DE3411275A1

DE3411275A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE3411275A1
Application number: DE19843411275
Authority: DE
Inventors: Gerald R. New Windsor Duble, Md.; William H. Finksburg Hofferberth, Md.; David P. Westminster McClellan, Md.
Original assignee: Siemens Allis Inc Atlanta Ga; Siemens Allis Inc
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-28
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1984-10-04
Also published as: GB2137815B; US4488133A; GB2137815A; JPS59189527A; GB8407157D0; DE3411275C2

Description

I U/Ü

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strombegrenzungs-Leistungsschalter in einem gespritzten Gehäuse, und insbesondere auf Mittel zur Steuerung des beweglichen Kontaktes während der Abschaltung unter schwerwiegenden Fehlerstrombedingungen.

Bei Leistungsschaltern, die in Stromkreisen vorhanden sind, bei denen hohe Ströme von beispielsweise 50 00OA bei 480V geschaltet werden müssen, sprechen die herkömmlichen federgetriebenen Freiauslöse-Kontaktbetätigungsmechanismen nicht schnell genug an, um eine dauerhafte Beschädigung des Leistungsschalters zu verhindern, wenn dieser hohen Fehlerstrombedingungen ausgesetzt wird. Aus diesem Grunde sind Leistungsschalter geschaffen worden, bei denen elektrodynamische Abschaltkräfte bei schwerwiegenden Fehlerbedingungen die Kontakte des Leistungsschalters trennen, und zwar sogar noch bevor typische Überlast-Stromsensoren den Kontaktbetätigungsmechanismus freigeben, die dann den Leistungsschalter öffnen. Diese schnelle Trennung der Kontakte des Leistungsschalters infolge der elektrodynamischen Kräfte dienen dazu, die Größe des Fehlerstromes auf einen Wert zu begrenzen, der keine dauernde Beschädigung des Leistungsschalters zur Folge hat. Ein Beispiel dieser Strombegrenzungsleistungsschalter ist in der US-Patentanmeldung S/N 256,305 vom 23. April 1981 beschrieben. Hierbei wird der bewegliche Kontakt unter schweren überstrombedingungen durch elektrodynamische Kräfte schnell geöffnet. Bei der Öffnung unter sehr schweren Fehlerstrombedingungen besteht jedoch die große Gefahr einer Kontaktprellung in die Schließstellung,

weil die über der Totpunktstellung liegende Lage des Ausschaltmechanismus dicht an der vollen öffnungsstellugn des beweglichen Kontaktarms liegt. Außerdem muß sich der bewegliche Kontaktarm um einen beträchtlichen Abstand bewegen, um die über dem Totpunkt liegende Stellung zu erreichen. Dies ergibt Probleme im Hinblick auf die Benutzung der Federn des Abschaltmechanismus, um einen Druck zwischen den aneinanderllegenden Hauptkontakten zu gewährleisten. Dieses Problem wird bei höheren Nennströmen noch gravierender, da ein noch höherer Kontaktdruck erforderlich ist, so daß bei Benutzung der bekannten Konstruktionen Federn noch größerer Kraft erforderlich sind. Ein weiteres Beispiel derartiger Leistungsschalter, bei denen der bewegliche Kontakt auf elektromagnetischem Wege bei überströmen ausgelöst wird, ist in der US-PS 36 63 905 beschrieben.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Nockenanordnung mit mehreren Nockenbahnen vorgesehen wird, die mit einem durch Feder vorgespannten Nockenfolgeorgan des Kontaktarmes zusammenwirkt. Das Folgeorgan wird längs der Nockenoberfläche bewegt, wenn sich der Kontaktarm auf die Offenstellung hin bewegt, während eine elektromagnetische Abschaltung erfolgt. Wie aus folgenden Ausführungen ersichtlich, werden die Nockenabschnitte in der Weise gebildet, daß eine relativ kleine Bewegung des Kontaktarms während der elektromagnetischen Abschaltung den Arm in Öffnungsrichtung über den Totpunkt hebt. Der Nocken ist in geeigneter Weise so gestaltet, daß der Kontaktarm sich über die Öffnungsstellung

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hinaus bewegt, wobei keine so großen Massenkräfte erzeugt werden, daß das Rückprallen ein Problem darstellen könnte, so daß Rückprall verhindernde Verklinkungen nicht erforderlich sind.

