DE102014111854B4

DE102014111854B4 - Switching device with switching and protection function

Info

Publication number: DE102014111854B4
Application number: DE102014111854.5A
Authority: DE
Inventors: Volker Lang
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: DE102014111854A1

Abstract

Antriebsanordnung (1) für ein Schaltgerät, mit zwei elektromagnetischen Antrieben (3, 4), nämlich einem ersten Antrieb (3) und einem zweiten Antrieb (4), wobei die elektromagnetischen Antriebe jeweils mindestens eine Magnetspule (21, 22) aufweisen, wobei der erste Antrieb einen ersten Anker (25) und der zweite Antrieb einen zweiten Anker (26) aufweist, wobei eine Stellkraft des ersten Antriebs (3) durch den ersten Anker (25) auf den zweiten Anker (26) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkraft des ersten Antriebs (3) derart auf den zweiten Anker (26) übertragen wird, dass der zweite Anker (26) aus einer ersten Ankerlage in eine stabilisierte zweite Ankerlage gelangt, wobei die Stellkraft in Form eines Stoßimpulses des ersten Ankers (25) auf den zweiten Anker (26) übertragen wird.Drive arrangement (1) for a switching device, with two electromagnetic drives (3, 4), namely a first drive (3) and a second drive (4), the electromagnetic drives each having at least one magnet coil (21, 22), the first drive has a first armature (25) and the second drive has a second armature (26), wherein an actuating force of the first drive (3) can be transmitted through the first armature (25) to the second armature (26), characterized in that the actuating force of the first drive (3) is transmitted to the second armature (26) in such a way that the second armature (26) moves from a first armature position to a stabilized second armature position, the actuating force in the form of an impact pulse of the first armature (25) is transferred to the second anchor (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Schaltgerät, mit zwei elektromagnetischen Antrieben, nämlich einem ersten Antrieb und einem zweiten Antrieb, wobei die elektromagnetischen Antriebe jeweils mindestens eine Magnetspule aufweisen, sowie ein Schaltgerät mit mindestens einem Festkontakt und mit mindestens einem Bewegkontakt, wobei der Bewegkontakt zum Schließen und Trennen eines Strompfades reversibel zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung gegenüber dem Festkontakt bewegbar ist.The invention relates to a drive arrangement for a switching device, with two electromagnetic drives, namely a first drive and a second drive, with the electromagnetic drives each having at least one magnetic coil, and a switching device with at least one fixed contact and with at least one moving contact, with the moving contact for Closing and separating a current path is reversibly movable between a closed position and an open position relative to the fixed contact.

Derartige Schaltgeräte mit entsprechenden elektromagnetischen Antrieben werden beispielsweise bei Motorstartern verwendet. Diese sollen für das betriebsmäßige Schalten einer Last, das Abschalten einer Überlast und das Abschalten im Kurzschlussfall geeignet sein. Grundsätzlich können zur Erzielung dieser Funktionalität auch zwei getrennte Schaltgeräte, nämlich ein Motorschutzschalter als Leistungsschalter und ein Schütz als Lastschalter eingesetzt werden. Als Alternative sind Motorstarter bekannt, bei denen die Schalt- und Schutzfunktion in einem Schaltgerät integriert ist. In der Regel weisen diese dazu ein handbetätigtes, mechanisches Schaltschloss auf.Switching devices of this type with corresponding electromagnetic drives are used, for example, in motor starters. These should be suitable for operational switching of a load, switching off an overload and switching off in the event of a short circuit. In principle, two separate switching devices can also be used to achieve this functionality, namely a motor protection switch as a circuit breaker and a contactor as a load switch. As an alternative, motor starters are known in which the switching and protective function is integrated in a switching device. As a rule, these have a manually operated, mechanical switch lock for this purpose.

Die Druckschrift DE 102 38 950 A1 offenbart einen elektrischer Schalter mit einer Vakuumkammer mit wenigstens einem ersten Kontaktstück und wenigstens einem zweiten beweglichen Kontaktstück, mit einem elektromagnetischen Antrieb für das wenigstens zweite Kontaktstück, der wenigstens eine Spule, einer Permanentmagnetanordnung und einen linear bewegbaren Anker aufweist, wobei der Anker mit dem zweiten Kontaktstück gekoppelt ist, und wobei die Bewegungsrichtung des Ankers und die Bewegungsrichtung des wenigstens zweiten Kontaktstückes bzw. deren Mittelachsen in einer Linie liegen. Der erste Kontaktstengel ist beweglich aus der Vakuumkammer geführt und das zweite Kontaktstück tragende bewegliche Kontaktstengel sind mit dem Anker unmittelbar starr miteinander gekoppelt. Zur Erzeugung des Kontaktdruckes zwischen den Kontaktstücken ist eine Kontaktdruckfeder vorgesehen, die den das erste Kontaktstück tragenden ersten Kontaktstengel dauernd in Richtung gegen das zweite Kontaktstück federnd beaufschlagt. Zwischen den zwei Ankern liegt eine starre Kopplung vor.The pamphlet DE 102 38 950 A1 discloses an electrical switch with a vacuum chamber with at least one first contact piece and at least one second movable contact piece, with an electromagnetic drive for the at least second contact piece, which has at least one coil, a permanent magnet arrangement and a linearly movable armature, the armature having the second contact piece is coupled, and wherein the direction of movement of the armature and the direction of movement of the at least second contact piece or their central axes are in a line. The first contact stem is movably guided out of the vacuum chamber and the movable contact stem carrying the second contact piece are directly rigidly coupled to one another with the armature. To generate the contact pressure between the contact pieces, a contact pressure spring is provided, which continuously resiliently loads the first contact stem carrying the first contact piece in the direction toward the second contact piece. There is a rigid coupling between the two anchors.

