-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mehrpoligen strombegrenzenden
Niederspannungs-Leistungsschalter des Typs, der gabelartige bewegliche
Kontakte aufweist; genauer ist der Ausdruck „Niederspannungs-Leistungsschalter" als Bezeichnung
eines Leistungsschalters für
Anwendungen, bei denen Spannungen bis etwa 1000 Volt auftreten,
zu verstehen.
-
Im
Allgemeinen werden in industriellen elektrischen Niederspannungssystemen,
in denen Ströme
mit hohen Werten und daher hohen Leistungspegeln auftreten, spezielle
Vorrichtungen verwendet, die in der Technik als automatische Unterbrecher oder
Leistungsschalter bezeichnet werden.
-
Solche
Leistungsschalter arbeiten in der Regel mit Strömen, deren Nennwerte, abhängig von
der Anwendung, über
einen breiten Bereich variieren können, in der Regel von Bruchteilen
eines Ampere bis zu mehreren tausend Amperes, und haben die Aufgabe,
eine Reihe von Funktionen zu liefern, die nötig sind, um den korrekten
Betrieb des elektrischen Systems, in das sie eingefügt sind,
und der Verbraucher, die daran angeschlossen sind, zu gewährleisten.
Beispielsweise schützen
sie die Verbraucher durch automatisches Öffnen des Stromkreises vor abnormalen
Ereignissen, die durch Kurzschlussfehler verursacht werden oder
aufgrund von Überlastungen
entstehen, sie ermöglichen
die korrekte Anschließung/Trennung
von Verbrauchern am/vom Stromkreis, sie gewährleisten, dass der Nennstrom für die verschiedenen
angeschlossenen Verbraucher wirklich dem erforderlichen Strom entspricht,
usw. Ein Beispiel für
bekannte Niederspannungs-Leistungsschalter ist in der Patentanmeldung
EP A 0 619 593 beschrieben.
-
Gegenwärtig sind
diese Leistungsschalter entsprechend verschiedenen konstruktiven
Lösungen
erhältlich;
in den bekanntesten und am weitesten verbreiteten dieser Lösungen werden
die Manöver zum
Entkoppeln/Koppeln der festen Kontakte und der beweglichen Kontakte
in der Standard-Grundkonfiguration unter Verwendung von komplexen
Mechanismen durchgeführt,
die die mechanische Energie nutzten, die zuvor in speziellen Öffnungsfedern gespeichert
wurde, um die beweglichen Kontakte zu betätigen und sie mit angemessener
Geschwindigkeit zu bewegen.
-
Unter
bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere wenn der angenommene
Kurzschlussstrom beträchtlich
hohe Werte annehmen kann, ist die Verwendung automatischer Leistungsschalter
in der Grundversion nicht ganz zufrieden stellend, da die Energie,
die von den Öffnungsfedern
allein gespeichert wird, möglicherweise
nicht ausreicht, um die Trennung der Kontakte mit angemessener Öffnungsgeschwindigkeit
zu gewährleisten.
-
In
diesen Situationen nutzt man daher spezielle automatische Leistungsschalter,
die in der Technik als begrenzende Leistungsschalter bekannt sind und
die mit geeigneten technischen Lösungen
versehen sind, die geeignet sind, ihre Unterbrechungsleistung zu
erhöhen.
-
Genauer
zwingt eine erste technische Lösung
den Strom in einen bestimmten Weg, so dass elektrodynamische Abstoßungskräfte zwischen
den Kontakten erzeugt werden, wenn es zu einem Kurzschluss kommt.
Diese Abstoßungskräfte erzeugen einen
Rückstoß, der für die Trennung
der beweglichen Kontakte von den festen Kontakten nützlich ist, und
tragen daher dazu bei, eine angemessene Öffnungsgeschwindigkeit zu erreichen.
-
In
einer zweiten technischen Lösung
werden für
jeden Pol des Leistungsschalters die festen Kontakte und die beweglichen
Kontakte verdoppelt, so dass der elektrische Strom in zwei getrennten
Regionen des Pols, die elektrisch miteinander in Reihe verbunden
sind, unterbrochen wird.
-
Diese
beiden Lösungen,
die im Allgemeinen im gegenseitigen Verbund verwendet werden, aber auch
einzeln verwendet werden können,
ermöglichen
eine verbesserte Leistung insbesondere im Hinblick auf die Unterbrechungsleistung
der Leistungsschal ter. Trotzdem haben begrenzende Leistungsschalter,
obwohl sie eine zufrieden stellende funktionale Leistung zeigen,
Probleme und Nachteile.
