DE4123369A1

DE4123369A1 - EM switching unit with contact bounce prevention - has bridging compact mounted on elastic pad relative to armature supported on core with elastic mount

Info

Publication number: DE4123369A1
Application number: DE19914123369
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Berger
Original assignee: OPPACH SCHALTELEKTRONIK
Current assignee: OPPACH SCHALTELEKTRONIK
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-04-08

Abstract

An electromagnetic switching device has a magnetic core (3) mounted on a fixed base (1) with a separating pad of elastic material (2). An armature element (4) supports a carrier (6) freely on a pad of elastic material (7) and has spring mounts to the fixed frame. A pin (5) passes through the armature and locates in elongated slots in the carrier. A spring loaded (8) bridging contact (9) is mounted on the carrier. Contact bounce is prevented by the energy absorbing action of the elastic material. ADVANTAGE - Maintains straight guidance path for contacts.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere Schütz mit Geradführung, mit Mitteln zur Dämpfung von Kontaktprellungen nach dem Anker-Kern-Stoß.The invention relates to an electromagnetic switching device, in particular contactors with straight guidance, with means for damping of contact bruises after the anchor-core joint.

Beim Einschalten elektromagnetischer Schaltgeräte führt das Aufschlagen des Magnetankers auf den Magnetkern zu unerwünschten Schwingungen, die zu einem sogenannten Ankerprellen führen. Ferner verursacht das Auftreffen der beweglichen Schaltstücke auf die Festschaltstücke ein Kontaktprellen.When switching on electromagnetic switching devices, this leads Slamming the magnet armature on the magnetic core to undesirable Vibrations that lead to a so-called anchor bouncing. Also causes the moving contact pieces to strike the fixed contact pieces a contact bounce.

Aber auch der Anker-Kern-Stoß hat Rückwirkungen auf das Kontakt prellen.But the anchor-core impact also has repercussions on the contact bounce.

Beide Wirkungen sind äußerst unerwünscht, da einerseits die Lebensdauer des Magnetsystems, insbesondere der Polflächen und der Kurzschlußringe, herabgesetzt wird und andererseits an den Kontakten Prell-Lichtbögen entstehen, die materialverschleißend wirken und im ungünstigsten Falle zum Verschweißen der Konakt stellen führen.Both effects are extremely undesirable because on the one hand the Lifetime of the magnet system, especially the pole faces and the short-circuit rings, is reduced and on the other hand to the Contact arcing arcing occurs, which wears out material act and in the worst case for welding the contact places lead.

Auch kann ein mehrmaliges Abheben der Kontakte zu unkontrollier ten Fehlsteuerungen einer Anlage führen.Repeated lifting of the contacts can also become uncontrolled mal control of a system.

Die Prellschwingungen wirken darüber hinaus sich auch nachteilig auf die Stabilität der elektrischen Anschlüsse, die Befestigung des Schaltgerätes und die Lebensdauer der Bauteile aus.The bounce vibrations also have a disadvantageous effect on the stability of the electrical connections, the attachment of the switching device and the service life of the components.

Es ist deshalb seit langem üblich, den Magnetkern mittels ela stisch verformbarer Reibfedern oder Gummielemente stoßverzehrend zu lagern (DD-PS 2 13 787, DE-AS 1 240 166, DE-AS 1 23 786, DE- AS 12 57 938, DE-AS 12 59 439, DE-AS 25 37 269), zusätz lich die Verbindung zwischen dem Magnetanker und der Schaltstück traverse stoßdämpfend zu gestalten (DE-GM 19 08 658, DE-AS 11 19 963, DE-AS 12 44 919, DE-OS 23 34 774, DE-AS 23 39 777) oder auch die Schaltstücke zur Schaltstücktraverse hin zu dämpfen (DE-AS 10 80 666, DE-AS 10 74 707). Bis auf die DE-AS 11 19 963 beinhalten die genannten Schriften rein konstruktive Maßnahmen zur Gestaltung der Dämpfungsvorrichtungen. It has therefore been common for a long time to use ela deformable friction springs or rubber elements absorbing shock to be stored (DD-PS 2 13 787, DE-AS 1 240 166, DE-AS 1 23 786, DE- AS 12 57 938, DE-AS 12 59 439, DE-AS 25 37 269), additional Lich the connection between the magnet armature and the switching piece to make the cross-beam shock-absorbing (DE-GM 19 08 658, DE-AS 11 19 963, DE-AS 12 44 919, DE-OS 23 34 774, DE-AS 23 39 777) or also to dampen the contact pieces towards the contact piece traverse (DE-AS 10 80 666, DE-AS 10 74 707). Except for DE-AS 11 19 963 the mentioned writings contain purely constructive measures to design the damping devices.

