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Patent Searching and Data


Title:
SWITCHING DEVICE WITH IMPROVED TRIPPING ACTION IN THE EVENT OF A SHORT CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/036029
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a switching device comprising an arc quenching chamber (1) in which a contact arrangement consisting of a stationary and a moving contact element (3) is arranged, the moving contact element (3) being guided in a sliding contact (2). The invention is characterized in that the moving contact element (3) is guided by inclined centering structures (7) on the housing walls of the arc quenching chamber (1) when tripped.

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Inventors:
STEINBAUER, Martin (Am Kranbügl 1, Schmidmühlen, 92287, DE)
Application Number:
EP2013/068981
Publication Date:
March 19, 2015
Filing Date:
September 13, 2013
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
International Classes:
H01H9/34; H01H71/02
Foreign References:
DE19540972A11997-05-07
EP1073084A22001-01-31
US20070187365A12007-08-16
DE102007054426A12008-05-29
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Claims:
Patentansprüche

1. Schaltgerät mit einer Lichtbogen-Löschkammer (1), in welcher eine Kontaktanordnung aus einem festen und einem beweg- liehen Schaltstück (3) angeordnet ist, wobei das bewegliche Schaltstück (3) in einem Kontaktschieber (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Schaltstück (3) durch Zentrierschrägen (7) an den Gehäusewandungen der Lichtbogen-Löschkammer (1) im Auslösefall geführt ist.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierschrägen (7) einteilig mit den Gehäusewandungen der Lichtbogen-Löschkammer (1) gefertigt sind. 3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierschrägen (7) aus Kunststoff gefertigt sind .

4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zentrierschrägen (7) an einer Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer (1) parallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet sind.

5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass gegenüber liegend zu einem ersten Satz

Zentrierschrägen (7) an einer ersten Gehäusewandung der

Lichtbogen-Löschkammer (1) ein zweiter Satz Zentrierschrägen (7) an einer zweiten Gehäusewandung der Lichtbogen- Löschkammer (1) angeordnet ist, so dass das bewegliche

Schaltstück (3) zwischen zwei Zentrierschrägensätzen positioniert ist.

6. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierschrägen (6) seitlich neben dem Kontaktschieber (7) angeordnet sind.

7. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät ein Leistungsschalter ist.

Description:
Beschreibung

Schaltgerät mit verbesserter Auslösemechanik im Kurzschlussfall

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einer Lichtbogen- Löschkammer, in welcher eine Kontaktanordnung aus einem festen und einem beweglichen Schaltstück angeordnet ist, wobei das bewegliche Schaltstück in einem Kontaktschieber geführt ist.

Schaltgeräte, insbesondere Leistungsschalter, dienen unter Anderem dem sicheren Abschalten bei einem Kurzschluss und schützen dadurch Verbraucher und Anlagen. Ferner eignen sich elektrische oder mechanische Schaltgeräte für das betriebsmäßige manuelle Schalten von Verbrauchern sowie zur sicheren Trennung einer Anlage vom Stromnetz bei Wartungsarbeiten oder Änderungen bei der Anlage. Elektrische Schalteinheiten werden häufig elektromagnetisch betrieben.

Das heißt, derartige Schalteinheiten sind technisch hochwertige elektrische Schaltgeräte mit integriertem Schutz für Motoren, Leitungen, Transformatoren und Generatoren. Ihren Einsatz finden sie an Funktionsstellen mit geringerer Schalthäu- figkeit. Derartige Schalteinheiten sind neben dem Kurzschlussschutz auch für den Überlastschutz geeignet.

Im Fall eines Kurzschlusses schaltet eine elektrische Schalteinheit eine elektrische Anlage sicher ab. Somit bietet diese Sicherungsschutz vor Überlastung. Jeder Leiter, durch den

Strom fließt, erwärmt sich mehr oder weniger stark. Die Erwärmung hängt dabei vom Verhältnis der Stromstärke zum Stromleiterquerschnitt ab, der so genannten Stromdichte. Die

Stromdichte darf nicht zu groß werden, da sonst durch zu hohe Erwärmung die Leiterisolationen verschmoren oder möglicherweise ein Brand ausgelöst werden kann. Um elektrische Anlagen gegen diese schädigenden Auswirkungen zu schützen, werden Schalteinheiten als Überstrom-Schutzeinrichtung verwendet. Leistungsschalter weisen zwei voneinander getrennt wirkende Auslösemechanismen für den Überlast- und Kurzschlussschutz auf. Beide Auslöser sind in Reihe geschaltet. Den Schutz beim Kurzschluss übernimmt ein zeitlich nahezu unverzögert wirkender elektromagnetischer Auslöser. Bei einem Kurzschluss entklinkt der elektromagnetische Auslöser unverzögert ein

Schaltschloss des Leistungsschalters. Ein Schaltanker trennt das Schaltstück, ehe der Kurzschlussstrom seinen Höchstwert erreichen kann.

Bekannte Schalteinheiten weisen eine Kontaktschiebereinheit mit einem Kontaktschieber und einem beweglichen Schaltstück auf. Das bewegliche Schaltstück weist ferner elektrische Kon- takte auf. Ferner weisen derartige Schalteinheiten erste Kontakte zu einer Stromleitung auf. In einem eingeschalteten Zustand kontaktieren die elektrischen Kontakte des beweglichen Schaltstückes die festen Kontakte der Schalteinheit. Im Kurzschlussfall werden die elektrischen Kontakte des beweglichen Schaltstückes von den festen Kontakten gelöst, so dass der Stromfluss unterbrochen wird. Hierbei wird das bewegliche Schaltstück von den festen Kontakten gelöst.

Bekannte Kontaktschieber von Schalteinheiten weisen häufig zwei FührungsSysteme , ein inneres und ein äußeres Führungssystem auf. Das äußere FührungsSystem kommt dann zum Einsatz, wenn der Schaltvorgang, das heißt, das Ein- oder Ausschalten, über ein Schaltschloss der Schalteinheit erfolgt. Hierbei entsteht kein Brückendreher. Das innere FührungsSystem kommt im Kurzschlussfall zum Einsatz, wenn der Schaltvorgang über einen Schaltanker, häufig ein Stößel in Verbindung mit einem Führungsstift, der Schalteinheit erfolgt. Das heißt, beim Abschalten auf Grund eines Kurzschlusses, eilt das bewegliche Schaltstück entlang des inneren FührungsSystems dem Kontakt- Schieber voraus, prallt an Aufschlagflächen im so genannten Unterteil der Schalteinheit ab und fliegt wieder entlang dem inneren FührungsSystem zurück. Hierbei fliegt es dem Schalt- anker beziehungsweise dem Führungsstift der Schalteinheit entgegen .

Treten hohe Kurzschlüsse auf, so entstehen wiederum große magnetische Kräfte zwischen dem beweglichen Schaltstück und den Festschaltstücken. Zum Einen sind dies Stromschleifenkräfte zwischen den Festschaltstücken und der Brücke. Zum Anderen sind dies große Stromengekräfte zwischen den Silberkontakten. Diese beiden Kräfte bewirken, dass die Brücke im Kurzschlussfall impulsartig gegen ihre resultierende Federkraft aufgeschleudert wird und gegen die Aufschlagdome im Unterteil prallt. Da die Aufschlagdome nicht mittig in der Schaltkammer positioniert werden können, da dieser Platz vom Leitblech benötigt wird, wurden diese geteilt und befinden sich nun jeweils an den Kammerwänden. Die Brücke wird zwar durch eine Stiftführung gegen Verdrehen gesichert, allerdings kann hier ihr Führungsspiel nicht ausreichend eingeschränkt werden. Nutzt die Brücke nun ihre konstruktionsbedingten Freiheitsgrade aus, kommt es vor, dass sie nur einseitig auf die Aufpralldome trifft und sich anschließend im Unterteil verkeilt .

Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei Schaltgeräten, insbesondere bei Leistungsschaltern, wenn bestimmte Schalt- handlungen durchgeführt werden, eine extreme Erwärmung des

Schaltkontaktes auftritt. Besonders bei einer, auf eine EinPhase folgende Aus-Stellung, kann die sehr heiße Kontaktbrücke die umgebenden Gehäusebereiche der Schaltkammer, die meist aus Kunststoff bestehen, schädigen. Dies geschieht hauptsächlich in der Aus-Stellung, da hier die in der Brücke entstehende Verlustwärme nicht in die festen Schaltstücke abfließen kann, und die Brücke in Aus-Stellung quasi in einer thermisch rundherum isolierten Position steht. Da die Brücke frei beweglich ausgeführt werden muss, hat sie ein gewisses Verdrehspiel in Achsrichtung des Kontaktschiebers zur Schaltkammerwand. Im ungünstigsten Fall nützt die Brücke ihr Verdrehspiel aus und befindet sich zu nah an der Kunststoffwand der Schaltkammer. Durch die heiße Brücke quillt der Kunst- stoff auf, umschließt die Brücke, wodurch der Leistungsschalter zerstört wird.

Daraus ergibt sich als Aufgabe für die vorliegende Erfindung ein Schaltgerät zu schaffen, welches die oben dargestellten Probleme löst.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schaltgerät mit einer Lichtbogen-Löschkammer gelöst, in welcher eine Kontakt- anordnung aus einem festen und einem beweglichen Schaltstück angeordnet ist, wobei das bewegliche Schaltstück in einem Kontaktschieber geführt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das bewegliche Schaltstück durch Zentrierschrägen an den Gehäusewandungen der Lichtbogen-Löschkammer im Auslösefall geführt ist.

Durch die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen, die an den Unterteilwänden der Schaltkammer des Leistungsschalters mit angespritzt werden, werden die oben genannten Probleme besei- tigt . Wenn die Brücke durch die Schleifen- und Stromengekräfte nach unten aufgeschleudert wird, wird sie durch die Zentrierschrägen ausgerichtet und schlägt mittig auf beide Aufpralldome auf. Ein außermittiges Auftreffen ist somit nicht mehr möglich und ein Verkanten der Brücke wird vermie- den .

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Brücke durch Zentrierschrägen im unteren Umkehrpunkt der Bewegung mittig ausgerichtet wird. Somit befindet sich die Brücke in ihrer Aus-Stellung relativ genau in der Mitte der Schaltkammer, wodurch sie ausreichend weit von beiden Schaltkammerwänden entfernt ist. Trotz ihrer erhöhten Temperatur, die sie nach manchen Schaltverläufen entwickelt, hat sie genügend Abstand zur Kunststoffwand um zu gewährleisten, dass ein Einbrennen der Brücke ins Unterteil vermieden wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin- dung kann es vorgesehen sein, dass die Zentrierschrägen einteilig mit den Gehäusewandungen der Lichtbogen-Löschkammer gefertigt sind. Das heißt, die Zentrierschrägen werden zusammen mit den Gehäusewandungen der Lichtbogen-Löschkammer in einem Prozessschritt durch eine Spritztechnik ausgeformt. So- mit muss kein zusätzliches Teil gefertigt werden, sondern lediglich die Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer besonders ausgeformt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Zentrierschrägen aus Kunststoff gefertigt sind. Daraus ergibt sich, dass die Zentrierschrägen zusammen mit den Gehäusewandungen der Lichtbogen-Löschkammer in einem Prozessschritt in Form eines Spritzgussverfahrens gefertigt werden können.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass gegenüber liegend zum ersten Satz Zentrierschrägen an einer ersten Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer ein zweiter Satz Zent- rierschrägen an einer zweiten Gehäusewandung der Lichtbogen- Löschkammer angeordnet ist, so dass das bewegliche Schaltstück zwischen zwei Zentrierschrägensätzen positioniert ist. Auch diese erfindungsgemäße Anordnung trägt dazu bei, dass das bewegliche Schaltstück gleichmäßig geführt wird.

Zudem kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Zentrierschrägen seitlich neben dem Kontaktschieber angeordnet sind, so dass die beweglichen Schaltstücke im Auslösefall zuverlässig geführt werden.

Es entspricht außerdem der Erfindung, dass das Schaltgerät vorzugsweise ein Leistungsschalter ist. Das erfindungsgemäße Schaltgerät weist eine Lichtbogen- Löschkammer auf, in welcher ein Kontaktschieber angeordnet ist, in welchem ein bewegliches Schaltstück geführt ist.

Seitlich neben dem beweglichen Schaltstück sowohl rechts als auch links, sind Löschblechpakete angeordnet, die aus parallel übereinander angeordneten Löschblechen ausgebildet sind.

An einer Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer sind im Bereich des beweglichen Schaltstücks erfindungsgemäße Zen- trierschrägen angeordnet. Diese Zentrierschrägen sind vorzugsweise einteilig mit der Gehäusewandung der Lichtbogen- Löschkammer gefertigt, das heißt, die Zentrierschrägen sind nicht als zusätzliches Teil an die Gehäusewandung angeformt, sondern werden innerhalb eines Prozessschrittes zusammen mit der Gehäusewandung gespritzt. Daher sind die Zentrierschrägen vorzugsweise auch aus Kunststoff gefertigt.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen an der Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer parallel zuein- ander angeordnet und voneinander beabstandet. Vorzugsweise sind gegen überliegend zu einem ersten Satz Zentrierschrägen an der Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer ein zweiter Satz Zentrierschrägen an einer zweiten Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer angeordnet, so dass das bewegliche Schaltstück zwischen zwei Zentrierschrägensätzen positioniert ist .

Die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen sind vorzugsweise seitlich neben dem Kontaktschieber, also rechts und links vom Kontaktschieber angeordnet.

