EP0266762A2 - Strombegrenzendes elektrisches Schaltgerät - Google Patents

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EP0266762A2
EP0266762A2 EP87116282A EP87116282A EP0266762A2 EP 0266762 A2 EP0266762 A2 EP 0266762A2 EP 87116282 A EP87116282 A EP 87116282A EP 87116282 A EP87116282 A EP 87116282A EP 0266762 A2 EP0266762 A2 EP 0266762A2
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EP
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contact arm
locking
switching device
switching
housing
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EP0266762B1 (de
EP0266762A3 (en
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Hermann Dr. Hochhaus
Helmut Dipl.-Ing. Drewes
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H01H77/102—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement
    • H01H77/104—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement with a stable blow-off position

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device according to the preamble of claim 1.
  • the shortest possible switch-off delay times (e.g. 2 ms or less) are required. These times cannot be achieved with the usual lock constructions (on / off mechanism, quick release device by means of a magnetic release) due to the masses to be accelerated and the lever paths to be traveled.
  • the short-circuit current itself must therefore contribute to the accelerated opening of the switching elements (dynamic opening).
  • the electrodynamic effect on the contact arms is generally relatively small in the nominal current and overload range, but in the event of a short circuit, usable forces result from the quadratic current dependence. Currents are problematic, the amplitude of which causes lifting and a slight opening of the contact pieces, but is too small for further acceleration of the contact arm masses are. This can lead to the contacts being closed again or to undesired bouncing processes.
  • DE-OS 1463 320 a construction is known from DE-OS 1463 320 in which a releasable rack coupling is present between the movable contact piece of the contact system and a rotary or pivoting lever causing the release of a switching lock, which has a frictional connection between the movable contact piece and the rotary or swivel lever produces when the movable contact piece strives to perform a closing movement opposite to the opening movement during the opening process, e.g. B. when rebounding from a stop or with an imperfect opening.
  • the object of the invention is to improve a switching device of the type mentioned above in such a way that after an electrodynamic opening of the contact system with simple means a reliable locking of the movable switching contact arm is ensured in any position dependent on the opening forces, which can be released again.
  • the additional switching function can be integrated with relatively few construction parts, and the arc extinguishing is improved with increased security for the switching system and the subordinate and elements to be protected.
  • the lock release mechanism can be made simpler since its mechanical delay time is no longer critical for the switch-off behavior.
  • a minimum contact distance can be set at which the earliest it can be kept open after dynamic lifting.
  • skilful shaping of the locking lugs a progressive inhibition can be achieved on the opening switch contact arm, which prevents strong opening and / or bouncing back at very high currents.
  • the switch is in the switch position "on".
  • the contact piece 1 on the movable contact arm 2 lies on the fixed contact piece 3, which is arranged on a loop-shaped power supply 4.
  • the key switch 5 is in the locked position.
  • a certain contact force is predetermined by the lever mechanism and a spring 6.
  • a toothing 7 is attached, which interacts with a spring 8 arranged in the housing bottom.
  • the lower knee joint lever 9 of the switching lock 5 and the switching shaft 10 are articulated on the contact arm 2 via a lever 11 by means of a bolt 12.
  • the movable contact arm 2 is repelled against the force of the spring 6 by the forces which arise from the loop-shaped design of the power supply and rotates about an axis A (bolt 12) on a circular path a (FIG. 1b switch dynamically opened ). If the repulsive force overall is so strong that the spring 8 engages at least in the first toothing 7, a renewed closing or rebounding of the contacts is no longer possible. The arc between the contact pieces must commute as quickly as possible from these on tracks or directly into an extinguishing system.
  • the now unlocked switch lock 5 acts a short time later on the contact arm 2 and lifts it in another way b around the pivot point B, the latching being released. The arm is guided on path b to the end position (Fig. 1c switch open).
  • a stepless inhibition is achieved in that the contact arm 2 instead of a toothing as in the example according to FIG. 1 has a part 13 rounded off with a radius r, which cooperates with a spring-loaded friction roller 14, 15 in the housing base.
  • the contact arm 2 can be moved along the roller 15.
  • the roller 15 wedges in the opposite direction (closing of the contacts) the contact arm 2 with the housing bottom.
  • the escapement is released again when the mechanical switching lock 5 lifts the contact arm 2 from path a with the pivot point A to path b with the pivot point B in the direction of the switch-off position
  • FIG. 2c. 2b shows the dynamic open position in which the contact arm 2 is prevented from returning by the friction roller 15.
  • the variant according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 1 in principle in that the cams 17 for latching or latching are part of a housing or bulkhead wall 18 or can be inserted into this as a special component.
