DE1640230B2 - Den Kontaktabhebekräften entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung für einen Leistungsschalter - Google Patents

Description

gelöster Halteanordnung das bewegliche Teil in

Eingriff mit dem Leiter treibt, derart, daß auf den Lei-

_ei_ne «.ontaktöffnungsbewegung übertragen wird;

eine den Schließvorgang des Schalten, einleitende

Schließeinrichtung, die das bewegliche Teil in die erste 5

Schließeinncniung, uic u« ucwcgm,!. ich m uic ci»ic Läse zurückführt; eine Kontaktarretieranordnung, die während der Rückbewegung des beweglichen Teils den Leiter in einer Lage, bei der die Kontakte weit gecTfnet

ind festhält; und eine Schließhilfsanordnung, die im Anschluß ar. die Bewegung des beweglichen Teils in im 10 wesentlichen die erste Lage die Kontaktarretieranordnung unwirksam macht und danach den Leiter in die Schließstellung trdbt.
An Hand der Zeichnungen werden Ausfuhrungsbei-

spiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt

pig. 1 eine teilweise im Schnitt wisdergegebene

sotematische Darstellung eines Leistungsschalters im

geöffneten Zustand mit einer Ausführunfsform der er-

findungsgemäOen Einrichtung,
ρ j g 2 den Schalter nach F i g. 1 im geschlossenen

F 1 g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2, γ 1 g. 4 eine andere Ausführungsform der Ei findung

F 1 g· 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung Der in F i g. 1 gezeigte Leistungsschalter hat zwei trennbare Kontakte 11 und 12. Der bewegliche Kontakt 12 ist zur Kontaktgabe mit dem feststehenden Kontakt H und zur Kontakttrennung in ver'^;kaler Richtung beweglich. In F i g. 1 ist der Kontakt 12 in seiner voll geöffneten Stellung gezeigt, in der er einen weiten Abstand vom Kontakt 11 hat. Das Schließen des Schalters erfolgt durch Aufwärtsbewegen des Kontakts 12 in die in F i g. 2 gezeigte Stellung, wo er den Kontakt 11 erfaßt.

Obwohl die Erfindung sich auf viele verschiedene Schalterarten anwenden läßt, ist sie hier in ihrer Anwendung auf einen Vakuumschalter dargestellt und beschrieben. Die Kontakte 11. 12 befinden sich demnach in einer hochevakuierten Kammer 13 mit einem zylindrischen Isoliergehäuse 14 sowie einer oberen Stirnkappe 8 und einer unteren Stirnkappe 15, die durch vakuumdichte Dichtungen 16 mit dem fsoliergehäuse verbunden sind. Der feststehende Ken jkt 11 ist auf einer feststehenden Leiterstange 9, die mit der oberen Stirnkappe 8 verbunden ist, angeordnet. Der bewegliche Kontakt 12 ist auf einer leitenden Betätigungsstange 17 angeordnet, welche die untere Stirnkappe 15 freibeweglich durchsetzt. Ein die untere Stirnkappe 15 mit der Betätigungsstange 17 verbindender, flexibler Metallbalg 18 ermöglicht eine Vertikalbewegung der Betätigungsstange 17 ohne Beeinträchtigung des Vakuums innerhalb der Kammer 13.

Für den Stromtransport zum beweglichen Kontakt 12 ist eine Leiterschiene 20 am unteren Ende der Betatigungsstange 17 starr befestigt. Die Leitersch.ene ist mit ihrem einen Ende an einem feststehenden, an der unteren Stirnkappe 15 befestigten Schwenklagerteil 21 angelenkt. Am anderen Ende der Leiterschiene 20 ist die Stromzuführungsleitung 23 angeschlossen. *■

Ein Teil der den Kontakt 12 während des Schließvoreangs nach oben treibenden Kraft wird von einer Zugfeder 24 geliefert. Diese Zugfeder 24, die zwischen dem Leiterstab 20 und einem Festpunkt 26 angeordnet ist, zieht die Leiterschiene 20 im Gegenuhrzeigersinne Wenn der Schalter geöffne« ist (F , g^ ).wird Leiterschiene 20 durch eine auslosbare Klink! 28 ,die auf eine an der Leiterschiene 20 angeordnete Klinkenrolle 30 einwirkt, in der gezeigten Stellung festgehalten. Die Klinke 28 wird durch eine Torsionsfeder 31, welche die Klinke im Gegenuhrzeigersinne um ihren festen Schwenkpunkt 32 drückt, in die gezeigte Lage gespannt. Wenn die Klinke 28 auf noch zu beschreibende Weise um ihr Schwenklager 32 im Uhrzeigersinne geschwenkt wird, gibt sie die Klinkenrolle 30 frei, so daß die Feder 24 die Leiterschiene 20 zusammen mit dem Kontakt 12 nach oben ziehen kann.

