DE102012215479A1

DE102012215479A1 - Verfahren zum Schließen eines Schalters und Schalter zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102012215479A1
Application number: DE102012215479.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hußmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2032-09-01
Also published as: EP2873082A1; CN104584169B; DE102012215479B4; EP2873082B1; US9734958B2; WO2014033039A1; US20150206667A1; CN104584169A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen eines Schalters (1) und einen Schalter (1) zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Schalter (1) aufweist a) einen feststehenden Schaltkontakt (4) mit einer feststehenden Kontaktfläche (4b), b) einen beweglichen Schaltkontakt (5) mit einer beweglichen Kontaktfläche (5b), aus einer Offenstellung in eine Schließstellung bewegbar ist, in der die bewegliche Kontaktfläche (5b) an der feststehenden Kontaktfläche (4b) druckbeaufschlagt anliegt, wobei beide Kontaktflächen (4, 5) in einer gemeinsamen Kontaktebene liegen, und c) einen elastischen Querversatz der Kontaktflächen (4, 5), der bei aneinander anliegenden Kontaktflächen (4, 5) für die Druckbeaufschlagung sorgt. Um ein verschleißarmes Schließen sicherzustellen, insbesondere beim Schließen auf einen Kurzschluss, wird vorgeschlagen, dass ein bewegliches Gegendruckelement (11) vorgesehen ist, das in der Offenstellung gegen die bewegliche Kontaktfläche (5b) drückt und den Querversatz zumindest verringert, dass sich das Gegendruckelement (11) beim Schließen des Schalters zusammen mit dem beweglichen Schaltkontakt (5) in Richtung Schließstellung bewegt und dass das Gegendruckelement (11) im Verlauf der Schließbewegung stehen bleibt, während sich die bewegliche Kontaktfläche (5b) weiter in die Schließstellung bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen eines Schalters und einen Schalter zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.
Schalter in Form von Lasttrennschaltern für Niederspannungen sind bekannt und dienen zum Einschalten und Unterbrechen eines elektrischen Stromes. Für jede Stromphase ist ein Polgehäuse vorgesehen, dessen Seitenwände aneinander anliegen. In jedem Polgehäuse befinden sich bewegliche und fest angeordnete Schaltkontakte, wobei sich die beweglichen Schaltkontakte jeweils an dem freien Ende eines schwenkbaren Hebels befinden. Zum Öffnen des Schalters werden die aneinander liegenden Kontaktflächen der Schaltkontakte mittels einer Schaltwelle voneinander getrennt. Die Schaltwelle verläuft quer zum Hebel und zu den Seitenwänden. Beidseitig der Schaltwelle befinden sich stirnseitig Anschlussfahnen, an die Anschlusskabel anschließbar sind. Im Bereich der Schaltkontakte angeordnete Löschbleche sorgen dafür, dass ein beim Trennen der Schaltkontakte entstehender Lichtbogen gelöscht wird.
Die Schaltkontakte sind oft in Form von Messerkontakten ausgebildet, von denen einer feststeht und der andere beweglich ist.
Dabei gibt es aus nichtleitendem Material vorgelagerte Elemente, die ein Aufspreizen bewirken, damit das feststehende oder bewegliche Schaltmesser beim Einschaltvorgang ohne großen Widerstand eintauchen kann. Beim Einschalten wird erst durch Kraftaufwand aufgespreizt und anschließend das bewegliche oder feststehende Kontaktmesser eingebracht.
Nachteilig ist, dass die Einschaltgeschwindigkeit durch den Aufspreizvorgang herabgesetzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter vorzuschlagen, der ein verschleißarmes Schließen sicherstellt, insbesondere beim Schließen auf einen Kurzschluss.
Die Aufgabe wird bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf den Schalter durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass ein bewegliches Gegendruckelement die bewegliche Kontaktfläche in der Offenstellung in Richtung der gemeinsamen Kontaktebene drückt, wodurch sich der Querversatz zumindest verringert, dass das Gegendruckelement beim Schließen des Schalters zusammen mit dem beweglichen Schaltkontakt in Richtung Schließstellung bewegt wird und dass das Gegendruckelement im Verlauf der Schließbewegung festgehalten wird, während die bewegliche Kontaktfläche weiter bis in die Schließstellung bewegt wird. Das Schließen erfolgt besonders sicher, wenn die Berührungsfläche zwischen den Schaltkontakten im Verlauf der Schließbewegung (stetig) zunimmt.
