6 umfassen die Kontaktbrücken an ihren beiden Enden jeweils ein Gleitführungselement 7. Das Gleitführungselement 7 ist ein Stahlblechbauteil, das auf den Kupferstab 43 der Brücke 4 aufgeschraubt ist und am jeweiligen Ende der Kontaktbrücke 4 im rechten Winkel absteht. Der abstehende Schenkel des Gleitführungselements 7 verläuft somit parallel zur Achse der Spindel 5. Die abstehenden Schenkel der Gleitführungselemente 7 werden an Gleitführungsblöcken 61 des Gehäuses 6 geführt. Die Führungsflächen der Gleitblöcke 61 verlaufen ebenfalls parallel zur Achse der Spindel 5.
Da die Bewegungsrichtung der beiden Kontaktbrücken 4 senkrecht zu den Kontaktflächen 21 bzw. 31 der beiden Festkontakte 2 und 3 verläuft, tritt zwischen den Kontaktflächen 41 und 42 der Kontaktbrücken 4 und den Kontaktflächen 21 und 31 der Festkontakte 2 und 3 beim Öffnen und Schließen des Schalters keine bzw. allenfalls eine sehr geringe Reibung auf.
Der erfindungsgemäße Schalter 1 hat daher eine weitaus größere Lebensdauer als vergleichbare Messerkontaktschalter. Die Kontaktflächen 21 , 31 , 41 und 42 bestehen aus Silber. Silber leitet sehr gut und ist zudem relativ weich, wodurch sich auch bei geringen Anpresskräften zwischen Kontaktbrücke und Festkontakt eine sehr gute Kontaktierung ergibt. Nicht gezeigt ist der Antrieb der Spindel 5, der beispielsweise in einem Elektromotor bestehen kann. Durch den Spindelantrieb ist auch bei einem geringen Motordrehmoment eine hohe Anpresskraft realisierbar, mit welcher die Kontaktbrücken 4 auf die innen liegenden Enden der Festkontakte 2 und 3 gepresst werden. Um Bauteiltoleranzen auszugleichen, ist die Gewindespindel 5 unter einem gewissen Spiel axial verschieblich am Gehäuse 6 des Schalters 1 gelagert. Dadurch werden die beiden Kontaktbrücken 4 bei geschlossenem Schalter gleichmäßig gegen die beiden Festkontakte 2 und 3 gepresst.

Claims

Ansprüche
1. Hochstromschalter (1) mit einem ersten Festkontakt (2), einem von dem ersten Festkontakt beabstandeten zweiten Festkontakt (3), zumindest einer gegenüber den beiden Festkontakten beweglichen Kontaktbrücke (4), und mit einer Zustellvorrichtung, um die Kontaktbrücke von einer geöffneten Stellung, in der die beiden Festkontakte nicht miteinander verbunden sind, in eine geschlossene Stellung zu überführen, in der die Kontaktbrücke die beiden Festkontakte elektrisch miteinander verbindet, wobei die Zustellvorrichtung ferner dazu vorgesehen ist, die Kontaktbrücke in der geschlossenen Stellung gegen die beiden Festkontakte zu pressen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellvorrichtung federlos ausgebildet ist, wobei die Steifigkeit von Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft einem Wert von mindestens 50.000 kNmm2 entspricht, und wobei die niedrigste Eigenfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft größer 2.000 Hz ist.
2. Hochstromschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bewegliche Kontaktbrücken (4) vorgesehen sind, wobei die beiden Festkontakte jeweils an einem Ende der Kontaktbrücken zwischen den beiden Kontaktbrücken angeordnet sind, und wobei die Zustellvorrichtung dazu ausgebildet ist, die beiden Kontaktbrücken von einer geöffneten Stellung, in der die beiden Festkontakte nicht miteinander verbunden sind, in eine geschlossene Stellung zu überführen, in der die beiden Festkontakte durch beide Kontaktbrücken elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Kontaktbrücken in der geschlossenen Stellung durch die Zustellvorrichtung gegeneinander auf die Festkontakte gepresst werden.
3. Hochstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellvorrichtung so dimensioniert ist, dass die Kontaktbrücke bzw. die Kontaktbrücken in der geschlossenen Stellung jeweils mit einer Kraft von mindestens 500 N auf die beiden Festkontakte gepresst wird bzw. werden.
4. Hochstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellvorrichtung einen Spindelantrieb umfasst, um die Kontaktbrücke bzw. die Kontaktbrücken von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu überführen und nach Art einer Schraubklemme auf die Festkontakte zu pressen.
5. Hochstromschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spindel (5) des Spindelantriebs drehbar an einem Gehäuse (6) des Hochstromschalters (1 ) gelagert ist, wobei die Spindel zwischen den beiden Festkontakten und senkrecht zur Längserstreckung der Kontaktbrücke bzw. der Kontaktbrücken angeordnet ist.
6. Hochstromschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (5) zwei gegenläufige Gewinde (51 , 52) aufweist, wobei die gegenläufigen Gewinde jeweils mit einer der beiden Kontaktbrücken in Eingriff stehen.
7. Hochstromschalter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (5) unter einem gewissen Spiel axial verschieblich am Gehäuse (6) gelagert ist.
8. Hochstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kontaktbrücke (4) und dem Gehäuse (6) des Hochstromschalters (1) zumindest eine Gleitführung besteht.
9. Hochstromschalter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (4) an beiden Enden jeweils ein um 90° abgewinkeltes Gleitführungselement (7) umfasst.
10. Hochstromschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellvorrichtung hydraulisch angetrieben ist.
1 1. Hochstromschalter (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Wechselstromschalter handelt, wobei die niedrigste Eigenfrequenz des Systems bestehend aus Kontaktbrücke und Zustellvorrichtung in Richtung der Presskraft größer ist als die Wechselstromfrequenz.
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