DE4331554A1

DE4331554A1 - Schaltgerät mit einer Abfangvorrichtung zur Verminderung des Kontaktprellens sowie Verfahren zur Dimensionierung der dabei verwendeten Dämpfungskörper

Info

Publication number: DE4331554A1
Application number: DE19934331554
Authority: DE
Inventors: Bernt Dipl Phys Dr Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: DE4331554C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät, insbeson dere Luftschütz für den Niederspannungsbereich, mit einer Kontaktanordnung aus wenigstens einem Festkontakt auf einem Träger und wenigstens einem Bewegkontakt, vorzugs weise je zwei Kontakte an einer Schaltbrücke, und mit einem zugehörigen elektromagnetischen Antrieb mit beweg barem Anker, sowie mit einer die Geschwindigkeit des Be wegkontaktes abbremsenden Abfangvorrichtung zur Verminde rung des Kontaktprellens. Daneben bezieht sich die Erfin dung auf ein Verfahren zur Dimensionierung der bei einem solchen Schaltgerät für die Abfangvorrichtung verwendeten Dämpfungskörper, unter Ansatz eines Rechenmodells für das vom Schaltgerät repräsentierte Mehrkörpersystem.

Insbesondere bei Schaltern und Schützen für höhere Lei stungen stellt das sogenannte Kontaktprellen ein wichti ges Problem dar. Das Material der Kontaktflächen ist durch die elektrischen Anforderungen - wie gute elektrische Leitfähigkeit, Verschleißfestigkeit, geringe Neigung zum Verschweißen beim oberflächlichen Aufschmelzen der Kon takte im Schaltlichtbogen - vorgegeben. Die Kontaktstücke bestehen deshalb aus harten Metallegierungen. Die gefor derten kurzen Schaltzeiten sind dabei nur durch hohe Be schleunigung der bewegten Kontakte zu erreichen. Eine zu hohe Auftreffgeschwindigkeit der harten Kontakte beim Schließen führt dann zum unerwünschten, gegebenenfalls mehrmals wiederholtem Prellen.

Schließt man solche Kontakte unter elektrischer Spannung, so werden während der Öffnungsphase der Prellbewegung Lichtbögen gezogen, welche die Kontaktstücke erodieren und damit die Lebensdauer des Schaltgerätes herabsetzen. Zur Verminderung des Kontaktprellens sind insbesondere aus der Patentliteratur eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt: Im einfachsten Fall werden Dämpfungspuffer vorgeschlagen, was beispielsweise in der CH-PS 311 384, der DT-PS 2 99 058 und der CH-PS 408 165 beschrieben ist. Weiterhin sollen gemäß der DE-AS 17 64 291 durch phasenverschoben bewegte Zusatzmassen, durch Kombinationen von Massen- und Elasti zitätsunterteilungen oder von hydraulischer Dämpfung und Scherwirkung an der Dichtungsfläche eines Dichtungskolbens der Schließvorgang von Kontaktstücken so modifiziert wer den, daß das Prellen vermindert wird. Speziell in der deutschen Patentanmeldung PA 742260-1.11.34 ist schließ lich ein schlaggedämpfter elektromagnetischer Schalter beschrieben, bei dem die durch die Erregung der Zugspule dem Anker erteilte beschleunigte Bewegung vor dem Auf treffen des Ankers auf den Kern bzw. vor dem Berühren der Schaltkontakte durch das auftreffen des Ankers auf eine Masse infolge der Trägheit dieser Masse in der Bewegung gehemmt wird.