Die beim Öffnen vorhandene Energie lässt sich am besten nutzen, wenn die bewegliche Kontaktfläche im Verlauf der Öffnungsbewegung in Richtung der gemeinsamen Kontaktebene gedrückt wird.
Die Lösung sieht bezogen auf den Schalter vor, dass ein bewegliches Gegendruckelement vorgesehen ist, das in der Offenstellung gegen die bewegliche Kontaktfläche drückt und den Querversatz zumindest verringert, dass sich das Gegendruckelement beim Schließen des Schalters zusammen mit dem beweglichen Schaltkontakt in Richtung Schließstellung bewegt und dass das Gegendruckelement im Verlauf der Schließbewegung stehen bleibt, während sich die bewegliche Kontaktfläche weiter in die Schließstellung bewegt.
Zum Einhalten des Gegendruckelements im Verlaufe der Schließbewegung wird vorgeschlagen, dass das Gegendruckelement im Verlauf der Schließbewegung gegen einen feststehenden Anschlag stößt.
Eine technisch einfache Lösung sieht vor, dass der Anschlag von dem feststehenden Schaltkontakt gebildet ist. Ein sicheres Schließen wird erzielt, wenn die bewegliche Kontaktfläche auf der feststehenden Kontaktfläche in die Schließstellung gleitet.
Eine besonders sichere Ausführung erhält man, wenn der bewegliche Schaltkontakt als einander zugewandte federnde Kontaktelemente und der feststehende Schaltkontakt als Kontaktmesser (Kontaktplatte) ausgebildet ist, zwischen die sich im Verlauf der Schließbewegung das Kontaktmesser schiebt.
Eine einfache elastische Ausführung sieht vor, dass die Kontaktelemente als Kontaktfedern ausgebildet sind.
Energetisch besonders günstig ist es, wenn das Gegendruckelement die bewegliche Kontaktfläche im Verlauf der Öffnungsbewegung in Richtung der gemeinsamen Kontaktebene drückt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen geöffneten Schalter,
2 den Schalter gemäß 1 in einer Zwischenstellung,
3 den Schalter gemäß 1 eingeschaltet und
4 den Schalter gemäß 2 mit Doppelkontakt.
1 zeigt in seiner schematischen Darstellung einen geöffneten Schalter 1 in Form eines Lasttrennschalters für Niederspannungen, der zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Stroms dient. Der Schalter 1 weist mehrere Polgehäuse 1a auf, deren Seitenwände 1b aneinander anliegen. Ein geöffnetes Polgehäuse 1a ist in 1 dargestellt, die den Schalter 1 in seiner Offenstellung zeigt.
Der Stromanschluss erfolgt über Anschlussfahnen 2, 3, an die von außen entsprechende Stromkabel angeschlossen sind (nicht gezeigt). Die Anschlussfahne 3 ist mit einem feststehenden Schaltkontakt 4 verbunden, welcher als Kontaktmesser 4a ausgebildet ist. Ein beweglicher Schaltkontakt 5 ist als Hebel 8 ausgebildet und um eine Drehachse 6 schwenkbar. Der Hebel 8 trägt an seinem freien Ende federnde Kontaktelemente 5a, die zwei einander zugewandte Kontaktflächen 5b aufweisen. Das an der Drehachse 6 drehgelagerte Hebelende ist über ein leitendes Verbindungsstück 7 mit der Anschlussfahne 2 verbunden. Gegenüber dem Verbindungsstück 7 sind Löschbleche 7a zum Löschen eines beim Öffnen des Schalters 1 zwischen den Schaltkontakten 4, 5 entstehenden Lichtbogens vorgesehen.
Eine Stange 9 verbindet den Hebel 8 gelenkig mit einer Schaltwelle 10. Zum Öffnen und Schließen des Schalters 1 wird der Hebel 8 mittels Drehung der Schaltwelle 10 entsprechend geschwenkt.
An den Kontaktflächen 5b der federnden Kontaktelemente 5a liegt ein plattenförmiges Druckelement 11 aus elektrisch nicht leitendem Material an, das die Kontaktelemente 5a und damit die Kontaktflächen 5b auseinander drückt. Es wirkt hier als Spreizelement 11a, das die Kontaktelemente 5a elastisch aufspreizt. Der Abstand der Kontaktflächen 5b beträgt hier durch das Spreizelement 11a der Breite des Kontaktmessers 4a (er kann selbstverständlich auch größer sein als hier bei dieser Ausführung).
