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Schaltkontaktstrecke für Leistungsschalter
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und Schaltschütze.
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Die Erfindung bezieht sich auf Schaltkontaktstrecken für Leistungsschalter
oder Schaltschütze.
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Leistungsschalter oder Schaltschütze bekannter Bauarten besitzen Schaltkontaktstreckenwelche
aus gegeneinander bewegten Kontaktstücken aus Kontaktwerkstoffen wie z.B.Silber,Silberlegierungen
oder Wolfram bestehen.Beim Schalten hoher Ströme,insbesondere hoher Gleichströme
bei Spannungen oberhalb der Lichtbogengrenze, treten an den Kontaktstrecken starke
Lichtbögen auf,die zu starkem Kontaktabbrand oder bei Nichtverlöschen zur Zerstörung
des Schaltgeräts führen.
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Durch zusätzlich an den Kontaktstrecken angebrachte Löscheinrichtungen,wie
z.B.Funkenlöschkammern und/oder magnetische Blaseinrichtungen,wird in bekannter
Weise diese Lichtbogenbildung unterdrückt.Der hierzu notwendige Aufwand ist jedoch
gross.So sind z.B.
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zur magnetischen Lichtbogenlöschung an jeder Schaltkontaktstrecke
ein Elektromagnet oder Dauermagnet,verbunden mit Kraftlinienleitstücken,erforderlich,um
das zur Lichtbogenblasung und -Löschung notwendige Feld quer zur Mittelachse der
Kontaktstrecke zu erzeugen.Magnet und Kraftlinienleitstücke müssen in hinreichendem
Abstand von den Kontaktstücken angebracht sein,um elektrische t;berschläge zu vermeiden,wodurch
sich,durch diese Art der Funkenlöschung bedingt,wesentlich grössere Abmessungen
für das Schaltgerät ergeben als ohne Funkenlöscheinrichtung.
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Nachteilig ist bei dieser Art der Funkenlöschung weiterhin,dass der
Abriss des Lichtbogens immer an derselben Stelle erfolgt,sodass sich ein ungleichmässiger
Kontaktabbrand und damit eine geringe Kontaktstücklebensdauer ergibt.
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Mit Rücksicht auf den hohen Aufwand verzichtet man bei Wechselstrom
schaltenden
Leistungsschaltern und Schattschützen auf zusatzliche Funkenlöscheinrichtungen,man
nützt hier vielmehr die Tatsache aus,dass bei Phasenumkehr auf Werden FaXl eine
Unterbrechung des Lichtbogens eintritt.Nachteilig ist dabei,dass durch die relativ
lange Brenndauer des Lishtbogens bis zur Phasenumkehr ein starker Abbrand an den
Kontaktstücken auftritt,der die Lebensdauer eines solchen Schaltgerats begrenzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es,die Schaltkontaktstrecken von Leistungsschaltern
und Scjhaltschützen so zu gestalten, dass sowohl beim Schalten von Gleichstrom als
auch von Wechselstrom eine wesentliche ErhDhung der Schaltleistung und eine ebensolche
Vergrösserung der Schaltstücklebensdauer erreicht wird, wobei, verglchen mit den
bekannten Schaltgeräten,keine Vergrösserung der Abmessungen notwendig ist.Weiterhin
können mit den Schaltkontaktstrecken gemäss der Frfindung sowohl Gleichströme als
auch Weckselströme mit ein-und derselben Bauweise geschaltet werden,bei Gleichstrom
ist keine Rücksichtnahme auf die Stromflussrichtung an den Kontakten notwendig.
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Fin weiterer Vorteil der erfindung liegt darin,dass Leistungs -schalter
und Schaltschütze bekannter Bauart sich mit geringen Konstruktionsänderungen auf
eine Bauart gemäss der erfindung umstellen lassen,sodass die erfindungsgemässen
Vorteile mit wenig Aufwand erreicht werden.
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Gemaß der Erfindung werden die vorstehend genannten Vorteile dadurch
erreicht,dass Kontaktstücke verwendet werden,welche aus der Verbindung eines Dauermagneten
mit einem der Kontaktgabe dienen -den Oberteil aus Kontaktwerkstoff bestehen.
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Diese Kombination kann gemsss der Erfindung darin bestehen,dass die
Schaltkontaktstrecke aus zwei,die Kontaktgabe bewirkenden Kontaktstücken besteht,wobei
das eine Kontaktstück aus Konktwerkstoff, das andere aus der Verbindung eines Dauermagneten
mit einem der Kontaktgabe dienenden Oberteil aus Kontaktwerkstoff besteht.
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Gemäss der Erfindung kann es auch zweckmas6ig sein,dass beide Kontaktstücke
jeweils aus der Verbindung eines Dauermagneten mit einem,der Kontaktgabe dienenden
Oberteil aus Kontktwerkstoff bestehen.Hierbei kann die Polung der Dauermagnetencgegensinnig
oder auch gleichsinnig sein.
