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Patent Searching and Data


Title:
POWER SWITCHING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/044735
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a power switching device comprising a single-pole or multi-pole contact system (3a). The solution to the problem consists in safe electrodynamic isolation with little complexity involved. For this, a tensioning lever (27) which is mounted axially parallel in the switching shaft (5) is associated with each contact arm (7), wherein a contact compression spring (13) acts between the contact arm (7) and the tensioning lever (27). A latching lever (29a) mounted in the switching shaft (5) is furthermore associated with the contact arm (7), which latching lever is firstly coupled moveably to the tensioning lever (27) and is secondly latchable with the contact arm (7). The contact compression spring (13) and the latching lever (29a) act on the contact arm (7) with opposite torques, but with a total torque directed towards the fixed-contact resting area (11). In the event of electrodynamic opening of the contact arm (7), the contact arm (7) is released by the latching lever (29) and is latched with the latching lever (29) once the OFF position has been assumed again by the switching shaft (5).

Inventors:
HAENDLER KURT (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/069429
Publication Date:
March 27, 2014
Filing Date:
September 19, 2013
Export Citation:
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Assignee:
EATON ELECTRICAL IP GMBH & CO (DE)
International Classes:
H01H71/50; H01H71/52
Domestic Patent References:
WO2010088875A12010-08-12
Foreign References:
CH136162A1929-10-31
DE1532288U
DE102006059307B32008-02-21
DE102006059307B32008-02-21
DE1532288U
EP0584503A11994-03-02
Attorney, Agent or Firm:
HARRINGER, Thomas (AT)
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Claims:
Patentansprüche

1. Leistungsschaltgerät mit einem mindestens einpoligen Kontaktsystem (3; 3a; 3b; 3c; 3d;

3e), enthaltend

- eine in einem Schaltergehäuse gelagerte Schaltwelle (5; 5a; 5c),

- pro Schaltpol mindestens einen in der Schaltwelle (5; 5a; 5c) schwenkbar gelagerten Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) mit einer beweglichen Kontaktauflage (9), einen mit diesem zusammenwirkenden Festkontakt (8) mit einer Festkontaktauflage (11), einer zwischen Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) und Schaltwelle (5; 5a; 5c) angreifenden Kontaktdruckfeder (13; 13c) und einen Bewegungsanschlag (15) für den Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e),

- einen zwischen einem Betätigungselement (17) und der Schaltwelle (5; 5a; 5c) angeordneten Betätigungsmechanismus (19; 19e), der eine EIN-Stellung bei mit dem Festkontakt (8) verbundenem Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) und zumindest noch eine AUS-Stellung bei von dem Festkontakt (8) getrenntem Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) einnehmen kann,

dadurch gekennzeichnet,

- dass dem Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) ein in der Schaltwelle (5; 5a; 5c) achsparallel zur Kontaktarmschwenkachse (25) schwenkbar gelagerter Spannhebel (27; 27c) zugeordnet ist und die Kontaktdruckfeder (13; 13c) zwischen Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) und Spannhebel (27; 27c) angreift,

- dass dem Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) weiterhin ein in der Schaltwelle (5; 5a; 5c) gelagerter Klinkhebel (29; 29a; 29e) zugeordnet ist, der einerseits mit dem Spannhebel (27; 27c) beweglich gekoppelt und anderseits mit dem Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) verklinkbar ist,

- dass Kontaktdruckfeder (13; 13c) und Klinkhebel (29; 29a; 29e) auf den Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) mit entgegengerichteten Drehmomenten, jedoch mit einem zum Festkontakt (8) hin gerichteten resultierenden Drehmoment wirken,

- dass die Kombination aus Spannhebel (27; 27c) und Klinkhebel (29; 29a; 29e) durch zwei in der Schaltwelle (5; 5a; 5c) angeordnete Begrenzungsanschläge (33, 35) lediglich begrenzt bewegbar ist und

- dass bei einer aus der EIN-Stellung vom Festkontakt (8) weg gerichteten Relativbewegung des Kontaktarms (7; 7b; 7c; 7e) gegenüber der Schaltwelle (5; 5a; 5c) der Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) vom Klinkhebel (29; 29a; 29e) gelöst und bei der durch die Schaltwelle (5; 5a; 5c) wieder eingenommenen AUS-Stellung mit dem Klinkhebel (29; 29a; 29e) verklinkt ist.

2. Leistungsschaltgerät nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass einem doppelarmig ausgebildeten Kontaktarm (7c) jeweils zwei Kontaktdruckfedern (13c), Spannhebel (27c) und Klinkhebel (29) zugeordnet sind.

3. Leistungsschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Klinkhebel (29; 29a; 29e) eine Nase (37) und der Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) eine mit der Nase (37) zusammenwirkende Verklinkungsfläche (39) aufweist.

4. Leistungsschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (7) einen von der beweglichen Kontaktauflage (9) weg gerichteten Ausleger (41) enthält, der endseitig die Verklinkungsfläche (39) aufweist.

5. Leistungsschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (7b;

7c; 7e) zwischen Kontaktarmschwenkachse (25) und beweglicher Kontaktauflage (9) eine zum Durchtritt des Klinkhebels (29; 29e) ausgebildete Aussparung (53) enthält, an die die Verklinkungsfläche (39) grenzt.

6. Leistungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkhebel (29a) drehverschieblich gelagert und der Spannhebel (27) mit dem Klinkhebel (29a) über eine gabelförmige Ausbildung (47) gekoppelt ist.

7. Leistungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkhebel (29; 29e) über ein Drehgelenk (31) mit dem Spannhebel (27; 27c) gekoppelt ist.

8. Leistungsschaltgerät nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spannhebel (27c) und Klinkhebel (29; 29e) eine Zusatzfeder (55) angreift, die auf den Klinkhebel (29; 29e) mit einem zur Verklinkungsfläche (39) hin gerichteten Drehmoment wirkt.

9. Leistungsschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kontaktdruckfeder (13; 13c) jeweils ein Halteelement (43, 45; 45 d) am Spannhebel (27; 27c) und am Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) vorgesehen ist.

10. Leistungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktdruckfeder (13; 13c) als Zugfeder, Druckfeder, Spiralfeder oder Blattfeder ausgebildet ist.

11. Leistungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Spannhebel und Kontaktdruckfeder in einer Blattfeder (63) vereinigt sind.

12. Leistungsschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spannhebel (27; 27c) und bzw. oder der Klinkhebel (29; 29a; 29e) in Erstreckungsrichtung der Kontaktarmschwenkachse (25) seitlich versetzt zum Kontaktarm (7; 7b; 7c; 7e) angeordnet sind.

13. Leistungsschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkhebel (29e) von einem durch Auslöser betätigten Auslöseelement (71) mit einem von der Verklinkungsfläche (39) weg gerichteten Drehmoment beaufschlagbar ist.

14. Leistungsschaltgerät nach vorstehendem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus (19e) aus einem einfachen Hebelsystem mit Übertotpunktfeder besteht.

Description:
LEISTUNGSSCHALTGERAET

Die Erfindung betrifft ein Leistungsschaltgerät mit einem ein- oder mehrpoligen Kontaktsystem. Die Erfindung findet Anwendung bei Leistungsschaltern, Leitungsschutzschaltern und Trennern zum Schalten und Schützen von Niederspannungs- Schaltanlagen und elektrischen Antrieben.

Die Druckschrift DE 10 2006 059 307 B3 beschreibt ein Leistungsschaltgerät, dessen Kontaktsystem wahlweise als Doppelunterbrecher oder Einzelunterbrecher ausführbar ist. Das Kontaktsystem enthält eine in einem Schaltergehäuse gelagerte Schaltwelle und wenigstens einen in der Schaltwelle schwenkbar gelagerten Kontaktarm. Der Kontaktarm ist in der EIN- Stellung endseitig mit einem Festkontakt verbunden und in der AUS-Stellung von diesem getrennt. Kontaktarm und Festkontakt wirken über entsprechende Kontaktauflagen zusammen. Eine zwischen Schaltwelle und Kontaktarm angreifende Kontaktdruckfeder sorgt in der EIN-Stellung für die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Kontaktauflagen. Der Kontaktarm ist bei einem als Einfachunterbrecher ausgeführten Kontaktsystem einarmig und bei einem als Doppelunterbrecher ausgeführten Kontaktarm zweiarmig ausgeführt. Ein Betätigungsmechanismus mit einem schwenkbaren Betätigungselement, einem Hebelmechanismus und einer Übertotpunktfeder betätigt die Schaltwelle.

Werden derartige Kontaktsysteme mit Kurzschlussströmen oder hohen Überströmen belastet, bilden sich zwischen Kontaktarm und Festkontakt sogenannte Lorentzsche und Holm-Kräfte aus, die zu einer elektrodynamischen Trennung zwischen Kontaktarm und Festkontakt führen. Hierbei begrenzt ein Bewegungsanschlag im Schaltergehäuse die Bewegung des Kontaktarms. Der Betätigungsmechanismus kann mit einem Auslösemechanismus ausgestattet sein, der Schnittstellen zu diversen Auslösern aufweist. Der Betätigungsmechanismus überführt im Falle einer Auslösung das Kontaktsystem unter Kontakttrennung in eine AUSGELÖST-Stellung. Durch Überführen des Betätigungselementes in eine RE SET- Stellung über die AUS-Stellung hinaus kann der Betätigungsmechanismus und damit das Kontaktsystem wieder in die normale AUS-Stellung überführt werden.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE 1 532 288 U beschreibt einen erschütterungssicheren Schalter großer Stromstärken, bei dem ebenfalls ein von einer Kontakt- bzw. Schaltwelle bewegter Kontakthebel bzw. Kontaktarm von einer zwischen Schaltwelle und Kontaktarm angreifenden Kontaktdruckfeder gegen einen Festkontakt gepresst wird. Zusätzlich wird bei diesem Schalter mit einem Spannhebel über einen Kraftspeicherhebel eine Ausschaltfeder gespannt und dieser Hebel durch eine Sperrklinke festgehalten. Um ein unbeabsichtigtes Auslösen dieses Schalters vor allem bei Erschütterungen zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Sperrklinke in der Einschaltstellung der Schalter dadurch zu entlasten, dass der Kraftspeicherhebel durch einen zusätzlichen Sperr- oder Spannhebel gehalten wird, so dass die Sperrklinke in der Einschaltstellung entlastet ist und etwaige Erschütterungen und Bewegungen der Sperrklinke während des Betriebs auf den Schaltzustand ohne Einfluss bleiben.