Durch die Erfindung wird daher ein neuartiger, verbesserter Strombegrenzungs-Leistungsschalter geschaffen

Durch die Konstruktion wird gewährleistet, daß während der elektromagnetischen Abschaltung der Kontaktarm eine über dem Totpunkt liegende Stellung erreicht, wonach nur noch eine relativ kleine Bewegung in die Ausschaltstellung erforderlich ist.

Der erfindungsgemäße Leistungsschalter benötigt keine Verklinkung, um ein Rückprallen während der Abschaltung zu verhindern.

Durch die Erfindung wird eine neuartige Nockenanordnung zur Steuerung der Bewegung des beweglichen Kontaktarms geschaffen, die insbesondere während der Abschaltung durch elektromagnetische Kräfte zum Tragen kommt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Leistungsschalter-Formgehäuses , welcher die Lehren der Erfindung erkennen läßt;

Fig. 2 eine Grundrißansicht des Leistungsschalters gemäß Fig. 1, wobei die Lichtbogenkammern, der automatische Überlastauslöser, die Gehäuseabdeckung und die manuellen Bedienungsgriffe weggelassen sind, um die anderen Elemente des Leistungsschalters deutlicher erkennen zu lassen;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Bandleiters, auf dem der stationäre Kontakt angeordnet ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht des beweglichen Kontaktarms und bestimmter anderer Elemente, die hiermit in Wirkverbindung stehen;

Fig. 5 eine Ansicht des beweglichen Kontaktarms und des Trägers von unten her in Richtung der Pfeile 5-5 gemäß Fig. 4 betrachtet;

Fig. 6 eine Ansicht der aus Fig. 4 ersichtlichen Elemente, betrachtet in Richtung der Pfeile 6-6 gemäß Fig. 4;

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Fig. 7 eine Seitenansicht des Antriebselementes für den beweglichen Kontaktarm;

Fig. 8 eine Stirnansicht des Antriebselementes, betrachtet in Richtung der Pfeile 8-8 gemäß Fig. 7;

Fig. 9a

bis 9e Seitenansichten des beweglichen Kontaktarms in unterschiedlichen Stellungen; in Fig. 9a ist der Kontaktarm voll geschlossen, in den Figuren 9b und 9c ist der Kontaktarm in einer Stellung dargestellt, in der er sich progressiv in die volle Öffnungsstellung gemäß Fig. 9d bewegt und in Fig. 9e ist der Kontaktarm in seiner Stellung dargestellt, in der er gerade in Kontaktberührung gekommen ist und eine Kontaktverbindung zwischen den beweglichen und den stationären Kontakten herstellt.

Der Leistungsschalter 10 ist dreipolig ausgebildet und in einem Isolierstoffgehäuse untergebracht, welches ein flaches Unterteil 11 und ein Deckelgehäuse 12 umfaßt, die längs der Linie 14 aufeinanderpassen. Scheidewände 16 und 17 im Unterteil 11 erstrecken sich parallel zu den Seiten 18, 19, um das Unterteil in drei seitlich nebeneinander liegende, in Längsrichtung verlaufende Kammern zu unterteilen, von denen jede die stromführenden Elemente eines einzelnen Poles aufnimmt. In bekannter Weise nimmt außerdem die Mittelkammer, die zwischen den Scheidewänden 16, 17 liegt, auch einen gemeinsamen Kontaktbetätigungsmechanismus 15 mit Freiauslösung in

Gestalt eines Kniehebel-Totpunktsehalters auf, der über eine querverlaufende Isolierstange 21 gleichzeitig alle Pole des Leistungsschalters 10 öffnet und schließt, wenn der Leistungsschalter manuell betätigt wird und gleichzeitig die Kontakte des Leistungsschalters 10 öffnet, wenn eine vorbestimmte r.äßige Überlast oder mäßige Kurzschlüsse auftreten.

Da die stromführenden Elemente aller drei Pole im wesentlichen einander identisch sind, werden im folgenden nur die stromführenden Elemente eines Pols unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Demgemäß umfaßt der Strompfad zwischen der Leitungsanschlußklemme 22 und der Lastanschlußklemme 23 , die an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 11, 12 angeordnet sind, eine Anschlußlasche 25 (Fig. 3), einen stationären Kontakt 26, einen beweglichen Kontakt 27, einen beweglichen Kontaktarm 28, einen leitenden Träger 29, eine Anschlußlasche 30, die integral mit dem Träger 29 hergestellt ist, ein leitendes Element 31 (im typischen Fall ein Bimetallheizelement, welches sich in den automatischen Auslöser 33 mit Überstromfühler erstreckt) und eine Anschlußlasche 32 mit der daran angeordneten Lastanschlußklemme 23.