Das Problem des Kontaktprellens ist mit den vorbekannten Einrichtungen, insbesondere bei mit hohem Schaltspiel ein gesetzten Luftschützen, noch nicht befriedigend gelöst. Insbesondere ist man beim Stand der Technik auf rein empirische Erprobungen angewiesen, d. h. es lassen sich keine verläßlichen Aussagen über die exakte Wirkung der das Prellen vermindernden Maßnahmen machen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schaltgerät mit entsprechender Abfangvorrichtung vorzuschlagen, die das Kontaktprellen beim Schalten weitestgehend ausschließt. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Dimensionierung der bei einem solchen Schaltgerät für die Abfangvorrichtung verwendeten Dämpfungskörper vorgeschlagen werden, mit dem in reproduzierbarer Weise geeignete Randbedingungen vor gegeben werden können.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Schaltgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Abfangvor richtung vom Anker des elektromagnetischen Antriebes über Federglieder teilentkoppelt ist, daß die Abfangvorrichtung aus mindestens einem der Kontaktbewegung parallelgeschal teten Dämpfungskörper mit vorgegebener innerer Reibung und einer gegenüber dem Bewegkontakt kleinen Masse besteht und daß jeder einzelne Dämpfungskörper auf den Träger für den Festkontakt seitlich zur Bewegungsrichtung neben der Kon taktanordnung montiert ist. Vorzugsweise ist der Dämpfungskörper auf dem Träger so montiert, daß beim Schließvorgang des Schaltgerätes ein puffernder Stoß zwi schen Bewegkontakt bzw. bewegter Kontaktbrücke und Dämpfungskörper in einer solchen Phase der Bewegung er folgt, in welcher der Kontaktabstand noch einen Bruchteil des vollen Kontaktabstandes im geöffneten Zustand der Kon taktanordnung beträgt, vorzugsweise im Bereich von etwa 1 mm, wodurch ein Auftreffen des Bewegkontaktes auf den Festkontakt mit verminderter Geschwindigkeit bewirkt wird.

Im Rahmen der Erfindung besteht der Dämpfungskörper aus einem viskoelastisch wirkenden Material, das vorzugsweise Silikongummi sein kann. Vorzugsweise ist zwischen dem auf dem Träger montierten Dämpfungskörper und der Lichtbogen strecke des zugehörigen Kontaktpaares eine elektrisch iso lierende Abschirmung angeordnet. Beispielsweise kann die Abschirmung als zylindrisches Hüllrohr ausgebildet sein.

Bei dem zugehörigen, bereits erwähnten Verfahren zur Dimensionierung der für die Abfangvorrichtung verwendeten Dämpfungskörper wird zur Berechnung des Bewegungsablaufes eines vorgegebenen Mehrkörpersystems für jeweils einzelne Teilkörper von Punktmassen mit je einem Freiheitsgrad ausgegangen. Dabei können die einzelnen Teilkörper als Punktmassen, die untereinander durch Kraftfunktionen gekoppelt sind, behandelt werden oder aber als Punktmas sen, die mit festem Abstand an Drehpunkte gebunden sind. Mehrere an einem gemeinsamen Drehpunkt gebundene Punkt massen haben bei diesem Verfahren nur einen gemeinsamen Freiheitsgrad, nämlich den der Drehung um den gemeinsamen Drehpunkt; durch diese Punkte wird somit ein drehbares Bauteil beschrieben. Das gewünschte viskoelastische Verhalten eines einzelnen Dämpfungskörpers wird in dem Verfahren vorzugsweise durch eine dynamische Parallel schaltung eines Feder-Koppelelementes und eines Dämpfungs- Koppelelementes beschrieben.

Im Rahmen der Erfindung konnte in Simulationsrechnungen gezeigt werden, daß die Masse der bei der Abfangvorrich tung verwendeten Dämpfungskörper von beliebig kleinen Wer ten bis etwa 20% der Masse der beweglichen Kontaktbrücken gewählt werden kann, ehe störende Schwingungen beim Puf ferstoß angeregt werden. Die erforderliche Dämpfungskon stante und die Federkonstante haben dabei Toleranzbereiche in der Größenordnung 1 : 5 bzw. 1 : 100, die im einzelnen von der maximal zulässigen Relaxationszeit bei der Abfang vorrichtung abhängen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Figurenbeschreibung von Einzelbei spielen anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 in Schnittdarstellung ein als Schütz realisiertes Schaltgerät mit elektromagnetischem Antrieb,

