WO/2011/097612 | CIRCUIT BREAKER ELECTRICAL CONTACT ASSEMBLY, AND SYSTEMS AND METHODS USING SAME |
JPS6215726 | CIRCUIT BREAKER |
WO/1995/019634 | CIRCUIT BREAKER HAVING DOUBLE BREAK MECHANISM |
AUKOFER SEBASTIAN (DE)
EP0399282A2 | 1990-11-28 | |||
US6259048B1 | 2001-07-10 | |||
DE10056821A1 | 2002-05-23 | |||
EP0540431A1 | 1993-05-05 | |||
EP0314540A1 | 1989-05-03 | |||
GB785874A | 1957-11-06 |
Patentansprüche
1. Kontaktsystem (1) für ein elektrisches Schaltgerät, mit einem an einem ersten Kontaktarm (2) angeordneten ersten Kon- takt (3) und mit einem an einem zweiten Kontaktarm (4) angeordneten zweiten Kontakt (5) , wobei die beiden Kontaktarme (2, 4), sofern kein Kurzschluss vorliegt, in einer Kontaktpo ¬ sition angeordnet sind, in der die beiden Kontakte (3, 5) zur Bildung eines geschlossen Strompfades dienen, wobei die bei- den Kontaktarme (2, 4) über ein oder mehrere Federelemente
(22) miteinander verbunden und zum Unterbrechen des Strompfades in einem Kurzschlussfall beweglich an einem Koppelglied
(23) angeordnet sind, welches mit einer oder mehreren Schalt ¬ wellen (27, 28) verbunden ist.
2. Kontaktsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktarme (2, 4) derart an dem Koppelglied (23) angeordnet sind, dass eine Bewegung der Kontaktarme (2, 4) im Kurzschlussfall von der Kontaktposition in eine öffnungsposi- tion ein Verschieben der Angriffspunkte der Federelemente (22) und damit eine Verringerung des auf die Schaltwellen (27, 28) wirkenden Drehmoments zur Folge hat.
3. Kontaktsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Federelemente (22) unmittelbar an den Kon ¬ taktarmen (2, 4) befestigt sind. |
Beschreibung
Kontaktsystem für ein elektrisches Schaltgerät
Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für ein elektrisches Schaltgerät .
Elektrische Schaltgeräte mit den verschiedensten Kontaktsys ¬ temen sind in großer Anzahl aus dem Stand der Technik be- kannt . Darunter befinden sich so genannte Doppelunterbrecher- Kontaktsysteme, bei denen bei einem Kurzschluss ein Unterbre ¬ chen des Strompfades mit Hilfe eines mit zwei Kontakten ver ¬ sehenen, drehbar an einer Schaltwelle gelagerten Schaltarmes an zwei Stellen gleichzeitig erfolgt . Dadurch kann im Kurz- schlussfall ein vergleichsweise schnelles öffnen gewährleis ¬ tet werden.
Von Bedeutung ist dabei stets, dass der öffnungsvorgang sicher durchgeführt und vollständig abgeschlossen wird. Mit an- deren Worten darf der einmal geöffnete Schalter nicht wieder zufallen. Bei vielen aus dem Stand der Technik bekannten Doppelunterbrecher-Kontaktsystemen ist dies nur mit aufwändigen Hilfsvorrichtungen möglich.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu finden, mit der ein sicheres öffnen eines Kontaktsystems mit wenigstens zwei Kontakten erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Kontaktsystem nach Anspruch 1 gelöst. Danach ist ein Kontaktsystem für ein elektrisches
Schaltgerät vorgesehen, mit einem an einem ersten Kontaktarm angeordneten ersten Kontakt und mit einem an einem zweiten Kontaktarm angeordneten zweiten Kontakt, wobei die beiden Kontaktarme, sofern kein Kurzschluss vorliegt, in einer Kon- taktposition angeordnet sind, in der die beiden Kontakte zur Bildung eines geschlossen Strompfades dienen, wobei die bei ¬ den Kontaktarme über ein oder mehrere Federelemente miteinan ¬ der verbunden und zum Unterbrechen des Strompfades in einem
Kurzschlussfall beweglich an einem Koppelglied angeordnet sind, welches mit einer oder mehreren Schaltwellen verbunden ist.
