DE3517659A1

DE3517659A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE3517659A1
Application number: DE19853517659
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Saitama Kandatsu; Akihiko Kohanawa
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1984-08-10
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1986-02-20
Anticipated expiration: 2005-05-16
Also published as: JPS6147035A; US4635012A; DE3517659C2

Description

5 " 7 £ ^Γ· ' J

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 5

Wenn in einer Verzweigungsleitung eines Stromverteilernetzes ein Kurzschluß auftritt, dann muß ein in die Verzweigungsleitung geschalteter Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter rasch abschalten, damit nicht das gesamte Netz in Mitleidenschaft gezogen wird. Bis zum Ansprechen dieses Leistungsschalters muß der Leistungsschalter in der Hauptleitung dem Kurzschlußstrom standhalten. Zu diesem Zweck müssen die Schaltstücke des Leistungsschalters eine ausreichende Festigkeit besitzen, und ein Anstieg der Temperatur muß unterdrückt werden.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines bekannten Leistungsschalters, und Fig. 7 zeigt den Aufbau seines beweglichen Schaltglieds. Bei der in diesen Figuren gezeigten Anordnung wird ein Ende eines Schaltarms 1 mittels eines Achsstifts 3 von einem den Leistungsschalter aufnehmenden Gehäuse getragen. Durch Umschalten eines Betätigungshebels 4 nach rechts oder links wird der Schaltarm 1 über eine Auslösevorrichtung 5 verschwenkt. 6 ist eine am Betätigungshebel 4 angebrachte Betätigungsfeder. Ein bewegliches Schaltstück 7 ist mit Hilfe eines Kupplungsstifts 8 zwischen Seitenwänden des Schaltarms 1 befestigt und trägt an seinem einen Ende den eigentlichen Kontakt 9 als beweglichen Hauptkontakt. Wenn der Schaltarm 1 verschwenkt wird, wird dieser bewegliche Hauptkontakt mit dem Kontakt des festen, an die Versorgung anzuschließenden Schaltstücks 10 in Berührung gebracht oder von ihm getrennt. Ein Anschlußleiter 11 in Form eines flexiblen Bandes, das aus aufeinandergeschichteten dünnen Kupferplatten zusammengesetzt ist, ist an das andere Ende des beweglichen Schaltstücks 7 angeschlossen und über einen nicht gezeig-

2/3

ORIGINAL INSPECTED

ten überstromdetektor mit einer Last verbunden- Das bewegliche Schaltstück 7 ist, wie in Fig. 7 gezeigt, in zwei Segmente unterteilt, wodurch der Kontakt der Hauptschaltstücke sichergestellt werden soll. Der Anschlußleiter 11 ist dementsprechend auf der mit dem beweglichen Schaltstück 7 zu verbindenden Seite mit einem Schlitz 11a versehen. 12 ist ein Neben- oder Abreißschaltstück, das zwischen die beiden Segmente des beweglichen Schaltstücks 7 gebracht ist. Eine Kontaktfeder 13 ist jeweils zwischen dem beweglichen Schaltstück 7 bzw. dem Abreißschaltstück 12 und dem Halter 1 angeordnet. Ein Hebel 14 steht mit einer Rastklinke auf Seiten des Überstromdetektors im Eingriff, wie in Fig. 6 gezeigt. Wenn ein Überstrom fließt, wird der Eingriff mit der Rastklinke 15 gelöst, woraufhin die Auslösevorrichtung 5 zusammenfällt und damit das bewegliche Kontaktstück 7 vom festen Kontaktstück 10 trennt.

Dieser Leistungsschalter gewährleistet ein leichtes Verschwenken des beweglichen Schaltglieds, hält eine hohe Anzahl von Schaltspielen aus und erlaubt einen starken Stromfluß. Der Anschlußleiter ist zu diesem Zweck aus vielen dünnen Kupferplatten gestapelt und in Richtung seiner Dicke flexibel. Das bewegliche Schaltglied ist lang (siehe L in Fig. 7), wodurch die Gesamtlänge des Leistungsschalters groß wird. Wenn zur Erzielung einer hohen Strombelastbarkeit viele bewegliche Schaltstücke vom Schaltarm getragen werden, dann kommen die jeweiligen beweglichen Hauptschaltstücke und die festen Schaltstücke einzeln in Kontakt. Dies ist günstig zur Unterdrückung eines Anstiegs der Kontakttemperatur und zur Verringerung elektromagnetischer Abstoßkräfte. Dies erfordert andererseits aber viele Schlitze im Anschlußleiter, wodurch der Leistungsschalter teuer wird.

