EP1288990A2 - Schaltkontaktanordnung mit einer in Schliessrichtung und in Öffnungsrichtung wirkenden Federkraft - Google Patents

Schaltkontaktanordnung mit einer in Schliessrichtung und in Öffnungsrichtung wirkenden Federkraft Download PDF

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EP1288990A2
EP1288990A2 EP02090306A EP02090306A EP1288990A2 EP 1288990 A2 EP1288990 A2 EP 1288990A2 EP 02090306 A EP02090306 A EP 02090306A EP 02090306 A EP02090306 A EP 02090306A EP 1288990 A2 EP1288990 A2 EP 1288990A2
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contact
spring
lever
contact lever
springs
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Michael Sebekow
Guenter Seidler-Stahl
Ingo Thiede
Sezai Tuerkmen
Artur Wajnberg
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/22—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact
    • H01H1/221—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member
    • H01H1/225—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member the supporting member being pivotable

Definitions

  • the invention relates to a switch contact arrangement with a fixed switch contact and with a cooperating with it Contact lever on a pivoted Contact carrier is arranged movably, between which Contact lever and the contact carrier acts a spring force that the contact lever on the one hand in a dead center position Closing direction and on the other hand the dead center position in Direction of opening applied.
  • a switch contact arrangement of this type is through the US 4,845,459 became known. It has the property that the contact lever jumps from the closed position can be transferred to the open position without it this requires actuation of the contact carrier. Therefore suitable a contact arrangement of the present type in particular for current limiting circuit breakers where one Contact opening as quickly as possible is desirable if a very high current, especially a short-circuit current, occurs.
  • the invention is based on the object the switching contact arrangement mentioned at the beginning with a spring force, that both in the closing direction and in the opening direction acts to improve in such a way that an inevitable indifferent area is as small as possible, d. H. itself over a smaller swivel angle of the contact lever extends than before.
  • this object is achieved in that to apply the spring force two on opposite Springs arranged on the sides of the contact lever are provided, such that one of the springs (hold-open spring) in the sense the opening and the other spring (contact force spring) in the sense the closing of the contact lever works.
  • the effective Lever arm of the two springs with respect to a pivot bearing of the Contact lever on the contact carrier in the end positions of the contact lever has approximately the value zero in such a way that the im Sense of the opening of the contact lever acting spring in the Closed position of the contact lever and in the sense of Closing spring in the open position of the contact lever is essentially ineffective. In this way the two springs come into effect individually.
  • both springs are designed as helical compression springs, which are arranged on the one hand on the contact carrier Abutment and on the other hand on a boom of the contact lever with one depending on the pivoting of the contact lever support variable effective lever arm.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a current-limiting switch contact arrangement of a low-voltage circuit breaker in the closed position.
  • FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 the switching contact arrangement with the contact lever open and unchanged position of the contact carrier with respect to FIG. 1.
  • Figure 3 shows the switch contact arrangement in the open Position, as in the normal operation of the switch contact arrangement is effected by a drive.
  • the known assemblies of a switch contact arrangement are in 1 simplified, but in an actual Conditions in a low-voltage circuit breaker, for example corresponding positions are shown. Accordingly an upper connecting rail 1 and a lower one extend Connection rail 2 parallel to each other and protrude from one Dashed housing 3 of a circuit breaker out.
  • the upper connecting rail 1 carries a fixed one Switch contact 4, with which a movable contact lever 5 interacts. This can be moved around a pivot bearing 6, that on a turn mounted contact carrier 7 is arranged.
  • the pivot bearing 8 of the contact carrier 7 is located in a known manner near the inside End of the lower connecting bar 2. Also in a known one Way extends between the end of the contact lever 5 and the lower connecting bar 2 a flexible conductor 10, which completes the circuit of the circuit breaker.
  • the contact lever 5 has between its contact End and its pivot bearing 6 arranged boom 14 and 15, which are on opposite sides of the contact lever 5 extend. Two springs engage on these arms 14 and 15 16 or 17 on, which thus also on opposite Sides of the contact lever 5.
  • the outrigger 14 and 15 opposite ends of the springs 16 and 17 are supported on abutments 18 and 20 on the contact carrier 7 are arranged.
  • the springs 16 and 17 are as Helical compression springs are designed and are shown below according to their function as open spring 16 or as Contact force spring 17 designated.