Vorstehend beschriebene Leistungsschaltgeräte und Schalter sind mit dem Nachteil behaftet, dass die elektrodynamische Trennung des Kontaktarms vom Festkontakt entgegen der Wirkung der Kontaktdruckfeder erfolgen muss. Hierdurch kann es unter Umständen zu einer erneuten Kontaktgabe zwischen Kontaktarm und Festkontakt und zu einer sich wiederholenden sogenannten Pumpbewegung des Kontaktarms kommen. Das führt zu einem erhöhten Verschleiß der Kontaktauflagen und bisweilen zu einem Verschweißen derselben. Die Einstellung zwischen Kontaktkräften und elektrodynamischen Trennkräften ist mit hohem konstruktivem Aufwand bei begrenztem Erfolg verbunden. Ein weiterer Nachteil ist, dass zur Gewährleistung der erforderliche Kontaktkräfte die Kontaktdruckfedern relativ stark bemessenen sind. Dies führt wiederum zur Ausbildung von relativ hohen Stützkräften in den Lagern von Kontaktarm, Schaltwelle und Betätigungsmechanismus, wodurch die Lager zur Vermeidung von vorzeitigem Verschleiß ausreichend groß bemessen und erforderlichenfalls aus hochwertigen Materialien ausgebildet sein müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Konzept für ein Leistungsschaltgerät mit sicherer elektrodynamischer Trennung sowie mit verringertem konstruktivem und materiellem Aufwand anzugeben. Ausgehend von einem Leistungsschaltgerät der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Erfindungsgemäß ist dem Kontaktarm ein in der Schaltwelle achsparallel zur Kontaktarmschwenkachse schwenkbar gelagerter Spannhebel zugeordnet, wobei die Kontaktdruckfeder zwischen Kontaktarm und Spannhebel angreift. Dem Kontaktarm ist weiterhin ein in der Schaltwelle gelagerter Klinkhebel zugeordnet, der einerseits mit dem Spannhebel beweglich gekoppelt und anderseits mit dem Kontaktarm verklinkbar ist. Die Kontaktdruckfeder und der Klinkhebel wirken auf den Kontaktarm mit entgegengerichteten Drehmomenten, jedoch mit einem zum Festkontakt hin gerichteten resultierenden Drehmoment, wobei die Kombination aus Spannhebel und Klinkhebel durch zwei in der Schaltwelle angeordnete Begrenzungsanschläge lediglich begrenzt bewegbar ist. Bei einer vom Festkontakt weg gerichteten Relativbewegung des Kontaktarms gegenüber der Schaltwelle ist der Kontaktarm von dem Klinkhebel gelöst und nach erneuter Einnahme der AUS-Stellung durch die Schaltwelle mit dem Klinkhebel verklinkt.

Die Kontaktdruckfeder beaufschlagt beidendig den Kontaktarm und den Spannhebel. Der gegenseitige Abstand der Achsen der Schwenkbewegungen von Kontaktarm, Spannhebel und Kipphebel innerhalb der Schaltwelle sowie die maßgeblichen Längen der zusammenwirkenden Hebel von Kontaktarm, Spannhebel und Klinkhebel können in fachmännische Weise so aufeinander abgestimmt werden, dass im verklinkte Zustand auf den Kontaktarm ein kontaktschließendes resultierendes Drehmoment in Richtung hin zum Festkontakt ausgeübt wird. Dieses resultierende Drehmoment bewirkt in der EIN-Stellung die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Kontaktauflagen. Ein Vorteil daraus ist, dass im Vergleich zu herkömmlichen Kontaktsystemen die Kontaktdruckfeder mit einer erheblich geringeren Federkraft ausgebildet sein kann. Dies beruht darauf, dass die mit der Federkraft beaufschlagten Hebelarme größer ausgebildet sind, wodurch das die Kontaktkraft liefernde resultierende Drehmoment von einer entsprechend verminderten Federkraft geliefert werden kann. Als weiterer Vorteil ergibt sich hieraus, dass die Lager von Kontaktarm, Schaltwelle und Betätigungsmechanismus durch die Verringerung der aufzunehmenden Stützkräfte kleiner bemessen und mit geringerwertigen Materialien ausgebildet sein können.

In der EIN-Stellung, in der AUS-Stellung, in jeder Übergangstellung zwischen der EIN- und der AUS-Stellung bzw. zwischen der AUS- und der EIN-Stellung sowie in der AUSGELÖST- Stellung des Kontaktsystems bleibt der Kontaktarm mit dem Klinkhebel verklinkt und steht damit unter der Wirkung der Kontaktdruckfeder. In all diesen Stellungen bleibt der Kontaktarm bezüglich der Schaltwelle in der gleichen Position, abgesehen von der geringfügigen Relativbewegung beim Aufsetzen der beweglichen Kontaktauflage auf die Festkontaktauflage infolge des sogenannten Durchhubs zum Ausgleich von Kontaktabnutzungen.