Der Kniehebelteil des Kontaktbetätigungsmechanismus weist einen unteren Lenker 34 und einen oberen Lenker 35 auf, die am Knie 36 schwenkbar miteinander verbunden sind. Zugschraubenfedern 37 sind zwischen dem Knie 36 und einem Querstift 38 ausgespannt und letzterer wird von dem Betätigungsglied 39 getragen und mit diesem bewegt, welches einen Isolierhandgriff-Fortsatz 40 aufweist, der durch das Deckelgehäuse 12, d.h. durch eine

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Öffnung 41 derselben hindurchsteht. Ein nicht dargestelltes festes Gelenk des Rahmens 42 trägt das Betätigungsglied 39. Das Ende des oberen Kniehebellenkers 35, welches dem Knie 36 abgewandt ist, ist mit einem Schwenkgelenk 44 an einer auslösbaren Wiege 43 montiert. Die Wiege 43 ist am Rahmen 42 mit einem Gelenk 46 verbunden und um letzteres im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 1 verschwenkbar, um den Wiegen-Verriegelungsmechanismus 47 in Eingriff mit einer lösbaren Klinke 48 zu bringen, die vom Auslöser 33 vorsteht. Das Ende des unteren Kniegelenk-Lenkers 34, das vom Knie 36 abgewandt ist, ist über einen Schwenkzapfen 49 mit einem Antrieb 50c an der Öffnung 51 (Fig. 7) verbunden. An einer Stelle, die vom Drehgelenk 49 abgewandt liegt, ist der Antrieb 50c schwenkbar auf einem Stift 52 gelagert, der außerdem eine Schwenkverbindung zwischen dem beweglichen Kontaktarm 28 und dem Träger 29 herstellt. Wenn der Kniehebel 34, 35 - wie aus Figur 4 ersichtlich - gestreckt wird, dann befindet sich der Antrieb 50c in seiner Schließstellung, und wenn der Kniehebel 34, 35 - wie in Figur 1 dargestellt eingeknickt ist, dann ist der Antrieb 50c im Gegenuhrzeigersinn um den Schwenkstift 52 in die Öffnungsstellung gemäß Fig. 1 verschwenkt.

Eine U-förmige Klammer 53 verbindet den Antrieb 50c mit der Kuppelstange 51 in der Mitte derselben. Jeder der äußeren Pole ist mit einem Antrieb 50 ausgestattet. Der Unterschied zwischen den Antrieben 50c und 50 besteht darin, daß der erstere den schraffierten Abschnitt, der durch die strichlierte Linie 57 in Fig. 7 begrenzt ist nicht aufweist, und daß die Richtöffnungen 51 nicht

benutzt sind. Bei jedem der äußeren Pole ist der Antrieb mit der Kuppelstange 21 außerhalb des Antriebs 50c verbunden. In bekannter Weise steht die querverlaufende Stange 21 durch Ausschnitte der Gehäusescheidewände 16, 17 hindurch, welche einen genügenden Freiraum schaffen, damit sich die Stange 21 frei bewegen kann, wenn sich die Antriebe 50c und 50 zwischen ihrer Öffnungsstellung und ihrer Schließstellung bewegen. Diese Öffnungen der Scheidewände sind ansonsten mit Isolierblättern 56 bedeckt, die an der Stange 21 befestigt sind und mit dieser benachbart zu den Scheidewänden 16, 17 beweglich sind.

Zum größten Teil sind die Antriebe 50c und 50 identisch, so daß nur der letztere Antrieb im einzelnen beschrieben wird. Das heißt, der Antrieb 15 stellt ein allgemein U-förmig gestaltetes Teil dar, das parallele Arme 61 und 62 aufweist, die durch einen Steg 63 verbunden sind, der Öffnungen 34 besitzt, die nicht dargestellte Eingriffslaschen aufweisen, die von der Klemme 53 vorstehen. Jeder dieser Arme 61, 62 ist identisch, so daß nur der Arm 62 im einzelnen beschrieben wird. Dieser Arm 62 weist eine Öffnung 65 auf, durch die der Kontaktarm-Schwenkstift 52 hindurchsteht. Der Rand des Armes 62, der der Öffnung 65 abgewandt ist, ist mit einer Nockenvertiefung 66 und einem relativ langen Nocken 67 benachbart zur Vertiefung 66 versehen. Am Ende des Nockens 67 besitzt der Rand Nocken 66, 67,die mit einem Vorsprung 68 versehen sind, der in noch zu beschreibender Weise die Öffnungsbewegung des Kontaktarms 28 des äußeren Pols begrenzt, während die Abschaltung erfolgt. Die Öffnungsbewegung des Kontaktarms 28 des mittleren Pols wird durch Eingriff jenes Armes 28

mit dem querverlaufenden Element 69 (Fig. 1) des Rahmens 42 des Mechanismus begrenzt.

