DE102008049602A1

DE102008049602A1 - Schaltgerät mit jeweils einer zwischen einer Nockenplatte und Zugfedern eines Drehkontaktsystems und zwischen einer zugehörigen Kontaktbrücke angeordneten Gehäusetrennwand

Info

Publication number: DE102008049602A1
Application number: DE200810049602
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Erven
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Ein Schaltgerät (10) weist ein in einem Isolierstoffgehäuse (11) aufgenommenes, doppelt unterbrechendes Drehkontaktsystem (1) mit zwei Festkontakten (22) sowie eine um eine Drehachse (A) drehbare Kontaktbrücke (3) mit zwei beweglichen Schaltkontakten (21) auf. Das Drehkontaktsystem (1) ist derart ausgebildet, dass sich die Kontaktbrücke (3) bei einem Überstrom- oder Kurzschlussstrom selbsttätig in Richtung Ausschaltstellung dreht. Die Kontaktbrücke (3) ist zwischen zwei über Mitnehmer (53) fest verbundene Nockenplatten (5) drehbar gelagert. Das Drehkontaktsystem (1) weist mindestens ein Paar von zwischen den beiden Nockenplatten (5) und der Kontaktbrücke (3) symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse (A) angeordnete Zugfedern (6) auf. Die Zugfedern (6) weisen jeweils ein an der Kontaktbrücke (3) gelagertes Ende sowie einen an einer radial außenliegenden Rastkontur (K) der Nockenplatten (5) zumindest teilweise gleitend verschiebbar gelagerten Federbolzen (54) auf. Im Überstrom- oder Kurzschlussfall verrasten die Federbolzen (54) entlang der Rastkontur (K) mit einer Rastnocke (N), um ein Wiederschließen der Kontaktbrücke (3) zu verhindern. Erfindungsgemäß sind jeweils eine Nockenplatte (5) und die zugehörigen Zugfedern (6) räumlich durch eine im Isolierstoffgehäuse (11) angeordnete Trennwand (14) von der Kontaktbrücke (3) getrennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einem in einem Isolierstoffgehäuse aufgenommenen, doppelt unterbrechenden Drehkontaktsystem, welches zwei Festkontakte zum Anschließen an jeweils eine Strombahn sowie eine um eine Drehachse des Drehkontaktsystems drehbare Kontaktbrücke mit einem mit den Festkontakten zusammenwirkenden Paar von beweglichen Schaltkontakten aufweist. Das Drehkontaktsystem ist derart ausgebildet, dass sich die Kontaktbrücke bei einem Überstrom- oder Kurzschlussstrom selbsttätig in Richtung Ausschaltstellung dreht. Die Kontaktbrücke ist axial zwischen zwei insbesondere spiegelbildlich aufgebauten, durch Mitnehmer fest miteinander verbundenen Nockenplatten um die Drehachse gelagert. Das Drehkontaktsystem weist mindestens ein Paar von zwischen den Nockenplatten und der Kontaktbrücke symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse angeordnete Zugfedern zur Aufbringung einer Kontaktkraft auf. Letztere weisen jeweils ein an der Kontaktbrücke gelagertes Ende sowie einen an einer radial außenliegenden Rastkontur der Nockenplatten zumindest teilweise gleitend verschiebbar gelagerten Federbolzen auf. Im Überstrom- oder Kurzschlussfall verrasten die Federbolzen entlang der Rastkontur mit einer Rastnocke, um ein Wiederschließen der Kontaktbrücke zu verhindern. Mit „axial” sind Richtungen parallel zur Drehachse und mit „radial” Richtungen zur Drehachse und von ihr weg bezeichnet.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine mehrpolige, insbesondere eine dreipolige, Schaltgeräteanordnung mit zumindest zwei derartigen Schaltgeräten.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Schaltgeräte im Niederspannungsbereich. Mit „Niederspannung” sind typischerweise Spannungen von bis ca. 1000 Volt gemeint. Unter entsprechender konstruktiver Auslegung der Schalttrennstrecken können derartige Schaltgeräte auch für Schaltspannungen über 1000 V ausgelegt sein, wie z. B. bis 6,3 kV. Weiterhin sind derartige Schaltgeräte insbesondere zur Unterbrechung von Strombahnen in einem Überstromfall oder in einem Kurzschlussfall ausgebildet. Sie können einpolig oder mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein.
Die betrachteten Leistungsschaltgeräte können z. B. sogenannte MCCB-Schaltgeräte (für Molded Case Circuit Breaker) sein. Bei einem derartigen Schaltgerät wird der zu unterbrechende Strom unterbrochen, bevor dieser seinen Maximalwert erreicht, indem die Schaltkontakte des MCCB durch elektromagnetische Abstoßung benachbarter Leiter auseinandergezogen werden und so der Strom unterbrochen wird. Der maximale Strom kann im ein- bis dreistelligen kA-Bereich liegen. Alternativ oder zusätzlich können die Schaltkontakte z. B. mittels eines vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Aktors betätigt werden. Der Aktor kann z. B. durch eine Überstromerfassungseinheit angesteuert werden.
