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Die
Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für ein Schaltgerät,
insbesondere für ein Leistungsschaltgerät, mit
einem in einem Schaltwellensegment drehbar gelagerten Kontaktglied.
Das Schaltwellensegment ist zum Verdrehen des Kontaktgliedes in eine
Ein- oder Ausschaltstellung um eine Drehachse drehbar gelagert.
Das Kontaktglied weist zumindest einen Kontaktarm mit jeweils einem
beweglichen Kontakt auf. Das Kontaktsystem weist zumindest eine
Rasteinrichtung zur Fixierung oder Freigabe des Kontaktglied in
Abhängigkeit von kontaktabhebenden Kräften auf,
welche insbesondere in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall
auf das Kontaktglied einwirken.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin Schaltgeräte mit einem eingangs-
und ausgangsseitigen elektrischen Anschluss, mit einem mit einem
Kontaktsystem verbundenen Betätigungsschalter zum Ein-
und Ausschalten des Schaltgerätes und mit einem vorzugsweise
an einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Schnittebene 128 geteilt
ausgeführten Gehäuse aus einem Isolierstoff.
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Die
eingangsgenannten Schaltgeräte sind allgemein bekannt.
Mit derartigen Schaltgeräten, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten,
lassen sich die Strombahnen zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung
und Verbrauchern und damit deren Betriebsströme schalten.
Das heißt, indem von dem Schaltgerät Strombahnen
geöffnet und geschlossen werden, lassen sich die angeschlossenen Verbraucher
sicher ein- und ausschalten.
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Aus
der
deutschen Patentanmeldung
10 2007 011 451.8 ist eine Kontakthebelbewegungseinrichtung
zur Bewegung mindestens eines Kontakthebels eines Leistungsschalters
für die Kontaktschließung und zur Realisation
der Kontaktöffnung bei Überschreitung einer bestimmten
kontaktabhebenden Kraft als Stand der Technik gemäß §3
Abs. 2 PatG bekannt. Die Einrichtung weist mindestens ein ein Kontaktelement
aufweisenden drehbeweglichen Kontakthebel und mindestens eine in
Abhängigkeit von auf den Kontakthebel wirkenden kontaktabhebenden
Kräften die Fixierung oder Freigabe des Kontakthebels bewirkende
Rasteinrichtung auf.
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Ausgehend
von allgemein bekannten Kontaktsystemen ist es eine Aufgabe der
Erfindung, ein konstruktiv besonders einfaches Kontaktsystem für ein
Schaltgerät anzugeben.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Schaltgerät
mit einem derartigen Kontaktsystem anzugeben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einem Kontaktsystem mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des
Kontaktsystems sind in den abhängigen Ansprüchen
2 bis 10 genannt. Im Anspruch 11 ist ein Schaltgerät mit
einem doppelt unterbrechenden derartigen Kontaktsystem angegeben.
Im Anspruch 13 ist ein Schaltgerät mit einem einfach unterbrechenden
derartigen Kontaktsystem genannt. In den davon abhängigen Ansprüchen
12 und 14 bis 16 sind vorteilhafte Ausführungsformen dieser
Schaltgeräte angegeben.
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Erfindungsgemäß weist
das Schaltwellensegment zwei zueinander axial bewegliche und drehfest
zueinander angeordnete Schaltwellensegmenthälften auf,
zwischen denen zumindest eine vorgespannte, axial wirkende Zugfeder
aufgenommen ist. Die zu mindest eine Rasteinrichtung ist ringförmig
um die Drehachse zwischen dem Kontaktglied und zumindest einer der
beiden Schaltwellensegmenthälften angeordnet. Weiterhin
sind die zumindest eine Rasteinrichtung und das Kontaktglied derart
angeordnet und ausgestaltet, dass die von der zumindest einen Zugfeder
auf die jeweilige Schaltwellensegmenthälfte ausgeübte
Federkraft über die Rasteinrichtung auf das Kontaktglied
zur Fixierung oder Freigabe des Kontaktgliedes übertragbar
ist.
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Mit „axial” sind
Richtungen bezeichnet, die entlang der Drehachse oder mit Abstand
parallel zur Drehachse verlaufen. Mit „radial” sind
Richtungen bezeichnet, die in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden
Ebene durch die Drehachse verlaufen. Mit „tangential” sind
Richtungen bezeichnet, die in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden
Ebene mit Abstand zur Drehachse verlaufen.
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Dadurch
ist eine konstruktiv besonders einfache Fixierung und Freigabe des
Kontaktgliedes mit der jeweiligen Schaltwellensegmenthälfte
möglich. Die axial gefederte Lagerung der beiden Schaltwellensegmenthälften
erlaubt eine sichere und verschleißarme tangentiale Fixierung
des Kontaktgliedes in der Einschaltstellung sowie eine sehr schnelle Freigabe
des Kontaktgliedes in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall.
Dabei bewegt das Kontaktglied die jeweilige Schaltwellensegmenthälfte
axial nach außen. Nach Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels
schnappt diese Schaltwellensegmenthälfte wieder axial zurück,
wobei dann das Kontaktglied mit der Schaltwellensegmenthälfte
im Sinne eines Widerlagers verrastet. Je nachdem, ob auf einer oder auf
beiden axialen Seiten des Kontaktgliedes eine Rasteinrichtung angeordnet
ist, werden nur eine oder auch beide Schaltwellensegmenthälften
axial nach außen ausgelenkt.
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Die
Rasteinrichtung kann als eine zwischen der axialen Innenseite der
jeweiligen Schaltwellensegmenthälfte und der axialen Außenseite
des Kontaktgliedes geometrisch aufeinander abgestimmte, tangential
verlaufende Kontur realisiert sein. Eine derartige Kontur ist z.
B. in der eingangs genannten Patentanmeldung
10 2007 011 451.8 der Anmelderin gezeigt.
Je nach Wahl der Steigungen der dort ausgeprägten, tangential
verlaufenden Teilstücke der Rasteinrichtung kann das Kontaktsystem
eine eher schnellauslösende, öffnende Charakteristik
oder eine eher wiederschließende Charakteristik aufweisen.
Je nach Anwendung oder Einsatzgebiet des Kontaktsystems bzw. eines
Schaltgerätes mit einem derartigen Kontaktsystem können
unterschiedliche Drehmomentverläufe in Abhängigkeit
des Verdrehwinkels zwischen dem Kontaktglied und den beiden Schaltwellensegmenthälften
eingestellt werden.
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Bei
den beiden Schaltwellensegmenthälften handelt es sich vorzugsweise
um spiegelbildliche, insbesondere um identische Komponenten aus
einem Isolierstoff, wie z. B. aus Kunststoff. Insbesondere handelt
es sich bei den Schaltwellensegmenthälften um Press-Präge-
oder Spritzgussteile aus isolierendem Material insbesondere aus
Kunststoff. Die zuvor beschriebene Kontur zur Realisierung der Rasteinrichtung
kann bei der Formgebung mit berücksichtigt werden. Entsprechendes
gilt auch für die Formgebung der vorzugsweise mittels eines
Urformverfahrens – insbesondere mittels eines Metallguss- oder
Schmiede- oder Warmpressverfahrens – hergestellten Kontaktglied.
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Weiterhin
sind in beiden Schaltwellensegmenthälften jeweils zwei
axial verlaufende und sich radial gegenüberliegende Segmentstege
ausgeformt. Axial zusammengesetzt entsteht zwischen den beiden Schaltwellensegmenthälften
eine querverlaufende Aussparung, in der sich das Kontaktglied drehen
kann. Die beiden Segmentstege bilden zugleich jeweils einen Tangentialanschlag
zum manuellen Ausschalten und zum Einschalten des Kontaktsystems,
indem die Segmentstege bei einer Drehbetätigung des Schaltwellensegmentes
tangential an den Kontaktarm oder an die Kontaktarme des Kontaktgliedes
angreifen.
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Weiterhin
kann das Kontaktglied derart im Schaltwellensegment gelagert sein,
dass es um die Drehachse des Kontaktsystems drehbar ist. Es kann alternativ
um eine virtuelle Schwenkachse spielbehaftet im Schaltwellensegment
gelagert sein, um vorteilhaft eine gleichmäßige
Kontaktkraftverteilung bei einem ungleichen Abbrand der Kontakte
zu ermöglichen.
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Die
Strombahnen des Kontaktsystems sind vorzugsweise im Bereich der
festen Kontakte gebogen ausgeführt. Dadurch wird das Kontaktglied
durch das in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall auf
das Kontaktglied einwirkende Drehmoment in Richtung Ausschaltstellung
gedreht. Maßgeblich sind hier elektrodynamische Kräfte,
die durch sich abstoßende, in den Strombahnen und in dem
Kontaktglied hindurch fließende Ströme verursacht
werden.
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Nach
einer Ausführungsform weist die Rasteinrichtung ein an
einem radial außen liegenden Ende der jeweiligen Schaltwellensegmenthälfte
angeordnetes erstes Rastelement auf, welches zur Fixierung oder
Freigabe mit einem am jeweiligen Kontaktarm angeordneten, axial
gegenüberliegenden zweiten Rastelement zusammenwirkt. Durch
diese Anordnung wird die von der zumindest einen Zugfeder ausgeübte
Federkraft in ein hohes schließendes Drehmoment zum Gewährleisten
einer hohen Kontaktkraft in der Einschaltstellung umgesetzt. Es
können eine oder mehrere zusammenwirkende Rasteinrichtungen
in Umfangrichtung verteilt angeordnet sein. Sie können
auf beiden axi alen Seiten zwischen dem Kontaktglied und der jeweiligen
Schaltwellensegmenthälfte angeordnet sein.
