DE10005825A1 - Elektrischer Niederspannungsschalter - Google Patents
Elektrischer NiederspannungsschalterInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen kompakten Niederspannungsschalter mit wenigstens vier in Reihe geschalteten Kontaktstücken, von denen wenigstens zwei auf einer Kontaktbrücke angeordnet und miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Kontaktbrücke mit einer Betätigungsvorrichtung in Wirkverbindung steht und wobei wenigstens ein Kontaktstück jedes Paares von gegenüberliegenden Kontaktstücken derart ausgeführt ist, dass es in einer Stromleiterschiene lösbar angeordnet ist und bei Verschweißen oder Verkleben der Kontakte beim Öffnen des Niederspannungsschalters aus der Stromleiterschiene heraus bewegt und der Stromkreis sicher getrennt ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen kompakten Niederspannungsschalter mit
wenigstens vier in Reihe geschalteten Kontaktstücken, von denen
wenigstens zwei auf einer Kontaktbrücke angeordnet und miteinander
elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Kontaktbrücke mit einer
Betätigungsvorrichtung in Wirkverbindung steht.
Niederspannungsschalter sind beispielsweise Schütze oder Relais, die
zum fernbedienten Ein- und Ausschalten elektrischer Lasten, z. B.
Elektromotoren, in einem Stromkreis verwendet werden. In der Praxis
haben sich Schütze und Relais mit Doppelkontakten bewährt. Diese
Doppelkontakte bestehen aus einem Paar fester Kontakte und einem Paar
beweglicher Kontakte, wobei die beweglichen Kontakte mit einer
Kontaktbrücke als Stromleiterschiene miteinander verbunden sind. An der
Kontaktbrücke ist eine Betätigungsvorrichtung angeordnet und mit dieser
durch eine Halterung verbunden, die eine Verschiebung der Kontaktbrücke
im wesentlichen senkrecht zu den Kontaktflächen der Kontakte
ermöglicht. Das Öffnen und Schließen der Kontakte erfolgt in der Praxis
durch den Hub eines fernbedienten Elektromagneten, der mit
Kontaktbrücke starr oder beweglich verbunden ist. In der Praxis wird
oft nur ein Hub von etwa 0,5 mm realisiert.
Beim Schalten unter Last entstehen an den Kontakten oft Lichtbögen, die
zu einer Überhitzung der Kontakte und zu derem Verschweissen führen
können. Eine ebenso häufig zu beobachtende Fehlfunktion von
Schaltkontakten entsteht durch Verkleben der Kontakte, insbesondere
dann, wenn in korrosiver Atmosphäre die Kontakte nur selten betätigt
werden. Werden solche Niederspannungsschalter als Schutzschalter in
sicherheitsrelevanten Anlagen oder Apparaten eingesetzt, beispielsweise
in medizinischen Apparaten, so müssen derartige Schalter mehrfach
abgesichert werden, damit ein sicheres Trennen des Stromkreises
erfolgt.
Als Schutzschalter ausgebildete elektrische Schalter sind aus der
Patentliteratur bekannt.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 27 38 087 A1 betrifft einen
Strombegrenzungsschalter mit Hilfskontakten und einem Hilfsstromkreis,
bei dem sich die Hauptkontakte zeitlich vor den Abbrennkontakten
öffnen, wobei der Schalter drei Stellungen aufweist, nämlich eine
Schließstellung des Hauptstromkreises, eine Schließstellung des
Hilfsstromkreises, der einen Schutzwiderstand zur Strombegrenzung
enthält und parallel zum Hauptstromkreis angeordnet ist, und eine
offene Stellung des Hauptstromkreises und des zweiten Stromkreises.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 29 23 562 A1 betrifft einen
Leitungsschutzschalter mit mindestens einem Überstromauslöser, welcher
im Falle eines Überlast- oder Kurzschlußstromes auf ein mit einem
festen Kontaktstück in einer Lichtbogenlöschkammer zusammenwirkenden
beweglichen Kontaktstück zur Trennung beider einwirkt, wobei das feste
Konstaktstück auf eine gleichzeitig als Lichtbogenleitschiene
ausgebildete ausgebildete Leitschiene aufgebracht ist, wobei diese
Leitschiene eine Soll-Schmelzstelle aufweist und diese Soll-
Schmelzstelle bei Erreichen eines bestimmten I2t-Wertes abschmilzt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 25 36 441 A1 ist ein
mehrpoliger Selbstschalter mit Reihenschaltungsmaßnahme zur Erhöhung
des Schaltvermögens bekannt. Hierbei sind zusätzliche Schaltelemente
vorgesehen, die an dem Schaltergehäuse seitlich angefügt sind.
