Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Pol für einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit verbesserten Eigenschaften.

Der Begriff "Niederspannungs-Leistungsschalter" wird insbesondere verwendet, um einen Schalter zu bezeichnen, der üblicherweise in Anwendungen, beispielsweise industriellen Systemen zum Einsatz kommt und durch Betriebsspannungen von weniger als 1000 V und durch elektrische Ströme, typischerweise Wechselströme, mit relativ hohem Nennwert (von wenigen hundert bis mehreren tausend Ampere), gekennzeichnet sind, die dadurch relativ hohe Leistungen erzeugen.

Es ist bekannt, dass Leistungsschalter, die einen oder mehrere elektrische Pole umfassen, normalerweise dazu ausgelegt sind, den elektrischen Strom sicherzustellen, der durch die verschiedenen Nutzer bei der gleichzeitigen Verbindung mit einer Last und Trennen derselben oder zum Schützen der Last von anormalen Ereignissen benötigt wird, beispielsweise aufgrund von Überlastungen oder aufgrund eines Kurzschlusses durch automatisches Öffnen des Stromkreises oder durch Trennen des geschützten Stromkreises durch Öffnen von in geeigneter Weise bereitgestellten elektrischen Kontakten, um eine vollständige Isolation der Last in Bezug auf das Stromversorgungsnetz zu erzielen.

Aktuell existieren zahlreiche Ausführungsformen von Niederspannungs-Leistungsschaltern in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Nennstrom.

Für jeden elektrischen Pol findet jedoch die Unterbrechung des Stroms, sei es lein Nennstrom, ein Überlast- oder Kurzschlussstrom, üblicherweise durch Trennung eines beweglichen Kontakts und eines feststehenden Kontakts statt. Ein Beispiel einer Kontaktanordnung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter ist in dem europäischen Patent EP 0 219 449 erläutert.

Der typische Aufbau eines elektrischen Pols für einen Niederspannungs-Leistungsschalter wird unter Bezug auf 1 erläutert. Der Pol umfasst einen feststehenden Kontakt 1 und einen beweglichen Kontakt 2, die in Bezug aufeinander verbunden/getrennt werden können. Der bewegliche Kontakt 2 ist auf einer Kontakttragwelle 4 angeordnet und steht mit dieser in Verbindung, die üblicherweise aus isolierendem Material hergestellt ist und als mechanischer Träger wirkt und/oder die Bewegung auf den beweglichen Kontakt überträgt. Um die elektrische Kontinuität aufrechtzuerhalten, während die Bewegung des beweglichen Kontakts 2 möglich ist, wird üblicherweise ein flexibler Leiter 3 verwendet, der ausschließlich die Aufgabe hat, die elektrische Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 2 und einem Stromversorgungsnetz sicherzustellen, wie in 1 gezeigt.

Der bewegliche Kontakt 2, der flexible Leiter 3 und die Kontakttragwelle 4 sind in 2 näher gezeigt. In diesem Fall ist der flexible Leiter 3 durch zwei flexible Metallgeflechte gebildet, die in einem Hohlraum der Kontakttragwelle angrenzend aufgenommen sind. An einem Ende der Metallgeflechte befinden sich ein Flansch 7 und ein Drehgelenk 8, die jeweils zur Verbindung mit dem Stromversorgungsnetz und dem beweglichen Kontakt genutzt werden.

Unter der Betriebsbedingung, dass unter einem Nennstrom geöffnet werden soll, wird folgend auf einen Öffnungsbefehl der bewegliche Kontakt 2 mit einer festgelegten Geschwindigkeit durch die Kontakttragwelle 4 bewegt, die ihrerseits durch einen in 1 und 2 nicht gezeigten Betätigungsmechanismus betätigt wird.

Unter der Betriebsbedingung zum Öffnen unter Kurzschlussstrom, typischerweise vor dem durch den Betätigungsmechanismus durchgeführten Öffnungseingriff, findet eine Trennung der elektrischen Kontakte aufgrund von elektrodynamischen Abstoßungskräften statt, die zwischen dem beweglichen Kontakt und dem feststehenden Kontakt auftreten. Für hohe Kurzschlussströme, wie etwa solche, die Niederspannungs-Leistungsschalter beeinträchtigen (mehrere 10 Kiloampere), erreichen diese elektrodynamischen Abstoßungskräfte Werte, die eine sehr hohe Endhubgeschwindigkeit auf den beweglichen Kontakt ausüben.

Aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeit im Endhub ist es erforderlich, um den beweglichen Kontakt 2 zu stoppen, geeignete Anhaltevorrichtungen, beispielsweise eine Anschlagplatte 5, wie in 1 gezeigt, bereitzustellen, und dem gesamten kinetischen Öffnungssystem aus beweglichem Kontakt 2 und Kontakttragwelle 4 ausreichend starke Abmessungen zu verleihen, so dass es den intensiven Spannungen widerstehen kann, die durch den Hubendstoß des beweglichen Kontakts 2 hervorgerufen werden. Um zu verhindern, dass diese auftreten, ist es erforderlich, dass gesamte kinematische Öffnungssystem derart bereitzustellen, dass ein Eingriff in relativer kurzer Zeit stattfindet, insbesondere, bevor der bewegliche Kontakt das Ende seines Hubs erreicht.

Diese Konstruktionbeschränkungen führen selbstverständlich zu größeren Herstellungszeiten und Kosten für den Schalter.

Aufgrund der hohen Geschwindigkeit beim Endhub kann es außerdem passieren, dass der bewegliche Kontakt an der Anschlagplatte nicht stoppt, sondern von dieser abprallt und mit dem feststehenden Kontakt erneut in Verbindung gelangt. Dies wäre kritisch, weil es ein unerwünschtes Schließen der Kontakte bei Vorliegen von Störungsbedingungen hervorrufen würde.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Pol für einen Niederspannungsschalter zu schaffen, der es erlaubt, die Endhubgeschwindigkeit des beweglichen Kontakts während des Öffnens unter Kurzschlussbetriebsbedingungen auf relativ mäßige Werte zu beschränken.

Im Umfang dieses Ziels besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen elektrischen Pol für einen Niederspannungsschalter zu schaffen, der sicherstellt, dass der bewegliche Kontakt während des Öffnens unter Kurzschlussbedingungen angehalten wird, ohne spezielle Anhaltevorrichtungen anzuwenden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Pol für einen Niederstromschalter zu schaffen, der sicherstellt, dass unerwünschtes erneutes Schließen der elektrischen Kontakte vermieden wird, nach einem Öffnen unter Kurzschlussbetriebsbedingungen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Pol für einen Niederspannungsschalter zu schaffen, der die Möglichkeit sicherstellt, die erforderliche Eingriffgeschwindigkeit des kinematischen Öffnungssystems zu begrenzen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Pol für einen Niederspannungsleistungsschalter zu schaffen, der hochgradig zuverlässig, einfach herstellbar und kostengünstig ist.

Diese Ziele und Aufgaben werden, wie aus folgendem hervorgeht, erreicht bzw. gelöst durch einen elektrischen Pol für einen Niederspannungsleistungsschalter, aufweisend:

• – Einen feststehenden Kontakt und einen beweglichen Kontakt, die gegenseitig in Verbindung gebracht bzw. voneinander getrennt werden können;
• – zumindest zwei leitende Elemente, die dazu geeignet sind, den beweglichen Kontakt mit einem Stromnetz zu verbinden, wobei die leitenden Elemente so angeordnet sind, dass der durch sie fließende elektrische Strom gleichermaßen ausgerichtet ist; und
• – eine Einrichtung zum mechanischen Tragen und Betätigen des beweglichen Kontakts.

Der erfindungsgemäße Pol ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein isolierendes Element vorgesehen ist, dass zwischen den leitenden Elementen angeordnet ist und durch Reibung mit den leitenden Elementen den elektrodynamischen Abstoßungskräften entgegenwirkt, die zwischen dem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt während der Öffnung unter Kurzschlussbetriebsbedingungen auftreten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der Beschreibung einiger bevorzugter, nicht-beschränkender Ausführungsformen eines elektrischen Pols für einen erfindungsgemäßen Niederspannungsleistungsschalter, lediglich beispielhaft dargestellt als nicht-beschränkendes Beispiel unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen; in diesen zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines elektrischen Pols für einen Niederspannungsleistungsschalter bekannten Aufbaus;

2 eine perspektivische Ansicht einer Konstruktionseinzelheit des elektrischen Pols von 1;

3 eine schematische Ansicht des Ausbaus einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Pols;

4a und 4b zwei unterschiedliche perspektivische Ansichten einer Konstruktionseinzelheit der Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Pols, der in 3 gezeigt ist.