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Im
Besonderen weist der jeweilige Kontaktarm ein Kontaktschließrastelement
als zweites Rastelement auf, welches den jeweiligen Kontaktarm zur Aufbringung
der Kontaktkraft in der Einschaltstellung des Kontaktsystems fixiert.
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Weiterhin
kann der jeweilige Kontaktarm ein dem Kontaktschließrastelement
tangential gegenüberliegendes Ausgelöstrastelement
als zweites Rastelement aufweisen, welches den jeweiligen Kontaktarm
nach Freigabe der Kontaktglied in der Ausgelöststellung
des Kontaktsystems fixiert.
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Vorzugsweise
weisen das erste und zweite Rastelement jeweils zumindest ein parallel
zueinander ausgerichtetes rampenartiges Segment zum axialen Auslenken
der jeweiligen Schaltwellensegmenthälfte auf. Dadurch wird
die jeweilige Schaltwellensegmenthälfte besonders sanft
und schonend ausgelenkt.
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Einer
weiteren Ausführungsform zufolge ist die Zugfeder eine
entlang der Drehachse in den beiden Schaltwellensegmenthälften
angeordnete Zylinder- oder Schraubenfeder ist. Alternativ können
zwei parallel zueinander und im gleichen Abstand zur Drehachse angeordnete
Zugfedern verwendet werden.
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Weiterhin
kann das Kontaktsystem nach einer weiteren Ausführungsform
zusätzlich eine um die Drehachse angeordnete Tangential-
oder Spiralfeder zur Aufbringung einer tangential wirkenden Kontaktkraft
aufweisen, wobei dann die beiden Federenden mit zumindest einer
der Schaltwellensegmenthälften und mit der Kontaktglied
verbunden sind. In diesem Fall kann die Zugfeder zur Aufbringung
der axialen Federkraft koaxial innenliegend angeordnet sein
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Es
kann auch eine gemeinsame Tangential- oder Spiralfeder zur Aufbringung
der tangentialen Kontaktkraft und zugleich der axialen Federkraft
vorgesehen sein. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des erfindungsgemäßen
Kontaktsystems nochmals.
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Nach
einer dazu alternativen Ausführungsform kann das Kontaktsystem
zusätzlich eine parallel zur Längserstreckung
der Kontaktglied und radial zur Drehachse versetzt angeordnete Zylinder-
oder Schraubenfeder zur Aufbringung einer tangential wirkenden Kontaktkraft
aufweisen, wobei die beiden Federenden mit zumindest einer der Schaltwellensegmenthälften
und mit dem Kontaktglied verbunden sind. Eine derartige Federanordnung
erlaubt für den Fall, dass das Kontaktglied für
Bewegungen um die Drehachse nicht zwangsgeführt ist, eine „schwimmende”,
spielbehaftete Lagerung um eine virtuelle Drehachse herum. Dadurch
ist vorteilhaft eine gleichmäßige Kontaktkraftverteilung
auch bei einem ungleichen Abbrand der Kontakte möglich.
Die Lebensdauer eines derartigen Kontaktsystems wird erhöht. Eine
derartige Federanordnung ist z. B. aus der
EP 889 498 A2 oder aus der
WO 2005/059941 A1 bekannt.
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Weisen
die beiden Schaltwellensegmenthälften nach einer Ausführungsform
zwei sich radial gegenüberliegende, axial verlaufende Durchgangsöffnungen
auf, so können dort zwei parallel zueinander angeordnete,
axial verschiebbare Schaltwellenstäbe als Schaltwelle zur
Drehbetätigung des Schaltwellensegmentes aufgenommen werden.
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Alternativ
können die beiden Schaltwellensegmenthälften und
gegebenenfalls das Kontaktglied eine mit der Drehachse fluchtende
Durchgangsöffnung aufweisen, um eine Schaltwelle zur Drehbetätigung
des Schaltwellensegmentes aufzunehmen. Dadurch können vorteilhaft
mehrere Kontaktsysteme axial nebeneinander angeordnet im Schaltgerät
angeordnet werden. Die jeweiligen Kontaktsysteme können
dann über eine gemeinsame Betätigungseinrichtung,
wie z. B. einem Betätigungsschalter, die mit der gemeinsamen
Schaltwelle zur Drehbetätigung verbunden ist, gemeinsam
ein- und ausgeschaltet werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein geeignetes Schaltgerät
gelöst, welches erfindungsgemäß ein derartiges
doppelt unterbrechendes Kontaktsystem mit einem Kontaktglied mit
zwei Kontaktarmen aufweist.
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Vorzugsweise
ist dieses Kontaktsystem bis auf die beiden radial außenliegenden
beweglichen Kontakte in einer im Gehäuse ausgeformten Schaltwellensegmentkammer
radial fixiert aufgenommen. Die beiden mit den radial außenliegenden
beweglichen Kontakten versehenen Enden des Kontaktgliedes ragen
jeweils durch eine Wandaussparung in einer axial verlaufenden Gehäusetrennwand
hindurch. Letztere trennt die Schaltwellensegmentkammer von einer
Kontaktkammer, die jeweils dazu radial außenliegend angeordnet
ist. Die Schaltwellensegmentkammer und die Kontaktkammer(n) können
auch als Polschalengehäuse bezeichnet werden.