Die Druckschrift DE 10 2012 210 517 A1 offenbart ein elektromagnetisches Starterrelais für eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Hubanker und einer bestrombaren Einzugswicklung und mit einer Einschalteinrichtung zum Einschalten eines elektrischen Startermotors, wobei das Starterrelais als zusätzliche Wicklung eine bestrombare Schaltwicklung aufweist, die einen axial verstellbaren Schaltanker der Einschalteinrichtung beaufschlagt. Der Schaltanker bildet eine Kernplatte für den Hubanker, wobei der Hubanker und der Schaltanker in einem gemeinsamen emagnetischen Kreis liegen. Zwischen den zwei Ankern ist eine elastische Kopplung offenbart und dass die Anker unabhängig voneinander bewegbar sind.The pamphlet DE 10 2012 210 517 A1 discloses an electromagnetic starter relay for a starting device for an internal combustion engine, with a lifting armature and a pull-in winding that can be energized and with a switch-on device for switching on an electric starter motor, the starter relay having a switching winding that can be energized as an additional winding, which acts on an axially adjustable switch armature of the switch-on device. The switching armature forms a core plate for the lifting armature, the lifting armature and the switching armature being in a common electromagnetic circuit. An elastic coupling is disclosed between the two anchors and that the anchors are moveable independently of each other.

In der Druckschrift WO 2014/023326 A1 ist ein Schaltgerät bzw. ein Antrieb für ein Schaltgerät für einen kompakten und fernbetätigbaren Motorstarter beschrieben, mit dem das betriebsmäßige Schalten der Last, das Abschalten der Überlast und das Abschalten von Kurzschlüssen mit nur einem Gerät realisiert werden kann. Die Problematik beim Abschalten von Kurzschlüssen besteht in der Notwendigkeit, die geschlossenen Kontakte sehr schnell und dauerhaft zu öffnen, um ein sicheres Löschen des Lichtbogens zu gewährleisten, um ein Wiederzünden des Lichtbogens und um ein Verschweißen der Kontakte zu vermeiden. Der Antrieb weist dazu eine bipolare elektromagnetische Antriebseinheit mit einem beweglichen Anker und zwei ortsfesten Magnetspulen zur reversiblen Bewegung des Ankers zwischen zwei permanentmagnetisch stabilisierten Ankerlagen auf, wobei durch selektive Erregung der ersten Magnetspule ein Bewegkontakt in die Schließstellung bewegbar ist und durch selektive Erregung der zweiten Magnetspule der Bewegkontakt innerhalb einer für einen Kurzschluss im Strompfad zulässigen Maximalabschaltzeit in die Öffnungsstellung bewegbar ist.In the pamphlet WO 2014/023326 A1 describes a switching device or a drive for a switching device for a compact and remote-controlled motor starter, with which the operational switching of the load, the switching off of the overload and the switching off of short circuits can be implemented with just one device. The problem with clearing short circuits is the need to open the closed contacts very quickly and permanently in order to ensure that the arc is safely extinguished, to prevent the arc from re-igniting and to prevent the contacts from welding. For this purpose, the drive has a bipolar electromagnetic drive unit with a movable armature and two stationary magnetic coils for the reversible movement of the armature between two permanently magnetically stabilized armature positions, whereby a moving contact can be moved into the closed position by selectively energizing the first magnetic coil and the Moving contact can be moved into the open position within a maximum switch-off time permissible for a short circuit in the current path.

Elektromagnetische Antriebe, die für das Ein- und für das Ausschalten verwendet werden, haben den Nachteil, dass diese eine vergleichsweise große, bewegte Masse besitzen, die für den Einschaltvorgang notwendig ist. Aufgrund der Trägheit weist ein solcher Antrieb jedoch eine entsprechend lange Ausschaltzeit auf. Die so erreichbaren Ausschaltzeiten können gegebenenfalls zu lang sein, um einen Kurzschluss sicher abzuschalten.Electromagnetic drives, which are used for switching on and off, have the disadvantage that they have a comparatively large moving mass, which is necessary for the switching on process. Due to the inertia, however, such a drive has a correspondingly long switch-off time. The switch-off times that can be achieved in this way may be too long to safely switch off a short circuit.

Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für ein kompaktes und fernbetätigbares Schaltgerät, mit dem das betriebsmäßige Schalten einer Last, das Abschalten einer Überlast und das Abschalten von Kurzschlüssen mit nur einem Gerät realisiert werden kann, vorzuschlagen, welche kürzere Abschaltzeiten erlaubt, als der Stand der Technik.One object of this invention is to propose a drive arrangement for a compact and remote-controlled switching device with which the operational switching of a load, the disconnection of an overload and the disconnection of short circuits can be implemented with just one device, which allows shorter disconnection times than the State of the art.