Eine Kernidee der Erfindung ist es, bei einem Doppelunterbre ¬ cher-Kontaktsystem jedem Kontakt einen eigenen Kontaktarm zuzuordnen. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Anord ¬ nung der Kontaktarme zueinander, die erfindungsgemäß dadurch verwirklicht wird, dass die beiden Kontaktarme über Federele- mente miteinander verbunden und darüber hinaus beweglich an einem Koppelglied angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl von konstruktiven Lösungsmöglichkeiten, um einen sicheren öffnungsvorgang des Schalters im Kurzschlussfall zu gewährleisten. Insbesondere kann durch das konstruktive und funktionale Zusammenwirken von Kontaktarmen, Federelementen und Koppelglied sichergestellt werden, dass der öffnungsvor ¬ gang auch sicher abgeschlossen wird und ein einmal geöffneter Schalter nicht wieder zufällt .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, die Kontaktarme derart an dem Koppelglied anzu- ordnen, dass eine Bewegung der Kontaktarme im Kurzschlussfall von der Kontaktposition in eine öffnungsposition ein Verschieben der Angriffspunkte der Federelemente und damit eine Verringerung des auf die Schaltwellen wirkenden Drehmoments zur Folge hat . Mit anderen Worten sind die konstruktiven EIe- mente des Kontaktsystems bevorzugt derart ausgebildet und zu ¬ einander angeordnet, dass das beim öffnen entstehende und der öffnungsbewegung entgegengerichtete Drehmoment immer mehr ab ¬ nimmt, je weiter der öffnungsvorgang fortschreitet. Ein versehentliches Zufallen des Schalters wird dadurch erheblich erschwert. Zugleich bildet dies die Voraussetzung für ein si ¬ cheres Auslösen des Schaltschlosses. Darüber hinaus ist es durch die Erfindung möglich, die Kontaktarme gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen kleiner auszu-
führen. Neben einer Material- und Kosteneinsparung bedeutet dies auch, dass die zu bewegenden Massen geringer sind, was für den Betrieb des Kontaktsystems von erheblichem Vorteil ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Federelemente unmittelbar an den Kontaktarmen befestigt. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Feder ¬ elemente direkt in den Kontaktarmen integriert sind. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile benötigt wer ¬ den. Der für das erfindungsgemäße Kontaktsystem erforderliche Bauraum ist dadurch sehr gering. Es steht somit mehr Platz für andere Baugruppen des Schaltgerätes zur Verfügung. Zugleich verringern sich gegenüber anderen Lösungen die Mate- rial-, Herstellungs- und Montagekosten, so dass damit insge ¬ samt eine kostengünstige Lösung bereitgestellt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ¬ spiels beschrieben, das mit Hilfe von Zeichnungen näher er- läutert wird. Hierbei zeigen in vereinfachten, z. T. schema ¬ tischen Darstellungen:
FIG 1 ein Kontaktsystem in einer Kontaktposition,
FIG 2 das Kontaktsystem aus FIG 1 in einer öffnungsposi- tion bei nicht ausgelöstem Schaltschloss,
FIG 3 das Kontaktsystem aus FIG 1 in einer öffnungsposi ¬ tion bei ausgelöstem Schaltschloss, und
FIG 4 ein Koppelglied, wie es bei einem Kontaktsystem nach FIG 1 zum Einsatz kommt.
Ein elektrisches Schaltgerät umfasst ein Kontaktsystem 1 mit einem an einem ersten Kontaktarm 2 angeordneten ersten beweglichen Kontakt 3 und mit einem an einem zweiten Kontaktarm 4 angeordneten zweiten beweglichen Kontakt 5, vgl. FIG 1. Die beiden Kontaktarme 2, 4 erstrecken sich dabei im Wesentlichen entlang einer gemeinsamen Längsachse 6. In der in FIG 1 dargestellten Kontaktposition (kein Kurzschluss) sind die Kontaktarme 2, 4 derart angeordnet, dass die beiden beweglichen
Kontakte 3, 5 zur Bildung eines geschlossen Strompfades die ¬ nen. Hierzu liegen sie an entsprechenden Festkontakten 7, 8 an, die an dazu vorgesehenen Kontaktträgern 9, 10 befestigt sind.
Jeder Kontaktarm 2, 4 weist im Wesentlichen die Form eines Keiles auf, der sich von seinem Fußende 12 beginnend in Rich ¬ tung Kopfende 13 verjüngt. Dabei ist das Fußende 12 gabelför ¬ mig ausgebildet, wobei die Gabelform durch zwei Anschlagele- mente 14, 15 gebildet wird. Das eine Anschlagelement 14 der
Gabel ist der Kontaktarmoberseite 16 und das andere Anschlag ¬ element 15 der Gabel der Kontaktarmunterseite 17 zugeordnet. Jedes Anschlagelement 14, 15 weist eine nach innen gerichtete Anschlagsfläche 18, 19 auf. Die Anschlagsflächen 18, 19 einer Gabel weisen aufeinander zu und sind in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet. Sie bilden zwischen sich eine nutför- mige Aufnahme 21 aus.