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Durch
die räumliche Trennung wird eine Verunreinigung des Kontaktsystems
in der Schaltwellensegmentkammer durch Ruß- oder Abriebpartikel
im Bereich der Kontakte verhindert. Zum Löschen der beim Öffnen
der Kontakte auftretenden Lichtbögen ist vorzugsweise jeweils
ein Lichtbogenlöschpaket in der Kontaktkammer aufgenommen.
Eine solche Kontaktkammer kann auch als Lichtbogenlöschkammer betrachtet
werden.
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Alternativ
kann das Schaltgerät ein einfach unterbrechendes Kontaktsystem
mit einem Kontaktglied mit nur einem Kontaktarm aufweisen. In entsprechender
Weise ist dann das Kontaktsystem bis auf den radial außenliegenden
beweglichen Kontakt in einer im Gehäuse ausgeformten Schaltwellensegmentkammer
radial fixiert aufgenommen. Das mit dem radial außenliegenden
beweglichen Kontakt versehene Ende des Kontaktgliedes ragt durch
eine Wandaussparung in einer axial verlaufenden Trennwand hindurchragt.
Letztere trennt die Schaltwellensegmentkammer von einer im Gehäuse
ausgeformten Kontaktkammer, die radial dazu außenliegend angeordnet.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die im
Gehäuse ausgesparte Wandaussparung zur axialen Fixierung
des jeweiligen hindurchgeführten Kontaktarms vorgesehen.
Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Schaltgerätes
nochmals.
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Nach
einer Ausführungsform ist das Schaltgerät mehrpolig,
insbesondere dreipolig, ausgeführt. Das Schaltgerät
weist je Pol vorzugsweise ein Polschalengehäuse mit jeweils
einer Schaltwellensegmentkammer und mit jeweils einer bzw. zwei
Kontaktkammern auf.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung
werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher
beschrieben. Es zeigen
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1 eine
axiale und radiale Darstellung eines beispielhaften Kontaktsystems
mit zwei Rasteinrichtungen gemäß der Erfindung
in einer Einschaltstellung,
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2 das
Kontaktsystem gemäß 1 mit abgehobener
Kontaktglied,
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3 das
Kontaktsystem gemäß 1 in einer
Ausgelöststellung,
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4 eine
perspektivische Ansicht zweier Rasteinrichtungen gemäß der
Erfindung,
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Kontaktsystems mit zwei axial hindurchgeführten Schaltwellenstäben
als Schaltwelle gemäß der Erfindung,
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6 eine
axiale Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Schaltgerätes und
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7 eine
vergrößerte radiale Schnittdarstellung des Schaltgerätes
gemäß 6.
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1 zeigt
eine axiale und radiale Darstellung eines beispielhaften Kontaktsystems 1 mit
zwei Rasteinrichtungen 7 gemäß der Erfindung
in einer Einschaltstellung.
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Das
gezeigte Kontaktsystem 1 ist für ein Schaltgerät,
insbesondere für ein Leistungsschaltgerät, zum
Unterbrechen einer Strombahn 4 vorgesehen. Das Kontaktsystem 1 weist
ein in einem Schaltwellensegment 5 drehbar gelagertes starres
Kontaktglied 3 in Form eines Kontakthebels auf. Das Schaltwellensegment 5 ist
zum Verdrehen des Kontaktgliedes 3 in eine Ein- oder Ausschaltstellung
drehbar um eine Drehachse A gelagert. Die Lagerung kann dabei spielfrei
oder spielbehaftet, das heißt schwimmend um diese Drehachse
A des Kontaktsystems 1, erfolgen.
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Weiterhin
weist das Kontaktglied 3 zwei Kontaktarme 31, 32 mit
jeweils einem beweglichen Kontakt 21 auf, welcher mit einem
jeweiligen gegenüberliegenden festen Kontakt 22 zusammenwirkt.
Die Kontakte 21, 22, durch die der Stromkreis
geöffnet oder geschlossen wird, werden unter Fachleuten
oft auch als Kontaktstücke oder Schaltstücke bezeichnet.
Der gestrichelte zweite Kontaktarm 32 kann bei einem einfach
unterbrechenden Kontaktsystem 1 entfallen. In diesem Fall
ist dann anstelle des zweiten Kontaktarms 32 ein im Bereich
des Schaltwellensegmentes 5 angeordneter Stromseilanschluss
vorhanden. An letzterem kann ein flexibles Stromseil zum elektrischen
Ver binden des Kontaktgliedes 3 mit einem elektrischen Anschluss
des Schaltgerätes angeschlossen sein. Des Weiteren ist
das Kontaktsystem 1 derart ausgeführt ist, dass
das Kontaktglied 3 in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall
von der Einschaltstellung in Richtung Ausschaltstellung gedreht wird.