Die Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung nach Anspruch 1, sowie durch ein Schaltgerät nach Anspruch 10 gelöst. In den Unteransprüchen sind jeweils bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.The object is achieved by a drive arrangement according to claim 1 and by a switching device according to claim 10. Preferred embodiments and advantageous developments are specified in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung für ein Schaltgerät weist zwei elektromagnetische Antriebe auf, wobei die elektromagnetischen Antriebe jeweils mindestens eine Magnetspule aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Antrieb einen ersten Anker und der zweite Antrieb einen zweiten Anker aufweist, wobei eine Stellkraft des ersten Antriebs durch den ersten Anker derart auf den zweiten Anker übertragbar ist, dass der zweite Anker aus einer ersten Ankerlage in eine stabilisierte zweite Ankerlage gelangt.The drive arrangement according to the invention for a switching device has two electromagnetic drives, the electromagnetic drives each having at least one magnet coil. According to the invention, it is provided that the first drive has a first armature and the second drive has a second armature, with a positioning force of the first drive being able to be transmitted to the second armature by the first armature in such a way that the second armature moves from a first armature position into a stabilized second Anchor position reached.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung besteht darin, dass durch die zwei Antriebe mit jeweils einem Anker eine voneinander unabhängige Bewegung der Anker ermöglicht wird. Dadurch kann für einen Einschaltvorgang des Schaltgeräts eine deutlich höhere Masse des ersten Ankers zur Verfügung gestellt werden, was eine geringere Verlustleistung und eine optimale Anzugsdynamik zur Folge hat. Unabhängig von dem ersten Anker kann der zweite Anker aus seiner stabilisierten zweiten Ankerlage gelöst und insbesondere in seine Ausgangslage zurückbewegt werden. Die Masse des ersten Ankers braucht so vorteilhaft bei einem Abschaltvorgang, insbesondere im Falle eines Kurzschluss, nicht in Bewegung gesetzt zu werden. Da der zweite Anker eine geringere Masse aufweist, als ein ansonsten für einen Einschaltvorgang geeigneter Anker, kann der Abschaltvorgang vorteilhaft in kürzerer Zeit erfolgen. Besonders vorteilhaft kann die Masse des zweiten Ankers wesentlich kleiner gewählt werden, als die Masse des ersten Ankers. Dadurch ist die erfindungsgemäße Antriebsanordnung in einem Schaltgerät für ein besonders schnelles Abschalten bei einem Kurzschluss geeignet.One advantage of the drive arrangement according to the invention is that the two drives, each with one armature, allow the armatures to move independently of one another. As a result, a significantly higher mass of the first armature can be made available for a switch-on process of the switching device, which results in lower power loss and optimal pull-in dynamics. Independently of the first anchor, the second anchor can be released from its stabilized second anchor position and, in particular, be moved back into its initial position. The mass of the first armature thus advantageously does not need to be set in motion during a switch-off process, particularly in the event of a short circuit. Since the second armature has a lower mass than an armature that is otherwise suitable for a switch-on process, the switch-off process can advantageously take place in a shorter time. Particularly advantageously, the mass of the second armature can be selected to be significantly smaller than the mass of the first armature. As a result, the drive arrangement according to the invention in a switching device is suitable for particularly quick disconnection in the event of a short circuit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Anker eine wesentlich größere Masse aufweist, als der zweite Anker, wobei wesentlich größer im Sinne der Erfindung dahingehend zu verstehen ist, dass die größere Masse ein Vielfaches der kleineren Masse aufweist. Insbesondere weist der erste Anker nämlich eine mindestens um einen Faktor zehn größere Masse, bevorzugt eine mindestens um einen Faktor fünfzehn größere Masse als der zweite Anker auf.According to a preferred embodiment, it is provided that the first armature has a significantly greater mass than the second armature, with significantly greater being to be understood within the meaning of the invention that the greater mass has a multiple of the smaller mass. In particular, the first armature has a mass greater by at least a factor of ten, preferably a mass greater by at least a factor of fifteen, than the second armature.