Nahe dem Ende des nach oben gerichteten Schließbewegungshubes des beweglichen Kontaktes 12 setzt der Stromfluß durch die Kontakte 11, 12 über einen durch die Teile 9, 11, 12, 17, 20 und 23 gebildeten Stromweg ein. Wie erwähnt, erzeugt dieser Strom eine magnetische Kraft, die der Schließbewegung entgegenwirkt und sich direkt mit dem Quadrat des Stromes ändert. Wenn nur ein schwacher Strom fließt, reicht die von der Feder 24 allein gelieferte Kraft aus, um den Schließvorgang gegen diese schwache Gegenwirkung zu vollenden und die Kontakte 12. 11 geschlossen zu halten. Dagegen sind bei starkem Strom viel stärkere Schließkräfte erforderlich, um den Schließvorgang zu vollenden und die Kontakte geschlossen zu halten. Um die entsprechende zusätzliche Schließkraft bereitzustellen, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein U-förmiges Bauteil 40 aus magnetischem Werkstoff geringer Remanenz, z. B. Weicheisen, vorgesehen. Wie man am besten in F i g. 3 sieht, besteht dieses U-förmige Bauteil (Ankerteil) 40 aus zwei Schenkeln 42 und einem diese verbindenden Stegteil 43. Zwischen den Schenkeln 42 befindet sich eine seitwärts offene Ausnehmung 44, in welche die Leiterschiene 20 sich während des Schließvorgangs hineinbewegt.

Dieses magnetische Ankerteil 40 übt auf die Leiterschiene 20 eine nach aufwärts gerichtete Schließkraft aus, die sich mit dem Quadrat des Stromflusses durch die Leiterschiene 20 ändert. Und zwar erzeugt der durch die Leiterschiene 20 fließende Strom ein die Schiene umfassendes Magnetfeld, angedeutet durch die Kraftlinien 41 in F i g. 3. Diese Kraftlinien folgen einem Magnetkreis, der das U-förmige Ankerteil 40 und anschließend den Luftspalt zwischen den Schenkeln des Ankerteils durchsetzt. In diesem Magnetkreis liegt der Luftspalt in Reihe mit dem Ankerteil 40. Die Leiterschiene 20 befindet sich in diesem Luftspalt, wenn der Kontakt 12 sich in der vollen Schließstellung (F i g. und 3) befindet. Ein in einem solchen Luftspalt befindlicher Leiter hat das Bestreben, sich in eine Lage zu bewegen, in welcher der magnetische Widerstand (Reluktanz) des umgebenden Magnetkreises sein Minimum hat, so daß der Leiter 20 bestrebt ist, sich nach oben gegen den Stegteil 43 des Ankerteils 40 zu bewegen

Die den Leiter 20 gegen den Stegteil 43 drückende Kraft ändert sich in ihrer Größe als direkte Funktion des Quadrates des Stromflusses durch die Leiterschiene 20. Bei ansteigendem Strom werden also im Ankerteil 40 zunehmende Magnetkräfte erzeugt, welche die Kontakte in die volle Schließstellung treiben und geschlossen halten.

Die Richtung dieser Magnetkraft ist unabhängig voi der Polarität des in der Leiterschiene 20 fließendei Stromes, da unabhängig von der Richtung der den Luft spalt durchsetzenden Kraftlinien diejenige Lage de Leiterschiene 20, in der die Reluktanz des Magnetkrei ses ein Minimum ist, sich stets in Richtung zum Stegte 43 des Ankerteils 40 befindet. Die Größe dieser Με gnetkraft hängt hauptsächlich von der Kraftliniendicr te des Magnetfeldes im Luftspalt ab, und diese Kraftl

nieridichte ist im wesentlichen unabhängig von der Polarität des Stromes. In dieser Hinsicht wird durch die geringe Remanenz des magnetischen Werkstoffs sichergestellt, daß die Kraftliniendichte für einen gegebenen Stromwert, gleichgültig ob dieser negativ oder positiv ist, im wesentlichen stets die gleiche ist.

Die Größe der die Leiterschiene gegen den Stegteil 43 des U-förmigen Ankerteils 40 drückenden Kraft hängt von der Breite des Ankerteils 40 (dargestellt in F i g. 2 durch die Strecke W) ab und ändert sich als direkte Funktion dieser Breite W. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Breite Wso groß gemacht, daß die am Ankertet! 40 entwickelte Schließkraft für irgendeinen gegebenen Stromwer! größer ist als diejenigen elektromagnetischen Schleifenkräfte, welche die Kontakte auseinanderzudrücken bestrebt sind. Es steht also bei jedem beliebigen gegebenen Stromwert eine resultierende Kraft zur Verfügung, welche die Kontakte geschlossen hält oder, wenn sie noch nicht voll geschlossen sind, in die Schließstellung drückt. Diese resultierende Kraft steigt mit dem Stromfluß durch die Kontakte an. Dadurch wird, ohne daß irgendwelche Unterstützung durch die Schließfeder 24 erforderlich ist, verhindert, daß die Kontakte durch die magnetischen Schleifenkräfte abgehoben werden. Durch diese resultierende Kraft wird der Kontakt 12 bei ansteigendem Strom einfach noch fester gegen den feststehenden Kontakt 11 gedrückt. Wenn bei Stromfluß durch die Leiterschiene 20 die Kontakte 12, U noch nicht voll geschlossen sind, drückt diese resultierende Kraft den Kontakt 12 in die volle Kontaktgabe mit dem Kontakt 11 und hält ihn in dieser Schließstellung fest.

Aus noch zu erläuternden Gründen ist das magnetische Ankerteil 40 ein bewegliches Bauteil, das vor der Bewegung der Leiterschiene 20 in die Kontaktschließstellung (F i g. 2) in die in F i g. 2 gezeigte Lage bewegbar ist und in dieser Lage festgehalten wird. F i g. 1 zeigt das Ankerteil 40 in einer Tieflage, die es einnimmt, wenn der Schalter geöffnet ist. Der Schließvorgang wird dadurch eingeleitet, dal3 das Ankerteil 40 aus der Offenlage (Fig. 1) nach oben in die Schließlage (F i g. 2) gedrückt wird. Bei dieser Aufwärtsbewegung erfaßt das Ankerteil 40 die Klinke 28, die dadurch ausgelöst wird, so daß die Zugfeder 24 die Leiterschiene 20 und den beweglichen Kontakt 12 in die Schließstellung (F i g. 2) ziehen kann.

Um das Ankerteil 40 nach oben zu bewegen, ist eine isolierende Betätigungsstange 45 vorgesehen. Die Betätigungsstange 45 ist mittels eines U-förmigen Isolierbügels 46 (F i g. 3) am Ankerteil 40 befestigt. Der Isolierbügel 46 hat eine mit der Ausnehmung 44 im Ankerteil 40 fluchtende Ausnehmung 47. Für das starre Koppeln der Teile 40 und 46 sind geeignete Verbindungseinrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen. Eine an der Betätigungsstange 45 angreifende Feder 48 spannt die Betätigungsstange nach unten in die in F i g. 1 gezeigte Lage.

Um die Betätigungsstange 45 und das Ankerteil 40 in ihre Hochlage (F i g. 2) zu drücken und dort festzuhalten, ist mit dem unteren Ende der Betätigungsstange 45 ein Schließmechanismus 50 mit mechanischer Freiauslösung gekoppelt Der Schließmechanismus 50 enthält zwei Kniehebel 52 und 54. die am Knie 55 gelenkig verbunden sind. Der eine Kniehebel 52 ist mit seinem anderen Ende mittels eines Schwenkzapfens 56 am unteren Ende der Betätigungsstange 45 angelenkt. Der andere Kniehebel 54 ist mittels des Schwenkzapfens 58 am oberen Ende eines Führungshebels 59 angelenkt. Dieser Führungshebel 59 ist mit seinem unteren Ende auf einem festen Schwenklager 60 angelenkt und durch eine geeignete Rückstellfeder 60a in die in F i g. 1 gezeigte Lage gespannt. Der Schwenkzapfen 58 trägt eine Klinkenrolie 61, die mit einer geeigneten Auslöseklinke 62 zusammenarbeitet. Die Auslöseklinke 62 ist mittels eines üblichen Auslösesolenoids 64 bei Auftreten bestimmter Zustände im Stromkreis betätigbar. Typischerweise wird das Auslösesolenoid 64 bei Auftreten eines bestimmten Überstromes im angeschalteten Stromkreis betätigt

Solange die Auslöseklinke 62 sich in der in F i g. 1 gezeigten Einklinkstellung befindet, kann das Kniegelenk 52, 54 eine Schubkraft auf die bewegliche Betätigungsstange 45 übertragen. Das heißt, wenn das Knie 55 aus der in F i g. 1 gezeigten Lage nach rechts gedrückt wird, wird das Gelenk 52, 54 gestreckt und dadurch die Betätigungsstange 45 gegen die Spannung der Feder 48 nach oben gedrückt. F i g. 2 zeigt die Lage der Teile nach der Rechtsbewegung des Knies 55 zum Schließen des Schalters. Diese Schließbewegung des Knies 55 aus der in F i g. 1 gezeigten Lage in die in F i g. 2 gezeigte Lage wird durch eine drehbare Nokkenscheibe 70 in Verbindung mit dem auf dem Knie 55 angeordneten Nockenstößel 72 bewirkt. Wenn die Nockenscheibe 70 durch einen geeigneten Antriebsoder Betätigungsmechanismus (nicht gezeigt) im Gegenuhrzeigersinn aus der in F i g. I gezeigten Stellung in die in F i g. 2 gezeigte Stellung gedreht wird, treibt sie das Knie nach rechts, wodurch das Gelenk 52, 54 gestreckt und die Betätigungsstange 45 sowie das Ankerteil 40 nach oben gedruckt werden. Die Nockenscheibe 70 hat einen Konstantradiusteil 73, der während der Schlußdrehung der Nockenscheibe 70 in die in F i g. 2 gezeigte Stellung das magnetische Ankerteil in seiner äußersten Hochlage hält.

Wie bereits erklärt, löst das Ankerteil 40, wenn es sich dem Ende seines Aufwärtshubes nähen, die Klinke 28 aus, so daß die Zugfeder 24 die Leiterschiene 20 und die Kontaktstange 17 nach oben in die Schließstellung (F i g. 2) ziehen kann. Ein gutes Stück vor dem Punkt, wo der bewegliche Kontakt 12 den Kontakt 11 erfaßt, hat das Ankerteil 40 das Schlußstück seines Schließhubes durchlaufen und seine oberste Lage (F i g. 2) erreicht, in der es durch das Aufsitzen der Stößelrolle 72 auf dem Konstantradiusteil 73 der Nockenscheibe 70 festgehalten wird.

