DE19629867C2 - Strombegrenzender Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Leistungs­ schalter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiger Leistungsschalter ist beispielsweise aus der EP 0 560 696 A1 bekannt. Er umfaßt eine Kontaktanordnung mit zwei festen Schaltstücken, welche jeweils über schienenför­ mige Leiter mit entsprechenden Anschlußklemmen verbunden sind. Außerdem ist ein zweiarmiges, um eine Achse drehbares Schaltstück vorgesehen, welches in seiner geschlossenen Stellung (Grundstellung) die beiden festen Schaltstücke miteinander verbindet, wobei die festen Schaltstücke derart ausgestaltet sind, daß sich im Überlastfall (z. B. einem Kurz­ schluß) zwischen ihnen und dem stromdurchflossenen drehbaren Schaltstück aufgrund der sich ausbildenden Magnetfelder Kräf­ te ergeben, die das drehbare Schaltstück aus seiner Grund­ stellung in eine geöffnete Stellung verschwenken.

Nachteilig bei diesen bekannten Leistungsschaltern ist unter anderem, daß der schienenförmige Leiter im Bereich des festen Schaltstückes derart schleifenförmig ausgebildet ist, daß ein Teilabschnitt der Schleife ein Magnetfeld erzeugt, welches zu einer Kraftkomponente führt, die der öffnenden Kraft entge­ gengerichtet ist.

Außerdem weisen die bekannten Leistungsschalter den Nachteil auf, daß die Öffnungskraft auf das drehbare Schaltstück bei zunehmendem Öffnungsspalt schnell abnimmt, so daß die Kon­ taktöffnungszeiten relativ groß sind und die Strombegrenzung durch den Leistungsschalter nicht optimal ist.

Aus der DE-OS 16 65 684 ist ein Leistungsschutzschalter mit einem festen und einem drehbaren Schaltstück bekannt, bei dem ein das Schaltstück und eine Stromanschlußklemme verbindender Leiter die Anschlußklemme spulenförmig umgibt. Im Kurzschluß­ fall erzeugt daher der diesen Leiter durchfließende Strom ein Magnetfeld, welches eine öffnende Kraft und ein öffnendes Drehmoment auf das drehbare Schaltstück ausübt.

Nachteilig bei diesem bekannten Leistungsschutzschalter ist u. a., daß die öffnende Kraft auf das drehbare Schaltstück mit größer werdendem Öffnungswinkel schnell abnimmt, weil das Schaltstück im Außenfeld des spulenförmigen Leiters angeord­ net ist.

Aus der US-PS 4,644,307 ist schließlich ein Leistungsschutz­ schalter mit zwei schwenkbaren Schaltstücken bekannt, wobei das erste schwenkbare Schaltstück über einen Leiter mit einer entsprechenden Stromanschlußklemme verbunden ist. Zur Verrin­ gerung der Kontaktöffnungszeiten ist dieser Leiter schleifen­ förmig um das zweite Schaltstück herumgeführt, derart, daß bei einem durch den Leiter fließenden Strom ein Magnetfeld erzeugt wird, welches auf beide Schaltstücke wirkt und ent­ sprechende, die Schaltstücke öffnende Kräfte erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungs­ schalter der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem bei gleichem Stromdurchgang durch die Kontaktanordnung wie bei bekannten Schaltern höhere Öffnungskräfte erreichbar sind, so daß sich schnellere Kontaktöffnungszeiten und eine bessere Strombegrenzung im Überlastfall ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, beson­ ders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß beide Leiter der­ art ausgebildet sind, daß sie, in Seitenansicht der Kontakt­ anordnung gesehen, schleifenförmig um den entsprechenden Arm des drehbaren Schaltstückes herumgeführt sind, und zwar der­ art, daß in dem gesamten Öffnungsbereich des beweglichen Schaltstückes das Magnetfeld der Stromzuführung so gerichtet ist, daß sowohl auf das Schaltstück als auch auf den beim Verschwenken des Schaltstückes entstehenden Lichtbogen eine positive (d. h. in die gewünschte Richtung zeigende) Kraft ausgeübt wird.

Damit die derart geformten schienenförmigen Leiter die Dreh­ bewegung des drehbaren Schaltstückes bzw. die Bewegung des sich beim Öffnungsvorgang zwischen den Kontakten ausbildenden Lichtbogens nicht behindern, müssen die Leiter mindestens teilweise in einer anderen Ebene liegen als das drehbare Schaltstück.

Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn sich die schienenförmigen Leiter jeweils aus zwei parallel zueinander angeordneten Schleifen zusammensetzen, die auch elektrisch parallel geschaltet sind. Bei einer derartigen Schleifenanordnung können sowohl das entsprechende feste Schaltstück als auch der diesem Schaltstück zugeordnete Arm des drehbaren Schaltstückes mindestens teilweise in dem Zwi­ schenraum zwischen den beiden Schleifen angeordnet werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs­ beispielen. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbei­ spieles der Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters in der Grundstellung des drehbaren Schaltstückes;

Fig. 2 die Fig. 1 entsprechende Ansicht des Leistungsschalters in der geöffneten Stellung des drehbaren Schaltstückes und

Fig. 3 die perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungs­ beispieles der Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Schaltkammer eines Leistungsschalters bezeichnet, die von einem gestrichelt dargestellten Gehäuse 2 umgeben ist. Zum Anschluß des Leistungsschalters an einen entsprechenden Stromkreis sind zwei Anschlußklemmen 3, 4 vor­ gesehen, die über schienenförmige Leiter 5, 6 mit zwei festen Schaltstücken 7, 8 verbunden sind. Die festen Schaltstücke 7, 8 werden mittels eines um eine Achse 9 gegen den Druck einer Feder (nicht dargestellt) drehbaren Schaltstückes 10 über­ brückt. Dabei drücken die beiden Arme 11, 12 des drehbaren Schaltstückes 10 über Kontaktauflagen 13, 14 gegen entspre­ chende Kontaktauflagen 15, 16 der festen Schaltstücke 7, 8.

Erfindungsgemäß sind die schienenförmigen Leiter 5, 6 jeweils schleifenförmig um einen Teil des drehbaren Schaltstückes 10 herumgeführt, und zwar derart, daß die Leiterabschnitte 17, 18 der Schleifen 5, 6, die sich in bezug auf das drehbare Schaltstück 10 auf den Seiten der festen Schaltstücke 7, 8 befinden, jeweils eine abstoßende Kraft auf das drehbare Schaltstück 10 ausüben. Die Leiterabschnitte 19, 20 der beiden Schleifen hingegen, die sich auf der dem jeweils festen Schaltstück 7, 8 abgewandten Seite des drehbaren Schaltstückes 10 befinden, üben aufgrund der Stromrichtung in diesen Bereichen eine anziehende Kraft auf das drehbare Schaltstück 10 aus. Aber auch die Leiterabschnitte 19', 19" und 20', 20" erzeugen Magnetfelder, welche in dem gesamten Öffnungsbereich des beweglichen Schaltstückes 10 so gerichtet sind, daß ein öffnendes Drehmoment auf die Arme 11 und 12 des beweglichens Schaltstückes 10 ausgeübt wird. Denn der durch die Leiterabschnitte 19-20" fließende Strom bewirkt ein Magnetfeld in die Zeichenebene hinein, was in der in Fig. 1 dargestellten Leiteranordnung zu einem öffnenden Drehmoment auf das Schaltstück führt.