Das Spreizelement 11a ist unabhängig von den beweglichen Kontaktelementen 5a um eine Drehachse 6a frei schwenkbar und über die Kontaktflächen 5b kraftschlüssig mit den Kontaktelementen 5a verbunden.
2 zeigt den beweglichen Schaltkontakt 5 in Einschaltbewegung zusammen mit dem zwischen den Kontaktelementen 5a klemmenden Spreizelement 11a in einer Zwischenstellung, in welcher das Spreizelement 11a an einem Anschlag 12 anliegt, welcher hier durch eine Kante 12a des feststehenden Schaltkontakts 4 gebildet ist. Durch die Klemmung wird das Spreizelement 11a beim Schwenken des beweglichen Schaltkontakts 5 bis zum Anschlag 12 einfach mitgenommen.
In 3 befindet sich der bewegliche Schaltkontakt 5 in seiner Schließstellung. Die beweglichen Kontaktflächen 5b liegen jeweils an einer (feststehenden) Kontaktfläche 4b des Kontaktmessers 4a druckbeaufschlagt an. Je zwei Kontaktflächen 4b, 5b liegen jeweils in einer gemeinsamen Ebene, die nachfolgend als Kontaktebenen bezeichnet sind. Das Kontaktmesser 4a wiederum liegt in derselben Ebene wie das plattenförmige Gegendruckelement 11, hier als Kontaktmesserebene bezeichnet. Es gibt also zwei parallele Kontaktebenen, die voneinander beabstandet sind und zwischen denen mittig die Kontaktmesserebene liegt.
Ohne das Spreizelement 11a würden die beweglichen Kontaktflächen 5b in der Zwischenstellung beim Schließvorgang gegenüber den Kontaktebenen einen Querversatz aufweisen, der von dem Spreizelement 11a durch das Aufspreizen nahezu kompensiert ist (kann selbstverständlich auch überkompensiert sein als hier bei dieser Ausführung).
Durch das Spreizelement 11a bewegen sich die beweglichen Schaltkontakte 5 im Verlauf der Schließbewegung nahezu ungehindert und in kürzester Zeit in ihre Schließstellung, in der die Kontaktflächen 4b, 5b druckbeaufschlagt aneinander anliegen. Die Druckbeaufschlagung kommt durch den Querversatz zustande und entspricht der Kraft, mit der das Gegendruckelement 11 die federnden Kontaktelemente 5a (zur Kompensation des Querversatzes) auseinanderdrückt.
Kompensation des Querversatzes heißt hier, dass sich die Kontaktflächen 4b, 5b aneinander gleitend (bei Überkompensation mit Abstand zueinander) in die Schließstellung bewegen und dabei schon miteinander kontaktieren, wobei sich die wirksame Berührungsfläche im Kontaktbereich stetig (bei Überkompensation in der Schließstellung sprunghaft) vergrößert. Die verzögernde Wirkung der Reibung zwischen den Kontaktflächen 4b, 5b ist vernachlässigbar. Das Zeit und Kraft beanspruchende Aufspreizen entfällt vollständig, da die Kontaktelemente 5a schon auseinandergedrückt sind.
Beim Einschaltvorgang taucht der als Kontaktmesser 4a ausgebildete feststehende Schaltkontakt 4 ohne Reduzierung der Einschaltgeschwindigkeit in den sich bewegenden Spalt ein, der von den Kontaktflächen 5b der Kontaktelemente 5a gebildet wird, wobei das Spreizelement 11a sukzessive durch das Kontaktmesser 4a ersetzt wird.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass der Querversatz vom Gegendruckelement 11 nicht vollständig kompensiert (aufgehoben) sondern nur verringert wird, so dass ein (kleiner) Querversatz verbleibt. Es ist weiter möglich, dass der Querversatz überkompensiert wird, so dass die Kontaktflächen 4b, 5b erst in der Schließstellung zusammenfallen.
Das Aufspreizen erfolgt im Verlauf der Öffnungsbewegung, bei der das Spreizelement 11a zunächst an die Kontaktelemente 5a anstößt und mitgenommen wird, bis es bezogen auf 3 rechts an einem Anschlag anschlägt, während sich die Kontaktelemente 5a weiter in Richtung Anschlag bewegen und von dem Spreizelement 11a durch die Kraft der Ausschaltbewegung über die Schaltwelle 10 auseinandergedrückt werden.