In der DE-AS 11 19 963 wird formelmäßig der Stoßübertragungsweg vom Kern über das Gehäuse auf das Kontaktsystem dimensioniert. Dieser Weg ist aber sekundär im Vergleich zum Übertragungsweg Anker-Traverse-Kontaktsystem. Das Modell geht dabei von einem vorgespannten Kernlagerungselement aus, was einen sehr steifen Rückanschlag des Kerns in Ausschaltrichtung bedingt, wodurch eine Abrißgefahr des Ankers vom Kern besteht.In DE-AS 11 19 963, the shock transmission path is formulated dimensioned from the core via the housing to the contact system. However, this path is secondary to the transmission path Anchor traverse contact system. The model assumes one pre-stressed core bearing element, which is a very stiff Back stop of the core due to the switch-off direction, resulting in a There is a risk of the anchor tearing from the core.

Die vorgespannte elastische Zwischenlage nach DE-AS 23 39 799 zwischen dem Anker und dem Kontaktbrückenträger dient zur Dämp fung der Stoßbelastung des Kontaktbrückenträgers beim Ausschal ten.The prestressed elastic intermediate layer according to DE-AS 23 39 799 between the armature and the contact bridge carrier is used for damping the impact load of the contact bridge girder when stripping ten.

Allen diesen Anordnungen gemeinsam ist, daß die Dämpfungselemente mehr oder weniger empirisch und für sich entwickelt wurden, ohne daß eine Gesamtbetrachtung der Stoß- und Schwingungsverhältnisse für das Gesamtgerät erfolgte.All these arrangements have in common that the damping elements were developed more or less empirically and for themselves without that an overall view of the shock and vibration conditions for the entire device.

Zwar sind auch schon verallgemeinerungsfähige Dimensionierungsre geln für Kontaktsysteme aufgestellt worden, so z. B. zur Eigen frequenz einer Schaltbrücke (DE-AS 10 91 194), zur Federstei figkeit einer Kontaktfeder (DE-AS 11 04 024) oder zur unsymme trischen Gestaltung einer Schaltbrücke (DE-AS 11 44 814). Diese Angaben betrachten jedoch nur die Prellungen, die vom Einschalten der Kontakte herrühren. Auswirkungen des Anker-Kern-Stoßes auf die Kontakteinrichtung werden nicht berücksichtigt.There are also generalizing dimensioning rules apply to contact systems, such. B. own frequency of a switching bridge (DE-AS 10 91 194), to the spring ability of a contact spring (DE-AS 11 04 024) or to the asymmetrical trical design of a switching bridge (DE-AS 11 44 814). These However, information only look at the bruises from switching on of contacts come from. Effects of the anchor-core impact on the Contact facilities are not taken into account.

Ein brauchbares Gesamtmodell, das den Einfluß der Anker-Traver sen-Verbindung und gleichzeitig der Kernlagerung zur Vermeidung des Prellens nach dem Anker-Kern-Stoß darstellt, wurde bisher nicht gefunden.A usable overall model that shows the influence of anchor travers sen connection and at the same time the core bearing to avoid of bouncing after the anchor-core joint has so far been not found.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Dimensionierungsvorschrift für einen prellarmen elektromagnetischen Schalter, insbesondere ein Schütz mit Gerad führung, anzugeben, nach der die an sich bekannten Dämpfungsele mente für sich und untereinander mit deutlich verbessertem Ergeb nis abgestimmt werden können.The invention specified in claim 1 addresses the problem Basically, a dimensioning rule for a low-bounce electromagnetic switch, especially a straight contactor leadership to specify, according to the known damping elements elements for themselves and among themselves with significantly improved results nis can be coordinated.

Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved with the measures of claim 1.

Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, daß das Einschaltprellen im Mittelwert 2 ms nicht überschreitet. With the invention is achieved in the specified application, that the switch-on bounce does not exceed 2 ms on average.

Die aufgezeigte Beziehung ermöglicht es, bereits beim Entwurf von elektromagnetischen Schaltgeräten eine relativ sichere Dimensio nierung der Lagerungselemente hinsichtlich geringer Kontaktprel lungen, insbesondere nach dem Anker-Kern-Stoß zu erreichen. Sie ist für alle Schützgrößen brauchbar.The relationship shown makes it possible to design electromagnetic switchgear a relatively safe dimension nation of the bearing elements with regard to low contact tensions lungs, especially after reaching the anchor-core joint. they is suitable for all contactor sizes.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the claims 2 to 4 specified.