Wie am besten aus Figur 5 ersichtlich, weist der bewegliche Kontaktarm 28 parallel zueinander verlaufende Leiter 71, 72 auf, die über den Hauptteil des Mittelabschnitts dicht benachbart zueinander verlaufen. An jenem Ende des Armes 28, an dem der bewegliche Kontakt 27 angeordnet ist, sind die Abschnitte 71 und 72 nach innen versetzt und stoßen dort aneinander und sind miteinander beispielsweise durch Hartlötung verbunden. An jenem Ende des Arms 28, das dem Kontakt 27 abgewandt ist, sind die Abschnitte 71, 72 nach außen versetzt und umschließen gabelartig eine Trägeröse 29. Die Abschnitte 71 und 72 sind durch Tellerfedern 76, 77 gegeneinander vorgespannt, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Armes 28 liegen und auf einem Stift 75 montiert, der durch aufeinander ausgerichtete öffnungen in den Abschnitten 71, 72 hindurchsteht. Der Kopf 78 des Stiftes 75 hält die Tellerfeder 76,und ein Clip 79 liegt in einer Ringausnehmung in der Nähe des Endes des Stiftes 75, welches vom Kopf 78 abgewandt liegt, um die Tellerfeder 77 zu halten. Die von den Federn 76, bewirkte Vorspannkraft gewährleistet, daß ein einwandfreier Kontakt zwischen den Abschnitten 71 und 72 und der Tragöse 79 gewährleistet ist, unabhängig davon, in welcher Winkelstellung sich der Kontaktarm 28 befindet.

Der Stromfluß erfolgt in den Abschnitten 71 und 72 des beweglichen Kontaktarms 28 in der gleichen Richtung und dadurch wird eine anziehende Kraft erzeugt, die die Vorspannkräfte unterstützt, welche durch die Teller-

federn 76, 77 erzeugt werden. Diese elektrodynamische Anziehungskraft ist insbesondere in dem dicht benachbarten Mittelbereich zwischen den Abschnitten 71 und 72 wirksam. Wenn der Stromfluß sich vergrößert, dann steigt auch die elektrodynamische Kraft an und dient dazu, die Ausblaskräfte an der Berührungsfläche zwischen dem Träger 29 und den Abschnitten 71 und 72 zu versetzen, wobei diese Ausblaskräfte ansteigen wenn der Stromfluß ansteigt.

Die Abschnitte 71 und 72 sind außerdem mit ausgerichteten, in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen 81 ausgestattet, durch die querverlaufende Stifte 82 hindurchstehen. Längs der Außenseite eines jeden Abschnitts 71, 72 verläuft eine Zugschraubenfeder 83, die am Stift 52 und dem Querstift 82 verankert ist. Zwischen der Feder 83 und jedem Abschnitt 71,72 befindet sich eine zylindrische Nockenfolgerolle 84. Die Federn 83 spannen die Nockenfolgerollen 84 auf das Kontaktarm-Schwenkgelenk und gegen die Oberfläche des Antriebs vor, die Nockenbahnen 66, 67 aufweist.

Unter normalen Betriebsbedingungen liegen die Nockenfolgerollen 84 in den Vertiefungen 66, so daß bei Betätigung des Antriebs zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung der Kontakt 26, 27 geschlossen bzw. geöffnet wird. Wenn jedoch die Kontakte 26, 27 geschlossen sind und ein hoher Überlaststrom auftritt, dann bewirken die elektrodynamischen Kräfte eine Trennung der Kontakte 26, 27, wobei der Kontaktarm 28 in die Öffnungsstellung gemäß Figur 1 überführt wird, bevor der Antrieb 50 Gelegenheit hat, sich von seiner Schließstellung in