Erfindungsgemäß bewegt die Stellkraft des ersten Antriebs den ersten Anker aus einer ersten Ankerlage in eine zweite Ankerlage, wobei die Stellkraft in Form eines Stoßimpulses des ersten Ankers auf den zweiten Anker übertragbar ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Ankerlage des zweiten Ankers die zweite Ankerlage des ersten Ankers überlagert, sodass der Stoß erfolgt, bevor der erste Anker seine zweite Ankerlage erreicht.According to the invention, the actuating force of the first drive moves the first armature from a first armature position into a second armature position, the actuating force being transferrable to the second armature in the form of a shock pulse from the first armature. Provision is particularly preferably made for the first anchor position of the second anchor to overlap the second anchor position of the first anchor, so that the impact occurs before the first anchor reaches its second anchor position.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine zusätzliche magnetische Stellkraft des zweiten Antriebs derart auf den zweiten Anker wirkt, dass der zweite Anker in seine stabilisierte zweite Ankerlage gelangt. Diese Ausführungsform erlaubt es vorteilhaft, die zwei elektromagnetischen Antriebe so auszulegen, dass die vom ersten Antrieb indirekt auf den zweiten Anker übertragene Stellkraft auch geringfügig geringer sein kann, als notwendig, um die stabilisierte zweite Ankerlage des zweiten Ankers zu erreichen, da die Stellkraft des zweiten Antriebs vorteilhaft genutzt werden kann, um den zweiten Anker zu bewegen. Dabei wirkt die Stellkraft des zweiten Antriebs etwa auf den letzten 20 Prozent des Wegs von der ersten in die zweite Ankerlage.According to a further preferred embodiment, it is provided that an additional magnetic actuating force of the second drive acts on the second armature in such a way that the second armature reaches its stabilized second armature position. This embodiment advantageously allows the two electromagnetic drives to be designed in such a way that the actuating force transmitted indirectly from the first drive to the second armature can also be slightly less than is necessary to achieve the stabilized second armature position of the second armature, since the actuating force of the second Drive can be used advantageously to move the second anchor. The actuating force of the second drive acts on the last 20 percent of the way from the first to the second armature position.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Anker unabhängig von dem ersten Antrieb aus seiner zweiten Ankerlage heraus bewegbar ist, also beispielsweise auch während der erste Anker sich in seiner zweiten Ankerlage befindet. Die Ausführungsform hat den Vorteil, dass der zweite Anker seine zweite Ankerlage umgehend wieder verlassen kann, unabhängig von der aktuellen Position des ersten Ankers. Selbst wenn der erste Anker auf Grund seiner Trägheit beim Einschaltvorgang eine gewisse Zeit nach dem Abschalten des ersten Antriebs, beispielsweise etwa 30 Millisekunden lang, in seiner zweiten Ankerlage verharrt, bevor er durch eine Rückstellfeder zurück in seine erste Ankerlage gebracht wird, ist durch den zweiten Anker gleichzeitig ein Abschaltvorgang möglich, der bei einem Kurzschluss wesentlich schneller erfolgen soll, nämlich in der Regel in drei bis maximal fünf Millisekunden. Das gelingt, bevorzugt mit Hilfe von herkömmlichen Rückstellfedern und einer Schnellentregung, auf Grund der geringen Trägheit, die der zweite Anker seiner Beschleunigung entgegensetzt und auf Grund der Entkopplung des zweiten Ankers von dem ersten Anker.According to a further preferred embodiment it is provided that the second armature can be moved out of its second armature position independently of the first drive, ie for example also while the first armature is in its second armature position. The embodiment has the advantage that the second armature can immediately leave its second armature position, regardless of the current position of the first armature. Even if the first armature remains in its second armature position for a certain time after the first drive has been switched off, for example for around 30 milliseconds, due to its inertia during the switch-on process, before it is brought back into its first armature position by a return spring, the second At the same time, a switch-off process is possible at the anchor, which should take place much faster in the event of a short circuit, namely usually in three to a maximum of five milliseconds. This succeeds, preferably with the help of conventional restoring springs and rapid de-excitation, due to the low inertia that the second armature opposes to its acceleration and due to the decoupling of the second armature from the first armature.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Permanentmagnet den zweiten Anker in seiner stabilisierten zweiten Ankerlage hält, wodurch eine besonders einfache Ausführungsform geschaffen wird. Die Haltekraft des Permanentmagneten wird bei einem Abschaltvorgang vorzugsweise durch den zweiten Antrieb kompensiert, indem die entsprechende Magnetspule des zweiten Antriebs derart erregt wird, dass ihr Magnetfeld ein Magnetfeld des Permanentmagneten ausgleicht. Sobald die Magnetkraft kompensiert ist, beschleunigt eine vorgespannte Rückstellfeder den zweiten Anker in Richtung seiner ersten Ankerlage.According to a further preferred embodiment, it is provided that a permanent magnet holds the second armature in its stabilized second armature position, as a result of which a particularly simple embodiment is created. During a switch-off process, the holding force of the permanent magnet is preferably compensated for by the second drive, in that the corresponding magnetic coil of the second drive is excited in such a way that its magnetic field compensates for a magnetic field of the permanent magnet. As soon as the magnetic force is compensated, a prestressed return spring accelerates the second armature in the direction of its first armature position.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Antrieb den zweiten Anker in seiner stabilisierten zweiten Ankerlage hält. Die Haltekraft des zweiten Antriebs wird bei einem Abschaltvorgang vorzugsweise durch eine Entregung der Magnetspule verringert, insbesondere durch eine Schnellentregung, sodass die vorgespannten Rückstellfedern den zweiten Anker in Richtung seiner ersten Ankerlage bewegen können. Die Schnellentregung kann durch einen Stromfluss auf Grund einer umgekehrt gepolten Spannung erfolgen. Der zweite Antrieb weist weiterhin bevorzugt zwei unabhängige Magnetspulen auf. Die zweite Magnetspule kann vorteilhaft zur Schnellentregung und zum Aufbau einer Redundanz genutzt werden. Durch eine Redundanz wird auch bei einem Ausfall einer der zwei Magnetspulen ein sicheres Abschalten gewährleistet.According to a further preferred embodiment it is provided that the second drive holds the second armature in its stabilized second armature position. The holding force of the second drive is preferential during a switch-off process reduced by de-excitation of the magnetic coil, in particular by rapid de-excitation, so that the preloaded return springs can move the second armature in the direction of its first armature position. The rapid de-excitation can take place through a current flow due to a reversed polarity voltage. The second drive also preferably has two independent magnetic coils. The second magnetic coil can advantageously be used for quick de-excitation and for building up redundancy. Redundancy ensures safe shutdown even if one of the two magnetic coils fails.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit mindestens einem Festkontakt und mit mindestens einem zugehörigen Bewegkontakt, wobei der Bewegkontakt zum Schließen und Trennen eines Strompfades mittels der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung reversibel zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung gegenüber dem Festkontakt bewegbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Stellkraft des ersten Antriebs durch den ersten Anker über den zweiten Anker auf den Bewegkontakt derart übertragbar ist, dass der Bewegkontakt in die Schließstellung gelangt. Vorzugsweise hält der zweite Anker in seiner stabilisierten zweiten Ankerlage den Bewegkontakt in der Schließstellung. Weiterhin bevorzugt ist der zweite Anker mit dem Bewegkontakt direkt gekoppelt, sodass bei einem Abschaltvorgang der zweite Anker, indem er durch Rückstellfedern aus seiner zweiten Ankerlage herausbewegt wird, den Bewegkontakt mitnimmt, wodurch der Bewegkontakt in die Öffnungsstellung gelangt.Another object of the invention relates to a switching device with at least one fixed contact and with at least one associated moving contact, the moving contact being reversibly movable between a closed position and an open position relative to the fixed contact for closing and disconnecting a current path by means of the drive arrangement according to the invention. According to the invention it is provided that an actuating force of the first drive can be transmitted by the first armature via the second armature to the moving contact in such a way that the moving contact reaches the closed position. In its stabilized second anchor position, the second anchor preferably holds the moving contact in the closed position. Furthermore, the second armature is preferably directly coupled to the moving contact, so that during a switch-off process the second armature, being moved out of its second armature position by return springs, takes the moving contact with it, as a result of which the moving contact reaches the open position.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltgeräts besteht darin, dass durch die zwei Antriebe mit jeweils einem Anker eine voneinander unabhängige Bewegung der Anker ermöglicht wird, die nur indirekt, bei der Stoßimpulsübertragung im Einschaltvorgang, miteinander gekoppelt sind. Der Bewegkontakt ist dagegen direkt mit dem zweiten Anker gekoppelt, um bei dem Abschaltvorgang schnell in die Öffnungsstellung bewegt zu werden, insbesondere im Falle eines Kurzschluss. Dadurch ist das erfindungsgemäße Schaltgerät besonders zum schnellen Abschalten bei einem Kurzschluss geeignet.An advantage of the switching device according to the invention is that the two drives, each with an armature, allow the armatures to move independently of one another, which are only indirectly coupled to one another during the shock pulse transmission during the switch-on process. The moving contact, on the other hand, is coupled directly to the second armature in order to be moved quickly into the open position during the switch-off process, particularly in the event of a short circuit. As a result, the switching device according to the invention is particularly suitable for quick disconnection in the event of a short circuit.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The statements are merely exemplary and do not restrict the general idea of the invention.

