DE4205206A1 - Kontaktanordnung fuer vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Va­ kuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer in Achsrichtung beweglich und mit einer Stromzuführung versehen ist.

Schaltkontakte von Leistungsschaltern, insbesondere von Schaltschützen, neigen bekanntlich zum Verschweißen, wenn sie unter starker Last geschlossen werden müssen. Dadurch wird die spätere Kontakttrennung behindert und die Funktionsfähigkeit dieser Schalter entsprechend beeinträchtigt. Ursache dieses unerwünschten Effektes sind Lichtbögen, die bei verhältnis­ mäßig kleinen Kontaktabständen zünden und insbesondere wieder­ holt neu zünden und zu einer Kontaktverschweißung führen kön­ nen, wenn die Kontakte besonders bei hohen Stromstärken, ins­ besondere im Kurzschlußfall, beim Schließen prellen.

In einer bekannten Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, die ein axiales Magnetfeld erzeugen und von denen wenigstens einer beweglich und mit einer Stromzuführung versehen ist, ist zwischen der Kontaktplatte und der Stromzuführung eine Stoßdämpfung vorge­ sehen. Diese Vorrichtung enthält eine Zusatzmasse, die wie eine Dämpfungsflüssigkeit in eine elastische Hülle einge­ schlossen ist und nach einer Volumenverminderung durch Stoßbe­ lastung eine elastische Rückdeformation bewirkt. Diese Anord­ nung hat jedoch keine Wirkung auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Kontakte (DE-0S 41 19 706).

Bei genügend hohen Kurzschlußströmen treten Lichtbögen zwi­ schen den dynamisch öffnenden Kontakten auf. Obwohl die Kurz­ schlußauswirkungen durch in Reihe geschaltete Leistungsschal­ ter oder Sicherungen begrenzt werden, kann es beim Wieder­ schließen der Kontakte unter der Wirkung der Kontaktkraft zu einer dauerhaften Verschweißung der Vakuumschützkontakte kom­ men. Nach einem Kurzschluß sollen aber sowohl das Schütz als auch der Leistungsschalter ohne weitere Maßnahmen wieder be­ triebsbereit sein.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kontakt­ anordnung so zu gestalten, daß ein Verschweißen der Kontakte im Kurzschlußfall verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die Stromzufüh­ rung zum beweglichen Kontakt mit einer elektromagnetischen Hemmvorrichtung für den beweglichen Kontakt versehen. Diese Hemmvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Magnetjoch mit Schenkeln, die relativ beweglich sind zu einem Magnetan­ ker, von dem sie durch wenigstens einen Luftspalt getrennt sind. Durch einen Kurzschlußstrom wird der Magnetkreis erregt, der Luftspalt geschlossen und es werden Reibungskräfte er­ zeugt, die sich hemmend auf die Kontaktbewegung auswirken. Das Magnetjoch kann dazu mit starren oder mit drehbar gelager­ ten Schenkeln ausgestattet sein. Die Magnetkräfte zwischen dem Magnetanker und dem Magnetjoch wirken im wesentlichen senk­ recht zur vorgegebenen Bewegungsrichtung des beweglichen Kon­ taktes.

In der Ausführungsform mit starren Schenkeln ist das Magnet­ joch mit der Stromzuführung fest verbunden. Der Magnetanker ist mit einem Schwenkarm versehen, der entweder mit einem Antriebsgestänge für den beweglichen Kontakt oder mit dem Schaltergehäuse verbunden ist. Diese Verbindung kann vorzugs­ weise ein Drehlager enthalten.

In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung kann für die Hemmvorrichtung ein Kurzschlußring vorgesehen sein, der das Magnetjoch umgibt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung dar­ gestellt, bei welcher der schwenkbare Magnetanker mit dem Schaltergehäuse verbunden ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen je­ weils eine Ausführungsform des Magnetjoches mit wenigstens ei­ nem Kurzschlußring. Eine Ausführung des Magnetkreises mit einem ruhenden Anker und beweglichen Schenkeln des Magnetjo­ ches ist in Fig. 5 veranschaulicht.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind im Schaltergehäuse 2 eines Vakuumschalters zwei Kontakte 4 und 5 koaxial zueinander angeordnet und wenigstens der bewegliche Kontakt 5 ist mit ei­ ner Stromzuführung 8 versehen. Der Kontakt 4 ist im Schalter­ gehäuse 2 unbeweglich angeordnet und im allgemeinen mit dem Schaltergehäuse 2 fest verbunden. Die Stromzuführung 8 ist über ein elastisches Zwischenstück 10, das ein einfach als Spiralfeder angedeutetes Federglied 11 enthält, und eine An­ triebsstange 12 mit einem Schalterantrieb 14 verbunden. Die Kontakte 4 und 5 sind jeweils mit einem Stromanschluß 16 bzw. 17 versehen. Die Stromzuführung 8 ist mit einer Hemmvorrich­ tung 20 versehen, die ein Magnetjoch 22 und einen Magnetanker 24 enthält, der über einen Schwenkarm 26 an der Antriebsstange 12 befestigt ist. Zur Befestigung kann vorzugsweise ein Dreh­ lager 28 vorgesehen sein.

