DE1640230C3 - Den Kontaktabhebekräften entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung für einen Leistungsschalter - Google Patents
Den Kontaktabhebekräften entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung für einen LeistungsschalterInfo
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Description
ausgelöster Halteanordnung das bewegliche Teil in Eingriff mit dem Leiter treibt, derart, daß auf den Leiter eine Kontaktöffnungsbewegung übertragen wird;
eine den Schließvorgang des Schalters einleitende Schießeinrichtung, die das bewegliche Teil in die erste
Lage zurückführt; eine Kontaktarretieranordnung, die während der Rückbewegung des beweglichen Teils de->
Leiter in einer Lage, bei der die Kontakte weit geöffnet sind, festhält; und eine Schließhüfsanordnung, die im
Anschluß an die Bewegung des beweglichen Teils in im wesentlichen die erste Lage die Kontaktarretieranordnung
unwirksam macht und danach den Leiter in die Schließstellung treibt.
An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene schematische Darstellung eines Leistungsschalters im
geöffneten Zustand mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,
F i g. 2 den Schalter nach F i g. 1 im geschlossenen Zustand,
F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2,
F i g. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung und
F i 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 11 und zur Kontakttrennung in vertikaler
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 Isoliergehäuse
verbunden sind. Der feststehende Kontakt 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 beweglicher. Kontakt 12 ist eine Leiterschiene 20 am unteren Ende der Betatigungsstange
17 starr befestigt. Die Leiterschiene 20 ist mit ihrem einen Ende an einem feststehenden, an
der unteren Stirnkappe 15 befestigten Schwenkiagerteil 21 angelenkt. Am anderen Ende der Leiterschiene
20 ist die Stromzuführungsleitung 23 angeschlossen.
Ein Teil der den Kontakt 12 während des Schließvorgangs 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 geöffnet ist (Fig. 1), wird die
Leiterschiene 20 durch eine auslösbare Klinke 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, τ. Β. 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 42 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. 2 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
hr'ten.
Die Richtung dieser Magnetkraft ist unabhängig von der Polarität des in der Leiterschiene 20 fließenden
Stromes, da unabhängig von der Richtung der den Luftspalt durchsetzenden Kraftlinien diejenige Lage der
Leiterschiene 20, in der die Reluktanz des Magnetkreises ein Minimum ist, sich stets in Richtung zum Stegteil
43 des Ankerteils 40 befindet. Die Größe dieser Magnetkraft hängt hauptsächlich von der Kraftliniendichte
des Magnetfeldes im Luftspalt ab, und diese Kraftli-
niendichte 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
W so groß gemacht, daß die am Ankerteil 40 entwickelte Schließkraft für irgendeinen gegebenen Stromwert
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. 11 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 Schiießvorgang wird dadurch eingeleitet, daß das Ankerteil 40 aus
der Offenlage (Fig. 1) nach oben in die Schließlage (F i g. 2) gedruckt 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 angelenkl. 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. I gezeigte
Lage gespannt. Der Schwenkzapfen 58 trägt eine Klinkenrolle 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 Fig.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. 1 gezeigten Stellung in die in Fig. 2 gezeigte Stellung gedreht wird, treibt
sie das Knie nach rechts, wodurch das Gelenk 52, 54 gestreckt und die Betätigungsstange 45 so.vie das Ankerteil
40 nach oben gedrückt werden. Die Nocken scheibe 70 hat einen Konstantradiusteil 73. der wan
rend der Schlußdrehung der Nockenscheibe 70 in die ir F i g. 2 gezeigte Stellung das magnetische Ankerteil ir
seiner äußersten Hochlage hält.
