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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten von elektrischen
Kontakten, mit einem elektromechanischen Schaltmechanismus für die Herstellung
oder/und Aufhebung einer Leitungsverbindung zwischen den Kontakten,
einer zu dem elektromechanischen Schaltmechanismus in Reihe geschalteten,
den Erregerstrom für
den Schaltmechanismus leitenden Stromtorschalteinrichtung und einer
an den Stromein- und Stromausgang sowie an einen Steuereingang der
Stromtorschalteinrichtung angeschlossene Steuerschaltung für die Durchschaltung
der Stromtorschalteinrichtung nur oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes
der Spannung, die vor der Durchschaltung über der Stromtorschalteinrichtung
anliegt, wobei der Schwellenwert größer als die zum Durchschalten
erforderliche Mindestspannung am Steuereingang der Stromtorschalteinrichtung
ist.
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Aus
der
DE 2601799 A1 ist
eine Schaltanordnung zur Betätigung
eines Elektromagnetsystems bekannt, die einen elektromagnetischen
Schaltmechanismus, eine zu dem elektromechanischen Schaltmechanismus
in Reihe geschaltete Stromtoreinrichtung und eine an den Stromein-
und Stromausgang sowie an einen Steuereingang der Stromtorschalteinrichtung
angeschlossene Steuerschaltung für
die Durchschaltung der Stromtorschalteinrichtung aufweist. Die Steuerschaltung
umfasst eine zu der Stromtorschalteinrichtung parallele RC-Kombination
mit einem magnetfeldabhängigen
Widerstand. Dieser Widerstand ist im Luftspalt eines Schaltmagneten
des Schaltmechanismus' als
den jeweiligen Betriebszustand des Schaltmagneten erfassender Fühler angeordnet.
Beim Schließen
des Magnetkreises fließt
durch den Schaltmagneten und den Widerstand ein Strom welcher den
Kondensator der RC-Kombination auflädt. Bei Erreichen einer bestimmten,
am Steuereingang der Stromtorschalteinrichtung anliegenden Kondensatorspannung
schaltet die Stromtorschalteinrichtung durch. Maßgebend für die Ladezeit des Kondensators
ist der jeweilige sich während
der Aufladung ab hängig
von der Magnetfeldstärke ändernde
Wert des Widerstandes. Bei Verwendung einer den Schaltstrom erzeugenden
Wechselspannung lässt
sich nach jedem Durchgang der Phasenanschnittwinkel vergrößern, wodurch
sich die Aufprallenergie des Ankers auf die Pole des Schaltmagneten
verringert bzw. sich eine gewünschte
Anzugskennlinie ergibt.
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Eine
Vorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten der eingangs
erwähnten
Art geht aus der
DE
2353396 A1 hervor. Die Steuerschaltung dieser Vorrichtung
weist einen aus einem Widerstand und zwei gegengerichteten Zehnerdioden
bestehenden Spannungsteiler sowie eine die geteilte Spannung abgreifende
Steuerstrecke mit einem Widerstand und einer Triggerdiode in Reihenschaltung
auf. Die Stromtorschalteinrichtung schaltet bei einem bestimmten
Wert der über
der Stromtorschalteinrichtung anliegenden Spannung durch. Dieser
Wert kann zur Absenkung der Haltekraft des Magneten nach einer bestimmten
vorgegebenen Zeit verändert
werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Schaltvorrichtung
der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, welche bei nur kurzfristigem Erregerstromfluss
eine hohe Schaltsicherheit bietet.
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Die
diese Aufgabe lösende
Vorrichtung zum Schalten elektrischer Kontakte nach der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert größer als
die Mindestspannung derart ist, dass sich ein zur sicheren Betätigung des
elektromechanischen Schaltmechanismus ausreichend große Erregerstrom
bilden kann, dass in der Reihenschaltung zu dem elektromechanischen
Schaltmechanismus und der Stromtorschalteinrichtung ferner ein Unterbrecher
für die
Abschaltung des Schaltstroms nach der Herstellung und/oder Aufhebung
der Leitungsverbindung zwischen den Kontakten vorgesehen ist und
dass der elektromechanische Schaltmechanismus ferner dazu vorgesehen
ist, mit dem Schalten der Kontakte den Unterbrecher zu öffnen oder
ein von dem elektromechanischen Schaltmechanismus getrennter, zum Öffnen des
Unterbrechers über
die Steuerschaltung ansteuerbarer Magnetschaltantrieb vorgesehen
ist.
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Gemäß der Erfindung
wird sichergestellt, dass ein für
kurzfristigen Schaltstromfluss ausreichend großer Schaltstrom zur Betätigung des
elektromechanischen Schaltmechanismus entsteht.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Steuerschaltung einen zu der Stromtorschalteinrichtung
parallelen ohmschen 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 anliegenden Spannung proportional.
Der Schwellenwert der Spannung, bei der eine Freigabe des Schaltstroms
erfolgt, ist damit durch diejenige Teilspannung bestimmt, welche
zum Zünden
der Stromtorschalteinrichtung ausreicht.
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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 Spannungsschwellenwert der über der Stromtorschalteinrichtung
anliegenden Spannung, oberhalb dem eine Freigabe des Schaltstroms
erfolgt, durch die Durchbruchspannung der Zehnerdiode bestimmt sein.
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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 Spannungsschwellenwertes
vorgesehen sein. Durch diese Zeitverzögerung können z.B. durch Einschwingvorgänge bedingte
Schwankungen der über der
Stromtorschalteinrichtung anliegenden Spannung mit den Spannungsschwellenwert
ggf. überschreitenden
Spannungsspitzen abklingen, so dass Fehlschaltungen vermieden werden.
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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.