Wenn am Ende des Schließhubes der bewegliche Kontakt 12 den feststehenden Kontakt 11 berührt, bewirkt der die Leiterschiene 20 durchfließende Strom, daß das Ankerteil 40 die erwähnte Schließkraft auf die Leiterschiene 20 ausübt Wie erklärt, ändert sich diese magnetische Schließkraft als direkte Funktion des Quadrates des Stromes und ist diese Kraft stark genug, um den Kontakt 12 gegen etwaige im Schalter auftretende Kurzschlußströme in seine Endlage zu drücken.

Das magnetische Ankerteil 40 und der damit starr gekoppelte Isolierbügel 46 können als eine im wesentlichen starre, bewegliche Anordnung aufgefaßt werden, die durch die Auslöseklinke 62 und die Nockenscheibe 70 über den Betätigungsmechanismus 50, 45 auslösbar in der in F i g. 2 gezeigten Lage gehalten wird.

Das Auslösen des Schalters erfolgt durch Erregen des Solenoids 64. so daß die Auslöseklinke 62 gegen die Spannung einer geeigneten Rückstellfeder 66 im Uhrzeigersinn um ihr festes Schwenklager 65 gedreht wird. Falls die Klinke 62 bei geschlossenem Schalter oder

(ο

sogar während des Schließvorgangs ausgelöst wird, wird das Schwenklager 58 durch diesen Auslösevorgang freigesetzt, so daß es nicht mehr als ortsfester Widerlagerpunkt für das Gelenk 52, 54 dient. Dadurch kann das Gelenk 52, 54 keine Schubkraft mehr auf die Betätigungsstange 45 übertragen, so daß die Feder 48 die Betätigungsstange 51 nach unten in die Öffnungsstellung drücken kann.

Da der Mechanismus 50 mit mechanischer Freiauslösung arbeitet, kann der Öffnungsvorgang eingeleitet werden, ohne daß die Nockenscheibe 70 aus der in Fig.2 gezeigten Stellung herausbewegt wird. Dies ist deshalb sehr erwünscht, weil eine ziemlich lange Zeitspanne erforderlich wäre, um die Nockenscheibe 70 ausreichend weit zu drehen, so daß der Öffnungsvorgang sich unerwünscht verzögern würde. Durch den Mechanismus mit der Auslöseklinke 62 kann dagegen der Öffnungsvorgang sehr viel schneller eingeleitet werden.

Während des Auslösevorgangs bewegt sich die starre Anordnung 40, 46 zusammen mit der Betätigungsstange 45 nach unten, und nach einer bestimmten Abwärtsbewegungsstrecke erfaßt das magnetische Ankerteil 40 die Leiterschiene 20. Dadurch wird die Leiterschiene 20 gegen die Spannung der Feder 24 im Uhrzeigersinn geschwenkt, so daß die Kontakte 12, 11 unter Öffnen des Schalters rasch abgehoben werden.

Obwohl das magnetische Bauteil 40 bestrebt ist. die Kontakte unter normalen Bedingungen bei geschlossenem Stromkreis geschlossen zu halten, wird dadurch der Öffnungsvorgang nicht beeinträchtigt, sondern im Gegenteil noch unterstützt. Wenn nämlich die Schalterteile sich in der in F i g. 2 und 3 gezeigten Schließstellung befinden, greift die am Ankerteil 40 entwickelte magnetische Kraft in der Abwärtsrichtung an. jedoch verhindert in diesem Zustand die auf den Stößel 72 einwirkende Nockenscheibe 70, daß das Ankerteil 40 sich nach unten bewegt. Wenn dagegen die Auslöseklinke 62 ausgelöst ist. kann die am Ankerteil 40 angreifende Abwärtskraft das Ankerteil 40 beschleunigt nach unten drücken, bis es auf die Leiterschiene 20 stößt. Wenn das Ankerteil 40 die Leitersehiene 20 berührt, verschwindet die magnetische Kraft, soweit das Bewegungssystem betroffen ist. Danach treibt die Feder 48 die Leitersehiene 20 und den Kontakt 12 gegen die Spannung der verhältnismäßig schwachen Schließfeder 24 in die voll geöffnete Lage. Wenn die Leitersehiene 20 die voll geöffnete Lage erreicht, fällt die Offenhalteklinke 28 in ihre an der Rolle 30 angreifende Lage zurück, wodurch die Leitersehiene 20 und der bewegliche Kontakt 12 voll geöffnet gehalten werden.

Es wird also die Öffnungsfeder 48 nicht benötigt, um die die Kontakte geschlossen haltende magnetische Kraft zu überwinden. Vielmehr wird beim Auslösevorgang die Feder durch diese Kraft unterstützt. Die Feder 48 kann daher verhältnismäßig leicht sein. Obwohl sie gegen die Schließfeder 24 arbeiten muß. bringt dies keine besonderen Anforderungen mit sich, da die Schließfeder 24 ebenfalls verhältnismäßig leicht oder schwach ist. Wie erinnerlich, braucht die Feder 24 beim Schließvorgang keine entgegenwirkende magnetische Sehleifenkraft zu überwinden, da dies durch das magnetische Ankerteil 40 besorgt wird.