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Gemäß der
Erfindung weist das Schaltwellensegment 5 zwei zueinander
axial bewegliche und drehfest zueinander angeordnete Schaltwellensegmenthälften 51, 52 auf,
zwischen denen eine vorgespannte Zugfeder 6 zum Aufbringen
einer axial wirkenden Federkraft angeordnet ist. Das Schaltwellensegment 5 ist
typischerweise aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt. Die
axial bewegliche und drehfeste Verbindung der beiden Schaltwellensegmenthälften 51, 52 wird
durch eine entsprechend ausgebildete Kupplung 8 erreicht.
Diese setzt sich gemäß dem Beispiel der 1 aus
zwei sich jeweils axial gegenüberliegenden und an der axialen
Innenseite der beiden Schaltwellensegmenthälften 51, 52 angeformten
Ringstegen 81, 82 zusammen. Zudem sind die beiden
Ringstegpaare 81, 82 zum axialen Ineinandergreifen
jeweils zueinander tangential versetzt angeordnet.
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Weiterhin
sind zwei Rasteinrichtungen 7 gemäß der
Erfindung ringförmig um die Drehachse A zwischen dem Kontaktglied 3 und
den beiden Schaltwellensegmenthälften 51, 52 angeordnet.
Die beiden Rasteinrichtungen 7 und die Kontaktglieder 3 sind dabei
derart angeordnet und ausgestaltet, dass die von der Zugfeder 6 auf
die beiden Schaltwellensegmenthälften 51, 52 ausgeübte
Federkraft über die beiden Rasteinrichtungen 7 auf
das Kontaktglied 3 zur Fixierung oder Freigabe des Kontaktgliedes übertragbar
ist.
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Im
vorliegenden Beispiel bestehen die beiden Rasteinrichtungen 7 jeweils
aus zumindest zwei Paaren korrespondierender Rastelemente, die auf
einer Ringfläche um die Drehachse A angeordnet sind. Mit
dem Bezugszeichen 71 ist ein jeweiliges, an einer axialen
Innenseite der Schaltwellensegmenthälfte 51, 52 fest
angeordnetes erstes Rastelement bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 72 ist
ein jeweiliges, an einer axialen Außenseite der Kontaktarme 31, 32 fest
angeordnetes zweites Rastelement 71 bezeichnet. Beide Rastelemente 71, 72 sind
zur Erhöhung des rastenden Drehmoments möglichst
weit radial außen angeordnet.
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Im
Schaltwellensegment 5 kann zusätzlich zumindest
ein in dieser Darstellung nicht sichtbares Federelement zur Aufbringung
der in der gezeigten Einschaltstellung wirkenden tangentialen Kontaktkraft
F aufgenommen sein. Das Federelement kann eine um die Drehachse
A angeordnete Tangential- oder Spiralfeder oder eine parallel zur
Längserstreckung des Kontaktgliedes 3 und radial
zur Drehachse A versetzt angeordnete Zylinder- oder Schraubenfeder
sein.
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2 zeigt
das Kontaktsystem 1 gemäß 1 mit
abgehobenem Kontaktglied 3. Dies ist z. B. dann der Fall,
wenn der durch das Kontaktsystem 1 fließende und
zu unterbrechende Strom einen vorgegebenen Stromwert überschreitet.
In der gezeigten Drehstellung reichen die kontaktabhebenden Kräfte jedoch
nicht aus, um eine Freigabe des Kontaktgliedes 3 durch
die Rasteinrichtung 7 entgegen der über die beiden
Schaltwellensegmenthälften 51, 52 übertragenen,
axial wirkenden Federkraft der Zugfeder 6 zu bewirken.
Gehen die kontaktabhebenden Kräfte dann wieder zurück,
wie z. B. nach dem Ende eines kurzzeitigen Überstromfalls,
so schließen sich die Kontakte 2 des Kontaktsystems 1 wieder.
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3 zeigt
das Kontaktsystem 1 gemäß 1 in
einer Ausgelöststellung. In diesem Fall sind die kontaktabhebenden
Kräf te so groß, dass das Kontaktglied 3 durch
die Rasteinrichtung 7 freigegeben wird und diese durch
die Wirkung der kontaktabhebenden Kräfte in die gezeigte
Ausgelöststellung gedreht wird. Dort verbleibt das Kontaktglied 3 sicher.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht von Rasteinrichtungen 107 eines
Kontaktsystems 101 gemäß der Erfindung.
