DE4445343B4

DE4445343B4 - Elektromechanische Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE4445343B4
Application number: DE4445343A
Authority: DE
Inventors: Juan Aymami-Pala; Joël DEVAUTOUR; Jean-Pierre Guery; Michel Rapeaux
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: GB2285178B; GB9424912D0; ITTO941073A1; FR2714520B1; DE4445343A1; CN1108426A; JPH07254322A; GB2285178A; ITTO941073A0; US5495083A; FR2714520A1; IT1268198B1

Abstract

Elektromechanische Schaltvorrichtung mit
– mindestens einem festen Kontakt (11a) und einem beweglichen Kontakt (12a), die voneinander trennbar auf einem festen Kontaktteil (11) bzw. auf einem beweglichen Kontaktteil (12) angeordnet sind,
– einer Funkenkammer (15) und einem Abzweigleiter zur Aufnahme des Endes eines durch Überspringen einer dielektrischen Strecke bei der Trennung der Kontakte (11a, 12a) erzeugten Lichtbogens (A1, A2), welcher durch Löscheinrichtungen in Richtung auf die Funkenkammer (15) getrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Abzweigleiter (20) eine Aufnahmefläche (21a) für das Lichtbogenende und einen Bereich (22a) zur Verbindung mit dem festen Kontaktteil (11) aufweist, um zwischen dieser Fläche (21a) und diesem Bereich (22a) einen Übergangsstrompfad (C2) für den Voröffnungsstrom zu bestimmen,
– und dass ein Strombegrenzungsmittel (30) im Übergangsstrompfad (C2) zwischen der Aufnahmefläche (21a) und dem Verbindungsbereich (22a) eingeschaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Schaltvorrichtung mit voneinander trennbaren Kontakten, die auf einem einen festen Kontakt bildenden Kontaktteil bzw. einen beweglichen Kontakt bildenden Kontaktteil angeordnet sind, wobei die beiden Kontaktteile jeweils mit einer Eingangsklemme bzw. einer Ausgangsklemme der Vorrichtung verbunden sind, mit einer Funkenkammer und einem Abzweigleiter zur Aufnahme des Endes eines bei der Trennung der Kontakte durch Überspringen einer dielektrischen Strecke erzeugten Lichtbogens, welcher durch übliche Löschungseinrichtungen zur Funkenkammer getrieben wird.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift FR-PS 2 584 529 , bei welcher der Abzweigleiter dazu dient, parallel zu den Kontakten geschaltete elektromechanische und elektronische Unterbrechermittel zu überbrücken und dam zugleich vor der Lichtbogenerscheinung zu schützen.
Andererseits ist aus der Druckschrift EP 350 825 bekannt, dem Abzweigleiter, der in diesem Fall die Lichtbogenlöschvorrichtung enthält, ein Strombegrenzermittel zuzuordnen, welches durch Mittel gebildet wird, die sich bei einem Überstrom durch elektrodynamischen Effekt öffnen. Das Wirksamwerden des elektrodynamischen Öffnungsmittels wird auf diese Weise bestimmt durch die Entwicklung des Lichtbogens in den die Löscheinrichtung bildenden Spaltflügeln und damit durch die Anordnung und die Eigenschaften dieser Vorrichtung selbst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektromechanischen Schalteinrichtung der genannten Art, die Beanspruchung der Kontakte durch den Lichtbogen zu reduzieren und zugleich den Durchgangsstrom durch den Abzweigleiter zu begrenzen, und zwar völlig unabhängig von der Lichtbogenlöscheinrichtung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Abzweigleiter eine Sammelfläche für das Lichtbogenende und einen Verbindungsbereich zu dem den festen Kontakt aufweisenden Teil aufweist, um zwischen dieser Fläche und diesem Bereich einen Pfad für einen Voröffnungsstrom vorzugeben, und ein im Strompfad zwischen der Sammelfläche und dem Verbindungsbereich eingeschaltetes Strombegrenzungsmittel. Die dadurch bewirkte Strombegrenzung ergibt sich also durch das Einfangen des Lichtbogenendes durch den Abzweigleiter noch bevor der Lichtbogen zur Funkenkammer getrieben und, sofern eine Löscheinrichtung vorgesehen ist, durch diese ausgelöscht wird.