  • FIG. 1 the closed state of the switch contact arrangement shows.
  • the design of the boom 14 and the arrangement of the abutment 18 achieved that the force of the open spring 16 on the pivot bearing 6 of the Contact lever 5 is directed and thus the effective lever arm b has the value zero.
  • the open spring has in this position 16 no effect on the contact lever 5.
  • the dimensioning of the boom 15 and the abutment 20 such an alignment of the contact force spring 17 achieves that an effective lever arm a with respect of the pivot bearing 6 occurs.
  • the properties of the contact force spring 17 in conjunction with lever arm a thus the between the contact lever 5 and the fixed Switch contact 4 occurring contact force.

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Abstract

Eine Schaltkontaktanordnung besitzt einen feststehenden Schaltkontakt (4) und einen mit diesem zusammenwirkenden Kontakthebel (5), der an einem Kontaktträger (7) schwenkbar gelagert ist. Eine Offenhaltefeder (16) sowie eine Kontaktkraftfeder (17) greifen mittels zugeordneter Ausleger (14) bzw. (15) des Kontakthebels (5) an diesem mit veränderbarer Kraftrichtung derart an, dass bei geschlossener Stellung des Kontakthebels (5) die Offenhaltefeder mit einem minimalen und die Kontaktkraftfeder mit einem maximalen Hebelarm am Kontakthebel (5) angreift. In der geöffneten Stellung des Kontakthebels relativ zu dem Kontaktträger (7) ist die Wirkung der genannten Federn umgekehrt. Die Schaltkontaktanordnung eignet sich für strombegrenzende Niederspannungs-Leistungsschalter und hat die Eigenschaft, dass ein indifferenter Bereich der Schwenkung des Kontakthebels (5) relativ zum Kontaktträger (7) gering und somit die Sicherheit für den Übergang des Kontakthebels aus der geschlossenen in die vollständig geöffnete Stellung bei Auftreten eines Kurzschlussstromes hoch ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltkontaktanordnung mit einem feststehenden Schaltkontakt und mit einem mit diesem zusammenwirkenden Kontakthebel, der an einem schwenkbar gelagerten Kontaktträger bewegbar angeordnet ist, wobei zwischen dem Kontakthebel und dem Kontaktträger eine Federkraft wirkt, die den Kontakthebel einerseits einer Totpunkt-Stellung in Schließrichtung und andererseits der Totpunkt-Stellung in Öffnungsrichtung beaufschlagt.
Eine Schaltkontaktanordnung dieser Art ist durch die US 4,845,459 bekannt geworden. Sie hat die Eigenschaft, dass der Kontakthebel aus der geschlossenen Stellung sprungartig in die geöffnete Stellung überführt werden kann, ohne dass es hierzu einer Betätigung des Kontaktträgers bedarf. Daher eignet sich eine Kontaktanordnung der vorliegenden Art insbesondere für strombegrenzende Leistungsschalter, bei denen eine möglichst rasche Kontaktöffnung erwünscht ist, wenn ein sehr hoher Strom, insbesondere ein Kurzschlussstrom, auftritt.
Gegenüber zahlreichen weiteren bekannten Schaltkontaktanordnungen, die eine strombegrenzende Öffnung ihrer Kontakthebel ermöglichen, zeichnet sich das vorstehend erläuterte System durch große mechanische Einfachheit aus. Diesem Vorzug steht jedoch gegenüber, dass der Kontakthebel eine indifferente Stellung, nämlich die Totpunkt-Stellung, einnehmen kann, wenn die Federkraft auf das Schwenklager des Kontakthebels am Kontaktträger gerichtet ist. In den meisten Fällen wird diese indifferente Position des Kontakthebels problemlos durchlaufen, weil nach der Einwirkung einer kontaktabhebenden Kraft auf den Kontakthebel dieser in Bewegung gesetzt wird und mit seiner kinetischen Energie den Totpunkt durchläuft. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass die kontaktabhebende Kraft geringer ist und die Bewegungsenergie gerade beim Erreichen der Totpunkt-Stellung aufgezehrt ist. Gleichfalls unerwünscht ist ein Vorgang, bei dem der Kontakthebel durch eine kontaktabhebende Kraft zunächst gleichfalls aus der geschlossenen Stellung abgehoben wird, jedoch die Totpunkt-Stellung weder erreicht noch überschreitet und daher anschließend in die geschlossene Stellung zurückkehrt. Auf Grund des inzwischen gezündeten Schaltlichtbogens ist besteht dann die Gefahr, dass die Schaltkontakte miteinander verkleben oder verschweißen und somit ein erheblicher Schaden an dem Leistungsschalter entsteht.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltkontaktanordnung mit einer Federkraft, die sowohl in Schließrichtung als auch in Öffnungsrichtung wirkt, in der Weise zu verbessern, dass ein unvermeidlicher indifferenter Bereich möglichst klein ist, d. h. sich über einen geringeren Schwenkwinkel des Kontakthebels erstreckt als bisher.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Aufbringung der Federkraft zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Kontakthebels angeordnete Federn vorgesehen sind, derart, dass die eine der Federn (Offenhaltefeder) im Sinne der Öffnung und die andere Feder (Kontaktkraftfeder) im Sinne der Schließung des Kontakthebels wirkt.