Allen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, dass sie bei einem
Verschweissen oder Verkleben der Hauptkontakte bei Strömen, für die der
Niederspannungsschalter ausgelegt ist, nicht sicher öffnen und daher
den angeschlossenen Stromkreis nicht sicher trennen können. Für eine
sichere Trennung des angeschlossenen Stromkreises ist nur die
Vorrichtung aus der DE 25 36 441 A1 bekannt, bei der zusätzliche
Kontakte außerhalb der Schaltkontakte angeordnet sind, was den
Platzbedarf des Niederspannungsschalters erheblich erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen
Niederspannungsschalter kompakter Bauart zu schaffen, der die o. g.
Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist und auch bei
Verschweissen oder Verkleben der Kontakte, jeden elektrischen Strom,
für den der Schalter ausgelegt ist, sicher unterbricht.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass wenigstens ein
Kontakt eines Kontaktpaares des Schalters an der zugehörigen
Stromleiterschiene in einer Halterung lösbar gehalten wird und bei
Verschweissen oder Verkleben des Kontaktpaares aus der Halterung
dadurch gelöst wird, dass eine der beiden Stromleiterschienen mit einer
elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung verbunden ist und durch den
Hub der Betätigungsvorrichtung der Kontakt aus der Halterung gelöst
wird.
Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert:
In Fig. 1a ist ein Stromkreis, bestehend aus einem einpoligen
Niederspannungsschalter (1), einem Motor (2) als Verbraucher und einer
Spannungsquelle (3)schematisch dargestellt.
Von den vier Kontaktstücken (10, 20, 30, 40), die als zwei Kontaktpaare
(10, 20) und (30, 40) angeordnet sind, ist wenigstens in einem
Kontaktpaar ein Kontakt derart ausgebildet, dass er in einer Halterung
lösbar gehalten wird. Im Normal-Betriebszustand fließt der Strom über
die Zuleitung (23) zu der Klemme (21) und über die Stromleiterschiene
(22), das Kontaktpaar (10, 20), die Kontaktbrücke (12), das Kontaktpaar
(30, 40), die Stromleiterschiene (42), die Klemme (41) zu der Zuleitung
(43). Die Kontaktpaare (10, 20) und (30, 40) sind über die Kontaktbrücke
(12) in Reihe geschaltet. An der Kontaktbrücke (12) ist eine Halterung
(13), vorzugsweise aus einem elektrisch isolierendem Material,
angeordnet, die mit einer Betätigungsvorrichtung (14) in Wirkverbindung
steht. Die Betätigungsvorrichtung (14) wird von einer Steuerung (4)
elektrisch angesteuert.
In Fig. 2 sind die Verhältnisse beim offenen erfindungsgemässen
Niederspannungsschalter wiedergegeben, wenn ein Kontaktpaar miteinander
verschweisst oder verklebt ist. Das Kontaktstück (50) ist in diesem
Ausführungsbeispiel auf der der Kontaktfläche abgelegenen Seite konisch
ausgeführt und sitzt passgenau in einer konischen Aussparung (52) der
Stromleiterschiene (22). Das Kontaktstück (50) wird von einem
Sicherungsring (51) gehalten, um ein unbeabsichtigtes Herausrutschen
des Kontaktstückes (50) zu verhindern. Der Sicherungsring (51) besteht
vorzugsweise aus einem weichelastischen, metallischen Federblech und
ist so dimensioniert, dass die Zugkraft der Betätigungsvorrichtung (14)
ausreicht, um das Kontaktstück (50), wenn es mit dem korrespondierenden
Kontaktstück (10) verschweisst ist, aus der Aussparung herauszuziehen.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bilden die konische Aussparung (52)
und die Unterseite des Kontaktstückes (50) einen Hohlraum (53), der
über die Bohrung (54) mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist, um das
Entstehen eines Vakuums beim passgenauen Sitz des Kontaktstückes (50)
in der Aussparung (52) zu verhindern. Der für den erfindungsgemässaen
Niederspannungsschalter notwendige Hub der Betätigungsvorrichtung (14)
ist wenigstens das 1,5-fache der Maximalausdehnung des Kontakts (50).