Fig. 2 und 3 Ausschnitte aus Fig. 1 mit einer Abfangvorrich tung und alternativen Realisierungen der Abschirmung gegenüber der Schaltstrecke,

Fig. 4 und 5 eine alternative Realisierung der Abfangvor richtung in zwei senkrecht zueinander stehenden An sichten und zwei Funktionsstellungen,

Fig. 6 ein Rechenmodell für das Mehrkörpersystem der Fig. 2 und 3,

Fig. 7 das mit dem Dynamikprogramm für ein Rechenmodell ähnlich Fig. 6 berechnete Prellen ohne Einfluß der Abfangvorrichtung,

Fig. 8 den Einfluß der Abfangvorrichtung auf die Kontaktbe wegung und die

Fig. 9 bis 12 die Abhängigkeit des Prellverhaltens der Kontaktanordnung von der Masse des Dämpfungskörpers.

In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse eines elektrischen Schüt zes mit elektromagnetischem Antrieb, wie es in vielfachen Ausbildungen in der Praxis für hohe Schaltspiele einge setzt wird, bezeichnet. Ein solches Schütz dient bei spielsweise zum Ein- und Ausschalten von Strömen von Moto ren oder anderen Verbrauchern, wobei es sich als zweck mäßig erwiesen hat, den Strom gleichzeitig an zwei Stellen zu unterbrechen, so daß ein Schütz für jede Phase übli cherweise eine Kontaktanordnung mit je zwei Kontaktpaaren aufweist. Demzufolge hat ein dreiphasig ausgelegtes Schütz drei parallele Schaltstrecken mit je zwei symmetrischen Unterbrechungsstellen aus je zwei Kontaktpaaren, also ins gesamt 12 Kontakte.

Von den beiden symmetrischen Unterbrechungsstellen der Fig. 1 wird nachfolgend nur eine betrachtet: Es sind jeweils Festkontakte 2 vorhanden, die mit ihren An schlüssen 7 auf einem elektrisch isolierenden Teil als Träger angebracht sind, so daß an beiden Seiten jeweils Stromleitungen mechanisch anschließbar sind. Zugehörige Bewegkontakte 4 sind an einer Brücke 3 aus elektrisch leitendem Material angebracht, wobei die Brücke 3 mittels eines verschiebbaren Haltebügels 5 mit Federelement 6 relativ zu einem Kontaktträger 10 beweglich ist und wo durch ein federndes Nachgeben der Brücke 3 gegenüber dem Kontaktträger 10 beim Schließen der Kontakte 4 und 2 er möglicht wird.

Die Bewegung der Kontaktbrücke 3 mit den Kontakten 4 er folgt über einen elektromagnetischen Antrieb, der in bekannter Weise aus zwei elektrischen Spulen 8, die auf den beiden Schenkeln eines Lochs 9 angeordnet sind und einem zugehörigen Anker 12 besteht. Der Anker 12 ist über ein Verbindungsstück 11, den isolierenden Kontaktträger 10 und die Feder 6 mit dem Haltebügel 5 für die Kontaktbrücke 3 verbunden. Ein ebenfalls elektrisch isolierend ausgebil deter Deckel des Schützes ist in Fig. 1 mit 13 und eine Bodenplatte mit 14 bezeichnet.

