DE2326117C2

DE2326117C2 - Schnellschaltvorrichtung für einen elektrischen Kontakt

Info

Publication number: DE2326117C2
Application number: DE2326117A
Authority: DE
Inventors: Claude Grenoble Terracol
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-23
Publication date: 1984-09-06
Also published as: FR2185853A1; US3824508A; FR2237302B2; CH582950A5; DE2530161C2; DE2326117A1; DE2530162C2; FR2237302A2; DE2530162A1; BE831204R; BE799866A; FR2278146A2; FR2278147A2; FR2278147B2; FR2278146B2; GB1405377A; BE831205R; US4001738A; FR2185853B1; GB1489010A

Description

— Die Vorrichtung weist ein ein hauptstromabhängiges Magnetfeld erzeugendes Magnetjoch (24) auf,

in dessen Luftspalt (26) geringer Weite ein

mit dem Feld des Magnetjoches (24) zusammenwirkendes zusätzlich zum beweglichen Kontakt (10) vorhandenes, elektrisch leitendes Abstoßelement parallel zur Luftspaltebene in Öffnungsrichtung geführt ist sowie mit dem beweglichen Kontakt (10) in mechanischer Verbindung steht,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— ein den beweglichen Kontakt (10) oder ein den Festkontakt (20, 22) bildender Abschnitt des den Hauptstrom führenden Leiters durchsetzt das ansonsten spulenfreie Magnetjoch (24) etwa rechtwinklig und erzeugt allein das im Magnetjoch induzierte Magnetfeld;

— das Abstoßelement ist als in Längsrichtung des beweglichen Kontaktes (10) verlaufende, mit diesem elektrisch leitend verbundene, schmale Zunge (28) ausgebildet die in Schiefstellung des Schalters zumindest teilweise in den Luftspalt (26) eintaucht;

— die vom Magnetfeld in der Zunge (28) erzeugten Induktionsströme verlaufen in ringförmigen Bahnen zumindest teilweise außerhalb des Luftspaltes (26) durch den beweglichen Kontakt (10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil der Zunge (28) in der Art von dem beweglichen Kontakt (10) elektrisch isoliert ist, daß die Zunge durch den Mittelteil der Zunge begrenzende, die Schleifenbildung durch den beweglichen Kontakt gewährleistende Endzonen (32, 34) mit dem beweglichen Kontakt (10) elektrisch verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (28) mindestens eine zwangsläufig geradlinige Strombahnen im Mittelteil der Zunge herbeiführende Längsnut (30) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (28) aus ferromagnetischem Material besteht.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Verschieben eines beweglichen Kontaktes in Öffnungsrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches I.

Eine derartige Vorrichtung ist Gegenstand von DE-PS 6 01 246 und besteht im wesentlichen aus einem ein haiiplMromabhiingigcs Magnetfeld erzeugendes Magnetjoch sowie einem Abstoßelement, das im Luftspalt des Magncijoches parallel zur Luftspaltebenc in Öffnungsrichlung eines beweglichen Kontaktes geführt ist sowie mit letzterem in Verbindung steht Zur Erzeugung des den Öffnungsvorgang des Kontaktes bewirkenden magnetischen Flusses im Magnetjoch ist eine Spule vorgesehen, die einen Teil des Joches mit mehreren Windungen umgibt und seriell mit dem beweglichen Kontakt elektrisch verbunden ist Das Abstoßelement ist

to vom Kontakt elektrisch isoliert angeordnet und besteht aus zwei gesonderten Spuleneinzelwindungen, die in Öffnungsrichtung gleichebig nacheinander liegen. Bei Ansteigen des Hauptstromes wird auf die Spulen eine Kraft ausgeübt, die die Induktionsspulen 5 und 6 auseinandertreibt, wodurch der Kontakt geöffnet wird.

Die vorbekannte Vorrichtung ist insofern nachteilig, als sie mechanisch relativ kompliziert aufgebaut ist und u. a. auch wegen des Vorhandenseins der das |och umgreifenden Induktionsspule zur Schaltung hoher und höchster Ströme nicht geeignet ist.

Aus DE-AS 12 86184 ist zudem ein elektrischer Selbstschalter bekannt, dessen Wirkungsweise auf der elektrodynamischen Abstoßung zweier parallelliegender Leiter beruht, die zur Verstärkung der Abstoßungskraft mit sich gegenseitig um- oder übergreifenden lochstücken versehen sind. Die zur Kontaktöffnung herangezogenen Kräfte sind nicht stark genug, um eine schnelle Öffnung im Hochstromfalle zu gewährleisten.

