DE102008039187B4

DE102008039187B4 - Leistungsschalter, insbesondere für Niederspannungen

Info

Publication number: DE102008039187B4
Application number: DE102008039187.5A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dahl Jörg-Uwe; Dipl.-Ing. Godesa Ludvik
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: DE102008039187A1; CN101707170B; US20100044196A1; US8089016B2; CN101707170A

Abstract

Leistungsschalter, insbesondere für Niederspannungen, der zum Öffnen und Schließen einen beweglichen und einen feststehenden Kontakt mit einander zugewandten Kontaktstücken (2, 3) aufweist,
mit einer Schaltwelle (5) und einem auf oder in der Schaltwelle (5) drehgelagerten und sich quer zur Längsachse der Schaltwelle (5) erstreckenden Kontakthebel (1),
dessen freies Ende aus der Schaltwelle (5) herausragt, auf einer Seite seiner Außenkontur (6) das Kontaktstück (3) des beweglichen Kontakts trägt und auf der anderen, gegenüberliegenden Seite der Außenkontur (6) eine erste Vertiefung (8) zum Einhängen eines sich längs der Schaltwelle (5) erstreckenden Bolzens (10) aufweist, wobei der Kontakthebel (1) über den Bolzen (10) jeweils mit einem Drehmoment in Schließrichtung beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass mit Abstand zur ersten Vertiefung (8) auf derselben Seite der Außenkontur (6) zum freien Ende hin eine zweite Vertiefung (9) vorgesehen ist,
dass an der Schaltwelle (5) eine nutförmige Ausnehmung (14) ausgebildet ist,
dass der sich im Auslösefall in Öffnungsrichtung drehende Kontakthebel (1) den Bolzen (10) auf die in Bewegungsrichtung liegende Seitenwand (14a) der Ausnehmung (14) zu bewegt, die den Bolzen (10) nach dessen Anschlagen bei Weiterdrehung des Kontakthebels (1) aus der ersten (8) in die zweite Vertiefung (9) drückt, deren Tiefe so bemessen ist, dass der Bolzen (10) nach dem Einrasten in der zweiten Vertiefung (9) nur auf dem Boden der Ausnehmung (15) aufliegt, der derart radial in Schließrichtung ansteigt, dass zur Drehung des Kontakthebels (1) in Schließrichtung eine Gegenkraft zu überwinden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere für Niederspannungen, gemäß dem Anspruch 1.
Leistungsschalter für Niederspannungen sind allgemein bekannt. Zum Öffnen und Schließen des Leistungsschalters wird z.B. ein Doppelkontakthebel verwendet, der an seinen freien Enden mit Kontaktstücken versehen ist, die jeweils den beweglichen Kontakt bilden. Den Kontaktstücken der beweglichen Kontakte liegt jeweils ein Kontaktstück eines feststehenden Kontakts gegenüber. Der Kontakthebel ist in einer Schaltwelle drehgelagert und erstreckt sich quer zu deren Längsachse, wobei seine Enden aus der Schaltwelle herausragen. Das Kontaktstück des beweglichen Kontakts ist auf einer Seite der Außenkontur angebracht, während auf der gegenüberliegenden Seite eine Vertiefung vorhanden ist, in welche ein sich parallel zur Schaltwelle erstreckender Bolzen eingehängt ist. An beiden Enden des Bolzens greifen die elastischen Kräfte eines Federpaares an, deren Drehmoment den Kontakthebel in Schließrichtung zieht und den Doppelkontakthebel in seiner Schließstellung halten. Der Strom durch den Leistungsschalter fließt über den Kontakthebel und die beiden Stromzuführungen, welche als Leiterschleifen ausgebildet sind. Beim Auftreten eines Kurzschlusses werden in den Leiterschleifen große elektromagnetische Kräfte erzeugt, welche den Doppelkontakthebel in seine Öffnungsstellung bewegen. Dabei ist es notwendig, dass die Trennung der Kontaktstücke relativ schnell erfolgt, um den Stromfluss schnellstmöglich zu unterbrechen, aber ohne dass sich der Kontakthebel nach dem Öffnen wieder in seine Schließstellung zurückfällt.
Aus der DE 693 04 374 T2 ( FR 2 688 626 ) ist bereits bekannt, das Zurückfallen des Kontakthebels dadurch zu verhindern, dass der Bolzen in eine Rastkerbe gezogen wird. Die Energie, die zum Verrasten des Bolzens erforderlich ist, wird dabei der Bewegungsenergie des Kontakthebels entnommen, was wiederum die Schalteröffnung verlangsamt. Die Rastkerbe gehört zu einer Steuerkontur (Steuerkurve), welche durch ihre radiale Überhöhung im Bereich der Rastkerbe die Bewegung des Bolzens und damit die des Kontakthebels in Schließrichtung hemmt, da sie mit einem entsprechenden Gegenmoment verbunden ist, das erst von dem Bolzen überwunden werden muss. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Zurückfallen (Wiederschließen) des Leistungsschalters verhindert.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leistungsschalter mit einem Kontakthebel vorzuschlagen, der im Kurzschlussfall sicher öffnet.
Die Lösung ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht vor, dass mit Abstand zur ersten Vertiefung auf derselben Seite der Außenkontur zum freien Ende hin eine zweite Vertiefung vorgesehen ist, dass an der Schaltwelle eine nutförmige Ausnehmung ausgebildet ist, dass der sich im Auslösefall in Öffnungsrichtung drehende Kontakthebel den Bolzen auf die in Bewegungsrichtung liegende Seitenwand der Ausnehmung zu bewegt, die den Bolzen nach dessen Anschlagen bei Weiterdrehung des Kontakthebels aus der ersten in die zweite Vertiefung drückt, deren Tiefe so bemessen ist, dass der Bolzen nach dem Einrasten in der zweiten Vertiefung auf dem Boden der Ausnehmung aufliegt, der derart radial in Schließrichtung ansteigt, dass zur Bewegung des Kontakthebels in Schließrichtung eine Gegenkraft zu überwinden ist. Der Bolzen wird auf ein tiefer gelegenes Plateau abgesenkt und somit hat der Kontakthebel erst beim Wiederschließen ein Gegenmoment zu überwinden.
Eine technisch einfache Ausführung liegt vor, wenn die zweite Vertiefung radial tiefer ist als die erste ist.
Der Leistungsschalter lässt sich auf einfache Art und Weise wieder in den Bereitschaftszustand versetzen, wenn die in Öffnungsrichtung weisende Seitenwand der nutförmigen Ausnehmung einen zweiten Anschlag bildet, der dem ersten Anschlag gegenüberliegt und den Bolzen bei Drehung der Schaltwelle in Öffnungsrichtung des Kontakthebels schließlich zurück in die erste Vertiefung drückt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