seine Öffnungsstellung zu bewegen. Wenn dies geschieht, bewirkt eine anfängliche Bewegung des Kontaktarmes 27 in Öffnungsrichtung des Leistungsschalters eine Bewegung des Nockenfolgeorgans 84 nach oben gemäß Fig. 4, bis die Nockenfolgerollen die Nockenvertiefungen 66 verlassen und auf die konvexe Nockenbahn 67 auflaufen. Die Grenze 86 (Fig. 7) zwischen den Nockenbahnen 66, 67 stellt die Totpunktstellung des Kontaktarms 28 dar. Wenn das Nockenfolgeorgan 84 sich in Kontaktöffnungsrichtung bewegt, wie durch den Pfeil A in Figur 7 angedeutet, dann verläßt die Nockenrolle die Vertiefung

66 und bewegt sich über den Punkt 86 hinaus und durch die Feder 83 wird die Nockenfolgerolle 84 in Richtung des Pfeiles A vorgespannt. Die Krümmung der Nockenbahn

67 kann so gewählt werden, daß für die anfängliche Bewegung der Nockenfolgerolle 84 nach Verlassen der Vertiefung 66 diese Bewegung sehr schnell verläuft. Diese Bewegung verlangsamt sich etwas, wenn die Nockenfolgerolle 84 den Vorsprung 68 erreicht, so daß dann die Nockenfolgerolle 84 den Vorsprung 68 berührt, obgleich sie in die Öffnungsstellung gemäß dem Pfeil A vorgespannt ist, und es besteht keine Gefahr, daß sich die Nockenfolgerolle über den Vorsprung 68 hinausbewegt. Außerdem erfolgt die Abbremsung der Nockenfolgerolle 84 in der Weise, daß keine Gefahr besteht, daß der Kontaktarm 28 in die Schließstellung zurückprallt, nachdem er durch elektromagnetische Kräfte in die Öffnungsstellung überführt worden ist, was schwerwiegende Überlastströme zur Folge haben könnte. Die darauf folgende Bewegung des Antriebs 50 in die Öffnungsstellung bewirkt eine Relativbewegung zwischen dem Antrieb 50 und dem Kontaktarm 28, um die Nockenfolgerolle 84 in die Nockenvertiefung 66 zu überführen.

Während der meisten Zeit befindet sich die Nockenfolgerolle 84 normalerweise in der tiefsten Lage in der Nockentasche 66. Diese Bedingung dauert während der Schließbewegung des Kontaktarms 28 fort bis zu jenem Punkt, wo der bewegliche Kontakt 27 anfangs den stationären Kontakt 26 berührt. Der Antrieb 50 setzt jedoch seine Bewegung in Schließrichtung (im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 1) fort, und dabei wird die Nockenfolgerolle 84 durch den Abschnitt 87 der Nockenvertiefung 66 erfaßt. Hierdurch wird der Querstift so beaufschlagt, daß er sich etwas vom Drehzapfen 52 wegbewegt, wodurch zusätzlich die Federn 83 gespannt werden. Obgleich die Wirkungslinie der Federn '83 allgemein in Längsrichtung gegenüber dem Kontaktarm 28 verläuft, führt die Winkelbeziehung zwischen der Nockenoberfläche 87 und der Nockenfolgerolle 84 zu einer relativ kräftigen Kraftkomponente in Kontaktschließrichtung.

Die Form der Nockenbahn 67 ist so zugeschnitten, daß während des elektromagnetischen Ausblasvorgangs der Kontaktarm 28 wirksam über die Totpunktstellung in Öffnungsrichtung befindlich ist, sobald die Nockenfolgerolle 84 über den Punkt 86 hinausbewegt ist. Es ist ersichtlich, daß diese letztgenannte Bedingung erreicht wird, nachdem eine relativ kleine Bewegung des Kontaktarms 28 in Öffnungsrichtung erfolgt ist.

Die elektrodynamischen Ausblaskräfte, die den Leistungsschalter 10 während hoher Fehlerbedingungen öffnen, rühren aus dem Zusammenwirken der magnetischen Felder her, die die Stromflüsse im Kontaktarm 28 und dem

stationären Kontaktstreifen 25 durchströmen. Letzterer ist aus leitendem Blechmaterial ausgestanzt, wobei das Stanzverfahren eine allgemein U-förmige Ausnehmung schafft, die wirksam drei dicht benachbarte, langgestreckte Arme 102, 103, 104 bildet, die durch den Verbindungsabschnitt 106 an jenem Ende des Streifens 25 verbunden sind, das der Leitungsklemme 22 abgewandt ist. Die Klemmenverbindung 107 des Bandes 25 wirkt als Leitungsverbindung zwischen den Enden der äußeren Arme 103, 104, die dem Verbindungsabschnitt 106 abgewandt sind. Die Querschnittsfläche der äußeren Arme 103, 104 ist im wesentlichen gleich, und die Querschnittsfläche des inneren Armes 102 ist im wesentlichen gleich der kombinierten Querschnittsfläche der Arme 103 und 104.