Sobald ein Überlastfall eintritt - der durch die schienenför­ migen Leiter und das drehbare Schaltstück 10 fließende Strom I also einen vorgegebenen Wert erreicht hat - sind die auf das Schaltstück 10 wirkenden Kräfte so groß, daß das Schaltstück 10 in Richtung der Pfeile 21, 22 gegen den Druck der nicht dargestellten Feder verschwenkt wird. Dabei nimmt zwar einer­ seits aufgrund des größer werdenden Öffnungsspaltes die durch das Magnetfeld des jeweiligen festen Schaltstückes bewirkte Öffnungskraft ab. Andererseits aber nimmt die Öffnungskraft durch die anziehende Wirkung der stromdurchflossenen Leiter­ abschnitte 19, 20 zu, so daß sich gegenüber vergleichbaren bekannten Leistungsschaltern wesentlich niedrigere Kontakt­ öffnungszeiten ergeben.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bildet sich bei dem Verschwenken des drehbaren Schaltstückes 10 zwischen den Kontaktauflagen 13, 15 bzw. 14, 16 jeweils ein Lichtbogen 23, 24 aus. Der durch das entsprechende Lichtbogenplasma fließende Strom I besitzt die gleiche Richtung wie der Strom in den mit 19' und 20' bezeichneten Leiterabschnitten der schienenförmigen Lei­ ter 5, 6. Das Lichtbogenplasma wird daher aufgrund der durch die Magnetfelder der Leiterabschnitte 19-20" verursachten, nach außen gerichteten Kraftkomponenten in die Lichtbogen­ kammern 27, 28 gezogen, in denen der Lichtbogen dann in an sich bekannter Weise gelöscht wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So braucht es sich bei den festen Schaltstücken nicht um separate Teile handeln. Vielmehr können die Endbereiche der schienenförmigen Leiter gleichzeitig als Schaltstücke ausgebildet sein. Ferner brauchen die schienenförmigen Leiter nicht eine quadratische oder rechteckförmige Grundform besitzen, sondern können auch kreis- oder kreisabschnittförmig ausgebildet sein. Dabei ver­ steht es sich von selbst, daß die schienenförmigen Leiter derart angeordnet sein müssen, daß sie den Schwenkvorgang des drehbaren Schaltstückes nicht behindern. Sie müssen daher so geformt sein, daß sie vor oder hinter dem drehbaren Schalt­ stück vorbeigeführt werden. Außerdem kann das drehbare Schaltstück mit seitlichen Ausnehmungen versehen werden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, brauchen die durch die schienenförmigen Leiter gebildeten Schleifen die jeweiligen Arme des drehbaren Schaltstückes (in Seitenansicht der Kon­ taktanordnung gesehen) nicht vollständig zu umfassen, sondern es reicht aus, wenn nur Teilabschnitte der Arme von den Schleifen überdeckt werden.

Die Erfindung ist ferner nicht auf Leistungsschalter be­ schränkt, die als Doppelunterbrecher mit zwei festen Schalt­ stücken ausgebildet sind, sondern sie bezieht sich auch auf Leistungsschalter mit Stromschienenanordnungen, bei denen jeweils nur eine Unterbrecherstelle wirksam ist. In diesem Fall ist der eine der beiden schienenförmigen Leiter direkt mit dem beweglichen Schaltstück verbunden.

Bei der Drehachse 9 (Fig. 1) braucht es sich keineswegs um eine feste Achse zu handeln. Insbesondere bei rotatorischen Doppelunterbrechern kommt es häufig aufgrund des unterschied­ lichen Kontaktabbrandes zu einer geringfügigen seitlichen Verschiebung der Achse. Eine derartige Verschiebung hat aber keinen nennenswerten Einfluß auf die Wirkungsweise der vor­ stehend erläuterten Erfindung.

Schließlich können die schienenförmigen Leiter sich jeweils auch aus zwei parallel zueinander angeordneten Schleifen zusammensetzen, wobei sowohl das entsprechende feste Schalt­ stück als auch der diesem Schaltstück zugeordnete Arm des drehbaren Schaltstückes mindestens teilweise in dem Zwi­ schenraum zwischen den beiden Schleifen angeordnet ist. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist schematisch in Fig. 3 wiedergegeben.

Dabei sind die schienenförmigen Leiter mit 30 und 31 und das drehbare Schaltstück mit 32 bezeichnet. Die Richtung des elektrischen Stromes I ist durch entsprechende Pfeile ange­ deutet.

Der schienenförmige Leiter 30 setzt sich im wesentlichen aus zwei U-förmig gebogenen Schleifen 33, 34 zusammen, die elek­ trisch über entsprechende stegförmige Leiter 35, 36 mitein­ ander verbunden sind. Der eine der beiden stegförmigen Leiter 35 ist mit der Anschlußklemme (Fig. 1) und der jeweils andere Steg 36 mit dem festen Schaltstück 37 verbunden. Dabei er­ streckt sich das feste Schaltstück 37 in den zwischen den beiden U-förmig gebogenen Schleifen 33, 34 bestehenden Zwi­ schenraum 38 hinein. Auch ein entsprechender Abschnitt des Armes 39 des drehbaren Schaltstückes 32 ist innerhalb dieses Zwischenraumes 38 angeordnet.

