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Title:
ELECTRODYNAMICALLY TILTING CONTACT SYSTEM FOR POWER CIRCUIT BREAKERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/059941
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrodynamically tilting contact system for power circuit breakers, whereby an actuating shaft segment (14), a rotary contact bridge (6) pivotally mounted therein and contact force springs (24) form components of a tilting snap-action mechanism, which holds the rotary contact bridge (6) in a repulsed position after an electrodynamically effected repulsion of fixed contacts (4). In order to improve the reproducibility of the tilting behavior while avoiding additional overall volume, two rockers (26), while serving as an additional component of the tilting snap-action mechanism, are mounted on the rotary contact bridge (6) in a manner that enables them to tilt. The contact force springs (24) are supported between the actuating shaft segment (14) and the rockers (26), whereby the spring longitudinal axes (48), the tilting axes (50) of the rockers (26), and the rotational symmetry axis (8) of the rotary contact bridge (6) are located in the tilting point plane (52) of the tilting snap-action mechanism. The rotary contact bridge (6) is mounted in the actuating shaft segment (14) via a bearing pin (12) and an elongated hole bearing (16) whose longitudinal axis (54), together with the tilting point plane (52), forms an, at most, acute angle perpendicular to the bearing pin (12).

Inventors:
HAENDLER KURT (DE)
KREMERS WOLFGANG (DE)
PURSCH HEINZ (DE)
STAMMBERGER HARTWIG (DE)
ZACHARIAS ALBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/053361
Publication Date:
June 30, 2005
Filing Date:
December 09, 2004
Export Citation:
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Assignee:
MOELLER GMBH (DE)
HAENDLER KURT (DE)
KREMERS WOLFGANG (DE)
PURSCH HEINZ (DE)
STAMMBERGER HARTWIG (DE)
ZACHARIAS ALBERT (DE)
International Classes:
H01H73/04; H01H77/10; (IPC1-7): H01H77/10; H01H73/04
Foreign References:
US6259048B12001-07-10
US4910485A1990-03-20
DE4222965C11993-11-25
DE10056820A12002-05-23
Attorney, Agent or Firm:
MOELLER GMBH (Bonn, DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE
1. Kontaktsystem für jeweils einen Pol eines von einem Schaltgerätegehäuse (18) umge benen Leistungsschalters, bestehend aus gegenüberliegenden Festkontakten (4), einer Drehkontaktbrücke (6), welche die Festkontakte (4) elektrisch verbindet bzw. trennt, einem Schaltwellenseg ment (14), in dem die Drehkontaktbrücke (6) schwenkbar angeordnet ist, und aus als Druckfedern ausgebildeten Kontaktkraftfedern (24), die zwischen dem Schalt wellensegment (14) und der Drehkontaktbrücke (6) angreifen, wobei die Drehkontaktbrücke (6), das Schaltwellensegment (14) und die Kontakt kraftfedern (24) Bestandteile eines Kippsprungwerkes bilden, welches die Dreh kontaktbrücke (6) nach elektrodynamisch bewirkter Abstoßung von den Festkon takten (4) in einer Abstoßstellung festhält, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Bestandteil des Kippsprungwerkes zwei Wippen (26) an der Drehkon taktbrücke (6) parallel zu deren Drehsymmetrieachse (8) kippbar gelagert sind, die Kontaktkraftfedern (24) sich zwischen dem Schaltwellensegment (14) und den Wippen (26) abstützen, die Federlängsachsen (48) der Kontaktkraftfedern (24), die Kippachsen (50) der Wippen (26) und die Drehsymmetrieachse (8) in der Kipppunktebene (52) des Kipp sprungwerkes liegen und die Drehkontaktbrücke (6) im Schaltwellensegment (14) über eine Lagerachse (12) und eine Langlochiagerung (16) gelagert ist, deren Längsachse mit der Kipppunkt ebene (52) senkrecht zur Lagerachse (12) einen höchstens spitzen Winkel ein schließt.
2. Kontaktsystem nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kon taktkraftfedern (24) mit ihren kontaktbrückennahen Federenden (46) in an den Wippen (26) ausgebildeten Aufnahmebohrungen (38) lagern.
3. Kontaktsystem nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wip pen (26) mit einem Lagerschenkel (32) in schmalseitigen Lageraufnahmen (34) der Drehkontaktbrücke (6) lagern und sich beidseitig des Lagerschenkels (32) Wippenstege (30) anschließen, welche in Richtung zur Drehsymmetrieachse (8) den Lagerschenkel (32) überragen und jeweils eine der Aufnahmebohrungen (38) aufweisen.
4. Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltwellensegment (14) Haltenoppen (42) und/oder Haltemulden (40) für die kontaktbrückenfernen Federenden (44) ausgebildet sind.
5. Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltgerätegehäuse (18) gegenüberstehend Anschläge (56) zur Begrenzung der Abstoßbewegung der Drehkontaktbrücke (6) ausgebildet sind.
6. Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkontaktbrücke (6) mit einer kreiszylindrischen Lagerbohrung (10) auf der Lagerachse (12) und diese wiederum in seitlichen Langlöchern (16) des Schaltwellen segmentes (14) lagert.
7. Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Langlochlängsachsen (54) in der Kipppunktebene (52) liegen.
Description:
Elektrodynamisch kippendes Kontaktsystem für Leistungsschalter Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisch kippendes Kontaktsystem für Leistungsschalter, insbesondere strombegrenzende Leistungsschalter, bei dem ein Schaltwellensegment, eine darin schwenkbar gelagerte Drehkontaktbrücke und Kontaktkraftfedern Bestandteile eines Kippsprungwerkes bilden, welches die Drehkontaktbrücke nach elektrodynamisch bewirkter Abstoßung von Festkontakten in einer Abstoßstellung hält.

Aus der Druckschrift DE 100 56 820 A1 ist ein Kontaktsystem für jeweils einen Pol eines Leistungsschalters mit einer Drehkontaktbrücke bekannt, die zwei gegenüberliegende Fest- kontakte elektrisch verbindet bzw. trennt. Die Drehkontaktbrücke ist mit schwimmender La- gerung über zwei als Druckfedern ausgebildete Kontaktkraftfedern in einem Schaltwellen- segment gelagert. Die Kontaktkraftfedern sind gegenüberstehend zu beiden Seiten der Drehkontaktbrücke in Bohrungen der Schaltwelle gelagert und wirken über ihre mit Gleit- elementen versehenen freien Federenden ständig mit Steuerkurven der Drehkontaktbrücke zusammen. Die Drehkontaktbrücke, die Kontaktkraftfedern und das Schalwellensegment bilden bei geeigneter Ausbildung der Steuerkurven ein Kippsprungwerk. Bei einer elektro- dynamisch bewirkten Abstoßung der Drehkontaktbrücke von den Festkontakten infolge ei- nes über das Kontaktsystem fließenden Kurzschlussstromes gleiten die freien Federenden unter zunehmender Stauchung der Kontaktkraftfedern an den Steuerkurven entlang, bis sie nach Überschreiten des Kipppunktes des Kippsprungwerkes in Rastvertiefungen der Steu- erkurven übergehen. Hierdurch verharrt die Drehkontaktbrücke in der Abstoßstellung, bis sie bewusst aus dieser Stellung über einen Betätigungsmechanismus entfernt wird. Von Nachteil ist die unbefriedigende Reproduzierbarkeit des dynamischen Kippverhaltens des Kontaktsystems infolge der zwischen den Stiften und den Steuerkurven auftretenden Rei- bungsarbeit, den nicht zur Kippachse gerichteten Druckkräften auf die freien Federenden und den auf die Gleitelemente wirkenden Tangentialkräften.

Aus der Druckschrift DE 42 22 965 C1 ist ein Kontaktsystem für jeweils einen Pol eines Leistungsschalters mit einem einarmigen Kontakthebel bekannt, der einen Festkontakt und einen mit dem Kontakthebel in einer Kippachse elektrisch verbundenen Anschlussleiter verbindet bzw. trennt. Der mit der Kippachse auf einer Schaltwelle gelagerte Kontakthebel . wird beidseitig von einem Paar Kontaktkraft-Zugfedern beaufschlagt. Die Zugfedern sind zwischen Kontakthebel und Schaltwelle jenseits der Kippachse in der Weise aufgehängt und bilden mit dem Kontakthebel und der Schaltwelle ein Kippsprungwerk. Bei elektrody-

namischer Abstoßung des Kontakthebels vom Festkontakt gehen im Kipppunkt, der auch Totpunkt genannt wird, des Kippsprungwerkes die beiden Verbindungsgeraden zwischen den Federaufhängungen durch die Kippachse und bilden in diesem Moment die Kipppunkt- ebene, die auch als Totpunktebene bezeichnet werden kann. Die Übertragung eines derar- tigen Kippsprungwerkes auf ein Kontaktsystem mit einer Drehkontaktbrücke würde auf- grund des benötigten Arbeitsvolumens der Zugfedern in nachteiliger Weise zu einer Ver- größerung des Kontaktsystems führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung zusätzlichen Bauvolu- mens die Reproduzierbarkeit des Kippverhaltens zu verbessern.