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Besondere Vorteile bei den erfindungsgemässen Schaltkontakt -strecken
ergeben sich auch,wenn Kontaktstücke gemäss der Patentanmeldung P 27 52 765.7 verwendet
werden.
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Eine zweckmässige Ausführung der erfindung liegt auch darin, dass
eine der Halterung und Kontaktierung der Kontaktstücke dienende Kontaktfeder zwischen
dem Dauermagneten und dem aus Kontaktwerkstoff bestehenden Oberteil-angebracht ist.
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Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist eine der Halterung
und Kontaktierung der Kontaktstücke dienende Brücke zwischen den Dauermagneten und
den aus Kontaktwerkstoff bestehenden Oberteilen angebracht.
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Von besonderem VorteilfUr alle Ausführungsformen der Erfindung ist
die Verwendung eines Dauermagnetwerketoffes mit hohen Werten für Induktion und Koerzitivkraft,vorzugsweise
die Verwendung einer Kobalt-Samarium-T,egierung.
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Ausführungsformen von Schaltkontaktstrecken gemäss der Erfindung,
sowie die Ausbildungen der die erfindungagemässen Vorteile bewirkenden Magnet felder
werden in Folgenden näher gezeigt und erläutert.Es stellt dar: Fig. 1 eine Schaltkontaktstrecke
gemäss der Erfindung mit damit verbundenem äusserem Stromkreis Fig. 2 die Seitenansicht
einer Schaltkontaktstrecke mit Darstellung des Magnet feldes Fig. 3 das bei gegensinniger
l'olung der Dauermagnete auftretende !'agnetfeld
Fig. 4 die Draufsicht
auf ein Kontaktstück mit Darstellung der Einwirkung des Magnetfeldes auf den Lichtbogen
Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Einzel-Kontaktstrecke Fig. 6
dasselbe mit einer Doppel-Kontaktstrecke.
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Die in Fig.1 gezeigte Schaltkontaktstrecke besteht aus den beiden
Kontaktstücken 1,2 sowie der Stromquelle 5 und dem tastwiderstand 6.Das Kontaktstück
2 besteht aus der Verbindung eines stromleitenden Dauermagneten 3 mit einem, aus
Kontaktwerkstoff wie beispielsweise Silber, wolfram oder hhnlichem bestehenden Oberteil
4.
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Das Kontaktstück 1 besteht ganz oder teilweise aus Kontaktwerkstoff
und besitzt keinen Dauermagneten.
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Das sich an einer solchen Schaltkontaktstrecke einstellende Magnetfeld
ist in Fig.2 in der Seitenansicht,in Fig. 4 in der Draufsicht dargestellt. Hierbei
ist mit 7 die Mittelachse sowohl des Magnetfeldes als auch der Kontaktstücke 1,2
bezeichnet.Die Magnetfeldlinien 8 des Dauermagneten 3 verlaufen symmetrisch zu die
ser Mittelachse 7.
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Tritt nun beim Abschalten eines Gleich-oder Wechselstroms ein Lichtbogen
9 auf,so gerät er sofort in die Einwirkung des il Bereich der Kontaktfläche sehr
starken Magnetteldes 8.Infolge der magnetischen Wechselwirkung des sich kreisförmig
um den Lichtbogen 9 bildenden Magnetfeldes lit dem Magnetfeld 8 des Dauermagneten
3 wird dieser Lichtbogen 9 sofort zum Wandern gezwungen.
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Die Wanderung verläuft, wie in Fig. 4 gezeigt, kreis-bzw. spiralförmig
auf der Kontaktoberfläche des Kontaktstücks 2.Hierbei wird auch der Lichtbogenfusspunkt
auf dem gegenüberstehenden Kontaktstück 1 zum Wndern gezwungen.
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Diser Vorgang verlauft umso intensiver,je höher der den lichtbogen
verursachende Strom ist.
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Die durhc das Magnetfeld 8 erzwungene Wanderung verläaft, im Gegesatz
zu den bekannten mangentischen Lichtogenblasdeinrichtungen, vorwiegend im bereich
der JKontaktoberflache, was auf den radiaen Ver auf der Magnetfeldlinien 8 zurückzuführen
ist. Damit
werden die nachstehend en erfindunggwgemässen Votenile
erreicht: Die Lichtbogen-Fusspunkte werden nicht so hei es wie bei stehenden Lichtbögen,
dadurch wird die plasmabildung stark reduziert, der Lichtbogen verlöscht sehr schnell.
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Der Kontaktabbrand wird stark reduziert, ausserdem verteilt er sich
auf die gesaate Kontaktfläche.
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Infolge der nahezu kreisförmigen Ablenkung verbleibt der Lichtbogen
innerhalb des Kontaktberiche, sodass keine Einwirkungen auf benachbarte Schaltstrecken
oder Geräteteile auftreten.