Der schienenförmige Leiter 31 setzt sich aus zwei L-förmig gebogenen Schleifen 40, 41 zusammen, die elektrisch wiederum über entsprechende stegförmige Leiter 42, 43 miteinander ver­ bunden sind. Dabei ist der stegförmige Leiter 42 mit der An­ schlußklemme 4 (Fig. 1) und der andere stegförmige Leiter 43 mit dem festen Schaltstück 44 verbunden. Das Schaltstück 44 ragt in den zwischen den beiden L-förmig gebogenen Schleifen 40, 41 bestehenden Zwischenraum 45 hinein. Gleiches gilt auch für den zweiten Arm 46 des drehbaren Schaltstückes 32.

Die Wirkungsweise der Kontaktanordnung dieses Leistungsschal­ ters entspricht im wesentlichen der Wirkungsweise des vor­ stehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Schalters.

Bezugszeichenliste

1

Schaltkammer

2

Gehäuse

3

,

4

Anschlußklemmen

5

,

6

schienenförmige Leiter, Schleifen

7

,

8

feste Schaltstücke

9

Achse

10

drehbares Schaltstück

11

,

12

Arme (des drehbaren Schaltstückes)

13

,

14

Kontaktauflagen

15

,

16

Kontaktauflagen

17

,

18

Leiterabschnitte

19-19

" Leiterabschnitte

20-20

" Leiterabschnitte

21

,

22

Richtungspfeile

23

,

24

Lichtbogen

27

,

28

Lichtbogenkammern

30

,

31

schienenförmige Leiter

32

drehbares Schaltstück

33

,

34

U-förmig gebogene Schleifen

35

,

36

stegförmige Leiter

37

festes Schaltstück

38

Zwischenraum

39

Arm (drehbares Schaltstück)

40

,

41

L-förmig gebogene Schleifen

42

,

43

stegförmige Leiter

44

festes Schaltstück

45

Zwischenraum

46

Arm (des drehbaren Schaltstückes)

Claims (6)

1. Strombegrenzender Leistungsschalter mit mindestens einer Kontaktanordnung, die sowohl zwei feste Schaltstücke (7, 8; 37, 44), welche jeweils über Leiter (5, 6; 30, 31) mit entsprechenden Anschlußklemmen (3, 4) verbunden sind, als auch ein zweiarmiges um eine Achse (9) drehbares Schalt­ stück (10; 32), welches in seiner Grundstellung die bei­ den festen Schaltstücke (7, 8; 37, 44) miteinander verbin­ det, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (5, 6; 30, 31), in Seitenansicht der Kontaktanordnung ge­ sehen, jeweils schleifenförmig um einen Arm (11, 12; 39, 46) des drehbaren Schaltstückes (10; 32) - oder um einen Teilabschnitt dieses Armes - herumgeführt sind, derart, daß die schleifenförmigen Leiterabschnitte (19-20") Magnetfeldkomponenten erzeugen, die derart gerichtet sind, daß sie in dem gesamten Öffnungsbereich des dreh­ baren Schaltstückes (10; 32) zu einem das Schaltstück (10; 32) öffnenden Drehmoment führen.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der jeweilige Leiter (30, 31) sich aus zwei pa­ rallel zueinander angeordneten Schleifen zusammensetzt und daß sowohl das entsprechende feste Schaltstück (37, 44) als auch der diesem Schaltstück zugeordnete Arm (39, 46) des drehbaren Schaltstückes (32) mindestens teilwei­ se in dem Zwischenraum (38) zwischen den beiden Schlei­ fen angeordnet ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden parallel angeordneten Schleifen auch elektrisch parallel geschaltet sind.

4. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Leiter (30), in Seitenansicht der Kontaktanordnung ge­ sehen, U-förmig ausgebildet ist.

5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Leiter (31), in Seitenansicht der Kontaktanordnung gese­ hen, L-förmig ausgebildet ist.

6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der jeweilige Leiter (5, 6; 30, 31) derart um den entsprechenden Arm (11, 12; 39, 46) des drehbaren Schaltstückes (10; 32) herumgeführt ist, daß alle seine Leiterabschnitte (19-20") Magnetfeldkompo­ nenten erzeugen, die derart gerichtet sind, daß sie in dem gesamten Öffnungsbereich des drehbaren Schaltstückes (10; 32) auf den entstehenden Lichtbogen (23, 24) eine nach außen wirkende Kraft ausüben.