Ausgehend von einem Kontaktsystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfin- dungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den ab- hängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Das erfindungsgemäße Kontaktsystem verbindet die Vorteile eines Kippsprungwerkes, bei dem im Kipppunkt die Verbindungsgeraden zwischen den Kontaktkraftfederenden durch die Kippachse des Kipppunktsystems verläuft, mit den Vorteilen des Einsatzes von Druckfe- dern. Die Kippachse fällt in die Lagerachse der Drehkontaktbrücke. In dem durch die Dreh- kontaktbrücke, die Kontaktdruckfedern, die Wippen und das Schaltwellensegment gebildete Kippsprungwerk treten keine bemerkenswerten Reibungsverluste auf. Die toleranzerhöhen- de Querbelastung der Kontaktkraftfedern wird weitestgehend vermieden. Daraus folgt eine höhere Reproduzierbarkeit des Kippverhaltens des Kontaktsystems und damit eine erhöhte Sicherheit für die Projektierung der mit dem Leistungsschalter zu schützenden Anlage. Die als Druckfedern ausgebildeten Kontaktkraftfedern führen in Verbindung mit den Wippen zu einer raumsparenden Anordnung innerhalb des Schaltwellensegmentes. Die Langlochlage- rung des Schaltwelle ermöglicht einen unkomplizierten Ausgleich der Einschaltlage der Drehkontaktbrücke bei unsymmetrischem Abbrand der mit der Drehkontaktbrücke bzw. den Festkontakten verbundenen Kontaktauflagen. Die Längserstreckung der Langlochlagerung parallel oder im spitzen Winkel zur Kipppunktebene des Kippsprungwerkes verhindert eine Destabilisierung des Kontaktsystems im Kipppunkt.

Die kontaktbrückenseitige Halterung der Kontaktkraftfedern in Aufnahmebohrungen der Wippen führt zu einer weiteren Einsparung von Bauraum, im besonderen Maße dann, wenn mit den Aufnahmebohrungen versehene Wippenstege seitlich über die Drehkontaktbrücke reichen. In zweckmäßiger Weise werden die kontaktbrückenfernen Enden der Kontakt-

kraftfedern durch in dem Schaltwellensegment ausgebildete Haltenoppen und/oder Halte- mulden festgelegt.

Die Abstoßbewegung der Drehkontaktbrücke wird zweckmäßigerweise durch Anschläge im Schaltgerätegehäuse begrenzt.

Die Langlochlagerung wird zweckmäßigerweise dadurch hergestellt, dass die Lagerachse für die Drehkontaktbrücke in seitlichen Langlöchern des Schaltwellensegmentes lagert.

Vorteilhafterweise verläuft die Richtung der Langlöcher in der Kipppunktebene. Selbstver- ständlich kann in umgekehrter Weise die Drehkontaktbrücke mit einem Langloch ausge- stattet sein, durch das die im Schaltwellensegment festgelegte Lagerachse verläuft.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen Figur 1,3 und 5 : den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kontaktaktsystems in Ein- schalt-, Kipppunkt-bzw. Abstoßstellung ; Figur 2,4 und 6 : die perspektivische Darstellung erfindungswesentlicher Details des Kontaktsystems in Einschalt-, Kipppunkt-bzw. Abstoßstellung.

Das für einen Pol eines mehrpoligen Leistungsschalter dargestellte erfindungsgemäße Kon- taktsystem 2 enthält zwei gegenüberliegende Festkontakte 4 und eine Drehkontaktbrücke 6. Die Drehkontaktbrücke 6 ist in ihrer Drehsymmetrieachse 8 über eine kreisförmige La- gerbohrung 10 auf einer zylindrischen Lagerachse 12 schwenkbar gelagert. Die Drehkon- taktbrücke 6 ragt beidseitig aus einem Schaltwellensegment 14 heraus, wobei die Lager- achse 12 mit beiden Enden in seitlichen Langlöchern 16 in dem Schaltwellensegment 14 einliegt. Das Schaltwellensegment 14 lagert mit benachbarten Schaltwellensegmenten in einem lediglich rudimentär angedeuteten Schaltgerätegehäuse 18. Die Festkontakte 4 und die Drehkontaktbrücke 6 weisen endseitig Kontaktauflagen 20 bzw. 22 auf, die in der Ein- schaltstellung gemäß Fig. 1 unter der Kraftwirkung von zwei Paaren von Kontaktkraftfedern 24 eine leitende Verbindung zwischen den beiden Festkontakten 4 herstellen. In üblicher Weise wird das Kontaktsystem 2 durch einen nicht dargestellten-da für die Erfindung nicht wesentlich-Betätigungsmechanismus von der Ausschalt-in die Einschaltstellung und um- gekehrt überführt. Bei einem Kurzschlussstrom durch das Kontaktsystem 2 treten absto- ßende elektrodynamische Kräfte auf, welche die Drehkontaktbrücke 6 von der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Einschaltstellung in die in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigte Abstoßstellung

