DE19602118C2 - Elektrisches Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät mit einem beweglichen Kontaktelement mit einem Paar von be­ weglichen Kontakten daran, einem Paar von festen Kontaktele­ menten, an denen die festen Kontakte einzeln befestigt sind, einer ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung mit ei­ nem festen Eisenkern, einem beweglichen Eisenkern sowie einer Spule, welche elektrisch in Serie mit einem der festen Kon­ takte verbunden ist und einer zweiten elektromagnetischen An­ triebsvorrichtung, die ein Joch, ein Anker und eine Wicklung umfaßt, zur Ein- und Ausschaltung des Laststroms über ein Übertragungsglied.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein elektrisches Schaltgerät mit einem beweglichen Kontaktelement mit einem Paar von beweglichen Kontakten daran; einem Paar von festen Kontakten und einem Paar von festen Kontaktelementen, an de­ nen die festen Kontakte einzeln befestigt sind; einer ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung mit einem festen Ei­ senkern, einem beweglichen Eisenkern sowie einer Spule, wel­ che elektrisch in Serie mit einem der festen Kontakte verbun­ den ist; einer zweiten elektromagnetischen Antriebsvorrich­ tung, die ein Joch, ein Anker und eine Wicklung umfaßt, zur Ein- und Ausschaltung des Laststroms über ein Übertragungs­ glied.

Ein gattungsgemäßes Schaltgerät ist in der deutschen Patent­ schrift DE 41 04 533 C2 offenbart. Hier ist ein sogenannter n-Auslöser als Hilfsmagnetsystem vorgesehen, an dessen Anker ein Stößel befestigt ist, der zum Aufschlagen der Kontakte bei Auftreten von Überströmen dient. Hierdurch soll eine Ver­ schweißung der Kontakte in Folge von Überströmen verhindert werden, bei deren Auftreten die Kontakte stromabhängig unter Bildung von Lichtbögen mehr oder weniger getrennt werden. Der Stößel ist im zylindrischen Hohlraum eines rohrförmig ausge­ bildeten Kontaktbrückenträgers geführt, der über einen Hebel durch ein Hauptmagnetsystem zur Ein- und Ausschaltung des Laststroms betätigbar ist. Hierbei liegt das Hilfsmagnetsy­ stem derart unterhalb der Kontaktanordnung, daß die Axialli­ nie des Stößels mit der Längsmittelachse des Kontaktbrücken­ trägers fluchtet. Das Hauptmagnetsystem ist neben dem Hilfs­ magnetsystem, d. h. zur Längsmittelachse des Kontaktbrücken­ trägers seitlich versetzt angeordnet.

Die DE-OS 28 48 287 offenbart einen Magnetschalter, bei dem die Kontakte zur Ein- und Ausschaltung des Laststromkreises bei Auftreten von Überströmen schnell geöffnet werden. Der Magnetschalter ist eine überstromempfindliche Vorrichtung mit einer vom Laststrom durchflossenen Wicklung und einem Magnet­ kern, der mit einem Schlagstift versehen ist. Ein Elektromag­ net schaltet den Laststrom über die Kontakte ein und aus, wozu dessen Anker über einen Magnetkraftspeicher mit einem längsbeweglichen Übertragungsorgan gekuppelt ist, das somit bei Erregung des Elektromagneten eine Bewegung in Längsrich­ tung ausführt und dabei die an einer beweglichen Kontakt­ brücke befestigten beweglichen Kontakte von Festkontakten ab­ hebt. Bei Auftreten von Überströmen wirkt der Anker des Mag­ netschalters derart auf den Federkraftspeicher, daß dieser das Übertragungsorgan schlagartig beschleunigt und die Kon­ takte zur Vermeidung von Verschweißungen aufreißt. Die Kraft­ übertragung des Elektromagneten kann auch durch eine Schub­ stange erfolgen, die in einem vom Magnetschalter betätigten Übertragungsorgan geführt ist.

