DE10056818A1

DE10056818A1 - Kontaktanordung für strombegrenzende Schutzschalter

Info

Publication number: DE10056818A1
Application number: DE10056818A
Authority: DE
Inventors: Franz Boeder
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-23
Also published as: WO2002041347A1; EP1334504A1; DE50105561D1; EP1334504B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutzschalter im Niederspannungsbereich, insbesondere für strombegrenzende Leistungsschalter. Eine Drehkontaktbrücke (10) ist über paarweise symmetrisch angeordnete Kontaktkraft-Zugfedern (18) mit einer Schaltwelle (6) verbunden. Zur Abbremsung der von feststehenden Kontakten (16) elektrodynamisch abgestoßenen Kontaktbrücke (10) ist jede der beiden der Kontaktbrücke (10) gegenüberstehenden Innenwände (26) der Schaltwelle (6) in der Weise ausgebildet, dass sie ausgehend von der Einschaltstellung in Richtung der Abstoßstellung der Kontaktbrücke (10) für die Zugfedern (18) von je einen Spielbereich (28) in je einen Reibbereich (30) übergeht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für strombegrenzende Schutz schalter im Niederspannungsbereich, insbesondere für strombegrenzende Leistungsschalter, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der Druckschrift EP-0314540-B1 ist eine derartige Kontaktanordnung für einen Niederspannungs-Mehrpol-Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse be kannt, das eine mittels im Gehäuse eingearbeiteter Gleitlager um eine festste hende Querachse drehbare Schaltwelle aufweist, wobei die Achse senkrecht zur Längsrichtung jedes Pols steht. Jeder Pol umfasst zwei mit Anschluss schienen verbundene feststehende Kontakte, eine Drehkontaktbrücke, die sich entlang der Längsachse des Pols in einer spielbehafteten Aufnahme der Schaltwelle erstreckt und einander gegenüber liegende Kontaktstücke auf weist, die in Einschaltstellung mit den feststehenden Kontakten zusammenwir ken, und zwei im Inneren der Schaltwelle angebrachte Zugfedern, die auf die Kontaktbrücke einwirken und so einen festgelegten Kontaktdruck der Kontakt stücke auf die feststehenden Kontakte gewährleisten, wobei eines der Enden jeder Zugfeder mit einem Mitnehmerelement der Schaltwelle zusammenwirkt. Die beiden Federn sind in der Aufnahme für die Kontaktbrücke montiert, wobei das andere Ende jeder Feder an einem Befestigungselement der Kontaktbrü cke angebracht ist. Die beiden Befestigungselemente bzw. Mitnehmerele mente der beiden Federn stehen sich in Bezug auf eine gedachte Drehachse der Kontaktbrücke bzw. die feststehende Querachse der Schaltwelle diametral gegenüber. Diese Anordnung der Federn gewährleistet eine freie Verschieb barkeit der gedachten Drehachse der Kontaktbrücke in Bezug auf die festste hende Querachse der Schaltwelle und ermöglicht gleichzeitig ein Kraftmoment zur gleichmäßigen Verteilung des Kontaktdruckes sowie eine elastische Posi tionierung der Kontaktbrücke mit zwei translatorischen Freiheitsgraden, wobei die Kontaktbrücke durch die selbstzentrierende Wirkung der Federn auf der Längsachse in einer Gleichgewichtsposition gehalten wird. Die Anschluss schienen mit den feststehenden Kontakten sind schleifenförmig ausgebildet, so dass sie, wenn sie von einem Kurzschlussstrom durchflossen werden, die Kontaktbrücke entgegen der Kraftwirkung der Zugfedern in Richtung einer Ab stoßstellung zurückstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugen. Bei einer derartigen Kontaktanordnung besteht die Gefahr, dass die bei Kurzschluss durch elektrodynamische Kräfte aufgeschleuderte bewegliche Kontaktbrücke ihren Anschlag beschädigt oder zu schnell zurückfällt, was zu unerwünschten Wiederzündungen von Lichtbögen und/oder Kontaktverschweißungen führen kann.

Aus der Druckschrift EP-0560697-B1 ist ein Niederspannungs-Leistungs schalter mit einer Kontaktanordnung pro Pol bekannt, die mit zwei symmet risch zueinander zu beiden Seiten der Kontaktbrücke angeordneten Paaren von Zugfedern ausgestattet ist. Die Federn sind symmetrisch auf beiden Sei ten der Drehachse der Kontaktbrücke angeordnet und weisen jeweils ein an der Kontaktbrücke gelagertes Ende auf. Zum Abbremsen und gegebenenfalls Festhalten der von den feststehenden Kontakten elektrodynamisch abgesto ßenen Kontaktbrücke ist ein entgegengesetztes Ende der genannten Federn auf den Enden jeweils einer gleitend verschiebbar in einer Rastkerbe der Schaltwelle angeordneten, als Querachse ausgebildeten Stange gelagert und weist die Kontaktbrücke symmetrisch zu ihrer Drehachse ein Paar Steuerkur ven auf, die so ausgelegt sind, dass sie im Endabschnitt des Abstoßungshubs der Kontaktbrücke mit jeweils einer der Stangen zusammenwirken, um die Bewegung der Kontaktbrücke abzubremsen. Die Stangen sind in den Rastker ben begrenzt verschiebbar gelagert, wobei die diametral gegenüber liegenden Rastkerben annähernd entlang der Wirklinie der zugeordneten Federn verlau fen. Die Federn gewährleisten eine elastische Positionierung der Kontaktbrü cke in der Aussparung der Schaltwelle und definieren dabei eine fiktive Dreh achse der Kontaktbrücke in Bezug auf die Schaltwelle. Das Profil der gegen über den beweglichen Kontaktstücken angeordneten Steuerkurven bewirkt eine Verschiebung der Stangen in der Rastkerbe sowie eine der Schwenkbe wegung der Kontaktbrücke in Richtung der Abstoßstellung entsprechende kontinuierliche Spannung der Federn mit einer Speicherung der Energie in den Federn. Das Profil der Steuerkurven kann so ausgelegt werden, dass die Kontaktbrücke in der Abstoßstellung verrastet; wobei die drehbar gelagerte Schaltwelle durch einen Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters be tätigt wird und der Öffnungshub der Kontaktbrücke so begrenzt ist, dass die Drehung der Schaltwelle während der Ausschaltbewegung ein Abheben der Stangen von den Steuerkurven bewirkt. Während der Schwenkbewegung der Kontaktbrücke in Richtung der Abstoßstellung verschiebt sich die Wirklinie je der Feder und verkürzt dabei den Hebelarm, wodurch das von den Federn auf die Kontaktbrücke ausgeübte Rückstell-Kraftmoment verringert wird. Nachteilig bei dieser Kontaktanordnung sind das zusätzliche Erfordernis der beweglich zu lagernden Stangen und die unzureichende Bremswirkung bei hohen Abstoß kräften infolge der geringen Reibflächen sowie Reibkoeffizienten zwischen den Stangen aus Stahl und der Kontaktbrücke aus Kupfer.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in einer vereinfachten Kontaktanord nung mit verbessertem Bremsverhalten.

Ausgehend von einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unab hängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Die Kontaktkraft-Zugfedern benötigen für die Abstoßbewegung der Kontakt brücke einen bestimmten Bewegungsraum, der durch den Raum für die Auf nahme der Kontaktbrücke in der Schaltwelle vorhanden ist, wobei dieser Raum zum einen durch die Kontaktbrücke selbst und zum anderen durch den Spiel bereich der gegenüber liegenden Innenwände der Schaltwelle begrenzt wird. Dieser Raum ist so ausgelegt, dass sowohl in der Einschaltstellung als auch in der Ausschaltstellung der Kontaktbrücke ein ausreichendes Spiel für die Fe dern besteht. Beim elektrodynamischen Abstoßen der Kontaktbrücke bewegen sich die Federn anfangs bis zu einer bestimmten Stellung mit der durch dieses Spiel zugelassenen Bewegungsfreiheit. Im weiteren Verlauf der Abstoßbewegung werden jedoch die Federn durch eine bestimmte Formgebung der In nenwände der Schaltwelle in ihrer Bewegung eingeschränkt und in ihrer Ge schwindigkeit gesteuert. Diese Einschränkung besteht darin, dass die Federn im Reibbereich der Zwischenwände in einen definierten Spalt mit einem Un termaß zu ihrem Durchmesser einlaufen. Die Zugfedern pressen sich dabei in den Spalt ein und werden zusätzlich durch Biegung gelängt. Dies bewirkt ein Reiben der Federkörper gegen die Innenwände der Schaltwände und eine vergrößerte Federkraft, welche der Kinetik der Kontaktbrücke entgegenwirkt. Beide Wirkungen ergeben ein Verzögern der Kontaktbrücke und damit eine wesentliche Verringerung ihrer kinetischen Energie, die als Verformungsarbeit und Wärmeverlust abgebaut wird. Bei der erfindungsgemäßen Kontaktanord nung ist keine verschiebliche Lagerung der Zugfedern erforderlich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Formge bung der Innenwände so gewählt wird, dass es im weiteren Verlauf der Ab stoßbewegung wieder zu einem ausreichenden Spiel zwischen den Bewe gungspartnern kommt und die Federn sich geringfügig entspannen können. Das Verweilen der Kontaktbrücke mit den Zugfedern in diesem weiteren Spiel bereich wird nach der Impulsumwandlung und somit der Bewegungsumkehr wieder überwunden und führt zu einem verzögerten Zurückfallen der Kontakt brücke. Mit derartigen Kontaktanordnungen ausgestattete Schutzschalter sind vorteilhaft für selektive Schalteranordnungen geeignet.

U-förmig ausgebildete Doppelzugfedern mit einem quer verlaufenden Zwi schenstück lassen sich in einfacher Weise an der Kontaktbrücke befestigen. Zur Gewährleistung sicherer Bewegungsabläufe der Kontaktbrücke ist diese mit einem Langloch versehen, durch die eine in der Querachse der Schaltwelle verlaufende feststehende Lagerachse geführt ist. Durch die polweise Zusam mensetzung der Schaltwellen aus polweise zugeordneten Schaltwellenseg menten ist die Kontaktanordnung für modular zusammensetzbare Schutz schalter geeignet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgen den, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung in Einschaltstellung im Längsschnitt I-I nach Fig. 3;

Fig. 2 die Kontaktanordnung nach Fig. 1 in Abstoßstellung;

Fig. 3 die Kontaktanordnung mit teilweise weggebrochener Schaltwelle und unter Weglassung der feststehenden Kontakte in Draufsicht III-III nach Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Bewegung einer Zugfeder anhand der auf die wesentlichen Elemente reduzierten Einzelheit IV aus Fig. 3.

Die erfindungsgemäße Kontaktanordnung 2 ist für einen Pol eines nicht weiter dargestellten mehrpoligen Leistungsschalters vorgesehen. Der Leistungs schalter umfasst in üblicher Weise ein Isolierstoffgehäuse, ein von einem An trieb betätigbares Schaltschloss, zuführende und abgehende Anschlussele mente sowie Auslösevorrichtungen für Überlast und Kurzschluss. In dem Ge häuse ist um eine feststehende Querachse 4 (Fig. 3 und 4) eine Schaltwelle 6 drehbar gelagert, wobei die Querachse 4 senkrecht zur Längsrichtung 8 (Fig. 3) des Pols verläuft. Die Schaltwelle 6 ist aus polweise zugeordneten Schalt wellensegmenten zusammengesetzt. Eine Drehkontaktbrücke 10 erstreckt sich entlang der Längsrichtung 8 des Pols in einer spielbehafteten Aufnahme 12 der Schaltwelle 6 und weist einander gegenüber liegende Kontaktstücke 14 auf, die in Einschaltstellung mit feststehenden Kontakten 16 zusammenwirken. Die Kontaktbrücke 10 weist ein Langloch 11 auf, mit dem sie auf einer festste henden, in der Querachse 4 der Schaltwelle 6 verlaufenden Lagerachse 7 ge lagert ist. In der Aufnahme 12 sind zu beiden Seiten der Kontaktbrücke 10 je zwei Zugfedern 18 angeordnet, welche die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Kontaktstücken 14 und den feststehenden Kontakten 16 aufbringen. Die Zugfedern 18 weisen ein an der Kontaktbrücke 10 montiertes erstes Ende 20 und ein an der Schaltwelle 6 montiertes zweites Ende 22 auf. Bei den jeweils zwei Zugfedern 18 zu jeder Seite der Kontaktbrücke 10 stehen sich die beiden ersten Enden 20 in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke 10 und die beiden zweiten Enden 22 in Bezug auf die Querachse 4 der Schaltwelle 6 diametral gegenüber. Die Zugfedern 18 sind symmetrisch in Bezug auf die Kontaktbrücke 10 angeordnet. Je zwei auf gegenüber liegenden Seiten der Kontaktbrücke 10 befindliche erste Enden 20 sind einstückig über quer ver laufende Zwischenstücke 21 verbunden, und je zwei auf gegenüber liegenden Seiten der Kontaktbrücke 10 befindliche zweite Enden 22 sind in querliegen den Stahlstiften 23 eingehängt (Fig. 3). Die Zwischenstücke 21 bilden mit den zugehörigen Zugfedern 18 U-förmig ausgebildete Doppelzugfedern und liegen kraftschlüssig in ersten Kerben 25 der Kontaktbrücke 10 (Fig. 3). Die Stahl stifte 23 liegen in entsprechenden zweiten Kerben 27 der Schaltwelle 6. Mit jedem der beiden feststehenden Kontakte 16 ist eine schleifenförmige An schlussschiene 24 verbunden. Diese Schleifenform bewirkt, dass beim Durch fluss eines Kurzschlussstromes die Kontaktbrücke 10 entgegen der Kraftwir kung der Zugfedern 18 von der Einschaltstellung (Fig. 1) in Richtung einer Ab stoßstellung (Fig. 2) durch elektrodynamische Kräfte zurückgestoßen wird.