Indem die Einschwingbewegung des geschlossenen Magnetsystems in Einschaltrichtung mit einer Frequenz von 70 Hz-85 Hz erfolgt, werden besonders gute Ergebnisse erzielt. Gleichzeitig wird bei wechselstromerregten Magnetsystemen verhindert, daß das Magnetsy stem mit der Grundfrequenz oder einer Oberfrequenz des Erreger stromes in Resonanz kommt.By the transient movement of the closed magnet system in Switch-on direction with a frequency of 70 Hz-85 Hz, particularly good results are achieved. At the same time AC magnet systems prevents the Magnetsy stem with the fundamental frequency or an upper frequency of the exciter comes into resonance.

Die Dimensionierung der Federcharakteristik nach Anspruch 3 und 4 bewirkt, daß die Kernwege in Einschaltrichtung bevorzugt 1 bis 1,5 mm und in Ausschaltrichtung 0,5 mm betragen.The dimensioning of the spring characteristic according to claims 3 and 4 causes the core paths in the switch-on direction preferably 1 to 1.5 mm and 0.5 mm in the switch-off direction.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 1 erläutert.An embodiment is explained with reference to FIG. 1.

Sie zeigt schematisch die wesentlichen Teile des Antriebs- und Übertragungsmechanismus eines Schützes.It shows schematically the essential parts of the drive and Transmission mechanism of a contactor.

Auf dem Gehäuseboden (1) liegt abgestützt durch elastische Kern lagerungselemente (2) der Magnetkern (3). Nach dem Anker-Kern- Stoß ist der Magnetkern (3) mit einem Anker (4) und einem mecha nischen Übertragungssystem, daß durch den Bolzen (5), die Traver se (6) und die Traversenlagerungselemente (7) gebildet wird, in Verbindung. Weiterhin sind im mechanischen Übertragungssystem das mehrphasige Kontaktsystem in Form der vorgespannten Kontaktkraft federn (8) und der Schaltbrücken (9) enthalten, die mit den Festschaltgliedern (10) in Kontakt stehen.The magnetic core ( 3 ) is supported by elastic core bearing elements ( 2 ) on the housing base ( 1 ). After the armature-core shock, the magnetic core ( 3 ) with an armature ( 4 ) and a mechanical transmission system that is formed by the bolt ( 5 ), the travers se ( 6 ) and the truss bearing elements ( 7 ) . Furthermore, the multi-phase contact system in the form of the preloaded contact force springs ( 8 ) and the switching bridges ( 9 ) are included in the mechanical transmission system, which are in contact with the fixed switching elements ( 10 ).

Beim Einschaltvorgang des Schützes kommt es zunächst zu einer Kontaktgabe mit Prellungen. Durch die Anzugsbewegung des Ankers (4) auf den Kern (3) werden die Kontaktkraftfeden (8) weiter zusammengedrückt, so das die Kontaktkraft gegen das Prellen wächst.When the contactor is switched on, contact is first made with bruises. The contact force springs ( 8 ) are further compressed by the pulling movement of the armature ( 4 ) onto the core ( 3 ), so that the contact force increases against the bouncing.

Nach Zurücklegen des Durchhubweges kommt es zum Anker-Kern-Stoß. Die durch den Stoßvorgang der beiden Magnetteile (3; 4) herrühren den mechanischen Störungen für das Kontaktsystem breiten sich über die zwei Wege; Anker (4) - Travesenlagerungselemente (7) - Traverse (6) auf die Kontaktkraftfedern (8) und Schaltbrücken (9) sowie über die Kernlagerung (2) und das Schützgehäuse (1) auf die Festschaltglieder (10) aus.The anchor-core impact occurs after the through-stroke path has been covered. The mechanical processes for the contact system that result from the impact of the two magnetic parts ( 3 ; 4 ) spread over the two paths; Anchor ( 4 ) - travel support elements ( 7 ) - traverse ( 6 ) on the contact force springs ( 8 ) and switching bridges ( 9 ) as well as on the core bearing ( 2 ) and the contactor housing ( 1 ) on the fixed switching elements ( 10 ).

Als weiterer wichtiger Bewegungsvorgang für des Auftreten von Prellungen nach dem Anker-Kern-Stoß ist die Bewegung zwischen dem Anker (4) und der Traverse (6) einschließlich Verformung der Traversenlagerungselemente (7) zu sehen.Another important movement process for the occurrence of bruises after the anchor-core joint is the movement between the anchor ( 4 ) and the crossmember ( 6 ), including deformation of the crossmember bearing elements ( 7 ).

Die angegebene Dimensionierungsvorschrift stimmt nun die Bewegung zwischen der Traverse (6) und dem Anker (4) unmittelbar nach dem Anker-Kern-Stoß ab.The specified dimensioning instructions now coordinate the movement between the crossbeam ( 6 ) and the anchor ( 4 ) immediately after the anchor-core joint.