In der US 4,513,270 ist ein gattungsgemäßes Schaltgerät der obengenannten Art offenbart. Der bewegliche Eisenkern ist hier gegenüber dem Kontaktbrückenträger verschiebbar gela­ gert. Über den beweglichen Eisenkern greift eine Zusatzkraft infolge eines durch die Spule fließenden Überstroms direkt an den beweglichen Kontaktelement an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltgerät der obengenannten Art derart zu verbessern, daß eine Verschwei­ ßung der Kontakte durch Vermeidung von überstromabhängigen Lichtbögen ausgeschlossen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Übertragungsglied als Kontaktbrückenträger mit einem Fenster ausgeführt ist, in dem das bewegliche Kontaktelement aufge­ nommen ist, daß der Kontaktbrückenträger ohne Zwischenschal­ tung von Hebeln an dem Anker angekoppelt ist, daß der beweg­ liche Eisenkern der ersten Antriebsvorrichtung an dem Kon­ taktbrückenträger befestigt ist und daß auf den beweglichen Eisenkern eine dem Laststrom proportionale Kraft wirkt, die die Kontakte über den Kontaktbrückenträger zuhält.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn die erste und zweite Antriebsvorrichtung koaxial zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Kraftwirkungslinie auf­ weisen, die mit der Symetrieachse des Kontaktbrückenträgers fluchtet. Dies hat den Vorteil, daß lediglich Längskräfte wirksam werden und die Kräfte ohne Verlust voll zur Entfal­ tung gebracht werden können, d. h. z. B. Reibungsverluste, wie sie beim Einsatz von Umlenkhebeln üblicherweise auftreten, vermieden werden.

Umfaßt der Kontaktbrückenträger zwei Teile, die sich relativ zueinander in einer Richtung bewegen können, so ermöglicht dies, daß sich der Kontaktbrückenträger bei geschlossenem Magnetkreis der zweiten Antriebsvorrichtung aufgrund der Kraftwirkung der ersten Antriebsvorrichtung derart verkürzen kann, daß der Andruck der beweglichen Kontakte auf die festen Kontakte erhöht wird.

Vorteilhafterweise sind die Teile des Kontaktträgers eine am Anker der zweiten Antriebsvorrichtung befestigte Kontaktträ­ gerplatte und ein mit dieser über eine Feder gekoppelter Kon­ taktträgerdom. Die zuvor beschriebene Verkürzung des Kontakt­ brückenträgers wird auf diese Art und Weise einfach erreicht.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kon­ taktträgerdom mit dem Fenster versehen ist, in dem das beweg­ liche Kontaktelement durch eine Kontaktfeder in Richtung der festen Kontakte vorgespannt ist und wenn ein Druckstück vor­ gesehen ist, welches den Federweg, um den die Feder bei Kom­ pression verkürzbar ist, beschränkt. Diese Ausführung hat zur Folge, daß die Zusatzkraft der ersten Antriebsvorrichtung bei Auftreten von Überströmen direkt über den Kontaktträgerdom und das Druckstück zum Andruck der beweglichen Kontakte auf den festen Kontakten wirksam wird. In diesem Fall ist also nicht mehr die Kraftwirkung der Kontaktfeder maßgebend wie beim Einschalten durch die erste Antriebsvorrichtung.

Die weitere erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale nach Anspruch 6 gegeben.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden an­ hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltgerät mit Schweißfreiheit durch dynamische Kontaktkraftverstärkung im AUS-Zu­ stand,

Fig. 2 das elektrische Schaltgerät gemäß Fig. 1 im EIN-Zu­ stand und

Fig. 3 ein elektrisches Schaltgerät mit Schweißfreiheit durch Aufschlagen einer Kontaktbrücke.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schaltgerät 1 gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer Kontakteinrichtung 3, 4, 5 in einer Lichtbogenkammer 2, einem die Kontakteinrichtung 3, 4, 5 betä­ tigenden Hauptmagnetsystem 16, und einem zwischen der Kon­ takteinrichtung 3, 4, 5 und dem Hauptmagnetsystem 16 angeordne­ ten Hilfsmagnetsystem 22, 23, 24. Das Hauptmagnetsystem 16 und das Hilfsmagnetsystem 22, 23, 24 sind als zweite und erste elektromagnetische Antriebsvorrichtungen ausgebildet. Das Hilfsmagnetsystem 22, 23, 24 ist vorteilhafterweise in der Kraftwirkungslinie des Hauptmagnetsystems 16 angeordnet, so daß beide im Gegensatz zur bisherigen Technik, die mit Um­ lenkhebeln arbeitet, unverzögert ihre Wirkung ohne Zwischen­ schaltung von Umlenkhebeln entfalten. Der Verzicht auf Um­ lenkhebel bedeutet außerdem eine Reduzierung an Bauteilen, was üblicherweise angestrebt wird.