  • the counterpart for the cams 17 can be a bolt 19 in the contact arm 2.
  • FIG. 4 Another solution to the problem is shown in FIG. 4. Thereafter, cams 21 are mounted in opposite housing walls 20. A limitation to certain radii is not necessary.
  • the locking takes place by means of an elastic cam 22 on the movable contact arm 2.
  • the force in the opening direction causes the cams to "ratchet” until the contact arm 2 stops.
  • the movement of the arm back or even in the fully open position of the switching device requires at least one force F to overcome it another cam.
  • This force must be applied from the unlocked switch lock to the opening or from the mechanical or electrical actuation unit (spring-loaded mechanism, coil, armature, motor drive, manual operating device).

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Abstract

In strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschaltern wird ein Zurück­prellen des Kontaktarmes (2) nach erfolgter elektrodynamischer Öffnung durch eine Verrastung in Teiloffenstellung verhindert. Die Verrastung in be­liebigen, von den Öffnungskräften abhängigen Positionen,erfolgt dadurch, daß am beweglichen Kontaktarm Nuten, Verzahnungen oder Auflaufflächen angebracht sind, die mit einem in Gehäuse fest angebrachten entsprechend ausgebildetem Gegenstück (15) zusammenwirken oder dadurch, daß in der Gehäuse- oder Schaltwand Vertiefungen oder Ausbuchtungen vorgesehen sind, die mit einem Gegenstück im Schaltkontaktarm zusammenwirken. Die Verrastung wird erst durch das entriegelte Schloß und der damit verbundenen Kontaktarm­bewegung um einen anderen Drehpunkt aufgehoben oder durch eine aufzu­wendende Kraft, die größer als die Haltekraft ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät gemäß Oberbe­griff des Anspruchs 1.
  • In Schaltgeräten mit strombegrenzender Charakteristik werden möglichst kurze Ausschaltverzugszeiten (z. B. 2 ms oder weniger) gefordert. Diese Zeiten können mit den üblichen Schloßkonstruktionen (Ein-/Ausschaltmechanismus, Schnellauslösevorrichtung mittels magnetischem Auslöser) aufgrund der zu beschleunigenden Massen und der zu durchfahrenden Hebelwege nicht er­reicht werden.
  • Der Kurzschlußstrom selbst muß deshalb zur beschleunigten Öffnung der Schaltglieder beitragen (dynamische Öffnung). Die elektrodynamische Wirkung auf die Kontaktarme ist im allgemeinen in Nennstrom- und Überlastbereich relativ klein, im Kurzschlußfall ergeben sich aber durch die quadratische Stromabhängigkeit nutzbare Kräfte. Problematisch sind Ströme, deren Amplitude zwar ein Abheben und eine geringe Öffnung der Kontaktstücke bewirken, aber für eine weitere Beschleunigung der Kontaktarmmassen zu klein sind. Hier kann es zum erneuten Schließen der Kontakte bzw. zu uner­wünschten Prellvorgängen kommen. Um dieses zu verhindern, ist aus der DE-OS 1463 320 eine Konstruktion bekannt, bei der zwischen dem beweglichen Kontaktstück des Kontaktsystems und einem die Entklinkung eines Schalt­schlosses bewirkenden Dreh- oder Schwenkhebel eine lösbare Zahnstangen­kupplung vorhanden ist, die einen Kraftschluß zwischen dem beweglichen Kontaktstück und dem Dreh- oder Schwenkhebel dann herstellt, wenn das bewegliche Kontaktstück bestrebt ist, beim Öffnungsvorgang entgegenge­setzt zur Öffnungsbewegung eine Schließbewegung auszuführen, z. B. beim Rückprellen von einem Anschlag oder bei nur unvollkommener Öffnung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schaltgerät der vorangehend erwähnten Art derart zu verbessern, daß nach einer elektrodynamischen Öffnung des Kontaktsystems mit einfachen Mitteln eine betriebssichere Arretierung des beweglichen Schaltkontaktarmes in beliebigen, von den Öffnungskräften abhändigen, Positionen gewährleistet wird, die wieder lösbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die besonderen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß mit relativ wenigen Konstruktionsteilen die zusätzliche Schaltfunktion integriert werden kann, und die Lichtbogenlöschung bei erhöhter Sicherheit für das Schalt­system und die nachgeordneten und zu schützenden Elemente verbessert wird. Der Schloßauslösemechanismus kann einfacher gestaltet werden, da desssen mechanische Verzugszeit nicht mehr kritisch für das Ausschaltverhalten ist. Je nach Schaltgerätetyp und Stromstärke kann ein Mindestkontaktabstand eingestellt werden, bei dem es frühestens zur Offenhaltung nach dem dynamischen Abheben kommt. Durch geschickte Formgebung der Rastnasen kann auf den aufschlagenden Schaltkontaktarm eine progressive Hemmung erwirkt werden, die ein starkes Aufschlagen und/oder Zurückprellen bei sehr hohen Strömen verhindert.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Kontakteinrichtung in drei Schaltstellungen mit einer Ver­zahnung am beweglichen Kontaktarm und einer Feder im Gehäuseboden,
    • Fig. 2 die Kontakteinrichtung mit einer Auflauffläche am Kontaktarm und einer Reibrolle am Gehäuseboden, ebenfalls in drei Schaltstellungen,
    • Fig. 3 eine Verzahnung in einer Gehäusewand, die mit einem Bolzen im Kontakt­arm zusammenwirkt und
    • Fig. 4 eine Variante mit Nocken in gegenüberliegenden Gehäusewandungen, die mit einem Nocken am Kontaktarm zusammenwirken.
