DE19731269A1 - Vorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten, mit einem durch einen Schaltstrom zu betätigenden elektromechanischen Schaltmechanismus für die Herstellung oder/und Aufhebung einer Leitungsverbindung zwischen den Kontakten.

Durch die Erfindung wird eine neue derartige Vorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten geschaffen, welche durch eine zu dem elektromechanischen Schaltmechanis­ mus in Reihe geschaltete, zur Freigabe des Schaltstroms ansteuerbare Stromtorschaltein­ richtung gekennzeichnet ist.

Durch diese Erfindungslösung ist es möglich, das Schalten der Kontakte nicht nur abhängig von einer den Schaltstrom erzeugenden, ggf. zunächst über der geschlossenen Stromtor­ schalteinrichtung anliegenden Spannung, sondern zusätzlich abhängig von einer zur Ansteuerung der Stromtorschalteinrichtung verwendeten Steuergröße zu schalten, so daß z. B. die Auslösung des elektromechanischen Schaltmechanismus' durch Freigabe des Schaltstroms erst zu einem gewünschten Zeitpunkt nach Anlegen der Spannung erfolgt.

In einer besonderen Ausführungsform ist eine Steuerschaltung für die Ansteuerung des Strom­ tors in Abhängigkeit von einer Eingangssteuergröße, insbesondere einer über der Stromtor­ schalteinrichtung anliegenden, z. B. für die Erzeugung des Schaltstroms maßgebenden Spannung vorgesehen. Vorteilhaft kann in einem solchen Fall z. B. die Schaltsicherheit des elektromechanischen Schaltmechanismus' dadurch erhöht werden, daß die Steuerschal­ tung erst oberhalb eines Schwellenwertes der über der Stromtorschalteinrichtung an liegen­ den Spannung ein die Stromtorschalteinrichtung leitfähig schaltendes Steuersignal erzeugt, so daß sich in der Reihenschaltung ein zur sicheren Betätigung des elektromechanischen Schaltmechanismus' geeigneter Strom ausbilden und insbesondere eine zur Betätigung von die Kontakte arretierenden Schaltschlössern erforderliche Schaltenergie aufgebracht wer­ den kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Steuerschaltung einen zu der Stromtor­ schalteinrichtung parallelen Spannungsteiler für die Erzeugung des Steuersignals als Teilspannung der über dem Stromein- und Stromausgang der Stromtorschalteinrichtung anliegenden Spannung. Die Teilspannung ist der über der Stromtorschalteinrichtung anlie­ genden Spannung proportional. Der Schwellenwert der Spannung, bei der eine Freigabe des Schaltstroms erfolgt, ist damit durch diejenige Teilspannung bestimmt, welche zum Zün­ den der Stromtorschalteinrichtung ausreicht.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Steuerschaltung eine zu der Stromtorschalteinrichtung parallele Schaltung für die Erzeugung des Steuersignals, die aus einer Zenerdiode, und ggf. einer Kapazität, besteht. In diesem Fall kann der Spannungs­ schwellenwert der über der Stromtorschalteinrichtung anliegenden Spannung, oberhalb dem eine Freigabe des Schaltstroms erfolgt, durch die Durchbruchspannung der Zener­ diode bestimmt sein.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung kann die Steuerschaltung zur Erzeugung des die Stromtorschalteinrichtung leitfähig schaltenden Steuersignals zeitverzögert ab Anliegen einer Spannung oberhalb des Spannungsschwel­ lenwertes vorgesehen sein. Durch diese Zeitverzögerung können z. B. durch Einschwingvor­ gänge bedingte Schwankungen der über der Stromtorschalteinrichtung anliegenden Span­ nung mit den Spannungsschwellenwert ggf. überschreitenden Spannungsspitzen abklingen, so daß Fehlschaltungen vermieden werden.

Vorzugsweise umfaßt die Steuerschaltung einen Impulsgeber für die Erzeugung eines die Bildung des Steuersignals auslösenden Schaltimpulses. In diesem Fall kann die zeitverzögerte Erzeugung des Steuersignals durch eine entsprechend zeitverzögerte Erzeugung des Schaltimpulses gesteuert sein. Der Schaltimpuls kann z. B. dazu verwendet werden, einen Schalttransistor leitfähig zu schalten, welcher Widerstände des genannten Spannungsteilers miteinander verbindet.

