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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter, und ist
bei der konstruktiven Gestaltung von Kontakten mit federnder Halterung
anzuwenden.
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Die
Erfindung bezieht sich dabei auf ein Schaltkontaktsystem für einen
elektrischen Schalter mit zumindest einem feststehenden und zumindest einem
beweglichen Schaltkontakt, bei dem der zumindest eine bewegliche
Schaltkontakt zum Schließen
der Schaltkontakte entgegen der Kraft zumindest einer Kontaktkraft-Feder
aus einer AUS-Position in eine EIN-Position überführbar ist. Die Erfindung bezieht
sich weiterhin auf einen elektrischer Schalter insbesondere Niederspannungs-Leistungs-Schalter mit
zumindest einem derartigen Schaltkontaktsystem.
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Ein
gattungsgemäßes Schaltkontaktsystem und
ein gattungsgemäßer elektrischer
Schalter sind beispielsweise aus der Druckschrift
DE 100 48 659 A1 bekannt. – Um den
zum Schließen
der Schaltkontakte erforderlichen Energiebedarf zu verringern sind bei
diesem bekannten Schaltkontaktsystem jedem der als Kontakthebel
ausgebildeten beweglichen Schaltkontakte zumindest zwei mechanisch
parallele Kontaktkraft-Federn zugeordnet, von denen beim Einschalten
zumindest eine später
als die anderen zur Kontaktkraft beiträgt. Diese Ausgestaltung führt dazu,
dass -. im Vergleich zu Schaltkontaktsystemen mit gleichzeitig zur
Kontaktkraft beitragenden Kontaktkraftfedern – der Kraftbedarf bei der Berührung der
Schaltkontakte beim Einschaltvorgang nicht so steil ansteigt.
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Vorteilhaft
ist dabei, dass beispielsweise ein den beweglichen Kontakt treibender
Antriebsstrang bei der anfänglichen
Berührung
der Schaltkontakte weniger stark verzögert wird. Das Schließen der Schaltkontakte
erfordert dadurch weniger Energie eines Kraftspeichers.
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Ausgehend
von einem Schaltkontaktsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Anspruches 1 (
DE
100 48 659 A1 ) liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
ein gegenüber
dem bekannten Schaltkontaktsystem einfacher gestaltetes Schaltkontaktsystem
anzugeben, dass zum Schließen
seiner Schaltkontakte in ähnlicher
Weise weniger Energie erfordert.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass die zumindest eine Kontaktkraft-Feder eine progressive Federkennlinie
aufweist. – Bei
einer derartigen Gestaltung erfolgt eine verlustarme Umsetzung der
treibenden Energie beispielsweise eines Federspeichers, da die sich
zwischen den Schaltkontakten aufbauenden Kontaktkräfte der
Kontaktkraft-Federn
im Wesentlichen in einem Maße
ansteigen, in dem sich auch die Kraftübertragungsverhältnisse
(insbesondere die Hebelverhältnisse)
in dem den bewegbaren Schaltkontakt treibenden Antriebsstrang verbessern.
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In
bevorzugter Ausgestaltung des neuen Schaltkontaktsystems ist vorgesehen,
dass der bewegliche Schaltkontakt an einem Kontaktträger schwenkbar
gehalten ist, der zum Schließen
der Kontakte aus einer AUS-Stellung in eine EIN-Stellung schwenkbar
ist, wobei die zumindest eine Kontaktkraft-Feder zwischen dem beweglichen
Schaltkontakt und dem Kontaktträger
abgestützt
ist.
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Als
bevorzugte Ausführungsform
der zumindest einen Kontaktkraft-Feder ist eine einteilige Schraubendruckfeder
vorgesehen, die zumindest einen ersten und einen zweiten Wickelabschnitt
aufweist, wobei die Federrate des ersten Wickelabschnitts geringer
als die Federrate des zweiten Wickelabschnitts ist.