Wie bereits erklärt, löst das Ankerteil 40, wenn e<
sich dem Ende seines Aufwärtshubes nähert, die Klink« 28 aus, so daß die Zugfeder 24 die Leiterschiene 20 unc
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 H erfaßt hat das Ankerteil 40 das Schlußstück seines Schließhu
bes durchlaufen und seine oberste Lage (F i g. 2) er reicht, in der es durch das Aufsitzen der Stößelrolle T.
auf dem Konstantradiusteil 73 der Nockenscheibe 7< festgehalten wird.
Wenn am Ende des Schließhubes der beweglich« Kontakt 12 den feststehenden Kontakt 11 berührt, be
wirkt der die Leiterschiene 20 durchfließende Strom daß das Ankerteil 40 die erwähnte Schließkraft auf dii
Leiterschiene 20 ausübt. Wie erklärt, ändert sich dies< magnetische Schließkraft als direkte Funktion des Qua
drates des Stromes und ist diese Kraft stark genug, un den Kontakt 12 gegen etwaige im Schalter auftretend'
Kurzschlußströme in seine Endlage zu drücken.
Das magnetische Ankerteil 40 und der damit star gekoppelte Isolierbügel 46 können als eine im wesentli
chen starre, bewegliche Anordnung aufgefaßt werdet die durch die Auslöseklinke 62 und die Nockenscheib
70 über den Betätigungsmechanismus 50, 45 auslösba in der in F i g. 2 gezeigten Lage gehalten wird.
Das Auslösen des Schalters erfolgt durch Errege des Solenoids 64, so daß die Auslöseklinke 62 gegen di
Spannung einer geeigneten Rückstellfeder 66 im Uhi zeigersinn um ihr festes Schwenklager 65 gedreht win
Falls die Klinke 62 bei geschlossenem Schalter ode
sogar während des Schließvorgangs ausgelöst wird, wird das Schwenklager 58 durch diesen Auslösevorgang
freigesetzt, so daß es nicht mehr als ortsfester Widcrlagerpunkt 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 ii 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 F i g. 2 gezeigten Stellung herausbewegt wird. Dies ist
deshalb sehr erwünscht, weil eine ziemlich lange Zeitspanne erforderlich wäre, um die Nockenscheibe 70
ausreichend weil zu drehen, so daß der Öffnungsvorgang sich unerwünscht verzögern würde. Durch den
Mechanismus mit der Auslöseklinke b2 kann dagegen der Öffnungsvorgang sehr viel schneller eingeleitet
werden.
Während des Auslösevorgangs bewegt sich die star re 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 ηος h 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 der 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 Leiterschiene 20 berührt, verschwindet die magnetische Kraft, soweit das Bewegungssystem
betroffen ist. Danach treibt die Feder 48 die Leiterschiene 20 und den Kontakt 12 gegen die Spannung der
verhältnismäßig schwachen Schließfeder 24 in die voll geöffnete Lage. Wenn die Leiterschiene 20 die voll geöffnete
Lage erreicht, fällt die Offenhalteklinke 28 in ihre an der Rolle 30 angreifende Lage zurück, wodurch
die Leiterschiene 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 Fe
der 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
Schleifenkraft 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 öffnungsfe-. der 48 aus der in I·" 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 starr und stabil ausgebildet sein,
ίο um das Ankerteil 40 gegen die an ihm entwickelte, nach
unten drückende magnetische Schlielikrafi in der in 1 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 Schleifenkraft zu liefern, da, wie gesagt,
diese Schließkraft gänziich 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
uiucr Kur/.schluß nicht mehr Kraft verlangt als für das
Schließen im Leerlauf, d. h. im belastungsfreien Zustand. In beiden Fällen muß der Antrieb für den Mecha
nismus 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 Schließvorganj;
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 Schalterkonslruktionen haben näm-
is lieh einen kraftigen Schließmechanismus, der die gesamte
für das Schließen bei Kurzschlußstrom benötigte Fnergie liefert. Wird dann bei schwachen Strömen geschlossen,
so ist ein groL'er. 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 Schließ·
mechanismus entwickelte Schließenergie ist dem Strorr
direkt proportional, so daß beim Schließen untei schwacher Stromlast keine große Überschußenergie
vernichtet werden muß.