Wenn der Leistungsschalter 10 geschlossen ist, dann liegt der bewegliche Kontaktarm 28 dem inneren Arm sehr nahe an. Die Breite des Kontaktarmes 28 ist kleiner als die Breite des inneren Arms 102, und die Abstände zwischen dem inneren Arm 102 und den äußeren Armen 103, 104 ist sehr viel kleiner als die Dicke des Teils, aus dem der Streifen 25 ausgestanzt ist. Ein relativ steifes, flexibles Isolierblatt 110 ist zwischen den beweglichen Kontaktarm 28 und den Streifen 25 gefügt und bedeckt diesen über den größten Teil. Das Isolatorblatt 110 ist mit einem Ausschnitt 111 versehen, durch den der stationäre Kontakt 26 vorsteht. Perforationen innerhalb der Basis 11 positionieren den Streifen 25. Der Lichtbogenkontakt 105 wirkt als Klemme zum Halten des Streifens 25. Das heißt, der Lichtbogen-

kontakt 105 ist mit einzelnen Öffnungen für zwei Schrauben 112 versehen, die in Gewindelöchern (nicht dargestellt) in dem Basisteil 11 eingeschraubt werden, nachdem sie durch den Stegabschnitt 114 des U-förmigen Ausschnitts 101 im Streifen 25 und die Öffnungen im Isolator 110 und dem Lichtbogenkontakt 105 gesteckt sind.

Der Strom, der in das Band 25 an der Klemme 107 eintritt, fließt in der gleichen Richtung durch die äußeren Arme 103, 104 und durch den Verbindungsabschnitt 106, vereinigt sich dann und fließt in der entgegengesetzten Richtung durch den inneren Arm 102. Zu dieser Zeit erfolgt der Stromfluß im beweglichen Kontaktarm 28 in einer Richtung entgegen der Stromflußrichtung durch den inneren Arm 102, so daß unter schwerwiegenden Fehlerstrombedingungen eine sehr starke elektrodynamische Kraft erzeugt wird, um den beweglichen Kontaktarm 28 zurückzuschlagen, wodurch letztere in Öffnungsrichtung bewegt wird. Während die Ströme, die in dem Kontaktarm 28 und den äußeren Armen 103, 104 fließen, in der gleichen Richtung verlaufen, sind die Anziehungskräfte nicht wesentlich im Vergleich mit den abstoßenden Kräften, die zwischen dem Innenarm und dem Kontaktarm 28 erzeugt werden, weil ein größerer Raum zwischen den Armen 28 und 103, 104 im Vergleich mit dem Abstand zwischen den Armen 28 und 102 besteht. Der Arm 28 ist gegenüber den Armen 103, 104 versetzt, so daß nur die anziehenden Kraftkomponenten in der Bewegungsebene für den Kontaktarm 28 der abstoßenden Kraft entgegenwirkt. Die anziehenden Kräfte, die normal zur Bewegungsebene des Kontaktarms 28 wirken, sind

gleich und in entgegengesetzten Richtungen, so daß keine resultierende Wirkung zustande kommt.