Aus der US-Patentanmeldung US 2006/0077022 A1 ist ein Drehkontaktsystem mit einer schwimmend zwischen zwei Schaltwellensegmenthälften angeordneten Drehkontaktbrücke bekannt. Zwischen den zwei Schaltwellensegmenthälften und der Drehkontaktbrücke sind zwei spiegelbildlich aufgebaute Nockenplatten angeordnet, die über zwei Mitnehmer fest miteinander verbunden sind und die Drehkontaktbrücke axial umschließen. Die Drehkontaktbrücke ist über jeweils ein Paar Zugfedern auf beiden axialen Seiten der Drehkontaktbrücke zwischen den bei den Nockenplatten vorgespannt gelagert. Die Zugfedern sind symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse der Kontaktbrücke angeordnet. Sie weisen jeweils ein an der Drehkontaktbrücke gelagertes Ende sowie einen an einem radialen Außenrand der Nockenplatte gleitend verschiebbar in einer ersten Rastnocke gelagerten Federbolzen auf. Die Nockenplatte weist ein Paar von symmetrisch zur Drehachse ausgelegte Konturen derart auf, dass der jeweilige Federbolzen in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall aus der ersten Rastnocke entrastet, entlang der Kontur gleitet und mit einer zweiten Rastnocke verrastet, um ein Wiederschließen der Drehkontaktbrücke zu verhindern.
Aus der deutschen Übersetzung DE 693 04 374 T2 des europäischen Patents EP 0 560 697 B1 ist ein Niederspannungs-Leistungsschalter in einem Isolierstoffgehäuse bekannt, der eine Drehkontaktbrücke, ein mit der genannten Kontaktbrücke zusammenwirkendes Paar feststehender Kontakte, Stromzuführungsleiter zur Einspeisung der genannten feststehenden Kontakte, die so ausgeführt sind, dass sie, die Kontaktbrücke in Richtung einer Abstoß-Ausschaltstellung zurückstoßende, elektrodynamische Kräfte erzeugen, wenn sie von einem Kurzschlussstrom durchflossen werden, ein Schaltwelle mit einer quer verlaufenden Aussparung zur spielbehafteten Lagerung der beidseitig aus der Schaltwelle hervorstehenden Kontaktbrücke sowie mindestens ein Paar von zwischen der Schaltwelle und der Kontaktbrücke angeordnete Zugfedern umfasst. Die Zugfedern dienen dazu, in der Einschaltstellung des Leistungsschalters einen von der Kontaktbrücke auf die feststehenden Kontakte ausgeübten Kontaktdruck zu gewährleisten und gleichzeitig eine Drehung der Kontaktbrücke unter Einwirkung der genannten elektromagnetischen Kräfte in Richtung der Abstoß-Ausschaltstellung zu ermöglichen. Die Federn sind symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse der Kontaktbrücke angeordnet, wobei sie jeweils ein an der Kontaktbrücke gelagertes Ende aufwei sen. Es ist ein entgegengesetztes Ende der Federn auf einer gleitend verschiebbar in einer Rastkerbe der Schaltwelle angeordneten Stange gelagert. Die Kontaktbrücke weist ein Paar von symmetrisch zur Drehachse angeordnete Steuerkurven auf, die jeweils so ausgelegt sind, dass sie im Endabschnitt des Abstoßungshubs der Kontaktbrücke mit einer der Stangen zusammenwirken, um die Bewegung der Kontaktbrücke abzubremsen.
Aus der US-Patentanmeldung US 2005/0231308 A1 ist ein Drehkontaktsystem für ein Schaltgerät bekannt, bei welchem eine Drehkontaktbrücke spielbehaftet um eine virtuelle Drehachse zwischen zwei Schaltwellensegmenthälften drehbar angeordnet ist. Zur Aufbringung einer Kontaktfederkraft sind zu beiden axialen Seiten der Drehkontaktbrücke ein Paar von Zugfedern angeordnet. Ein jeweiliges Längsende ist mit der Drehkontaktbrücke und das jeweilige andere Längsende mit einem an einem radialen Ende der Schaltwellensegmenthälften axial verlaufenden Federaufnahmebolzen aufgenommen. Nach einer dortigen Ausführungsform ist an der axialen Außenseite der jeweiligen Schaltwellensegmenthälfte eine querverlaufende Aussparung vorhanden, in welcher jeweils eine Zugfeder angeordnet ist. Die Längsenden der Zugfedern sind jeweils in einem axial verlaufenden Federbolzen eingehängt, wobei die beiden Federbolzen entlang einer radial außenliegenden Rastkontur der beiden Schaltwellensegmenthälften gleitet und dabei die Zugfederkraft auf die beiden Kontaktarme der Drehkontaktbrücke zur Aufbringung der Kontaktfederkraft aufbringen.
Ausgehend von dem zuerst genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Schaltgerät anzugeben, welches einen einfacheren Aufbau aufweist.
Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine geeignete mehrpolige Schaltgeräteanordnung mit mindestens zwei derartigen Schaltgeräten anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Schaltgerätes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 genannt. Im Anspruch 11 ist eine mehrpolige Schaltgeräteanordnung mit zumindest zwei derartigen Schaltgeräten angegeben.
Erfindungsgemäß sind jeweils eine Nockenplatte und die zugehörigen Zugfedern räumlich durch eine im Isolierstoffgehäuse angeordnete Trennwand von der Kontaktbrücke getrennt. Vorzugsweise ist die Trennwand an das Isolierstoffgehäuse angeformt und wie das Isolierstoffgehäuse aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff, wie z. B. einem Kunststoff, hergestellt. Das Isolierstoffgehäuse ist typischerweise in einem Spitzgussverfahren hergestellt.
Durch die räumliche Trennung wird vorteilhaft erreicht, dass kaum metallische Verschleißpartikel sowie während der Lichtbogenbildung beim Öffnen der Schaltkontakte entstehende Rußpartikel zur Nockenplatte und zu den Zugfedern gelangen können. Eine Verschmutzung sowie eine dadurch mögliche nachteilige Funktionsbeeinträchtigung des federbehafteten Drehkontaktmechanismus werden dadurch weitestgehend vermieden.
Nach einer Ausführungsform sind in der jeweiligen Trennwand zwei sich radial gegenüberliegende, gebogene Langlöcher zur axialen Durchführung der beiden Mitnehmer sowie der beiden Federbolzen vorhanden. Vorzugsweise weisen die Langlöcher ein gleiches radiales Innenmaß auf, welches geringfügig größer ist als die maximalen Außenabmessungen der Mitnehmer in radi aler Richtung. Insbesondere sind die Mitnehmer als Bolzen mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgeführt. Ferner sind die Mitnehmer dazu vorgesehen, das Schaltgerät insbesondere manuell ein- und auszuschalten, indem die Mitnehmer bei einer Drehbetätigung der Nockenplatte über eine Schaltwelle tangential an den beiden Kontaktarmen der Kontaktbrücke angreifen. Mit „tangential” sind hier Richtungen um die Drehachse herum bezeichnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden gebogenen Langlöcher zugleich zur radialen Fixierung und zur tangential begrenzten Führung des Drehkontaktsystems ausgeführt sind. Mit anderen Worten ist das Drehkontaktsystem bis auf eine axiale Fixierung im Isolierstoffgehäuse drehbar gelagert. Die axiale Fixierung kann z. B. durch eine weitere, an einer axialen Außenseite der jeweiligen Nockenplatte angrenzende Gehäusewand des Isolierstoffgehäuses erreicht werden. Durch die tangentiale Begrenzung ist zudem vorteilhaft eine Begrenzung der Drehbewegung der miteinander verbundenen Nockenplatten um die Drehachse möglich.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist ein jeweiliges zweites Längsende der Zugfedern fest mit dem von der Kontaktbrücke abgetrennten Bereich des Isolierstoffgehäuses verbunden. Vorzugsweise handelt es sich bei den Zugfedern um Zylinder- oder Schraubenfedern, an deren beiden Längsenden ein halbkreisförmiger Federhaken ausgebildet ist. Dadurch können das erste Längsende der Zugfedern an den axial verlaufenden Federbolzen und das zweite Längsende an einen axial verlaufenden und fest im Isolierstoffgehäuse eingebrachten Federstift eingehängt werden.
Alternativ zur vorherigen Ausführungsform können jeweils ein zweites Längsende von zwei sich axial gegenüberliegenden Zug federn über einen gemeinsamen, axial verlaufenden Kontaktarmzapfen verbunden sein. Ferner sind in der jeweiligen Trennwand zwei weitere, sich radial gegenüberliegende, gebogene Langlöcher zur axialen Durchführung der Kontaktarmzapfen vorhanden. Die beiden Kontaktarmzapfen sind vorzugsweise in jeweils einer in der Kontaktbrücke sich radial gegenüberliegende Öffnung mit kreisförmigem Querschnitt eingepasst, wobei der jeweilige Kontaktarmzapfen in gleichem Maße axial aus der Kontaktbrücke herausragt. Im Vergleich zur vorherigen Lösung sind hier jedoch zwei weitere Langlöcher erforderlich, sodass eine zusätzliche Verbindung zwischen der Kontaktbrücke und dem davon räumlich abgetrennten Bereich im Isolierstoffgehäuse entsteht.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Isolierstoffgehäuse ein vorzugsweise einteiliges Außengehäuse und ein zweitteilig ausgeführtes, schalenförmiges Innengehäuse mit einer ersten und zweiten Innengehäusehälfte auf. Die beiden Trennwände sind insbesondere Teil der jeweiligen Innengehäusehälften. Die Gehäuseteile sind derart ausgeformt, dass zwischen der jeweiligen Trennwand und dem Außengehäuse jeweils eine von der Kontaktbrücke getrennte Aufnahmekammer zur Unterbringung der jeweiligen Nockenplatte und der Zugfedern entsteht. Vorzugsweise sind sämtliche Gehäuseteile mittels eines Kunststoffspritzgussverfahrens hergestellt.
Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass eine bis auf die beiden Langlöcher und gegebenenfalls bis auf die beiden weiteren Langlöcher hermetisch gegenüber der Außenwelt und der Kontaktbrücke abgetrennte, geschützte Aufnahmekammer entsteht. Hierzu wird die Kontaktbrücke axial zwischen den beiden spiegelbildlich ausgeführten Innenschalen eingelegt und nach Durchführung der Mitnehmer und Federbolzen sowie nach Befestigung der Nockenplatten zu dem Drehkontaktsystem ergänzt. Im Anschluss wird das gesamte Innengehäuse samt den axial außenliegenden Nockenplatten in das Außengehäuse eingesetzt. Im Anschluss werden zwischen Trennwand und einer Außengehäusewand die beiden Federstifte eingesetzt und die Zugfedern eingehängt.
Für den Fall, dass die jeweiligen zweiten Längsenden an den Kontaktarmzapfen eingehängt werden, kann das Drehkontaktsystem samt zwischenliegendem Innengehäuse und Zugfedern vollständig montiert werden und dann im Anschluss in das Außengehäuse eingesetzt werden.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind die beiden Innengehäusehälften im Bereich der Schaltkontakte axial zu einer Schaltkammer erweitert. In beiden Schaltkammern ist jeweils ein Lichtbogenlöschpaket aufgenommen. Dadurch vereinfacht sich die Montage des erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die eingangsseitige und ausgangsseitige Strombahn sowie die Kontaktbrücke in einer „Überkreuztechnik”, das heißt in einer sogenannten „Overcross-Technik”, ausgeführt. Dabei sind die betreffenden, kreuzenden Strombahnteile in einem von den Trennwänden abgetrennten Bereich des Gehäuses entlang geführt. Der besondere Vorteil bei dieser Anordnung ist, dass im Vergleich zu den U-förmig gebogenen Festkontakten ein erheblich höheres Drehmoment zum schnellen Verdrehen der Kontaktbrücke in Richtung Ausschaltstellung in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall erzielbar ist. Durch die Verlegung der kreuzenden Stromschienen „hinter” der Trennwand ist eine erforderliche elektrische Trennung der Stromschienen auf gleichem Potential bereits vorteilhaft vorhanden.