Das Strombegrenzungsmittel ist beispielsweise ein Widerstandsmittel, bevorzugt ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient, in Form eines parallel zu dem festen Kontaktteil auf dieses gelegten Plättchens, welches zwischen einem Verbindungsbereich des Abzweigleiters und dem festen Kontaktteil befestigt oder eingespannt ist. Auf diese Weise ist eine einfac Montage gewährleistet und darüberhinaus befindet sich das Widerstandsplättchen in direkter, thermisch leitender Verbindung zu dem festen Kontaktteil. Da dieses Teil bei einer höheren Temperatur als die Umgebungstemperatur in normale Schliessfunktion tritt, ergibt sich eine bessere Desensibilisier der Durchgangsfunktion beim Öffnen als bei Umgebungstemperatur.
Nach einer sehr einfachen Ausgestaltung der Erfindung wird der Abzweigleiter durch ein Teil gebildet, welches den vorgenannten Verbindungsbereich aufweist, sowie einen Schenkel oder ein Seitenteil, welches sich parallel zur Verschiebungsrichtung des beweglichen Kontaktteiles erstreckt, wobei dieses Seitenteil die Aufnahmefläche für das Lichtboge nende aufweist, die durch eine kurze, dielektrische Strecke, beispielsweise im Bereich von 1 bis 3 mm, von einer parallelen Fläche des mobilen Kontaktteiles getrennt ist, um das Ersetzen des anfangs zwischen den Kontakten erzeugten Lichtbogens durch einen zu diesem im wesentlichen senkrechten Voröffnungslichtbogen zu erleichtern.
Um eine Reaktivierung oder ein Wiederdurchschlagen des Lichtbogens zu verhindern, kann es vorteilhaft sein, der Vorrichtung e isolierende Scheibe hinzuzufügen, die zwischen die Kontakte einführbar ist, sobald sich diese öffnen, oder den Widerstand in Form von zwei parallel geschalteten Einzelwiderständen mit positivem Temperaturkoeffizienten zu realisieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen
1 eine Unterbrechungszone einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit geschlossenen Kontakten in schematischer Darstellung,
2 die Kontakte dieser Vorrichtung beim Öffnen,
3 den Kontaktbereich einer Doppelschaltvorrichtung in schematischer Darstellung,
4 eine Draufsicht gemäß der Schnittlinie IV-IV in 3 eines Kontaktbereichs mit zwei parallel angeordneten Widerständen mit positivem Temperaturkoeffizienten,
5 in schematischer Darstellung das Hinzufügen einer Unterbrecherscheibe zwischen den Kontakten,
6 eine Möglichkeit der Verbindung des Abzweigleiters mit dem festen Kontaktteil,
7 eine Variante des Kontaktbereichs, und
8 eine Variante des Widerstandsplättchens im Querschnitt.
Die in 1 dargestellte Schaltvorrichtung stellt einen Einschalter oder Überlastschalter dar mit einem Gehäuse 10, in welchem ein festes Stromzuführungs- oder Kontaktteil 11 und ein bewegliches Stromzuführungs- oder Kontaktteil 12 angeordnet sind, die eine feste 11a bzw. bewegliche 12a Kontaktpastille tragen. Die Pastillen 11a, 12a sind voneinander durch Anheben des Teils 12 in einer Richtung A senkrecht zu den Längsmittelebenen P-P', Q-Q' der dem Kontaktbereich benachbarten Abschnitte der Teile 11, 12 trennbar. Der feste und der bewegliche Teil 11 bzw. 12 dienen zur Stromzufuhr bzw. Ableitung – oder umgekehrt – und sind mit einer Eingangsklemme 13 bzw. einer Ausgangsklemme 14 der Vorrichtung verbunden.