In Fig. 2 ist der rechte Teil der Kontaktanordnung mit Festkontakt 2, Bewegkontakt 4 und Schaltbrücke 3 aus Fig. 1 übernommen. Die Montageplatte der Fig. 2 ist hier als Träger für den Festkontakt 2 mit 21 bezeichnet. Auf dem Träger 21 ist seitlich zur Bewegungsrichtung neben dem Festkontakt 2 ein Abfänger 25 fest montiert. Der Abfänger 25 ist als zylindrischer Dämpfungskörper vorgegebener Masse und Geometrie mit definiertem Flächenverhältnis ausgebildet und bis zu einer vorgegebenen Tiefe in ein Sackloch des Trägers 21 eingepaßt. Er besteht insbesondere aus Silikongummi, welches hinreichende viskoelastische Eigenschaften hat. Zwischen Abfänger 25 und Festkontakt 2 ist an geeigneter Stelle ein Schirm 26 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, auf dem Erosionspartikel der betriebsmäßig schaltenden Kontaktanordnung 2, 4 kon densieren können und der somit einen elektrischen Kurz schluß über den Dämpfungskörper 25 verhindert und außerdem den Dämpfungskörper vor zu großer thermischer Belastung durch den Schaltlichtbogen schützt.

In der Fig. 3 ist die Anordnung der Fig. 2 insofern modifiziert, als daß hier auf der Montageplatte 21 als Träger für den Festkontakt 2 mit einem darauffestmon tierten Dämpfungskörper 25 entsprechend Fig. 2 speziell ein isolierendes Hüllrohr 27 als Kondensationsschirm für Erosionsprodukte und als Wärme-Schutzschild vorhanden ist. Der Aufbau und die Geometrie des Dämpfungskörpers 25 sind weitestgehend identisch.

In den beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 ist der als zylindrischer, in axialer Richtung beanspruch ter Puffer 25 ausgebildete Dämpfungskörper auf dem Träger 21 jeweils so montiert, daß beim Schließvorgang der Kon takte ein puffernder Stoß zwischen der bewegten Kontakt brücke 3 und dem Puffer 25 jeweils in einer solchen Phase der Bewegung erfolgt, in welcher der Kontaktabstand nur noch einen Bruchteil des vollen Kontaktabstandes im ge öffneten Zustand von Festkontakt 2 und Bewegkontakt 4 be trägt. Bei Schützen mit einem Kontaktabstand von üblicher weise ca. 10 mm hat sich dabei ein Abstand von 1 mm als besonders geeignet erwiesen. Damit wird ein Auftreffen des Bewegkontaktes auf den Festkontakt mit verminderter Ge schwindigkeit bewirkt. Durch geeignete Dimensionierung des Puffers 25 kann das unerwünschte Prellen weitestgehend ausgeschlossen werden.

In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abfangvorrichtung dargestellt. Hier ist der Abfänger als eine auf zwei Stegen 29 liegende Brücke 28 ausgebildet. Die Fig. 4 und 5 zeigen die An ordnung in zwei senkrecht zueinander stehenden Ansichten bei geöffneten Kontakten. Der Abstand der Kontaktbrücke 3 von der zu ihr senkrecht angeordneten Brücke 28 der Ab fangvorrichtung ist wie bei der vorhergehenden Anordnung der Fig. 2 und 3 so bemessen, daß der puffernde Stoß beim Schließen der Kontakte in einer Phase der Bewegung erfolgt, in welcher der Kontaktabstand noch etwa 10 bis 20% des vollen Kontaktabstandes im geöffneten Zustand beträgt. In den beiden Ansichten der Fig. 4a und 5a ist der geschlossene Zustand der Anordnung von Fig. 4 dargestellt. Die als Dämpfungskörper dienende Brücke 28 ist hier als ein über die beiden Stege 29 gelegter und an beiden Enden umgebogener Stab ausgeführt, der an seinen Enden am Träger 21 befestigt ist. Sie kann aber auch gemeinsam mit den Stegen 29 aus einem einzigen visko elastischen Teil ausgeführt werden, wobei das Profil der Brücke wesentlich die Steifigkeit und die Dämpfungscharak teristik der Abfangvorrichtung beeinflussen.

In der Ausführung einer Brücke lassen sich wesentlich nachgiebigere Dämpfungskörper realisieren. Zu deren Her stellung sind dann auch härtere, gefüllte Kunststoffe geeignet.

