DE4205206C2 - Kontaktanordnung für Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kon­ takten, von denen wenigstens einer in Achsrichtung beweg­ lich und mit einem Stromleiterbolzen versehen ist, wobei der Stromleiterbolzen mit einer elektromagnetischen Vor­ richtung 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 Funk­ tionsfähigkeit dieser Schalter entsprechend beeinträch­ tigt. Ursache dieses unerwünschten Effektes sind Licht­ bögen, die bei verhältnismäßig kleinen Kontaktabständen zünden und insbesondere wiederholt neu zünden und zu einer Kontaktverschweißung führen können, wenn die Kontakte be­ sonders bei hohen Stromstärken, insbesondere im Kurz­ schlußfall, beim Schließen prellen.

Bei einer aus der DE-OS 41 19 706 bekannten Kontaktanor­ dnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordne­ ten Kontakten, die ein axiales Magnetfeld erzeugen und von denen wenigstens einer beweglich und mit einem Stromlei­ terbolzen als Stromzuführung versehen ist, ist zwischen Kontaktplatte und Stromleiterbolzen eine Stoßdämpfung vorgesehen. Diese Vorrichtung enthält eine Zusatzmasse, die wie eine Dämpfungsflüssigkeit in eine elastische Hülle eingeschlossen ist und nach einer Volumenverminderung durch Stoßbelastung eine elastische Rückdeformation be­ wirkt. Eine solche Anordnung hat jedoch keine Wirkung auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Kontakte.

Aus der SU-PS 855 775 ist eine Kontaktanordnung der ein­ gangs genannten Art bekannt, bei der mittels der elektro­ magnetischen Vorrichtung durch Wirbelströme erzeugte Kräf­ te auf den beweglichen Stromleiterbolzen mittelbar ein­ wirken. Dazu sind auf Buchsen federnd geführte Scheiben vorhanden, womit der bei Langzeitbetrieb der Kontaktanord­ nung zwangsläufig auftretende Kontaktabbrand kompensiert werden kann. Gleichermaßen ist aus der FR-OS 20 33 911 eine elektromagnetische Vorrichtung mit einem Magnetkern und einem Magnetjoch bekannt, bei der auf den zum Strom­ leiterbolzen führenden Stromanschluß Kräfte wirken, die die mechanische Veränderung des Öffnungsabstandes mittels verschiedener Anschläge berücksichtigen. Schließlich ist aus der US-PS 4 025 886 eine Anordnung mit Magnetanker und Magnetjoch, welche den zum Stromleiterbolzen führenden Stromanschluß umgeben, bekannt. Die dadurch erzeugten Kräfte wirken über ein Gestänge unmittelbar auf den Stromleiterbolzen.

Bei genügend hohen Kurzschlußströmen treten Lichtbögen zwischen den dynamisch öffnenden Kontakten auf. Obwohl die Kurzschlußauswirkungen durch in Reihe geschaltete Lei­ stungsschalter oder Sicherungen begrenzt werden, kann es beim Wiederschließen der Kontakte unter der Wirkung der Kontaktkraft zu einer dauerhaften Verschweißung der Va­ kuumschützkontakte kommen. Nach einem Kurzschluß sollen aber sowohl das Schütz als auch der Leistungsschalter ohne weitere Maßnahmen wieder betriebsbereit sein.

Ausgehend von letzterem Sachverhalt und unter Berücksich­ tigung obigen Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die elektromagnetische Vorrichtung am Stromleiterbolzen einer Kontaktanordnung dahingehend aus­ zubilden, daß die Kontaktbewegung beim Kontaktschließen verzögert und speziell im Kurzschlußfall ein Verschweißen der Kontakte mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektromagnetische Vorrichtung am Stromleiterbolzen als Hemmvorrichtung zur Hemmung der Kontaktbewegung durch mechanische Reibungskräfte ausgebildet ist. Die Hemmvor­ richtung besteht vorzugsweise aus einem Magnetjoch mit Schenkeln, die relativ beweglich sind zu einem Magnet­ anker, von dem sie durch wenigstens einen Luftspalt ge­ trennt sind. Durch einen Kurzschlußstrom wird der Magnet­ kreis erregt, der Luftspalt geschlossen und es werden Reibungskräfte erzeugt, die sich hemmend auf die Kontakt­ bewegung auswirken. Das Magnetjoch kann dazu mit starren oder mit drehbar gelagerten Schenkeln ausgestattet sein. Die Magnetkräfte zwischen dem Magnetanker und dem Magnet­ joch wirken im wesentlichen senkrecht zur vorgegebenen Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktes.