Weiterhin kann das Schaltgerät mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein. Es kann zudem je Pol zwei oder mehrere Paare von parallel geschalteten Kontaktbrücken mit jeweils zwei Kontaktarmen aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine mehrpolige, insbesondere durch eine dreipolige Schaltgerätanordnung, gelöst, welche zumindest zwei axial nebeneinander angeordnete derartige Schaltgeräte aufweist. Die Schaltgeräte weisen jeweils eine Schaltwelle zur Drehbetätigung des jeweiligen Drehkontaktsystems auf, wobei die Schaltwellen miteinander fluchtend angeordnet sind und wobei die Schaltwellen zur Bildung einer gemeinsamen Schaltwelle über zumindest ein Kupplungselement zum gemeinsamen Ein- und Ausschalten der Schaltgeräteanordnung miteinander verbunden sind. Alternativ zur fluchtend mit der Drehachse angeordneten Schaltwelle kann die Schaltwelle zwei axial verlaufende, im gleichen radialen Abstand zur Drehachse angeordnete, gegenüberliegende Schaltwellenstäbe aufweisen. Eine derartige Ausführung ist z. B. aus dem eingangs genannten europäischen Patent EP 0 560 697 B1 bekannt.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
1 die erfindungsgemäße Weiterentwicklung eines Schaltgerätes am Beispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten Drehkontaktsystems 1,
2 einen Aufriss eines erfindungsgemäßen, konstruktiv vereinfacht dargestellten Schaltgerätes nach einer ersten Ausführungsform,
3 einen Aufriss eines erfindungsgemäßen, konstruktiv vereinfacht dargestellten Schaltgerätes nach einer zweiten Ausführungsform,
4 ein beispielhaft nach dem Überkreuzprinzip ausgeführtes Drehkontaktsystem nach dem Stand der Technik mit nicht eingesetzter Drehkontaktbrücke,
5 einen Aufriss eines erfindungsgemäßen, konstruktiv vereinfacht dargestellten Schaltgerätes nach einer dritten Ausführungsform in einer Einschaltstellung,
6 einen Schnitt durch das Schaltgerät gemäß 5 entlang der dort eingetragenen Schnittlinie VI-VI,
7 einen Schnitt durch das Schaltgerät gemäß 5 entlang der dort eingetragenen Schnittlinie VII-VII,
8 das Schaltgerät gemäß 7 in einer Ausgelöst-Stellung und
9 das Schaltgerät gemäß 7 in einer Ausschaltstellung.
1 zeigt die erfindungsgemäße Weiterentwicklung eines Schaltgerätes am Beispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten Drehkontaktsystems 1. Letzteres entspricht im Wesentlichen bis auf die gemäß der Erfindung nun nicht mehr erforderlichen Schaltwellensegmenthälften zunächst dem aus der 5 der eingangs genannten Patentanmeldung US 2006/0077022 A1 bekannten Drehkontaktsystem 1.
Bei dem gezeigten Drehkontaktsystem 1 handelt es sich um ein doppelt unterbrechendes Drehkontaktsystem 1 mit einer um eine Drehachse A schwimmend, das heißt spielbehaftet um eine virtuelle Drehachse A, drehbar gelagerten Kontaktbrücke 3. Mit dem Bezugszeichen 2 sind ein Paar von Schaltkontakten mit jeweils einem beweglichen Schaltkontakt 21 sowie mit jeweils einem Festkontakt 22 bezeichnet. Mit 23 sind Kontaktstücke der Schaltkontakte 2 bezeichnet. Die gezeigten Festkontakte 22 sind zum Anschließen mit jeweils einer Strombahn 4 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 41, 42 sind elektrische Anschlüsse des Schaltgerätes bezeichnet. Im Beispiel der 1 sind die Festkontakte 22 U-förmig ausgebildet, sodass die Kontaktbrücke 3 in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall aufgrund dann wirkender elektromagnetischer Kräfte selbsttätig in Richtung Ausschaltstellung dreht. Weiterhin ist die Kontaktbrücke 3 axial zwischen zwei insbesondere spiegelbildlich aufgebauten, durch Mitnehmer 53 fest miteinander verbundenen Nockenplatten 5 um die Drehachse A gelagert. Dabei konnte auch auf die zur axialen Befestigung der nicht mehr erforderlichen Schaltwellensegmenthälften in den Nockenplatten 5 gemäß der 5 in der US-Patentanmeldung vorgesehenen Aussparungen vorteilhaft verzichtet werden. Weiterhin weist das Drehkontaktsystem 1 jeweils ein Paar von zwischen den Nockenplatten 5 und der Kontaktbrücke 3 symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse A angeordnete Zugfedern 6 auf. Letztere dienen dazu, in der Einschaltstellung des Leistungsschalters eine von der Kontaktbrücke 3 auf die feststehenden Kontakte 22 ausgeübte Kontaktkraft F zu gewährleisten und gleichzeitig eine Drehung der Kontaktbrücke 3 unter Einwirkung der elektromagnetischen Kräfte in Richtung der Ausschaltstellung zu ermöglichen.
Die Zugfedern 6 weisen ferner jeweils ein an der Kontaktbrücke 3 gelagertes Ende sowie einen an einer radial außenliegenden Rastkontur K der Nockenplatten 5 gleitend verschiebbar gelagerten Federbolzen 54 auf. Zur Krafteinleitung liegen im Beispiel der 1 die beiden Federbolzen 54 in einer an einer radialen Außenseite RK des Kontaktarms 3 eingebrachten Raste R bzw. Kerbe an. Die beiden Federbolzen 54 entrasten im Überstrom- oder Kurzschlussfall aus der links dargestellten ersten Rastnocke, gleiten entlang dieser Rastkontur K und verrasten mit einer zweiten, rechts dargestellten Rastnocke N, um ein Wiederschließen der Kontaktbrücke 3 zu verhindern.