Es zeigen

1 ein schematisch dargestelltes Schaltgerät bei geöffneten Kontakten mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
2 das Schaltgerät gemäß 1 bei geschlossenen Kontakten;
3 ein schematisch dargestelltes Schaltgerät bei geöffneten Kontakten mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
4 das Schaltgerät gemäß 3 bei geschlossenen Kontakten;
5 ein schematisch dargestelltes Schaltgerät bei geöffneten Kontakten mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
6 das Schaltgerät gemäß 5 bei geschlossenen Kontakten;
7 ein schematisch dargestelltes Schaltgerät bei geöffneten Kontakten mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
8 das Schaltgerät gemäß 7 bei geschlossenen Kontakten.

Show it

1 a switching device shown schematically with open contacts with an embodiment of a drive assembly according to the invention;
2 the switching device according to 1 with closed contacts;
3 a switching device shown schematically with open contacts with a further embodiment of a drive assembly according to the invention;
4 the switching device according to 3 with closed contacts;
5 a switching device shown schematically with open contacts with a further embodiment of a drive assembly according to the invention;
6 the switching device according to 5 with closed contacts;
7 a switching device shown schematically with open contacts with a further embodiment of a drive assembly according to the invention;
8th the switching device according to 7 with closed contacts.

In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 für ein Schaltgerät dargestellt. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 weist zwei elektromagnetische Antriebe 3, 4 auf, nämlich einem ersten Antrieb 3 und einem zweiten Antrieb 4, wobei die elektromagnetischen Antriebe 3, 4 jeweils mindestens eine Magnetspule 21, 22 und einen zwischen zwei Ankerlagen beweglichen Anker 25, 26 aufweisen. Eine Stellkraft des ersten Antriebs 3 ist erfindungsgemäß durch den ersten Anker 25 derart auf den zweiten Anker 26 übertragbar, dass der zweite Anker aus einer ersten Ankerlage in eine stabilisierte zweite Ankerlage gelangt.In the 1 and 2 a first embodiment of a drive arrangement 1 according to the invention for a switching device is shown. The drive arrangement 1 according to the invention has two electromagnetic drives 3, 4, namely a first drive 3 and a second drive 4, the electromagnetic drives 3, 4 each having at least one magnetic coil 21, 22 and an armature 25, 26 movable between two armature positions. According to the invention, an actuating force of the first drive 3 can be transmitted through the first armature 25 to the second armature 26 in such a way that the second armature moves from a first armature position into a stabilized second armature position.

Der zweite Anker 26 ist in der 1 in seiner ersten Ankerlage dargestellt und in der 2 in seiner zweiten, stabilisierten Ankerlage. Der erste Anker 25 ist in der 1 in seiner ersten Ankerlage dargestellt und in der 2 in seiner zweiten Ankerlage. Die weiteren Ausführungsformen gemäß der 3 bis 8 unterscheiden sich von der Ausführungsform gemäß der 1 und 2 im Wesentlichen anhand von Varianten des zweiten Antriebs 4, auf die später näher eingegangen wird. Ansonsten gelten die folgenden Ausführungen für alle Ausführungsformen gemäß der 1 bis 8 und werden später nicht wiederholt.The second anchor 26 is in the 1 shown in its first anchor position and in the 2 in its second, stabilized anchor position. The first anchor 25 is in the 1 shown in its first anchor position and in the 2 in its second anchor position. The other embodiments according to 3 until 8th differ from the embodiment according to FIG 1 and 2 essentially based on variants of the second drive 4, which will be discussed in more detail later. Otherwise, the following statements apply to all embodiments according to 1 until 8th and will not be repeated later.

Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 bei einem Einschaltvorgang beschrieben, bei dem der ersten Anker 25 durch die Stellkraft der Magnetspule 21 des ersten Antriebs 3 aus der ersten Ankerlage in die zweite Ankerlage bewegt wird. Kurz bevor der erste Anker 25 die zweite Ankerlage erreicht, die durch einen Anschlag 6 definiert ist, trifft der erste Anker 25 auf den zweiten Anker 26, der sich in seiner ersten Ankerlage befindet, da die erste Ankerlage des zweiten Ankers 26 die zweite Ankerlage des ersten Ankers 25 überlagert, sodass ein Stoß erfolgt, bevor der erste Anker 25 seine zweite Ankerlage erreicht, bei dem die Stellkraft des ersten Antriebs 3 in Form eines Impulses des ersten Ankers 25 auf den zweiten Anker 26 übertragen wird. Dazu ragt ein Zapfen 8 des zweiten Ankers 26 durch eine Öffnung 7 in das Gehäuse des ersten Antriebs 3 hinein. Der erste Anker 25 besitzt vorzugsweise eine wesentlich größere Masse, als der zweite Anker 26, nämlich eine mindestens um einen Faktor zehn größere Masse. Durch den Impuls des ersten Ankers 25 überwindet der zweite Anker 26 eine Rückstellkraft einer Rückstellfeder 2 und gelangt in seine zweite Ankerlage. Alternativ kann die Antriebsanordnung 1 auch derart ausgelegt sein, dass der zweite Anker 26 die zweite Ankerlage nicht allein durch den Impuls des ersten Ankers 25 erreicht, sondern auf dem letzten Teilstück des Wegs durch die Stellkraft der Magnetspule 22 des zweiten Antriebs 4 endgültig in die zweite Ankerlage gelangt.The function of the drive arrangement 1 according to the invention is described below during a switch-on process in which the first armature 25 is moved from the first armature position to the second anchor position is moved. Shortly before the first anchor 25 reaches the second anchor position, which is defined by a stop 6, the first anchor 25 meets the second anchor 26, which is in its first anchor position, since the first anchor position of the second anchor 26 corresponds to the second anchor position of the first armature 25 is superimposed, so that an impact occurs before the first armature 25 reaches its second armature position, in which case the actuating force of the first drive 3 is transmitted to the second armature 26 in the form of a pulse of the first armature 25 . For this purpose, a pin 8 of the second armature 26 protrudes through an opening 7 into the housing of the first drive 3 . The first armature 25 preferably has a significantly greater mass than the second armature 26, namely a mass greater by at least a factor of ten. Due to the impulse of the first armature 25, the second armature 26 overcomes a restoring force of a restoring spring 2 and reaches its second armature position. Alternatively, the drive arrangement 1 can also be designed in such a way that the second armature 26 does not reach the second armature position solely through the impulse of the first armature 25, but on the last part of the way through the actuating force of the magnetic coil 22 of the second drive 4 finally into the second Anchor position reached.

Die 1 bis 8 zeigen jeweils auch ein schematisch angedeutetes Schaltgerät, welches neben der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 eine Strombahn 10 umfasst, wobei zwei Festkontakte 11, 12 und zwei Bewegkontakte 14, 15 vorgesehen sind und die Bewegkontakte 14, 15 zum Schließen und Trennen des Strompfades 10 reversibel zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung gegenüber den Festkontakten 11, 12 an einem Schaltstück 16 bewegbar sind. Das Schaltstück 16 ist über eine Kontakt-Druckfeder 2' und eine Schaltbrücke 17 fest mit dem zweiten Anker 26 verbunden. Dadurch wird die Stellkraft des ersten Antriebs 3 durch den ersten Anker 25 über den zweiten Anker 26 auf die Bewegkontakte 14, 15 übertragen, die dadurch in die Schließstellung gelangen, die bei allen Ausführungsformen jeweils in den geradzahlig nummerierten Figuren dargestellt ist. Wenn der zweite Anker 26 sich in seiner stabilisierten zweiten Ankerlage befindet, hält dieser die Bewegkontakte 14, 15 in der Schließstellung.The 1 until 8th each also show a schematically indicated switching device which, in addition to the drive arrangement 1 according to the invention, comprises a current path 10, with two fixed contacts 11, 12 and two moving contacts 14, 15 being provided and the moving contacts 14, 15 for closing and separating the current path 10 reversibly between a closed position and an open position relative to the fixed contacts 11, 12 on a contact piece 16 are movable. The switching piece 16 is firmly connected to the second armature 26 via a contact compression spring 2 ′ and a switching bridge 17 . As a result, the actuating force of the first drive 3 is transmitted by the first armature 25 via the second armature 26 to the moving contacts 14, 15, which thereby reach the closed position, which is shown in all embodiments in the even-numbered figures. When the second armature 26 is in its stabilized second armature position, it holds the moving contacts 14, 15 in the closed position.

