DE69829609T2 - Drehkontaktanordnung für Hochstromschalter - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft Schaltvorrichtungen, die einzeln oder zu mehreren in industriellen Leitungsschutzschaltern für Niederspannungen, insbesondere in Leitungsschutzschaltern mit gegossenen/gespritzten Gehäusen einzusetzen sind.
  • Das US-Patent 4 616 198 mit dem Titel "Contact arrangement for a Current Limiting Circuit Breaker" beschreibt die frühe Verwendung eines ersten und zweiten Paars von in Serie geschalteten Leitungsschutzschalterkontaktstücken, die dazu dienen, den Betrag des durchgelassenen Stroms beim Auftreten eines Überstromzustands stark zu reduzieren.
  • Wenn die Kontaktstückpaare, wie in dem US-Patent 4 910 485 mit dem Titel "Multiple Circuit Breaker with Double Break rotary Contact" beschrieben, auf einem einzelnen bewegbaren Kontaktarm angeordnet sind, ist ein Mittel bereitzustellen, das sicherstellt, dass die gegenüberliegenden Kontaktstückpaare die gleiche Kontaktandruckkraft aufweisen, so dass der Verschleiß und die Erosion der Kontakte vermindert wird.
  • Eine Anordnung, die einen gleichmäßigen Verschleiß von Kontakten ermöglichen soll, ist in dem US-Patent 4 649 247 mit dem Titel "Contact Assembly for Low-voltage Circuit Breakers with a Two-Arm Contact Lever" beschrieben. Diese Anordnung enthält einen langgestreckten Schlitz, der senkrecht zu dem Kontaktweg ausgebildet ist, um für eine auf beide Paare von Kontakten gleichmäßig ausgeübte Kontaktschließkraft zu sorgen.
  • Das US-Patent 5 030 804 mit dem Titel "Contact Arrangement for Electrical Switching Devices" beschreibt ein Paar zylindrischer Platten zu beiden Seiten der Drehkontaktarme mit langgestreckten Schlitze, die innerhalb jeder der zylindrischen Scheiben ausgebildet sind.
  • Ein weiteres Beispiel eines derartigen Leitungsschutzschalters ist in dem Schriftstück FR-A-2 682 531 gezeigt.
  • Wenn die Drehkontakte in einer Reihe von Leitungsschutzschaltern verwendet werden, die sich hinsichtlich ihrer Nennstromstärke unterscheiden, variiert die Abmessung der Kontakte in Abhängigkeit von der Nennstromstärke, so dass die zugeordneten zylindrischen Scheiben entsprechend dimensioniert werden müssen.
  • Es wäre von wirtschaftlichem Vorteil, über einen großen Bereich von Drehkontaktleitungsschutzschaltern zu verfügen, die ein Mittel vorsehen, um den Verschleiß der Kontakte zu reduzieren, ohne einen großen Bereich von mit Schlitzen ausgebildeten zylindrischen Scheiben vorhalten und zusammenzubauen zu müssen.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, Mittel einzuführen, die dazu dienen, einen derartigen Verschleiß von Kontakten in Drehkontaktleitungsschutzschaltern über einen weiten Bereich von Nennstromstärken mit einer möglichst geringen Anzahl von zugeordneten Baukomponenten zu reduzieren.
  • Ein Leitungsschutzschalterdrehkontaktarm wird innerhalb mehrerer Einzelpolleitungsschutzschalter verwendet, die gruppiert sind, um einen einzelnen Multipolleitungsschutzschalter zu bilden. Um zwischen den zugeordneten Leitungsschutzschalterkontaktstücken einen gleichmäßigen Verschleiß der Kontakte zu ermöglichen, ist der die Drehkontaktarmdrehzapfen tragende Rotor mit Schlitzen versehen, um es dem Kontaktarm zu ermöglichen, konstante Kontaktandruckkräfte bereitzustellen. Der zentrale Abschnitt des Kontaktarms ist dazu eingerichtet, die Kontaktstücke in definierten SCHLIESS-, BLAS-ÖFFNUNGS- (aufgrund elektrodynamischer Abstoßung, beispielsweise durch einen Kurzschlussstroms offene) und VERRIEGELUNGS-ÖFFNUNGS-Stellungen zu positionieren. Eine Verbindung der Rotoranordnungen mit dem Betätigungsmechanismus wird durch einen einzigen langgestreckten Stift erreicht.