Weiterhin ist mit dem Bezugszeichen 7 eine Schaltwelle bezeichnet, welche mit einem nicht weiter dargestellten Betätigungselement zur manuellen Drehbetätigung des Drehkontaktsystems 1 zum Ein- und Ausschalten des Schaltgerätes 10 vorgesehen ist. Schließlich ist mit dem Bezugszeichen IN eine axiale Innenseite der beiden Nockenplatten 5 und mit AK eine axiale Außenseite der Kontaktbrücke 3 bezeichnet.
Erfindungsgemäß sind jeweils eine Nockenplatte 5 und die zugehörigen Zugfedern 6 räumlich durch eine im Isolierstoffgehäuse des Schaltgerätes angeordnete Trennwand von der Kontaktbrücke 3 getrennt. Diese erfindungsgemäße Weiterentwicklung ist zum Einen durch die axial von den beiden Nockenplatten 5 wegzeigenden Pfeile symbolisiert, welche ein axiales „Nachaußenverlagern” der Nockenscheiben 5 samt Zugfedern 6 andeuten sollen. Zum Anderen deuten zwei weitere, radial zur Drehachse A hin eingetragene Pfeile das axiale Einfügen einer jeweiligen Trennwand zwischen Kontaktbrücke 3 und der jeweiligen Nockenscheibe 5 und den zugehörigen Zugfedern 6 an.
Schließlich deuten zwei an einer axialen Außenseite AN der Nockenscheibe 5 eingetragene, gestrichelte Linien an, dass die jeweils radial außenliegenden Teile der Nockenscheibe 5 entfallen können, da eine erste Rastnocke, wie beim Stand der Technik, bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Weiterentwicklung des Schaltgerätes nicht mehr benötigt wird.
2 zeigt einen Aufriss eines erfindungsgemäßen, konstruktiv vereinfacht dargestellten Schaltgerätes 10 nach einer ersten Ausführungsform.
Wie die 2 zeigt, ist nun die Kontaktbrücke 3 mit ihren beiden Kontaktarmen 31, 32 und den jeweils radial außenliegenden beweglichen Kontakten 21 zu beiden axialen Seiten hin durch eine Trennwand 14 räumlich von den beiden Nockenplatten 5 und den zugehörigen Zugfedern 6 getrennt. Die Trennwände 14 sind beispielhaft an dem Isolierstoffgehäuse 11 des vorliegenden Schaltgerätes 10 mit angeformt, sodass jeweils eine vom Kontaktarm 3 räumlich abgetrennte Aufnahmekammer FK für eine Nockenplatte 5 und zwei Zugfedern 6 entsteht. Weiterhin ist das Isolierstoffgehäuse 11 gemäß der Erfindung im Bereich der Schaltkontakte 2 axial zu einer Schaltkammer SK erweitert. Dort sind zwei Lichtbogenlöschpakete 8 zum Löschen der beim Öffnen der Schaltkontakte 2 auftretenden Lichtbögen aufgenommen.
In beiden Trennwänden 14 sind jeweils zwei sich radial gegenüberliegende, gebogene Langlöcher LL zur Durchführung der beiden Mitnehmer 53 sowie der beiden Federbolzen 54 vorhanden. Dadurch wird eine Übertragung einer Drehbetätigung über die Schaltwelle 7 auf das gesamte Drehkontaktsystem 1 ermöglicht. Zudem ermöglichen die beiden gebogenen Langlöcher LL eine radiale Fixierung und eine tangential begrenzte Führung des Drehkontaktsystems 1 bzw. der beiden Nockenplatten 5.
Zum besseren Verständnis sind beide Zugfedernpaare axial auf beiden Seiten zur Kontaktbrücke 3 axial nebeneinander liegend dargestellt. Typischerweise befinden sich diese, wie auch in den eingangs genannten Entgegenhaltung US 2006/0077022 A1 und EP 0 560 697 B1 offenbart, an gleicher axialer Position. Es sind jeweils zwei axial gegenüberliegende erste Längsenden der Zugfedern 6 in einem axial querverlaufenden Federbolzen 54 eingehängt. Die beiden anderen Längsenden sind in einem Federstift 55 eingehängt, der jeweils fest und räumlich vom Kontaktarm 3 getrennt in einem Festlager 15 aufgenommen ist.
Weiterhin weisen beide gezeigten Nockenplatten 5 eine Rastkontur K mit einem Anlaufstück AL sowie einer Rastnocke N auf. Dabei laufen die beiden Federbolzen 54 in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall erst bei Erreichen einer gewissen Verdrehstellung, das heißt kurz vor Erreichen der Ausgelöst-Stellung, gegen die beiden Anlaufstücke AL an. Durch diese werden die beiden Federbolzen 54 sanft radial nach außen gelenkt. Beide Federbolzen 54 gleiten dann entlang dieser Rastkontur K weiter. Erreichen die beiden Federbolzen 54 bei weiterer Verdrehung ein Teilstück der Rastkontur K mit nun negativer Steigung, so gleiten die beiden Federbolzen 54 im Sinne eines Widerhakens unumkehrbar weiter bis zu den beiden Rastnocken N. Die Kontaktbrücke 3 verbleibt danach gesichert in dieser Verdrehposition. Im anderen Fall schließt sich die Kontaktbrücke 3 wieder aufgrund der rückstellenden Wirkung der Zugfedern 6.