Unter Bezug auf 3 weist der erfindungsgemäße elektrische Pol einen, in der Figur nicht gezeigten feststehenden Kontakt und einen beweglichen Kontakt 10 auf, die gegenseitig miteinander in Verbindung bzw. voneinander getrennt werden können, und zwei oder mehr leitende Elemente 11 zum elektrischen Verbinden des beweglichen Kontakts 10 mit einem Stromversorgungsnetz, das in 3 ebenfalls nicht gezeigt ist. Eine spezielle Eigenschaft der leitenden Elemente 11 besteht darin, dass sie so angeordnet sind, dass die durch sie fließenden elektrischen Ströme in gleicher Richtung ausgerichtet sind. In Übereinstimmung mit einer in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die leitenden Elemente 11 beispielsweise durch ein Paar von flexiblen Metallgeflechten gebildet, die parallel zueinander geschaltet sind. Diese Lösung stellt sicher, dass der elektrische Stromfluss in derselben Richtung in beiden leitenden Elementen 11, beispielsweise in der durch den Pfeil 16 bezeichneten Richtung stattfindet. Weitere Ausführungsformen sind selbstverständlich möglich und können beispielsweise die Verwendung einer größeren Anzahl von leitenden Elementen vorsehen, vorausgesetzt, sie sind stets so angeordnet, dass sie durch gleichermaßen ausgerichtete Ströme gekennzeichnet sind. Vorteilhafterweise umfassen die flexiblen Metallgeflechte 11 von 3 an jedem Ende eine Einrichtung zur jeweiligen Bereitstellung einer Verbindung mit dem beweglichen Kontakt 10 und dem Stromversorgungsnetz. In der Ausführungsform von 3 ist die Einrichtung zur Verbindungen mit dem Stromnetz durch einen Verbindungsflansch 14 gebildet.

Der erfindungsgemäße elektrische Pol umfasst außerdem eine Einrichtung 12, die dazu geeignet ist, den beweglichen Kontakt 10 mechanisch zu tragen und auf diesen Bewegung zu übertragen; insbesondere umfasst die Einrichtung 12 eine Kontakttragwelle 12, die aus isolierendem Material hergestellt ist.

Der erfindungsgemäße elektrische Pol ist dadurch gekennzeichnet, dass er ein oder mehrere isolierende Elemente umfasst, die in der 3 mit der Bezugsziffer 13 bezeichnet sind, und die zwischen den leitenden Elementen 11 angeordnet sind.

Beispielsweise in der Ausführungsform von 3 ist ein einziges isolierendes Element 13 vorgesehen, das zwischen den beiden parallelen Geflechten 11 angeordnet und betriebsmäßig mit der isolierenden Welle 12 verbunden ist.

Die wesentlichen Funktion, die durch das isolierende Element 13 durchgeführt wird, besteht darin, durch die Reibung mit den leitenden Elementen 11 den elektrodynamischen Abstoßungskräften entgegenzuwirken, die zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontakt während der Öffnung unter Kurzschlussbedingungen erzeugt werden.

Da die leitenden Elemente 11 von gleichermaßen ausgerichteten Strömen durchflossen werden, tritt zwischen ihnen eine schematisch durch die Pfeile 17 in 3 bezeichnete elektrodynamische Anziehungskraft auf. Unter Kurzschlussbetriebsbedingungen, wenn die Ströme, die durch die Leiter 11 fließen, hohe Pegel erreichen, werden die leitenden Elemente 11 gegen das isolierende Element 13 angezogen, dass zwischen ihnen angeordnet ist. Die Reibungskraft, die zwischen den Leitern 11 und dem Element 13 auftritt, wirkt der Bewegung der Kontakttragwelle 12 entgegen, die mit dem beweglichen Element starr verbunden ist. Auf diese Weise absorbiert die Reibungskraft einen Teil der Energie, mit welcher der bewegliche Kontakt 2 vom feststehenden Kontakt getrennt wird. Die Endhubgeschwindigkeit des beweglichen Kontakts 10 wird dadurch derart verringert, dass sie unterhalb von relativ mäßigen Grenzen zu liegen kommt. Da die Reibungskraft zwischen dem isolierenden Element 13 und den Leitern 11 direkt proportional zu dem Strom ist, der durch die Leiter fließt, wird deshalb die der Bewegung des beweglichen Kontakts entgegenwirkende Kraft für hohe Stromwerte beträchtlich hoch, wie unter den Betriebsbedingungen zur Öffnung unter einem Kurzschlussstrom.