Neben der erwünschten Verkleinerung des indifferenten Schwenkwinkels des Kontakthebels ermöglichst es die Erfindung, die Schließ- und Öffnungskräfte durch Wahl geeigneter Feder in gewissen Grenzen unabhängig voneinander zu bemessen und hierdurch auch in dieser Hinsicht gegenüber der bekannten Kontaktanordnung eine Verbesserung zu erzielen.
Im Rahmen der Erfindung empfiehlt es sich, dass der wirksame Hebelarm der beiden Federn bezüglich eines Schwenklagers des Kontakthebels am Kontaktträger in den Endstellungen des Kontakthebels annähernd den Wert Null hat derart, dass die im Sinne der Öffnung des Kontakthebels wirkende Feder in der Schließstellung des Kontakthebels und die im Sinne der Schließung wirkende Feder in der geöffneten Stellung des Kontakthebels im Wesentlichen unwirksam ist. Auf diese Weise kommen die beiden Federn individuell zur Wirkung.
Wie dies bei der eingangs genannten Kontaktanordnung an sich bekannt ist, eignen sich für die Zwecke der Erfindung Schrauben-Druckfedern. In einer Ausgestaltung der Erfindung können dabei beide Federn als Schraubendruckfeder ausgebildet sein, die sich einerseits an einem am Kontaktträger angeordneten Widerlager und andererseits an einem Ausleger des Kontakthebels mit einem in Abhängigkeit von der Schwenkung des Kontakthebels veränderlichen wirksamen Hebelarm abstützen. Damit stehen beim Entwurf einer strombegrenzenden Schaltkontaktanordnung übersichtliche und gut berechenbare Parameter zur Verfügung, insbesondere die Eigenschaften der Federn und die relative Position der Widerlager am Kontaktträger und der Ausleger am Kontakthebel sowie die Ausrichtung dieser Widerlager und Ausleger auf das Schwenklager des Kontakthebels am Kontaktträger.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine strombegrenzende Schaltkontaktanordnung eines Niederspannungs-Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung.
Die Figur 2 zeigt in einer der Figur 1 entsprechenden Darstellung die Schaltkontaktanordnung mit geöffnetem Kontakthebel und gegenüber der Figur 1 unveränderter Stellung des Kontaktträgers.
Die Figur 3 zeigt die Schaltkontaktanordnung in der geöffneten Stellung, wie sie bei gewöhnlicher Betätigung der Schaltkontaktanordnung durch einen Antrieb bewirkt wird.
Die bekannten Baugruppen einer Schaltkontaktanordnung sind in der Figur 1 vereinfacht, jedoch in einer den tatsächlichen Verhältnissen in einem Niederspannungs-Leistungsschalter etwa entsprechenden Positionen dargestellt. Dementsprechend erstrecken sich eine obere Anschlussschiene 1 und eine untere Anschlussschiene 2 parallel zueinander und ragen aus einem gestrichelt angedeuteten Gehäuse 3 eines Leistungsschalters heraus. Die obere Anschlussschiene 1 trägt dabei einen feststehenden Schaltkontakt 4, mit dem ein bewegbarer Kontakthebel 5 zusammenwirkt. Dieser ist um ein Schwenklager 6 bewegbar, das an einem seinerseits schwenkbar gelagerten Kontaktträger 7 angeordnet ist. Das Schwenklager 8 des Kontaktträgers 7 befindet sich dabei in bekannter Weise nahe dem inneren Ende der unteren Anschlussschiene 2. Gleichfalls in bekannter Weise erstreckt sich zwischen dem Ende des Kontakthebels 5 und der unteren Anschlussschiene 2 ein biegsamer Leiter 10, der die Strombahn des Leistungsschalters vervollständigt.