Ein Wiedereinschalten des Schaltgerätes 10 ist nur durch ein manuelles Verdrehen der beiden Nockenplatten 5 über die Schaltwelle 7 möglich. Hierzu greifen die beiden axial verlaufenden Mitnehmer 53 tangential an den beiden Kontaktarmen 31, 32 an. In entsprechender Weise kann das Schaltgerät 10 über diese beiden Mitnehmer 53 auch manuell ausgeschaltet werden.
3 zeigt einen Aufriss eines erfindungsgemäßen, konstruktiv vereinfacht dargestellten Schaltgerätes 10 nach einer zweiten Ausführungsform.
Im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform gemäß 2 sind die jeweiligen zweiten Längsenden der Zugfedern 6 an einem zugehörigen Kontaktarmzapfen 33 eingehängt. Letztere sind durch zwei sich radial gegenüberliegende weitere Langlöcher LL2 hindurchgeführt und vorzugsweise im jeweiligen Kontaktarm 31, 32 der Kontaktbrücke 3 befestigt.
4 zeigt beispielhaft ein nach dem Überkreuzprinzip ausgeführtes Drehkontaktsystem 1 nach dem Stand der Technik mit nicht eingesetzter Drehkontaktbrücke.
Wie die 4 zeigt fließt ein beispielhaft von links, das heißt vom elektrischen Anschluss 41 kommender Strom, zu einem in Bezug auf die Drehachse A auf einer rechten Seite angeordneten Festkontakt 22. Der Strom würde dann über die Drehkontaktbrücke in einer Einschaltstellung zum linken oberen Festkontakt 22 weiter fließen und weiter nach rechts zum zweiten elektrischen Anschluss 42 fließen. Mit anderen Worten fließt der Strom in einer kompletten Schleife um die Drehachse A herum, wobei die dadurch erzeugten elektromagnetischen Kräfte eine besonders hohes Drehmoment zum besonders schnellen Öffnen der Drehkontaktbrücke in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall ermöglichen. Mit 4L, 4R sind Teile der Strombahnen 4 bezeichnet, die zum linken bzw. zum rechten Anschluss 41, 42 gehören.
5 zeigt einen Aufriss eines erfindungsgemäßen, konstruktiv vereinfacht dargestellten Schaltgerätes 10 nach einer dritten Ausführungsform in einer Einschaltstellung.
Das gezeigte Isolierstoffgehäuse 11 weist in diesem Fall ein einteiliges Außengehäuse 12 sowie ein zweitteilig ausgeführtes, schalenförmiges Innengehäuse 13 auf. Letzteres weist eine erste und zweite Innengehäusehälfte 13A, 13B auf. Die beiden Hälften 13A, 13B sind insbesondere spiegelbildlich aufgebaut. Die beiden Trennwände 14 sind Teil der jeweiligen Innengehäusehälften 13A, 13B. Weiterhin sind die Gehäuseteile 12, 13 derart ausgeformt, dass zwischen der jeweiligen Trenn wand 14 und dem Außengehäuse 12 jeweils eine von der Kontaktbrücke 3 abgetrennte Aufnahmekammer FK zur Unterbringung der jeweiligen Nockenplatte 5 und der Zugfedern 6 entsteht.
Ferner sind die beiden Innengehäusehälften 13A, 13B im Bereich der Schaltkontakte 2 axial zu einer Schaltkammer SK erweitert. Dort ist jeweils ein Lichtbogenlöschpaket 8 aufgenommen. Die beiden Pakete 8 weisen eine nicht weiter bezeichnete Ausnehmung auf, durch die sich der jeweilige bewegte Schaltkontakt 21 beim Öffnen hindurchbewegen kann. Ganz im rechten und linken Teil der 5 sind mit AO Ausblasöffnungen bezeichnet, durch die das beim Löschen der Lichtbögen entstehende Plasma entweichen kann.
Weiterhin sind die eingangsseitige und ausgangsseitige Strombahn 4 sowie die Kontaktbrücke 3 in einer „Überkreuztechnik” ausgeführt. Die betreffenden, kreuzenden Strombahnteile 4L, 4R sind in einem von den Trennwänden 14 abgetrennten Bereich des Gehäuses 11 entlang geführt. Die beiden „senkrecht” hoch geführten und nach unten geführten kreuzenden Strombahnen 4L, 4R gemäß 4 ist in der vorliegenden 5 im Schnitt dargestellt und in einer beispielhaften Anformung 16 an der jeweiligen Trennwand 14 und räumlich getrennt von der Kontaktbrücke 3 mit angeformt.
6 zeigt einen Schnitt durch das Schaltgerät 10 gemäß 5 entlang der eingetragenen Schnittlinie VI-VI. In dieser Darstellung sind die beiden Langlöcher LL sowie die beiden hindurchgeführten Mitnehmer 53 und Federbolzen 54 besonders gut erkennbar. Die gestrichelte Darstellung der Kontaktbrücke 3 zeigt dazu eine Drehstellung der Kontaktbrücke 3 in einer verrasteten Ausgelöst-Stellung. Hierbei dient das Gehäuse 11 des Schaltgerätes 10 zugleich als mechanischer Anschlag für die Kontaktbrücke 3. Mit X sind Isolierstücke bezeichnet, welche die potentialgleichen Teile der Strombahnen 4, 4L, 4R voneinander trennen.