Im folgenden wird auf die Figuren 9a bis 9e Bezug genommen. Die Achse des Schwenkstiftes 52 des Kontaktarmes ist im Träger 29 festgelegt und steht über die ausgerichteten vergrößerten Öffnungen 99 in den Kontaktarmabschnitten 71, 72 vor. In Figur 9a sind die Kontakte 26, 27 in ihrer vollen Schließstellung gezeigt. Die anfängliche Öffnungsbewegung des Kontaktarms 28 findet um den Schwenkstift 52 statt, der in dem oberen Abschnitt der Öffnung 99 zu liegen kommt (Fig. 9b). An den nach außen versetzten Abschnitten der Kontaktarmabschnitte 71, 72 ist jeweils eine Zunge 98 angeordnet, die an der oberen Oberfläche 97 der Lasche 30 angreift. Wenn diese Berührung erfolgt, dann verschiebt sich der Schwenkpunkt für den Kontaktarm nach den Zungen 98, und die Lage des Schwenkstiftes innerhalb der Öffnung 99 ändert sich, wie aus Fig. 9c ersichtlich ist, bis die volle Öffnungsstellung gemäß Figur 9d erreicht ist, wobei der Stift 52 sich am Grund der Öffnung 99 und benachbart zu dessen Wand 96 befindet. Der Schwenkstift 52 verbleibt in dieser Lage relativ zur Öffnung 99 während der Schließbewegung des Kontaktarms 28, bis ein anfänglicher Eingriff zwischen dem beweglichen Kontakt 27 und dem stationären Kontakt 26 (Figur 9e) stattfindet. Jedoch dauert eine nach unten gerichtete Kraft fort, die durch die Kniehebel 34, 35 auf den Antrieb 50 wirkt, was wiederum eine nach unten gerichtete Kraft auf dem Kontaktarm 28 zur Folge hat, wodurch bewirkt wird, daß

letzterer etwas um den Angriffspunkt zwischen den Kontakten 26 und 27 verschwenkt wird. Dies bewirkt, daß das gegenüberliegende Ende des Kontaktarmes 28 sich nach unten bewegt und dabei wird die gelochte Wand 96 so beaufschlagt, daß sie am Stift 52 entlang läuft, wodurch der Kontaktarm 28 gemäß Fig. 9e nach links in die Schließstellung gemäß Fig. 9a bewegt wird, wodurch bewirkt wird, daß der bewegliche Kontakt über der oberen Oberfläche des stationären Kontaktes 26 schleift.

Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben. Es können jedoch zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen getroffen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

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Patentanwälte ---- *Dip?:-lrig. *eürt Wallach

Europäische Patentvertreter Dipl.-Ing. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ²?· März 1984

SiemenS-Al 1 IS , Inc. Unser Zeichen: 17 875 - K/Ap

Perimeter Center Parkway

Atlanta, Georgia

Leistungsschalter
Patentansprüche:

Leistungsschalter mit einem stationären Kontakt, einem beweglichen Kontakt und einem Kontaktbetätigungsmechanismus, der den beweglichen Kontakt zur öffnung und zum Schließen des Schalters bewegt, wobei der Kontaktbetätigungsmechanismus einen Kontaktarm aufweist, der den beweglichen Kontakt trägt, und wobei ein Antrieb den Kontaktarm zwischen öffnungs- und Schließstellung bewegt, und wobei ein durch eine Feder vorgespannter Freischaltmechanismus mit Totpunkt-Kniehebelanordnung den Antrieb in die Schließstellung bzw. in die Öffnungsstellung überführt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine Nockenanordnung mit einem ersten und einem zweiten Nockenaufbau aufweist, wobei ein Nockenfolgeorgan (84) an dem Kontaktarm (28) angeordnet ist, daß eine Kontaktdruckfeder das Nockenfolgeorgan auf der Nockenbahn unter normalen Strombelastungen hält, daß das Nockenfolgeorgan in Eingriff mit dem ersten Nocken-

abschnitt (66) gehalten wird, um eine betriebsmäßige Verbindung zwischen dem Kontaktarm und dem Antrieb zu schaffen, wodurch eine Bewegung des letzteren zwischen der öffnungs- und der Schließstellung den beweglichen Kontakt in und außer Eingriff mit dem stationären Kontakt bringt, daß ein Leiter mit dem stationären Kontakt verbunden ist, der in Längsrichtung des Kontaktarmes verläuft und in Längsrichtung hierzu angeordnet ist, wenn die Kontakte geschlossen sind, wobei der Leiter betriebsmäßig mit dem Kontaktarm verbunden ist, um einen Stromfluß in Gegenrichtung durch den Leiter und den Kontaktarm zu schicken, um elektrodynamische Kräfte zu erzeugen, die die Kontakte zu öffnen suchen, daß unter hohen Strombedingungen die vorbestimmte Überlastströme übersteigen, die elektrodynamischen kräfte, die auf den Kontaktarm wirken, so groß sind, daß die von der Feder ausgeübte Kraft überwunden wird und der Kontaktarm in Öffnungsstellung bewegt wird, während der Antrieb in Schließstellung befindlich bleibt, wobei das Nockenfolgeorgan (84) von dem ersten Nockenabschnitt (66) nach dem zweiten Nockenabschnitt (67) bewegt wird, und daß dann, wenn das Nockenfolgeorgan (84) von dem ersten nach dem zweiten Nockenabschnitt verläuft, die Feder so umgestellt wird, daß sie den Kontaktarm in Schalteröffnungsrichtung vorspannt und das Nockenfolgeorgan von dem ersten Nockenabschnitt (26) abhebt.