Bei einer elektrodynamisch bewirkten Schwenkbewegung des Kontaktarms weg vom Festkontakt infolge eines Kurzschlussstroms oder eines hohen Überstroms, gelangt der Kontaktarm durch diese Relativbewegung gegenüber der Schaltwelle aus dem Eingriff des Klinkhebels. Nun wird in Verbindung mit den Begrenzungsanschlägen durch die Kontaktdruckfeder allein das vom Festkontakt weg gerichtete Drehmoment auf den Kontaktarm ausgeübt. Damit gibt es keine Kräfte mehr, die - im Gegensatz zu herkömmlichen Kontaktsystemen - entgegen den elektrodynamischen Öffnungskräften auf den Kontaktarm wirken können. Dagegen unterstützt nun die Kontaktdruckfeder - wieder im Gegensatz zu herkömmlichen Kontaktsystemen - die Lorentzschen und Ho Im- Kräfte beim Aufschleudern des Kontaktarms, bis diese Bewegung durch den Bewegungsanschlag im Schaltergehäuse begrenzt wird. Eine erneute Kontaktgabe, d.h. ein Zurückfallen des Kontaktarms, während des Kurzschluss- oder Überstroms wird durch die erfindungsgemäßen Mittel wirksam verhindert. Die nun im Wesentlichen unabhängige Einstellung zwischen Kontaktkraft und elektrodynamischer Trennkraft ist nur noch mit geringem konstruktivem Aufwand verbunden. Der zwischen dem Spannhebel und dem Kontaktarm angeordnete Klinkhebel weist in der Phase des Durchhubs des Kontaktarms zum Ende des Einschaltvorgangs sowie in der Phase der Aufhebung des Durchhubs des Kontaktarms zu Beginn des Ausschaltvorgangs keine Bewegung relativ zum Kontaktarm auf. Dies vermeidet in erheblichem Maße Verschleißerscheinungen zwischen Klinkhebel und Kontaktarm. Der Klinkhebel sorgt außerdem dafür, dass bei der Entkopplung von Spannhebel und Kontaktarm der Einfluss von Reibungskräften sowie von Schmutzpartikeln innerhalb des Kontaktsystems merklich verringert wird, so dass der Kontaktarm unter der Einwirkung elektrodynamischer Öffnungskräfte sich sicher von der Verklinkung lösen kann.

Um den elektrodynamisch geöffneten Kontaktarm wieder in seinen verklinkten Normalzustand zu überführen, wird wieder eine Relativbewegung des Kontaktarms gegenüber der Schaltwelle bewirkt, und zwar entgegengesetzt zur elektrodynamisch verursachten Relativbewegung. Hierzu wird der Betätigungsmechanismus in die RESET- Stellung überführt, was in Verbindung mit dem Bewegungsanschlag und den Begrenzungsanschlägen den Kontaktarm wieder in Eingriff mit dem Klinkhebel bringt. Auch hierbei sorgt zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der zwischen dem Spannhebel und dem Kontaktarm angeordnete Klinkhebel für die weitestgehende Reduzierung des Einflusses von Reibungskräften sowie von Schmutzpartikeln innerhalb des Kontaktsystems.

Bei Leistungsschaltgeräten mit doppelt unterbrechendem Kontaktsystem, das pro Schaltpol einen doppelarmig ausgebildeten Kontaktarm und zwei Festkontakte aufweist, ist es zweckmäßig, jedem Einzelarm jeweils separat eine Kontaktdruckfeder, einen Spannhebel und einen Klinkhebel zuzuordnen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Verklinkung ist der Klinkhebel mit einer Nase und der Kontaktarm mit einer mit der Nase zusammenwirkenden Verklinkungsfiäche ausgebildet.

Hierzu ist der Kontaktarm in vorteilhafter Weise mit einem von der beweglichen Kontaktaufiage weg gerichteten Ausleger jenseits der Kontaktarmschwenkachse ausgestattet, der endseitig die Verklinkungsfiäche aufweist.

Alternativ zu Vorstehendem ist der Kontaktarm zwischen Kontaktarmschwenkachse und beweglichen Kontaktauflage mit einer zum Durchtritt des Klinkhebels ausgebildeten Aussparung ausgestattet, an deren Innenrand die Verklinkungsfiäche grenzt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in einer drehverschieblichen Lagerung des Klinkhebels und in einer Kopplung zwischen Klinkhebel und Spannhebel über eine gabelförmige Ausbildung, die entweder am Klinkhebel oder am Spannhebel ausgebildet ist. Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung zu Vorstehendem besteht in der Koppelung zwischen Klinkhebel und Spannhebel über ein Drehgelenk.

Hierfür ist es zur Gewährleistung einer zuverlässigen, beispielsweise Erschütterungen widerstehenden, Verklinkung von Vorteil, wenn zwischen Spannhebel und Klinkhebel eine Zusatzfeder angreift, die auf den Klinkhebel mit einem zur Verklinkungsfläche hin gerichteten Drehmoment wirkt.

Für eine zuverlässige Halterung der Kontaktdruckfeder ist vorteilhafterweise jeweils ein Halteelement an Kontaktarm und Spannhebel vorgesehen.

Als Kontaktdruckfeder ist eine übliche Schraubenfeder, Spiralfeder oder Blattfeder einsetzbar.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zur Verringerung der Teilezahl ergibt sich dadurch, dass eine Blattfeder sowohl die Funktion der Kontaktdruckfeder als auch die des Spannhebels in sich vereinigt. Hierbei bildet ein Teilbereich der Blattfeder den Spannhebel.