  • Die Merkmale der Erfindung werden im Speziellen in den beigefügten Patentansprüchen definiert. Allerdings werden anhand der detaillierten Beschreibung eines in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels der Erfindung auch andere Merkmale und Vorteile offensichtlich erscheinen:
  • 1 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht von oben einen Multipolleitungsschutzschalter, der aus drei Einzelpolanordnungen aufgebaut ist, die in einem einzigen Leitungsschutzschaltergehäuse untergebracht sind;
  • 2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht einer der Einzelpolanordnungen innerhalb des Leitungsschutzschalters nach 1;
  • 3 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht von oben die Kontaktstückanordnung innerhalb der Einzelpolanordnung nach 2;
  • 4 zeigt in einer Ansicht von der Seite (bezüglich 2 und 3 auf den Kopf gestellt) den im Zusammenhang mit der Kontaktstückanordnung nach 2 verwendeten Rotor; und
  • 5A veranschaulicht in einer Seitenansicht der Einzelpolanordnung nach 2 den Kontaktarm in der SCHLIESS-Stellung;
  • 5B veranschaulicht in einer Seitenansicht der Einzelpolanordnung nach 2 den Kontaktarm in der BLAS-ÖFFNUNGS-Stellung unter einer Bedingung intensiven Überstroms (Kurzschlussstroms);
  • 5C veranschaulicht in einer Seitenansicht der Einzelpolanordnung nach 2 den Kontaktarm in der VERRIEGELUNGS-ÖFFNUNGS-Stellung; und
  • 5D veranschaulicht in einer Seitenansicht der Einzelpolanordnung nach 2 den Kontaktarm in der DEFINITIV-ÖFFNUNGS-Stellung, die aufgrund der Wirkung von Auslösevorrichtungen besteht, die dem Leitungsschutzschalter zugeordnet sind;
  • In 1 ist ein Multipolleitungsschutzschalter gezeigt, zu dem ein Gehäuse 14 und ein Oberteil 15 gehören, wobei ein Betätigungshebel 16 durch eine Öffnung 17 aus dem Oberteil ragt. Der Betätigungshebel tritt mit dem Leitungsschutzschalterbetätigungsmechanismus 18 in Wechselwirkung, um die EIN- und AUS-Positionen des zentralen Kontaktarms 26 und der zentralen Drehkontaktanordnung 32 (2) innerhalb des Leitungsschutzschalterbetätigungsmechanismus zu steuern. Ein erster Drehkontaktarm 22 und eine erste Drehkontaktarmanordnung 20 innerhalb eines ersten Pols 12, die auf der einen Seite des Betätigungsmechanismus 18 angeordnet sind, und ein zweiter Drehkontaktarm 24 und eine zweite Drehkontaktarmanordnung 21 innerhalb eines zweiten Pols 13, die auf der gegenüberliegenden Seite des Betätigungsmechanismus angeordnet sind, bewegen sich gemeinsam, um eine vollständige Unterbrechung des Multipolstromkreises herzustellen. Ein langgestreckter Stift 38 verbindet den Betätigungsmechanismus 18 mit der ersten und der zweiten Drehkontaktarmanordnung 20, 21. Wie in dem oben erwähnten US-Patent 4 649 247 beschrieben, verbindet ein Rotor 25 (2) jeden der Drehkontaktarme 22, 24 mit den entsprechenden Paaren feststehender Kontaktstücke 27, 28 und bewegbarer Kontaktstücke 29, 30.