DE19727853C1

DE19727853C1 - Low-voltage circuit breakers with one switching shaft

Info

Publication number: DE19727853C1
Application number: DE19727853A
Authority: DE
Inventors: Ludvik Dipl Ing Godesa; Peter Petznik
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: EP0992046B1; WO1999000809A2; WO1999000809A3; JP2002506558A; EP0992046A2; DE59802552D1

Abstract

The invention relates to a low-voltage power switch with an actuating shaft for actuating switching contacts. The actuating shaft consists of a centre shaft with radially extending levers which can be connected to switching contacts or a drive unit. At least one section of the centre shaft (2) and one part of the levers (3) are produced as a single-piece actuating shaft unit according to a metal casting process. Preferably, the pressure casting process involves the use of aluminium or zinc alloys.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen Niederspannungs- Leistungsschalter mit feststehenden und bewegbaren Schaltkontakten, einer die bewegbaren Schaltkontakte zum Ein- und Ausschalten betätigenden Antriebsvorrichtung und mit einer Schaltwelle zur Übertragung einer Antriebskraft von der Antriebsvorrichtung auf die bewegbaren Schaltkontakte, wobei die Schaltwelle einen zentralen Schaft und hiervon radial abragende Hebel aufweist, die mit der Antriebsvorrichtung bzw. mit den Schaltkontakten verbunden sind.The invention relates to a multi-pole low-voltage Circuit breakers with fixed and movable Switch contacts, one of the movable switch contacts for and switching off actuating drive device and with a shift shaft for transmitting a driving force from the Drive device on the movable switch contacts, wherein the shift shaft has a central shaft and radially thereof protruding lever with the drive device or are connected to the switch contacts.

Ein Leistungssschalter mit diesen Merkmalen ist unter anderem in der DE 40 22 078 A1 oder der DE 44 16 088 C1 beschrieben. Die Schaltwelle stellt dabei ein Kernstück der Schaltmechanik des Leistungsschalters dar, da sie die mechanischen Schaltkräfte von der für alle Pole gemeinsamen Antriebs vorrichtung übernimmt und zu jedem bewegbaren Schaltkontakt des Leistungsschalters weiterleitet. Ferner wirkt die Schaltwelle mit Verklinkungseinrichtungen zur Aufrecht erhaltung der Einschalt- und der Ausschaltstellung zusammen. Diese wichtigen Funktionen finden ihren Ausdruck in der großen Sorgfalt, die beim Entwurf und bei der Fertigung von Schaltwellen aufgewendet wird.A circuit breaker with these features is among others described in DE 40 22 078 A1 or DE 44 16 088 C1. The selector shaft is at the heart of the switching mechanism of the circuit breaker since they are mechanical Switching forces from the drive common to all poles device takes over and for each movable switch contact of the circuit breaker. Furthermore, the Control shaft with latching devices for upright maintenance of the switch-on and switch-off positions together. These important functions are expressed in the great care in the design and manufacture of Switching shafts is used.