-
Insbesondere
besteht ein kritischer Aspekt im Fall von Leistungsschaltern mit
verdoppelten Kontakten in der Notwendigkeit, für jeden Pol einen mechanischen
Druck zu haben, der gleichmäßig auf
die zwei Kopplungsflächen
zwischen den einzelnen festen Kontakten und den entsprechenden beweglichen Kontakten
verteilt wird. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, hat dies in der Tat
negative Auswirkungen auf die elektrische Leitfähigkeit, die aufgrund der fortschreitenden
unregelmäßigen und
asymmetrischen Abnutzung der Leiterplatten, die auf den Kopplungsflächen der
Kontakte angeordnet sind, kontinuierlich über die Lebensdauer des Leistungsschalters
abnimmt.
-
Um
diese Nachteile zu vermeiden, ist die Struktur, die die beweglichen
Kontakte trägt
und sie mit der Schalteinrichtung verbindet und die im Allgemeinen
von einer Drehstange oder -welle gebildet wird, so konzipiert, dass
sie in Bezug auf das Betätigungselement
und daher auch in Bezug auf die festen Kontakte eine gewisse Freiheit
aufweist. Genauer ist im Fall von doppelten beweglichen Kontakten des
gabelartigen Typs der Körper
des Kontakts mit einer kleinen Welle versehen, die gelenkig mit
der Schalteinrichtung verbunden ist. Zusätzliche Federn, im Allgemeinen
paarweise, sind ferner mit der Struktur jedes beweglichen Kontakts
verbunden und erleichtern unter Nutzung der Bewegungsfreiheit des beweglichen
Kontakts in Bezug auf den festen Kontakt und in Bezug auf die Schalteinrichtung
die Eigenanpassung der Oberflächen
des beweglichen Kontakts in Bezug auf diejenigen der Festen und
die gleichmäßige Verteilung
des Kontaktdrucks.
-
Die
zusätzlichen
Federn üben
jedoch außer dass
sie die Komplexität
des allgemeinen Mechanismus der beweglichen Kontakte erhöhen und
Kosten verursachen, unerwünschte
Biege- und Kompressionsspannungen auf den Träger der beweglichen Kontakte
und genauer auf dessen Welle aus; diese Spannungen bewirken auch
im Hinblick auf die große Zahl
von Manövern,
die der Leistungsschalter während
seiner Lebensdauer durchführen
muss, eine allmähliche
Zunahme der Reibung, die der Bewe gung der Struktur jedes beweglichen
Kontakts in Bezug auf die Betätigungsstange
entgegensteht, und macht die Vorteile, welche die Bewegungsfreiheit
der Struktur des beweglichen Kontakts bietet, zunichte und schmälert sie
jedenfalls. Ferner bewirken diese Spannungen die allmähliche plastische
Verformung der Wellen und sogar ein Festfressen des gesamten Mechanismus.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines mehrpoligen begrenzenden
Leistungsschalters, der es möglich
macht, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und der
insbesondere einen vereinfachten Aufbau und eine verbesserte funktionale
Leistung im Vergleich zu bekannten Arten von begrenzenden Leistungsschaltern aufweist.
-
Innerhalb
dieser Aufgabe ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung
eines mehrpoligen strombegrenzenden Leistungsschalters, in dem der
Aufbau der beweglichen Kontakte und ihre Verbindung mit der Schalteinrichtung
eine verbesserte Verteilung der mechanischen Spannungen und eine Eliminierung
von Reibung ermöglichen,
wodurch die Gefahr eines Festfressens eliminiert oder zumindest minimiert
wird.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
mehrpoligen strombegrenzenden Leistungsschalters, der die Optimierung
der Verteilung des Kontaktdrucks auf die beweglichen und festen
Kontakte jedes Pols ermöglicht.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
mehrpoligen strombegrenzenden Leistungsschalters, der eine geringere
Zahl von Bauteilen aufweist als bekannte Leistungsschalter und dessen
Zusammenbau insgesamt vereinfacht ist.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
mehrpoligen strombegrenzenden Leistungsschalters, der sehr zuverlässig, relativ
leicht zu beschaffen und kostengünstig
ist.