Aus DD-PS 36 847 ist noch eine Anordnung zum Auslösen für einen Leistungsschalter, insbesondere kleiner Stromstärken bekannt, bei dem das den Schaltkontakt aus dem Luftspalt eines Magnetjoches hinausdrängende Feld durch eine Spule hocher Windungszahl erzeugt wird, die einen Jochabschnitt umgreift. Das Feld wird somit nicht von dem beweglichen Kontakt selbst induziert (oder einem einen Festkontakt bildenden Abschnitt des Leiters), sondern durch eine zusätzliche Spule, die die Anwendbarkeit dieses Schalters auf Einsatzbereiche niederen Stromes begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zurgrunde, einen Schalter nach dem Oberbegriff so auszubilden, daß er im Hochstrombercich einsetzbar ist und bei einem plötzlichen Anstieg der Stromstärke der bewegliche Kontakt eine hohe Beschleunigung erfährt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhaft an der Erfingung ist zunächst, daß der magnetsiche Fluß in der Spule durch den das Joch durchsetzenden Leiter selbst erzeugt wird, wodurch teuere, raumaufwendige Spulenkörper entfallen können und insbesondere die Vorrichtung sehr hoch strombelastbar wird. Durch die Änderung des Hauptstromes wird in dem Luftspalt eine Flußänderung hervorgerufen, die in der in den Luftspalt hineinstehenden schmalen Zunge Sekundärströme induziert, deren Augenblickstärke an die Stärke des Hauptsromes heranreicht. Diese Ströme verlaufen durch den beweglichen Kontakt aufgrund seiner elektrischen Verbindung mit der Zunge in ringförmigen Bahnen, die Wechselwirkung der induzierten Ströme und des Magnetfeldes sorgen für ein schlagartiges starkes Hinausstoßen aus dem Luftspalt und somit ein plötzliches öffnen des Kontaktes.

Die Weile des Luftspultes des Magnetkreises ist nicht mehr an den Querschnitt des Kontaktes gebunden, son-

h5 dem nur noch an die Dicke der Zunge, die relativ dünn ausgebildet sein kann. Die Luftspaltweite kann also sehr gering sein, wodurch sich ein kräftiger Fluß im Luftspalt erzeugen läßt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuterL Es zeigt

F i g. 1 eine zum Teil im Schnitt dargeste'Ue Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschieben eines beweglichen Kontakts,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 1,

Fig.3 eine Ausführungsvariante des Zungenkontakts.

In den Fig. 1 und 2 trägt eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene beweglicher Kontakt Kontaktstücke 12, 14, die mit festen Kontaktstücken 16, 18 zusammenarbeiten. Diese festen Kontaktstücke werden von Festkontakten 20, 22 einer Stromunterbrechungsvorrichtung, beispielsweise eines Abschalters, getragen. Der bewegliche Kontakt 10 kann ein Hauptkontakt oder ein Zusatzkontakt sein und natürlich als einfacher oder doppelter Kontakt mit drehender oder linearer Verstellmöglichkeit ausgebildet sein. Der bewegliche Kontakt 10 kann sich in einer der Ebene von Fig. 1 entsprechenden Ebene verschieben, so daß die Kontakte geöffnet cder geschlossen worden.

Ein ringförmiges Magnetjoch 24 umgibt den beweglichen Kontakt 10 und weist einen Luftspalt 26 geringen Ausmaßes auf, der sich in der Bewegungsebene des beweglichen Kontaktes 10 entsprechend der Ebene in F i g. 1 erstreckt. In der Schließstellung des beweglichen Kontakts 10 dringt eine lamellenförmige Zunge 28 in den Luftspalt 26 ein, in dem sie sich verschieben läßt. Die Zunge 28 besteht aus leitendem Material und ist mit dem beweglichen Kontakt 10 in Form eines Kiels fest verbunden bzw. als Vorsprung des beweglichen Kontakts 10 ausgebildet. Der kielförmige Vorsprung erstreckt sich längs der Unterseite des beweglichen Kontaks 10. Die Zunge 28 ist elektrisch und mechanisch mit dem beweglichen Kontakt 10 verbunden, dessen Querschnitt beträchtlich über dem der Zunge 28 liegt, deren Dicke so gewähli ist, daß der Luftspalt so gering wie möglich gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung arbeitet wie folgt:

Der die Vorrichtung durchfließende Strom folgt einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Strombahn, und zwar ausgehend vom Leiter 20, über die Kontaktstücke 16, 12, den beweglichen Kontakt 10, die Kontaktstücke 14, 18 zum Leiter 22. Der Strom /Ί, der in einem bestimmten Augenblick beispielsweise in der rlurch den Pfeil angegebenen Richtung fließt, durchläuft den beweglichen Kontakt 10 fast vollständig, wobei der durch die Zunge 28 von geringem Querschnitt fließende Siromanteil praktisch vernachlässigbar ist, und erzeugt im Magnetjoch 24 und im Luftspalt 26 einen magnetischen Induktionsfluß B. Bei einer Verände^r'ing des Hauptstromes ;',, besonders bei einem raschen Anwachsen dieses Stromes infolge eines Kurzschlusses, induziert die entsprechende Veränderung der Induktion ö in der Zunge 28 lnduktions- bzw. Sekundärströme /2, die den Hauptteil des beweglichen Kontaktes 10 im wesentlichen schleifenförmig durchfließen. Der Wert der induzierten Ströme /2 liegt in der gleichen Größenordnung wie die des Hauptstromes /Ί. Das Ganze wirkt praktisch als Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1. Das Verhalten ist so, als wäre der Strom /Ί in die Zunge abgelenkt worden. Die Wechselwirkung der induzierten Ströme /.· und des Induktionsflusses Berzeugt auf bekannte Weise eine Kraft /·'. die sowohl zu den Stromlinien als auch zum Vc'.aor des Induktionsflusscs Ii rechtwinklig verlauft. Die Kraft /ist so gerichtet, daß sie den beweglichen Kontakt 10 in Öffnungsstellung drückt. Durch die geringe. Reluktanz des Magnetjoches 24 steht eine große Induktion B zur Verfügung, die auf einen Strom h wirkt, der in der Zunge 28 induziert wird und während der kurzen Ansprechzeit der Vorrichtung

— z. B. in der Größenordnung von einer Millisekunde

— dem den beweglichen Kontakt 10 durchfließenden Strom /Ί gleichwertig ist. Die resultierende Kraft Fist groß und wirkt auf einen beweglichen Teil von geringer Trägheit, was zu einer kräftigen Beschleunigung und einem raschen Öffnen des beweglichen Kontaktes 10 beiträgt. Die klassischen Effekte der elektrodynamischen Abstoßung, vor allem infolge der schleifen- bzw. ringförmigen Stromlinienbahnen und der Abstoßungseffekte an den Kontaktstücken 12,16,14,18 verstärken die Kraft F. Diese Kraft wirkt schon beim Auftreten einer Störung und ist während der ersten Augenblicke ausschlaggebend.

In Fig. 3 wird eine Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, die es gestattet, die Stromlinien in der Zunge 28 in bestimmter Weise zu lenken, um die Abstoßungskraft zu erhöhen. Eine Längsnut 30 ist im mittleren Teil der Zunge 28 vorgesehen, die mit dem beweglichen Kontakt 10 durch den Durchgang des Stromes /j zum beweglichen Kontakt gestattende Endzonen 32,34 verbunden ist. Der bewegliche Kontakt 10 und das Ende der Zunge 32 können aus einem Stück bestehen oder aber auf beliebige Weise, z. B. durch Schweißen, miteinander verbunden sein.

Der lotrecht zur Verschiebungsrichtung der beweglichen Kontaktbrücke wirksame Teil der Stromlinien wird auf diese Weise ebenso verstärkt wie die resultierende Abstoßungskraft der Zunge 28.

In diesem Fall kann das Magnetjoch 24 auf die Höhe der Zunge 28 beschränkt werden, oder aber er wird auf die in Fig. 3 dargestellte Weise bis zur Längsnut 30 verlängert, wobei dieser letzte Teil des magnetischen Kreises keine unmittelbare Wirkung ausübt, sondern lediglich das Entstehen der zu induzierenden Ströme i> begünstigt, indem er die magnetische Kopplung zwischen dem beweglichen Kontakt 10 und der Zunge 28 verbessert. Zu einem analogen Zweck kann die Längsnut 30 mit einem ferromagnetischen Material ausgefüllt werden, das die Reluktanz des magnetischen Kreises vermindert, aber die elektrischen Isoliereigenschaften beibehält.

Die Längsnut 30 kann ferner auch aus einer Isolierschicht zwischen dem beweglichen Kontakten 10 und der Zunge 28 bestehen. Die Zunge kann aber auch meh-

W rcre Ausnehmungen oder parallele Isolierschichten aufweisen.

Die Zunge 28 aus leitendem Material kann ferromagnetisch sein, um den Luftspalt des Magnetjoches 24 zu verringern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum schnellen Verschieben eines beweglichen Kontaktes (10) in Öffnungsrichtung durch Abstoßwirkung, die durch eine plötzliche Änderung des die Vorrichtung durchfließenden Hauptstromes hervorgerufen wird, mit folgenden Merkmalen: