Leistungsschalter mit optimierter Gehäusestabilisierung durch klemmend wirkende Festschaltstücke

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem Kontaktschieber, in welchem auf einer Feder lagernd ein bewegliches Schaltstück angeordnet ist, das gegenüber liegend zu ei ^¬ nem Festschaltstück angeordnet ist.

Leistungsschalter, insbesondere Niederspannungsleistungs- schalter, sind im Kurzschlussfall elektromagnetische Selbst ^¬ schalter. Ihre Arbeitsweise entspricht prinzipiell der Ar ^¬ beitsweise von Leitungsschutzschaltern. Sie sind meist mit einem thermischen und einem magnetischen Auslöser ausgestattet und besitzen somit die gleichen konstruktiven Elemente wie Leitungsschutzschalter. Allerdings sind sie für größere Bemessungsströme konstruiert, außerdem sind die Auslöser von Leistungsschaltern, anders als beim Leitungsschutzschalter, teilweise separat einstellbar. Im Niederspannungsbereich werden die Schalter auch als Motorschutzschalter eingesetzt.

Die Aufgabe des Leistungsschalters besteht darin, nachgeord ^¬ nete Anlagen, insbesondere Drehstrommotoren vor Schäden durch Überlast oder Kurzschluss zu schützen. Dabei soll der Leis ^¬ tungsschalter diese Ströme in Verbindung mit den Einrichtungen des Netzschutzes ausschalten. Befindet sich Gas zwischen den beiden Polen, wird es bei entsprechend hoher Spannungs ^¬ differenz zwischen den Polen durch den Überschlag ionisiert, und es bildet sich eine sich selbst erhaltende Gasentladung, die auch als Lichtbogen bezeichnet wird. Dieses Plasma leitet nicht nur weiterhin Strom, sondern reduziert auch die Lebensdauer des Bauteils, bei starken Strömen kann es den Schalter sogar zerstören. Im Gegensatz zu Trennern sind Leistungsscha- 1er so konstruiert, dass der beim Öffnen der Schaltkontakte entstehende Lichtbogen schnell und ohne Beschädigung des Schalters gelöscht und damit der Stromfluss unterbrochen wird . Ein besonderes Problem bei Leistungsschaltern mit hohem

Schaltvermögen, insbesondere bis zu 100 kA bei Nennströmen bis zu 80 A besteht darin, dass bei solch großen Kurzschlüs- sen die Belastung auf die Kammerwände, das heißt, insbesonde ^¬ re auf das Unterteil des Leistungsschalters auf Grund der großen Druckentwicklung, sehr hoch ist. Die Gehäusewandungen können sich bei solchen Auslösevorgängen nach außen biegen oder zu einem Einriss im Oberteil des Leistungsschalters füh- ren. Im schlimmsten Fall werden Teile des Oberteils weggebro ^¬ chen .

Dazu beschreibt die WO 01/33595 AI einen elektrischen Schutz ^¬ schalter, insbesondere Motorschutzschalter mit einem Gehäuse aus Duroplast, einer Schaltkontaktanordnung, einer Auslöseeinheit mit mindestens einem Bimetallauslöser, einer auf ein Schaltschloss wirkenden und vom Bimetall betätigbare Auslöse ^¬ brücke und einem Teileträger aus Isolierstoff für verschiede ^¬ ne, auf diesem Teileträger formatierbare Kontakt- und An- Schlussteile der Auslöseeinheit. Bei diesem elektrischen

Schutzschalter ist vorgesehen, die vormontierbaren Kontakt- und Anschlussteile der Auslöseeinheit in das Gehäuse oder ei ^¬ nem Gehäuseteil zu verkleben, so dass die Befestigung dieser vormontierbaren Kontakt- und Anschlussteile im Gehäuse ohne zusätzliche Verbindung erfolgt. Dazu sind Gehäuseklebetaschen vorhanden, die mit Klebematerial befüllt sind. In diese Kle ^¬ betaschen ragen Stifte der Auslöseeinheit, die in den Klebe ^¬ taschen verklebbar sind. Durch die dauerhafte Klebeverbindung wird die Bimetallposition stabil gehalten. Thermische und me- chanische Spannungen werden durch die Verwendung des Klebemittels und durch das Kleben erheblich gemindert, während die Wärme- und Formstabilität gewährleistet ist.

Der Nachteil am Stand der Technik besteht darin, dass Klebe- Verbindungen immer einem Alterungsprozess unterworfen sind und zudem die Montage aufwändig ist, da für eine Klebeverbin ^¬ dung immer zwei Teile passgenau zueinander geführt werden müssen . Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Leistungsschalter zu schaffen, der auch bei hohen Schaltleistungen stabile Gehäusewandungen aufweist und dabei eine einfache Montagehandhabung bietet.

Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinan- der eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Leistungs ^¬ schalter mit einem Kontaktschieber gelöst, in welchem auf einer Feder lagernd ein bewegliches Schaltstück angeordnet ist, das gegenüber liegend zu einem Festschaltstück angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass das Festschaltstück eine gehörnte Kontur aufweist, die in Gegenkonturen der Schaltkammerwände des Leitungsschalters eingrei ^¬ fen .

Die gehörnten Konturen am Festschaltstück klammern die

Schaltkammern des Leistungsschalters genau in dem Bereich der höchsten Druckentwicklung. Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Festschaltstücke so ausgeformt sind, dass sie eine Klammer im Mittelbereich der Schaltkammer ausformen, welche die jeweiligen Seitenwände der einzelnen Phasen zusammenhält. Es wird so eine Reihenschaltung aus jeweils drei Klammern gebildet. Insgesamt stützen sich so Zwischenwände und Außenwände gegenseitig ab. Um die Klammerung zu ermögli ^¬ chen, befindet sich im Vorderbereich der Festschaltstücke ei ^¬ ne größere Ausnehmung. Die Festschaltstücke sind außerdem durch eine Nase so ausgeformt, dass eine möglichst gute Ab ^¬ dichtung der Schaltkammer immer noch gewährleistet ist.

Im Kurzschlussfall wird somit die Wandausbiegung des Unter ^¬ teils im Mittelbereich begrenzt. Diese Begrenzung beträgt nach ersten Abschätzungen ca. 20 bis 25% der bisherigen Aus- biegung. Das Unterteil wird somit um diesen Betrag weniger als bisher ausgebogen. Damit wird auch das Risiko des Ausrei ^¬ ßens des Oberteils durch ein Andrücken des Unterteils vermin ^¬ dert .