Beide Innenwände 26 in der Aufnahme 12 der Schaltwelle 6 sind in besonde rer Weise ausgebildet. In den Bereichen, die den Zugfedern 18 in der Ein schaltstellung bzw. der vom Antrieb bewirkten Ausschaltstellung der Kontakt brücke 10 gegenüber stehen, befinden sich Spielbereiche 28 der Innenwände 26. Die Spielbereiche 28 sind so weit zurückgesetzt, dass die Zugfedern 18 in diesen Bereichen mit ausreichendem Spiel in der Aufnahme 12 lagern. Ausge hend von der Einschaltstellung gehen die Spielbereiche 28 für die Zugfedern 18 in Richtung der Abstoßstellung der Kontaktbrücke 10 in Reibbereiche 30 über. Die Reibbereiche 30 verengen zunehmend den Spalt zwischen den In nenwänden 26 und der Kontaktbrücke 10, wenn sich diese in ihre Abstoßstel lung bewegt, so dass sich die Zugfedern 18 in diesen Bereich hinein pressen müssen. Die dabei entstehende Reibung vernichtet in dem erforderlichen Maße die kinetische Energie der durch die elektrodynamische Abstoßung hoch beschleunigten Kontaktbrücke 10. Die Schaltwelle 6 besteht aus isolierendem Kunststoff, der zusammen mit dem Stahlmaterial der Zugfedern 18 eine vor teilhafte Paarung mit einem hohen Reibungskoeffizienten aufweist.

Die Bewegung der Zugfedern im Verlauf der Abstoßbewegung der Kontaktbrü cke 10 ist in Fig. 4 anhand einer ausgewählten, mit unterbrochenen Linien dargestellten Zugfeder 18 schematisch wiedergegeben. Die Zugfeder 18 durchläuft zuerst den sich über einen ersten Drehwinkelbereich W1 erstre ckenden zugehörigen Spielbereich 28. Danach gelangt die Zugfeder 18 über eines zweiten Drehwinkelbereich W2, wo sich das Spiel zwischen Innenwand 26 und Zugfeder 18 verringert, in den zugehörigen Reibbereich 30, der sich über einen dritten Drehwinkelbereich W3 erstreckt. Schließlich gelangt die Zugfeder 18 über einen vierten Drehwinkelbereich W4, wo zunehmend wieder ein Spiel zwischen Innenwand 26 und Feder 18 entsteht, in einen zugehörigen weiteren Spielbereich 32, der sich über einen fünften Drehwinkelbereich W5 erstreckt. Durch das kurz vor Erreichen der maximalen Abstoßstellung der Kontaktbrücke 10 in dem weiteren Spielbereich 32 wieder geschaffene Spiel zwischen den Innenwänden 26 und den Zugfedern 18 können sich diese ge ringfügig entspannen. Die Kontaktbrücke 10 verweilt dadurch kurzzeitig in die ser Stellung und fällt danach mit merklicher Verzögerung zurück. Durch die Reibbremsung der Zugfedern 18 an den Reibbereichen 30 der Innenwände 26 wird vorteilhaft verhindert, dass die elektrodynamisch zurückgestoßene Kon taktbrücke 10 die Schaltwelle 6 durch heftiges Anschlagen beschädigen kann. Die Bremsung der Kontaktbrücke 10 über die Zugfedern 18 bewirkt außerdem, dass die Kontaktbrücke 10 erst mit erheblicher Verzögerung zurückfällt.