Aus diesem Grund ist die in Fig. 8 gezeigte Schaltglied-

3/4/5

3517G53

ausbildung vorgeschlagen worden. Das bewegliche Schaltstück 7 wird mittels eines Kupplungsstifts 8 und eines Achsstifts 3 zwischen den Seitenwänden eines Schaltarms gehalten, der wie im Fall von Fig. 6 mit Hilfe eines Betätigungshebels 4 über eine Auslösevorrichtung 5 verschwenkbar ist. Das bewegliche Schaltstück 7 ist zusammen mit dem Schaltarm 1 in Kontakt bzw. außer Kontakt mit dem festen Schaltstück 10 schwenkbar. Das bewegliche Schaltstück 7 ist an seinem einen Ende mit einem bogenförmigen Vorsprung 7a versehen und trägt auf der gleichen Seite, aber am anderen Ende den beweglichen Hauptkontakt Der Vorsprung 7a steht in Gleitkontakt mit einer bogenförmigen Ausnehmung 11b im Anschlußleiter 11. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Verbindung zwischen dem beweglichen Schaltstück 7 und dem Anschlußleiter 11 geschaffen. Da aber der Achsstift 3 in ein Langloch im beweglichen Schaltstück 7 eingreift, so daß letzteres beweglich getragen wird, tritt, wenn ein Strom I vom beweglichen Schaltstück 7 zum Anschlußleiter 11 fließt, wie durch den ausgezogenen Pfeil in Fig. 8 markiert, eine durch den gestrichelten Doppelpfeil angedeutete elektromagnetische Abstoßkraft F-F zwischen dem Vorsprung 7a und der Ausnehmung 11b auf und führt zu einem schlechten Kontakt. Eine Druckfeder 16 wird benutzt, einen ausreichenden Kontakt aufrechtzuerhalten. Allerdings ist die Abstoßkraft F-F proportional dem Quadrat des Stroms I und wird bei einem starken Strom, wie er etwa im Kurzschlußfall auftritt, sehr groß, so daß die Druckkraft der Feder 16 entsprechend stark sein muß. Die starke Druckkraft der Feder 16 führt aber im normalen Betrieb des Leistungsschalters zu einer starken Reibung und ist daher für das Öffnen und das Schließen nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leistungsschalter zu schaffen, der aufgrund des Aufbaus des Schaltglieds klein

5/6

ORIGINAL INSPECTED

und wirtschaftlich ist, die erwähnten Nachteile vermeidet und einen großen Kurzzeitnennstrom besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dieser Leistungsschalter besitzt ein Schaltglied mit einem beweglichen Schaltstück, an dessen einem Ende der bewegliche Hauptkontakt befestigt ist und dessen anderes Ende mit einem Anschlußleiter verbunden ist und der über einen Kupplungsstift an einem Schaltarm befestigt ist. Das Schaltstück wird durch Verschwenken des Schaltarms mit dem festen Schaltstück in Kontakt gebracht bzw. von ihm getrennt. Der Anschlußleiter ist mit einem Schlitz versehen, der ihn in einen oberen und einen unteren Schenkel unterteilt, wobei in der Nähe der Öffnung des Schlitzes in gegenüberliegenden Seiten der Schenkel jeweils eine bogenförmige Aufnahme ausgebildet ist. Das andere Ende des beweglichen Schaltstücks ist mit einem Achsloch versehen und mit einem nahezu kreisförmigen Gleitkontaktauge zwischen die Aufnahmen gesetzt. Ein den Schaltarm drehbar haltender Achsstift erstreckt sich durch dieses Achsloch. Wenn bei dieser Anordnung Strom in gleicher Richtung in die beiden Schenkel des Anschlußleiters fließt, wird zwisehen diesen Schenkeln eine elektromagnetische Anziehungskraft erzeugt, die eine Abstoßungskraft zwischen den gegenüberliegenden Aufnahmen des Anschlußleiters und dem zwischen sie gesetzten beweglichen Schaltstück aufhebt. Die Reibungskraft zwischen den Kontaktflächen wird dadurch unabhängig von der Höhe der durch sie fließenden Ströme im wesentlichen konstant gehalten, so daß ein ausreichend hoher Strom fließen kann und dennoch der Anschlußleiter einen einfachen Aufbau besitzen kann.