Der Impulsgeber kann ferner für die Erzeugung einer Reihe von Schaltimpulsen, insbeson­ dere in vorbestimmter Anzahl, vorgesehen sein. Durch die Erzeugung aufeinanderfolgender Schaltimpulse kann die Schaltsicherheit erhöht werden, wobei z. B. so lange Schaltimpulse abgegeben werden, bis der Schaltvorgang abgeschlossen ist und dadurch die den Impuls­ geber aktivierende Spannung, die über der Stromtorschalteinrichtung anliegt, unter den Schwellenwert absinkt. Die Abgabe einer vorbestimmten Zahl von Schaltimpulsen erfolgt dann, wenn die Durchführung des Schaltvorgangs nur für eine bestimmte Zeit erwünscht ist. Sollte in dieser Zeit der Schaltvorgang nicht abgeschlossen sein, so kann dann trotz Anliegen einer Spannung oberhalb des Spannungsschwellenwertes kein Schaltstrom zur Bestätigung der Kontakte fließen. Eine solche Begrenzung der Anzahl von Schaltimpulsen kann z. B. aus Sicherheitsgründen erforderlich sein. In diesem Zusammenhang könnte es auch vorgesehen sein, daß der oberhalb des Spannungsschwellenwertes ansprechende Impulsgeber zur Erzeugung eines einzigen Schaltimpulses von vorbestimmter Dauer ausgelegt ist.

Bei der Stromtorschalteinrichtung kann es sich z. B. um einen Thyristor, Triac oder eine Strom­ tor-Transistorschaltung handeln.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann der elektromechanische Schaltmechanismus ferner zur Schaltung eines zu der Stromtorschalteinrichtung in Reihe geschalteten, mit dem schalten der Kontakte öffnenden Unterbrechers vorgesehen sein, durch den ein weiteres Fließen des Schaltstroms unterbunden wird. Ein solcher Unterbrecher könnte aber auch über einen von dem elektromechanischen Schaltmechanismus getrenn­ ten Magnetschaltantrieb, der über die Steuerschaltung zum Öffnen ansteuerbar ist, betätigt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß mehrere zuein­ ander parallele elektromechanische Schaltmechanismen in Reihenschaltung mit einer gemeinsamen Stromtorschalteinrichtung vorgesehen sind, wobei die elektromechanischen Schaltmechanismen gegen durch die jeweils anderen Schaltmechanismen fließende Ströme, insbesondere durch Dioden, abgesperrt sind. Auf diese Weise kann vorteilhaft über eine einzige Stromtorschalteinrichtung die Schaltsicherheit mehrerer elektromechanischer Schaltmechanismen gewährleistet werden.

Bei den durch die Vorrichtung zu schaltenden elektrischen Kontakten kann es sich z. B. um Kontakte von Schützen, Relais, Schutzschaltern und dgl. handeln.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltvor­ richtung,

Fig. 2 ein erstes auf der Prinzipschaltung von Fig. 1 beruhendes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung,

Fig. 3 ein zweites auf der Prinzipschaltung von Fig. 1 beruhendes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung,

Fig. 4 ein drittes auf der Prinzipschaltung von Fig. 1 beruhendes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, und

Fig. 5 eine Prinzipschaltung für ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in den Fig. 1 bis 4 ein elektromechanischer Schaltmechanismus bezeichnet, der eine von einem Schaltstrom durchflossene Magnetspule umfaßt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind über diesen elektromechanischen Schaltmechanismus Kontakte 2 und 3 schaltbar, wobei in einem Schaltvorgang die Kontakte 2 geschlossen werden können, während die Kontakte 3 geöffnet werden. Mit dem Bezugszeichen 4 ist in den Figuren eine Stromtorschalteinrichtung mit einem Steueranschluß 8 bezeichnet. Bei der Stromtorschalteinrichtung handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Thyristor.

Das Bezugszeichen 5 in den Fig. 1 bis 4 bezeichnet einen Unterbrecher, welcher neben den Kontakten 2 und 3 ebenfalls über den elektromechanischen Schaltmechanismus betätigt werden kann und welcher bei einem die Schaltkontakte 2 und 3 betätigenden Schaltvor­ gang des elektromechanischen Schaltmechanismus' 1 öffnet.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 6 eine Steuerschaltung bezeichnet, welche eine über der Stromtorschalteinrichtung 4 anliegende Spannung abgreift und daraus ein Steuer­ signal 7 bildet, das an den Steueranschluß 8 der Stromtorschalteinrichtung 4 angelegt wird. In den Fig. 2 bis 4 sind Ausführungsbeispiele für eine solche Steuerschaltung gezeigt.