schleudert. Die schleifenförmige Ausbildung der Festkontakte 4 trägt erheblich zu einer Verstärkung der elektrodynamischen Abstoßkräfte bei.

Damit die Drehkontaktbrücke 6 von der Abstoßstellung gemäß Fig. 5 und Fig. 6 nicht von allein wieder in die Einschaltstellung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zurückfällt, ist das Kontakt- system 2 mit einem Kippsprungwerk ausgestattet, das drehsymmetrisch zur Lagerachse 12 ausgebildet ist. Das Kippsprungwerk setzt sich aus der Drehkontaktbrücke 6, dem Schalt- wellensegment 14, den beiden Paaren von Kontaktdruckfedern 24 und zwei Wippen 26 zu- sammen. Die Wippen 26 sind an der Drehkontaktbrücke 6 zu deren Drehsymmetrieachse 8 gegenüberstehend gelagert. Die Wippen 26 sind als U-förmigen Körper mit einen Mittelsteg 28 und zwei seitlichen Wippenstegen 30 ausgebildet. Von jedem Mittelsteg 28 geht ein La- gerschenkel 32 aus. Die Wippen 26 lagern mit ihren Lagerschenkeln 32 kippbar in zugehö- rigen Lageraufnahmen 34, die in den stirnseitigen Schmalseiten 36 der Drehkontaktbrücke 6 ausgebildet sind. Die Wippstege 30 überragen die Lagerschenkel 32 in Richtung zur Drehsymmetrieachse 8, sodass die Wippen 26 mit ihren Wippstegen 30 seitlich über die Drehkontaktbrücke 6 greifen.

In jedem Wippensteg 30 ist eine Aufnahmebohrung 38 ausgebildet. In dem Schaltwellen- segment 14 sind gegenüberliegend Haltemulden 40 mit zur Lagerachse 12 weisenden Haltenoppen 42 ausgebildet. Zwischen dem Schaltwellensegment 14 und den Wippen 26 stützen sich die Kontaktkraftfedern 24 in der Weise ab, dass die kontaktbrückenfernen Fe- derenden 44 auf den Haltenoppen 42 sitzen und die kontaktbrückennahen Federenden 46 in den Aufnahmebohrungen 38 lagern. Das vorstehend beschriebene Kippsprungwerk ist im Sinne der Aufgabenlösung in besonderer Weise in Bezug auf die in Fig. 3 und Fig. 4 ge- zeigte Kipppunktstellung, die im Verlauf der Abstoßbewegung der Drehkontaktbrücke 6 von der Einschalt-in die Abstoßstellung durchfahren wird, angeordnet. Im Kipppunkt des Kipp- sprungwerkes fallen die Federlängsachsen 48, die Kippachsen 50 der Wippen 26 und die Drehsymmetrieachse 8 der Drehkontaktbrücke 6 in ein und dieselbe Kipppunktebene 52.

Die Langlochlängsachsen 54 sollten nur einen geringen Winkel-höchstens einen spitzen Winkel-mit der Kipppunktebene 52 einschließen. Im Beispiel verlaufen die Langlochlängs- achsen 54 idealerweise in der Kipppunktebene 52. Zur Begrenzung der Abstoßbewegung sind im Schaltgerätegehäuse 18 Anschläge 56 ausgebildet, die sich bezüglich der Lager- achse 12 gegenüberstehen und an die die Drehkontaktbrücke 6 mit ihren Schmalseiten 36 anschlägt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform be- schränkt. So lässt sich die Erfindung beispielsweise dahingehend abwandeln, dass zur

Realisierung der Langlochlagerung in der Drehkontaktbrücke 6 ein über die Drehsymmet- rieachse 8 verlaufendes Langloch ausgebildet ist, durch das die Lagerachse 12 verläuft, die ihrerseits in seitlich im Schaltwellensegment 14 ausgebildeten kreisförmigen Lagerbohrun- gen lagert.