Bei der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform wire
an Stelle der Klinke 28 nach F i g. 1 eine Schnappfedei 80 verwendet, um die Kontakte offen zu halten, bis da;
magnetische Ankerteil 40 in im wesentln. <en die voll«
Schließstellung nach oben gedrückt wird. Diess Schnappfeder 80 ist an ihrem einen Ende mit dei
Leiterschiene 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 Leiterschiene 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 vorgesehenei Schlitz 86 aufgenommen wird.
In Fig.4 sind die Teile in der voll geöffneten Lagi
gezeigt. Wenn die Betätigungsstange 45 nach oben ge drückt wird (in der im Zusammenhang mit F i g. 1 bis '.
6s beschriebenen Weise), drückt der Isolierbügel 46 übe
die Stift-Schlitz-Verbindung 86,88 den Traghebel 82 i der Schließrichtung um sein Schwenklager 84. Nac
einem bestimmten Schwenkhub des Traghebels 8
überschreitet die Feder 80 die Verbindungslinie /wischen
den Stiften 21 und 81. Vorher hat die Schnappfeder die Leiterschiene 20 im Gegenuhrzeigersinn, also in
der öffnungsrichtung um das Schwenklager 21 gespannt. Nach dem Überschreiten des Umschnappunk
tes 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. I
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 Fig. 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 (F i g. 5) fließt kein Strom durch diese Schleife.
Der Schließvorgang wird dadurch eingeleitet, daß die untere Leiterschiene 100 in eine vorbestimmte erste
Lage nach oben gedruckt wird, wo sie durch den Schließnocken 70 (entsprechend der Nockenscheibe 70
in Fig.l 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 Leiter- »chiene 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 I·" i g. 5 wird die ma
gnetische Kraft für das Schließen bei starker Stromlas
durch die Wechselwirkung der Magnetfelder um di<
s Leiter 100 und 200 erzeugt. Und zwar fließt, wenn di<
Kontakie nahe dein Ende des Schließvorgangcs siel
berühren, in der U-Schleife 100, 104. 20 ein Strom durcl
die beiden benachbarten Leiterschienen 100 und 20 it entgegengesetzten Richtungen, wie durch die gestri
ίο chclten Pfeile 107 angedeutet. Durch die Wechselwir
kung der Magnetfelder um die gegensinnig leitender Leiter 100 und 20 wird eine magnetische Abstoßkraf
erzeugt, die die Leiter 100 und 20 auseinanderzudrük 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 der Schließrichtung nach oben gedrückt wird, so daß die Kontakte ange
drückt gehalten werden.
Die Größe dieser Schlicßkraft hängt von derjeniger
Länge der beiden Leiter 20 und 100, die sich rechts dei Kontaktstange 17 befindet, ab und ändert sich als di
rekte 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 Stromwen
entwickelte Schließkraft größer ist als diejenigen elek
tromagnetischen Schleifenkräfte, die die Kontakte ab
zuheben bestrebt sind. Wie bei den Ausführungsformer nach F i g. 1 bis 4 ergibt sich für jeden gegebener
Stromwen eine resultierende Kraft, welche die Kon takte geschlossen hält oder, falls sie noch nicht geschlossen
sind, schließt.
Der Öffnungsvorgang wird in F i g. 5 durch Auslöser
is der Klinke 62 eingeleitet. Dadurch wird der untere Lei
ter 100 für die Abwärtsbewegung freigegeben. Durch die Spannung der Öffnungsfeder 48 und zusätzlich
durch die magnetische Abstoßkraft zwischen den Leitern 20 und SOO 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 IOC
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
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 m 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
Auslösekiinke 62 zu unterstützen. Wenn beispielsweise in F1 g. 1 bis 4 die Klinke 62 ausgelöst wird, treibt diese
magnetische Kraft das Ankerteil 40 nach unten gegen den Leiter 20, während in Fig.5 diese magnetische
Kraft den Bügel 106 nach unten gegen den Leiter drückt. Da diese magnetische 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-
schwindigkeii der Kontakttrenniing normalerweise der Größe dieser Öffnungskraft direkt proportional ist. Die
Kontakttrennung erfolgt also bei stärkeren Strömen mit größerer Geschwindigkeit. Dies tragt offenbar zu
einem besseren Abschaltvermögen des Schalters bei.