Der Betätigungsmechanismus 50 kann ebenfalls verhältnismäßig klein und schwach ausgebildet sein. Was an Schließkraft von diesem Mechanismus 50 und seinem Antrieb gefordert wird, ist lediglich die Fähigkeit, das Ankerteil 40 gegen die Spannung der Öffnungsfeder 48 aus der in F i g. 1 gezeigten in die in F i g. 2 gezeigte Lage zu bewegen. Da, wie gesagt, die Öffnungsfeder verhältnismäßig leicht sein kann, brauchen der Mechanismus 50 und sein Antrieb eine nur kleine entgegenwirkende Kraft zu überwinden. Der Mechanismus 50 und sein Antrieb können daher klein sowie verhältnismäßig schwach und billig ausgebildet sein. Allerdings müssen der Mechanismus 50 und die Betätigungsstange 45 ausreichend stair und stabil ausgebildet sein,

ίο um das Ankerteil 40 gegen die an ihm entwickelte, nach unten drückende magnetische Schließkraft in der in F i g. 2 gezeigten Lage festzuhalten.

Der Antrieb (nicht gezeigt) für den Betätigungsmechanismus 50 braucht keine Schließkraft für die Überwindung der üblichen, dem Schließen entgegenwirkenden magnetischen Sehleifenkraft zu liefern, da, wie gesagt, diese Schließkraft gänzlich durch das magnetische Ankerteil 40 bereitgestellt wird. Da der Antrieb für den Mechanismus 50 keine magnetischen Schleifenkräfte zu überwinden braucht, wird von ihm für das Schließen unter Kurzschluß nicht mehr Kraft verlangt als für das Schließen im Leerlauf, d. h. im belastungsfreien Zustand. In beiden Fällen muß der Antrieb für den Mechanismus 50 lediglich das Ankerteil 40 aus der in F i g. 1 gezeigten in die in F i g. 2 gezeigte Lage nach oben drücken, was geschieht, ehe irgendein Strom durch den Schalter fließt, also ehe irgendwelche dem Schließvorgang entgegenwirkende magnetische Schleifenkräfte auftreten.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß es nicht erforderlich ist, denjenigen starken Energieüberschuß zu vernichten, der bei den meisten Schalterkonstruktionen auftritt, wenn unter schwacher Stromlast geschlossen wird. Die meisten Schalterkonstruktionen haben nämlieh einen kräftigen Schließmechanismus, der die gesamte für das Schließen bei Kurzschlußstrom benötigte Energie liefert. Wird dann bei schwachen Strömen geschlossen, so ist ein großer, für den Schließvorgang nicht verbrauchter Überschuß an Energie vorhanden.

der irgendwie vernichtet werden muß. um eine Beschädigung des Schalters oder anderweitige schädliche Wirkungen zu verhindern. Die vom vorliegenden Schließmechanismus entwickelte Schließenergie ist dem Strom direkt proportional, so daß beim Schließen unter schwacher Stromlast keine große Überschußenergie vernichtet werden muß.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform wird an Stelle der Klinke 28 nach F i g. 1 eine Schnappfeder 80 verwendet, um die Kontakte offen zu halten, bis das magnetische Ankerteil 40 in im wesentlichen die volle Schließstellung nach oben gedruckt wird. Diese Schnappfeder 80 ist an ihrem einen Ende mit dei Leitersehiene 20 und an ihrem anderen Ende mit einen Traghebel 82 verbunden, der an einem ortsfestei Schwenklager 84 angelenkt ist. Für das Verbinden de Feder 80 mit der Leitersehiene 20 und dem Traghebe 82 dient je ein Stift 81 bzw. 83. Der Traghebel 82 ist mi dem Isolierbügel 46 mittels einer Stift-Schlitz-Verbin dung 86,88 gekoppelt, wobei der am Bügel 46 befestig te Querstift 88 von dem im Tragbügel 82 vorgesehene Schlitz 86 aufgenommen wird.

In F i g. 4 sind die Teile in der voll geöffneten Lag gezeigt. Wenn die Betätigungsstange 45 nach oben gi drückt wird (in der im Zusammenhang mit F i g. 1 bis beschriebenen Weise), drückt der Isoherbugel 46 üb die Stift-Schlitz-Verbindung 86.88 den Traghebel 82 der Schließrichtung um sein Schwenklager 84. Na e»nem bestimmten Schwenkhub des Traghebels

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überschreitet die Feder 80 die Verbindungslinie zwischen den Stiften 21 und 8i. Vorher hat die Schnappfeder die Leiterschiene 20 im Gegenuhrzeigersinn, also in der Öffnungsrichtung um das Schwenklager 21 gespannt. Nach dem Überschreiten des Umschnappunktes spannt dagegen die Feder 80 die Leiterschiene 20 im Uhrzeigersinn, also in der Schließrichtung. Dadurch wird der bewegliche Kontakt 12 gegen den feststehenden Kontakt 11 bewegt. Das magnetische Ankerteil 40 liefert in der bereits beschriebenen Weise diejenige Schließkraft, die für die Überwindung entgegenwirkender magnetischer Schleifenkräfte bei Berühren der Kontakte 12, 11 am Ende des Schließvorgangs erforderlich ist.

Das öffnen des Schalters nach F i g. 4 geschieht in der gleichen Weise wie bei der Ausführung nach F i g. 1 bis 3. Das heißt, das Ankerteil 40 wird durch eine Öffnungsfeder (48 in Fig. 3) nach unten gegen die Leiterschiene 20 gezogen, so daß die Kontakte abgehoben werden.