In eingehenden Untersuchungen wurde unter Ansatz eines Rechenmodells die Wirkung eines Dämpfungskörpers gemäß den Fig. 2 und 3 ermittelt. Die dynamische Modellierung hierzu ist in Fig. 6 dargestellt. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein Schaltgerät mit einer Vielzahl von einzelnen Bauteilen ein Vielkörpersystem darstellt. Von der Vielzahl der Elemente beim Schütz gemäß Fig. 1 wird in den Fig. 2 und 3 auf ein vereinfachtes Mehrkörper system mit nur fünf Massen übergegangen.

Zur Berechnung des Bewegungsablaufes eines solchen Mehr körpersystems werden die einzelnen Teilkörper i als Punkt massen m_i mit jeweils einem Freiheitsgrad behandelt. Das zugehörige Rechenmodell speziell für die Anordnungen der Fig. 2 und 3 ist in Fig. 6 zusammengestellt: Eine elektromagnetische Kraft K wirkt in negativer x-Richtung auf die Kontaktbrücke 3 mit der Masse m3. Dieser Kraft K entspricht im vollständigen Schütz-Modell der Fig. 1 die vom Federbügel 5 auf die Kontaktbrücke 3 übertragene Kraft. Der Dämpfungskörper 25 wird hier durch die sehr kleine Masse m25 dargestellt, und die Kontakte 2 bzw. 4 durch die Massen m2 bzw. m4 sowie der Träger 21 durch die Masse m21.

Entsprechend dem aus der Fachliteratur bekannten Voigt- Kelvin-Modell wird seine Viskoelastizität durch die parallel wirkenden Koppelglieder der Dämpfung D (25, 21) und der Feder F (25, 21) festgelegt. Der Pufferstoß H (3, 25) zwischen den Massen m3 der Kontaktbrücke 3 und m25 des Dämpfungskörpers 25 wirkt parallel zum Kontaktstoß H (4, 2) zwischen der Bewegkontaktmasse m4 und der Festkontaktmas se m2. Der Festkontakt mit der Masse m2 ist dabei, bezogen auf die Kraftflußrichtung, parallel zum Dämpfungskörper 25 auf dem gemeinsamen Träger 21 mit der Masse m21 angeord net. Die viskoelastischen Eigenschaften der Kontaktbrücke 3, des Festkontaktes 2 und des Trägers 21 werden ebenfalls durch jeweils ein Paar von parallel wirkender Feder und Dämpfung mit an die Materialeigenschaften angepaßten Zah lenwerten beschrieben.

Mit einem geeigneten Programm zur Berechnung dynamischer ebener Systeme gekoppelter Massenpunkte (DEKOMA) läßt sich der vollständige dynamische Bewegungsablauf für das in Fig. 6 dargestellte vereinfachte 5-Massen-Modell mit der Abfangmasse m25 berechnen. In gleicher Weise kann ein solches Rechenprogramm für das komplette Schütz mit entsprechend mehr Massen mit und ohne Abfangvorrichtung angewandt werden: Der Vergleich der Fig. 7 und 8 zeigt den Einfluß des Dämpfungskörpers 25 auf das mit dem Dynamikprogramm DEKOMA berechnete Prellen der Kontakte für ein umfangreicheres 13-Massenmodell mit 32 Koppel elementen, entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Auf bau des Schützes, mit und ohne die in den Fig. 2 und 3 enthaltene Abfangvorrichtung. In beiden Figuren ist die Kontaktöffnung in Millimetern als Funktion der Schaltzeit in Millisekunden dargestellt.