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung ist die zentrale Drehkontaktanordnung 32 in 2 dargestellt, um die Lagebeziehung zwischen dem zwischen einem unteren Bügel 23 und einem oberen Bügel 31 angeordneten Rotor 25 und den zugehörigen bogenförmigen Rinnen 33, 34 zu veranschaulichen. Die erste Drehkontaktarmanordnung 20 und die zweite Drehkontaktarman ordnung 21 nach 1 sind hier nicht gezeigt, verhalten sich jedoch spiegelbildlich zu der zentralen Drehkontaktarmanordnung 32 und arbeiten in einer ähnlichen Weise. Die bogenförmigen Rinnen 33, 34 ähneln jenen, die in dem US-Patent 4 375 021 mit dem Titel "Rapid Electric Arc Extinguishing Assembly in Circuit-Breaking Devices such as Electric Circuit Breakers" beschrieben sind. Der zentrale Drehkontaktarm 26 bewegt sich gemeinsam mit dem Rotor 25, der wiederum über den langgestreckten Stift 38 mit dem Leitungsschutzschalterbetätigungsmechanismus in Verbindung steht, um die bewegbaren Kontaktstücke 29, 30 zwischen der mit durchgezogenen Linien dargestellten SCHLIESS-Stellung und der gestrichelt gezeichneten ÖFFNUNGS-Stellung zu bewegen. Der Zugbügel 35, zu dem die ausladenden Seitenarme 36, 37 gehören, verbindet den Rotor 25 mit dem Leitungsschutzschalterbetätigungsmechanismus 18 und dem Betätigungshebel 16 nach 1, um sowohl ein automatisches als auch ein manuelles Eingreifen zum Öffnen und Schließen der Leitungsschutzschalterkontaktstücke 27–30 zu ermöglichen. Der Rotor 25 ist mittels Drehzapfen 51 innerhalb von Seitenwänden 52 gelagert.
  • Der Rotor 25 ist in 3 gemeinsam mit dem zentralen Drehkontaktarm 26, der gemeinsam mit einem der Kontaktstückpaare 28, 29 zwischen dem unteren und dem oberen Bügel 23 31 positioniert ist, dargestellt, um die Anordnung eines Paars von Kontaktschließfedern 41, 42 zu zeigen, die an gegenüberliegenden Seiten des Rotors 25 angeordnet sind, um die Kontakte in enger Anlage zu halten, so das der Übergang elektrischen Stroms gefördert ist, während sich die Schaltkreisstrombedingungen im Ruhezustand befinden. Der Betätigungs drehzapfen 39 des zentralen Drehkontaktarm 26 erstreckt sich durch den Rotor 25 und spricht auf die Drehbewegung des Rotors an, um die Funktion des Schließens und Öffnens der Kontakte zu bewirken. Der zentrale Bereich 26A des zentralen Drehkontaktarms 26 ist innerhalb eines langgestreckten Schlitzes 40 positioniert, der in dem Rotor 25 ausgebildet ist, dessen eine Seite entfernt ist, um den oberen und den unteren Stift 43, 44 deutlicher darzustellen, die sich quer über die zugehörige obere und untere Rolle 45, 46 erstrecken, um einen ungleichmäßigen Verschleiß des zentralen Bereichs 26A zu vermeiden. Die Lagebeziehung zwischen den Rollen 45, 46, die dazu dient einen ungleichmäßigen Verschleiß des zentralen Bereichs 26A des Rotors 25 zu vermeiden, ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung und wird weiter unten mit Bezug auf 5A–5D beschrieben.