Der Traghebel 82 wird dabei mittels der Stift-Schlitz-Verbindung 86, 88 zurückgestellt. Und zwar wird die Abwärtsbewegung des Isolierbügels 46 über den Stift 88 auf den Traghebel 82 übertragen, so daß dieser im Gegenuhrzeigersinn in die in F i g. 4 gezeigte Offenlage geschwenkt wird.

Bei beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen kann der Schalter gegen maximale Kurzschlußströme geschlossen werden, ohne daß dabei vom Antrieb für den Betätigungsmechanismus 50 mehr Energie verlangt wird als für das Schließen im Leerlauf. Bei beiden Ausführungsformen können die Kontakte unabhängig von der Stromstärke so lange geschlossen gehalten werden, wie die Auslöseklinke 62 eingeklinkt bleibt. Sobald die Klinke 62 ausgelöst wird, können die Kontakte unabhängig von der Stromstärke trotzdem ohne weiteres geöffnet werden.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 sind die starre Leiterschiene 20 und die Offenhalteklinke 28 im wesentlichen genauso ausgebildet wie in F i g. 1 und 2, während die Einrichtung, welche die magnetische Schließkraft liefert, etwas anders ausgebildet ist. Und zwar enthält in F i g. 5 diese Einrichtung eine zweite starre Leiterschiene 100, die an einem ortsfesten Schwenklager 102 angelenkt ist. Diese zweite Leiterschiene 100 ist an ihrem freien Ende mit dem freien Ende der benachbarten Leiterschiene 20 über ein Biegeleitungsstück 104 elektrisch verbunden. Am anderen Ende der Leiterschiene 100 ist die Leitung 23 des äußeren Stromkreises angeschlossen. Bei geschlossenem Schalter fließt der Strom zwischen der Anschlußleitung 23 und der beweglichen Kontaktstange 17 über einen durch die Teile 100, 104, 20 gebildeten U-Schleifenweg. Bei geöffnetem Schalter (Fig.5) fließt kein Strom durch diese Schleife.

Der Schließvorgang wird dadurch eingeleitet, daß die untere Leiterschiene 100 in eine vorbestimmte erste Lage nach oben gedrückt wird, wo sie durch den Schließnocken 70 (entsprechend der Nockenscheibe 70 in F i g. 1 und 2) festgehalten wird. Dieser Vorgang wird durch die Kraft bewirkt, die vom Betätigungsmechanismus 50 über die Betätigungsstange 45 auf die Leiterschiene 100 übertragen wird. Die Teile 45 und 50 entsprechen den gleichbezifferten Teilen in F i g. 1 und 2. Nahe dem Ende des Schließhubes löst die Leiterschiene 100 über einen Bügel 106 die Offenhalteklinke 28 aus. Damit kann die Schließfeder 24 die Leiterschiene 20 und den beweglichen Kontakt 12 nach oben in die Schließstellung drücken.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 wird die ma gnetische Kraft für das Schließen bei starker Stromlas· durch die Wechselwirkung der Magnetfelder um die Leiter 100 und 200 erzeugt. Und zwar fließt, wenn dk Kontakte nahe dem Ende des Schließvorganges siel berühren, in der U-Schleife 100,104, 20 ein Strom durcl die beiden benachbarten Leilerschienen 100 und 20 ir entgegengesetzten Richtungen, wie durch die gestri

ίο chelten Pfeile 107 angedeutet. Durch die Wechsclwir kung der Magnetfelder um die gegensinnig leitender Leiter 100 und 20 wird eine magnetische Abstoßkral· erzeugt, die die Leiter 100 und 20 auseinander/udrük ken bestrebt ist. Da der untere Leiter 100 in seinei obersten Hochlage durch den Schließnocken 70 arre tiert ist, wirkt diese Abstoßkraft auf den beweglicher Leiter 20 ein, der dadurch weiter in di-r SchlieQrichtunf nach oben gedrückt wird, so daß die Kontakte auge drückt gehalten werden.

Die Größe dieser Schließkraft hängt von derjeniger Länge der beiden Leiter 20 und 100, die sich rechts der Kontaktstange 17 befindet, ab und ändert sich als direkte Funktion dieser Länge sowie des dann in den Lei tern 20 und 100 fließenden Stromes. Vorzugsweise wer

den diese Leiter 20 und 100 so lang gemacht, daß die zwischen ihnen bei irgendeinem gegebenen Stromwcri entwickelte Schließkraft größer ist als diejenigen elektromagnetischen Schleifenkräfte, die die Kontakte abzuheben bestrebt sind. Wie bei den Ausführungsformer

nach F ι g. 1 bis 4 ergibt sich für jeden gegebenen Stromwert eine resultierende Kraft, welche die Kontakte geschlossen hält oder, falls sie noch nicht geschlossen sind, schließt.