Bei einem Luftspalt 32 zwischen den Schenkeln des Magnetjochs 22 und dem Magnetanker 24 von beispielsweise 1 bis 2 mm be­ trägt die Schließzeit des Magnetankers 24 bei ausreichend ho­ hen Kurzschlußströmen etwa 1 ms. Durch eine Magnetkraft bis etwa 140 N/cm² der Querschnittsfläche des Luftspalts 32 wird bei geschlossenem Luftspalt die Verschiebung zwischen dem Magnetanker 24 und dem Magnetjoch 22 gehemmt. Reibungsfaktoren Eisen gegen Eisen liegen bei etwa 0,2, so daß zu etwa 1 cm² Querschnittsfläche des Luftspaltes 32 etwa 2 bis 3 kp Rei­ bungskraft erzeugt wird, um ein Öffnen des beweglichen Kon­ taktes 5 infolge von Stromkräften oder das Wiederschließen durch die Kontaktkraft zu hemmen.

Die Querschnittsfläche des Luftspalts 32 wird so groß gewählt, daß zu einer vorgegebenen Luftspaltinduktion von beispiels­ weise B = 1,8 T etwa Kräftegleichgewicht zwischen der Kontakt­ kraft und der Reibungskraft besteht. Dadurch wird erreicht, daß das Wiederschließen der Kontakte etwa zum Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs erfolgt und ein Großteil der Kontakt­ schmelze wieder erstarrt ist. Daneben erfolgt ein relativ sanftes Schließen der Kontakte 4 und 5, so daß die verbleiben­ de Schmelze nicht großflächig auf der Kontaktfläche verteilt und die Haftkraft der Kontakte 4 und 5 entsprechend reduziert wird.

Nach dem Schließen der Kontakte 4 und 5, beispielsweise beim Draufschalten des Vakuumschalters auf einen Kurzschluß, er­ hält man in dieser Ausführungsform noch eine weitere Relativ­ bewegung zwischen dem Magnetanker 24 und dem Magnetjoch 22 um den vorbestimmten Weg des Durchdruckes des Federkörpers 11 im Zwischenstück 10. Im Kurzschlußfall trägt somit zusätzlich zur Federkraft die Reibungskraft zwischen Magnetanker 24 und Ma­ gnetjoch 22 zur Kontaktkraft bei. Bei mittleren Kurzschlüssen wird deshalb die Lichtbogendauer beim Einschaltprellen ent­ sprechend reduziert und das Schweißproblem zusätzlich ent­ schärft.

In einer besonders einfachen Ausführungsform der Kontaktan­ ordnung gemäß Fig. 2 ist der Magnetanker 24 der Hemmvorrich­ tung 20 über seinen Schwenkarm 26 mit dem Schaltergehäuse 2 verbunden. In dieser Ausführungsform ist somit die Schwenkbe­ wegung des Magnetankers 24 unabhängig von der Bewegung der Stromzuführung 8 des beweglichen Kontakts 5.

In einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Kontaktanordnung gemäß Fig. 3 kann der Magnetkreis der Hemm­ vorrichtung 20 noch mit einem Kurzschlußring 36 versehen sein, welcher das Magnetjoch 22 umschließt. Damit kann die Magnet­ kraft zwischen Magnetanker 24 und Magnetjoch 22 noch ein kur­ zes Zeitintervall nach dem Stromnulldurchgang eines Kurz­ schlußstromes aufrechterhalten werden, so daß das Wieder­ schließen der Kontakte 4 und 5 mit ausreichend abgekühlten Kontaktstücken erfolgt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die nicht näher be­ zeichneten Polflächen des Magnetjoches 22 jeweils mit einem Kurzschlußring 37 bzw. 38 versehen. Diese Kurzschlußringe 37 und 38 umgeben jeweils einen Teil der Polfläche und können vorzugsweise in die Polflächen eingelassen sein.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Hemmvorrichtung 20 dargestellt, die ein Magnetjoch 22 mit beweglichen, drehbar gelagerten Schenkeln 42 und 43 enthält und deren Magnetanker 25 mit der Stromzuführung 8 des beweglichen Kontaktes 5 ver­ bunden und zwischen den Enden der Schenkel 42 und 43 angeord­ net ist. Im magnetisierten Zustand der Hemmvorrichtung ist die Stellung der beweglichen Schenkel 42 und 43 durch Feder­ kräfte so vorgegeben, daß die Ankerluftspalte 33 und 34 vor­ zugsweise 1 bis 2 mm betragen. Bei genügend hohem Strom in der Stromzuführung 8 wirken zwischen dem Magnetanker 25 und den beiden drehbaren Schenkeln 42 und 43 Magnetkräfte, die sich am Magnetanker 25 gegenseitig aufheben, die jedoch eine schnelle Drehung der Schenkel 42 und 43 bis zur Berührung am Magnet­ anker 25 herbeiführen. Damit die Schenkel 42 und 43 im Kurz­ schlußfall eine Öffnungs- oder Schließbewegung des beweglichen Kontaktes 5 wirksam hemmen können, ist bezüglich der Bewe­ gungsrichtung 46 des Kontaktes 5, die in der Figur durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, eine nahezu spielfreie Lagerung der Schenkel am Magnetjoch vorgesehen.