In der Kontaktposition nehmen die beiden Kontaktarme 2, 4 ein Stellung ein, in der die im Bereich der voneinander weg weisenden Kopfenden 13 der Kontaktarme 2, 4 auf der Kontaktarmoberseite 16 angeordneten beweglichen Kontakte 3, 5 parallel zueinander liegen. Dabei sind die Kontaktarme 2, 4 entlang ihrer Längsachse 6 um 180° gegeneinander verdreht angeordnet, so dass die beiden beweglichen Kontakte 3, 5 in entgegenge ¬ setzte Richtungen zeigen.
Die beiden Kontaktarme 2, 4 sind über zwei Federelemente 22 in Form von vorgespannten spiralförmigen Zugfedern miteinan- der verbunden. Dabei ist auf jeder Seite der Kontaktarmanord ¬ nung jeweils ein Federelement 22 vorgesehen. In den FIG 1 bis 3 ist immer nur das Federelement einer Seite sichtbar. Die Federelemente 22 sind dabei jeweils zwischen denjenigen An ¬ schlagelementen 14 der beiden Kontaktarme 2, 4 befestigt, die den Kontaktarmoberseiten 16 zugeordnet sind. Anstelle der zwei getrennten Federelemente 22 kann auch ein einzelnes Fe ¬ derelement in Form einer Doppelfeder verwendet werden.
In der Kontaktposition stützen sich die beiden Kontaktarme 2, 4 mit ihren aufeinander zu gerichteten und gabelförmig ausgebildeten Fußenden 12 an einem Koppelglied 23 ab, wie es in FIG 4 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist. Da- bei sind die den jeweiligen Kontaktarmoberseiten 16 zugeordneten Anschlagelemente 14 über die Federelemente 22 derart miteinander verbunden, dass die an den Kontaktarmen 2, 4 angebrachten beweglichen Kontakte 3, 5 auf die Festkontakte 7, 8 gepresst werden. Mit anderen Worten sorgen die Federelemen- te 22 einerseits für den notwendigen Kontaktdruck und binden andererseits die Kontaktarme 2, 4 in das Koppelglied 23.
Das Koppelglied 23, das ebenso wie die Kontaktarme 2, 4 bei ¬ spielsweise aus Kupfer gefertigt ist, besteht im wesentlichen aus zwei identischen, plattenförmigen Seitenteilen 24, 25 aus einem elektrisch leitenden Material, die über zwei zylindrische Führungshülsen 26 miteinander verbunden sind. In den Führungshülsen 26 liegen zwei parallel zueinander verlaufende Schaltwellen 27, 28 ein, die entsprechend einer Rotation des Koppelgliedes 23 um eine Drehachse 29 bewegbar sind. Diese resultierende Drehachse 29 des Koppelgliedes 23 verläuft an zentraler Stelle des Koppelgliedes 23 parallel zu und zwi ¬ schen den Führungshülsen 26. Mit anderen Worten ist das Koppelglied 23 mit zwei Schaltwellen 27, 28 gekoppelt, die das Kontaktsystem nach dem Auslösen des Schaltschlosses durch eine Drehbewegung endgültig öffnen. Die Innenseiten der Führungshülsen 26 sind aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, damit die metallischen Schaltwellen 27, 28 gegenüber den einzelnen Strompfaden isoliert sind. Der Rest der Führungshülsen 26 ist elektrisch leitend, da sie als Teil des Stromkreises dazu dienen, im geschlossenen Zustand den Strom durch das Schaltgerät zu führen. Das Koppelglied 23 kann jedoch auch die Form eines massiven Materialblocks auf ¬ weisen, in dem zwei isolierte Bohrungen verlaufen.
In der Kontaktposition liegen die nutförmigen Aufnahmen 21 an den Fußenden 12 der Kontaktarme 2, 4 an den Führungshülsen 26 des Koppelgliedes 23 an. Zugleich liegen die den federbehaf-
teten Anschlagelementen 14 zugeordneten Anschlagsflächen 18 an entsprechend ausgebildeten Gegenanschlägen 31 an den Seitenteilen 24, 25 des Koppelgliedes 23 an und stützen sich daran ab .
