DE19527045C2 - Kontaktanordnung für ein elektrisches Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Konataktanordnung für ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Kontaktanordnungen sind in vielen Ausfertigungen bekannt geworden. Sie können einen schwenkbaren Kontakthebel aufweisen; es besteht auch die Möglichkeit, daß zwei Kontakthebel an einem Träger befestigt sind, der um einen Drehpunkt ver­ drehbar gelagert ist und von dem aus die beiden Kontakthebel in gleiche Richtung vor­ springen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in dem Schalter S 700 der ABB Stotz-Kontakt GmbH, Heidelberg, oder bei einem Schaltgerät nach der FR 2 585 177 A1 verwirklicht.

Der Kontaktdruck, der die Kontaktstelle bzw. Kontaktstellen geschlossen hält, kann entweder von einem Schaltschloß oder auch nur von einer Federanordnung erzeugt werden, die den oder die Kontakthebel in Einschaltrichtung beaufschlagt. Eine solche Federanordnung wird insbesondere dann Verwendung finden, wenn der oder die Kon­ takthebel nicht mit einem Schaltschloß gekuppelt ist oder sind, sondern von einem Schlagankersystem im Falle eines Kurzschlußstromes betätigt wird oder werden, wobei nach Wegschalten des Stromes oder ggf. auch im Nulldurchgang die Federanordnung den oder die Kontakthebel wieder in Schließstellung zurückdrückt.

Bei der Ausgestaltung nach der oben erwähnten FR 2 585 177 A1 ist die Kontaktfeder als Blattfeder ausgebildet, die mit dem eigentlichen Kontaktträger einstückig verbunden ist; im Einschaltzustand wird die Kontaktkraft dadurch erzeugt, daß ein an einem Klin­ kenhebel angeformter Zapfen die Feder und damit den Kontaktträger in Einschaltstel­ lung drückt. Am Kontaktträger ist weiterhin noch ein Anschlag angeformt, gegen den die Feder im ausgeschalteten Zustand anliegt, so daß sie selbst keine Kraft mehr auf den Kontakthebel ausübt. Die die Federkraft im Einschaltzustand erzeugende Feder ist Teil des Kontaktträgers.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktanordnung zu schaffen, bei der die Feder­ anordnung, ohne Teil des Kontaktträgers zu sein, so ausgebildet ist, daß die Kontakt­ kraft im Einschaltzustand maximal ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Wenn im folgenden von einem Kontakthebel die Rede ist, dann ist damit auch eine An­ ordnung eingeschlossen, die an einem Träger zwei Kontakthebel aufweist, die wie ein Kontakthebel von dem Träger gemeinsam verschwenkt werden. Eine solche Ausfüh­ rung ist die besagte Kontakthebelanordnung des ABB-Schaltgerätes S 700 oder der FR 2 585 177 A1.

Erfindungsgemäß ist die Federanordnung also so zum Kontakthebel ausgerichtet, daß der den Kontakthebel belastende Arm der Federanordnung in Einschaltstellung mit der Verbindungslinie zwischen der Kontaktstelle und dem Drehpunkt des Kontakthebels einen spitzen Winkel, der vom Drehpunkt aus gesehen zur Kontaktstelle hin offen ist, und in Ausschaltstellung einen ebenfalls spitzen Winkel, der entweder kleiner oder in umgekehrter Richtung offen ist, bildet. Der Arm kann dabei natürlich auch in Aus­ schaltstellung parallel zu der Verbindungslinie verlaufen.

Bei der aus der FR 2 585 177 A1 bekannten Anordnung bildet die Feder, die als Blatt­ feder ausgebildet ist, mit der Verbindungslinie zwischen der Kontaktstelle und dem Drehpunkt des Kontakthebels einen spitzen Winkel, der vom Drehpunkt aus gesehen zur Kontaktstelle hin offen ist; in Ausschaltstellung aber ist der spitze Winkel größer, jedenfalls nicht kleiner oder in umgekehrter Richtung offen. Darüber hinaus bildet die Mittelachse der Federanordnung die Drehachse und liegt nicht im Bereich der Kontakt­ stelle; ebenso weist der die Kraft ausübende wenigstes eine Arm von der Drehachse weg. Die Federanordnung ist auf der Seite des Kontakthebels angeordnet, die in Öff­ nungsrichtung liegt. Es ist hier aber eine Federanordnung vorgesehen, die nicht Teil des Kontatktträgers ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Federanordnung eine Schrauben- oder Spiralfederanordnung sein, bei der ein Ende ortsfest und im Schaltergehäuse festgelegt und das andere Ende als Arm zur Erzeugung der Kontaktkraft ausgebildet sind.