Das Magnetjoch 22 ist entweder mit einem in der Figur nicht dargestellten Antriebsgestänge für den beweglichen Kontakt 5 oder mit dem Schaltergehäuse 2 verbunden.

In der Ausführungsform der Hemmvorrichtung 20 mit drehbaren Schenkeln 42 und 43 gemäß Fig. 5 können diese auch aus Teil­ stücken bestehen, die auf je einer gemeinsamen Drehachse 44 bzw. 45 nahezu spielfrei bezüglich der Kontaktbewegungsrich­ tung angeordnet sind und durch Federkräfte für einen vorge­ gebenen Ankerluftspalt positioniert sind. Die Bewegungsrich­ tungen der Enden der Schenkel 42 und 43 sind in der Figur je­ weils durch nicht näher bezeichnete Pfeile angedeutet. Durch die Aufteilung der Schenkel 42 und 43 in wenigstens zwei über­ einander angeordnete Teile werden bei geschlossenen Ankerluft­ spalten 33 und 34 mehrere Berührungsstellen gebildet und es wird eine gleichmäßigere Kraftverteilung am Magnetanker 25 erreicht.

Der Magnetkreis der Hemmvorrichtung 20 ist so bemessen, daß im Nennbetrieb der Kontaktanordnung keine Reibungskräfte auf die Stromzuführung 8 und damit auf den beweglichen Kontakt 5 über­ tragen werden. Eine Veränderung der Schließstellung der Kon­ takte 4 und 5 durch Materialabbrand an den Kontaktauflageflä­ chen hat praktisch keinen Einfluß auf die Wirksamkeit der elektromagnetischen Hemmvorrichtung 20 gemäß der Erfindung.

Claims (10)

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer in Achs­ richtung beweglich und mit einer Stromzuführung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom­ zuführung (8) mit einer elektromagnetischen Hemmvorrichtung (20) zur Hemmung der Kontaktbewegung durch mechanische Rei­ bungskräfte versehen ist.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hemmvorrichtung (20) mit einem Magnetkreis versehen ist, der ein Magnetjoch (22) ent­ hält, dem ein schwenkbarer Magnetanker (24) zugeordnet ist.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Magnetanker (24) an einem Schwenkarm (26) befestigt ist, der über ein Drehlager (28) mit einer Antriebsstange (12) für den beweglichen Kontakt (5) ver­ bunden ist.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis einen Kurzschlußring (36) enthält, welcher das Magnetjoch (22) um­ faßt.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kurzschlußring nur einen Teil der vom magnetischen Fluß durchdrungenen Eisenquer­ schnittsfläche umschließt.

6. Kontaktanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Polflächen des Magnetjo­ ches (22) jeweils mit einem Kurzschlußring (37 bzw. 38) ver­ sehen sind.

7. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwenkarm (26) über ein Drehlager (28) mit dem Schaltergehäuse (2) verbunden ist.

8. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stromzuführung (8) mit einem Magnetkreis versehen ist, der ein Magnetjoch (22) mit beweglichen Schenkeln (42, 43) und einen Magnetanker (25) enthält, der zwischen den drehbaren Schenkeln (42, 43) ange­ ordnet ist und mit der Stromzuführung (8) verbunden ist, und daß das Magnetjoch (22) mit dem Antriebsgestänge (12) für den beweglichen Kontakt (5) verbunden ist.

9. Kontaktanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Magnetjoch (22) mit dem Schaltergehäuse (2) verbunden ist.

10. Kontaktanordnung nach Anspruch 8 oder 9, gekenn­ zeichnet durch eine Unterteilung der Schenkel (42, 43) in ihrer Längsrichtung senkrecht zu ihrer Drehachse in mehrere Teile, denen die gemeinsame Drehachse (44 bzw. 45) zugeordnet ist.