Die Fig. 1 zeigt das System für eine Phase; für die anderen Phasen ist der Aufbau im wesentlichen gleich, so daß die Beschreibung für diese eine Phase auch für die anderen Phasen gilt.

Die Kontakteinrichtung 3, 4, 5 umfaßt eine bewegliche Kontakt­ brücke 3 als bewegliches Kontaktelement mit jeweils einem beweglichen Kontakt 4 an einander gegenüberliegenden Endbe­ reichen der Kontaktbrücke 3. Die beweglichen Kontakte 4 sind einem Paar von festen Kontakten 5 gegenüberliegend angeord­ net. Die festen Kontakte 5 sind jeweils mit einem Kontakt­ element 6 verbunden, das an einem Gehäuseabsatz 7 im Inneren einer oberen Gehäusehälfte 8 befestigt ist.

Die Kontaktbrücke 3 ist in ein Fenster 9 eines stabförmigen, zweiteilig ausgeführten Kontaktbrückenträgers eingeschoben, der im wesentlichen aus einem Kontaktträgerdom 10 und einer Kontaktträgerplatte 11 besteht. Der Kontaktträgerdom 10 ist in Fig. 1 oben über eine Schraubenfeder 12 als Hauptkontakt­ feder gehalten, wobei der Kontaktträgerdom 10 und die Kon­ taktbrücke 3 in einer Führung 13 in Fig. 1 durch die Schrau­ benfeder 12 nach unten vorgespannt sind. Ein Paar von grup­ penweise angeordneten Lichtbogen-Löschplatten 14 aus einem magnetischen, metallischen Material sind an einander gegen­ überliegenden Seiten der Kontaktbrücke 3 vorgesehen, um die Lichtbögen zu löschen, welche die Kontakttrennung zwischen den beweglichen Kontakten 4 und den festen Kontakten 5 ge­ zogen werden.

Das Hilfsmagnetsystem umfaßt einen festen Eisenkern, der durch zwei U-förmige Eisenbleche 22 gebildet ist, eine Spule 23 und einen Anker 24 als beweglichen Eisenkern.

Das als Betriebs- und Betätigungsmechanismus dienende Haupt­ magnetsystem 16 liegt gemäß Fig. 1 in einer unteren Gehäuse­ hälfte 15. Es ist als Elektromagnet ausgeführt, der im wesentlichen ein festes Joch 17, einen beweglichen Anker 18 sowie eine hier nicht dargestellte Spule oder Wicklung um­ faßt, die zur Betätigung des Schaltgeräts über einen Steuer­ kreis mit Strom beaufschlagt werden kann.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 im eingeschal­ teten Zustand, d. h. bei Stromführung. Die Funktion des Schaltgeräts 1 wird im Folgenden anhand von Fig. 1 und 2 erläutert.

Wird das Hauptmagnetsystem 16 angesteuert, bewegt sich dessen Anker 18 in der Figuren-Darstellung nach unten und nimmt die Position gemäß Fig. 2 ein. Bei dieser Abwärtsbewegung wird der Kontaktbrückenträger 10, 11 infolge der Ankopplung nach unten mitgeführt, wobei die Kontaktfeder 12 nach Auflage der beweg­ lichen Kontakte 4 auf den festen Kontakten 5 nahezu um den Federweg komprimiert wird, der dem Luftspalt 27 im stromlosen Zustand des Schaltgeräts 1 gemäß Fig. 2 entspricht.