Das erfindungsgemäße Festschaltstück mit gehörnten Konturen ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet und weist zwei parallel zueinander ausgerichtete Schenkel auf sowie einen Übergangs ^¬ bereich, der die beiden Schenkel miteinander verbindet. Im Übergangsbereich sind die gehörnten Konturen vorzugsweise als zwei parallel zueinander ausgerichtete Stege ausgebildet, die durch eine Ausnehmung voneinander getrennt sind. Innerhalb der Ausnehmung ist vorzugsweise eine Nase ausgebildet, die als Fortsatz eines Schenkels des Festschaltstücks in die Aus- nehmung hinein reicht, und die Auflagefläche zum Auflöten der Kontakte unterhalb des Schenkels des Festschaltstücks vergrö ^¬ ßert. Die Nase dient außerdem als Abdichtung zwischen Ober- und Unterteil des Leistungsschalters. Die erfindungsgemäßen Festschaltstücke mit den gehörnten Konturen sind auf gegenüber liegenden Seiten vom Kontaktschieber angeordnet und parallel zum beweglichen Schaltstück im Kontaktschieber positioniert, so dass die jeweiligen Kontakte am beweglichen Schaltstück beziehungsweise am Festschaltstück im Kurzschlussfall aufeinander treffen können. Der Kontaktschie ^¬ ber ist innerhalb des Gehäuses des Leistungsschalters in eine Kontaktschieberaufnahmevorrichtung integriert, die derart ausgebildet ist, dass zwischen den gehörnten Konturen und der Nase des Festschaltstücks Gehäusewandungen beziehungsweise Gegenkonturen für die gehörnten Konturen vorgesehen sind, die die Aufnahmeräume für die gehörnten Konturen bilden. Innerhalb eines Leistungsschalters sind vorzugsweise drei parallel zueinander ausgerichtete Kammern angeordnet, die jeweils ei ^¬ nen Kontaktschieber mit zwei sich gegenüber liegenden Fest- schaltstücken aufnehmen. Es wird so eine Reihenschaltung aus jeweils drei Kammern gebildet. Die erfindungsgemäßen Festschaltstücke mit gehörnten Konturen zeichnen sich dadurch aus, dass sie ohne Zusatzteile eine deutliche Versteifung der Schaltkammer des Leistungsschalters erreichen. Die Gehäusebiegung wird durch sie verringert. Die Schaltstücke werden gut fixiert, wobei die Montagereihenfolge nicht verändert werden muss. Durch die vorstehende Nase am Festschaltstück wird zum Einen eine Vergrößerung der Auflagefläche für die Kontakte ermöglicht, zum Anderen eine gute Ab ^¬ dichtung zum oberen Teil des Leistungsschalters gewährleis- tet. Der offene Querschnitt nach oben hin sinkt von ca.

160mm ² auf 60mm ² . Im Kurzschlussfall wird die Wandausbiegung des Unterteils des Leistungsschalters im Mittelbereich be ^¬ grenzt. Diese Begrenzung beträgt nach ersten Abschätzungen 20 bis 25% der bisherigen Ausbiegung. Das Unterteil wird somit um diesen Betrag weniger als bisher ausgebogen. Damit wird auch das Risiko des Ausreißens des Oberteils des Leistungs ^¬ schalters durch ein Andrücken des Unterteils vermindert.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.

Dabei zeigen schematisch: Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung ein Teil eines erfindungsgemäßen Festschaltstücks mit gehörnten Konturen und Nase ;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung eine Anordnung aus zwei Festschaltstücken mit gehörnten Konturen und Nasen und einem Kontaktschieber mit beweglichem Schaltstück;

Fig. 3 in einer Draufsicht eine Anordnung aus Kontaktschieber und zwei Festschaltstücken innerhalb eines Schaltgehäuses;

Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung die Festschaltstücke mit gehörnten Konturen integriert in ein Schaltgehäuse mit Gegenkonturen für die gehörnten Konturen; Fig. 5 in einer Draufsicht die Anordnung nach Fig. 4 mit hervorgehobener Reihenschaltung der Klammerung. In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Festschaltstück 1 mit ge ^¬ hörnten Konturen 2, 3 dargestellt, das vorzugsweise U-förmig ausgebildet ist mit zwei parallel zueinander ausgerichteten Schenkeln 4, 5 sowie einem Übergangsbereich 6, der die beiden Schenkel 4, 5 miteinander verbindet. Im Übergangsbereich 6 sind die gehörnten Konturen 2, 3 vorzugsweise als zwei paral ^¬ lel zueinander ausgerichtete Stege ausgebildet, die durch ei ^¬ ne Ausnehmung 7 voneinander getrennt sind. Innerhalb der Aus ^¬ nehmung 7 ist vorzugsweise eine Nase 8 ausgebildet, die als Fortsatz des Schenkels 4 des Festschaltstücks 1 in die Aus- nehmung 7 hineinreicht und die Auflagefläche zum Auflöten der Kontakte 9 unterhalb des Schenkels jedes Festschaltstücks 1 vergrößert. Die Nase 8 dient außerdem als Abdichtung zwischen Ober- und Unterteil des Leistungsschalters. Fig. 2 zeigt eine Anordnung aus einem Kontaktschieber 10 und zwei am Kontaktschieber 10 angeordneten Festschaltstücken 1, die sich gegenüber liegen. Im Kontaktschieber 10 ist eine Feder 11 angeordnet, auf welcher ein bewegliches Schaltstück 12 mit Kontakten 13 lagert. Gegenüber liegend zu den Kontakten 13 des beweglichen Schaltstücks 12 sind die Kontakte 9 der Festschaltstücke 1 angeordnet. Die erfindungsgemäßen Fest ^¬ schaltstücke 1 mit den gehörnten Konturen 2, 3 sind auf ge ^¬ genüber liegenden Seiten vom Kontaktschieber 10 angeordnet und parallel zum beweglichen Schaltstück 12 im Kontaktschie- ber 10 positioniert, so dass die jeweiligen Kontakte 9, 13 am beweglichen Schaltstück 12 beziehungsweise am Festschaltstück 1 im Kurzschlussfall aufeinander treffen können.