Zur Betätigung der Schaltkontaktanordnung im normalem Betrieb dient eine Schaltwelle 11 mit einem darauf sitzenden Treibhebel 12, der gelenkig mit einer am Kontaktträger 7 angebrachten schwenkbaren Koppellasche 13 verbunden ist. Durch eine Schwenkung der Schaltwelle 11 im Uhrzeigersinn wird somit das aus dem Hebelarm 12 und der Koppellasche 13 bestehende Kniehebelsystem gestreckt und damit die Schaltkontaktanordnung geschlossen. Dementsprechend bewirkt eine Schwenkung der Schaltwelle 11 entgegen dem Uhrzeigersinn ein stärkeres Einknicken des aus dem Treibhebel 12 und der Koppellasche 13 bestehenden Kniehebelsystems und somit eines Schwenkung des Kontaktträgers 7 um sein Schwenklager 8. Dabei wird der Kontakthebel 5 von dem feststehenden Schaltkontakt 4 abgehoben.
Der Kontakthebel 5 besitzt zwischen seinem kontaktgebenden Ende und seinem Schwenklager 6 angeordnete Ausleger 14 und 15, die sich nach gegenüberliegenden Seiten des Kontakthebels 5 erstrecken. An diesen Auslegern 14 und 15 greifen zwei Federn 16 bzw. 17 an, die sich somit gleichfalls auf gegenüberliegenden Seiten des Kontakthebels 5 befinden. Die den Auslegern 14 und 15 gegenüberliegenden Enden der Federn 16 und 17 stützen sich an Widerlagern 18 und 20 ab, die an dem Kontaktträger 7 angeordnet sind. Die Federn 16 und 17 sind als Schrauben-Druckfedern ausgebildet und werden im Folgenden entsprechend ihrer Funktion als Offenhaltefeder 16 bzw. als Kontaktkraftfeder 17 bezeichnet.
Zum Verständnis der Wirkungsweise der gezeigten Schaltkontaktanordnung wird zunächst auf die Figur 1 Bezug genommen, die den geschlossenen Zustand der Schaltkontaktanordnung zeigt. Wie man erkennt, wird durch die Bemessung des Auslegers 14 und die Anordnung des Widerlagers 18 erreicht, dass die Kraft der Offenhaltefeder 16 auf das Schwenklager 6 des Kontakthebels 5 gerichtet ist und somit der wirksame Hebelarm b den Wert Null hat. Somit hat in dieser Stellung die Offenhaltefeder 16 keine Wirkung auf den Kontakthebel 5. Demgegenüber wird, gleichfalls durch die Bemessung des Auslegers 15 und des Widerlagers 20 eine solche Ausrichtung der Kontaktkraftfeder 17 erreicht, dass ein wirksamer Hebelarm a bezüglich des Schwenklagers 6 auftritt. Die Eigenschaften der Kontaktkraftfeder 17 in Verbindung mit dem Hebelarm a bestimmen somit die zwischen den Kontakthebel 5 und dem feststehenden Schaltkontakt 4 auftretende Kontaktkraft.
Bei der folgenden Betrachtung der Figur 2 wird davon ausgegangen, dass durch einen über die Schaltkontaktanordnung fließenden hohen Strom (Kurzschlussstrom) eine kontaktabhebende Kraft auftritt. Obwohl diese bereits bei stumpf aufeinander stoßenden Kontaktstücken auftritt, können zusätzliche Mittel, z. B. die in der eingangs genannten US 4,845,459 gezeigte Stromschleife, zur Vergrößerung der kontaktabhebenden Kraft vorgesehen sein. Mittel dieser Art sind für die Zwecke der Erfindung beliebig einsetzbar und werden nicht näher erläutert, da sie im zahlreichen Abwandlungen dem Fachmann vertraut sind. Wesentlich für die Erfindung ist jedoch das Zusammenwirken einer auf den Kontakthebel 5 wirkenden stromabhängigen Öffnungskraft mit der Offenhaltefeder 16 und der Kontaktkraftfeder 17. Dabei kommt es zu einer Veränderung der Wirkungsrichtung beider Federn in dem Sinn, dass sich der wirksame Hebelarm b der Offenhaltefeder 16 von dem ursprünglichen Wert Null auf einen wirksamen Betrag vergrößert, während der wirksame Hebelarm a der Kontaktkraftfeder 17 bis auf den Wert Null verringert wird. Aufgrund der Wirksamkeit beider Federn 16 und 17 ist dabei der indifferente Bereich wesentlich kleiner als bei der bekannten Schaltkontaktanordnung mit einer für beide Stellungen des Kontakthebels gemeinsamen Feder.