Im Gehäuse 10 ist mit Abstand zum Kontaktbereich in der Richtung A und der dazu senkrechten Richtung B (parallel zu P-P' und Q-Q') eine Lichtbogenlöschkammer 15, eventuell mit Lichtbogenspaltflügeln 16 vorgesehen. Das bewegliche Kontaktteil 12 ist von einer Öffnungs- und Schließeinrichtung 17 betätigbar, welche den beweglichen Anker eines Elektromagneten 17a und/oder einen Auslösemechanismus 17b und/oder ein manuelles Steuerorgan 17c aufweist. Der bewegliche Teil 12 weist oberhalb der Kontaktpastille 12a ein Lichtbogenhorn 18 in Form einer Abkantung auf, welches eine zur Richtung A parallele, ebene oder zumindest im wesentlichen ebene äußere Fläche 18a aufweist.
In der Nähe des Kontaktbereichs ist dem festen Kontaktteil 11 ein Voröffnungsmittel 20, insbesondere Abzweigleiter, zugeordnet, und zwar zwischen dem Kontaktbereich und der Löschkammer 15. Das Mittel 20 kann, wenn auch weniger vorteilhaft, auch dem beweglichen Kontaktteil 12 zugeordnet sein. Das Voröffnungsmittel 20 hat in der dargestellten Ausführungsform die Form eines Winkels mit einem der äußeren Fläche 18a des beweglichen Lichtbogenhornes 18 gegenüberliegenden Schaltschenkel 21 mit Lichtbogenaufnahmefläche 21a parallel zur Fläche 18a und mit einem einem ebenen Abschnitt 11c des Teils 11 parallel zu P-P' gegenüberliegenden Verbindungsschenkel 22 zur Verbindung mit dem festen Kontaktteil 11 mittels eines Verbindungsbereiches 22a. Das Ende des Teils 11, welches die feste Kontaktpastille 11a trägt, ist jenseits des Verbindungsabschnitts 11c angeordnet. Der Verbindungsschenkel 22 ist bezüglich des Schenkels 21 auf der den Kontakten abgewandten Seite parallel zur Ebene P-P' angeordnet. Die Schenkel 21 und 22 stehen also senkrecht aufeinander.
Zwischen dem Schenkel 22 und dem ebenen Verbindungsabschnitt 11c des Teils 11 ist ein Stromstärkebegrenzungsmittel 30 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform wird das Begrenzungsmittel 30 bevorzugt durch ein Widerstandsplättchen mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC) gebildet. Das Begrenzungsmittel könnte auch im Bereich des Schenkels 21 angeordnet sein, und es könnte auch aus irgendeinem statischen Begrenzungsmittel gebildet sein, dessen Widerstandskurvenverlauf in Abhängigkeit von der Stromstärke einen Knick oder eine scharfe Biegung aufweist. Die dargestellte Anordnung hat den Vorteil, dass das Plättchen, welches eine mit der ebenen Fläche 11c des festen Kontaktteils 11 in Kontakt stehende Oberfläche 30a und eine mit dem Schenkel 22 des Abzweigleiters 20 in Verbindung stehende Oberfläche 30b aufweist, auf diese Weise in inniger thermischer Verbindung mit dem festen Teil 11 steht, welches den bei geschlossener Vorrichtung zwischen den Anschlussklemmen 13 und 14 fließenden Nennstrom I leitet, wodurch der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Betätigung des Begrenzungsmittels minimiert wird. Durch ein Befestigungs- und Klemmittel 31 kann auf getrennte, d. h. lösbare Weise das Voröffnungsmittel 20 auf dem festen Kontaktteil 11 befestigt und das Widerstandsplättchen 30 zwischen diesen beiden eingespannt werden. Wie man sieht, bildet die Verbindungsfläche 30a bei dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel den Verbindungsbereich 22a.