Bei gewissen räumlichen Gegebenheiten im Bereich der Schaltwelle ist es vorteilhaft, dass der Spannhebel oder der Klinkhebel oder Beide in Richtung der Kontaktarmschwenkachse seitlich versetzt zum Kontaktarm angeordnet sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht außerdem darin, dass der Klinkhebel von einem durch Auslöser betätigten Auslöseelement mit einem von der Verklinkungsfläche weg gerichteten Drehmoment beaufschlagbar ist. Hierdurch wird beim Auftreten von fehlerhaften Strömen das Kontaktsystem direkt vom Auslöser geöffnet, wodurch die hauptsächlich in seiner Masseträgheit begründete Verzögerung des Betätigungsmechanismus umgangen wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung zu Vorstehendem kann der Leistungsschaltgerät nunmehr mit einem unaufwändigem Betätigungsmechanismus ohne Auslösefunktion ausgestattet sein, der lediglich aus einem einfachen Hebelsystem mit Übertotpunktfeder besteht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen

Fig. 1 : eine partielle, räumliche Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsschalters in EIN-Stellung;

Fig. 2: einen seitlichen Längsschnitt des Leistungsschalter nach Fig. 1 in EIN-Stellung;

Fig. 3: wie Fig. 2, jedoch zu Beginn einer elektrodynamischen Öffnung;

Fig. 4: wie Fig. 2, jedoch am Ende einer elektrodynamischen Öffnung;

Fig. 5: wie Fig. 2, jedoch in RESET-Stellung;

Fig. 6: wie Fig. 2, jedoch in AUS-Stellung;

Fig. 7: die seitliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 8: die seitliche Ansicht einer dritten Ausführungsform;

Fig. 9: die seitliche Ansicht einer vierten Ausführungsform;

Fig. 10: die seitliche Ansicht einer fünften Ausführungsform;

Fig. 11 : die seitliche Ansicht einer sechsten Ausführungsform.

Nach Fig. 1 bis 6 ist das Leistungsschaltgerät 1 mit einem Kontaktsystem 3 für drei Schaltpole ausgestattet. Das Kontaktsystem 3 enthält eine in einem nicht dargestellten Schaltergehäuse gelagerte Schaltwelle 5, pro Schaltpol einen in der Schaltwelle schwenkbar gelagerten Kontaktarm 7 mit einer bewegliche Kontaktauflage 9 und einen mit dem Kontaktarm 7 zusammenwirkenden Festkontakt, von dem lediglich die Festkontaktauflage 11 dargestellt ist. Zwischen jedem Kontaktarm 7 und der Schaltwelle 5 greift jeweils eine Kontaktdruckfeder 13 in Form einer schraubenförmigen Zugfeder an. Für jeden Kontaktarm 7 ist am Schaltergehäuse ein Bewegungsanschlag 15 vorgesehen. Zwischen einem Betätigungselement 17 und der Schaltwelle 5 ist ein Betätigungsmechanismus 19 angeordnet. Der Betätigungsmechanismus 19 kann eine EIN-Stellung bei mit den Festkontaktauflagen 11 verbundenen beweglichen Kontaktauflagen 9, eine AUS-Stellung bei von den Festkontaktauflagen 11 getrennten beweglichen Kontaktauflagen 9, eine durch fehlerhafte Ströme bewirkte AUSGELÖST-Stellung bei ebenfalls von den Festkontaktauflagen 11 getrennten beweglichen Kontaktauflagen 9 und eine RESET-Stellung zur Rückführung von der AUSGELÖST-Stellung in die AUS-Stellung einnehmen. Zum Auslösen ist der Betätigungsmechanismus 19 mit einem Auslösemechanismus 21 ausgestattet, der durch nicht dargestellte Auslöser betätigbar ist. Nähere Einzelheiten und Funktion des Betätigungsmechanismus 19 sind in der EP 0 584 503 AI beschrieben. Jede bewegliche Kontaktauflage 9 bewegt sich innerhalb einer Lichtbogenlöschkammer 23, von der in Fig. 1 nur die für den mittleren Schaltpol dargestellt ist.

Erfindungsgemäß ist jedem Kontaktarm 7 ein Spannhebel 27 zugeordnet, der achsparallel zur Kontaktarmschwenkachse 25 über eine Spannhebelachse 26 in der Schaltwelle 5 schwenkbar gelagert ist. Die Kontaktdruckfeder 13 greift zwischen Kontaktarm 7 und Spannhebel 27 an. Jedem Kontaktarm 7 ist weiterhin ein in der Schaltwelle 5 gelagerter Klinkhebel 29 zugeordnet, der einerseits über ein achsparallel zur Kontaktarmschwenkachse 25 angeordnetes Drehgelenk 31 mit dem Spannhebel 27 verbunden und anderseits mit dem Kontaktarm 7 verklinkbar ist. Kontaktdruckfeder 13 und Klinkhebel 29 wirken auf den Kontaktarm 7 mit entgegengerichteten Drehmomenten, jedoch mit einem zur Festkontaktauflage 11 hin gerichteten resultierenden Drehmoment, sodass in der in Fig. 1 und 2 gezeigten EIN-Stellung die bewegliche Kontaktauflage 9 mit der erforderlichen Kontaktkraft auf der Festkontaktauflage 11 liegt. Die Kombination aus Spannhebel 27 und Klinkhebel 29 wird durch zwei in der Schaltwelle 5 angeordnete Begrenzungsanschläge 33 und 35 in ihrer Bewegung begrenzt, die ermöglicht, dass bei einer von der Festkontaktauflage 11 weg gerichteten Schwenkbewegung des Kontaktarms gegenüber der Schaltwelle 3 (Fig. 3) der Kontaktarm 7 von dem Klinkhebel 29 gelöst und nach Einnahme der RESET-Stellung durch die Schaltwelle 5 (Fig. 5) mit dem Klinkhebel 29 wieder verklinkt wird.