In Fig. 7 ist kein durch einen Dämpfungskörper 25 be wirkter Abfängerstoß wirksam. Es ergibt sich im Anschluß an das erste Schließen der Kontakte, üblicherweise im Zeitabstand von 50 ms nach dem Einschalten des Magnetan triebes, ein Prellvorgang mit zunächst hohen Kontaktöff nungswerten, der erst nach ca. 80 ms abklingt. Infolge der Mitwirkung vieler dynamisch miteinander verkoppelter Teilmassen am Bewegungsablauf zeigen die Prellöffnungen 50 ein sehr kompliziertes Frequenzspektrum.

Bei Fig. 8 ist der Abfänger 25 wirksam und optimal ge dämpft; es ergibt sich eine ideale Schaltbewegung, wobei die Kontakte praktisch prellfrei schließen. Dabei ist die Schließzeit gegenüber Fig. 7 um etwa 3 ms verzögert.

In den Diagrammen der Fig. 9 bis 12 ist die Abhängig keit des Prellverhaltens der Kontakte von der Masse m25 des Dämpfungskörpers nach dem Modell von Fig. 6 ange geben. Als gemeinsame Parameter wurden der Praxis ent sprechende Werte, insbesondere für die Federkonstante F F (25,21) = 1670 N/m, für die Dämpfungskonstante D (25,21) = 43,3 Ns/m und für die Masse einer Kontaktbrücke m3 = 13,3 g gewählt. Bei hinreichend kleiner Masse m25, unter halb mindestens 2 g, wie in den Fig. 11 und 12, schlie ßen die Kontakte prellfrei. Oberhalb dieses Bereiches prellen die Kontakte mit einem Frequenzgemisch, das im vereinfachten 5-Massen Modell durch die Überlagerung der Biegeschwingungen der mit den Kontakten 4 verbundenen Kontaktbrücke 3 und der Schwingung dieses Bauteiles als ganzes entsteht.

Mit weiteren Simulationsrechnungen unter Ansatz des für ein Komplettschütz erweiteren Rechenmodells wurde nachgewiesen, daß die Masse der Dämpfungskörper von beliebig kleinen Werten bis zu etwa 20% der Masse der beweglichen Kontaktbrücken gewählt werden kann, ehe störende Schwingungen beim Pufferstoß angeregt werden. Die erforderliche Dämpfungskonstante und die Federkonstante haben dabei Toleranzbereiche von der Größenordnung 1 : 5 bzw. 1 : 100, die im einzelnen von der maximal zulässigen Relaxationszeit der Abfänger abhängen.

Aus den mit dem Rechenverfahren zum Punktmassenmodell berechneten zulässigen Bereichen für die Masse m25, die Dämpfungskonstante D (25, 21) und die Federkonstante F (25, 21) des Dämpfungskörpers 25 können Dämpfungsmate rialien auf ihre Verwendbarkeit geprüft, und die Abmessun gen des aus einem ausgewählten Material zu fertigenden Dämpfungskörpers ermittelt werden. Hierzu werden im fol genden die Parameter des Dämpfungskörpers 25 im Rechen modell

- Effektiv bewegte Masse: m=m25
- Dämpfungskonstante: D=D (25, 21)
- Federkonstante: F=F (25, 21)

und die Materialkonstanten eines auszuwählenden Materials für den Dämpfungskörper

- Dichte: ϕ
- Relaxationsmodul: E_r
- Relaxationszeit: τ

zur Dimensionierung des Dämpfungskörpers 25 in der Aus führung als zylinderförmiger Bolzen mit der Länge L_B und dem Durchmesser D_B benutzt.

Gibt man beispielsweise für ein auf seine Eignung als Dämpfungskörper zu prüfendes Material die drei Material konstanten ϕ, E_r und τ vor, sowie eine aus der Modell rechnung ermittelte, geeignete Dämpfungskonstante D und eine an die Konstruktion des Schützes angepaßte Länge L_B des Dämpfungskörpers, so kann man nach der Definition des bekannten Voigt-Kelvin-Modells die zugehörigen Werte für die Masse m und den Durchmesser D_B des Dämpfungskörpers 25, sowie die resultierende Federkonstante F berechnen. Für letztere ist, wie durch Modellrechnungen nach dem Punktmassenmodell gezeigt werden konnte, ein besonders großer Wertebereich zulässig.

Das Voigt-Kelvin-Modell für viskoelastisches Verhalten be schreibt die zeitabhängige reversible Dehnung bzw. Stau chung ε_r eines Körpers.

ε_r = (σ_o/E_r)·(1-exp(-t/τ)) (1)

durch die Parallelschaltung einer Federkonstanten F und einer Dämpfungskonstanten D an der Masse m, wie sie in Fig. 6 insbesondere durch die Struktur des Modells inner halb des gestrichelt gezeichneten Rechtecks dargestellt ist. Dabei ist

σ_o = (F·Δx+D·dΔx/dt)/Q (2)

die von der Deformation Δx und der Deformationsgeschwin digkeit dΔx/dt abhängige Normalspannung; Q ist der Quer schnitt des durch diese Normalspannung belasteten Körpers.

Der Relaxationsmodul des Voigt-Kelvin-Modells ist

E_r = F·L_B/Q = (4/π)·F·L_B/D_B², (3)

und die Relaxationszeit

τ = D/F. (4).

Damit erhält man aus den fünf vorgegebenen Größen ϕ, E_r, τ, D und L_B zunächst die Federkonstante

F = D/τ. (5)

Mit Einführung des Formfaktors

s = L_B/D_B², (6)

der sich nach Gleichung (3) zu

s = (π/4)·E_r/F (7)

ergibt, erhält man die Masse m = ϕ·L_B·Q = ϕ·L_B·(π/4)·D_B² des zylindrischen Dämpfungsbolzens 25 gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 3 zu

m = (π/4)·L_B²/s, (8)

oder m = ϕ·L_B²·D/(E_r·π). (9).

Der zulässige Maximalwert für die Masse m25 des Dämpfungs körpers 25 liegt bei dem in den Fig. 9 bis 12 gezeig ten Beispiel zum Rechenmodell von Fig. 6 zwischen den für die Fig. 10 und 11 gewählten Massenwerten, d. h. zwischen 2 und 4 g. Liegt die mit G1 (9) berechnete Masse m unterhalb dieses zulässigen Maximalwertes, dann sind die in dieser Gleichung enthaltenen Material- und Konstruk tionsdaten für die Abfangvorrichtung geeignet.

Schließlich erhält man mit G1 (6) den Durchmesser des Dämpfungskörpers zu

oder mit G1′n (5) und (7) zu

Für eine Ausführung der Abfangvorrichtung nach den Fig. 4 und 5 ist im Rechenmodell der Dämpfungskörper 25 durch die Brücke 29 zu ersetzen. Die Materialkonstanten der Brücke können in an sich bekannter Weise auf die effektiv im Modell für den zylinderförmigen und in seiner axialen Richtung belasteten Dämpfungskörper umgerechnet werden, so daß das Rechenmodell mit den angepaßten Dämpfungs- und Federkonstanten, im übrigen aber unverändert angewandt werden kann.

Aus den mit dem dynamischen Modell berechneten Parameter werten lassen sich also insbesondere auch konstruktive Daten einschließlich der geforderten Werkstoffeigenschaf ten für die Abfangvorrichtung ermitteln. Somit ist nunmehr erstmalig die Möglichkeit gegeben, als Dämpfungskörper beispielsweise kleine Silikongummi-Bolzen definiert so zu positionieren, daß ihre mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften ein Prellen wirksam verhindern. Insgesamt kann durch die beschriebenen Maßnahmen die Lebensdauer von Schützen verlängert werden.