Dadurch ist sichergestellt, dass zwischen der Stromleiterschiene (22)
und dem Kontaktstück (10) bzw. der Stromleiterschiene (12) kein
elektrischer Kontakt durch das Kontaktstück (50) hergestellt werden
kann, auch wenn der mit dem Kontakt (10) verschweisste Kontakt (50)
beispielsweise während des Öffnens des Niederspannungsschalters
abreissen sollte. Da der geöffnete Niederspannungsschalter mit
wenigstens einem verschweissten Kontaktpaar keine Funktionsfähigkeit
mehr besitzt, ist vorgesehen, mit Hilfe eines elektromagnetischen oder
optischen Sensors die ordnungsgemässe Lage der Kontaktstücke zu
überprüfen und durch die Weiterleitung eines Alarm- und Steuersignales
ein Wiedereinschalten des Niederspannungsschalters zu verhindern.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemässer Niederspannungsschalter
schematisch dargestellt, bei dem die Kontakte (30, 40) zeitlich vor den
Kontaktstücken (10, 20) schliessen und beim Öffnen des Schalters erst
geöffnet werden, wenn die Kontaktstücke (10, 20) bereits geöffnet sind.
Bei dem Niederspannungsschalter (1) aus Fig. 3 kann man 4 Schaltphasen
unterscheiden, die durch die Stellung der Kontakte gekennzeichnet sind:
In einer Anordnung der Kontaktstücke (10, 20, 30, 40), mit der ein
subsekutives Öffnen und Schliessen der Paare der Kontaktstücke
bewerkstelligt wird, ist ein Kontaktträger, beispielsweise die
Trägerplatte (11) oder die Kontaktbrücke (12), derart federnd gelagert,
dass im offenen Zustand des Niederspannungsschalters der Abstand der
Kontaktstücke (30, 40) kleiner ist als der Abstand der Kontaktstücke
(10, 20). Im Beispiel der Fig. 3 ist der Kontaktträger in der
Brückenhalterung (13) um eine Drehachse (15) senkrecht zu der Ebene, in
der die Kontaktstücke bei geöffnetem Schalter liegen, drehbar gelagert,
wobei an der Brückenhalterung eine Blattfeder (16) vorgesehen ist, die
die Kontaktbrücke auf der Seite des Kontaktstückes (30) in einer
beispielsweise durch einen Anschlag festgelegten Stellung niederhält.
Beim Schliessen des Niederspannungsschalters kommen zunächst die
Kontakte (30, 40) in Berührung und anschliessend die Kontaktstücke
(10, 20). Der geschlossene Zustand des Schalters aus Fig. 3 entspricht
dem in Fig. 1 gezeigten Schalter. Der Vorteil dieser Anordnung liegt
darin, dass die Kontaktstücke (30, 40) im Normalbetriebszustand, d. h.
wenn kein Verschweissen oder Verkleben der Kontaktstücke vorliegt,
stets im stromlosen Zustand geschlossen bzw. geöffnet werden und
dadurch ein Abbrand der Kontakte verhindert wird. Im Falle eines
Verschweissens oder Verklebens des beanspruchten Kontaktpaares (10, 20)
würde der Schalter an den Kontakten (30, 40) sicher öffnen und der
Kontakt, der in der Stromleiterschiene lösbar angeordnet ist, im
stromlosen Zustand aus der Normalbetriebsposition herausgezogen werden.
Es ist für die Erfindung unerheblich, wie die Anordnung aus Fig. 3
ausgeführt ist. Für den Fachmann sind Anordnungen von Schraubenfedern
denkbar; auch ist es vorgesehen, statt der Kontaktstücke (20, 40)
Meesserscheiden-Kontakte und statt der Kontaktstücke (10, 30)
Messerkontakte an den jeweiligen Stromleiterschienen anzuordnen.
Wie insbesondere aus der Darstellung von Fig. 2 hervorgeht, ist es
erforderlich, dass der erfindungssgemässe Niederspannungsschalter einen
Hub der Betätigungsvorrichtung (14) aufweist, der wesentlich größer ist
als der Hub herkömmlicher Niederspannungsschalter. Bei diesen wird oft
nur ein Hub von 0,5 mm realisiert, währen der Hub beim erfindungsgemäßen
Niederspannungsschalter 3-10 mm beträgt, abhängig von den Dimensionen
der verwendeten Kontaktstücke. Ein Hub in dieser Größenordnung wird
vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Betätigungsvorrichtung (14)
einen Linear- oder Schrittmotor enthält, welche gegenüber den
üblicherweise in der Praxis zur Anwendung kommenden
Betätigungsvorrichtungen (14) den Vorteil einer vereinfachten
elektrischen Ansteuerung durch die Steuerung (4) bieten.