Das hier vorgestellte Schaltgerät, insbesondere der Leistungsschalter, mit hohem Schaltvermögen, ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Brückenführung weniger Bauraum zur Verfügung steht, um die Brücke stets mittig in der Kammer auszurichten. Durch die erhöhten Kräfte, die die Brücke im Kurzschlussfall aufschleudern und durch eine gegebenenfalls außermittige Lage der Brücke, kann es zu Verklemmungen der Brücke im Unterteil kommen, wodurch das Gerät nicht mehr eingeschaltet werden kann. Durch die hier vorgestellten erfindungsgemäßen Zentrierschrägen trifft die Brücke die Aufpralldome immer symmetrisch und ein Verklemmen wird vermieden. Es kommt außerdem hinzu, dass die Brücke durch die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen während eines Bewegungsablaufs mittig ausgerichtet wird, wodurch sie in ihrer Aus-Stellung immer einen ausreichenden Abstand zu den Kammerwänden aufweist. Somit wird ein Einschmelzen in die Schaltkammer ausgeschlossen.

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Schaltgerät mit einer Lichtbogen-Löschkammer und einem Kontaktschieber, in welchem ein bewegliches Schaltstück geführt ist;

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung ein vergrößert dargestellter Ausschnitt aus Fig. 1 mit Kontaktschieber, beweglichem Schaltstück und erfindungsgemäßen Zentrierschrägen;

Fig. 3 in einer Schnittdarstellung die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen im Querschnitt mit beweglichem Schaltstück;

Fig. 4 in einer Schnittdarstellung die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen im Querschnitt mit dem beweglichen Schaltstück in der Ein-Stellung;

Fig. 5 in einer Schnittdarstellung die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen im Querschnitt mit dem beweglichen Schalt- stück im ausgelösten Zustand während eines Kurzschlusses.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schaltgeräts, insbesondere eines Leistungsschalters mit einer Lichtbogen-Löschkammer 1, in welcher ein Kontaktschieber 2 angeordnet ist, in welchem ein bewegliches Schaltstück 3 geführt ist. Seitlich neben dem beweglichen Schaltstück 3 sowohl rechts als auch links, sind Löschblech-Pakete 4 angeordnet, die aus parallel übereinander angeordneten Löschblechen ausgebildet sind. An einer Gehäusewandung 5 der Lichtbogen-Löschkammer 1 sind im Bereich des beweglichen Schaltstücks 3 erfindungsgemäße Zentrierschrägen 7 angeordnet. Diese Zentrierschrägen 7 sind vorzugsweise einteilig mit der Gehäusewandung 5 der Lichtbogen-Löschkammer gefertigt, das heißt, die Zentrierschrägen 7 sind nicht als zusätzliches Teil an die Gehäusewandung 5 angeformt, sondern werden innerhalb eines Prozessschrittes zusammen mit der Gehäuswandung 5 gespritzt. Daher sind die Zentrierschrägen 7 vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen 7 an der Gehäusewandung 5 der Lichtbogen- Löschkammer 1 parallel zueinander angeordnet und voneinander beabstandet .

Vorzugsweise sind gegenüber liegend zu einem ersten Satz Zentrierschrägen 7 an der Gehäusewandung der Lichtbogen- Löschkammer 1 ein zweiter Satz Zentrierschrägen 7 an einer zweiten Gehäusewandung der Lichtbogen-Löschkammer 1 angeord- net, so dass das bewegliche Schaltstück 3 zwischen zwei Zentrierschrägensätzen positioniert ist.

Die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen 7 sind vorzugsweise seitlich neben dem Kontaktschieber 2, also rechts und links vom Kontaktschieber 2, angeordnet.

In Fig. 2 ist der Bereich um den Kontaktschieber 2, also der Bereich links und rechts vom Kontaktschieber 2 dargestellt. Aus der Fig. 2 geht die Positionierung der erfindungsgemäßen Zentrierschrägen 7, die links und rechts vom Kontaktschieber 2 angeordnet sind, hervor. Fig. 3 zeigt die zwei Bereiche der erfindungsgemäßen Zentrierschrägen 7 im Querschnitt von der Seite. Das bewegliche Schaltstück 3 wird im Auslösefall zunächst durch die Zentrierschräge 7 aufgenommen und trifft dann auf Aufpralldöme 8.

Aus Fig. 4 geht die Stellung des beweglichen Schaltstücks im Ein-Zustand hervor. Fig. 5 zeigt die Stellung des beweglichen Schaltstücks 3 im ausgelösten Zustand während eines Kurzschlusses .

Durch die hier vorgestellten erfindungsgemäßen Zentrierschrägen trifft die Brücke die Aufpralldome immer symmetrisch und ein Verklemmen wird vermieden. Es kommt außerdem hinzu, dass die Brücke durch die erfindungsgemäßen Zentrierschrägen während eines Bewegungsablaufs mittig ausgerichtet wird, wodurch sie in ihrer Aus-Stellung immer einen ausreichenden Abstand zu den Kammerwänden aufweist. Somit wird ein Einschmelzen in die Schaltkammer ausgeschlossen.