  • Der Rotor 25 wird in 4 (die bezüglich 2 und 3 auf den Kopf gestellt ist) relativ zu dem unteren Bügel 23 und oberen Bügel 31, dem zentralen Kontaktarm 26 und den Kontaktstücken 27–30 gezeigt, um die Beschreibung der Art und Weise erleichtern, wie die feststehenden Kontaktstücke 27, 28 in enger Anlage mit den bewegbaren Kontaktstücken 29, 30 verbleiben, um einer Erosion und einem Verschleiß der Kontakte entgegenzuwirken. Wie oben erwähnt, erstreckt sich ein Paar Zugfedern, von denen die eine mit 42 bezeichnet ist, zwischen gegenüberliegenden oberen und unteren Stiften 43, 44, die innerhalb der langgestreckten Schlitze 53 und 54 in dem Rotor 25 positioniert sind. Durch den Rotor 25 hindurch ist eine längliche Öffnung 47 ausgebildet, wobei der Betätigungsdrehzapfen 39, der den Drehkontaktarm 26 mit dem Rotor verbindet, sich durch die längliche Öffnung erstreckt. Die "schwimmende" Beziehung zwischen dem Betätigungsdrehzapfen 39 und den Kontaktschließfedern 41, 42 ermöglicht den Federn die bewegbaren Kontaktstücke 29, 30, wie durch gestrichelte Linien angedeutet, in feste Anlage mit den zugehörigen feststehenden Kontaktstücken 27, 28 zu drücken, um Verschleiß und Erosion der Kontakte auszugleichen.
  • Die durch den Rotor 25 ermöglichte verbesserte Trennung und Steuerung der Kontaktstücke lässt sich am besten anhand einer Erläuterung anhand 5A–5D erkennen, wobei die obere und untere Rolle 45, 46 bezüglich des Drehzapfens 39 in Drehrichtung des zentralen Drehkontaktarms 26 unbeweglich verharrt, während sich die Kontakte 27, 30, wie dort gezeigt, aus der SCHLIESS-, in die BLAS-ÖFFNUNGS-, in die VERRIEGELUNGS-ÖFFNUNGS- und in die DEFINITIV-ÖFFNUNGS-Stellung bewegen. Obwohl die Wirkung der Drehung des zentralen Drehkontaktarms 26 für die Kontakte an beiden Enden übereinstimmt, sind die Kontaktbeschreibungen der den Kontakten 27, 30 gegenüberliegenden Kontakten 28, 29 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Der zentrale Bereich 26A des zentralen Drehkontaktarms 26, der seine Funktion innerhalb des länglichen Rotorspalts 40 ausführt, ist so eingerichtet, dass die obere Rolle 45 mit dem einen Ende einer ersten kämmenden Fläche 48 fluchtet, die auf dem oberen Rand des zentralen Abschnitts ausgebildet ist. Ein ähnliches Profil ist für den zentralen Abschnitt 26A in der Nähe der unteren Rolle 46 vorhanden, um die Kontakte zu steuern, die sich auf der Seite des zentralen Drehkontaktarms 26 befinden, die entgegengesetzt zu den Kontakten 27, 30 angeordnet ist. In dem in 5A dargestellten SCHLIESS-Zustand ist die durch Federn 41, 42 erzeugte und durch die Rolle 45 und den zentralen Drehkontaktarm 26 verlaufende Kraftlinie durch den Pfeil A angezeigt. Wenn im BLAS-ÖFFNUNGS-Zustand der zentrale Drehkontaktarm 26 unter Bedingungen intensiven Überstroms magnetisch gegen den Uhrzeigersinn "geblasen" wird, wird die Rolle auf der zweiten kämmenden Fläche 49 eingefangen, die, wie in 5B gezeigt, auf dem zentralen Bereich ausgebildet ist. Die durch die Federn 41, 42 erzeugte und durch die Rolle 45 und den zentralen Drehkontaktarm 26 verlaufende Kraftlinie, die während des BLAS-ÖFFNUNGS-Zustands auftritt, ist durch den Pfeil B zeigt. Die Kraftlinie B, die die Öffnung des zentralen Drehkontaktarms 26 unter einer Bedingung eines starken Überstroms steuert, ist durch die Gestalt der zweiten kämmenden Fläche 49 vorgegeben. Mit Blick auf