Der Klinkhebel 29 weist eine Nase 37 auf, die mit einer am Kontaktarm 7 ausgebildeten Verklinkungsfläche 39 sowohl in der EIN-Stellung (Fig. 2), in der AUS-Stellung (Fig. 6) als auch in jeder Zwischenstellung zusammenwirkt. Entgegengerichtet zur beweglichen Kontaktauflage 9 setzt sich der Kontaktarm 7 jenseits der Kontaktarmschwenkachse 25 in einen Ausleger 41 fort, der endseitig die Verklinkungsfläche 39 aufweist. Am Spannhebel 27 und am Kontaktarm 7 ist jeweils ein Halteelement 43 bzw. 45 für die Kontaktdruckfeder 13 vorgesehen. In der EIN-Stellung nach Fig. 2, in der AUS-Stellung nach Fig. 6, in jeder Übergangstellung zwischen der EIN- und der AUS-Stellung bzw. zwischen der AUS- und der EIN-Stellung sowie in der AUSGELÖST-Stellung des Kontaktsystems 3 bleibt jeder Kontaktarm 7 mit seinem Klinkhebel 29 verklinkt und steht damit unter der Wirkung seiner Kontaktdruckfeder 13. In all diesen Stellungen bleibt der Kontaktarm 7 bezüglich der Schaltwelle 5 in der gleichen Position, abgesehen von der geringfügigen Relativbewegung beim Aufsetzen der beweglichen Kontaktauflage 9 auf die Festkontaktauflage 11 infolge des sogenannten Durchhubs zum Ausgleich von Kontaktabnutzungen.

Bei einer elektrodynamisch bewirkten Schwenkbewegung des Kontaktarms 7 weg vom Festkontakt infolge eines Kurzschlussstroms oder eines hohen Überstroms zwischen beweglicher Kontaktauflage 9 und Festkontaktauflage 11 bewegt sich der Kontaktarm 7 relativ zur Schaltwelle 5. Gemäß Fig. 3 gelangt durch diese Relativbewegung in Verbindung mit dem unteren Begrenzungsanschlag 35 die Verklinkungsfläche 39 des Kontaktarms 7 aus dem Eingriff der Nase 37 des Klinkhebels 29. Nun wird in Verbindung mit dem oberen Begrenzungsanschlag 33 durch die Kontaktdruckfeder 13 allein ein von der Festkontaktauflage 11 weg gerichtetes Drehmoment auf den Kontaktarm 7 ausgeübt. Es gibt kein Drehmoment mehr, das entgegen den elektrodynamischen Öffnungskräften auf den Kontaktarm 7 wirken kann. Die Kontaktdruckfeder 7 unterstützt nun die zwischen beweglicher Kontaktauflage 9 und Festkontaktauflage 11 sich ausgebildeten Lorentzschen und Holm-Kräfte beim Aufschleudern des Kontaktarms 7, bis diese Bewegung gemäß Fig. 4 durch den Bewegungsanschlag 15 begrenzt wird. Eine erneute Kontaktgabe mit schädlichen Folgen, d.h. ein Zurückfallen des Kontaktarms 7 während des Kurzschluss- oder Überstroms, wird so wirksam verhindert.

Der in der Wirkungskette zwischen Spannhebel 27 und Kontaktarm 7 angeordnete Klinkhebel 29 weist in der Phase des Durchhubs des Kontaktarms 7 zum Ende des Einschaltvorgangs sowie in der Phase der Aufhebung des Durchhubs des Kontaktarms 7 zu Beginn des Ausschaltvorgangs keine Bewegung relativ zum Kontaktarm 7 auf. Dies vermeidet in erheblichem Maße Verschleiß erscheinungen zwischen Klinkhebel 29 und Kontaktarm 7. Der Klinkhebel 29 sorgt außerdem dafür, dass bei der Entkopplung von Spannhebel 27 und Kontaktarm 7 (Fig. 3) der Einfluss von Reibungskräften sowie von Schmutzpartikeln innerhalb des Kontaktsystems 3 merklich verringert wird. Dadurch löst sich der Kontaktarm 7 beim der Entstehung elektrodynamischer Öffnungskräfte sicher aus der Verklinkung mit dem Klinkhebel 29.

Um den elektrodynamisch geöffneten Kontaktarm 7 gemäß Fig. 4 wieder in seinen verklinkten Normalzustand zu überführen, muss wieder eine Relativbewegung des Kontaktarms 7 gegenüber der Schaltwelle 5 durchgeführt werden, und zwar entgegengesetzt zur der elektrodynamisch verursachten Relativbewegung. Hierzu wird der Betätigungsmechanismus 19 in die RESET-Stellung gemäß Fig. 5 überführt. Durch die dabei stattfindende Schwenkbewegung der Schaltwelle 5 im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 5 wird der Kontaktarm 7 in Verbindung mit dem Bewegungsanschlag 15 und dem oberen Begrenzungsanschlag 33 erneut mit dem Klinkhebel 29 verklinkt. Der Klinkhebel 29 sorgt auch hierbei für eine merkliche Reduzierung des Einflusses von Reibungskräften sowie von Schmutzpartikeln innerhalb des Kontaktsystems 3. Nach Ausführung des RESET- Vorgangs geht das Leistungsschaltgerät 1 in die normale AUS-Stellung gemäß Fig. 6 zurück. Hierzu ist noch anzumerken, dass Betätigungsmechanismen ohne Auslösef nktion, die insbesondere bei Trennern Anwendung finden, ohne RESET- Vorgang in die AUS-Stellung zurück gebracht werden.