Die Federanordnung kann auch zwei Schraubenabschnitte aufweisen und die die Kraft aufbringenden Arme können an den entgegengesetzt liegenden Enden vorgesehen sein. Dabei muß die Federanordnung im Bereich zwischen den Schraubenabschnitten ortsfest festgelegt sein, so daß die Schraubenabschnitte jeweils in entgegengesetzter Richtung zueinander gewickelt sind. Die Kraftwirkung auf die Kontakthebelanordnung wird durch die beiden Arme erzeugt.

Der Kontakthebel kann auch, wie eingangs erwähnt, als Doppelhebelarm mit zwei an einem Träger in gleiche Richtung vorspringenden Kontaktarmen ausgebildet sein; dann wird der Arm etwa in einem Mittelbereich zwischen den beiden Kontaktarmen auf den Träger einwirken. Zu diesem Zweck ist am Träger ein in Ausschaltrichtung vor­ springender Vorsprung angeformt, auf den der Arm der Federanordnung drückt. Aus der DE 37 29 745 A1 ist ein Schaltgerät bekannt geworden, bei dem an einem Kontakthebelträger ein Kontakthebel mit einem Kontaktstück drehbar angebracht ist; die eigentliche Kontaktkraft wird mittels zweier Schraubenfedern mit jeweils tangential vorspringenden Armen erzeugt.

Aus der DE 40 22 078 A1 ist ein Schaltgerät bekannt geworden, bei dem die Kontakt­ kraft mittels einer Schraubenfeder über das Schaltschloß erzeugt wird; am beweglichen Kontaktstück greift eine Feder an, die das Kontaktstück in Ausschaltstellung beauf­ schlagt.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, daß der Abstand der Wirkungsli­ nie der Federkraft, die von dem oder den Armen auf den Kontakthebel ausgeübt wird, von der Drehachse der Schraubenfeder, was die Mittelachse der Schraubenfeder sein kann, in Einschaltstellung kleiner ist als der Abstand der Wirklinie der Federkraft vom Drehpunkt des Kontakthebels. In Ausschaltstellung ist dies umgekehrt; dort ist der Ab­ stand der Wirklinie der Federkraft vom Drehachse der Schraubenfeder bzw. der Dreh­ achse des Armes größer als der Abstand der Wirklinie der Federkraft von dem Dreh­ punkt des Hebelarms und darüberhinaus ist auch der Abstand der Federkraft von der Drehachse der Schraubenfeder bzw. von der Drehachse des Armes in Ausschaltstel­ lung größer als in Einschaltstellung, so daß das Drehmoment sich im Bereich der Kon­ taktgabe nur unwesentlich ändert, beim Öffnen der Kontakte jedoch abnimmt.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse­ rungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kontaktanordnung in Einschaltstellung,

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in Ausschaltstellung,

Fig. 3 eine Aufsicht gemäß Pfeilrichtung III auf die Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 den Verlauf der Kontaktkraft in Abhängigkeit von der Schaltstellung,

Fig. 5 und 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Ein- und Aus­ schaltstellung, und

Fig. 7 eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 5 in Pfeilrichtung VII der Fig. 5.

Die Kontaktanordnung gemäß den Fig. 1 bis 3 besitzt einen Träger 10, der einen ersten Abschnitt 13 aufweist, an dem senkrecht dazu eine Trägerwand 11 angeformt ist. Diese Trägerwand 11 besitzt ein erstes Loch 12, durch das eine nicht dargestellte ortsfeste Drehwelle hindurchgreift, so daß sich der Träger 10 um eine Drehachse 14 drehen kann. An der Trägerwand 11 ist ebenso ein zweites Loch 15 angeordnet, an dem ein Schaltschloß (nicht dargestellt) angreifen kann. Die Trägerwand 11 ist angenähert rechteckig ausgebildet; die Drehachse 14 befindet sich im Bereich des einen Endes und das zweite Loch 15 im Bereich des anderen. Am ersten Abschnitt 13 schließt ein L- förmiger Bereich 16 mit einem ersten Schenkel 17 an, wobei sich zwischen dem ersten Schenkel 17 und dem ersten Abschnitt ein stumpfer Winkel befindet, der in Richtung der Erstreckung der Trägerwand 11 senkrecht zum ersten Abschnitt offen ist. Der Win­ kel beträgt etwa 150°. Am ersten Schenkel 17 schließt ein zweiter Schenkel 18 an. Der zweite Schenkel 18 ragt von dem ersten Schenkel 17 in bezogen auf die Trägerwand 11 entgegengesetzter Richtung vor. Der zweite Schenkel 18 ist in sich geknickt; der stumpfe Winkel der Abknikkung ist zum ersten Abschnitt hin offen und beträgt ebenfalls ca. 150°. Die Größe der beiden stumpfen Winkel ist nicht von Bedeutung; sie können größer oder kleiner sein oder 0° betragen. An dem Schenkel 17 ist, den Schenkel 18 überragend, ein Kontakthebel 20 mittels einer Nietverbindung 21 befestigt; das freie Ende des Kontakthebels 20 ist mit einer V-Form 22 versehen, deren Spitze 23 auf der Seite konvex ist, die dem Schenkel 17 entgegengesetzt liegt; die konvexe Spitze kann mit einem Belag 24 versehen sein, der aus lichtbogenfestem Material besteht, so daß die gesamte V-Form 22 als bewegliches Kontaktstück dient. Derartige Kontakthebel 20 sind im Prinzip an sich bekannt.