Auf diese Weise findet der Einschaltvorgang der Schaltkontakte 4, 5 mit geringer Kraft und höherer Schaltgeschwindigkeit statt. Höhere Schaltgeschwindigkeiten lassen in der Regel höhere zu schaltende Leistungen zu. Das Funktionsprinzip lässt sich auf alle Schalter umsetzen, bei denen es mindestens einen feststehenden und einen beweglichen Schaltkontakt 4, 5 gibt, die allgemein in Form von Messerkontakten ausgebildet sind.
4 zeigt den Schalter 1 gemäß 2 mit doppelten Schaltkontakten 4, 5.

Claims

Verfahren zum Schließen eines Schalters (1), wobei der Schalter (1) eine feststehende und eine bewegliche Kontaktfläche (4b, 5b) aufweist, bei dem die bewegliche Kontaktfläche (5b) aus einer Offenstellung in eine Schließstellung bewegt wird, in der die bewegliche Kontaktfläche (5b) an der feststehenden Kontaktfläche (4a) anliegt, wobei beide Kontaktflächen (4b, 5b) in einer gemeinsamen Kontaktebene liegen, und bei dem die beiden Kontaktflächen (4b, 5b) in der Offenstellung einen elastischen Querversatz aufweisen, durch den sie in der Schließstellung aneinander gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewegliches Gegendruckelement(11) die bewegliche Kontaktfläche (5b) in der Offenstellung in Richtung der gemeinsamen Kontaktebene drückt, wodurch der Querversatz zumindest verringert wird, dass das Gegendruckelement (11) beim Schließen des Schalters (1) zusammen mit dem beweglichen Schaltkontakt (5) in Richtung Schließstellung bewegt wird und dass das Gegendruckelement (11) im Verlauf der Schließbewegung festgehalten wird, während die bewegliche Kontaktfläche (5b) zunächst am Gegendruckelement (11) gleitend weiter bis in die Schließstellung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche zwischen den Schaltkontakten (4, 5) im Verlauf der Schließbewegung zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Kontaktfläche(5b) nach Verlassen der feststehenden Kontaktfläche (4b) im Verlauf der Öffnungsbewegung in Richtung der gemeinsamen Kontaktebene gedrückt wird.
Schalter (1) mit einem feststehenden Schaltkontakt (4), der eine feststehende Kontaktfläche (4b) aufweist, mit einem beweglichen Schaltkontakt (5), der eine bewegliche Kontaktfläche (5b) aufweist und aus einer Offenstellung in eine Schließstellung bewegbar ist, in der die bewegliche Kontaktfläche (5b) an der feststehenden Kontaktfläche (4b) druckbeaufschlagt anliegt, wobei beide Kontaktflächen (4, 5) in einer gemeinsamen Kontaktebene liegen, und mit einem elastischen Querversatz der Kontaktflächen (4, 5) in der Offenstellung, der bei aneinander anliegenden Kontaktflächen (4, 5) für die Druckbeaufschlagung sorgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewegliches Gegendruckelement (11) vorgesehen ist, das in der Offenstellung gegen die bewegliche Kontaktfläche (5b) drückt und den Querversatz zumindest verringert, dass sich das Gegendruckelement (11) beim Schließen des Schalters zusammen mit dem beweglichen Schaltkontakt (5) in Richtung Schließstellung bewegt und dass das Gegendruckelement (11) im Verlauf der Schließbewegung stehen bleibt, während sich die bewegliche Kontaktfläche (5b) weiter in die Schließstellung bewegt.
Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (11) im Verlauf der Schließbewegung gegen einen feststehenden Anschlag (12) stößt.
Schalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (12) von dem feststehenden Schaltkontakt (4) gebildet ist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Kontaktfläche (5b) auf der feststehenden Kontaktfläche (4b) in die Schließstellung gleitet, wobei die Berührungsfläche zwischen den Schaltkontakten (4, 5) im Verlauf der Schließbewegung zunimmt).
Schalter nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Schaltkontakt (4) als Kontaktmesser und der bewegliche Schaltkontakt (5) als einander zugewandte federnde Kontaktelemente (5a) ausgebildet sind, zwischen die sich im Verlauf der Schließbewegung das Kontaktmesser schiebt.
Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5a) als Kontaktfedern ausgebildet sind.
Schalter nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement (11) die bewegliche Kontaktfläche (5b) im Verlauf der Öffnungsbewegung in Richtung der gemeinsamen Kontaktebene drückt.