  • Gemäß Fig. 1a befindet sich der Schalter in der Schaltstellung "Ein". Das Kontaktstück 1 am beweglichen Kontaktarm 2 liegt auf dem festen Kontakt­stück 3, das auf einer schleifenförmigen Stromzuführung 4 angeordnet ist. Das Schaltschloß 5 ist in verriegelter Stellung. Durch die Hebelmechanik und eine Feder 6 ist eine bestimmte Kontaktkraft vorgegeben. An einem Teil des Kontaktarmes 2 ist eine Verzahnung 7 angebracht, die mit einer im Ge­häuseboden angeordneten Feder 8 zusammenwirkt. Am Kontaktarm 2 sind der untere Kniegelenkhebel 9 des Schaltschlosses 5 und die Schaltwelle 10 über einem Hebel 11 mittels eines Bolzens 12 angelenkt. Bei einem hohen Kurzschlußstrom wird der bewegliche Kontaktarm 2 entgegen der Kraft der Feder 6 durch die Kräfte, die durch die schleifenförmige Gestaltung der Stromzu­führung entstehen, abgestoßen und dreht um eine Achse A (Bolzen 12) auf einer Kreisbahn a (Fig. 1b Schalter dynamisch geöffnet). Ist die Abstoßungs­kraft insgesamt so stark, daß die Feder 8 zumindest in die erste Ver­zahnung 7 einrastet, ist ein erneutes Schließen bzw. Zurückprallen der Kontakte nich mehr möglich. Der Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken muß schnellstens von diesen auf Laufschienen oder direkt in ein Lösch­system kommutieren. Das inzwsichen entriegelte Schaltschloß 5 wirkt kurze Zeit später auf den Kontaktarm 2 und hebt diesen auf einen anderen Weg b um den Drehpunkt B, wobei die Verrastung aufgehoben wird. Der Arm wird auf dem weg b bis zur Endposition geführt (Fig. 1c Schalter offen).
  • In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird eine stufenlose Hemmung dadurch erreicht, daß der Kontaktarm 2 statt einer Verzahnung wie im Beispiel nach Fig. 1 einen mit einem Radius r abgerundeten Teil 13 aufweist, der mit einer federbelasteten Reibrolle 14, 15 im Gehäuseboden zusammenwirkt. In Richtung des Pfeiles 16 kann der Kontaktarm 2 entlang der Rolle 15 bewegt werden. In der Gegenrichtung (Schließen der Kontakte) verkeilt die Rolle 15 den Kontaktarm 2 mit dem Gehäuseboden. Die Hemmung wird wieder aufgehoben, wenn das mechanische Schaltschloß 5 den Kontaktarm 2 vom Weg a mit dem Drehpunkt A auf den Weg b mit dem Drehpunkt B hebt in Richtung Ausschaltestellung Fig. 2c bewegt. Die Fig. 2b zeigt die dynamische Offenstellung, in der der Kontaktarm 2 durch die Reibrolle 15 am Rücklauf gehindert wird.
  • Die Variante nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 prinzipiell dadurch, daß die Nocken 17 zur Verklinkung bzw. Ver­rastung Teil einer Gehäuse- oder Schottwand 18 sind oder als besonderes Bauteil in diese eingefügt werden können. Das Gegenstück für die Nocken 17 kann ein Bolzen 19 im Kontaktarm 2 sein. Bei einer dynamischen Öffnung der Kontaktstücke wird der Kontaktarm 2 um die Achse A auf einer Kreis­bahn a bewegt und in einer durch die elektrodynamischen Kräfte und die Kraft der Feder 6 bestimmten Stellung verrastet. Die Nockenreihe 17 ist so gestaltet, daß sie in ihrem Radius der Kreisbahn a entspricht. Die Ver­rastung wird wieder durch die nachfolgende Drehung der Schaltwelle 10 (Achse B mit der Kreisbahn b) aufgehoben.