Nachfolgend werden mittels der Figuren 7 bis 11 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltgerätes beschrieben, wobei lediglich ein Schaltpol dargestellt ist, hauptsächlich auf die wesentlichen Unterschiede zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird und gleichwirkende Elemente trotz veränderter geometrischer Gestaltung mit den gleichen Bezugszeichen belegt werden.

Fig. 7 zeigt ein von einem auslösbaren Betätigungsmechanismus 19 betätigbares Kontaktsystem 3a im EIN-Zustand, bei dem ein in der Schaltwelle 5 drehverschieblich gelagerter Klinkhebel 29a verwendet wird. Der zweiarmige Spannhebel 27 ist mit dem Klinkhebel 29a über eine gabelförmige Ausbildung 47 gekoppelt und lagert mit einer an einem der Gabelenden ausgebildeten Zylinder 49 in einer Mulde 51 an einem der Armenden des Spannhebels 27. Bei elektrodynamischer Öffnung des Kontaktarms 7 löst sich dessen Ausleger 41 aus der Verklinkung mit dem Klinkhebel 29a und ist ansonsten wie in der Figur gezeigt mit diesem verklinkt.

Fig. 8 zeigt ein von einem auslösbaren Betätigungsmechanismus 19 betätigbares Kontaktsystem 3b im EIN-Stellung mit einem angedeuteten Festkontakt 8 mit Festkontaktaufiage 11. Ein Kontaktarm 7b ist über eine als Zugfeder ausgebildete Kontaktdruckfeder 13 mit dem einen Arm des zweiarmigen Spannhebels 27 gekoppelt, an dessen anderem Arm über ein Drehgelenk 31 ein Klinkhebel 29 angelenkt ist. Der Kontaktarm 7b weist zwischen seiner Kontaktarmschwenkachse 25 und seiner beweglichen Kontaktaufiage 9 eine Aussparung 53 auf. Durch die Aussparung 53 reicht der Klinkhebel 29. Die an die Aussparung 53 grenzende Verklinkungsfläche 39 wirkt in der vorstehend beschriebenen Weise mit der Nase 37 des Klinkhebels 29 zusammen. Zwischen dem Spannhebel 27 und dem Klinkhebel 29 greift in der Nähe des Drehgelenkes 31 eine als Druckfeder ausgebildete Zusatzfeder 55 an, die auf den Klinkhebel 29 mit einem zur Verklinkungsfläche 39 hin gerichteten Drehmoment wirkt. Dadurch wird eine sichere Verklinkung gewährleistet, um z.B. Erschütterungen besser zu widerstehen. Bei elektrodynamischer Öffnung des Kontaktarms 7b löst sich dieser aus der Verklinkung mit dem Klinkhebel 29 und ist ansonsten wie in der Figur gezeigt mit diesem verklinkt.

Fig. 9 zeigt ein von einem auslösbaren Betätigungsmechanismus 19 betätigbares doppelarmiges Kontaktsystem 3c in EIN-Stellung. Zum Ausgleich unterschiedlichen Abbrands der beiden beweglichen Kontaktauflagen 9 und Festkontaktauflagen 11 lagert die Kontaktarmschwenkachse 25 des doppelarmigen Kontaktarms 7c über eine schlitzförmige Achslagerung 57 in der Schaltwelle 5c. Jedem Teilarm 59, 61 des doppelarmigen Kontaktarms 7c ist jeweils eine Kontaktdruckfeder 13c, ein einarmiger Spannhebel 27c und ein Klinkhebel 29 zugeordnet. Die Kontaktdruckfedern 13c sind hier als schraubenförmige Druckfedern ausgebildet. Die Klinkenhebel 29 sind über ein Drehgelenk 31 mit dem zugehörigen Spannhebel 27c gekoppelt und gelangen durch eine Aussparung 53 des zugehörigen Teilarms 59 bzw. 61 des Kontaktarms 7c, wobei jeweils eine Zusatzfeder 55 wie in der vorangehend beschriebenen Ausführungsform für eine zuverlässige Verklinkung zwischen dem jeweiligen Teilarm 59 bzw. 61 und dem zugehörigen Klinkhebel 29 sorgt. Bei elektrodynamischer Öffnung des Kontaktarms 7c lösen sich dessen Teilarme 59, 61 aus der Verklinkung mit den Klinkhebeln 29 und sind ansonsten wie in der Figur gezeigt mit diesen verklinkt.