Das bewegliche Kontaktstück 22 wirkt mit einem festen Kontaktstück 25 zusammen und bildet eine Kontaktstelle. Der Kontakthebel 20 kann auch U-förmig mit zwei mittels eines Steges (nicht dargestellt) verbundenen Schenkeln ausgebildet sein; der Steg der U-Form ist an dem Schenkel 17 befestigt und die Schenkel der U-Form sind wie in Fig. 1 ersichtlich, mit dem V-förmig ausgebildeten und gebogenen beweglichen Kontakt­ stück versehen; die beiden beweglichen Kontaktstücke erkennt man in Fig. 3 links und rechts; sie sind mit den Bezugsziffern 22 _L und 22 _R versehen. Mit anderen Worten: an dem Träger 10 können sich ein oder zwei Kontaktarme anschließen; an jedem Kontak­ tarm sitzt ein sog. bewegliches Kontaktstück, das mit je einem festen Kontaktstück zur Bildung einer oder zweier Kontaktstellen zusammenarbeitet. Die Erfindung ist demge­ mäß auch anwendbar bei nur einem Kontaktarm und einer Kontaktstelle und bei zwei starr miteinander verbundenen Kontaktarmen und zwei Kontaktstellen, die dann bei einer Schalthandlung gleichzeitig geöffnet oder geschlossen werden.

Der Schenkel 18, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist einen mittleren Ausschnitt 26 auf, der von zwei vorspringenden Ausformungen 27 und 28 beidseitig begrenzt ist; die En­ den der Ausformungen 27 und 28 besitzen V-förmige Vertiefungen 29 und 30.

Zur Erzeugung einer Kontaktkraft ist eine Federanordnung 31 vorgesehen, die, wie Fig. 3 zeigt, zwei Schraubenfederabschnitte 32 und 33 besitzt, die mittels eines Ver­ bindungsabschnittes 34 miteinander verbunden und gegeneinander gegensinnig ge­ wickelt sind. An den freien Enden ragen tangential verlaufende Arme 40 und 41 vor, die in die Ausnehmungen 29 und 30 zu ihrer Führung eingreifen. Die Achse der Schrau­ benfeder 31 ist mit der Bezugsziffer 37 bezeichnet. Der Verbindungsabschnitt 34, der eine U-Form aufweist, ist ortsfest im Schaltergehäuse eingespannt, wogegen die Arme 40 und 41 gegen den L-förmigen Schenkel 18 in je eine Ausnehmung 29 und 30 ein­ greifen. Die Schraubenfeder 31 befindet sich in dem Bereich zwischen der Kontakt­ stelle 22, 25 und dem Mittelpunkt bzw. Drehpunkt 14 näher an der Kontaktstelle 22/25, und die Arme 40, 41 nehmen mit der Verbindungslinie der Kontaktstelle 22/25 und dem Drehpunkt 14, mit V₁-V₁ bezeichnet, einen spitzen Winkel α₁ ein, der, von dem Dreh­ punkt 14 aus gesehen, in Richtung zur Kontaktstelle 22, 25, vom Drehpunkt 14 aus ge­ sehen, offen ist.

Die Kraft P₁, die die Arme 40, 41 auf den Schenkel 18 ausüben, verläuft senkrecht zur Verbindungslinie V_2E der Achse 37 zu den Angriffspunkten 38 der Arme 40, 41, und man erkennt, daß der Abstand D_1E der Kraft P₁ vom Drehpunkt 14 deutlich größer ist als der Abstand D_2E der Kraft P_1E von der Achse 37.