-
Dieses
Aufgabe und diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung,
die im Folgenden deutlicher werden, werden durch einen mehrpoligen strombegrenzenden
Leistungsschalter erreicht, der ein Isoliergehäuse aufweist, das folgendes
enthält:
- – für jeden
Pol mindestens einen festen Kontakt und mindestens einen beweglichen
Kontakt, die beim Schließen/Öffnen des
Leistungsschalters gegenseitig verkoppelt/entkoppelt werden können;
- – ein
Betätigungsmittel,
das die Energie zur Bewegung der beweglichen Kontakte bereitstellt
und deren Verkopplung/Entkopplung mit den entsprechenden festen
Kontakten bestimmt, wobei das Betätigungsmittel eine Drehbetätigungsstange umfasst,
die wirkmäßig mit
den beweglichen Kontakten der Pole verbunden ist;
dadurch
gekennzeichnet, dass die beweglichen Kontakte einen gabelförmigen Körper aufweisen,
der ein Basiselement aufweist, das zwei Arme trägt, die mit Platten für einen
elektrischen Kontakt mit entsprechenden Kopplungsoberflächen des
festen Kontakts versehen sind, und dass der gabelförmige Körper mittels
elastischer Mittel, die zumindest teilweise in einem in der Betätigungsstange
ausgebildeten Sitz aufgenommen sind, mit der Stange verbunden sind, wobei
die elastischen Mittel an der Stange verankert und am Basiselement
befestigt sind, um den beweglichen Kontakt zu tragen und eine im
Wesentlichen gleichmäßige Verteilung
des Drucks, der von den Kontaktplatten an die entsprechenden Kopplungsflächen des
festen Kontakts angelegt wird, zu erleichtern.
-
Auf
diese Weise wird jeder bewegliche Kontakt des Leistungsschalters
mit der Betätigungsstange
auf eine ausschließlich
elastische Weise unter Verwendung eines elastischen Mittels, das
auch als Trägerelement
für den
Kontakt dient, verbunden. Dies erlaubt daher im Vergleich mit dem
Stand der Technik die Eliminierung von starren Trägerkomponenten,
die Spannungen ausgesetzt sind und sich festfressen können, und
insbesondere der Trägerwelle,
mit daraus resultierenden Vorteilen im Hinblick auf die elektrischen
Funktionalitäten,
die mechanische Spannungsverteilung und die Vereinfachung der Konstruktion.
-
Weitere
Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung einer bevorzugten,
aber nicht beschränkenden
Ausführungsform
des Leistungsschalters gemäß der Erfindung
deutlich, die nur als nicht-beschränkendes Beispiel in der begleitenden Zeichnung
dargestellt ist, wobei:
-
1 eine
schematische perspektivische Darstellung der beweglichen Kontakte
eines strombegrenzenden Leistungsschalters vom dreipoligen Typ ist,
die mit einer Betätigungsstange
gekoppelt sind, gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 eine
perspektivische Darstellung einer biegsamen Spiralfeder ist, die
in dem Leistungsschalter gemäß der Erfindung
verwendet wird;
-
3 eine
seitliche Schnittansicht von 1 ist.
-
1 stellt
schematisch die bewegliche Ausrüstung
eines strombegrenzenden Leistungsschalters vom dreipoligen Typ dar;
die begrenzenden Leistungsschalter weisen gemäß Lösungen, die in der Technik
weit verbreitet sind und daher nicht im Einzelnen dargestellt werden,
in den verschiedenen Versionen mit unterschiedlicher Polzahl ein
isolierendes Gehäuse
auf, das für
jeden Pol mindestens einen festen Kontakt und mindestens einen beweglichen Kontakt,
die beim Schließen/Öffnen des
Leistungsschalters gegenseitig verkoppelt/entkoppelt werden können, mindestens
eine Löschkammer,
eine optionale Einrichtung für
die elektrodynamische Zurückstoßung der
Kontakte unter Kurzschlussbedingungen, und ein Betätigungsmittel,
das allen Polen gemeinsam ist und das die Energie zur Bewegung der beweglichen
Kontakte liefert und deren Verkopplung/Entkopplung im Hinblick auf
die entsprechenden festen Kontakte bewirkt, auf. Genauer weist das
Betätigungsmittel
im Allgemeinen einen federbelasteten Mechanismus auf, der mit einer
Freigabeeinrichtung, beispielsweise vom magnetothermischen Typ,
und mit einem Hebel zum Öffnen/Schließen des
Leistungsschalters, der aus dem isolierenden Gehäuse vorragt und eine manuelle
Betätigung
des Leistungsschalters ermöglicht,
wirkmäßig verbunden
ist.