Es stellt sich das Problem, daß mit steigendem Laststrom die Kräfte, die die Kontakte 4, 5 auseinandertreiben wollen, an­ wachsen. Das Aufreißen der Kontakte 4, 5 zieht als unerwünsch­ te Folgewirkungen die Bildung von Lichtbögen, die damit ver­ bundene Temperaturerhöhung der Kontakte 4, 5 und ein mögliches Verschweißen der Kontakte 4, 5 nach sich. Mit steigendem Last­ strom in der Hauptstrombahn wird aber beim vorliegenden Schaltgerät 1 zur Lösung dieses Problems die Kraft an der Kontaktstelle durch das Hilfsmagnetsystem 22, 23, 24 erhöht. Dies erfolgt über den Anker 24, des Hilfsmagnetsystems, auf den nach Fig. 1 in Richtung Hauptmagnetsystem 16 zusammen mit dem Kontaktträgerdom 10 eine Kraft ausgeübt wird. Dabei drückt der Kontaktträgerdom 10 über das Druckstück 26 direkt die Kontaktbrücke 3 nach unten, da die Kontaktfeder 12 - wie oben erwähnt - bereits nahezu um den Luftspalt 27 komprimiert ist. Dies hat zur Folge, daß die bei Auftreten von Überströ­ men erzeugte zusätzliche Kraft des Hilfsmagnetsystems 22, 23, 24 direkt auf die Kontaktstelle zwischen den beweg­ lichen 4 und den festen Kontakten 5 übertragen wird, während ansonsten bei normalen Lastströmen nur die wesentlich kleine­ re Kontaktkraft durch die Kontaktfeder 12 wirksam ist. Damit sich die beschriebene Zusatzkraft des Hilfsmagnetsystems 22, 23, 24 voll entfalten kann, ist der Kontaktträgerdom 10 relativ zur Kontaktträgerplatte 11 unter Zwischenwirkung der Feder 21 verschiebbar.

Von der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 1 abweichend könnte das Druckstück 26 auch an der oberen Randfläche 28 des Fensters 9 im Kontaktträgerdom 10 angeformt sein und demgemäß die Spiralfeder 12 um den oben erwähnten Luftspalt 27 am unteren Ende des Druckstücks 26 überstehen, ohne daß sich die Wirkungsweise prinzipiell ändern würde.

In Fig. 3 ist ein Schaltgerät 1 gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform im eingeschalteten Zustand dargestellt. Dieses stimmt weitgehend mit der ersten Ausführungsform des Schalt­ geräts 1 gemäß Fig. 1 und 2 überein. Insoweit wird auf eine Beschreibung der übereinstimmenden Komponenten verzichtet und diese werden mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 versehen.

Die wesentliche Abwandlung bei der zweiten Ausführungsform betrifft den Aufbau des Kontaktbrückenträgers. Dieser besteht hier zwar auch aus einer Kontaktträgerplatte 11 und einem rohrförmigen Kontaktträgerdom 10 mit einem Fenster 9 zur Auf­ nahme der Kontaktfeder 12. Jedoch ist kein Druckstück vorhan­ den und der Kontaktträgerdom 10 und die Kontaktträgerplatte 11 sind fest miteinander verbunden, z. B. durch eine Ver­ schraubung, durch Verklebung oder Verschweißung. Im zylindri­ schen Hohlraum 19 des Kontaktträgerdoms 10 ist der Eisenkern 24 des Hilfsmagnetsystems beweglich gelagert und an seinem oberen Ende mit einem Stößel 29 bzw. Schlagstift versehen, der bei Auslösung durch einen Über- oder Kurzschlußstrom in das Fenster 9 hinein verschiebbar ist. Um den Stößel 29 herum liegt eine Rückdruckfeder 30, die sich einerseits an einem Absatz 31 im zylindrischen Hohlraum 19 abstützt und anderer­ seits am Eisenkern 24 angreift.

Die angestrebte Schweißfreiheit wird bei der Lösung gemäß der zweiten Ausführungsform durch Aufschlagen der beweglichen Kontaktbrücke 3 im Überstrom- und Kurzschlußfall erreicht. Entsprechend ist die Funktion des Stößels 29, der infolge von Überströmen durch die Kraftwirkung des Hilfsmagnetsystems 22, 23, 24 zusammen mit dem Anker 24 in Richtung Kontaktbrücke 3 beschleunigt wird und diese nach oben schlägt, so daß die Kontakte 4, 5 aufgerissen werden. Dabei wird die Rückdruck­ feder 30 komprimiert. Je nach Stärke der Rückdruckfeder 30 kann das Einsetzen der Schlagwirkung des Stößels 29 gezielt variiert werden kann.

Die beim Aufreißen der Kontakte 4, 5 entstehenden Lichtbögen bei der normalen Abschaltung von Lastströmen durch das Haupt­ magnetsystem 16 werden von den Lichtbogen-Löschplatten 14 an­ gezogen, gekühlt und infolge hiervon beim Null-Durchgang des Wechselstroms zum Verlöschen gebracht.