Wellenartige Maschinenteile sind in der mechanischen Technik außerordentlich verbreitet. Daher könnte man der Meinung sein, daß es keine Schwierigkeiten bereitet, solche Maschinenteile auch für Niederspannungs-Leistungsschalter in befriedigender Qualität preiswert herzustellen. Schaltwellen bilden jedoch in zweifacher Hinsicht einen Sonderfall. Zum einen ist die Beanspruchung einer Schaltwelle insofern untypisch, als sie kein umlaufendes, gleichförmig belastetes Teil darstellen, sondern nur einen Bruchteil einer Umdrehung mit wechselndem Drehsinn und extrem ruckartigem Bewegungs ablauf ausführen. Als weiteres Merkmal tritt eine übliche Maßstäbe erheblich übersteigende Zuverlässigkeit hinzu. Diese Forderung beruht auf dem Einsatz von Niederspannungs- Leistungschaltern an wichtigen Stellen elektrischer Anlagen wie Energieverteilungen und Versorgung ganzer Produktions straßen. Die Forderung nach einer weit überdurchschnittlichen Zuverlässigkeit der Schaltwellen beruht auch darauf, daß die Schaltwelle durch ihre Position in dem Schaltmechanismus eines Leistungsschalters der Beobachtung durch einen Benutzer völlig entzogen ist und daher keine Möglichkeit besteht, etwa auftretende Schäden rechtzeitig festzustellen.Wave-like machine parts are in mechanical engineering extremely common. Therefore, you might think so be that there are no difficulties, such Machine parts also for low voltage circuit breakers in to produce satisfactory quality inexpensively. Switching shafts form a special case in two respects. To the one is the stress on a selector shaft atypical, as they are not all-round, uniformly loaded Represent part, but only a fraction of a turn with changing sense of rotation and extremely jerky movement execute the sequence. Another common feature occurs Reliability that far exceeds standards. This Demand is based on the use of low voltage Circuit breakers at important points in electrical systems like energy distribution and supply of entire production streets. The demand for a well above average Reliability of the switching shafts is also due to the fact that Shift shaft by its position in the shift mechanism a circuit breaker for observation by a user is completely withdrawn and therefore there is no possibility, for example determine any damage occurring in good time.

Um diese ungewöhnlichen Anforderungen zu erfüllen, wurde der Weg beschritten, Ausgangsmaterialien mit gut kontrollierbaren Eigenschaften zu wählen, die sich durch bewährte handwerk liche Arbeitsverfahren in gleichbleibender Qualität ver arbeiten lassen. Insbesondere wurde Rundstahl für den zentralen Schaft und Stahlblech für die mit dem Schaft zu verbindenden Hebel gewählt. Dabei konnte der Rundstahl soweit erforderlich auf Drehmaschinen bearbeitet werden, während die Konturen und Öffnungen der Hebel durch Stanzen hergestellt wurden. Die Verbindung des zentralen Schaftes und der Hebel erfolgte durch Hartlöten oder Schweißen. Eine sogfältige Revision der fertiggestellen Schaltwellen stellte sicher, daß nur einwandfrei maßhaltige Schaltwellen mit der geforderten Festigkeit zum Einbau in die Leistungsschalter gelangten.To meet these unusual requirements, the Pioneered starting materials with well controllable Properties to choose from that are proven by craftsmanship work processes of consistent quality let work. In particular, round steel was made for the central shaft and sheet steel for those with the shaft too connecting lever selected. The round steel could do so far required to be machined on lathes while the Contours and openings of the levers are produced by punching were. The connection of the central shaft and the lever was done by brazing or welding. A gentle one Revision of the completed shift shafts ensured that only impeccably dimensioned control shafts with the required Strength to be installed in the circuit breakers.

Die beschriebene Vorgehensweise zur Herstellung von Schalt wellen für Niederspannungs-Leistungsschalter hat es in der Vergangenheit ermöglicht, Leistungsschalter mit einer Lebens dauer von weit mehr als der in den maßgeblichen Vorschriften geforderten Schaltspielzahl von 10 000 herzustellen. Da der weltweite Bedarf an Leistungsschaltern steigt und dabei weitere Einsatzgebiete erschlossen werden, liegt es im Interesse der Anwender, Leistungsschalter von hoher Qualität möglichst preiswert bereitzustellen. Hierzu soll durch die Erfindung ein wesentlicher Beitrag geleistet werden.The procedure described for the production of switching There are waves for low voltage circuit breakers in the Past enables circuit breakers with a living duration of far more than that in the relevant regulations to produce the required number of operations of 10,000. Since the worldwide demand for circuit breakers increases and thereby further areas of application are opened, it lies in Interest of users, circuit breakers of high quality to provide as inexpensively as possible. For this purpose, the Invention can make a significant contribution.