Die Steuerschaltung von Fig. 2 enthält einen Impulsgeber 9, der in Abhängigkeit vom Anlie­ gen einer Spannung über der Stromtorschalteinrichtung 4 Schaltimpulse 10 bildet. Der die Schaltimpulse 10 führende Ausgang des Impulsgebers 9 ist mit einem Schalttransistor 11 ver­ bunden, welcher über seine übrigen Anschlüsse Widerstände 12 und 13 zu einer Reihen­ schaltung verbindet, wobei die Reihenschaltung aus den Widerständen 12 und 13 parallel zur Stromtorschalteinrichtung 4 geschaltet ist. Der Impulsgeber erzeugt nur dann, ggf. zeit­ verzögert, Schaltimpulse 10, wenn die über dem Thyristor 4 anliegende Spannung U größer als ein Schwellenwert Uschwell ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist die Steuerschaltung 6 lediglich durch Widerstände 12 und 13 gebildet, wobei dem Widerstand 13 zum Ausfiltern von Spannungsspitzen ein Kondensator 14 parallel geschaltet ist.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 umfaßt die Steuerschaltung 6 eine zu der Stromtor­ schalteinrichtung 4 parallele Reihenschaltung aus einer Zenerdiode 15 und einem Konden­ sator 16.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der anhand der Fig. 1 bis 4 beschriebenen Schaltvor­ richtungen erläutert.

In allen gezeigten Ausführungsbeispielen bildet die an dem Steueranschluß 8 der Stromtor­ schalteinrichtung 4 anliegende Steuerschaltung 6 ein die Stromtorschalteinrichtung öffnen­ des Steuersignal 7 in Abhängigkeit von einer Spannung, die bei geschlossenem Unterbre­ cher 5 über der geschlossenen Stromtorschalteinrichtung 4 anliegt. Die Stromtorschaltein­ richtung 4 öffnet unter Bildung eines Schaltstroms für den elektromechanischen Schalt­ mechanismus 1, wenn die über der Stromtorschalteinrichtung 4 anliegende Spannung, die nach Öffnen der Stromtorschalteinrichtung 4 für den durch die Magnetspule des elektro­ mechanischen Schaltmechanismus 1 fließenden Schaltstrom maßgebend ist, einen bestimmten Schwellenwert erreicht, der einem bestimmten zum Zünden des Thyristors aus­ reichenden Spannungswert entspricht, welcher aus der über dem Thyristor anliegenden Spannung durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 12 und 13 bzw. die Zenerdiode gebildet wird. Durch unterschiedliche Bemessung der genannten Bauelemente kann der Spannungsschwellwert, bei welchem die Stromtorschalteinrichtung 4 zündet, variiert werden.

Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen endet der Schaltstromfluß mit der Öffnung des Unterbrechers 5 oder beim Nulldurchgang einer anliegenden Wechselspannung. Diese Öffnung erfolgt im Rahmen des die Kontakte 2 und 3 betätigenden Schaltvorgangs des elektromechanischen Schaltmechanismus' 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 erfolgt die Bildung eines den Thyristor 4 zündenden Steuersignals 7 nur dann, wenn der Transistor 11 durch von dem Impulsgeber 9 erzeugte Schaltimpulse 10 leitend gemacht ist. Dementsprechend werden Steuerimpulse 7 entspre­ chend den Schaltimpulsen 10 gebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erzeugt der Impulsgeber 9 die Schaltimpulse 10 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ab Anliegen des obengenannten Spannungsschwellenwertes in einer vorgegebenen Anzahl.

Durch die beschriebenen Steuerschaltungen kann z. B. dafür gesorgt werden, daß der elek­ tromechanische Schaltmechanismus 1 nur dann ausgelöst wird, wenn über der Stromtor­ schalteinrichtung 4 eine Spannung anliegt, durch die bei Öffnung der Stromtorschaltein­ richtung 4 ein zum sicheren Schalten ausreichend hoher Schaltstrom von angemessener Dauer fließen kann.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, wo ein Ausführungsbeispiel gezeigt ist, das sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß zu der durch die Steuerschaltung 6 angesteuerten Stromtorschalteinrichtung 4 drei elektromecha­ nische Schaltmechanismen 1a, 1b und 1c über einen Schaltpunkt 17 in Reihe geschaltet sind.

Über die elektromechanischen Schaltmechanismen sind Kontakte 2a, 2b und 2c schaltbar. In Reihe zu den Schaltmechanismen sind Unterbrecher 5a, 5b und 5c vorgesehen.

Mit 18 bis 20 sind den elektromechanischen Schaltmechanismen 1a bis 1c jeweils nachge­ schaltete Dioden bezeichnet, die einen Stromfluß zu den Schaltmechanismen über den Schaltpunkt 17 verhindern.