In Fig. 3 ist die Anordnung aus Kontaktschieber 10 und Fest- schaltstücken 1 innerhalb eines Schaltgerätegehäuses darge ^¬ stellt. Dabei ist der Kontaktschieber 10 innerhalb des Gehäu ^¬ ses des Leistungsschalters in eine Kontaktschieberaufnahme ^¬ vorrichtung 14 integriert, die derart ausgebildet ist, dass zwischen den gehörnten Konturen 2, 3 und der Nase 8 des Festschaltstücks 1 Gehäusewandungen beziehungsweise Gegenkonturen 15 für die gehörnten Konturen 2, 3 angeordnet sind, die die Aufnahmeräume für die gehörnten Konturen 2, 3 bilden. Die Ge- genkonturen 15 sind vorzugsweise L-förmig ausgebildet, wobei ein Schekel aus der Gehäusewandung des Leistungsschalters herausragt und der andere Schenkel im vorzugsweise 90° Winkel zum ersten steht und so eine Ausnehmung zur Gehäusewandung für die gehörnten Konturen 2,3 bildet.

In Fig. 4 ist eine Anordnung der parallel zueinander ausgerichteten Festschaltstücke 1 innerhalb eines Schaltgehäuses eines Leistungsschalters dargestellt. Innerhalb eines Leis ^¬ tungsschalters sind vorzugsweise drei Kammern angeordnet, die jeweils einen Kontaktschieber 10 mit zwei sich gegenüber liegenden Festschaltstücken 1 aufnehmen. In Fig. 5 ist noch mal die Reihenschaltung 16 der Klammerung innerhalb eines Schaltgerätegehäuses eines Leistungsschalters dargestellt. Die Klammerung beruht darauf, dass die gehörnten Konturen 2, 3 der Festschaltstücke 1 in die Ausnehmungen der Gegenkonturen 15 der Kontaktschieberaufnahmevorrichtung greifen.

Die erfindungsgemäßen Festschaltstücke mit gehörnten Konturen zeichnen sich dadurch aus, dass sie ohne Zusatzteile eine deutliche Versteifung der Schaltkammer des Leistungsschalters erreichen. Die Gehäusebiegung wird durch sie verringert. Die Schaltstücke werden gut fixiert, wobei die Montagereihenfolge nicht verändert werden muss. Durch die vorstehende Nase wird zum Einen eine Vergrößerung der Auflagefläche für die Kontak- te ermöglicht, zum Anderen eine gute Abdichtung zum oberen Teil des Leistungsschalters gewährleistet. Der offene Quer ^¬ schnitt nach oben hin sinkt von ca. 160mm ² auf 60mm ² . Im Kurzschlussfall wird die Wandausbiegung des Unterteils des Leistungsschalters im Mittelbereich begrenzt. Diese Begren- zung beträgt nach ersten Abschätzungen 20 bis 25% der bisherigen Ausbiegung. Das Unterteil wird somit um diesen Betrag weniger als bisher ausgebogen. Damit wird auch das Risiko des Ausreißens des Oberteils des Leistungsschalters durch ein An ^¬ drücken des Unterteils vermindert.