Gemäß der Erfindung geschieht dies dadurch, daß wenigstens ein Abschnitt des zentralen Schaftes und ein zugehöriger Teil der abragenden Hebel als in einem Metall-Gießverfahren hergestellte einstückige Schaltwelleneinheit ausgebildet sind.According to the invention, this is done in that at least a section of the central shaft and an associated part the protruding lever than in a metal casting process manufactured one-piece switching shaft unit formed are.

Durch die Erfindung wird die bisherige Überzeugung der Fachwelt überwunden, daß die eingangs beschriebenen unge wöhnlichen Beanspruchungen nur mittels aus Stahlteilen bestehender Schaltwellen zu beherrschen sind. Obwohl nämlich Gießverfahren seit langer Zeit im Maschinenbau zur Her stellung von Wellen eingesetzt werden, hat man das Gießen von Schaltwellen nicht in Erwägung gezogen. Grundsätzlich ermöglicht die Anwendung eines Gießverfahrens im Schalterbau eine nicht unbeträchtliche Kostensenkung, die um so wesent licher ausfällt, je größer und komplizierter die Schaltwelle beschaffen ist.The present conviction of the Experts overcome that the above-described usual stresses only by means of steel parts existing switching shafts must be mastered. Although namely Casting process for a long time in mechanical engineering position of shafts are used, one has the casting of Switching shafts not considered. Basically enables the use of a casting process in switch construction a not inconsiderable cost reduction, which is all the more essential the bigger and more complicated the selector shaft turns out is procured.

Im Rahmen der Erfindung sind insbesondere Druckgießverfahren geeignet, weil sie bekanntermaßen zu besonders maßhaltigen Gußstücken mit guter Oberflächenbeschaffenheit führen (BEITZ, Wolfgang (u. a.): Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 1981, 14. Auflage, S. 949, 950). Zwei bei Druckguß häufig eingesetzten Materialzusammensetzungen auf der Basis von Zink bzw. Aluminium sind für die Zwecke der Erfindung geeignet. Eine Schaltwelle für einen dreipoligen Niederspannungs- Leistungsschalter mit einem Nennstrom von 1000 A und einem Schaltvermögen von 50 kA wurde als einstückiges Aluminium- Druckgußteil hergestellt und im Dauerversuch erprobt. Alle Anforderungen an die Lebensdauer wurden erfüllt. Dabei war es möglich, die Abmessungen der bisher benutzten Stahl-Schalt welle annähernd einzuhalten und damit ebenso die Abmessungen des bisherigen Leistungsschalters.Die casting processes are particularly within the scope of the invention suitable because they are known to be particularly dimensionally stable Guide castings with good surface properties (BEITZ, Wolfgang (et al.): Dubbel, paperback for mechanical engineering, Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 1981, 14. Edition, pp. 949, 950). Two commonly used in die casting Material compositions based on zinc or Aluminum are suitable for the purposes of the invention. A Switching shaft for a three-pole low voltage Circuit breakers with a nominal current of 1000 A and one Switching capacity of 50 kA was designed as a one-piece aluminum Die-cast part manufactured and tested in endurance tests. All Lifetime requirements have been met. It was there possible the dimensions of the previously used steel switch wave approximately to be observed and thus also the dimensions of the previous circuit breaker.

Während es bei sehr großen Niederspannungs-Leistungsschaltern zweckmäßig sein kann, die Schaltwelle aus Teilstücken zusammenzusetzen, wie dies auch für Stahl-Schaltwellen in der DE 42 27 352 A1 vorgeschlagen wurde, erweist es sich im Leistungsbereich von dreipoligen Standard-Leistungsschaltern als fertigungstechnisch günstiger, wenn die Schaltwelle einteilig ausgebildet ist.While it is with very large low voltage circuit breakers may be appropriate, the selector shaft from sections assemble like this for steel selector shafts in the DE 42 27 352 A1 has been proposed, it proves in Power range of three-pole standard circuit breakers than technically cheaper if the control shaft is formed in one piece.