Wenn sich der Schalter in Ausschaltstellung bewegt, wenn sich also der Kontakthebel 20 um die Drehachse 12 bzw. den Mittelpunkt 14 dreht, dann wird der Abstand D_2E der Kraft P₁ aus P_1E zu P_1A in der Ausschaltstellung größer zu D_2A und der Abstand D_1E kleiner zu D_1A. Der Verlauf der Kraft P₁ ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, bezogen auf den Kontaktabstand unterschiedlich groß. Im Einschaltzustand ist die Kontaktkraft höher als die Rückstellkraft P_1A im Ausschaltzustand. Man erkennt, daß sich die Federkraft im Einschaltzustand relativ wenig ändert, wenn Kontaktmaterial abgebrannt ist und des­ halb der Winkel α₁ größer wird.

Die Ausgestaltung nach den Fig. 1 und 2 kann bei einer Doppel- oder Einfachkontakt­ stellenanordnung angewendet werden; die Ausführung der Doppelkontaktstelle zeigt Fig. 3.

In der Ausschaltstellung, siehe Fig. 2, verlaufen die Hebelarme 40, 41 unter einem spit­ zen Winkel α₂ zur Verbindunglinie Kontaktstelle zu Drehachse, der von der Kon­ taktstelle aus gesehen in Richtung Drehachse 14 offen ist. Es besteht natürlich die Möglichkeit je nach Anordnung, daß der Winkel, den die Arme 40/44 in Ausschaltstel­ lung mit der Verbindungslinie V₁-V₁ einnimmt, deutlich kleiner ist als der Winkel α₁; er kann auch zu Null werden oder, wie in Fig. 2 gezeigt, in die entgegengesetzte Richtung offen sein. Vorzuziehen ist die Richtungsumkehr der offenen Seite des Winkels α₁/α₂.

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 5 und 6. Bei dieser Anordnung sind diejeni­ gen Teile, die zu der gemäß den Fig. 1 und 2 identisch sind, mit den gleichen Be­ zugsziffern bezeichnet.

Die Trägerwand 11 ist an einem ersten Abschnitt 51 angebracht, an welchem ein L- förmiger Bereich 50 anschließt mit einem ersten Schenkel 52 und einem zweiten Schenkel 53. Am ersten Schenkel 52 ist unter einem stumpfen Winkel der erste Ab­ schnitt 51 angeformt; die Zuordnung dieser Bereiche entspricht identisch der Zuord­ nung der Bereiche 16, 17, 13 und 18. An dem Schenkel 53 ist eine Vertiefung 55 ein­ gebracht, siehe auch Fig. 7. Dort erkennt man, daß der Schenkel 53 einen Fortsatz 56 aufweist, der die Vertiefung 55 an ihrem freien Ende trägt; der Schenkel 53 ist dabei wieder in sich geknickt, um eine genaue Ausrichtung und Zuordnung der Vertiefung 55 zu der Drehachse 14 zu erhalten, siehe weiter unten.

Zur Erzeugung einer Kontaktkraft ist eine Kontaktfederanordnung 58 vorgesehen, die zwei tangential ablaufende Arme 59 und 60 aufweist; die Achse der Federanordnung 58, mit 61 bezeichnet, entspricht der Achse 37, was der Geometrie der Zuordnung der Feder 58 zu dem Drehpunkt 14 und der Kontaktstelle 22/25 entspricht. Die winkelige Zuordnung des Armes 59 zu der Verbindungslinie V₁-V₁ entspricht identisch der win­ keligen Zuordnung der Arms 40, 41 zu dieser Verbindungslinie V₁-V₁ und auch die Abstände D_2E, D_2A und D_1E, D_1A entsprechen den in Fig. 1 und 2 gezeichneten Ab­ ständen. Zur ortsfesten Fixierung des Armes 60 am Schaltergehäuse ist in Fig. 7 ein ortsfestes Loch 65 gezeigt, in das eine in Fig. 6 nicht sichtbare Abknickung des Armes 60 eingreift.

Wie oben erwähnt, ist es für die Wirkungsweise der Kontaktanordnung im Prinzip gleichgültig, ob lediglich eine einsinnig gewickelte Schraubenfeder, siehe Fig. 7, oder eine doppelsinnige Schraubenfeder wie in Fig. 3 dargestellt ist, vorgesehen ist. Von Bedeutung ist die winklige Zuordnung des Armes 59 bzw. der Arme 40, 41 zu dem beweglichen Kontakthebel bzw. zur Verbindungslinie der Kontaktstelle zum Drehpunkt des beweglichen Kontakthebels. Es ist auch gleichgültig, ob es ein einarmiger oder doppelarmiger Kontakthebel ist; in gleicher Weise könnte die Federanordnung auch auf der anderen Seite des Kontakthebels angeordnet sein; auch hier ist lediglich erforder­ lich, daß sich der Abstand der Wirklinie der Kraft vom Mittelpunkt der Schraubenfeder und der Abstand der Wirklinie der Kraft vom Drehmittelpunkt so ändert, daß die Kraft im Ausschaltzustand geringer ist als im Einschaltzustand.