Selektivität konfigurierte Vorrichtungen verwenden eine zweite kämmende Fläche 49, die eine Kraftlinie B1 erzeugt. Vorrichtungen, die für ein rasches Öffnen konzipiert sind, werden hingegen eine zweite kämmende Fläche 49 verwenden, die eine Kraftlinie 82 erzeugt. Wenn durch ein weiteres Drehen des Drehkontaktarms 26 gegen den Uhrzeigersinn in Richtung des VERRIEGELUNGS-ÖFFNUNGS-Zustands eine vollständige Trennung der Kontakte erfolgt ist, wie in 5C gezeigt, wird die Rolle 45 in der Nut 50 eingefangen, die auf dem zentralen Bereich an der Seite der entgegengesetzt zu der ersten kämmenden Fläche 48 angeordneten zweiten kämmenden Fläche 49 ausgebildet ist. Im VERRIEGELUNGS-ÖFFNUNGS-Zustand ist die durch die Federn 41, 42 erzeugte und durch die Rolle 45 und den zentralen Drehkontaktarm 26 verlaufende Kraftlinie durch den Pfeil C angezeigt, so dass der zentrale Drehkontaktarm 26 daran gehindert ist, sich in den SCHLIESS-Zustand zurückzudrehen. Ein Auslösen des Leitungsschutzschalterbetätigungsmechanismus, während sich der zentrale Drehkontaktarm 26 im VERRIEGELUNGS-ÖFFNUNGS-Zustand befindet, bewirkt, dass der Rotor 25 und die Rollen 45 46 sich im Uhrzeigersinn drehen, bis die Rollen 45, 46 mit der kämmenden Fläche 48 in Eingriff kommen, wodurch der zentrale Drehkontaktarm 26 in den ÖFFNUNGS-Zustand verbracht wird. Der zentrale Drehkontaktarm 26 bleibt in dem in 5D dargestellten ÖFFNUNGS-Zustand bis der weiter oben in 1 beschriebene Betätigungshebel 16 zunächst in die Kontaktöffnungsstellung, um den Betätigungsmechanismus zurückzusetzen, und anschließend in die Kontaktschließstellung, wie sie in 1 gezeigt ist, gedreht ist, um den Betätigungsmechanismus zurückzusetzen und den Kontaktarm in den in 5A gezeigten SCHLIESS-Zustand zurückzubringen.
  • Im Vorliegenden wurde eine Drehkontaktarmanordnung für Leitungsschutzschalter beschrieben, die sich über einen großen Bereich von Nennstromstärken verwenden lassen. Der Verschleiß und die Erosion von Kontakten im Zusammenhang mit Mitteln zum Steuern des Drehkontaktarms und mechanischen Verbindungsmitteln wurden durch Verwendung einer beschränkten Anzahl von Komponenten veranschaulicht, um die Teilekosten sowie die Montagezeit zu reduzieren.

Claims (17)

  1. Schalter enthaltend ein elektrisch isolierendes Gehäuse (14) und ein Oberteil (15), erste und zweite Paare von trennbaren Kontaktstücken (28, 29; 30, 27), die in dem Gehäuse (14) und für eine Verbindung mit einem elektrischen Stromkreis angeordnet sind, wobei das erste Paar der Kontaktstücke (28, 29) an dem einen Ende von einem ersten Drehkontaktarm (26) und das zweite Paar von Kontaktstücken (30, 27) an einem gegenüber liegenden Ende davon angeordnet sind, wobei ein Betätigungsmechanismus (18) in dem Gehäuse (14) mit dem ersten Drehkontaktarm (26) in Wechselwirkung tritt, um den ersten Drehkontaktarm (26) zu drehen und den elektrischen Stromkreis beim Auftreten eines Überstromzustands zu unterbrechen, gekennzeichnet durch: einen ersten Rotor (25), der den ersten Drehkontaktarm (26) mit dem Betätigungsmechanismus (18) verbindet, wobei der erste Rotor (25) einen langgestreckten Schlitz (40) aufweist und der erste Drehkontaktarm (26) einen ersten Drehzapfen (39) hat, wodurch sich der erste Drehzapfen (39) durch den langgestreckten Schlitz (40) erstreckt und einen Spielraum zwischen dem Drehzapfen (39) und dem ersten Rotor (25) bildet.