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Bei der Schaltung ton Wechselströaen ergibt sich damit eine wesentliche
Erhöhung der Kontaktstücklebensdauer etwa um den Faktor 5.
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Bei der Schaltung von Gleichströaen wird vor allem die zulässige Schaltleistung
bzw. das Aschaltvermögen beträchllch erhöht.Verglich.n ait Schaltkontaktstrecken
normaler Bauart lassen sich beispielsweise bei einer Schaltspannung von 220 Volt
GS Ströme schalten,die um den Faktor 50 oder mehr höher sind.
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Fig.3 zeigt eine Schaltkontaktstrecke,bei der die Kontaktstücke l
und 2 jeweils aus der Verbindung eines Dauermagneten 3 mit einem Oberteil 4 aus
Kontaktwerkstoff bestehen. Die Polung der Dauermagnete ist hierbei gegensinnig,
d.h. es stehen sich gleichnamige Magnetpole gegenüber. Hierdurch wird gegenüber
dem in Fig. 2 gezeigten Magnetfeld ein Magnetfeld 8 erzielt, dessen Feldlinien wesentlich
stärker in radialer Richtung verlaufen.Damit werden die lichtbogen-löschenden $Eigenschaften
einer solchen Kontaktstrecke wesentlich verbessert. Zusätzlich ergibt sich noch
der Vorteil,dass die Kontaktiffnung beim Abschalten z. B. eines durch Elektromagneten
betntigten Schaltschützes durch die abstossende Wirkung der gegengerichteten Magnetfelder
sehr viel schneller erfolgt. An und für sich wird diese Kontaktöffnung durch im
Schaltschütz angebrachte Federn erreicht,-elche beim Kontaktschliessen vorgespannt
erden.Die Federkraft derselben verläuft linear.Da sie der Schiiesskraft des Elektromagneten
entgegensteht, kann sie nicht so hoch gewählt werden,wie es für eine schnelle Öffnung
der Kontakte notwendig ware.
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Die abstossende Kraft der mit den Kontaktstücken 1,2 verbundenen Dauermagnete
3 verläuft demgegenüber etwa mit der 3.Potenz,d.h.
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sie wirkt sich nur kurz vor der Schliessung der Kontakte bzw. kurz
nach der Öffnung stark aus.Tn diesem Wegbereich steht aber auch vom vlektromagnet-Antrieb
her ausreichend Zugkraft zur Verfügung.
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Unter Umstanden ist es sogar mglich,auf eine Rückholfeder überhaupt
zu verzichten.
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Gemäss der erfindung kann es auch vorteilhaft sein,die Polung der
Dauermagnete 3 gleichsinnig zu wählen. Dadurch ergeben sich hoher Kontaktkräfte,
ferner können Kontaktprellungen verringert oder sogar vermieden werden.
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rinne gemäss der erfindung m;Ngliche Ausbildung einer Schaltkontaktstrecke
in der Praxis zeigt die Fig. 5. Hierbei ist der Dauermagnet 3 auf der Cberseite
einer Kontaktfeder 10, das aus Kontaktwerkstoff bestehende Teil 4 auf der Unterseite
dieser Kontaktfeder 10 angebracht.Das hiermit in Kontaktgabe stehende Kontaktstück
1 ist an der Kontaktfeder 11 befestigt,beide Kontaktfedern werden im Isolierteil
12 gehaltert.
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Pine weitere erfindungsgemässe Ausbildung ist in Fig.6 in der Seitenansicht
gezeigt.Hier handelt es sich um eine Zwillings-Kontaktstrecke,d,h,es sind zwei symmetrisch
zu einer Mittelebene 15 angeordnete Kontaktstrecken vorgesehen.Diese Anordnung ist
vor allem für Schaltschütze von Vorteil.Hierbei sind beiderseits des Brückenteils
16 die Dauermagneten 3,13 sowie die aus Kontaktwerkstoff bestehenden 4,14 z.B.durch
Hartlöten aufgebracht.Die als Gegenkontakte wirkenden Kontaktstücke 1 können aus
Kontaktterkstoff bestehen,es kann auch der Zusatz von Dauermagneten z.B.gemäss der
Fig.3 zweckmössig sein.
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Bei allen Ausführungsarten der Erfindung ist es von Vorteil,als Werkstoff
für die Dauermagneten 3,13 solche zu wählen,welche ein möglichst starkes Magnetfeld
bei möglichst geringer Magnetlänge erzeugen,und deren Curiepunkt mit Rücksicht auf
die Erwärmung der
Kontakte möglichst hoch liegt.Diesen Erfordernissen
werden vor allem Dauermagnete aus Kobalt-Samarium gerecht.Es ist daher Teil der
Erfindung,solche Magnete zu verwenden.
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Für die erfindungsgemässen Schaltkontaktstrecken sind insbesondere
auch Kontaktformen geeignet,wie sie in der Patentanmeldung P 27 52 765.7 dargestellt
sind.
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L e e r s e i t e