In der Kontaktposition liegen die Achsen der Schaltwellen 27, 28 in einer Ebene 32 (Koppelgliedebene) , die parallel zu den - den Kontaktarmoberseiten 16 entsprechenden - Ebenen 33 (Kontaktebenen) angeordnet ist, in denen jeweils die bewegli- chen Kontakte 3, 5 angeordnet sind. Die ersten Gegenanschläge 31 verlaufen in einem spitzen Winkel zu der Koppelgliedebene 32.
Die U-Form der Kontaktträger 9, 10 und die Anordnung der Kon- taktarme 2, 4 relativ zu den Kontaktträgern 9, 10 hat zur
Folge, dass direkt zwischen den Kontaktträgern 9, 10 und den dazugehörigen Kontaktarmen 2, 4 der Strom in entgegengesetzte Richtung fließt. Im Ergebnis treten in den Kontaktarmen 2, 4 einerseits und in den Kontaktträgern 9, 10 der Festkontakte 7, 8 andererseits entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder auf, welche die magnetischen Kontaktarme 2, 4 in Richtung ei ¬ ner öffnungsbewegung (Drehrichtung 34) mit einer abstoßenden Magnetkraft beaufschlagen. Bei Normalbetrieb (kein Kurz- schluss) ist die resultierende Magnetkraft jedoch kleiner als die resultierende Kontaktkraft, die einerseits durch die am
Koppelglied 23 angebrachten Federelemente 22 und andererseits durch nicht weiter beschriebene Federelemente im Schalt- schloss (nicht abgebildet) aufgebracht wird.
Die erfindungsgemäße Ausführung mit zwei sich an einem Kop ¬ pelglied 23 abstützenden Kontaktarmen 2, 4 hat auch zur Folge, dass eine Bewegung der einzelnen Kontaktarme 2, 4 unab ¬ hängig voneinander möglich ist, wie sie unter bestimmten Bedingungen erwünscht ist. Beispielsweise kann die öffnungsbe- wegung in einem Kurzschlussfall für die Kontaktarme 2, 4 un ¬ terschiedlich ausfallen.
Bei einem Kurzschluss erhöht sich der durch die Kontaktträger 9, 10 der Festkontakte 7, 8 fließende Strom. Die nun sehr viel stärkeren entgegengesetzt gerichteten Magnetfelder bewirken, dass sich die an den Kontaktarmen 2, 4 angebrachten beweglichen Kontakte 3, 5 gegen die Federkraft der oben ge ¬ nannten Federelemente von den Festkontakten 7, 8 schlagartig lösen und sich um die als Auflagen und Drehflächen für die Kontaktarme 2, 4 dienenden Führungshülsen 26 am Koppelglied 23 aus ihrer Kontaktposition um die Drehachse des Koppelglie- des wegdrehen (Drehrichtung 34), vgl. FIG 2. Mit anderen Worten dreht sich der erste Kontaktarm 2 in Drehrichtung 34 um die erste Führungshülse 26 als Drehachse und der zweite Kon ¬ taktarm 4 dreht sich in der gleichen Drehrichtung 34 um die gegenüberliegende zweite Führungshülse 26 als Drehachse. An dem Weg, den die Kontaktarme 2,4 beschreiten, sind an geeig ¬ neter Stelle Löschbleche oder dergleichen (nicht abgebildet) angeordnet, die als Löschhilfe die zwischen den beweglichen Kontakten 3, 5 und den Festkontakten 7, 8 entstehenden Lichtbögen in viele Einzellichtbögen teilen.
Durch die Drehbewegung der beiden Kontaktarme 2, 4 erfolgt eine änderung des Anschlags der Fußenden 12 an dem Koppelglied 23. Während sich in der Kontaktposition die den federbehafteten Anschlagelementen 14 zugeordneten ersten An- schlagsflächen 18 an ersten Gegenanschlägen 31 des Koppelgliedes 23 abstützen, stützen sich nun die den ersten Anschlagsflächen 18 gegenüberliegenden zweiten Anschlagsflächen 19 der anderen Anschlagelemente 15 an zweiten Gegenanschlägen 35 ab, die auf denjenigen Seiten der Seitenteile 24, 25 des Koppelgliedes 23 vorgesehen sind, die den ersten Gegenanschlägen 31 gegenüber liegen. Das Koppelglied 23 verfügt mit anderen Worten über jeweils zwei Anschlagspaare 31, 35 und 31', 35', vgl. FIG 4, die jeweils einem der Kontaktarme 2, 4 zugeordnet sind. Dabei verlaufen sowohl ersten Gegenanschläge 31, 31' als auch die zweiten Gegenanschläge 35, 35' jeweils parallel zueinander. Die zweiten Gegenanschläge 35 sind dabei schräg zu den ersten Gegenanschlägen 31 angeordnet derge ¬ stalt, dass die zweiten Gegenanschläge 35 den Längskanten der
Seitenteile 24, 25 entsprechen, während die ersten Gegenanschläge 31 durch dreieckige, an den Längskanten der Seitenteile 24, 24 aufgesetzte und schräg von der Koppelgliedebene 32 weg weisende Nasen gebildet werden.