Durch eine Strichlinie 21 soll angedeutet werden, daß die Stromtorschalteinrichtung 4 mit der Steuerschaltung 6 sowie die Dioden 18 bis 20 in einem einzigen Bauelement integriert sind. Entsprechend könnten auch die in den vorangehenden Figuren gezeigten Schaltungen aus der Stromtorschalteinrichtung und der Steuerschaltung in einem solchen Bauelement inte­ griert sein.

In der Schaltung von Fig. 5 sorgt die Thyristorschaltung 4 mit der Steuerschaltung 6 dafür, daß ausgehend von geschlossenen Unterbrechern 5a, 5b und 5c ein Schaltstrom durch einen der elektromechanischen Schaltmechanismen 1a, 1b und 1c nur dann fließen kann, wenn ein am Schaltpunkt 17 anliegender Spannungsschwellenwert überschritten wird. Durch die jeweiligen Dioden 18 bis 20 ist dafür gesorgt, daß die einzelnen elektromechani­ schen Schaltmechanismen in bezug auf ihre Schaltströme entkoppelt sind.

Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Schaltungen können in beliebigen elektrischen Geräten eingesetzt werden, in denen Schaltkontakte zu betätigen sind, z. B. in Schützen, Relais, Schutzschaltern und dgl.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten, mit einem durch einen Schalt­ strom zu betätigenden elektromechanischen Schaltmechanismus (1) für die Herstellung oder/und Aufhebung einer Leitungsverbindung zwischen den Kontakten (2, 3), gekennzeichnet durch eine zu dem elektromechanischen Schaltmechanismus (5) in Reihe geschaltete, zur Freigabe des Schaltstroms ansteuerbare Stromtorschalteinrich­ tung (4).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (6) für die Ansteuerung der Stromtorschalteinrichtung (4) in Abhängigkeit von einer Eingangssteuergröße vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssteuergröße durch eine zwischen Stromein- und Stromausgang der Stromtorschalteinrichtung (4) anliegende Spannung gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) oberhalb von einem Schwellenwert der anliegenden Span­ nung ein die Stromtorschalteinrichtung (4) leitfähig schaltendes Steuersignal (7) erzeugt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) einen zu der Stromtorschalteinrichtung (4) parallelen Span­ nungsteiler für die Erzeugung des Steuersignals (7) als Teilspannung der über dem Stromein- und Stromausgang der Stromtorschalteinrichtung (4) anliegenden Spannung umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) eine zu der Stromtorschalteinrichtung (4) parallele Schaltung aus einer Zenerdiode (15), und ggf. einer Kapazität (16), für die Erzeugung des Steuersignals (7) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) zur Erzeugung des die Stromtorschalteinrichtung (4) leitfähig schaltenden Steuersignals (7) zeitverzögert nach Anliegen einer Spannung oberhalb des Schwellenwertes vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) einen Impulsgeber (9) für die Erzeugung eines die Bildung des Steuersignals (7) auslösenden Schaltimpulses (10) umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitverzögerte Erzeugung des Steuersignals (7) durch eine entsprechend zeitver­ zögerte Erzeugung des Schaltimpulses (10) gesteuert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltimpuls (10) einen Widerstände (12, 13) des Spannungsteilers verbinden­ den Schalttransistor (11) leitfähig schaltet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (9) für die Erzeugung einer Reihe von Schaltimpulsen (10), insbesondere in vorbestimmter Anzahl vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihenschaltung zu dem elektromechanischen Schaltmechanismus (1) und der Stromtorschalteinrichtung (4) ferner ein Unterbrecher (5) für die Abschaltung des Schalt­ stroms nach der Herstellung und/oder Aufhebung der Leitungsverbindung zwischen den Kontakten (2, 3) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Schaltmechanismus (1) ferner dazu vorgesehen ist, mit dem Schalten der Kontakte (2, 3) den Unterbrecher (5) zu öffnen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromtorschalteinrichtung (4) einen Thyristor, Triac oder/und eine Transistor­ schaltung umfaßt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren elektromechanischen Schaltmechanismen (1a, 1b, 1c) in der Reihenschal­ tung mit einer gemeinsamen Stromtorschalteinrichtung (4a, 4b, 4c) verbunden sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Schaltmechanismen (1a, 1b, 1c) gegen Ströme, die durch die jeweiligen anderen elektromechanischen Schaltmechanismen (1a, 1b, 1c), fließen, insbesondere durch Dioden, gesperrt sind.