DE1269254B - Schaltungsanordnung zum Loeschen von Funken an Kontakten in Gleichstromkreisen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W7WW> PATENTAMT Int. α.:

HOIh

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21g-32

1 269 254
P 12 69 254.5-33
4. Mi 1960
30. Mai 1968

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Löschen von Funken an Kontakten, die in einem Stromkreis mit einer Gleichstromquelle und einem Verbraucher liegen. Derartige Schaltungsanordnungen sollen verhindern, daß beim Öffnen bzw. Schließen der Kontakte Überschlagfunken auftreten, welche die Kontakte verschleißen. Bei einem bekannten Löschkreis ist eine Drosselspule vorgesehen, die in Reihe mit dem zu schützenden Kontakt und dem Stromverbraucher liegt. Damit wird zwar eine energiereiche Funkenbildung beim Schließen des Kontakts vermieden, das Entstehen eines Öffnungsfunkens dagegen kann damit nicht verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltungsanordnung zum Löschen von Funken an Kontakten in Gleichstromkreisen zu schaffen, die eine Funkenbildung sowohl beim öffnen als auch beim Schließen der Kontakte so weitgehend wie möglich verhindert und die äußerst klein gebaut und direkt an den zu schützenden Kontakten angebracht werden kann. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem an der Drosselspule angeschlossenen Kontakt und einem zwischen dem Verbraucher und dem anderen Kontakt gelegenen as Punkt des Stromkreises eine einen Gleichrichter und einen Kondensator enthaltende Reihenschaltung eingeschaltet ist, in der der Gleichrichter derart gepolt ist, daß er den durch den Kondensator beim Schließen der Kontakte fließenden Strom sperrt.

Bei der Erfindung wird das Auftreten von Schließfunken durch die Drosselspule, das Auftreten von Öffnungsfunken durch die aus einem Gleichrichter und einem Kondensator bestehende Reihenschaltung verhindert, wobei der Gleichrichter dafür sorgt, daß die Kapazität des Kondensators keine nachteiligen Einflüsse auf die Funkenlöschung beim Schließen der Kontakte ausüben kann. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist außerdem sehr platzsparend und kann unmittelbar an den Kontakten angebracht werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Widerstand des Gleichrichters in Durchlaßrichtung so niedrig ausgelegt, daß die Spannung zwischen den Kontakten unmittelbar nach dem öffnen 20 V nicht überschreitet. Damit wird auch das Auftreten kleinster Funken, sogenannter Glühfunken, verhindert. Weiterhin kann parallel zum Gleichrichter ein Widerstand geschaltet sein, der dazu dient, das Löschen von Kleinstfunken zu erleichtern.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich-Schaltungsanordnung zum Löschen von Funken
an Kontakten in Gleichstromkreisen

Anmelder:

Per Harry Elias Claesson, Danderyd;

Karl Evert Jarnbrink, Farsta (Schweden)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

8000 München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:

Per Harry Elias Claesson, Danderyd;

Karl Evert Jarnbrink, Farsta (Schweden)

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 3. Juli 1959 (6301)

nung. In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines induktiven, durch Kontakte zu steuernden Stromkreises nach der Erfindung,

F i g. 2 Kennlinien von Strom und Spannung als Funktionen der Zeit und

F i g. 3 eine auf einem Relaiskontakt angeordnete Vorrichtung nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist mit R1 die Wicklung eines Relais bezeichnet. Diese Wicklung R1 wird von einer nicht gezeigten, an die Klemmen + bzw. — angeschlossenen Stromquelle gespeist, wobei der Minuspol an das eine Ende der Relaiswicklung R1 angeschlossen und der Pluspol an Erde gelegt ist. Der Erregerkreis des Relais wird von den Kontakten K1 und K 2 gesteuert. Der Kontakt K 2 ist an Erde und somit an den Pluspol der Stromquelle gelegt, während der Kontakt K1 an das andere Ende der Relaiswicklung R1 über ein induktives Element, nämlich eine Drosselspule Z1 und eine Verbindungsleitung L angeschlossen ist. Der ohmsche Widerstand der Spule Z1 und der Leitung L ist durch den Widerstand r 1 dargestellt.

Die Kapazität der Leitung gegen Erde wird in dem Schaltbild durch die Kapazitäten C1 und C 2, die Kapazität zwischen den Kontakten K1 und K 2 durch C 3 und die Parallelkapazität der Wicklung R1 durch C 4 dargestellt.

Wenn der Erregerstromkreis für das Relais offen ist, d. h., wenn die Kontakte K1 und K 2 wie in der

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Figur voneinander getrennt sind, tritt eine Spannung über die Kontakte und die Kapazitäten Cl₃ C 2 und C 3 auf, die im wesentlichen die Spannung der Stromquelle entspricht. Wenn nun der Kreis geschlossen wird und die Kontakte Kl und K 2 sich auf einander zu bewegen, tritt, wenn der Abstand zwischen den Kontakten klein genug wird, zwischen den Kontakten eine Funkenbildung auf, bei der sich die Gleichstromenergie, die in den verschiedenen Kapazitäten gespeichert ist, über den Boden entlädt. Dabei treten hohe Stromstöße auf, die, falls keine Maßnahmen dagegen getroffen werden, zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Kontakte führen.

Die Kurve 1 der F i g. 2 zeigt diesen Strom als Funktion der Zeit für den Fall, daß keine Maßnahmen zur Begrenzung des Stromes getroffen sind. In dem dargestellten Kreis wird jedoch gemäß der Erfindung der beim Schließen der Kontakte entstehende Strom durch die Spule Zl in einem solchen Maß begrenzt, daß er den Kontakten nicht schaden kann. Damit die Spule Z1 die zum Schützen der Kontakte erforderliche Begrenzung des Stromes tatsächlich vornehmen kann, muß die Verbindungsleitung zwischen der Spule Z1 und dem Kontakt K1 so kurz wie möglich sein, da dann der Entladestrom von allen wesentlichen Parallelkapazitäten des Kreises zwangläufig durch die Spule Zl hindurchgeht. Der durch die Kapazität C 3 entstehende Strom kann zwar offensichtlich nicht durch die Spule Z1 abströmen, jedoch ist es möglich, diese Kapazität so klein zu halten, daß sie keinen Schaden erbringt.

Die Spule Zl, die den in dem Überschlagbogen beim Schließen der Kontakte auftretenden Strom begrenzt, hat jedoch die entgegengesetzte Wirkung, wenn die Kontakte geöffnet werden. Wenn nämlich der durch den Kreis fließende Strom unterbrochen wird, so erzeugen die induktive Impedanz der Spule Z1 und der Wicklung R1 eine sehr hohe Spannung, die zu einer starken Funkenbildung und einer damit verbundenen Beschädigung der Kontaktflächen führt, falls keine Mittel vorhanden sind, um diese Spannung zu unterdrücken. Die Kurve 2 der F i g. 2 zeigt diese Spannung als Funktion der Zeit, wenn keine Maßnahmen getroffen sind, um sie zu unterdrücken.

Die beim Öffnen der Kontakte auftretende Spannung kann jedoch mittels einer Reihenschaltung begrenzt werden, die aus einem Widerstandr2 und einem Kondensator C 5 besteht und zu der aus der Spule Zl und der Relaiswicklung R1 bestehenden Reihenschaltung parallel liegt. Mittels dieser Reihenschaltung wird die über die Kontakte beim öffnen entstehende Spannung auf einen Wert begrenzt, der unter demjenigen bleibt, der durch den im Erregerkreis vor Kontaktunterbrechung fließenden Strom und die Größe des Widerstandes r 2 bestimmt ist. In dieser Weise kann die Spannung so begrenzt werden, daß sie 100 bis 150 V nicht übersteigt, wodurch die Kontakte auch vor sogenannten »Glühfunken« geschützt werden. Dagegen werden die Kontakte dadurch noch nicht vor kleinen Funken, die schon beim Überschreiten einer Spannung von etwa 20 V entstehen, geschützt. Zwar kann die Größe des Widerstandes r 2 so niedrig gewählt werden, daß die auftretende Spannung 20 V nicht übersteigt, jedoch wird dann der während des Schließens der Kontakte entstehende Strom entsprechend höher.

Die genannten, durch den i?C-Kreis entstehenden Nachteile werden nun dadurch vermieden, daß ein Gleichrichter L1, wie in F i g. 1 dargestellt, parallel zum Widerstand r 2 und mit dem Kondensator C 5 in Reihe geschaltet ist. Dieser Gleichrichter L1 ist dabei so gepolt, daß er beim Schließen der Kontakte keinen Strom durchläßt. Der Kondensator C 5 wird somit beim Kontaktschließen über den Widerstand r 2 geladen, und die Größe des Widerstandes wird so gewählt, beispielsweise 2000 Ohm bei einer Spannung der Stromquelle von 36 V, daß der Strom durch den

ίο Widerstand eine für die Funktion des Gerätes geeignete Größe erhält. Der Gleichrichter L1 ist also so zu bemessen, daß die in der Vorwärtsrichtung über den Gleichrichter entstehende Spannung unter der für das Entstehen der erwähnten kleinen Funken erforderliehe Spannung (etwa 20 V) bleibt. Die kapazitive Impedanz des Gleichrichters soll dabei klein sein. Die Kapazität des Kondensators C 5 wird so bemessen, daß die beim Unterbrechen des Kontakts entstehende Spannung so lange genügend niedrig gehalten wird, bis die Entfernung zwischen den Kontakten so groß geworden ist, daß kein Funken mehr entstehen kann. Diese Verhältnisse werden durch die Kurve3 der Fig. 2 dargestellt. Sobald die Kontakte außer Berührung kommen, entsteht zwischen ihnen eine Spannung V1. Diese Spannung entspricht der Spannung über den Gleichrichter L1. Die Spannung steigt dann, währenddessen die Kontakte sich voneinander entfernen, weiter an. Es wird angenommen, daß nach der Zeit ^₁ die Entfernung zwischen den

Kontakten so groß geworden ist, daß ein Funken nicht mehr entstehen kann. Die Kapazität des Kondensators C 5 soll somit so groß bemessen sein, daß während der Zeit t_± die Summe aus der Spannung V1 über den Gleichrichter und der Spannung V 2 über den Kondensator C 5 die für das Entstehen eines Funkens erforderliche Spannung nicht übersteigt. Die Zeit t_± ist dabei von der Bewegungsgeschwindigkeit der Kontakte abhängig.

Die Spule Zl hat zweckmäßigerweise einen solchen ohmschen Widerstand, daß Schwingungen, die bei geschlossenen Kontakten entstehen können, stark gedämpft werden. Die erforderliche Induktivität der Spule Zl hängt von der Länge der Leitung L ab. Wenn diese Leitung kurz ist, kann eine induktive Impedanz von 0,1 bis 10 mH genügen, wenn sie dagegen lang ist (beispielsweise mehr als 10 m), muß die Induktivität höher sein. Zweckmäßigerweise besteht die Spule Z1 aus einer um einen Ferritkern gewickelten Spule.

Der Gleichrichter L1, der Kondensator C 5, der Widerstandr2 und die SpuleZl werden zweckmäßigerweise als eine konstruktive Einheit ausgeführt, die am Kontakt befestigt werden kann.
F i g. 3 zeigt eine entsprechende Ausführung einer solchen Einheit in Draufsicht. Die Einzelteile der Schutzanordnung sind dabei in einer zylindrischen Hülle 15 angeordnet. Ein Metallstreifenil bildet zwei Ösen, von denen die eine die Hülle 15 umschließt und die andere über die Lötnase einer Kontaktfeder 14 eines Relais 13 geschoben ist. Ein Anschlußleiter 16 am einen Ende der Hülle 15 ist bei 18 an der Kontaktfeder angelötet, und die übrigen Anschlüsse 17 der Einheit sind an dem anderen Ende der Hülle zu Lötösen umgebogen.

Der Kondensator C 5 kann zweckmäßigerweise die Form eines hohlen Zylinders haben, so daß er als Hülle 15 für die übrigen Teile der Schutzanordnung dienen kann, wobei dann die Schaltungsanordnung

wenig Raum in Anspruch nimmt und unmittelbar an den Kontakten angeordnet werden kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Löschen von Funken an Kontakten, die in einem Stromkreis mit einer Gleichstromquelle, einem Verbraucher und einer mit diesem in Reihe geschalteten Drosselspule liegen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem an der Drosselspule (Z 1) angeschlossenen Kontakt (K 1) und einem zwischen dem Verbraucher (R 1) und dem anderen Kontakt (K 2) gelegenen Punkt des Stromkreises eine einen Gleichrichter (L 1) und einen Kondensator (C 5) enthaltende Reihenschaltung eingeschaltet ist, in der der Gleichrichter (L 1) derart gepolt ist, daß er den durch den Kondensator (C S) beim Schließen der Kontakte (K 1, K 2) fließenden Strom sperrt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Gleichrichters (L 1) in Durchlaßrichtung so niedrig ist, daß die Spannung zwischen den Kontakten (K 1, K 2) unmittelbar nach deren Öffnen 20 V nicht überschreitet. as

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Verbraucher (R 1) und den Kontakten (K 1, K 2) eingeschaltete Drosselspule (Z 1) über eine sehr kurze Leitungsverbindung an einen (Kl) der Kontakte angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (r 2) parallel zum Gleichrichter geschaltet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Funkenlöscheinrichtung darstellenden Schaltungselemente eine Baueinheit bilden, die an einem der Kontakte befestigt ist (F i g. 3).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C 5) die Form eines hohlen Zylinders hat und die anderen Schaltungselemente gehäuseartig umgibt.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit mittels einer auf die Anschlußlötfahne (4) einer Kontaktfeder aufschiebbaren Hülse an einem der Kontakte befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 043 407;
deutsche Patentschrift Nr. 767 729;
Zeitschrift Fernmelde-Praxis, 1954, H. 16, S. 551.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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