Wenn eine Vielzahl von beweglichen Schaltstücken mit dem

6/7/8

35^755?

Anschlußleiter verbunden, zwischen beiden Seitenwänden des Schaltarms angeordnet und mittels eines sich durch den Schaltarm erstreckenden Kupplungsstifts und des Achsstifts zusammengesetzt ist, dann können ein Temperaturanstieg in diesem Kontaktbereich wirksam unterdrückt und die magnetische Abstoßkraft wirksam verringert werden. Die Schaltstücke und der Anschlußleiter können aus gestanzten dünnen leitenden Platten aufgebaut werden und eigenen sich daher für eine Massenproduktion.
10

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 ein Ausführungsbeispiel des Schaltstücks

des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, wobei Fig. 1 eine Seitenansicht des zusammengesetzten beweglichen Schaütstücks ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 1 ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht ist, die die Form des beweglichen Schaltstücks erkennen läßt, Fig. 4 eine Seitenansicht ist, die die Form des Anschlußleiters erkennen läßt, und Fig. 5 eine Darstellung zur

Erläuterung der elektromagnetischen Kraft im Bereich der Kontaktfläche zwidem beweglichen Schaltstück und dem Anschlußleiter ist,

Fig. 6 eine Seitenquerschnittsansicht des we

sentlichen Teils eines bekannten Leistungsschalters ,

Fig. 7 eine Draufsicht, die den Aufbau des

ORIGINAL INSPECTED

Schaltglieds des Leistungsschalters von

Fig. 6 erkennen läßt, und

Fig. 8 eine Seitenansicht des Aufbaus eines an-

deren bekannten beweglichen Schaltglieds,

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist das bewegliche Schaltstück 7 nahezu rechteckförmig und, wie aus Fig. 3 erkennbar, mit einem Loch 7b zur Kombination mehrerer Schaltstücke versehen. An dem einen Ende ist das Schaltstück mit dem beweglichen Hauptkontakt 9 versehen, während sein anderes Ende eine nahezu kreisförmige, als Kontaktauge zu bezeichnende Kontaktfläche 7c aufweist. In der Mitte dieses Kontaktauges befindet sich ein Achsloch 7d. Eine Vielzahl dieser beweglichen Schaltstücke ist zwischen Seitenwänden eines Schaltarms 1 angeordnet, wobei sich ein Kupplungsstift 8 durch die Kupplungslöcher 7b und ein Achsstift 3 durch die Achslöcher 7d erstreckt, um die Schaltstücke aneinander zu kuppeln. In der Mitte der Vielzahl beweglieher Schaltstücke ist das bewegliche Abreißschaltstück vorgesehen. An den Außenseiten des Schaltarms 1 sind Isolierplatten 17 so angebracht, daß sie diese Außenseiten des einer Phase zugehörigen Schaltarms des beweglichen Schaltglieds bedecken. Eine Betätigungsachse 19 wird vom Schaltarm 1 gehalten, und die beweglichen Schaltstücke der jeweiligen Phasen sind längs der Betätigungsachse 19 angeordnet und durch die Isolierplatten 17 isoliert. Ein Schaltarmträger 18 und die beweglichen Schaltstücke sind mittels isolierender Schrauben 20 mit der Betätigungsachse 19 verbunden.

Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Anschlußleiter 11, die mit den jeweiligen beweglichen Schaltstücken 7 verbunden sind, nahezu rechteckförmig. In Längsrichtung ausgehend von einem Ende erstreckt sich ein Schlitz 11a, der die

14/8/9

35 ·76ο9

Anschlußleiter 11 in einen oberen und einen unteren Schenkel aufteilt. Bogenförmige Aufnahmen 11b sind gegenüberliegend an den beiden Schenkeln in der Nähe des freien Endes der Schenkel ausgebildet. Am anderen Ende befinden sich ein Verzapfungsloch 11c zur Verbindung und ein Ausschnitt 11d zur Befestigung notwendiger Teile. Das Kontaktauge 7c des beweglichen Schaltstücks 7 steht im Eingriff mit den Aufnahmen 11b eines jeweiligen Anschlußleiters 11. Der Kontaktdruck wird von Druckfedern 16 von der Rückseite des Anschlußleiters 11 aufgebracht, wodurch ein ausgezeichneter Kontakt zwischen den Aufnahmen 11b und dem Kontaktauge 7c erreicht wird. 21 ist eine Befestigungsschraube zur Befestigung eines Kiemmetalis für die Druckfedern 16.

Das bewegliche Schaltglied ist über die Betätigungsstange 19 mit einer nicht gezeigten Auslösevorrichtung verbunden und wird darüber betätigt. Wie bei der vorbeschriebenen bekannten Anordnung ist das Schaltglied um den Achsstift 3 als Gelenk in Kontakt mit oder außer Kontakt von dem nicht gezeigten festen Schaltstück schwenkbar. Die Überstromabschaltung erfolgt in gleicher Weise, wie eingangs für den bekannten Leistungsschalter beschrieben und soll hier nicht weiter erläutert werden.

Wenn dieser Leistungsschalter mit einer Leitung verbunden und eingeschaltet ist, fließt ein Strom I über das feste Schaltstück und den beweglichen Hauptkontakt 9, das bewegliche Schaltstück 7 und den Anschlußleiter 11 zu einer in Fig. 5 nicht gezeigten Last. Dabei wird zwischen dem Kontaktauge 7c des beweglichen Schaltstücks 7 und den Aufnahmen 11b des Anschlußleiters 11 eine elektromagnetische Abstoßungskraft F₁-F₁ erzeugt, die durch einen ausgezogenen Pfeil in Fig. 5 angedeutet ist. Da sich jedoch der Strom I zu gleichen Teilen auf die beiden Schenkel des Anschluß-

^9/10 ORIGiNALINSPECTED

leiters 11 aufteilt, wird zwischen diesen eine elektromagnetische Anziehungskraft F„-F_? erzeugt, wie durch gestrichelte Pfeile in Fig. 5 angedeutet. Durch entsprechende Auslegung wird erreicht, daß die Abstoßungskraft F₁-F₁ und die Anziehungskraft F₂~^F2 ^ei^nan(^^er aufheben, so daß der normale Kontaktdruck F-F zwischen dem Kontaktauge 7c und den Aufnahmen 11b von den Kontaktfedern 16 ständig aufrecht erhalten werden kann. Wenn daher ein starker Strom I, wie etwa im Falle eines Kurzschlusses, fließt, dann braucht die Kraft der Druckfedern 16 nicht größer zu sein, um den normalen Kontaktdruck F-F aufrecht zu erhalten. Demzufolge ist die Reibungskraft zwischen dem Kontaktauge und den Aufnahmen immer gering, und die zum Schalten erforderliche Kraft ist geringer als bei den herkömmlichen Leistungsschaltern.

Bei einem Leistungsschalter für eine geringe Strombelastbarkeit kann die Anzahl beweglicher Schaltstücke verringert und damit deren Abstand erhöht werden. Hierdurch wird die Kühlung verbessert, so daß ein vergleichsweise hoher Strom angelegt werden kann. Die beweglichen Schaltstücke und die Anschlußleiter können leicht hergestellt werden und sind besonders für Massenproduktion durch Stanzen einer leitenden dünnen Platte geeignet, deren Dicke so ist, daß durch Stanzen mittels einer Presse die erforderliche Form erzielt werden kann.