-
Genauer
weist der federbelastete Mechanismus eine Drehbetätigungsstange
auf, d.h. die Kontakte haltende Welle, die so verwirklicht ist,
dass sie die gegenseitige Isolierung der Pole gewährleistet, und
die in 1 mit dem Bezugszeichen 1 benannt ist
und so in dem Gehäuse
angeordnet ist, dass sie quer durch die verschiedenen Pole verläuft und
wirkmäßig mit
den damit verbundenen elektrischen Kontakten 2 verkoppelt
ist. In der Praxis liefert der federbelastete Mechanismus, wenn
der Leistungsschalter sich öffnet,
Energie, die zuvor in der Feder gespeichert wurde, zur Stange 1,
wodurch die Stange 1 sich mit angemessener Geschwindigkeit
dreht und eine Entkopplung der beweglichen Kontakte von den festen
Kontakten bewirkt.
-
In
der Ausführungsform
des begrenzenden Leistungsschalters gemäß der Erfindung weist jeder bewegliche
Kontakt 2 einen gabelförmigen
Körper auf,
der ein Basiselement 3 aufweist, das zwei Arme 4 trägt; die
beiden Arme 4 sind jeweils mit Platten 5 für einen
elektrischen Kontakt mit den entsprechenden Kopplungsflächen der
festen Kontakte, die zu ihnen komplementär sind, versehen.
-
Jeder
gabelartige Körper
ist mittels elastischer Mittel, die zumindest teilweise in einem
Sitz 6, der in der Betätigungsstange 1 ausgebildet
ist, aufgenommen sind, dort verankert sind und am Basiselement 3 befestigt
sind, mit der Stange 1 verbunden. Vorzugsweise besteht
das elastische Mittel in der in den Figuren dargestellten Ausführungsform
aus einer biegsamen Spiralfeder 10, die in einem Sitz 6 aufgenommen
ist, der in der Stange 1 ausgebildet ist, mit einer Achse,
die im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Stange 1 ist,
und ist an dieser verankert; alternativ dazu kann das elastische
Mittel beispielsweise mittels einer Blattfeder, in der ein Teil
an der Stange 1 verankert ist und ein anderer Teil an der Basis 3 des
beweglichen Kontakts 2 befestigt ist, oder mittels anderer
geeignet gestalteter Körper
verwirklicht sein, so lange diese mit der Anwendung kompatibel sind.
-
Genauer
weist die Feder 10 mindestens einen Abschnitt 7 auf,
der am Basiselement 3 befestigt ist, um den beweglichen
Kontakt 2 zu tragen und eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung
des Drucks, der von den Kontaktplatten 5 auf die entsprechenden
Kopplungsoberflächen
des festen Kontakts ausgeübt
wird, zu erleichtern.
-
Wie
in den 1 und 2 im Detail dargestellt, weist
die Sprungfeder 10 genauer eine erste Reihe 11 und
eine zweite Reihe 12 von Spiralwindungen auf, die koaxial
im Sitz 6 angeordnet sind und im Wesentlichen parallel
zur Drehachse der Betätigungsstange 1 sind;
beide Reihen von Spiralwindungen 11 und 12 haben
ein freies Ende 14 bzw. 15, das im Wesentlichen
parallel zur Achse der Windungen verläuft und in eine entsprechende
Aussparung 16 eingreift, die in den Wänden des Sitzes 6 ausgebildet ist.
Außerdem
sind die beiden Reihen von Windungen 11 und 12 miteinander
in einer im Wesentlichen mittleren Region der Feder durch einen
Abschnitt einer Windung 13, der quer zur Achse der Feder
liegt und den Abschnitt 7 bildet, der am Basiselement 3 befestigt
ist, verbunden.
-
Wie
im Detail in 3 dargestellt, weist der Abschnitt
der Windung 13, der quer zur Achse der Feder 10 liegt,
zwei im Wesentlichen gerade und zueinander parallele Arme auf, die
jeweils mit einer entsprechenden Reihe von Windungen verbunden sind; die
Arme sind in einer Richtung orientiert, die die Betätigungsstange 1 mit
einem beweglichen Kontakt 2 verbindet, und sind mittels
des Abschnitts 7, der am Basiselement 3 befestigt
ist, miteinander verbunden. Der Abschnitt 7 wiederum hat
eine im Wesentlichen U-förmige
Gestalt.