1 bis 5 vier zeitlich aufeinander folgende Momentaufnahmen der Bewegung eines Kontakthebels aus seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung und
6 bis 11 sechs Momentaufnahmen der Bewegung der Schaltwelle bis zur Wiederherstellung der Einschaltstellung.

1 zeigt einen Ausschnitt eines geschlossenen Leistungsschalters für Niederspannungen, der zum Öffnen und Schließen einen drehgelagerten Kontakthebel 1 in Form eines Doppelhebels 1a aufweist. Der Kontakthebel 1 trägt an seinen freien Enden jeweils ein Kontaktstück 2, die in entgegen gesetzte Richtungen weisen und die beweglichen Kontakte des Leistungsschalters bilden. Den Kontaktstücken 2 gegenüberliegend sind jeweils Kontaktstücke 3 eines feststehenden Kontakts angeordnet, an denen in 1 die Kontaktstücke 2 anliegen, da der Kontakthebel 1 in 1 in seiner Schließstellung gezeigt ist. Die Kontaktstücke 3 sind an feststehenden Leiterschleifen 4 befestigt, die der Stromzuführung dienen. Zum Anschluss des Leistungsschalters sind die Leiterschleifen 4 an ihren Enden mit nicht gezeigten Verbindungsklemmen versehen.
Bei geschlossenem Leistungsschalter fließt der Strom von der einen Leiterschleife 4 über die zugehörigen Kontaktstücke 2, 3, dem Kontakthebel 1 und die Kontaktstücke 3, 2 zu der anderen Leiterschleife 4.
Der Kontakthebel 1 ist in einer Schaltwelle 5 (oder einem Schaltwellensegment) drehgelagert. Die Schaltwelle 5 weist eine quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende Durchgangsöffnung auf, durch die hindurch sich der Kontakthebel 1 erstreckt, wobei beide Enden des Kontakthebels 1- wie in 1 gezeigt - aus der Schaltwelle 5 herausragen. Jedes Ende trägt auf einer Seite seiner Außenkontur 6 ein Kontaktstück 3 und weist auf der gegenüberliegenden Seite desselben Endes eine Steuerkontur 7 mit zwei Vertiefung 8, 9 (erste und zweite Vertiefung 8 bzw. 9) auf. In 1 ist in der Vertiefung 8 ein Bolzen 10 (Rastbolzen) eingehängt, der parallel zur Schaltwelle 5 ausgerichtet ist. An beiden Enden 11 des Bolzens 10 ist jeweils eine Feder 12 befestigt, welche den Kontakthebel 1 in Schließrichtung mit einem Drehmoment beaufschlagt. Dazu ist das andere Ende der Feder 12 in eine entsprechende Öffnung 13 an der Schaltwelle 5 eingehängt.
Entsprechend der Ausführung als Doppelhebel sind die Steuerkontur 7, der Bolzen 10 und die Federn 12 an jedem der beiden Enden einmal vorhanden und diese zusätzlich symmetrisch zur Drehachse des Kontakthebels 1 angeordnet, die hier mit der Längs- und Drehachse der Schaltwelle 5 zusammenfällt.
Da an beiden Enden jedes Bolzens 10 je eine Feder 12 angreift, sind die Federn 12 auf beiden Seiten des Kontakthebels 1 paarweise vorhanden. In 1 schaut man auf eine dieser beiden Seiten.
Wie 1 erkennen lässt, sind an der Schaltwelle 5 symmetrisch zueinander angeordnete Ausnehmungen 14 vorhanden, die sich nutförmig in Längsrichtung der Schaltwelle 5 erstrecken. Die Querschnittsform der Ausnehmung 14 bildet ebenfalls eine Steuerkontur 15 (Schaltwellen-Steuerkontur), welche mit der Steuerkontur 7 (Kontakthebel-Steuerkontur) zusammenwirkt.