Die in den geradzahlig nummerierten Figuren mit geschlossenen Kontakten dargestellten Antriebsanordnungen 1 zeigen beide Anker 25, 26 in ihrer jeweils zweiten Ankerlage, so dass der erste Anker 25 durch seine Druckfeder 2 beaufschlagt ist und der zweite Anker 26 durch seine Druckfeder 2 und die Kontakt-Druckfeder 2' beaufschlagt ist. Die gezeigte Position der beiden Anker 25, 26 ergibt sich unmittelbar nach Abschluss des oben beschriebenen Einschaltvorgangs, wenn der zweite Anker 26 seine zweite, stabilisierte Ankerlage erreicht hat und der erste Anker 25 nach Entregung der Magnetspule 21 auf Grund seiner Trägheit noch nicht durch die Rückstellfeder 2 in seine erste Ankerlage zurückbewegt wurde. Bis zur Rückkehr in die erste Ankerlage können beispielsweise 30 Millisekunden vergehen. Diese Zeit ist wesentlich länger, als die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 bei einem Kurzschluss zum Abschalten benötigen soll, wofür etwa drei bis maximal fünf Millisekunden zur Verfügung stehen. Das schnelle Abschalten eines Kurzschlusses unmittelbar nach dem Einschaltvorgang, wie in der dargestellten Position, ist mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 vorteilhaft möglich, da der zweite Anker 26 aus seiner zweiten Ankerlage heraus bewegbar ist, während der erste Anker 25 sich noch in seiner zweiten Ankerlage befindet. Der Abschaltvorgang läuft unabhängig von dem ersten Anker 25 ab. Dazu wird der zweite Anker 26 aus seiner zweiten Ankerlage heraus bewegt, indem die Stabilisierung der zweiten Ankerlage aufgehoben wird, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird. Sobald der zweite Anker 26 nicht mehr in der zweiten Ankerlage gehalten wird, bewegen die Rückstellkräfte der Rückstellfeder 2 und der Kontakt-Druckfeder 2' den zweiten Anker 26, der auf Grund seiner geringen Masse bzw. Trägheit stark beschleunigt und so schnell seine erste Ankerlage wieder erreicht. Die Bewegkontakte 14, 15 an dem Schaltstück 16 werden durch die direkte Kopplung an den zweiten Anker 26 ebenso schnell von der Schließstellung in die Öffnungsstellung gegenüber den Festkontakten 11, 12 gebracht, so dass der Strompfad 10 unterbrochen ist.The drive assemblies 1 shown in the even-numbered figures with closed contacts show both armatures 25, 26 in their respective second armature position, so that the first armature 25 is acted upon by its compression spring 2 and the second armature 26 by its compression spring 2 and the contact compression spring 2' is applied. The position of the two armatures 25, 26 shown is obtained immediately after the switch-on process described above has been completed, when the second armature 26 has reached its second, stabilized armature position and the first armature 25 has not yet reached its second, stabilized armature position after the magnetic coil 21 has been de-excited due to its inertia by the return spring 2 has been moved back to its first anchor position. For example, 30 milliseconds can elapse before the return to the first anchor position. This time is significantly longer than the drive arrangement 1 according to the invention should need to switch off in the event of a short circuit, for which approximately three to a maximum of five milliseconds are available. The quick disconnection of a short circuit immediately after the switch-on process, as in the position shown, is advantageously possible with the drive arrangement 1 according to the invention, since the second armature 26 can be moved out of its second armature position, while the first armature 25 is still in its second armature position . The switch-off process runs independently of the first armature 25 . For this purpose, the second armature 26 is moved out of its second armature position, in that the stabilization of the second armature position is canceled, which will be discussed in more detail below. As soon as the second armature 26 is no longer held in the second armature position, the restoring forces of the restoring spring 2 and the contact pressure spring 2' move the second armature 26, which, due to its low mass or inertia, accelerates strongly and so quickly returns to its first armature position reached. Due to the direct coupling to the second armature 26, the moving contacts 14, 15 on the contact piece 16 are brought just as quickly from the closed position into the open position in relation to the fixed contacts 11, 12, so that the current path 10 is interrupted.

Nachfolgend wird die Stabilisierung des zweiten Ankers 26 in der zweiten Ankerlage und die Aufhebung der Stabilisierung bei einem Abschaltvorgang näher erläutert und dabei auf die verschiedenen Ausführungsformen des zweiten Antriebs 4 eingegangen.The stabilization of the second armature 26 in the second armature position and the cancellation of the stabilization during a switch-off process will be explained in more detail below, and the various embodiments of the second drive 4 will be discussed.

Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform, bei der vorgesehen ist, dass ein Permanentmagnet 5 den zweiten Anker 26 in seiner stabilisierten zweiten Ankerlage hält. Der zweite Antrieb 4 weist die Magnetspule 22 auf, um die Haltekraft des Permanentmagneten 5 zu kompensieren und so das Lösen des zweiten Ankers 26 aus seiner zweiten Ankerlage zu ermöglichen.The 1 and 2 show an embodiment in which it is provided that a permanent magnet 5 holds the second armature 26 in its stabilized second armature position. The second drive 4 has the magnetic coil 22 in order to compensate for the holding force of the permanent magnet 5 and thus to enable the second armature 26 to be released from its second armature position.

Die 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, bei der vorgesehen ist, dass der zweite Antrieb 4 den zweiten Anker 26 nur mit der Magnetspule 22 in seiner stabilisierten zweiten Ankerlage hält. Zum Lösen des zweiten Ankers 26 wird die Magnetspule 22 entregt, vorzugsweise über eine entsprechende Schaltung zur Schnellentregung.The 3 and 4 show an embodiment in which it is provided that the second drive 4 holds the second armature 26 in its stabilized second armature position only with the magnetic coil 22. To release the second armature 26, the magnetic coil 22 is de-energized, preferably via a corresponding circuit for rapid de-excitation.

Die 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform, bei der vorgesehen ist, dass der zweite Antrieb 4 zwei unabhängige Magnetspulen 22, 22' aufweist, die beide unabhängig voneinander dazu vorgesehen sind, um die Haltekraft des Permanentmagneten 5 zu kompensieren und so das Lösen des zweiten Ankers 26 aus seiner zweiten Ankerlage zu ermöglichen. Dadurch wird vorteilhaft eine Redundanz geschaffen, die ein sicheres Abschalten auch bei Ausfall einer der zwei Magnetspulen 22, 22` des zweiten Antriebs 4 erlaubt.The 5 and 6 show an embodiment in which it is provided that the second Drive 4 has two independent magnetic coils 22, 22', both of which are provided independently of one another in order to compensate for the holding force of the permanent magnet 5 and thus to enable the second armature 26 to be released from its second armature position. This advantageously creates a redundancy that allows safe shutdown even if one of the two magnetic coils 22, 22' of the second drive 4 fails.

Die 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform, bei der vorgesehen ist, dass der zweite Antrieb 4 zwei unabhängige Magnetspulen 22, 22' aufweist, von denen eine Haltespule 22 dazu vorgesehen ist, den zweiten Anker 26 in seiner stabilisierten zweiten Ankerlage zu halten und eine Lösespule 22', deren Magnetfeld dem der Haltespule 22 entgegenwirkt, um so das Lösen des zweiten Ankers 26 aus seiner zweiten Ankerlage zu ermöglichen.The 7 and 8th show an embodiment in which it is provided that the second drive 4 has two independent magnetic coils 22, 22 ', of which a holding coil 22 is provided to hold the second armature 26 in its stabilized second armature position and a release coil 22', whose Magnetic field which counteracts the holding coil 22, so as to enable the release of the second armature 26 from its second armature position.

Bei den Ausführungsformen gemäß der 5 bis 8 kann eine der zwei unabhängigen Magnetspulen 22, 22' des zweiten Antriebs 4 dazu vorgesehen sein, die zusätzliche Stellkraft des zweiten Antriebs 4 auf den zweiten Anker 26 auszuüben, um den zweiten Anker in seine stabilisierte zweite Ankerlage zu bringen.In the embodiments according to 5 until 8th one of the two independent magnetic coils 22, 22' of the second drive 4 can be provided to exert the additional actuating force of the second drive 4 on the second armature 26 in order to bring the second armature into its stabilized second armature position.

BezugszeichenlisteReference List

11: Antriebsanordnungdrive arrangement
22: Druckfedern, RückstellfedernCompression springs, return springs
2'2': Kontakt-Druckfedercontact compression spring
33: Erster elektromagnetischer AntriebFirst electromagnetic drive
44: Zweiter elektromagnetischer AntriebSecond electromagnetic drive
55: Permanentmagnetpermanent magnet
66: Anschlagattack
77: Öffnungopening
88th: Zapfencones
1010: Strompfadcurrent path
1111: Festkontaktfixed contact
1212: Festkontaktfixed contact
1414: Bewegkontaktmoving contact
1515: Bewegkontaktmoving contact
1616: Schaltstückswitching piece
1717: Schaltbrückeswitching bridge
2121: Erste MagnetspuleFirst magnetic coil
22, 22'22, 22': Zweite Magnetspule, Haltespule, LösespuleSecond solenoid, hold coil, release coil
2525: Erster AnkerFirst anchor
2626: Zweiter Ankersecond anchor

Claims

Drive arrangement (1) for a switching device, with two electromagnetic drives (3, 4), namely a first drive (3) and a second drive (4), the electromagnetic drives each having at least one magnetic coil (21, 22), the first drive has a first armature (25) and the second drive has a second armature (26), wherein an actuating force of the first drive (3) can be transmitted through the first armature (25) to the second armature (26), characterized in that the actuating force of the first drive (3) is transmitted to the second armature (26) in such a way that the second armature (26) moves from a first armature position to a stabilized second armature position, the actuating force in the form of an impact pulse of the first armature (25) is transferred to the second anchor (26).

Drive arrangement according to claim 1 , characterized in that the first anchor position of the second anchor (26) is superimposed on a second anchor position of the first anchor (25), so that the shock occurs before the first anchor reaches its second anchor position.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first armature (25) has a significantly greater mass than the second armature (26), in particular a mass greater by at least a factor of ten, preferably greater by a factor of at least fifteen Dimensions.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second armature (26) can be moved out of its second armature position independently of the first drive (3).

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an additional actuating force of the second drive (4) acts on the second armature (26) in such a way that the second armature reaches its stabilized second armature position.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a permanent magnet (5) holds the second armature (26) in its stabilized second armature position.

Drive arrangement according to claim 6 , characterized in that the second drive (4) has a holding force of the permanent magnet (5), for releasing the second anchor (26) from its second anchor position.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second drive (4) holds the second armature (26) in its stabilized second armature position.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second drive (4) has two independent magnetic coils (22, 22').

Switching device with at least one fixed contact (11, 12) and with at least one moving contact (14, 15), the moving contact for closing and disconnecting a current path (10) being reversibly movable between a closed position and an open position relative to the fixed contact, characterized by a drive arrangement according to one of the preceding claims, wherein the actuating force of the first drive (3) can be transmitted by the first armature (25) via the second armature (26) to the moving contact (14, 15) in such a way that the moving contact reaches the closed position.

switching device after claim 10 , characterized in that the second armature (26) holds the moving contact (14, 15) in the closed position in its stabilized second armature position.

Switching device according to one of Claims 10 or 11 , characterized in that the second armature (26) is coupled directly to the moving contact (14, 15).