Die Rasteinrichtungen 107 liegen zwischen dem Kontaktarm 131 und
den beiden Schaltwellensegmenthälften des Schaltwellensegmentes 105,
von denen nur die rechte Segmenthälfte 152. Die
linke Schaltwellensegmenthälfte 151, die in 5 zu
sehen ist, ist zur besseren Darstellung hier nicht gezeigt. Das
erste Rastelement 171 ist beispielhaft keilförmig
ausgebildet. Es weist ein dreieckiges, sich in radialer Richtung
erstreckendes Profil mit jeweils einem rampenartigen Segment 124 an
beiden tangentialen Enden auf, wobei die rampenartigen Segmente 124 bezüglich
der Rotationsebene des Kontaktgliedes 103 schief bzw. schräg
ausgerichtet sind.
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Im
Beispiel der 4 weist der gezeigte Kontaktarm 131 ein
Kontaktschließrastelement 172A als zweites Rastelement 172 auf,
welches den Kontaktarm 131 zur Aufbringung der Kontaktkraft
in der Einschaltstellung des Kontaktsystems 101 fixiert. Weiterhin
weist der Kontaktarm 131 ein dem Kontaktschließrastelement 172A tangential
gegenüberliegendes Ausgelöstrastelement 172B als
zweites Rastelement 172 auf, welches den Kontaktarm 131 nach Freigabe
der Kontaktglied 103 in der Ausgelöststellung
des Kontaktsystems 101 fixiert. Mit TE1 und TE2 sind ein
erstes und zweites tangentiales Ende des Kontaktarms 131 bezeichnet.
Bei dem zweiten Rastelement 172 handelt es sich um Abfasungen
oder Aussparungen. Diese können beispielsweise durch Einprägen
nachträglich im Kontaktarm 131 eingebracht sein
oder für den Fall, dass der Kontaktarm 131 mittels
eines Metallguss- oder Schmiede- oder Warmpressver fahren hergestellt
ist, bereits in der Urform ausgespart sein. Die beiden zweiten Rastelemente 172A, 172B wirken
dabei mit einem ersten Rastelement 171 an der axialen Innenseite
der beiden Schaltwellensegmenthälften zusammen.
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Im
Beispiel der 4 bewegt sich der gezeigte Kontaktarm 131 im
Falle eines Kurzschluss- oder Überstroms im Uhrzeigersinn.
Dabei gleiten die beiden, parallel zueinander ausgerichteten rampenartigen
Segmente 124 des Kontaktschließrastelementes 172A und
des ersten Rastelementes 171 aneinander entlang, wobei
die rechte Schaltwellensegmenthälfte 152 zunehmend
sanft und gleichmäßig axial nach außen
gelenkt wird. Bei weiterer Verdrehung werden die beiden Schaltwellensegmenthälften maximal
ausgelenkt, wobei nun das weitere rampenartiges Segment 124 des
Ausgelöstrastelementes 172B das dazu parallele
rechte rampenartige Segment 124 des ersten Rastelementes 171 erreicht.
Die axial vorgespannte Schaltwellensegmenthälfte fährt nun
aufgrund der negativen Steigung wieder axial zurück. Dabei
sorgt die Federkraft dafür, dass der Kontaktarm 131 dort
verrastet bleibt. Die beiden parallel zueinander angeordneten rampenartigen
Segmente 124 des Ausgelöstrastelementes 172B und
des ersten Rastelementes 171 liegen fest aneinander.
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Um
ein Entrasten des Kontaktgliedes 103 aus dieser fixierten
Rastdrehstellung zu ermöglichen, ist das Schaltwellensegment 105 wieder
manuell in die Einschaltstellung zu verdrehen. Dadurch wird das erste
Rastelement 171 und somit die zugehörige Schaltwellensegmenthälfte 152 über
das rampenartiges Segment 124 des Ausgelöstrastelementes 172B axial
nach außen gelenkt, um letztendlich das Kontaktglied 3 zum
Schließen der Kontakte 121, 122 wieder
freizugeben. In diesem Fall liegen dann wieder die Kontaktschließrastelemente 172A an
dem jeweiligen ersten Rastelement 171 an, um die über
die Schaltwellenseg menthälften auf die Kontaktschließrastelemente 172A übertragene
axiale Federkraft der Zugfeder 106 in die Kontaktkraft
umzusetzen, welche die Kontakte 121, 122 sicher
geschlossen hält.
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4 zeigt
schließlich eine mit der Drehachse A fluchtende Durchführungsöffnung 127.
Durch diese kann z. B. die axial vorgespannte Zugfeder 106 im
Schaltwellensegment 105 hindurchgeführt werden.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Kontaktsystems 101 mit
zwei axial hindurchgeführten Schaltwellenstäben 191, 192 als
Schaltwelle 109 gemäß der Erfindung.
Hierzu weisen die beiden Schaltwellensegmenthälften 151, 152 zwei
sich radial gegenüberliegende, axial verlaufende Durchgangsöffnungen 125 auf.
Dadurch ist die in 4 gezeigte axiale, mit der Drehachse
A fluchtende Anordnung der Zugfeder 106 im Schaltwellensegment 105 möglich.