7 zeigt einen Schnitt durch das Schaltgerät 10 gemäß 5 entlang der eingetragenen Schnittlinie VII-VII. In dieser Darstellung ist besonders gut eine beispielhaft kreuzförmige Form der Nockenplatten 5 erkennbar. Die gezeigten Nockenplatten 5 weisen zwei in etwa senkrecht zueinander angeordnete, nicht weiter bezeichnete Kreuzschenkel auf. Der erste Kreuzschenkel weist an seinen beiden sich radial gegenüberliegenden Enden jeweils eine Rastkontur K mit einem Anlaufstück AL und einer Rastnocke N auf. Der zweite Kreuzschenkel ist mit den beiden axial verlaufenden Mitnehmern 53 in Form von Bolzen ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel ist ein zweiter Kreuzschenkel nur einer 51 der beiden Nockenplatten 51, 52 mit einer Schaltwelle 7 zur Einleitung eines Drehbetätigungsdrehmomentes zum Ein- oder Ausschalten des Schaltgerätes 10 angebracht. Ferner sind die ersten und zweiten Kreuzschenkel tangential derart versetzt zueinander angeordnet, dass eine sichere Verrastung der Mitnehmer 53 sowie eine sichere manuelle Ein- und Ausschaltung des Schaltgerätes 10 über die Mitnehmer 53 gewährleistet ist.
8 zeigt das Schaltgerät gemäß 7 in einer Ausgelöst-Stellung. In dieser Stellung ist erkennbar, wie die beiden Federbolzen 54 in einem Überstrom- oder Kurzschlussfall ab einer gewissen Drehstellung das jeweilige Anlaufstück AL erreicht haben und darüber hinaus zur Verrastung weiter in die Rastnocke N entlang geglitten sind. Erkennbar ist auch, dass im Vergleich zur Einschaltstellung gemäß 7 die beiden Zugfedern 6 im Sinne eines Parallelogramms parallel näher zueinander liegen, sodass durch den nun effektiv kleineren Hebel die über die Zugfedern 6 umgelenkte wirkende Federkraft F deutlich geringer ist.
9 zeigt das Schaltgerät 10 gemäß 7 in einer Ausschaltstellung. In dieser Darstellung liegen die beiden Mitnehmer 53 zum Ausschalten des Schaltgerätes 10 tangential an den beiden Kontaktarmen 31, 32 der Kontaktbrücke 3 an.
Die beispielhaft gezeigten Schaltgeräte 10 können einpolig oder auch mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein. Sie können je Pol auch zwei oder mehrere Paare von parallel geschalteten Kontaktbrücken 3 mit jeweils zwei Kontaktarmen 31, 32 aufweisen.
Schließlich kann eine mehrpolige, insbesondere dreipolige, Schaltgerätanordnung zumindest zwei erfindungsgemäße, axial nebeneinander angeordnete Schaltgeräte 10 aufweisen. Letztere weisen jeweils eine Schaltwelle 7 zur Drehbetätigung des jeweiligen Drehkontaktsystems 1 auf, wobei die Schaltwellen 7 miteinander fluchtend angeordnet sind und wobei die Schaltwellen 7 zur Bildung einer gemeinsamen Schaltwelle über zumindest ein Kupplungselement zum gemeinsamen Ein- und Ausschalten der Schaltgeräteanordnung miteinander verbunden sind.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassend weist ein Schaltgerät 10 ein in einem Isolierstoffgehäuse 11 aufgenommenes, doppelt unterbrechendes Drehkontaktsystem 1 mit zwei Festkontakten 22 sowie eine um eine Drehachse A drehbare Kontaktbrücke 3 mit zwei beweglichen Schaltkontakten 21 auf. Das Drehkontaktsystem 1 ist der art ausgebildet, dass sich die Kontaktbrücke 3 bei einem Überstrom- oder Kurzschlussstrom selbsttätig in Richtung Ausschaltstellung dreht. Die Kontaktbrücke 3 ist zwischen zwei über Mitnehmer 53 fest verbundenen Nockenplatten 5 drehbar gelagert. Das Drehkontaktsystem 1 weist mindestens ein Paar von zwischen den beiden Nockenplatten 5 und der Kontaktbrücke 3 symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse A angeordnete Zugfedern 6 auf. Die Zugfedern 6 weisen jeweils ein an der Kontaktbrücke 3 gelagertes Ende sowie einen an einer radial außenliegenden Rastkontur K der Nockenplatten 5 zumindest teilweise gleitend verschiebbar gelagerten Federbolzen 54 auf. Im Überstrom- oder Kurzschlussfall verrasten die Federbolzen 54 entlang der Rastkontur K mit einer Rastnocke N, um ein Wiederschließen der Kontaktbrücke 3 zu verhindern. Erfindungsgemäß sind jeweils eine Nockenplatte 5 und die zugehörigen Zugfedern 6 räumlich durch eine im Isolierstoffgehäuse 11 angeordnete Trennwand 14 von der Kontaktbrücke 3 getrennt.