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2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nockenabschnitt (66) von einer Vertiefung gebildet ist.
3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (27) an einem Ende des Kontaktarms (28) angeordnet ist, und daß ein Schwenkgelenk (52) an dem anderen Ende des Kontaktarmes angreift, um das der Kontaktarm sich bewegt, um die Kontakte zu öffnen und zu schließen, und daß eine Totgangverbindung zwischen dem Nockenfolgeorgan (84) und dem Kontaktarm (28) vorgesehen ist, und daß die Feder das Nockenfolgeorgan in Längsrichtung des Kontaktarmes auf das Schwenkgelenk hin vorspannt.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Schließbewegung des Leistungsschalters die Kontakte einander berühren, bevor der Antrieb seine volle Schließstellung erreicht hat, daß unter normalen Strombedingungen bei in Schließstellung befindlichem Antrieb das Nockenfolgeorgan (84) an einem Abschnitt (66) des ersten Nockenabschnitts angreift, wodurch eine wesentliche Kraftkomponente erzeugt wird, die von der Feder abgeleitet ist, und daß die Kraftkomponente über das Nockenfolgeorgan auf den Kontaktarm wirkt, um letzteren in Kontaktschließrichtung vorzuspannen.
5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Totgangverbindung einen Stift aufweist, der quer durch einen Längsschlitz des Kontaktarmes verläuft, daß das Nockenfolgeorgan erste und zweite Rollenabschnitte aufweist, die auf dem Stift gelagert sind und auf gegenüberliegenden Seiten des Kontaktarmes zu liegen kommen, daß der Antrieb einen ersten und zweiten parallelen Abschnitt aufweist, die jeweils identische Abschnitte der Nocken besitzen, daß die ersten und zweiten Rollenabschnitte in Eingriff mit der Nockenanordnung der ersten und zweiten parallelen Abschnitte vorgespannt sind.
6. Leistungsschalter nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen U-förmig gestalteten Körper aufweist, dessen parallele Arme durch einen Steg verbunden sind, daß die parallelen Abschnitte die Arme bilden, und daß ein Schwenkgelenk den Antrieb lagert, und daß die Schwenklagerung in der Nähe des Steges liegt.
7. Leistungsschalter nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkgelenk für den Kontaktarm außerdem das Schwenklager bildet.
8. Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Zugfeder ist, deren eines Ende an dem Schwenklager verankert ist.
9. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Nockenabschnitt so gestaltet ist, daß die Geschwindigkeit der Bewegung des Kontaktarmes geregelt wird, wenn das Nockenfolgeorgan sich längs des zweiten Nockenabschnitts (67) und von dem ersten Nockenabschnitt (66) wegbewegt.
10. Leistungsschalter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken außerdem einen dritten Abschnitt aufweist, wobei der zweite Abschnitt zwischen dem ersten und dritten Abschnitt liegt, und daß der dritte Abschnitt die Bewegung des Kontaktarmes in Kontaktöffnungsrichtung verzögert.
11. Leistungsschalter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Pole nebeneinander angeordnet sind, daß der erste Pol den beweglichen Kontakt, den stationären Kontakt, den Leiter, den Kontaktarm, das Nockenfolgeorgan und den Antrieb umfaßt, daß der zweite Pol einen weiteren beweglichen Kontakt, einen weiteren stationären Kontakt, einen weiteren Leiter, einen weiteren Kontaktarm und ein weiteres Nockenfolgeorgan von im wesentlichen gleicher Konstruktion umfaßt, und daß der zweite Pol außerdem ein weiteres Antriebssystem besitzt, das einen weiteren Nocken zusammen mit dem ersten

und dem zweiten Nockenfolgeorgan aufweist, daß eine weitere Kontaktdruckfeder das weitere Nockenfolgeorgan auf die Nockenoberfläche zieht, und daß eine querverlaufende Kupplungsstange (21) beide Antriebe miteinander verbindet, um gleichzeitig die verschiedenen Schaltkontakte in die Öffnungsstellung bzw. die Schließstellung zu überführen.