  • Eine andere Lösung des Problems ist in Fig. 4 dargestellt. Danach sind Nocken 21 in gegenüberliegenden Gehäusewandungen 20 angebracht. Eine Be­schränkung auf bestimmte Radien ist nicht erforderlich. Die Verrastung geschieht durch einen elastischen Nocken 22 am beweglichen Kontaktarm 2. Die Kraft in Öffnungsrichtung bewirkt ein "Überratschen" der Nocken bis zum Stillstand des Kontaktarmes 2. Die Bewegung des Armes zurück oder auch in volle Offenstellung des Schaltgerätes erfordert mindestens eine Kraft F zur Überwindung weiterer Nocken. Diese Kraft muß vom entriegelten Schaltschloß zur Öffnung, bzw. von der mechanischen oder elektrischen Betätigungseinheit (Federspeicher, Spule, Anker, motorischer Antrieb, manuelle Bedienungseinrichtung) aufgebracht werden.

Claims (9)

1. Elektrisches Schaltgerät mit zwei Kontaktstücken je Polbahn, von denen mindestens eines an einem beweglichen Schaltkontaktarm gelagert ist, der sowohl durch mechanische Betätigung als auch durch elektrodynamische Öffnungskräfte bewegt wird, der durch eine Verriegelung in beliebigen, von den Öffnungskräften abhängigen, Positionen gegen ein Zurückprellen nach einer elektrodynamischen Öffnung geschützt ist und dessen Verriegelung bei Auslösung des Schaltschlosses lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des beweglichen Schalkontaktarmes (2) mit Nuten, Verzahnungen (7) oder Auflaufflächen (13) versehen ist, die zusammen mit einem entsprechend ausgebildeten Gegenstück (8,15) ein Verriegeln des Schaltkontaktarmes gestatten.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadruch gekennzeichnet, daß die Nuten, Verzahnungen o. ä. (7) im Schaltkontaktarm (2) mit einer Feder (8) im Gehäuseboden zusammenwirken.
3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ge­staltung der Nuten, Verzahnungen oder ähnliches (7) jede beliebige Anfangs­position für die Verriegelung realisierbar ist.
4. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflauf­fläche (13) am Schaltkontaktarm (2) mit einem Reibrollmechanismus (14, 15) im Gehäuseboden zusammenwirkt.
5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ge­staltung der Auflauffläche (13) jede beliebige Anfangsposition für die Verriegelung realisierbar ist.
6. Elektrisches Schaltgerät mit zwei Kontaktstücken je Polbahn, von denen mindestens eines an einem beweglichen Schaltkontaktarm gelagert ist, der sowohl durch mechanische Betätigung als auch durch elektrodynamische Öffnungs­kräfte bewegt wird, der durch eine Verriegelung in beliebigen, von den Öffnungskräften abhängigen, Positionen gegen ein Zurückprellen nach einer elektrodynamischen Öffnung geschützt ist und dessen Verriegelung bei Aus­lösung des Schaltschlosses lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver­riegelung des Schaltkontaktarmes (2) Vertiefungen oder Ausbuchtungen (17) in einer Gehäuse- oder Schottwand (18) vorgesehen sind, die mit einem Gegen­stück (19) im Schaltkontaktarm (2) derart zusammenwirken, daß bei der elektrodynamischen Öffnung des Schaltkonktarmes (2) dessen Gegenstück (19) die Vertiefungen oder Ausbuchtungten (17) bis zum Stillstand überläuft und daß die Bewegung des Schaltkontaktarmes (2) in die normale Offenstellung bzw. in die Einschaltstellung durch Überwindung der Reibkraft des Verriegelungs­mechanismusses mittels einer mechanischen oder elektrischen Betätigungs­einheit ausgeführt wird.
7. Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Nocken (22) am Schaltkontaktarm (2) mit festen Nocken (21), die an der Ge­häusewandung (20) angeordnet sind, zusammenwirkt.
8. Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtungen oder Vertiefungen (17) in Einsätzen der Gehäuse- oder Schottwand (18) vorge­sehen sind.
9. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (24) in Einsätzen der Gehäuse-oder Schottwand (18) vorgesehen sind.
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EP0266762A3 EP0266762A3 (en) 1989-02-22
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