Um bei den herkömmlichen Niederspannungsschaltern ein sicheres
Abreissen von Lichtbögen zu gewährleisten, kommen als
Kontaktmaterialien Legierungen zum Einsatz, die teuer und teilweise
umweltgefährdend sind. Bei einem größeren Hub der
Betätigungseinrichtung (14) kann daher in manchen Anwendungsfällen auf
ein kostengünstigeres und unbedenkliches Kontaktmaterial
zurückgegriffen werden.
Fig. 1: Schematische Darstellung eines Stromkreises mit
Niederspannungsschalter
Fig. 2: Schnitt durch einen offenen Niederspannungsschalter
mit verschweissten Kontakten
Fig. 3: Schematische Darstellung des Niederspannungsschalters mit
Kontaktanordnung für zeitlich versetztes Schliessen der
Kontakte
1
Niederspannungsschalter
2
Motor
3
Spannungsquelle
4
Steuerung
10
Kontakt
11
Trägerplatte
12
Kontaktbrücke
13
Brückenhalterung
14
Betätigungsvorrichtung
15
Drehachse
16
Blattfeder
20
Kontakt
21
Klemme
22
Stromleiterschiene
23
Zuleitung
30
Kontakt
40
Kontakt
41
Klemme
42
Stromleiterschiene
43
Zuleitung
50
Kontaktstück
51
Sicherungsring
52
Aussparung
53
Hohlraum
54
Bohrung
60
Messerkontakt
61
Kontaktscheide
70
Messerkontakt
71
Kontaktscheide
Claims (8)
1. Niederspannungsschalter zum sicheren Öffnen eines Stromkreises auch
bei verschweissten oder verklebten Kontakten mit wenigstens vier in
Reihe geschalteten Kontaktstücken (10, 20, 30, 40), von denen jeweils zwei
(10, 20 bzw. 30, 40) als Kontaktpaar gegenüber angeordnet und von denen
wenigstens zwei auf einer Kontaktbrücke (12) angeordnet und miteinander
elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Kontaktbrücke (12) mit
einer Betätigungsvorrichtung (14) in Wirkverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kontaktstück (50) jedes
Kontaktpaares in einer Aussparung (52) einer Stromleiterschiene (22)
angeordnet ist und lösbar mittels einer Sicherungsvorrichtung gehalten
wird und mit der Stromleiterschiene (22) eine elektrische Verbindung
mit einem Übergangswiderstand von < 0,1 Ohm bildet und dass die
Sicherungsvorrichtung das Kontaktstück bei einer Zugkraft die kleiner
ist als das 0,8-fache der Nominalzugkraft der Betätigungsvorrichtung
(14) freigibt.
2. Niederspannungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hubweg der Betätigungsvorrichtung (14)
wenigstens das 1,5-fache der maximalen Ausdehnung des Kontaktstückes
(50) beträgt.
3. Niederspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1-2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorrichtung ein Ring aus
einem weichelastischen Federblech ist.
4. Niederspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung von einem
Linearmotor angetrieben wird.
5. Niederspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung von einem
Schrittmotor angetrieben wird.
6. Niederspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet, dass bei offenem Niederspannungsschalter die
Kontaktstücke (30, 40) einen kleineren Abstand voneinander besitzen als
die Kontaktstücke (10, 20) und beim Schliessen des
Niederspannungsschalters die Kontaktstücke (30, 40) zeitlich vor den
Kontaktstücken (10, 20) elektrischen Kontakt miteinander bekommen und
beim Öffnen des Niederspannungsschalters die Kontaktstücke (30, 40)
zeitlich nach den Kontaktstücken (10, 20) geöffnet werden.
7. Niederspannungsschalter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (12) an einer
Brückenhalterung (13) um eine Drehachse (15) drehbar gelagert ist und
mittels einer Feder in einer Position gehalten wird, in der der Abstand
der Kontaktstücke (30, 40) kleiner ist als der Abstand der Kontaktstücke
(10, 20).
8. Niederspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1-7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (52) in der
Stromleiterschiene (22) ein Konus ist, in dem das Kontaktstück (50)
passgenau gelagert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family
ID=7630414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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