DE29504480U1 - Switchgear, especially air contactor for the low voltage range - Google Patents
Switchgear, especially air contactor for the low voltage rangeInfo
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Description
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BeschreibungDescription
Schaltgerät, insbesondere Luftschutz für den Niederspannungsbereich
5Switchgear, especially air protection for the low voltage range
5
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät, insbesondere Luftschütz für den Niederspannungsbereich, mit einer Kontaktanordnung aus wenigstens einem Festkontakt auf einem Träger und wenigstens einem Bewegkontakt, vorzugsweise zwei Bewegkontakte an einer Schaltbrücke, und mit einem zugehörigen elektromagnetischen Antrieb mit bewegbarem Anker sowie mit einer Kontaktkraftfeder zur Kraftübertragung vom bewegten Anker auf die Bewegkontakte.The invention relates to a switching device, in particular an air contactor for the low-voltage range, with a contact arrangement of at least one fixed contact on a carrier and at least one moving contact, preferably two moving contacts on a switching bridge, and with an associated electromagnetic drive with a movable armature and with a contact force spring for transmitting force from the moving armature to the moving contacts.
Die Schaltkontakte von Schaltern und/oder Schützen besitzen üblicherweise Kontaktstücke aus harten, speziell für die Beständigkeit unter den Bedingungen des Schaltlichtbogens entwickelten Werkstoffen. Um schnelles Schalten zu erreichen, werden die Kontakte durch das Antriebssystem, das im allgemeinen bei den vorzugsweise im Niederspannungsbereich eingesetzten Luftschützen durch einen Elektromagneten gebildet ist, mit hoher Beschleunigung bewegt. Letzteres kann beim Einschalten zu wiederholtem Prellen der Kontakte führen und dadurch, insbesondere beim Einschalten unter Spannung, einen vorzeitigen Verschleiß durch die Erosionswirkung der bei den Prellungen zwischen den Kontaktflächen gezündeten Lichtbogen bewirken.The switching contacts of switches and/or contactors usually have contact pieces made of hard materials that have been specially developed for resistance under the conditions of the switching arc. In order to achieve rapid switching, the contacts are moved at high acceleration by the drive system, which is generally formed by an electromagnet in the case of air contactors that are preferably used in the low-voltage range. The latter can lead to repeated bouncing of the contacts when switched on and thus, particularly when switched on under voltage, cause premature wear due to the erosion effect of the arcs ignited by the bouncing between the contact surfaces.
Mit der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 43 31 554.2 wird zur Verminderung des Kontaktprellens ein Schaltgerät mit einer Abfangvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Abfangvorrichtung vom angezogenen Anker des elektromagnetischen Antriebs über Federglieder teilentkoppelt ist und aus mindestens einem der Kontaktbewegung parallelgeschalteten Dämpfungskörper mit vorgegebener innerer Reibung besteht, wobei der Dämpfungskörper auf dem Träger fürThe older, unpublished German patent application P 43 31 554.2 proposes a switching device with an interception device to reduce contact bounce, in which the interception device is partially decoupled from the attracted armature of the electromagnetic drive via spring elements and consists of at least one damping body connected in parallel to the contact movement with a predetermined internal friction, wherein the damping body is mounted on the carrier for
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den Festkontakt seitlich zur Bewegungsrichtung neben der Kontaktanordnung montiert ist. In der älteren Patentanmeldung werden der Stand der Technik und die darin vorhandenen vielfältigen Versuche zur Beherrschung des Problemes des Kontaktprellens über die Dämpfung umfassend abgehandelt. Dabei wird auf ein geeignetes Rechenprogramm zur Berechnung dynamischer ebener Systeme gekoppelter Mä.ssenpunkte (DEKOMA®) hingewiesen, mit dem sich der vollständige dynamische Bewegungsablauf eines Schützmodells berechnen läßt.the fixed contact is mounted to the side of the direction of movement next to the contact arrangement. In the older patent application, the state of the art and the various attempts to control the problem of contact bounce via damping are comprehensively dealt with. Reference is made to a suitable computer program for calculating dynamic planar systems of coupled measurement points (DEKOMA®), with which the complete dynamic movement sequence of a contactor model can be calculated.