Der Öffnungsvorgang wird in F i g. 5 durch Auslösen

der Klinke 62 eingeleitet. Dadurch wird der untere Leiter 100 für die Abwärtsbewegung freigegeben. Durch die Spannung der Öffnungsfeder 48 und zusätzlich durch die magnetische Abstoßkraft zwischen den Leitern 20 und 100 wird der Leiter 100 sehr rasch nach unten gedrückt. Nach einem bestimmten Abwärtshub erfaßt der Bügel 106 den oberen Leiter 20, so daß dieser unter Öffnen der Kontakte nach unten geführt wird. Bis der Bügel 106 den Leiter 20 erfaßt, wirkt die magnetische Abstoßkraft zwischen den Leitern 20 und 100 auf den Leiter 20 und den Kontakt 12 in der Schließrichtung ein; sobald jedoch der Bügel 106 den Leiter 20 erfaßt, verschwindet die magnetische Kraft, soweit das Bewegungssystem betroffen ist. Danach zieht die Öffnungsfeder 48 den Leiter 20 und den Kontakt 12 gegen

so die Spannung der verhältnismäßig schwachen Schließfeder 24 in die voll geöffnete Stellung. Wenn der Leiter 20 die voll geöffnete Stellung erreicht, fällt die Klinke 28 in ihre an der Rolle 30 angreifende Lage zurück, so daß der Leiter 20 und der bewegliche Kontakt 12 voll

geöffnet gehalten werden.

Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen wird die magnetische Kraft, die unter normalen Betriebsbedingungen die Kontakte geschlossen hält ausgenützt, um den Öffnungsvorgang bei Auslösen der

to Ausloseklinke 62 zu unterstützen. Wenn beispielsweise in F ι g. 1 bis 4 die Klinke 62 ausgelöst wird, treibt diese magnetische Kraft das Ankerteil 40 nach unten gegen den Leiter 20. während in F ig. 5 diese magnetische Kraft den Bügel 106 nach unten gegen den Le^:;er 20 ^dru _ff ^kt _o ^{Da d}'ese magnet.sche Kraft dem in diesem Falle fließenden Strom direkt proportional ist, steht eine dem Strom direkt proportionale Öffnungskraft zur Verfugung. Dies ist deshalb erwünscht, weil die Ge-

schwindigkeit der Kontakttrennung normalerweise der Größe dieser Öffnungskraft direkt proportional ist. Die Kontakttrennung erfolgt also bei stärkeren Strömen mit größerer Geschwindigkeit. Dies trägt offenbar zu einem besseren Abschaltvermögen des Schalters bei.

Die Erfindung ist deshalb für Vakuumschalter besonders gut geeignet, weil unter bestimmten Voraussetzungen das Abschaltvermögen solcher Schaller anscheinend von der Größe des Kontaktdruckes unmittelbar vor dem Öffnen abhängig ist. Und zwar wird anscheinend das Vermögen eines Vakuumschalters, vorwiegend kapazitive Stromkreise zu schalten, dann verbessert, wenn der Kontaktdruck während dieses Intervalls niedrig ist. Da in kapazitiven Stromkreisen üblicherweise niedrige Ströme auftreten, ist normalerweise der während des Intervalls unmittelbar vor dem öffnen

herrschende Kontaktdruck nur gering, so daß der Schalter ein verbessertes Schaltvermögen aufweist Trotzdem wird dadurch das Vermögen des Schalters bei starken Strömen zu schließen und geschlossen zl bleiben, nicht beeinträchtigt, da, wie erwähnt, eine derr Strom direkt proportionale Sehließkraft entwickel· wird. Bui herkömmlichen Schalterkonsiruktionen is die für starke Ströme erforderliche starke Kraft aucl· bei schwachen Strömen vorhanden. Im Falle eines Va

ίο kuumschalters wird dadurch anscheinend das kapaziti ve Schaltvermögen beeinträchtigt.

Die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnun gen gezeigten Ausführungsformen lassen sich im Rah men der Erfindung in verschiedener Hinsicht abwan dein und anders ausgestalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Den Kontaktabhebekräften entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung für einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Kontakt und einem beweglichen Kontakt sowie mit einem mit dem beweglichen Kontakt mechanisch und elektrisch verbundenen, im wesentlichen starren Leiter, der den beweglichen Kontakt an den Stromkreis anschließt und bei geschlossenen Kontakten to eine Schließstellung einnimmt, gekennzeichnet durch ein im wesentlichen starres, bewegliches Teil (40; 100), das auf den Leiter (20) eine sich direkt mit dem Stromfluß durch die Kontakte (12, 11) ändernde magnetische Schubkraft ausübt; eine auslösbare Halteanordnung, die bei geschlossenen Koniakten das bewegliche Teil in einer vorbestimmten ersten Lage festhält, eine Kontaktöffinungsanordnung, die bei ausgelöster Halteanordnung das bewegliche Teil in Eingriff mit dem Leiter treibt, derart, daß auf den Leiter eine Kontaktöffmungsbewegung übertragen wird; eine den Schließvorgang des Schalters einleitende Schießeinrichtung, die das bewegliche Teil in die erste Lage zurückführt; eine Kontaktarretieranordnung, die wanrend der Rückbewegung des beweglichen Teils den Leiter in einer Lage, bei der die Kontakte weit ge öffnet sind, festhält; und eine Schließhilfsanordnung, die im Anschluß an die Bewegung des beweglichen Teils in im wesentlichen die erste Lage die Kontakterregeranordnung unwirksam macht und danach den Leiter in die Schließstellung treibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil durch einen zweiten im wesentlichen starren Leiter (100) gebildet wird, der bei dem ersten Leiter (20) angeordnet und tnit diesem über eine Leitungsverbindung (104) elektrisch in Reihe geschaltet ist, derart, daß durch den die beiden Leiter gegensinnig durchfließenden Strom eine magnetische Abstoßkraft, die minde- «tens einen Teil der magnetischen Schließkraft liefert, zwischen den beiden Leitern erzeugt wird (F ig. 5).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil durch ein Ankerteil (40) aus magnetischem Werkstoff geringer Retnanenz gebildet wird, das einen Teil des Magnetkreises für den vom Stromfluß durch den Leiter (20) induzierten Magnetfluß bildet und eine Ausnehmung (44) aufweist, in die der Leiter unter Erniedrigung des magnetischen Widerstands des Magnetkreises hineinbewegbar ist und sich befindet, wenn die Kontakte geschlossen sind, wobei der Magnetkreis in Reihe mit dem Ankerteil einen Spalt auf-Iveist, in dem der Leiter angeordnet ist, wenn er sich bei geschlossenen Kontakten in der Ausnehmung befindet, derart, daß dann auf den Leiter eine die Kontakte geschlossen haltende Magnetkraft ausge-•bt wird (Fi g. 1 bis 4).