Andererseits nimmt unter Betriebsbedingungen zur Öffnung unter Nennstrom im Hinblick auf die sehr geringen Stromwerte die Reibungskraft keine signifikanten Werte ein, so dass die Öffnungsbewegung in keinster Weise beeinträchtigt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Kontakttragwelle 12 und des isolierenden Elements 13, die insbesondere zur Verwendung in einem Drei-Pol-Schalter geeignet sind, werden unter Bezug auf 4a und 4b erläutert.

In diesem Fall sind drei isolierende Elemente 13, von denen jedes einem (nicht gezeigten) beweglichen Kontakt entspricht, der zu einem entsprechenden Pol gehört, an der Kontakttragwelle 12 befestigt.

Wie gezeigt, umfasst jedes isolierende Element 13 einen Körper, der von der Seite aus gesehen zwei gekrümmte geformte Wände aufweist, die dazu geeignet sind, mit den entsprechenden leitenden Elementen 11 betriebsmäßig in geeigneter Weise zu interagieren.

In Übereinstimmung mit einer Lösung, die strukturell einfach und funktionell effektiv ist, sind die isolierenden Elemente aus Kunststoffmaterial hergestellt und monolithisch mit der Betätigungswelle 12 verwirklicht.

Insbesondere können die isolierenden Elemente 13 direkt aus der Kontakttragwelle 14 beispielsweise durch einen Spritzformprozess erzeugt werden.

Alternativ können jedes isolierende Element 13 und die Welle 12 aus zwei getrennten Teilen verwirklicht sein, die in geeigneter Weise miteinander verbunden sind; außerdem kann jedes isolierende Element 13 betriebsmäßig mit weiteren Elementen des Pols verbunden sein.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass der erfindungsgemäße elektrische Pol das angestrebte Ziel und die angestrebten Aufgaben vollständig löst.

Indem die isolierenden Elemente und die leitenden Elemente in geeigneter Weise dimensioniert werden, ist es insbesondere möglich, unter vernünftiger Annäherung die Endhubgeschwindigkeit des beweglichen Kontakts selbst während der Betriebsbedingungen zum Öffnen unter Kurzschlussstrom zu ermöglichen. Es ist deshalb möglich, die Abmessungen des elektrischen Pols in Übereinstimmung mit der Erfindung derart zu wählen, dass die Endhubgeschwindigkeit auf einen Bereich relativ kleiner Werte beschränkt ist, wodurch die Energie des Hubgrenzstoßes verringert wird und wodurch das Auftreten unerwünschter erneuter Schließvorgänge der Kontakte verhindert wird.

Außerdem ist es möglich, die Anhalteeinrichtungen für den beweglichen Kontakt wegzulassen oder zumindest signifikant zu verringern, die üblicherweise in bekannten Schalter-Typen zum Einsatz kommen. Die reduzierte Endhubgeschwindigkeit des beweglichen Kontakts erlaubt es, die erforderliche Eingriffgeschwindigkeit des kinematischen Öffnungsmechanismus zu verringern, wodurch Konstruktionsbeschränkungen gemildert werden.

Schließlich ist beobachtet worden, dass die Anwendung der isolierenden Elemente in keinster Weise eine signifikante Erhöhung der Herstellungskosten mit sich bringt, weil diese Elemente direkt aus der Kontakttragwelle gewonnen werden können. Die Möglichkeit, die Anhalteeinrichtungen für den beweglichen Kontakt nicht vorzusehen, und die Möglichkeit, den kinematischen Öffnungsmechanismus des Schalters zu vereinfachen, bringen andererseits eine Vereinfachung bezüglich der Herstellung des Schalters zusammen mit höherer Betriebszuverlässigkeit mit sich.

Der elektrische Pol für einen Niederspannungsleistungsschalter, der in dieser Weise erhalten wird, ist Modifikationen und Abwandlungen zugänglich, die sämtliche im Umfang des erfindungsgemäßen Konzepts liegen; sämtliche Einzelheiten können deshalb durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden, wie in den anliegenden Ansprüchen festgelegt.