Weiterhin ist aus der DE-AS 23 15 456 eine Anordnung mit einem Dämpfungskörper bekannt, der innerhalb der Windungen der Kontaktkraftfeder angeordnet ist, und in gleichem Maße wie diese komprimiert wird. Damit kann eine wirksame Verminderung des Prellens erreicht werden. Nachteilig ist allerdings, daß der dort vorgeschlagene Dämpfungskörper als eigenes Bauteil, z.B. als in die Kontaktfeder eingesteckter Hohlzylinder, form- und kraftschlüssig mit den beiden in ihrer gegenseitigen Beweglichkeit zu dämpfenden Bauteilen verbunden 0 sein muß und dabei einem Verschleiß durch Abrieb an den Windungen der im allgemeinen schraubenförmigen Kontaktfedern ausgesetzt ist. Dieser Verschleiß verringert die Lebensdauer der Dämpfungskörper, die bei einem Schütz üblicherweise einige 106 Schaltspiele betragen muß. Außerdem erfordert die Herstellung und Montage der Dämpfungskörper einen zusätzlichen Fertigungsaufwand.Furthermore, DE-AS 23 15 456 discloses an arrangement with a damping body that is arranged within the windings of the contact force spring and is compressed to the same extent as the spring. This can effectively reduce the bouncing. However, it is disadvantageous that the damping body proposed there must be connected as a separate component, e.g. as a hollow cylinder inserted into the contact spring, in a form-fitting and force-fitting manner to the two components whose mutual mobility is to be dampened and is therefore subject to wear due to abrasion on the windings of the generally helical contact springs. This wear reduces the service life of the damping bodies, which in a contactor must usually be several 106 switching cycles. In addition, the manufacture and assembly of the damping bodies requires additional manufacturing effort.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, weitere Maßnahmen anzugeben, mit denen das Kontaktprellen vermindert wird, ohne daß Alterungsprozesse entstehen. Damit soll die Lebensdauer von Schaltern und Schützen erhöht werden.The object of the invention is to provide further measures to reduce contact bounce without causing aging processes. This should increase the service life of switches and contactors.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktkraftfeder viskoelastische Eigenschaften besitzt. Vorzugsweise werden die viskoelastischen Eigenschaften der Kontaktkraftfeder durch Umhüllung des Federdrahtes mit einerThe object is achieved according to the invention in that the contact force spring has viscoelastic properties. Preferably, the viscoelastic properties of the contact force spring are achieved by covering the spring wire with a
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zähelastischen Schicht realisiert. Dabei besteht die zähelastische Schicht aus einem Material hoher innerer Reibung. Für dieses Material kommen Elastomere und/oder Duroplaste in Frage. Insbesondere kann das Material ein Polyurethan-Elastomer (PUR) oder auch ein Polyurethan (PUR)-Gießharz sein. Beispielsweise eignen sich als Materalien ein bekannter Zwei-Komponenten-Kleber und/oder ein gefülltes Material mit einem unelastischen oder nur wenig elastischen Füllstoff.viscoelastic layer. The viscoelastic layer consists of a material with high internal friction. Elastomers and/or thermosets are suitable for this material. In particular, the material can be a polyurethane elastomer (PUR) or a polyurethane (PUR) casting resin. For example, a well-known two-component adhesive and/or a filled material with an inelastic or only slightly elastic filler are suitable materials.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Schutzansprüchen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention emerge from the following description of the figures based on the drawing in conjunction with the claims. They show
FIG 1 einen Ausschnitt aus der Schaltkontaktanordnung eines Schützes undFIG 1 shows a section of the switching contact arrangement of a contactor and
FIG 2 anhand von sechs Teildiagrammen den Einfluß der Dämpfung von viskoelastischen Kontaktfedern auf das Prellen der Kontakte.FIG 2 shows the influence of the damping of viscoelastic contact springs on the bouncing of the contacts using six sub-diagrams.