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Der
Impulsgeber kann ferner für
die Erzeugung einer Reihe von Schaltimpulsen, insbesondere 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 Impulsgeber 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.
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Bei
der Stromtorschalteinrichtung kann es sich z.B. um einen Thyristor,
Triac oder eine Stromtor-Transistorschaltung
handeln.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere zueinander 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.
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Bei
den durch die Vorrichtung zu schaltenden elektrischen Kontakten
kann es sich z.B. um Kontakte von Schützen, Relais, Schutzschaltern
und dgl. handeln.
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Die
Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden,
sich auf diese Ausführungsbeispiele
beziehenden Zeichnungen näher
erläutert
und beschrieben werden. Es zeigen:
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1 eine
Prinzipschaltung eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
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2 ein
erstes auf der Prinzipschaltung von 1 beruhendes
Ausführungsbeispiel
für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung,
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3 ein
zweites auf der Prinzipschaltung von 1 beruhendes
Ausführungsbeispiel
für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung,
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4 ein
drittes auf der Prinzipschaltung von 1 beruhendes
Ausführungsbeispiel
für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung,
und
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5 eine
Prinzipschaltung für
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
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Mit
dem Bezugszeichen 1 ist in den 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.
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Das
Bezugszeichen 5 in den 1 bis 4 bezeichnet
einen Unterbrecher, welcher neben den Kontakten 2 und 3 ebenfalls über den
elektromechanischen Schaltmechanismus 1 betätigt werden
kann und welcher bei einem die Schaltkontakte 2 und 3 betätigenden
Schaltvorgang des elektromechanischen Schaltmechanismus' 1 öffnet.
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In
der 1 ist mit dem Bezugszeichen 6 eine Steuerschaltung
bezeichnet, welche eine über der
Stromtorschalteinrichtung 4 anliegende Spannung abgreift
und daraus ein Steuersignal 7 bildet, das an den Steueranschluß 8 der
Stromtorschalteinrichtung 4 angelegt wird. In den 2 bis 4 sind Ausführungsbeispiele
für eine
solche Steuerschaltung gezeigt.
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Die
Steuerschaltung von 2 enthält einen Impulsgeber 9,
der in Abhängigkeit
vom Anliegen einer Spannung über
der Stromtorschalteinrichtung 4 Schaltimpulse 10 bildet.
Der die Schaltimpulse 10 führende Ausgang des Impulsgebers 9 ist
mit einem Schalttransistor 11 verbunden, welcher über seine übrigen Anschlüsse Widerstände 12 und 13 zu
einer Reihenschaltung verbindet, wobei die Reihenschaltung aus den
Widerständen 12 und 13 parallel
zur Stromtorschalteinrichtung 4 geschaltet ist. Der Impulsgeber
erzeugt nur dann, ggf. zeitverzögert, Schaltimpulse 10,
wenn die über
dem Thyristor 4 anliegende Spannung U größer als
ein Schwellenwert Uschwell ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 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.
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In
dem Ausführungsbeispiel
von 4 umfaßt
die Steuerschaltung 6 eine zu der Stromtorschalteinrichtung 4 parallele
Reihenschaltung aus einer Zenerdiode 15 und einem Kondensator 16.
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Im
folgenden wird die Wirkungsweise der anhand der 1 bis 4 beschriebenen
Schaltvorrichtungen erläutert.
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In
allen gezeigten Ausführungsbeispielen
bildet die an dem Steueranschluß 8 der
Stromtorschalteinrichtung 4 anliegende Steuerschaltung 6 ein
die Stromtorschalteinrichtung öffnendes
Steuersignal 7 in Abhängigkeit
von einer Spannung, die bei geschlossenem Unterbrecher 5 über der
geschlossenen Stromtorschalteinrichtung 4 anliegt. Die
Stromtorschalteinrichtung 4 öffnet unter Bildung eines Schaltstroms
für den
elektromechanischen Schaltmechanismus 1, wenn die über der
Stromtorschalteinrichtung 4 anliegende Spannung, die nach Öffnen der
Stromtorschalteinrichtung 4 für den durch die Magnetspule
des elektromechanischen Schaltmechanismus 1 fließenden Schaltstrom
maßgebend
ist, einen bestimmten Schwellenwert erreicht, der einem bestimmten
zum Zünden
des Thyristors ausreichenden 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.
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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.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 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 entsprechend
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.
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Durch
die beschriebenen Steuerschaltungen kann z.B. dafür gesorgt
werden, daß der
elektromechanische Schaltmechanismus 1 nur dann ausgelöst wird,
wenn über
der Stromtorschalteinrichtung 4 eine Spannung anliegt,
durch die bei Öffnung
der Stromtorschalteinrichtung 4 ein zum sicheren Schalten ausreichend
hoher Schaltstrom von angemessener Dauer fließen kann.
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Es
wird nun auf 5 Bezug genommen, wo ein Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, das sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch
unterscheidet, daß zu
der durch die Steuerschaltung 6 angesteuerten Stromtorschalteinrichtung 4 drei
elektromechanische Schaltmechanismen 1a, 1b und 1c über einen
Schaltpunkt 17 in Reihe geschaltet sind.
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Über die
elektromechanischen Schaltmechanismen sind Kontakte 2a, 2b und 2c schaltbar.
In Reihe zu den Schaltmechanismen sind Unterbrecher 5a, 5b und 5c vorgesehen.
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Mit 18 bis 20 sind
den elektromechanischen Schaltmechanismen 1a bis 1c jeweils
nachgeschaltete Dioden bezeichnet, die einen Stromfluß zu den Schaltmechanismen über den
Schaltpunkt 17 verhindern.
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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 integriert sein.
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In
der Schaltung von 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 elektromechanischen Schaltmechanismen in bezug auf ihre
Schaltströme entkoppelt
sind.
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Die
in den 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..