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Unter der Annahme, dass die Kontakte zunächst geschlossen sind, fließt ein Nennstrom I zwischen den Anschlussklemmen 13 und 14 über einen Pfad C1, welcher das bewegliche Teil 12, die Kontakte 12a und 11a, den Endabschnitt 11b und den Verbindungsabschnitt 11c des festen Teils 11 umfasst. Bei Betätigung der Einrichtung 17 wird das Leitungsteil 12 angehoben und die Kontakte 11a, 12a trennen sich unter Erzeugung eines Lichtbogens A1 zwischen den Kontaktpastillen, wobei dieser Lichtbogen anfänglich in der Richtung A orientiert ist. Sobald der die Kontakte trennende Abstand größer wird als ungefähr der Abstand e, der die feste Fläche 21a und die gegenüberliegende bewegliche Fläche 18a trennt und bevorzugt zwischen 1 und 3 mm gewählt wird, wandelt sich der Lichtbogen A1 in einen Voröffnungslichtbogen A2 zwischen diesen beiden Flächen um, welcher daher nun längs der zu der Richtung A senkrechten Richtung B orientiert ist. Das in dem Raum geringer Größe e erzeugte Plasma begünstigt das Auftreten und die Beibehaltung des Lichtbogens A2, so dass die Belastung u Abnutzung der Kontakte reduziert ist. Der Strom fließt also weiterhin zwischen den Anschlussklemmen 13 und 14, nun jedoch längs eines Strompfades C2, welcher das bewegliche Teil 12, das Horn 18, den Lichtbogen A2, die Schenkel 21 und 22 des Voröffnungsmittels 20, das Widerstandsplättchen 30 und den Verbindungsabschnitt 11c des fes ten Kontaktteils 11 umfasst. Dieser Strom wird begrenzt, sobald er den Knick in der Widerstandscharakteristik mit positivem Temperaturkoeffizienten übersteigt, wodurch der gewünschte Schutz gewährleistet ist.
Anschließend wandelt sich der Voröffnungslichtbogen A2 bei weiterem Anheben des Leitungsteils 12 in einen mit A3 bezeichneten Unterbrechungslichtbogen um, welcher sich zwischen dem Horn 18 und den Löschflügeln 16 entwickelt, bis zur vollständigen Auslöschung, wobei der Strompfad C2 unterbrochen wird, sobald der Lichtbogen A2 verschwindet.
Wie man anhand von 3 sieht, kann die Unterbrechungsvorrichtung auch als Doppelunterbrecher ausgebildet sein mit zwei Voröffnungsteilen 41, 42, insbesondere Abzweigleitern, welche symmetrisch in Bezug auf eine Achse X-X' der Brücke 12 auf den jeweiligen festen Kontaktteilen 43, 44 unter Zwischenschaltung eines PTC-Widerstandsplättchens 45, 46 angeordnet sind. Diese Plättchen haben bevorzugt eine übereinstimmende Charakteristik.
Das Voröffnungsmittel 20 kann zwei zur Richtung B parallele (siehe 2 und 4) Flügel 23, 24 aufweisen, welche die Kontaktzone bilden, um das magnetische Löschen des Lichtbogens zu unterstützen. Der PTC-Widerstand 30 kann aus mehreren Einzelwiderständen zusammengesetzt sein, beispielsweise aus zwei parallel zueinander angeordneten Einzelwiderständen 30c, 30d (siehe 4), um auf diese Weise die beiden vorteilhafterweise unterschiedlich ausgelegten Widerstände, nacheinander kippen zu lassen, nämlich zunächst den geringeren Widerstand 30c und danach den größeren Widerstand 30d.
Um zu dem gleichen Ergebnis zu gelangen, kann man auch eine isolierende Unterbrecherscheibe 50 verwenden (5), welche zwischen die Kontakte 11a, 12a eingeführt wird, wenn diese sich voneinander trennen.
6 zeigt eine Montagemöglichkeit des lösbaren Voröffnungsmittels 20 auf dem Verbindungsabschnitt 11c des festen Kontaktteils 11. Das Befestigungs- und Klemmmittel 31 ist beispielsweise eine in eine Ausnehmung des Voröffnungsmittels 20 und des Plättchens 30 so wie in eine Ausnehmung des Teils 11 mittels einer isolierenden Schicht 32 zwischen Abstützelementen 25 des Voröffnungsmittels 20 und dem Abschnitt 11c und einer in die Ausnehmung des Teils 11 eingesetzten Isolierhülse 33 eingespannte Schraube.
Als Variante kann das Strombegrenzungsmittel 30 auch zwischen zwei Bestandteilen des Abzweigleiters 20 eingeklemmt sein.