In FIG 1 ist die Mechanik eines bekannten Schützes dargestellt, bei der ein isolierender Kontaktbrückenträger 1 als Verlängerung des (nicht dargestellten) elektromagnetischen Ankers über einen Federbügel 3 mit einer Kontaktbrücke 5 mit Bewegkontakten 6 verbunden ist. Innerhalb des Federbügels 3 ist eine Kontaktkraftfeder 4 angeordnet, die mittels eines Haltestiftes 2 in Position gehalten wird und durch ihre Federkraft über den Federbügel 3 die eigentliche Kontaktkraft generiert.FIG 1 shows the mechanics of a known contactor, in which an insulating contact bridge carrier 1 as an extension of the (not shown) electromagnetic armature is connected via a spring clip 3 to a contact bridge 5 with moving contacts 6. A contact force spring 4 is arranged within the spring clip 3, which is held in position by means of a retaining pin 2 and generates the actual contact force through its spring force via the spring clip 3.
Die dargestellte Schützmechanik ist symmetrisch zu einer Mittellinie angeordnet, so daß zwei Bewegkontakte 6 an den Enden der Brücke 5 vorhanden sind. Den Bewegkontakten 6 sind jeweils Festkontakte 7 zugeordnet, die mit metallischen Kontaktträgern 10 und Stromzuführungen 9 auf isolierenden starren Montageflächen angeordnet sind. Zwischen Bewegkontakten 6 und Festkontakten 7 besteht eine Kontaktöffnung h,The contactor mechanism shown is arranged symmetrically to a center line, so that two moving contacts 6 are present at the ends of the bridge 5. The moving contacts 6 are each assigned fixed contacts 7, which are arranged with metallic contact carriers 10 and power leads 9 on insulating rigid mounting surfaces. There is a contact opening h between the moving contacts 6 and the fixed contacts 7.
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deren Wert von 0 (KontaktSchluß) bis zu einem Maximalwert, der als Kontakthub bezeichnet wird, variieren kann.whose value can vary from 0 (contact closure) to a maximum value, which is called the contact stroke.
Beim Stand der Technik besteht die Feder 4 aus einem ausgewählten Federstahl, der die geforderten federelastischen Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer des Schützes gewährleistet. In the state of the art, the spring 4 consists of a selected spring steel, which ensures the required spring-elastic properties over the entire service life of the contactor.
Erfindungsgemäß besteht die Kontaktkraftfeder 4 in FIG 1 aus einem federelastischem, vorzugsweise metallischen Kern 41, der mit einer zähelastischen Umhüllungsschicht 42 versehen ist. Die Umhüllungsschicht 42 hat eine dämpfende Wirkung auf die Federeigenschaften.According to the invention, the contact force spring 4 in FIG 1 consists of a spring-elastic, preferably metallic core 41, which is provided with a tough-elastic covering layer 42. The covering layer 42 has a dampening effect on the spring properties.
Bei einem Aufbau einer Kontaktkraftfeder 4 aus einem vorgegebenen Federdraht 41 und einer geeigneten dämpfenden Umhüllungsschicht 42 ergibt sich insgesamt ein viskoelastisches Verhalten. Im einzelnen wird die geeignete Umhüllung 42 des die Kontaktfedern 4 aufbauenden Federdrahtes 41 mit der zähelastischen Schicht durch ein Material hoher innerer Reibung realisiert. Dafür bieten sich beispielsweise Elastomere und/ oder Duroplaste an.When a contact force spring 4 is constructed from a given spring wire 41 and a suitable damping coating layer 42, the overall result is viscoelastic behavior. In detail, the suitable coating 42 of the spring wire 41 that makes up the contact springs 4 with the tough elastic layer is realized using a material with high internal friction. Elastomers and/or thermosets are suitable for this, for example.
Für die Praxis sind insbesondere Polyurethan(PUR)-Elastomere
und PUR-Gießharze wegen ihrer hohen mechanischen Dämpfung, ihrer hohen Verschleißfestigkeit und wegen ihrer Beständigkeit
gegen Schmiermittel und viele Lösungsmittel geeignet. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der die Dämpfung
bestimmenden inneren Reibung können auch gefüllte Kunststoffe, insbesondere gefüllte Thermoplaste und gefüllte Duroplaste,
verwendet werden. Gegebenenfalls sind aber auch andere Kunststoffe mit entsprechenden mechanischen Materialeigenschaften,
wie Kautschuke, Silikone, oder Epoxidharze mit und ohne Füllstoffe möglich.