und 2B zeigen einen Ausschnitt der beiden Steuerkonturen 7 und 15 aus 1 in einer vergrößerten Darstellung, wobei in 2A lediglich die Federn 12 zur besseren Übersicht wegelassen worden sind. Man erkennt die beiden Vertiefungen 8, 9 der Steuerkontur 7 etwas deutlicher. Im Bereich der Vertiefung 8 der Kontakthebel-Steuerkontur 7 befindet sich eine Vertiefung 16 der Schaltwellen-Steuerkontur 15. Diese Vertiefung 16 der Schaltwelle ist so ausgebildet, dass der Bolzen 10 in der Schließstellung allein am Kontakthebel 1 abgestützt ist.
Im Auslösefall, also beim Auftreten eines Kurzschlussstromes, wird durch die Leiterschleifen 4 ein Magnetfeld generiert, welches den Kontakthebel 1 in Pfeilrichtung F beschleunigt bewegt, bis dieser schließlich am Anschlag 17 anschlägt. Dabei bewegt sich der in der Vertiefung 8 befindliche Bolzen 10 zunächst auf die Seitenwand 14a zu, bevor er nach dem Anschlagen bei Weiterdrehung des Kontakthebels 1 von dieser (der Seitenwand 14a) aus der Vertiefung 8 gedrückt wird, ein (möglichst geringer) Widerstand überwunden werden muss (wobei die Federn 12 weiter auseinandergerückt und damit weiter gespannt werden), um dann aufgrund der wirksamen Federkraft der Federn 12 in die Vertiefung 9 gezogen zu werden. Es ist also Energie zum Verrasten des Bolzens 10 in der Vertiefung 9 erforderlich, die der Bewegungsenergie des Kontakthebels 1 entnommen werden muss. Dies ist in 3 - 5 dargestellt, wobei 5 den Kontakthebel 1 in seiner rechten Endstellung, seiner Öffnungsstellung zeigt.
Die Vertiefung 9 der Kontakthebel-Steuerkontur 7 ist bezüglich ihrer Tiefe so ausgelegt, dass der Bolzen 10 in der Öffnungsstellung des Kontakthebels 1 (s. 5) nach dem Einrasten in der Vertiefung 9 nicht auf deren Boden aufliegt, sondern auf dem Boden der Ausnehmung 15 (s. 2), d.h. der Bolzen 10 stützt sich nur an der Schaltwelle 5 ab und bewirkt damit kein Drehmoment mehr auf den Kontakthebel 1. Mit anderen Worten: Durch die tiefer liegende Vertiefung 9 bleibt der Bolzen 10 im Bereich 18 auf der Schaltwelle 5 liegen, die in diesem Bereich eine Art Rastplateau für den Bolzen 10 bildet. Der Bolzen 10 ist quasi auf dem Rastplateau im Bereich 18 abgelegt; er bewirkt aufliegend auf diesem Rastplateau damit im Bereich 18 kein Drehmoment mehr auf den Kontakthebel 1.
Im Bereich 18 ist eine leichte Vertiefung ausgebildet. Wie man sieht, steigt der Bereich 18 - bezogen auf 2 - nach links etwas an, so dass zur Bewegung des Bolzens 10 nach links eine Gegenkraft zu überwinden ist, die den Bolzen 10 jeweils auf dem Boden der Ausnehmung 15 hält.
3 - 5 zeigen das definierte „Umspringen“ des Bolzens 10 aus der Vertiefung 8 in die radial tiefer liegende Vertiefung 9, wobei lediglich die Reibung zwischen Bolzen 10 und der Steuerkontur 7 (Kontakthebel 1). Die Steuerkontur 7 mit den Vertiefungen 8, 9 ermöglicht damit eine sichere Positionierung als auch einen widerstandslosen und sicheren Wechsel der Einhängeposition des Bolzens 10.
Bei mehrpoligen Schaltern werden anschließend auch die Kontakthebel 1 der nicht vom Kurzschluss betroffenen Phasen geöffnet. Dies ist in 6 - 11 dargestellt, die zeigen, dass jeder Bolzen 10 bei entsprechender Drehung der Schaltwelle 5 von der anderen Seitenwand 14b der nutförmigen Vertiefung 16 aus der Vertiefung 9 wieder zurück in die Vertiefung 8 gedrückt wird (wobei 5 und 6 hier identisch sind). Jeder Kontakthebel 1 beharrt bei diesem Schaltvorgang aufgrund seiner Trägheit jeweils in seiner Öffnungsstellung.

Claims

Leistungsschalter, insbesondere für Niederspannungen, der zum Öffnen und Schließen einen beweglichen und einen feststehenden Kontakt mit einander zugewandten Kontaktstücken (2, 3) aufweist, mit einer Schaltwelle (5) und einem auf oder in der Schaltwelle (5) drehgelagerten und sich quer zur Längsachse der Schaltwelle (5) erstreckenden Kontakthebel (1), dessen freies Ende aus der Schaltwelle (5) herausragt, auf einer Seite seiner Außenkontur (6) das Kontaktstück (3) des beweglichen Kontakts trägt und auf der anderen, gegenüberliegenden Seite der Außenkontur (6) eine erste Vertiefung (8) zum Einhängen eines sich längs der Schaltwelle (5) erstreckenden Bolzens (10) aufweist, wobei der Kontakthebel (1) über den Bolzen (10) jeweils mit einem Drehmoment in Schließrichtung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit Abstand zur ersten Vertiefung (8) auf derselben Seite der Außenkontur (6) zum freien Ende hin eine zweite Vertiefung (9) vorgesehen ist, dass an der Schaltwelle (5) eine nutförmige Ausnehmung (14) ausgebildet ist, dass der sich im Auslösefall in Öffnungsrichtung drehende Kontakthebel (1) den Bolzen (10) auf die in Bewegungsrichtung liegende Seitenwand (14a) der Ausnehmung (14) zu bewegt, die den Bolzen (10) nach dessen Anschlagen bei Weiterdrehung des Kontakthebels (1) aus der ersten (8) in die zweite Vertiefung (9) drückt, deren Tiefe so bemessen ist, dass der Bolzen (10) nach dem Einrasten in der zweiten Vertiefung (9) nur auf dem Boden der Ausnehmung (15) aufliegt, der derart radial in Schließrichtung ansteigt, dass zur Drehung des Kontakthebels (1) in Schließrichtung eine Gegenkraft zu überwinden ist.
Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vertiefung (9) radial tiefer als die erste Vertiefung (8) liegt.
Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Öffnungsrichtung weisende Seitenwand (14b) der nutförmigen Ausnehmung (14) einen zweiten Anschlag bildet, der dem ersten Anschlag gegenüberliegt und den Bolzen (10) bei Drehung der Schaltwelle (5) in Öffnungsrichtung des Kontakthebels (1) schließlich zurück in die erste Vertiefung (8) drückt.