Weiterhin muß diese Bewegung für eine wirksame Prelldämpfung hinsichtlich der Bewegung des geschlossenen Magnetsystems in der Kernlagerung (2) abgestimmt sein.Furthermore, this movement must be coordinated for effective shock absorption with regard to the movement of the closed magnet system in the core bearing ( 2 ).

Für diese im Zusammenhang zu betrachtenden Vorgänge dienen die Vorgaben nach Anspruch 1.For these processes to be considered in context, the Requirements according to claim 1.

Die Fragen der unmittelbaren Stoßübertragung (Stoßspektren) sind implizit in der angegebenen Gleichung enthalten.The questions of direct shock transmission (shock spectra) are implicitly included in the given equation.

Bei den gegebenen Parametern für das Kontaktsystem:
Masse m der Schaltbrücke (9),
Kraft F der Kontaktkraftfeder (8),
sowie bekannte mittlere Aufschlaggeschwindigkeit v des Ankers (4), sind die Traversenmasse m1 und die Federsteifigkeit c1 der An ker-Traversen-Lagerungselemente (7) so zu dimensionieren, daß die BeziehungGiven the parameters for the contact system:
Mass m of the switching bridge ( 9 ),
Force F of the contact force spring ( 8 ),
as well as the known average impact speed v of the armature ( 4 ), the truss mass m1 and the spring stiffness c1 of the armature truss mounting elements ( 7 ) must be dimensioned such that the relationship

eingehalten ist und die federelastischen Lagerungselemente (7) zwischen Anker (4) und Traverse (6) mit einer Kraft F1 CNJ so vorgespannt sind, daß die Relativbewegung von Anker (4) und Traverse (6) zum Magnetkernweg im ersten Viertel des Magnetkern wegs in Einschaltrichtung erfolgt.is maintained and the spring-elastic bearing elements ( 7 ) between anchor ( 4 ) and crossbar ( 6 ) are biased with a force F1 CNJ so that the relative movement of anchor ( 4 ) and crossbar ( 6 ) to the magnetic core path in the first quarter of the magnetic core path in Switching on direction.

Durch die komplexe Betrachtung der Bewegungsvorgänge in der Traversen- und Kernlagerung und der gezielten Anwendung der o.g. Gleichung sind reproduzierbare, erheblich reduzierte Prellzei ten des Kontaktsystems nach dem Anker-Kern-Stoß ermittelt worden.Due to the complex view of the movement processes in the Truss and core storage and the targeted application of the above Equation are reproducible, significantly reduced bounce time th of the contact system was determined after the anchor-core joint.

Claims

1. Electromagnetic switching device, in particular a contactor with straight guidance, with means for damping contact bruises after the armature core shock, in its housing an armature core magnet system with an excitation coil, a crossbar connected to the armature and supported against armature back pressure springs, in of the movable switching bridges sit with their contact force springs, and fixed switching elements are arranged with clamp connections, both the magnetic core to the housing and the crossbar to the armature are resilient (rubber-elastic), characterized in that the shock transmission between the armature ( 4 ) and the transmission system ( 5; 6; 7; 8; 9 ) according to the relationship m: mass of a contact bridge ( 9 ) [kg]
v: speed of impact of the armature ( 4 ) on the magnetic core ( 3 ) [m / s]
w: natural angular frequency of the spring-elastic anchor-truss bearing elements ( 7 ) [1 / s]
F: force of a contact force spring ( 8 ) at the beginning of the armature-core impact [N],
where w = root from (c1 / m1)
c1: spring stiffness of the anchor-truss bearing elements ( 7 ) [N / m]
m1: mass of the crossmember ( 6 ) [kg] is minimized and the spring-elastic bearing elements ( 7 ) between the armature ( 4 ) and crossmember ( 6 ) are pre-tensioned with a force F1 [N] so that the relative movement of the armature ( 4th ) and traverse ( 6 ) to the magnetic core path in the first quarter of the magnetic core path in the switch-on direction.

2. Electromagnetic switching device according to claim 1, characterized in that the core bearing elements ( 2 ) for shock transmission to the housing ( 1 ) are so soft that the transient movement of the closed magnet system ( 3 ; 4 ) in a switching direction with a frequency of 70 Hz-85 Hz.

3. Electromagnetic switching device according to claim 1, characterized in that the spring characteristic of the Kernlagerungsele elements ( 2 ) in the switch-on direction is softer than in the switch-off direction.

4. Electromagnetic switching device according to claim 1 and 3, characterized in that the core bearing elements ( 2 ) either have different rubber thicknesses or different deformation space in the housing ( 1 ).