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Bei
einem elektrischen Schalter insbesondere einem Niederspannungs-Leistungsschalter,
der mit dem neuen Schaltkontaktsystem versehen ist, kann – aufgrund
der optimalen Umsetzung der den beweglichen Schaltkontakt treibenden
Energie in die Bewegung des beweglichen Schaltkontaktes – beispielsweise
ein die treibenden Energie bereitstellender Federspeicher geringer
dimensioniert oder bei gleicher Energie auf wesentlich höhere Ströme, insbesondere
höhere
Kurzschlussströme
draufgeschaltet werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
eines elektrischen Schalters mit einem mit progressiven Kontaktkraft-Federn
vesehenen Schaltkontaktsystem und mit einem Federspeicher, der die
Energie zum Schließen
des Schaltkontaktsystems bereitstellt.
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2 eine bevorzugte Ausführungsform
der progressiven Kontaktkraftfedern
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3 die progressive Federkennlinie
der progressiven Kontaktkraft-Feder gemäß der 3 im Vergleich zu einer linearen Federkennlinie
und
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4 im Vergleich die zum Schließen der Schaltkontakte
erforderliche Kraft des Federspeichers in Abhängigkeit vom Drehwinkel der
Schaltwelle bei einem gemäß der Erfindung
ausgebildeten Schaltkontaktsystem, dessen Kontaktkraftfedern eine
progressive Federkennlinie aufweisen und bei einem weiteren Schaltkontaktsystem,
dessen Kontaktkraftfedern eine lineare Federkennlinie aufweisen.
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Die 1 zeigt einen elektrischen
Schalter 1 in Form eines Niederspannungs-Leistungsschalter mit
einem Schaltkontaktsystem und einer zugeordneten Lichtbogen-Löschkammer 2. Das Schaltkontaktsystem
besteht aus einer feststehenden Schaltkontaktanordnung 3 und
einer beweglichen Schaltkontaktanordnung 4. Die bewegliche
Schaltkontaktanordnung 4 weist dabei einen schwenkbaren
Kontaktträger 5 und
mehrere bewegbare Schaltkontakte 6 in Form von Kontakthebeln
auf. Dabei sind die bewegbaren Schaltkontakte 6 parallel
zueinander um einen Lagerbolzen 7 des Kontaktträgers schwenkbar
und mittels Kontaktkraft-Federn 8 unter Vorspannung federnd
an dem Kontaktträger 5 abgestützt. Insbesondere
bei mehrpoligen Niederspannungs-Leistungsschaltern
sind neben dem gezeigten Kontaktträger weitere nicht dargestellte
Kontaktträger
vorgesehen. Die Kontaktkraft-Federn 8 weisen eine progressive Federkennlinie 24 (vgl. 3) auf (progressive Kontaktkraft-Federn),
d.h. sie werden bei steigender Belastung härter.
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Die
bewegliche Schaltkontaktanordnung 4 ist in bekannter Weise über einen
in der 1 nur schematisch
angedeuteten Antriebsstrang mit einem Federspeicher 9 eines
Antrieb 10 gekoppelt. Der Antriebsstrang umfasst eine Schaltwelle 11,
einen den Antriebes mit der Schaltwelle koppelnde erste Hebelanordnung 12 und
je nach Anzahl der vorgesehenen Kontaktträger 5 eine entsprechende
Anzahl zweiter Hebelanordnungen 13, von denen jede die
Schaltwelle 11 mit einem der Kontaktträger 5 koppelt. Im Zuge
der ersten Hebelanordnung 12 ist ein Schaltschloss 14 angekoppelt.
Das Schaltschloss 14 umfasst in bekannter Weise zwei Verklinkungseinrichtungen,
von denen eine erste zum Verklinken des gespannten Federspeichers 9 und
die zweite zum Verklinken des Antriebsstranges in seiner EIN-Position dient.
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Der
Antriebsstrang und die daran gekoppelten Kontaktträger 5 sind
beim Einschaltvorgang unter der Kraft des Federspeichers 9 des
Antriebs 10, entgegen der Kraft der progressiven Kontaktkraft-Federn 8 aus
einer AUS-Stellung, bei der das Schaltkontaktsystem offen ist, in
eine EIN-Stellung, bei der das Schaltkontaktsystem geschlossen ist, überführbar. Sobald
sich die Schaltkontakte beim Einschaltvorgang berühren schwenken
die beweglichen Schaltkontakte 6 um den Lagerbolzen 7.