Fig. 10 zeigt analog zu der der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ein von einem auslösbaren Betätigungsmechanismus 19 betätigbares Kontaktsystem 3d in EIN-Stellung. Gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 7 unterscheidet sich die Ausführungsform nach Fig. 10 dadurch, dass Spannhebel und Kontaktdruckfeder in einer Blattfeder 63 baulich vereinigt sind. Die Blattfeder 63 ist an einem Ende über ein am Kontaktarm 7 ausgebildetes hintergriffiges Halteelement 45 d beweglich festgelegt und mit ihrem anderen Ende über ihre Mulde 51 mit dem Zylinder 49 an der gabelförmigen Ausbildung 47 des Klinkhebels 29a gekoppelt. Die Blattfeder 63 muss einerseits die Kontaktkraft zwischen beweglicher Kontaktauflage 9 und Festkontaktauflage 11 und anderseits die Vorspannung zur Gewährleistung der Verklinkung zwischen Ausleger 41 und Klinkhebel 29a aufbringen. Hierzu drückt eine zwischen den Enden der Blattfeder 63 ausgebildete bogenartige Ausbiegung 67 gegen ein Druckelement 69 an der Schaltwelle 5. Als Spannhebel dient hier der Abschnitt der Blattfeder 63, der sich von der Ausbiegung 67 bis zur Mulde 51 erstreckt. Bei elektrodynamischer Öffnung des Kontaktarms 7 löst sich dessen Ausleger 41 aus der Verklinkung mit dem Klinkhebel 29a und ist ansonsten wie in der Figur gezeigt mit diesem verklinkt.

Fig. 11 zeigt in EIN-Stellung eine Ausführungsform mit einem Kontaktsystem 3e, das sich gegenüber dem Kontaktsystem gemäß Fig. 9 u.a. durch die Verwendung eines einarmigen Kontaktarms 7e unterscheidet. Auch hier reicht ein Klinkhebel 29e durch eine Aussparung 53 im Kontaktarm 7e, ist die Kontaktdruckfeder 13c auf Druck beansprucht und ist eine Zusatzfeder 55 zwischen Spannhebel 27c und Klinkhebel 29e angeordnet. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen im Wesentlichen dadurch, dass der Klinkhebel 29e von einem mit Auslösern in Wirkverbindung stehenden Auslöseelement 71 beaufschlagbar ist. Das Auslöseelement 71 wird durch nicht gezeigte übliche Federmittel in der in Fig. 11 gezeigten Ruheposition gehalten.Der Klinkhebel 29e ist weg gerichtet vom Drehgelenk 31 mit einer Auslösefläche 73 versehen. Wird das Auslöseelement 71 infolge eines fehlerhaften Stroms, z.B. Überstroms, in Betätigungsrichtung 75 verschoben, trifft es auf die Betätigungsfläche 73 und verschwenkt den Klinkhebel 29e mit einem Drehmoment, das seine Nase 37 von der Verklinkungsfläche 39 des Kontaktarms 7e löst. In der Folge wird unter der Wirkung der Kontaktdruckfeder 13c in Verbindung mit dem unteren Begrenzungsanschlag 35 für den freigegebenen Spannhebel 27c der Kontaktarm 7e vom Festkontakt 8 getrennt und im Gegenuhrzeigersinn bis zum Begrenzungsanschlag 15 verschwenkt. Auch bei dieser Ausführungsform löst sich bei elektrodynamischer Öffnung der Kontaktarm 7e aus der Verklinkung mit dem Klinkhebel 29e. Nach Überführung des Kontaktsystems 3d in die AUS-Stellung ist der Kontaktarm 7e erneut mit dem Klinkhebel 29e verklinkt. Bei dieser Ausführungsform erübrigt sich ein aufwändiger Betätigungsmechanismus mit Auslösefunktion.Hier genügt ein Betätigungsmechanismus 19e, der lediglich aus einem einfachen Hebelsystem mit Übertotpunktfeder besteht.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So lässt sich die Erfindung beispielsweise dahingehend ausgestalten, dass die Kontaktdruckfedern 13, 13c als Spiral- oder Blattfedern ausgebildet sind oder dass bei ungünstigen räumlichen Gegebenheiten im Bereich der Schaltwelle 5, 5a, 5c Spannhebel 27, 27c oder Klinkhebel 29, 29a, 29e oder Beide in Richtung der Kontaktarmschwenkachse 25 seitlich versetzt zum Kontaktarm 7, 7b, 7c, 7e angeordnet sind. Weiterhin sind alle sinnvollen Kombinationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich.

Tabelle der Bezugszeichen:

1 Leistungsschaltgerät

3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e Kontaktsystem

5; 5a; 5c Schaltwelle

7; 7b; 7c; 7e Kontaktarm

8 Festkontakt

9 bewegliche Kontaktauflage

11 Festkontaktauflage

13; 13c Kontaktdruckfeder

15 Bewegungsanschlag

17 B etätigungselement

19; 19e B etätigungsmechanismus

21 Auslösemechanismus

23 Lichtbogenlöschkammer

25 Kontaktarmschwenkachse

26 Spannhebelachse

27; 27c Spannhebel

29; 29a; 29e Klinkhebel

31 Drehgelenk

33, 35 Begrenzungsanschläge

37 Nase

39 Verklinkungsfläche

41 Ausleger

43, 45; 45d Halteelemente

47 gabelförmige Ausbildung

49 Zylinder

51 Mulde

53 Aussparung

55 Zusatzfeder

57 Achslagerung

59, 61 Teilarme

63 Blattfeder

67 Ausbiegung

69 Druckelement

71 Auslöseelement

73 Auslösefläche

75 B etätigungsrichtung