Mit dem Bezugszeichen 161 ist ein fest in den beiden Schaltwellensegmenthälften 151, 152 anbringbarer
Federaufnahmebolzen bezeichnet, welcher das jeweilige Längsende
der Zugfeder 106 aufnimmt. In dem Schaltwellensegment 105 kann
zusätzlich zur Aufbringung der tangentialen Kontaktkraft
F eine Tangential- oder Spiralfeder oder eine parallel zur Längserstreckung
der Kontaktglied 103 und radial zur Drehachse A versetzt
angeordnete Zylinder- oder Schraubenfeder aufgenommen sein. Diese Federn
selbst sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht
dargestellt.
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Alternativ
können die beiden Schaltwellensegmenthälften und
gegebenenfalls das Kontaktglied eine mit der Drehachse fluchtende
Durchgangsöffnung aufweisen, um eine dort drehfeste und
axial verschiebbare Schaltwelle zur Drehbetätigung des Schaltwellensegmentes
aufzunehmen.
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6 zeigt
eine axiale Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Schaltgerätes 110. Ein derartiges Schaltgerät 110 weist
typischerweise einen eingangs- und ausgangsseitigen elektrischen
Anschluss auf. Es weist eine mit dem erfindungsgemäßen,
hier beispielhaft doppelt unterbrechenden Kontaktsystem 101 verbundene
Betätigungseinrichtung, wie z. B. kein Kippschalter oder
ein Schaltschloss, zum Ein- und Ausschalten des Schaltgerätes 110 auf. Die
beiden elektrischen Anschlüsse selbst sind in dieser Darstellung
nicht zu sehen. Sie sind typischerweise aus einem als Polgehäuse
ausgeführten Gehäuse 111 des Schaltgerätes 110 zum
externen Anschließen herausgeführt und mit einer
durch das Kontaktglied 103 zu unterbrechenden Strombahn 104 verbunden.
Weiterhin ist das Gehäuse 111 des Schaltgerätes 110 zweiteilig
ausgeführt. Es ist an einer senkrecht zur Drehachse A verlaufenden
Schnittebene 128 des Kontaktsystems 1 geteilt
ausgeführt und besteht aus einem Isolierstoff. Vorzugsweise
ist das Gehäuse 111 aus zwei spiegelbildlich ausgeführten
Gehäusehälften bzw. Gehäuseschalen 112 zusammengesetzt.
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Die
beiden Gehäusehälften 112 formen nach axialem
Zusammenbau eine in Bezug auf die Drehachse A mittige, zentrale
Schaltwellensegmentkammer 114 sowie zwei sich radial nach
außen anschließende, gegenüberliegende
und jeweils durch eine Gehäusetrennwand 115 abgetrennte
Kontaktkammer 113 aus. Die Schaltwellensegmentkammer 114 ist
bis auf die beiden radial außenliegenden beweglichen Kontakte 121 zur
Aufnahme des Kontaktsystems 101 vorgesehen, wobei das Schaltwellensegment 105 des
Kontaktsystems 101 gänzlich in der Schaltwellensegmentkammer 114 liegt.
Zur radialen Lagerung des Kontaktsystems 101 können
in beiden Gehäusehälften 112 zwei sich
axial außen- und gegenüberliegende und mit der
Drehachse A fluchtende, vorzugsweise kreisförmige Radialaussparungen 117 ausgespart
sein. Durch diese Radialaussparungen 117 ragt jeweils ein
auf deren Querschnitt abgestimmtes axiales Verlängerungsstück 153 der
beiden Schaltwellensegmenthälften 151, 152.
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Weiterhin
ist in den beiden axial verlaufenden Gehäusetrennwänden 115 jeweils
eine Wandaussparung 126 ausgeformt, durch die radial außenliegenden
Teile der Kontaktarme 131, 132 mit dem beweglichen
Kontakt 121 hindurchragen. Die Wandaussparungen 126 erstrecken
sich in tangentialer Richtung derart, dass sich die beiden Kontaktarme 131, 132 gerade
noch frei drehend bewegen können. Im Beispiel der 6 sind
die beiden im Gehäuse 111 ausgesparten Wandaussparungen 126 zugleich zur
axialen Fixierung der beiden hindurchgeführten Kontaktarme 131, 132 und
somit des gesamten Kontaktsystems 101 vorgesehen.
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In
den beiden Kontaktkammern 113 ist jeweils ein Lichtbogenlöschpaket 116 angeordnet.
Ein solches Paket 116 weist eine Vielzahl von im Wesentlichen
parallel zueinander angeordneten Löschblechen auf. Sie
weisen vorzugsweise eine nicht weiter bezeichnete Ausnehmung auf,
durch die der jeweilige Kontaktarm 131, 132 sich
hindurchbewegen kann.