1: Drehkontaktsystem
2: Schaltkontakte
3: Kontaktbrücke
4: Strombahn, Stromleiter, Phase
4L: zur linken Stromschiene gehörender Teil
4R: zur rechten Stromschiene gehörender Teil
5: Nockenplatte, Schwenkteil mit Rastkontur
6: Zugfeder, Zylinderfeder
7: Schaltwelle
8: Lichtbogenlöschpaket
10: Schaltgerät, Leistungsschalter
11: Gehäuse, Isolierstoffgehäuse
12: Außengehäuse
13: Innengehäuse, Innengehäuseschalen
14: Trennwand, Gehäusetrennwand
15: Festlager
16: Anformung
21: beweglicher Schaltkontakt
22: Festkontakt
23: Kontaktstück
31, 32: Kontaktarme
33: Kontaktarmzapfen
51, 52: erste, zweite Nockenplatte
53: Mitnehmer, Mitnehmerbolzen
54: Federbolzen
55: Federstift
A: Drehachse, virtuelle Drehachse
AK: axiale Außenseite der Kontaktbrücke
AL: Anlauflaufstück
AN: axiale Außenseite der Nockenplatte
AO: Ausblasöffnung
F: Kontaktkraft
FK: Aufnahmekammer
IN: axiale Innenseite der Nockenplatte
K: Rastkontur
LL: Langloch für Mitnehmer
LL2: weiteres Langloch für Kontaktarmzapfen
N: Rastnocke
R: Raste, Kerbe, Einbuchtung
RK: radiale Außenseite der Kontaktbrücke
SK: Schaltkammer
X: Isolierstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 69304374 T2 [0006]
- EP 0560697 B1 [0006, 0023, 0043]
- US 2006/0077022 A1 [0043]

Claims

Schaltgerät mit einem in einem Isolierstoffgehäuse (11) aufgenommenen, doppelt unterbrechenden Drehkontaktsystem (1), welches zwei Festkontakte (22) zum Anschließen an jeweils eine Strombahn (4) sowie eine um eine Drehachse (A) des Drehkontaktsystems (1) drehbare Kontaktbrücke (3) mit einem mit den Festkontakten (3) zusammenwirkenden Paar von beweglichen Schaltkontakten (21) aufweist, wobei das Drehkontaktsystem (1) derart ausgebildet ist, dass sich die Kontaktbrücke (3) bei einem Überstrom- oder Kurzschlussstrom selbsttätig in Richtung Ausschaltstellung dreht, wobei die Kontaktbrücke (3) axial zwischen zwei insbesondere spiegelbildlich aufgebauten, durch Mitnehmer (53) fest miteinander verbundenen Nockenplatten (5) um die Drehachse (A) gelagert ist, wobei das Drehkontaktsystem (1) mindestens ein Paar von zwischen den Nockenplatten (5) und der Kontaktbrücke (3) symmetrisch auf beiden Seiten der Drehachse (A) angeordnete Zugfedern (6) zur Aufbringung einer Kontaktkraft (F) aufweist, wobei die Zugfedern (6) jeweils ein an der Kontaktbrücke (3) gelagertes Ende sowie einen an einer radial außenliegenden Rastkontur (K) der Nockenplatten (5) zumindest teilweise gleitend verschiebbar gelagerten Federbolzen (54) aufweisen und wobei die Federbolzen (54) im Überstrom- oder Kurzschlussfall entlang der Rastkontur (K) mit einer Rastnocke (N) verrasten, um ein Wiederschließen der Kontaktbrücke (3) zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Nockenplatte (5) und die zugehörigen Zugfedern (6) räumlich durch eine im Isolierstoffgehäuse (11) angeordnete Trennwand (14) von der Kontaktbrücke (3) getrennt sind.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Trennwand (14) zwei sich radial gegenüberliegende, gebogene Langlöcher (LL) zur axialen Durchführung der beiden Mitnehmer (53) sowie der beiden Federbolzen (54) vorhanden sind.
Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gebogenen Langlöcher (LL) zugleich zur radialen Fixierung und zur tangential begrenzten Führung des Drehkontaktsystems (1) ausgeführt sind.
Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges zweites Längsende der Zugfedern (6) fest mit dem von der Kontaktbrücke (3) abgetrennten Bereich des Isolierstoffgehäuses (11) verbunden ist.
Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein zweites Längsende von zwei sich axial gegenüberliegenden Zugfedern (6) über einen gemeinsamen, axial verlaufenden Kontaktarmzapfen (33) verbunden sind und dass in der jeweiligen Trennwand (14) zwei weitere, sich radial gegenüberliegende, gebogene Langlöcher (LL2) zur axialen Durchführung der Kontaktarmzapfen (33) vorhanden sind.
Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstoffgehäuse (11) ein vorzugsweise einteiliges Außengehäuse (12) und ein zweitteilig ausgeführtes, schalenförmiges Innengehäuse (13) mit einer ersten und zweiten Innengehäusehälfte (13A, 13B) aufweist, dass die beiden Trennwände (14) Teil der jeweiligen Innengehäusehälften (13A, 13B) sind und dass die Gehäuseteile (12, 13) derart ausgeformt sind, dass zwischen der jeweiligen Trennwand (14) und dem Außengehäuse (12) jeweils eine von der Kontaktbrücke (3) getrennte Aufnahmekammer (FK) zur Unterbringung der jeweiligen Nockenplatte (5) und der Zugfedern (6) entsteht.
Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Innengehäusehälften (13A, 13B) im Bereich der Schaltkontakte (2) axial zu einer Schaltkammer (SK) erweitert sind und dass in den beiden Schaltkammern (SK) jeweils ein Lichtbogenlöschpaket (8) aufgenommen ist.
Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingangsseitige und ausgangsseitige Strombahn (4) sowie die Kontaktbrücke (3) in einer „Überkreuztechnik” ausgeführt sind und dass die betreffenden, kreuzenden Strombahnteile (4L, 4R) in einem von den Trennwänden (14) abgetrennten Bereich des Gehäuses (11) entlang geführt sind.
Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt ist.
Schaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät je Pol zwei oder mehrere Paare von parallel geschalteten Kontaktbrücken (3) mit jeweils zwei Kontaktarmen (31, 32) aufweist.
Mehrpolige, insbesondere dreipolige Schaltgerätanordnung, mit zumindest zwei axial nebeneinander angeordneten Schaltgeräten (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schaltgeräte (10) jeweils eine Schaltwelle (7) zur Drehbetätigung des jeweiligen Drehkontaktsystems (1) aufweisen, wobei die Schaltwellen (7) miteinander fluchtend angeordnet sind und wobei die Schaltwellen (7) zur Bildung einer gemeinsamen Schaltwelle über zumindest ein Kupplungselement zum gemeinsamen Ein- und Ausschalten der Schaltgeräteanordnung miteinander verbunden sind.