Die Erfindung ist deshalb für Vakuumschalter besonders gut geeignet, weil unter bestimmten Voraussetzungen
das Abschaltvcrmögen solcher Schalter anscheinend von der Größe ties 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 zu bleiben, nicht beeinträcht;gt, da, wie erwähnt, eine dem
Strom direkt proportionale Schließkraft entwickelt wird. Bei herkömmlichen Schalterkonstruktionen ist
die für starke Ströme erforderliche starke Kraft auch bei schwachen Strömen vorhanden. Im Falle eines Vakuumschalters
wird dadurch anscheinend das kapazitive Schaltvermögen beeinträchtigt.
Die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen lassen sich im Rahmen
der Erfindung in verschiedener Hinsicht abwandein und anders ausgestalten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
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 ic 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 Schließkraft ausübt; eine auslösbare Halteanordnung, die bei geschlossenen
Kontakten das bewegliche Teil in einer vorbestimmten ersten Lage festhält, eine Kontaktöffnungsanordnung,
die bei ausgelöster Halteanordnung das bewegliche Teil in Eingriff mit dem Leiter
treibt, derart, daß auf den Leiter eine Kontaktöffnungsbewegung übertragen wird; eine den Schiießvorgang
des Schalters einleitende Schließeinrichtung, die das bewegliche Teil in die erste Lage zurückführt;
eine Kontaktarretieranordnung, die während der Rückbewegung des beweglichen Teils den
Leiter in einer Lage, bei der die Kontakte weit geöffnet sind, festhält; und eine Schließhilfsanordnung,
die im Anschluß an die Bewegung des beweglichen Teils in im wesentlichen die erste Lage die Kontaktarretieranordnung
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
mit diesem über eine Leitungsverbindung (104) elektrisch in Reihe geschaltet ist, derart, daß durch
den die beiden Leiter gegensinnig durchfließenden Strom eine magnetische Abstoßkraft, die mindestens
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 Remanenz 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 aufweist, 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 ausgeübt wird (F i g. 1 bis 4).
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch eine Schnappfeder (80), die während
der anfänglichen Schließbewegung des beweglichen Teils gegen dessen erste Lage den Leiter in der
Kontaktöffnungsrichtung spannt, dagegen, wenn das bewegliche Teil sich im wesentlichen in some
erste Lage bewegt hat, den Leiter in der Kontaktschließrichtung 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 biidet der LeituEgsweg 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 fJtromflusses 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 überwi.iden 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.
Je 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 Betätigungsmechanismus gegen Kurzschlußströme schließen kann.
Bei bereits bekannten Leistungsschaltern ist eine magnetische Einrichtung vorgesehen, die auf den beweglichen
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 Erfindungszweck 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 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 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, die bei geschlossenen Kontakten das bewegliche Teil in einer vorbestimmten ersten
Lage festhält; eine Kontaktöffnungsanordnung, die bei
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US55800866 | 1966-06-16 | ||
US558008A US3366900A (en) | 1966-06-16 | 1966-06-16 | Electric circuit breaker with electromagnetic means for opposing contactrepulsion forces |
DEG0050406 | 1967-06-16 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1640230A1 DE1640230A1 (de) | 1970-05-27 |
DE1640230B2 DE1640230B2 (de) | 1975-08-14 |
DE1640230C3 true DE1640230C3 (de) | 1976-03-18 |
Family
ID=
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