-
Genauer
ist der Abschnitt 7 so angeordnet, dass er zumindest teilweise
auf einer Fläche
des Basiselements 3 aufliegt, und ist mittels eines Befestigungselements
dort befestigt, wie schematisch durch das Bezugszeichen 20 in 3 gezeigt.
Das Befestigungselement 20 weist einen zylindrischen Kopf 21 und
einen Schaft 22 auf, der ebenfalls zylindrisch ist, aus
dem Kopf 21 vorragt und einen kleineren Durchmesser hat
als der Kopf; das Element 20 ist starr am Körper des
beweglichen Kontakts 2 befestigt, so dass der Schaft 22 von
den Armen des U-förmigen Abschnitts 7 umgeben
ist und durch das Basiselement 3 verläuft, und so, dass der Kopf 20 den
U-förmigen
Abschnitt 7 gegen eine Fläche des Basiselements 3 drückt. Auf
diese Weise wird eine Befestigung geschaffen, die unter konstruktiven
Gesichtspunkten einfach ist und unter funktionellen wirksam; alternativ
könnte
die Verbindung zwischen dem Abschnitt 7 und dem Körper des
beweglichen Kontakts 3 anders geschaffen werden, beispielsweise
unter Verwendung eines anders gestalteten Befestigungselements,
oder durch Schaffen einer direkten Verbindung zwischen dem Abschnitt 7 und
dem Kontakt 2.
-
Vorteilhafterweise
sind in dieser Ausführungsform
des begrenzenden Leistungsschalters gemäß der Erfindung der Aufbau
des Kontakts 2 und der Feder 10, ihre gegenseitige
Verbindung und die Verbindung der Feder 10 mit der Betätigungsstange 1 so
vorgesehen, dass die erste und zweite Reihe von Windungen 11 und 12,
die beiden geraden Arme des Abschnitts der Windung 13,
die beiden Arme des U-förmigen
Abschnitts 7 und die beiden elektrischen Kontaktplatten 5 in
Bezug auf eine mittlere Ebene, die senkrecht zum Basiselement 3 jedes
beweglichen Kontakts verläuft,
im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind.
-
In
der Praxis hat sich gezeigt, dass der mehrpolige strombegrenzende
Leistungsschalter gemäß der Erfindung
die gestellte Aufgabe löst
und die gesetzten Ziele erreicht, wobei er eine bemerkenswerte Reihe
von Vorteilen gegenüber
dem Stand der Technik liefert.
-
Wie
bereits erwähnt,
ist in der Tat jeder bewegliche Kontakt 2 auf eine ausschließlich elastische Weise
mit der Betätigungsstange 1 verbunden,
und zwar mittels der Feder 10, die dadurch, dass sie sowohl
mit der Stange als auch mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist,
nicht nur als Verbindungselement, sondern auch als Trägerelement
für den
Kontakt dient; außerdem
ist die Feder 10 aufgrund ihrer elastischen Beschaffenheit
und ihrer Konstruktion in der Lage, dem beweglichen Kontakt autonom
eine Bewegungsfreiheit in Bezug auf die Stange und den entsprechenden
festen Kontakt zu verleihen, die im Stand der Technik dadurch erhalten
wird, dass man auf starre Trägerelemente
zurückgreift,
die die oben aufgeführten
Probleme mit sich bringen und in jedem Fall komplizierte Systeme
für die
Verbindung mit der Schalteinrichtung erfordern. Auf diese Weise
erhält man
daher im Vergleich zum Stand der Technik eine Ver besserung des elektrischen
und mechanischen Verhaltens des Leistungsschalters mit einer ausgewogenen
Verteilung des Kontaktdrucks zwischen den Kontaktflächen jedes
Pols, eine Verbesserung der allgemeinen Zuverlässigkeit und eine Verlängerung
der Lebensdauer der Pole des Leistungsschalters. Diese Wirkungen
werden durch die Konstruktion weiter vergrößert und verbessert, die in
Bezug auf die mittlere Ebene symmetrisch ist, welche senkrecht zum
Basiselement jedes beweglichen Kontakts verläuft und dazu beiträgt, die
Lasten gleichmäßig auf die
elektrischen Kopplungsflächen
jedes Pols zu verteilen.
-
Außerdem sollte
man die Tatsache nicht vergessen, dass die Struktur der Kontakt
in Bezug auf den Stand der Technik in der Tat vereinfacht ist und eine
verringerte Zahl an Bauteilen erfordert, mit einem daraus resultierenden
Vorteil unter dem Gesichtspunkt der Kosten und unter dem Gesichtspunkt der
Montage und der Wartung.