Wie oben beschrieben, ist das bewegliche Schaltglied des erfindungsgemäßen Leistungsschalters so aufgebaut, daß der Anschlußleiter durch einen Schlitz in Längsrichtung in zwei Schenkel unterteilt ist, daß bogenförmige Aufnahmen gleitend ein Kontaktauge (kreisförmige Gleitkontaktfläche) des einen Endes des beweglichen Schaltstücks tragen und daß deshalb ein aus dem festen Schaltstück in das bewegliehe Schaltstück fließender Strom auf die beiden Schenkel

10/11/12

3 5 1 7 R 5

des Anschlußleiters aufgeteilt wird. Da die Ströme in den beiden Schenkeln in gleicher Richtung fließen, wird zwischen den Schenkeln eine elektromagnetische Anziehungskraft hervorgerufen, die die elektromagnetische Abstoßungskraft aufhebt, welche zwischen dem Kontaktauge und dem Anschlußleiter entsteht. Demzufolge kann der Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Schaltstück und dem Anschlußleiter bei normalem Strom und bei besonders hohem Strom nahezu konstant gehalten werden. Es reicht daher aus, daß die für den Kontaktdruck verantwortliche Druckfeder eine vergleichsweise schwache Federkraft aufbringt. Dies führt zu einer geringen Reibungskraft zwischen den aufeinandergleitenden Teilen, so daß die Betätigungsvorrichtung klein ausgebildet werden kann. Darüber hinaus ist das bewegliche Schaltstück nahezu koaxial mit dem Anschlußleiter gekoppelt und wird von dem Achsstift getragen, wodurch ein weicher, stoßfreier Schwenkbetrieb sichergestellt wird und der Kontaktwiderstand zwischen dem beweglichen Schaltstück und dem Anschlußleiter auf einen kleinen Wert stabilisiert wird, was zu einem geringen Temperaturanstieg führt. Zwischen den beiden Schaltstücken kann ein ausgezeichneter Kontakt erhalten werden, und die elektromagnetische Abstoßungskraft zwischen ihnen ist ebenfalls verteilt, so daß ein Temperaturanstieg infolge eines schlechten Kontakts zwischen den Schaltstücken dadurch verringert werden kann, daß viele bewegliche Schaltstücke parallel angeordnet werden und ihre beweglichen Hauptkontakte einzeln mit den Kontakten der festen Schaltstücke in Kontakt kommen. Da das bewegliche Schaltstück und der Anschlußleiter leicht durch Stanzen aus einer dünnen Platte hergestellt werden können, sind sie für Massenproduktion geeignet. Das erfindungsgemäße Schaltglied führt daher zu einem kleinen wirtschaftlichen Leistungsschalter, der der thermischen und mechanischen Belastung aufgrund eines hohen Stroms während kurzer Zeit widersteht.

12/13

Claims

Patentansprüche

1. Leistungsschalter, bei dem ein bewegliches Schaltstück (7), an dessen einem Ende ein beweglicher Hauptkontakt (9) befestigt ist und dessen anderes Ende mit einem Anschlußleiter (11) verbunden ist, mittels eines Kupplungsstifts (8) mit einem Schaltarm (1) verbunden ist und durch Verschwenken des Schaltarms (1) um einen Achsstift (3) mit einem festen Schaltstück in Kontakt bringbar bzw. von ihm lösbar ist, wobei der Anschlußleiter (11) einen Schlitz (11a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (11a) den Anschlußleiter (11) in einen oberen und einen unteren Schenkel unterteilt und in den Schenkeln in der Nähe der Öffnung des Schlitzes (11a) gegenüberliegende bogenförmige Aufnahmen (11b) ausgebildet sind, daß das andere Ende des beweglichen Schaltstücks (7) ein Achsloch aufweist und mit einer nahezu kreisförmigen Gleitkontaktfläche (7c) in die Aufnahmen gesetzt ist, wobei der den Schaltarm schwenkbar haltende Achsstift (3) sich durch das Achsloch (7d) erstreckt.

20

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl beweglicher Schaltstücke (7) jeweils verbunden mit An-

ORIGINAL INSPECTED

Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 521231S Telegramme Patentconsult

35Ί7659

1 Schlußleitern (11) zwischen zwei Seitenwänden des Schaltarms (1) angeordnet ist und mittels des sich durch den Schaltarm (1) erstreckenden Kupplungsstifts (8) und des den Schaltarm (1) tragenden Achsstifts (3) aneinander ge-

5 kuppelt sind.

3. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegliche Schaltstück (7) und der Anschlußleiter (11) aus einer 10 dünnen leitenden Platte gestanzt sind.