Claims

1. Schaltgerät, insbesondere Luftschütz für den Nieder spannungsbereich, mit einer Kontaktanordnung aus wenig stens einem Festkontakt auf einem Träger und wenigstens einem Bewegkontakt, vorzugsweise je zwei Kontakte an einer Schaltbrücke, und mit einem zugehörigen elektromagneti schen Antrieb mit bewegbarem Anker sowie mit einer die Geschwindigkeit des Bewegkontaktes abbremsenden Abfang vorrichtung zur Verminderung des Kontaktprellens, gekennzeichnet durch die Kombination fol gender Merkmale:

- die Abfangvorrichtung ist vom angezogenen Anker (12) des elektromagnetischen Antriebs 8 bis 12 über Feder glieder (6) teilentkoppelt,
- die Abfangvorrichtung besteht aus mindestens einem der Kontaktbewegung parallel geschalteten Dämpfungskörper (25, 28) mit vorgegebener innerer Reibung,
- der Dämpfungskörper (25, 28) ist auf dem Träger (21) für den Festkontakt (2) seitlich zur Bewegungsrichtung neben der Kontaktanordnung (2) montiert.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Dämpfungskörper (25, 28) auf dem Träger (21) so montiert ist, daß beim Schließ vorgang der Kontaktanordnung ein puffernder Stoß zwischen Bewegkontakt (4), vorzugsweise bewegter Schaltbrücke (3), und Dämpfungskörper (25, 28) in einer solchen Phase der Bewegung erfolgt, in der der Kontaktabstand einen Bruch teil des vollen Kontaktabstandes im geöffneten Zustand der Kontaktanordnung (2, 4) beträgt, vorzugsweise im Bereich von etwa 1 mm, wodurch ein Auftreffen des Bewegkontaktes (4) auf dem Festkontakt (2) mit verminderter Geschwindig keit bewirkt wird.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Dämpfungskörper (25, 28) aus einem viskoelastisch wirkenden Material besteht und mit dem Träger (21) für den Festkontakt (2) verbunden ist.

4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Dämpfungskörper ein zylindrischer, in axialer Richtung beanspruchter Puffer (25) ist.

5. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Dämpfungskörper eine Brücke (28) ist.

6. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das viskoelastisch wir kende Material des Dämpfungskörpers (25, 28) Silikongummi ist.

7. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das viskoelastisch wirken de Material des Dämpfungskörpers (25, 28) ein gefüllter Kunststoff ist.

8. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem auf dem Trä ger (21) montierten Dämpfungskörper (25, 28) und der Kontaktanordnung (2, 4) eine elektrisch isolierende Abschirmung (26) angeordnet ist.

9. Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abschirmung (26) als zylindrisches Hüllrohr (27) um den Dämpfungskörper (25) ausgebildet ist.

10. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedem Kontaktpaar ein eigener Dämpfungskörper zugeordnet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schaltgerät als dreiphasig ausgelegtes Schütz mit beweglichen Kontaktbrücken, welche jeweils eine Stromphase an zwei Stellen schalten, sechs Dämpfungskörper (25) enthält.

11. Verfahren zur Dimensionierung der bei einem Schalt gerät gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10 für die Abfangvorrichtung verwendeten Dämpfungskörper unter Ansatz eines Rechenmodells für das vom Schaltgerät repräsentierte Mehrkörpersystem, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Berechnung des Bewe gungsablaufs des Mehrkörpersystems für jeweils einzelne Teilkörper (i) von Punktmassen (mi) mit je einem Frei heitsgrad ausgegangen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die einzelnen Teilkörper (i) als Punktmassen (mi), die untereinander durch Kraftfunktionen verkoppelt sind, behandelt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß einzelne Teilkörper (i) als Punktmassen (mi), die mit festem Abstand an Drehpunkte gebunden sind, behandelt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, da durch gekennzeichnet, daß das ge wünschte viskoelastische Verhalten eines einzelnen Dämpfungskörpers durch eine dynamische Parallelschaltung eines Federelementes und eines Dämpfungs-Koppelelementes (sog. Voigt-Kelvin-Modell) beschrieben wird.