Insgesamt kommt es somit zu einer Verschiebung der beiden Kontaktebenen 33 relativ zu der immer noch lageunveränderten Koppelgliedebene 32. Die Anschlagsflächen 19 der Anschlagele ¬ mente 15 sowie die entsprechenden Gegenanschläge 35 des Kop- pelgliedes 23 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass die Kontaktebenen 33 nicht mehr parallel zueinander liegen, sondern nun einen spitzen Winkel einschließen. Dabei liegen die zweiten Gegenanschläge 35 noch immer - wie bereits in der Kontaktposition - parallel zu der Koppelgliedebene 32.
Während dieser Drehbewegung der Kontaktarme 2, 4 erfolgt nicht nur ein Spannen der Federelemente 22. Zugleich bewegen sich die Angriffspunkte der Federelemente 22 auf einer Rota ¬ tionsbahn immer mehr auf die Ebene der beiden Schaltwellen 27, 28 (Koppelgliedebene 32) zu. Das bedeutet, dass das er ¬ zeugte Gegendrehmoment mit fortschreitender Drehbewegung immer kleiner wird, da sich die Länge des wirksamen Hebelarms kontinuierlich verringert. Das beim öffnen entstehende und der öffnungsbewegung der Kontaktarme 2, 4 entgegengerichtete Drehmoment nimmt also immer mehr ab, je weiter der öffnungs ¬ vorgang fortschreitet. Da für eine Begrenzung der Drehbewe ¬ gung der Schaltwellen 27, 28 kein fester Anschlag oder dergleichen vorgesehen ist, bewegen sich die Schaltwellen 27, 28 im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lö- sungen über das übliche Maß hinaus in Drehrichtung weiter, was zu einem zusätzlichen Spannen der Federelemente 22 führt. Trotz der Erhöhung der Federspannung wird jedoch das Drehmoment auf die Schaltwellen 27, 28 erfindungsgemäß immer klei ¬ ner .
Anders ausgedrückt ist die Lagerung der Kontaktarme 2, 4 an dem Koppelglied 23 derart ausgeführt, dass bei dem Aufsprin ¬ gen der Kontakte 3, 5, 7, 8 durch das magnetische Feld die
Abstände zwischen den Angriffspunkten der Federelementen 22 an den Kontaktarmen 2, 4 einerseits und den Schaltwellen 27, 28 andererseits immer geringer werden. Je weiter sich die Kontakte 3, 5, 7, 8 öffnen, desto kleiner wird daher das re- sultierende Drehmoment. Im Ergebnis kann der Schalter schnel ¬ ler öffnen.
Nach einer gewissen, durch die Mechanik bedingten Verzögerung löst das Schaltschloss durch den magnetischen Auslöser aus und die Schaltwellen 27, 28 werden bewegt. Dadurch rotiert das Koppelglied 23 um seine zentrale Drehachse 29 in Dreh ¬ richtung 36, die der Drehrichtung 34 der Kontaktarme während des öffnens entspricht. Die Federelemente 22 entspannen sich und die Kontaktarme 2, 4 liegen wieder mit ihren ersten An- schlagsflächen 18 an den ersten Gegenanschlägen 31 des Koppelgliedes 23 an, vgl. FIG 3. Das bedeutet, dass auch die Koppelgliedebene 32 wieder parallel zu den Kontaktebenen 33 liegt. Die zweiten Gegenanschläge 35 liegen wieder parallel zu den Kontaktebenen 33. Der Schalter ist nun offen (ausge- löst) und der öffnungsvorgang ist sicher abgeschlossen, ohne dass die Gefahr eines Rückspringens in die Kontaktposition besteht. Ein Zufallen des Schalters, beispielsweise bei einer Abnahme des Kurzschlussstromes, wird damit sicher verhindert.
Bei einem Schließen des Schalters bewegt sich das Koppelglied 23 ein kleines Stück über die Kontaktebene 33 hinaus. Die daraus resultierende Spannung der Federelemente 22 bewirkt die benötigte Kontaktkraft, mit der die beweglichen Kontakte 3, 5 im geschlossenen Zustand des Schalters auf die Festkon- takte 7, 8 drücken.
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