Für das anzuwendende Gießverfahren erweist es sich als vorteilhaft, wenn in dem zentralen Schaft der Schaltwellen einheit wenigstens eine konische Ausnehmung zentrisch angeordnet ist.For the casting process to be used, it proves to be advantageous if in the central shaft of the shift shafts unit at least one conical recess centrally is arranged.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is described below with reference to the figures illustrated embodiment explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt eine als Druckgußteil ausgebildete Schaltwelle in einem teilweisen Längsschnitt. Fig. 1 shows a switching shaft designed as a die-cast part in a partial longitudinal section.

Die Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht der Schaltwelle gemäß der Fig. 1. FIG. 2 shows an end view of the selector shaft according to FIG. 1.

In der Fig. 3 ist eine aus zwei Teilstücken zusammengesetzte Schaltwelle gezeigt.In Fig. 3 is a composite of two parts shifting shaft is shown.

Die einstückige Schaltwelleneinheit 1 in der Fig. 1 ist aus Aluminium-Druckguß hergestellt. Dieses Herstellungsverfahren und die hierfür geeigneten Aluminiumlegierungen sind bekannt. Alle benötigten Angaben sind der Fachliteratur für metallurgische Verfahren zu entnehmen. Für die Erfindung ist nicht eine spezielle Ausgestaltung eines solchen Her stellungsverfahrens, sondern dessen Anwendung zur Herstellung von Schaltwellen wesentlich. Die Schaltwelleneinheit 1 umfaßt neben einem zentralen Schaft 2 drei Hebel 3 zur Betätigung der bewegbaren Schaltkontakte eines Leistungsschalters, wie er z. B. in den eingangs genannten Patentdokumenten beschrieben ist. Der mittlere Hebel 3 kann zugleich zur Ankopplung einer Antriebsvorrichtung des Leistungsschalters dienen. Dabei sorgen in geeigneter Weise bemessene Ausrundungen 4 am Fuß der Hebel 3 für einen guten Kraftfluß.The one-piece switching shaft unit 1 in FIG. 1 is made of die-cast aluminum. This manufacturing process and the aluminum alloys suitable for it are known. All the necessary information can be found in the specialist literature for metallurgical processes. For the invention is not a special embodiment of such a manufacturing method, but its application for the production of shift shafts is essential. The switching shaft unit 1 includes a central shaft 2, three levers 3 for actuating the movable switching contacts of a circuit breaker, as z. B. is described in the patent documents mentioned. The middle lever 3 can also serve to couple a drive device of the circuit breaker. In a suitable manner, rounded fillets 4 at the foot of the lever 3 ensure a good flow of force.