35In practice, polyurethane (PUR) elastomers and PUR casting resins are particularly suitable because of their high mechanical damping, their high wear resistance and their resistance to lubricants and many solvents. Filled plastics, especially filled thermoplastics and filled thermosets, can also be used to increase the mechanical strength and the internal friction that determines the damping. However, other plastics with corresponding mechanical material properties, such as rubber, silicone or epoxy resins with and without fillers, are also possible.
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Das dynamische Verhalten einer in FIG 1 verwendeten Feder 4 aus elastischem Federdraht 41 und dämpfender Umhüllung 42 aus zähelastischem Material kann beispielsweise nach dem Voigt-Kelvin-Modell der Elastizitätstheorie durch die Parallelschaltung einer ungedämpften Feder und eines Dämpfungsgliedes beschrieben werden. Zur quantitativen Berechnung der Bewegungsablaufs läßt sich das eingangs bereits erwähnte Dynamik-Rechenprogramm DEKOMA® verwenden.The dynamic behavior of a spring 4 used in FIG 1, made of elastic spring wire 41 and damping casing 42 made of tough-elastic material, can be described, for example, according to the Voigt-Kelvin model of elasticity theory by connecting an undamped spring and a damping element in parallel. The dynamic calculation program DEKOMA® mentioned at the beginning can be used to quantitatively calculate the movement sequence.
Die in FIG 2 dargestellten Teildiagramme a) bis f) zeigen die Ergebnisse letzterer Berechnung: Dargestellt ist das zeitliche Verhalten der Kontaktöffnung h aus FIG 1, d.h. eine Amplitude als Funktion der Zeit beim Schließen der Kontakte. Die Schließgeschwindigkeit ist in sämtlichen Teildiagrammen dieselbe. Die Mode11anordnung der Teildiagramme unterscheidet sich ausschließlich durch die Dämpfung der viskoelastischen Umhüllung 42. Für die Berechnung wurden Feder- und Dämpfungswerte einer Parallelschaltung von drei Kontaktfedern für ein dreiphasiges Schütz verwendet. Die Federkonstante des Feder-0 drahtes 41 und seine Vorspannung betragen einheitlich 3060 N/m beziehungsweise 39 N. Für die einzelne Feder sind die angegebenen Werte zu dritteln, weil sich die Rechnung auf die Parallelschaltung von drei Kontaktpaaren für ein dreiphasiges Schütz bezieht.The partial diagrams a) to f) shown in FIG 2 show the results of the latter calculation: The temporal behavior of the contact opening h from FIG 1 is shown, i.e. an amplitude as a function of time when closing the contacts. The closing speed is the same in all partial diagrams. The mode11 arrangement of the partial diagrams differs only in the damping of the viscoelastic sheath 42. Spring and damping values of a parallel connection of three contact springs for a three-phase contactor were used for the calculation. The spring constant of the spring wire 41 and its preload are uniformly 3060 N/m and 39 N respectively. For the individual spring, the values given must be divided into thirds because the calculation relates to the parallel connection of three contact pairs for a three-phase contactor.
Aus den Teilfiguren 2a) bis 2f) ergibt sich, die optimale Dämpfung im Bereich von 50 Ms/m bis etwa 100 Ns/m liegt, entsprechend den Teilfiguren 2d) und 2e). Hier sind die Prellöffnungen - im Vergleich zum Diagramm gemäß Teilfigur 2a) ohne jegliche Dämpfung sowohl nach Anzahl als auch nach der Amplitude stark verringert. Bei zu großer Dämpfung von beispielsweise .200 Ns/m, die in der Teilfigur 2f) dargestellt ist, wird dagegen die Ankerbewegung zu stark gebremst, und die Kontakte bleiben nicht geschlossen, da der Elektromagnet nicht voll schließt.From the figures 2a) to 2f) it can be seen that the optimal damping is in the range of 50 Ms/m to about 100 Ns/m, corresponding to the figures 2d) and 2e). Here the bounce openings are - compared to the diagram according to figure 2a) without any damping - greatly reduced in both number and amplitude. If the damping is too high, for example .200 Ns/m, which is shown in figure 2f), the armature movement is slowed down too much and the contacts do not remain closed because the electromagnet does not close completely.
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