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, gekennfeichnet durch eine Schnappfeder (80), die während der anfänglichen Schließbewegung des beweglichen Teils gegen dessen erste Lage den Leiter in der Itontaktöffnungsrichtunj spannt, dagegen, wenn das beweg'iche Teil sich im wesentlichen in seine •rste Lage bewegt hat, den Leiter in der Kontakt-•chließrichtung spannt (F i g. 4).

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Einrichtung für elektrische Leistungsschalter, die den Kontaktabhebekräften entgegenwirkt, die bei Starkstromfluß im Schalter auftreten.

Beim üblichen Leistungsschalter bildet der Leitungsweg durch die Kontakte eine Stromschleife. Der diese Schleife durchfließende Strom erzeugt magnetische Kräfte, welche die Schleife zu erweitern bestrebt sind und gewöhnlich in der Kontaktöffnungsrichtung angreifen. Diese magnetischen Öffnungskräfte ändern sich in ihrer Größe entsprechend dem Quadrat des Stromflusses durch den Schalter, so daß bei Überstrom und Kurzschlußstrom diese Kräfte äußerst stark werden können.

Wenn ein Schalter bei Vorhandensein einer Störung im angeschalteten Stromkreis geschlossen wird, werden die starken magnetischen Öffnungskräfte sehr plötzlich nahe dem Ende des Kontaktschließhubes entwickelt. Diese Kräfte wirken dem Schlußteil des Schließhubes entgegen, so daß starke Schließkräfte benötigt werden, um die entgegenwirkende Kraft zu überwinden und den Schließvorgang zu vollenden. Bei herkömmlichen Leistungsschaltern wird die Größe des Schließ- und Betätigungsmechanismus nicht zuletzt durch das Erfordernis der Bereitstellung dieser starken Kräfte für das Kontaktschließen bei Kurzschluß bestimmt. )e größer die erforderliche Schließkraft ist, desto größer und stärker muß der Schließ- und Betätigungsmechanismus ausgebildet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter zu schaffen, der mittels eines kleinen und verhältnismäßig schwachen Schließ- und Betätigungs mechanismus gegen Kurzschljßströme schließen kann.

Bei bereits bekannten Leistungsschaltern ist eine magnetische Einrichtung vorgesehen, die auf den bewegli chen Kontakt eine Schließ- oder Haltekraft ausübt, die sich im direkten Verhältnis zum Strom ändert und immer dann anwesend ist, wenn Strom durch die Kontakte fließt. Während durch diese magnetische Einrichtung eine erhebliche Verringerung der erforderlichen Schließkraft für den Schließ- und Betätigungsmechanismus möglich ist, ergibt sich als Nachteil, daß eine ziemlich starke Öffnungskraft benötigt wird, um die starke magnetische Schließkraft zu überwinden, wenn der Schalter geöffnet werden soll. Außerdem wird durch die starke magnetische Schließkraft die Schaltgeschwindigkeit beim öffnen herabgesetzt.

Ein spezieller Erlmdungszweck ist es daher, eine magnetische Einrichtung zu schaffen, die, wenn der Schal ter geschlossen werden und bleiben soll, eine starke Schließkraft entwickeln kann, ohne daß dadurch die für das öffnen des Schalters erforderliche Kraft sich nennenswert erhöht.

Eine den Kontaktabhebekräiten entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung für einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Kontakt und einem beweglichen Kontakt sowie mit einem mit dem beweglichen Kontakt mechanisch und elektrisch verbundenen, im wesentlichen starren Leiter, der den beweglichen Kontakt an den Stromkreis anschließt und bei geschlossenen Kontakten eine Schließstellung einnimmt, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein im wesentlichen starres bewegliches Teil, das auf den Leiter eine sich direkt mit dem Stromfluß durch die Kontakte ändernde magnetische Schließkraft ausübt; eine auslösbare Halteanordnung, Hie bei geschlossenen Kontakten das bewegliche Teil in einer vorbestimmten ersten Lage festhält; eine Kcntaktöffnungsanordnung, die bei