Für die verlangte Festigkeit ist nicht allein der Material querschnitt des zentralen Schaftes und der Hebel ausschlag gebend, sondern die bei einem gegebenen Querschnitt erreichte Festigkeit. Diese kann dadurch verbessert werden, daß der zentrale Schaft konische Ausnehmungen 5 aufweist. Diese beeinflussen bei der Herstellung die Verteilung des Gieß metalles in der Gießform. Bei verringertem Gewicht wird hierdurch eine erhöhte Festigkeit erzielt. Die Kontur eines der Hebel 3 ist aus der Fig. 2 ersichtlich. Wie man erkennt, ist der Hebel 3 entsprechend dem Kraftfluß gebogen gestaltet. Gegenüber einer geschweißten Ausführung, bei welcher die Hebel einen den zentralen Schaft ösenartig umgebenden Bereich aufweisen, ragt der Hebel 3 einseitig von dem zentralen Schaft 2 ab. Hierdurch ist eine Platzersparnis im Schaltmechanismus des Leistungsschalters erzielbar.Not only the material cross section of the central shaft and the lever are decisive for the required strength, but also the strength achieved for a given cross section. This can be improved in that the central shaft has conical recesses 5 . These affect the distribution of the casting metal in the mold during manufacture. With reduced weight, increased strength is achieved. The contour of one of the levers 3 can be seen from FIG. 2. As you can see, the lever 3 is designed curved according to the flow of force. Compared to a welded version, in which the levers have an area surrounding the central shaft in an eyelet-like manner, the lever 3 protrudes from the central shaft 2 on one side. This saves space in the switching mechanism of the circuit breaker.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen eine geteilte Ausführung einer Schaltwelle, deren Schaltwelleneinheiten 6 und 7 etwa die halbe Länge der in der Fig. 1 gezeigten Schalt welleneinheit 1 aufweisen. Beide Schaltwelleneinheiten weisen einen zentralen Schaft 8 bzw. 9 mit je zwei konischen Ausnehmungen 5 auf. Die Aufteilung ist in dem gezeigten Beispiel unsymmetrisch derart, daß die Schaltwelleneinheit 6 zwei der Hebel 3 aufweist, während die Schaltwelleneinheit 7 einen Kupplungsarm 10 und den verbleibenden Hebel 3 aufweist. Mit dem Kupplungsarm 10 übergreift die Schaltwelleneinheit 7 die Schaltwelleneinheit 6. Ferner greift ein zentrischer Absatz 11 der Schaltwelleneinheit 7 in eine zentrische Ausnehmung 12 der Schaltwelleneinheit 6. FIGS. 3 and 4 illustrate a split embodiment of a switching shaft, the shifting shaft units 6 and 7 is about half the length of the switch shown in Fig. 1 have shaft unit 1. Both shift shaft units have a central shaft 8 or 9 , each with two conical recesses 5 . The division is asymmetrical in the example shown such that the selector shaft unit 6 has two of the levers 3 , while the selector shaft unit 7 has a clutch arm 10 and the remaining lever 3 . With the clutch arm 10, the selector shaft unit 7 overlaps the selector shaft unit 6 . Furthermore, a central shoulder 11 of the selector shaft unit 7 engages in a central recess 12 of the selector shaft unit 6 .

Mittels ähnlicher Schaltwelleneinheiten, wie sie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht sind, lassen sich bei sinngemäßer Gestaltung auch Schaltwellen für vierpolige Leistungsschalter oder solche Leistungsschalter herstellen, die je Pol mehrere bewegbare Schaltkontakte aufweisen.By means of similar switching shaft units, as illustrated in FIGS. 3 and 4, switching shafts for four-pole circuit breakers or circuit breakers which have several movable switching contacts per pole can also be produced with a corresponding design.

Claims

1.Multipolar low-voltage circuit breaker with fixed and movable switch contacts, a drive device that actuates the movable switch contacts for switching on and off and with a switch shaft for transmitting a drive force from the drive device to the movable switch contacts, the switch shaft having a central shaft ( 2 , 8 , 9 ) and radially projecting levers ( 3 ), which are connected to the drive device or to the switching contacts, characterized in that at least a section of the central shaft ( 2 , 8 , 9 ) and an associated part of the projecting levers ( 3 ) are formed as a one-piece switching shaft unit ( 1 , 6 , 7 ) produced in a metal casting process.

2. Low-voltage circuit breaker according to claim 1, characterized in that the switching shaft unit ( 1 , 6 , 7 ) is designed as a metal die-cast part.

3. Low-voltage circuit breaker according to claim 2, characterized in that the switching shaft unit ( 1 , 6 , 7 ) is designed as an aluminum die-cast part.

4. Low-voltage circuit breaker according to claim 2, characterized in that the switching shaft unit ( 1 , 6 , 7 ) is designed as a zinc die-cast part.

5. Low-voltage circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized in that in the central shaft ( 2 , 8 , 9 ) of the switching shaft unit ( 1 , 6 , 7 ) at least one conical recess ( 5 ) is arranged centrally.