Dabei werden die Kontaktkraft-Federn 8 weiter gespannt.
Die Kraft der Kontaktkraft-Federn 8 wirkt dabei in die
zur AUS-Stellung weisende Schwenkrichtung 15 der Schaltwelle 11.
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Gemäß der 2 sind die progressiven
Kontaktkraft-Federn 8 als einteilige progressive Schraubendruckfedern
ausgebildet. Diese progressive Schraubendruckfedern weisen zumindest
einen ersten und einen zweiten Wickelabschnitt 22, 23 auf, wobei
jeweils die Federrate des ersten Wickelabschnitts 22 geringer
als die Federrate des zweiten Wickelabschnitts 23 ist.
Im Unterschied zu anderen, beispielsweise als kegelige Schraubendruckfedern ausgebildete
progressive Federn erfordert die progressive Schraubendruckfeder
keine Erweiterung des zu ihrer Unterbringung erforderlichen Bauraumes.
Bekannte Schaltkontaktsvsteme können
daher ohne aufwendige konstruktive Veränderungen – durch einfaches Austauschen
der bisher bekannten Kontaktkraftfedern mit linearer Federkennlinie
gegen progressive Schraubendruckfedern – gemäß der Erfindung umgestaltet
werden.
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3 zeigt die progressive
Federkennlinie 24 (S = Weg der Kontaktkraft-Feder, F1 = Kraft der Kontaktkraft-Feder) der progressiven
Schraubendruckfedern. Die Drahtstärke, die Anzahl der Wicklungen
pro Wickelabschnitt, sowie die Längen,
Federwege und Steigungen der Wickelabschnitte sind derart bemessen,
dass die Kennlinie zwei in einem sehr kurzen Federweg ineinander übergehende,
im wesentlichen lineare Abschnitte 24a, 24b unterschiedlicher
Federrate (Federsteifigkeit) aufweist. Die progressive Federkennlinie 24 zeigt
damit an, dass die progressiven Schraubendruckfedern bei steigender
Belastung härter
werden, während
Kontaktkraft-Federn
mit durchgehend linearer Federkennlinie 25 eine konstante
Federrate aufweisen.
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Ein
Vergleich der in 4 gezeigten
Drehwinkel-Kraft-Kurven 27 und 28 (φ = Drehwinkel
der Schaltwelle beim Einschalten, F2 = Kraft
die vom Federspeicher zum Schließen des Schaltkontaktsystems
aufgebracht werden muss) veranschaulicht, dass bei dem neuen Schaltkontaktsystem,
dass mit progressiven Kontaktkraft-Federn 8 versehen ist,
insgesamt weniger Energie zum Schließen der Schaltkontakte 3, 6 erforderlich
ist (vgl. Kurve 27). Damit ist eine Reduzierung des Energiebedarfs
also ein geringer dimensionierter Federspeicher 9 möglich. Andererseits
kann – im
Vergleich mit herkömmlichen,
mit linearen Kontaktkraft-Federn
versehenen Schaltkontaktsystemen (vgl. Kurve 28) – mit dem
neuen Schaltkontaktsystem bei vorgegebener Energie des Federspeichers 9 auf
höhere
Kurzschlussströme
draufgeschaltet, d.h. das Schaltkontaktsystem bei höheren Kurzschlussströmen geschlossen
werden. Dies ist möglich,
da der Antriebsstrang weniger stark verzögert wird. Er kann also schneller
durchschalten, wodurch die stromrückwirkenden Kräfte, die
bis zum Zeitpunkt des Verklinkens des Antriebsstranges auf den Antriebsstrang
wirken, reduziert werden.
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Aufgrund
ihrer vergleichsweise geringen anfänglichen Federrate (Federsteifigkeit)
sind die progressiven Kontaktkraft-Federn 8 bei der Montage
des Schaltkontaktsystems leichter zwischen den beweglichen Kontakten 6 und
den Kontaktträger 5 abstützbar (montierbar).
Dies führt
zu einer Senkung des Montageaufwandes und damit insbesondere zu
einer Senkung der Montagekosten.