  2. Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dritte und vierte Paare von trennbaren Kontaktstücken in dem Gehäuse (14), die für eine Verbindung mit dem elektrischen Stromkreis angeordnet sind, wobei das dritte Paar von Kontaktstücken an dem einen Ende von einem zweiten Drehkontaktarm (22) und das vierte Paar von Kontaktstücken an einem gegenüber liegenden Ende davon angeordnet sind.
  3. Schalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch fünfte und sechste Paare von trennbaren Kontaktstücken in dem Gehäuse (14), die für eine Verbindung mit dem elektrischen Stromkreis angeordnet sind, wobei das fünfte Paar von Kontaktstücken an dem einen Ende von einem dritten Drehkontaktarm (24) und das sechste Paar von Kontaktstücken an einem gegenüber liegenden Ende davon angeordnet sind.
  4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehkontaktarm (26) einen ersten zentralen Bereich (26A) auf dem Umfang zum Drehzapfen (39) aufweist, wobei der erste zentrale Bereich (26A) eine erste kämmende Fläche (48) bildet, um den ersten Drehkontaktarm (26) in einer Schließstellung zu halten.
  5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zentrale Bereich (26A) ferner eine zweite kämmende Fläche (49) bildet, um den Übergang des ersten Drehkontaktarms (26) zu einer Blas-Öffnungsstellung zu steuern.
  6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite kämmende Fläche (49) auf dem ersten Kontaktarm (26) eine Kraftlinie (B) durch die Drehmitte des ersten Kontaktarms (26) hat.
  7. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite kämmende Fläche (49) auf dem ersten Kontaktarm (26) eine Kraftlinie (A) durch die Drehmitte des ersten Kontaktarms (26) hat.
  8. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite kämmende Fläche (49) auf dem ersten Kontaktarm (26) eine Kraftlinie (C) hat, die den ersten Kontaktarm (26) in Uhrzeigerrichtung vorspannt.
  9. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zentrale Bereich (26A) ferner eine Vertiefung (50) bil det zum Halten des ersten Drehkontaktarms (26) in einer Verriegelungs-Öffnungsstellung.
  10. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25) einen zweiten langgestreckten Schlitz auf seiner gegenüber liegenden Seite aufweist.
  11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25) zwei Zugfedern (41, 42), eine auf jeder Seite, aufweist, wobei die Zugfedern (41, 42) sich zwischen einem Paar erster und zweiter Stifte (43, 44) erstrecken, die den beiden Seiten des Rotors (25) ausgehen.
  12. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar erster und zweiter Rollen (45, 46) vorgesehen sind, die über den ersten und zweiten Stiften (43, 44) angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Rollen (45, 46) den ersten zentralen Bereich (26A) dazwischen einschließen.
  13. Schalter nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Rollen (45, 46) mit den ersten und zweiten kämmenden Flächen (48, 49) auf dem ersten zentralen Bereich (26A) in Wechselwirkung treten, um den ersten Drehkontaktarm (26) in den Schließ- und Blas-Öffnungsstellungen zu positionieren.
  14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Rollen (45,46) mit der Vertiefung (50) auf dem ersten zentralen Bereich (26A) in Wechselwirkung treten, um den ersten Drehkontaktarm (26) in der Verriegelungs-Öffnungsstellung zu positionieren.
  15. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zentrale Bereich (26A) in dem langgestreckten Schlitz (40) angeordnet ist.
  16. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25) durch einen langgestreckten Stift (38) mit dem Betätigungsmechanismus (18) verbunden ist.
  17. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25) in dem Gehäuse (14) und dem Oberteil (15) durch einen Zapfen (51) gehaltert ist.
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