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Im
Beispiel der 6 ist gemäß der
Erfindung eine axial mit der Drehachse A fluchtende Zugfeder 106 zum
Aufbringen einer axial wirkenden Federkraft zu sehen, welche axial über
zwei Federaufnahmebolzen 161 fest in den beiden Schaltwellensegmenthälften 151, 152 vorgespannt
ist. Es sind beispielhaft zwei sich axial und tangential gegenüberliegende
der Rasteinrichtungen 107 zwischen den beiden Schaltwellensegmenthälften 151, 152 und zwischen
den jeweils gegenüberliegenden Kontaktgliedern 3 angeordnet.
Mit dem Bezugszeichen A1 ist eine minimale axiale Abmessung und
mit A2 eine maximale axiale Abmessung der beiden Schaltwellensegmenten 151, 152 bezeichnet.
Mit dA ist die axiale Auslenkung der beiden Schaltwellensegmenthälften 151, 152 bezeichnet.
Die minimale axiale Abmes sung A2 liegt dann vor, wenn die Kontaktglied 103 in der
Einschaltstellung oder in der Ausgelöststellung fixiert
ist.
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Das
vorliegende Schaltgerät 110 weist als Schaltwelle 109 zwei
Schaltwellenstäbe zur Drehbetätigung des Kontaktsystems 101 auf.
Sie sind radial zur Drehachse A gegenüberliegend angeordnet.
Sie können weiterhin durch axial aneinandergereihte Kontaktsysteme 101 eines
mehrpolig ausgeführten Schaltgerätes 110 zur
gemeinsamen Drehbetätigung hindurchgeführt sein.
Vorzugsweise sind an den beiden axialen Außenseiten des
Gehäuses 111 zwei teilweise tangential verlaufende
Langlöcher 118 vorhanden, durch welche die beiden
Schaltwellenstäbe hindurch geführt sind und sich
in ihnen entlang bewegen können.
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7 zeigt
eine vergrößerte radiale Schnittdarstellung des
Schaltgerätes 110 gemäß 6.
Im oberen Teil der 7 ist einer der beiden elektrischen
Anschlüsse 141 zu sehen. Die mit dem Anschluss 141 verbundene
Strombahn 104 ist im Bereich des festen Kontaktes 122 zurückgebogen.
Diese Ausgestaltung ermöglicht im Falle eines Kurzschluss-
oder Überstroms, dass sich das Kontaktglied 3 aufgrund
der dann wirkenden hohen elektromagnetischen Kräfte in
Richtung Ausschaltstellung dreht.
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Weiterhin
sind in der vorliegenden Darstellung besonders gut die beiden Langlöcher 118 zur Durchführung
der beiden Schaltwellenstäbe 191, 192 sowie
zwei der Rasteinrichtungen 107 mit den jeweils zwei zugehörigen
ersten und zweiten Rastelementen 171, 172 zu sehen.
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Obwohl
die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele
näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung
nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und
ande re Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet
werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Zusammenfassend
wird ein Kontaktsystem 1; 101 für ein
Schaltgerät 110, insbesondere für ein Leistungsschaltgerät,
mit einer in einem Schaltwellensegment 5; 105 drehbar
gelagerten Kontaktglied 3; 103 vorgeschlagen.
Das Schaltwellensegment 5; 105 ist zum Verdrehen
des Kontaktgliedes 3; 103 in eine Ein- oder Ausschaltstellung
um eine Drehachse A drehbar gelagert. Das Kontaktglied 3; 103 weist
zumindest einen Kontaktarm 31; 131, 32; 132 mit
jeweils einem beweglichen Kontakt 21; 121 auf.
Weiterhin weist das Kontaktsystem 1; 101 zumindest eine
Rasteinrichtung 7; 107 zur Fixierung oder Freigabe
des Kontaktgliedes 3; 103 in Abhängigkeit
von kontaktabhebenden Kräften auf, welche insbesondere
in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall auf das Kontaktglied 3; 103 einwirken.
Erfindungsgemäß weist das Schaltwellensegment 5; 105 zwei
zueinander axial bewegliche und drehfest zueinander angeordnete
Schaltwellensegmenthälften 51; 151, 52; 152 auf,
zwischen den zumindest eine vorgespannte, axial wirkende Zugfeder 6; 106 aufgenommen
ist. Die Rasteinrichtung 7; 107 ist ringförmig
um die Drehachse A zwischen der Kontaktglied 3; 103 und
zumindest einer der beiden Schaltwellensegmenthälften 51; 151, 52; 152 angeordnet.
Die Rasteinrichtung 7; 107 und das Kontaktglied 3; 103 sind
derart angeordnet und ausgestaltet, dass die von der zumindest einen Zugfeder 6; 106 auf
die jeweilige Schaltwellensegmenthälfte 51; 151, 52; 152 ausgeübte
Federkraft über die Rasteinrichtung 7; 107 auf
das Kontaktglied 3; 103 zur Fixierung oder Freigabe
dieser übertragbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007011451 [0004, 0011]
- - EP 889498 A2 [0023]
- - WO 2005/059941 A1 [0023]