Bezugszeichenliste

2

Kontaktanordnung

4

Querachse

6

Schaltwelle

7

Lagerachse

8

Längsrichtung

10

Kontaktbrücke

11

Langloch

12

Aufnahme

14

Kontaktstücke

16

feststehende Kontakte

18

Zugfedern

20

erstes Ende

21

Verbindungsstücke

22

zweites Ende

23

Stahlstifte

24

Anschlussschienen

25

erste Kerben

26

Innenwände

27

zweite Kerben

28

Spielbereich

30

Reibbereich

32

weiterer Spielbereich
W1. . .W5 Drehwinkelbereiche

Claims

1. Kontaktanordnung für mindestens einpolige, strombegrenzende Schutz schalter im Niederspannungsbereich mit einem Isolierstoffgehäuse, um fassend
eine im Gehäuse um eine feststehende Querachse (4) drehbar gela gerte Schaltwelle (6), wobei die Querachse (4) senkrecht zur Längs richtung (8) jedes Pols verläuft,
eine Drehkontaktbrücke (10), die sich entlang der Längsrichtung (8) des Pols in einer spielbehafteten Aufnahme (12) der Schaltwelle (6) er streckt und diametral gegenüber liegende Kontaktstücke (14) aufweist, die in Einschaltstellung mit feststehenden Kontakten (16) zusammen wirken,
im Inneren der Schaltwelle (6) angeordnete Kontaktkraft-Zugfedern (18), die jeweils ein an der Kontaktbrücke (10) angeordnetes erstes Ende (20) und ein an der Schaltwelle (6) angeordnetes zweites Ende (22) aufweisen, wobei sich die ersten bzw. zweiten Enden (20 bzw. 22) in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke (10) bzw. die Quer achse (4) diametral gegenüber stehen,
zwei mit je einem der feststehende Kontakte (16) verbundene An schlussschienen (24), die bei Durchfluss eines Kurzschlussstromes die Kontaktbrücke (10) entgegen der Kraftwirkung der Zugfedern (18) in Richtung einer Abstoßstellung zurückstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugfedern (18) jeweils paarweise symmetrisch in Bezug auf die Drehachse der Kontaktbrücke (10) sowie symmetrisch auf beiden Sei ten der Kontaktbrücke (10) angeordnet sind und
jede der beiden der Kontaktbrücke (10) gegenüber angeordneten In nenwände (26) der Schaltwelle (6) in der Weise ausgebildet ist, dass sie ausgehend von der Einschaltstellung in Richtung der Abstoßstellung der Kontaktbrücke (10) für die Zugfedern (18) von je einen Spiel bereich (28) in je einen Reibbereich (30) übergeht.

2. Kontaktanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeich net, dass jede Innenwand (26) für die Zugfedern (18) kurz vor der An schlagstellung der abgestoßenen Kontaktbrücke (10) einen weiteren Spielbereich (32) aufweist.

3. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei auf gegenüber liegenden Seiten der Kontaktbrücke (10) befindliche erste Enden (20) der Zugfedern (18) einstückig über quer verlaufende Zwischenstücke (21) verbunden sind.

4. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (10) mit einem Langloch (11) auf einer feststehenden, in der Querachse (4) der Schaltwelle (6) verlaufenden Lagerachse (7) gelagert ist.

5. Kontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (6) aus polweise zugeordneten Schaltwellensegmenten besteht.