Diejenige Ausführung der Federanordnung, bei der lediglich ein Arm vorgesehen ist, siehe Fig. 5 bis 7, hat folgenden Vorteil: wenn an einer Kontaktstelle ein größerer Ab­ brand stattgefunden hat, dann erlaubt der mittige Kraftangriff einen Ausgleich zwischen den beiden Kontaktstellen. Bei zwei Angriffsstellen, wie sie in den Fig. 1 bis 3 darge­ stellt sind, könnte eine zu hohe ungleichmäßige Reibung zwischen den Federenden 40, 41 und den Angriffsstellen 29, 30 nicht vermieden werden. Mit der Ausführung nach den Fig. 5 bis 7, wo also lediglich ein Arm 59 an einer Angriffsstelle 55 mittig angreift, können solche unterschiedlichen Reibungskräfte vermieden werden.

Es ist angedeutet, siehe Fig. 5 bis 7, daß die Federanordnung eine Schraubenfeder­ anordnung ist; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, eine Spiralfederanordnung, beispielsweise ähnlich der in einem Uhrwerk, zu verwenden, bei der das innere Ende der Schraubenfeder ortsfest im Gehäuse des Schaltgerätes fixiert ist, wogegen das andere Ende als Federarm mit der Ausnehmung 55 zusammenwirkt.

Claims (4)

1. Kontaktanordnung für ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter und/oder Fehlerstromschutzschalter mit einer schwenkbaren, wenigstens einen Kontakthebel (20) aufweisenden Kontakthebelanordnung, an dessen freiem Ende ein bewegbares Kontaktstück (22) befestigt ist, das mit einem festen Kon­ taktstück (25) zusammenwirkt, und mit einer Federanordnung (31, 58), die die Kontakt­ hebelanordnung (20) in Einschaltrichtung beaufschlagt, wobei die Federanordnung (31, 58) wenigstens einen Federarm (59, 40, 41) aufweist, der tangential etwa parallel zu der Verbindungslinie (V₁-V₁) zwischen der Kontaktstelle (22, 25) und dem Drehpunkt (14) des Kontakthebels vorspringt, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kontakthebel (20) belastende Federarm (59, 40, 41) in Einschaltstellung mit der Verbindungslinie (V₁-V₁) zwischen der Kontaktstelle (22, 25) und dem Drehpunkt (14) des beweglichen Kontakthebels (20) einen spitzen Winkel (α₁), der vom Drehpunkt (14) aus gesehen zur Kontaktstelle (22, 25) offen ist, und in Ausschaltstellung einen ebenfalls spitzen Winkel (α₂), der entweder kleiner ist oder in umgekehrter Richtung offen ist, bildet, daß die Fe­ deranordnung (31, 58) auf der Seite des Kontakthebels (20) angeordnet ist, die in Öff­ nungsrichtung des Kontakthebels liegt, und daß die Mittelachse (37, 61) der Feder­ anordnung (31, 58) etwa im Bereich der Kontaktstelle (22, 25) liegt und der die Kraft ausübende, wenigstens eine Arm (59, 40, 41) etwa in Richtung zur Drehachse (14) hinweist, so daß die Federanordnung so zum Kontakthebel ausgerichtet ist, daß das Kontaktschließmoment und damit die Kontaktkraft in Ausschaltstellung kleiner ist als in Einschaltstellung.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ deranordnung eine Schrauben- oder Spiralfederanordnung ist, bei der ein Ende ortsfest und im Schaltergehäuse festgelegt und das andere Ende als Arm zur Erzeugung der Kontakt­ kraft ausgebildet sind.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ deranordnung zwei gegensinnig gewickelte Schraubenarme (32, 33) aufweist, daß die die Kraft aufbringenden Arme an den entgegengesetzt liegenden Enden angeordnet sind und daß die Federanordnung im Bereich zwischen den Schraubenabschnitten (32, 33) ortsfest festgelegt ist.

4. Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kontakthebel als Doppelarmhebel mit zwei an einem Träger (10) be­ festigten, in gleiche Richtung vorspringenden Kontaktarmen ausgebildet ist.