Bei Auftreten von Überströmen werden über den Stößel 29 des Hilfsmagnetsystems 22, 23, 24 die Kontakte 4, 5 ebenfalls mit der Folge aufgerissen, daß wiederum Lichtbögen gezogen wer­ den. Diese werden von den Lichbogenlöschplatten 14 angezogen, so daß der Lichtbogenwiderstand wächst und damit einhergehend der Kurzschlußstrom begrenzt wird. Der Kurzschlußstrom wird nachfolgend von einem nichtdargestellten Unterbrecher oder Trennschalter unterbrochen.

Claims (6)

1. Elektrisches Schaltgerät (1) mit: einem beweglichen Kontaktelement (3) mit einem Paar von be­ weglichen Kontakten (4) daran; einem Paar von festen Kontak­ ten (5) und einem Paar von festen Kontaktelementen (6), an denen die festen Kontakte (5) einzeln befestigt sind; einer ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung mit einem festen Eisenkern (22) einem beweglichen Eisenkern (24) sowie einer Spule (23), welche elektrisch in Serie mit einem der festen Kontakte (5) verbunden ist; einer zweiten elektro­ magnetischen Antriebsvorrichtung (16), die ein Joch (17), einen Anker (18) und eine Wicklung umfaßt, zur Ein- und Aus­ schaltung des Laststroms über ein Übertragungsglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertra­ gungsglied als Kontaktbrückenträger (10, 11) mit einem Fenster (9) ausgeführt ist, in dem das bewegliche Kontaktelement (3) aufgenommen ist, daß der Kontaktbrückenträger (10, 11) ohne Zwischenschaltung von Hebeln an dem Anker (18) angekoppelt ist, daß der bewegliche Eisenkern (24) der ersten Antriebs­ vorrichtung an dem Kontaktbrückenträger (10, 11) befestigt ist und daß auf den beweglichen Eisenkern (24) eine dem in der Spule (23) fließenden Strom proportionale Kraft wirkt, die die Kontakte (4, 5) über den Kontaktbrückenträger (10, 11) zu­ hält.

2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (22, 23, 24) und zweite elektromagnetische Antriebsvorrichtung (16) koaxial zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Kraftwirkungs­ linie aufweisen, die mit der Symmetrieachse des Kontakt­ brückenträgers (10, 11) fluchtet.

3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt­ brückenträger zwei Teile (10, 11) umfaßt, die sich relativ zueinander in einer Richtung bewegen können.

4. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Kontaktbrückenträgers eine am Anker (18) der zweiten Antriebsvorrichtung (16) befestigte Kontaktträger­ platte (11) und ein mit dieser über eine Feder (21) gekoppel­ ter Kontaktträgerdom (10) sind.

5. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträgerdom (10) mit dem Fenster (9) versehen ist, in dem das bewegliche Kontaktelement (3) durch eine Kontakt­ feder (12) in Richtung der festen Kontakte (5) vorgespannt ist und daß ein Druckstück (26) vorgesehen ist, welches den Federweg, um den die Kontaktfeder (12) bei Kompression ver­ kürzbar ist, beschränkt.

6. Elektrisches Schaltgerät (1) mit: einem beweglichen Kontaktelement (3) mit einem Paar von be­ weglichen Kontakten (4) daran; einem Paar von festen Kontak­ ten (5) und einem Paar von festen Kontaktelementen (6), an denen die festen Kontakte (5) einzeln befestigt sind; einer ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung mit einem festen Eisenkern (22) einem beweglichen Eisenkern (24) sowie einer Spule (23), welche elektrisch in Serie mit einem der festen Kontakte (5) verbunden ist; einer zweiten elektromag­ netischen Antriebsvorrichtung (16), die ein Joch (17), einen Anker (18) und eine Wicklung umfaßt, zur Ein- und Ausschal­ tung des Laststroms über ein Übertragungsglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertra­ gungsglied als Kontaktbrückenträger (10, 11) mit einem Fenster (9) ausgeführt ist, in dem das bewegliche Kontaktelement (3) aufgenommen ist, daß der Kontaktbrückenträger (10, 11) ohne Zwischenschaltung von Hebeln an dem Anker (18) angekoppelt ist, daß der bewegliche Eisenkern (24) der ersten Antriebs­ vorrichtung und der Kontaktbrückenträger (10, 11) zueinander verschieblich sind und daß der bewegliche Eisenkern (24) mit einem Stößel (29) versehen ist, der durch die Kontur des Kontaktbrückenträgers (10, 11) geführt ist und bei Auftreten von Überströmen die Kontakte (4, 5) über das Kontaktelement (3) auf reißt.