Bei der normalen Öffnung der Schaltkontaktanordnung mittels der Schaltwelle 11 entsprechend der Figur 3 bleibt die relative Position der Offenhaltefeder 16, der Kontaktkraftfeder 17 und des Kontakthebels 5 zu dem Kontaktträger 7 erhalten. Diese Ausgangsstellung ist in bekannter Weise auch wieder herzustellen, wenn aufgrund einer elektrodynamischen Kraftwirkung die Stellung gemäß der Figur 2 erreicht worden ist. Dies kann durch einen Anschlag geschehen, gegen den der Kontakthebel 5 stößt, wenn anschließend an die elektrodynamische Öffnung gemäß der Figur 2 anschließend die Öffnung durch Drehung der Schaltwelle 11 entsprechend der Figur 3 herbeigeführt wird.
Bezugszeichenliste
1
obere Anschlussschiene
2
untere Anschlussschiene
3
Gehäuse eines Leistungsschalters
4
feststehender Schaltkontakt
5
bewegbarer Kontakthebel
6
Schwenklager des Kontakthebels 5
7
Kontaktträger
8
Schwenklager des Kontaktträgers 7
10
biegsamer Leiter
11
Schaltwelle
12
Treibhebel
13
Koppellasche
14
Ausleger für Offenhaltefeder 16
15
Ausleger für Kontaktkraftfeder 17
16
Offenhaltefeder
17
Kontaktkraftfeder
18
Widerlager der Offenhaltefeder 16
20
Widerlager der Kontaktkraftfeder 17

Claims (3)

  1. Schaltkontaktanordnung mit einem feststehenden Schaltkontakt (4) und mit einem mit diesem zusammenwirkenden Kontakthebel (5), der an einem schwenkbar gelagerten Kontaktträger (7) bewegbar angeordnet ist, wobei zwischen dem Kontakthebel (5) und dem Kontaktträger (7) eine Federkraft wirkt, die den Kontakthebel (5) einerseits einer Totpunkt-Stellung in Schließrichtung und andererseits der Totpunkt-Stellung in Öffnungsrichtung beaufschlagt,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufbringung der Federkraft zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Kontakthebels (5) angeordnete Federn vorgesehen sind, derart, dass die eine der Federn (Offenhaltefeder 16) im Sinne der Öffnung und die andere Feder (Kontaktkraftfeder 17) im Sinne der Schließung des Kontakthebels (5) wirkt.
  2. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Hebelarm der beiden Federn (Offenhaltefeder 16, Kontaktkraftfeder 17) bezüglich eines Schwenklagers (6) des Kontakthebels (5) am Kontaktträger (7) in den Endstellungen des Kontakthebels (5) annähernd den Wert Null hat, derart, dass die im Sinne der Öffnung des Kontakthebels (5) wirkende Feder (Offenhaltefeder 16) in der Schließstellung des Kontakthebels (5) und die im Sinne der Schließung wirkende Feder (Kontaktkraftfeder 17) in der geöffneten Stellung des Kontakthebels (5) im Wesentlichen unwirksam ist.
  3. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (Offenhaltefeder 17, Kontaktkraftfeder 17) als Schrauben-Druckfedern ausgebildet sind, die sich einerseits an einem am Kontaktträger (7) angeordneten Widerlager (18; 20) und andererseits an einem Ausleger (14; 15)des Kontakthebels (5) mit einem in Abhängigkeit von der Schwenkung des Kontakthebels (5) veränderlichen wirksamen Hebelarm abstützen.
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