In der Ausführungsform mit starren Schenkeln in ist das Magnetjoch mit dem Stromleiterbolzen fest verbunden. Der Magnetanker ist mit einem Schwenkarm versehen, der ent­ weder mit einem Antriebsgestänge für den Deweglichen Kontakt oder mit dem Schaltergehäuse verbunden ist. Diese Verbindung kann vorzugsweise 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 Zeich­ nung Bezug genommen. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektroma­ gnetischen Hemmvorrichtung in schematischer Ver­ anschaulichung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Hemmvorrichtung, bei welcher der schwenkbare Magnetanker mit dem Schaltergehäuse verbunden ist, die

Fig. 3 und 4 jeweils eine Ausführungsform des Magnetjoches aus Fig. 1 bzw. Fig. 2 mit wenig­ stens einem Kurzschlußring und

Fig. 5 eine entsprechende Ausführung des Magnetkreises mit einem ruhenden Anker und beweglichen Schenkeln des Magnetjoches.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind im Schalterge­ häuse 2 eines Vakuumschalters zwei Kontakte 4 und 5 koaxial zueinander angeordnet und wenigstens der beweg­ liche Kontakt 5 ist mit einer Stromzuführung versehen, die üblicherweise als starrer Stromleiterbolzen 8 ausgebildet ist. Der Kontakt 4 ist im Schaltergehäuse 2 unbeweglich angeordnet und im allgemeinen mit dem Schaltergehäuse 2 fest verbunden. Der Stromleiterbolzen 8 ist über ein elastisches Zwischenstück 10, das ein einfach als Spiral­ feder 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. Der Stromleiterbolzen 8 ist mit einer Hemmvorrichtung 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 Drehlager 28 vorgesehen sein.

Bei einem Luftspalt 32 zwischen den Schenkeln des Magnet­ jochs 22 und dem Magnetanker 24 von beispielsweise 1 bis 2 mm beträgt die Schließzeit des Magnetankers 24 bei aus­ reichend hohen Kurzschlußströmen etwa 1 ms. Durch eine Magnetkraft bis etwa 140 N/cm² der Querschnittsfläche des Luftspalts 32 wird bei geschlossenem Luftspalt die Ver­ schiebung 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 Reibungskraft erzeugt wird, um ein Öffnen des beweglichen Kontaktes 5 infolge von Stromkräften oder das Wiederschließen durch die Kontakt­ kraft zu hemmen.

Die Querschnittsfläche des Luftspalts 32 wird so groß gewählt, daß zu einer vorgegebenen Luftspaltinduktion von beispielsweise B = 1,8 T etwa Kräftegleichgewicht zwischen der Kontaktkraft und der Reibungskraft besteht. Dadurch wird erreicht, daß das Wiederschließen der Kontakte etwa zum Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs erfolgt und ein Großteil der Kontaktschmelze wieder erstarrt ist. Daneben erfolgt ein relativ sanftes Schließen der Kontakte 4 und 5, so daß die verbleibende 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 Kurz­ schluß, erhält man in dieser Ausführungsform noch eine weitere Relativbewegung zwischen dem Magnetanker 24 und dem Magnetjoch 22 um den vorbestimmten Weg des Durch­ druckes des Federkörpers 11 im Zwischenstück 10. Im Kurzschlußfall trägt somit zusätzlich zur Federkraft die Reibungskraft zwischen Magnetanker 24 und Magnetjoch 22 zur Kontaktkraft bei. Bei mittleren Kurzschlüssen wird deshalb die Lichtbogendauer beim Einschaltprellen ent­ sprechend reduziert und das Schweißproblem zusätzlich entschärft.

In einer besonders einfachen Ausführungsform der Kontakt­ anordnung gemäß Fig. 2 ist der Magnetanker 24 der Hemm­ vorrichtung 20 über seinen Schwenkarm 26 mit dem Schalter­ gehäuse 2 verbunden. In dieser Ausführungsform ist somit die Schwenkbewegung des Magnetankers 24 unabhängig von der Bewegung des Stromleiterbolzens 8 des beweglichen Kon­ takts 5.

In einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Kontaktanordnung gemäß Fig. 3 kann der Magnetkreis der Hemmvorrichtung 20 noch mit einem Kurzschlußring 36 versehen sein, welcher das Magnetjoch 22 umschließt. Damit kann die Magnetkraft zwischen Magnetanker 24 und Magnet­ joch 22 noch ein kurzes Zeitintervall nach dem Stromnull­ durchgang eines Kurzschlußstromes aufrechterhalten werden, so daß das Wiederschließen der Kontakte 4 und 5 mit aus­ reichend abgekühlten Kontaktstücken erfolgt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die nicht näher bezeichneten Polflächen des Magnetjoches 22 jeweils mit einem Kurzschlußring 37 bzw. 38 versehen. Diese Kurz­ schlußringe 37 und 38 umgeben jeweils einen Teil der Pol­ fläche und können vorzugsweise in die Polflächen einge­ lassen 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 dem Stromleiterbolzen 8 des beweglichen Kontaktes 5 verbunden und zwischen den Enden der Schenkel 42 und 43 angeordnet ist. Im unmagnetisierten Zustand der Hemmvorrichtung ist die Stellung der beweglichen Schenkel 42 und 43 durch Federkräfte so vorgegeben, daß die Anker­ luftspalte 33 und 34 vorzugsweise 1 bis 2 mm betragen. Bei genügend hohem Strom in dem Stromleiterbolzen 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 Magnetanker 25 herbeiführen. Damit die Schenkel 42 und 43 im Kurzschluß­ fall 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 dreh­ baren Schenkeln 42 und 43 gemäß Fig. 5 können diese auch aus Teilstücken bestehen, die auf je einer gemeinsamen Drehachse 44 bzw. 45 nahezu spielfrei bezüglich der Kon­ taktbewegungsrichtung angeordnet sind und durch Feder­ kräfte für einen vorgegebenen Ankerluftspalt positioniert sind. Die Bewegungsrichtungen der Enden der Schenkel 42 und 43 sind in der Figur jeweils durch nicht näher be­ zeichnete Pfeile angedeutet. Durch die Aufteilung der Schenkel 42 und 43 in wenigstens zwei übereinander 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 Reibungs­ kräfte auf den Stromleiterbolzen 8 und damit auf den be­ weglichen Kontakt 5 übertragen werden. Eine Veränderung der Schließstellung der Kontakte 4 und 5 durch Material­ abbrand an den Kontaktauflageflächen hat praktisch keinen Einfluß auf die Wirksamkeit der elektromagnetischen Hemm­ vorrichtung 20 gemäß der Erfindung.

Claims (10)

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zuein­ ander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer in Achsrichtung beweglich und mit einem Stromleiterbolzen versehen ist, wobei der Stromleiterbolzen mit einer elek­ tromagnetischen Vorrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Vorrichtung als Hemmvorrichtung (20) zur Hemmung der Kon­ taktbewegung durch mechanische Reibungskräfte ausgebildet ist.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hemmvorrichtung (20) mit einem Magnetkreis versehen ist, der ein Magnet­ joch (22) enthält, dem ein schwenkbarer Magnetanker (24) zugeordnet ist.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (24) an einem Schwenkarm (26) befestigt ist, der über ein Dreh­ lager (28) mit einer Antriebsstange (12) für den bewegli­ chen Kontakt (5) verbunden ist.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Magnet­ kreis einen Kurzschlußring (36) enthält, welcher das Ma­ gnetjoch (22) umfaßt.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (36) nur einen Teil der vom magnetischen Fluß durch­ drungenen Eisenquerschnittsfläche umschließt.

6. Kontaktanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen des Magnetjoches (22) jeweils mit einem Kurzschlußring (37 bzw. 38) versehen sind.

7. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (26) über ein Drehlager (28) mit dem Schaltergehäuse (2) ver­ bunden ist.

8. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiterbolzen (8) mit einem Magnetkreis versehen ist, der ein Magnetjoch (22) mit beweglichen Schenkeln (42, 43) und einen Magnet­ anker (25) enthält, der zwischen den drehbaren Schenkeln (42, 43) angeordnet ist und mit den Stromleiterbolzen (8) verbunden ist, und daß das Magnetjoch (22) mit dem An­ triebsgestänge (12) für den beweglichen Kontakt (5) ver­ bunden ist.

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

10. Kontaktanordnung nach Anspruch 8 oder 9, ge­ kennzeichnet 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.