7 zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher das Voröffnungsmittel 20 auf dem Verbindungsabschnitt 11c des festen Kontaktteils 11 befestigt ist, wobei das Widerstandsplättchen 30 auf der Fläche 22a des dem Teil 11 gegenüberliegenden Schenkels 22 angeordnet ist. Auf der Oberseite des Plättchens 30 ist ein Flügel 61 eines Reflektorteils 60 befestigt. Das Teil 60 umfasst einerseits einen zum Schenkel 21 des Voröffnungsmittels 20 parallelen Schenkel 62, um einen Abstand e' geringer Dicke zwischen diesen Schenkeln festzulegen und andererseits ein Reflektorende 63, welches zur Unterbrecherkammer 15 gerichtet ist.
8 zeigt ein PTC-Widerstandsplättchen 30, dessen eine Kontaktfläche, beispielsweise 30b, schräg verläuft, um eine vorbestimmte Widerstandsänderung zu bewirken.

Claims

Elektromechanische Schaltvorrichtung mit – mindestens einem festen Kontakt (11a) und einem beweglichen Kontakt (12a), die voneinander trennbar auf einem festen Kontaktteil (11) bzw. auf einem beweglichen Kontaktteil (12) angeordnet sind, – einer Funkenkammer (15) und einem Abzweigleiter zur Aufnahme des Endes eines durch Überspringen einer dielektrischen Strecke bei der Trennung der Kontakte (11a, 12a) erzeugten Lichtbogens (A1, A2), welcher durch Löscheinrichtungen in Richtung auf die Funkenkammer (15) getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Abzweigleiter (20) eine Aufnahmefläche (21a) für das Lichtbogenende und einen Bereich (22a) zur Verbindung mit dem festen Kontaktteil (11) aufweist, um zwischen dieser Fläche (21a) und diesem Bereich (22a) einen Übergangsstrompfad (C2) für den Voröffnungsstrom zu bestimmen, – und dass ein Strombegrenzungsmittel (30) im Übergangsstrompfad (C2) zwischen der Aufnahmefläche (21a) und dem Verbindungsbereich (22a) eingeschaltet ist.
Elektromechanische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmefläche (21a) des Lichtbogenen des parallel zu der Bewegungsrichtung (A) des beweglichen Kontaktteils (12) verläuft.
Elektromechanische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strombegrenzungsmittel (30) auf das feste Kontaktteil (11) aufgesetzt ist, so dass es zu diesem eine Verbindungsfläche (30a) aufweist, welche den Verbindungsbereich (22a) bildet, und dass das Strombegrenzungsmittel (30) zwischen einem Schenkel (22) des Abzweigleiters (20) und einem Verbindungsabschnitt (11c) des festen Kontaktteils (11) befestigt oder eingespannt ist, wobei sich der Schenkel (22) parallel zu der Mittelebene (p-p') des festen Kontaktteils (11) erstreckt.
Elektromechanische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kontaktteil (12) eine Kontaktbrücke ist, während der Abzweigleiter (20) als Winkelelement mit einem zu der Bewegungsrichtung (A) der Brücke parallelen Schenkel (21) ausgebildet ist, wobei dieser Schenkel (21) die Aufnahmefläche (21a) für das Lichtbogenende aufweist, die durch eine kurze dielektrische Strecke (e) von einer parallelen Fläche (18a) der beweglichen Brücke getrennt ist, und mit einem Schenkel (22) zur Verbindung mit dem festen Kontaktteil (11).
Elektromechanische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strombegrenzungsmittel (30) ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten ist.
Elektromechanische Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits der Kontaktbrücke (12) ein Abzweigleiter (41, 42) mit zugeordnetem Widerstand (45, 46) mit positivem Temperaturkoeffizienten vorgesehen ist, wobei die beiden Widerstände im wesentlichen übereinstimmende Charakteristik auf weisen.
Elektromechanische Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (30) mit positivem Temperaturkoeffizienten aus zwei zueinander parallel geschalteten Einzelwiderständen (30c, 30d) besteht.