DE60225497T2

DE60225497T2 - Verschweissungsfreier Kontakt für elektromagnetische Schütze

Info

Publication number: DE60225497T2
Application number: DE60225497T
Authority: DE
Inventors: Xin Brookfield Zhou; Michael Thomas Milwaukee Little
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2022-03-16
Also published as: JP4224757B2; CN1387211A; CN1276447C; ATE389235T1; US6377143B1; EP1241699A1; EP1241699B1; BR0200952A; JP2002324469A; DE60225497D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektrische Schalteinrichtung und spezieller auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermeiden von Kontaktverschweißen folgend auf variable Fehlerstromzustände bzw. -bedingungen in einer elektromagnetischen Kontaktvorrichtung oder einem elektromagnetischen Schütz.
Elektromagentische Schütze werden in Starteranwendungen genutzt, um eine Last ein-/auszuschalten sowie auch eine Last, wie beispielsweise einen Motor von Überlaststrom zu stützten. Schütze werden als elektrische Schalteinrichtungen genutzt und weisen feste und bewegliche Kontakte auf, die, wenn sie geschlossen sind, elektrische Energie leiten. Sobald sie geschlossen sind, sind die Kontakte zueinander vorgespannt. Ein wohlbekanntes Problem mit Schützen, die zueinander vorgespannte Kontakte besitzen, ist das Schweißen bzw. Verschweißen der Kontakte bei dem Auftreten von einem Kurzschlussereignis.
Es gibt mehrere bekannte Verfahren zum Vermeiden von Kontaktverschweißen in elektrischen Schalteinrichtungen, wie beispielsweise einem elektromagnetischen Schütz. Ein Verfahren ist die Selektion von zusammengesetzten Materialen für die Kontakte, die Verschweißen bei Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom widerstehen. Im Allgemeinen können Kontakte aufgesprengt werden, aufgrund einer magnetischen Holmsche Engekraft, die größer ist als eine Vorspannungsfederkraft, die die Kontakte normalerweise geschlossen hält. Ein Lichtbogen bildet sich über die Kontakte, sobald sich die Kontakte trennen. Diese Lichtbogenenergie kann die Kontaktoberfläche schmelzen und wenn die Kontakte sich wieder schließen, wenn die Vorspannungsfederkraft die nachlassende Holmsche Engekraft übersteigt, bevor der Strom Null wird, können die Kontakte zusammen verschweißen. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Struktur können zusammengesetzte Kontaktmaterialen das Verschweißen der Kontakte vermei den und in einigen Fällen können sie dem leichten Verschweißen aufgrund von Ereignissen mit niedrigem Fehlerstrom widerstehen. Diese leichten Verschweißungen können einfach durch die Öffnungskraft von den Schützen gebrochen werden, wenn diese offen geschaltet werden.
Ein anderes Verfahren das für Bedingungen mit mittlerem Fehlerstrom verfügbar ist, umfasst magnetische Komponenten innerhalb eines Kontaktträgers, wobei die magnetischen Komponenten in betriebsmäßiger Assoziation mit dem Kontaktträger sind, um die Kontakte für eine Zeitperiode nach einem Fehler getrennt zu halten. Aufgrund der niedrigen thermischen Widerstände und der hohen Schmelzpunkte, verfestigen sich die Kontaktmaterialen nach dem Schmelzen schnell und zwar aufgrund von schnellem Kühlen durch Konvektion, Abstrahlung und Leitung. Vermeiden von Kontaktschließen für eine kurze Zeitdauer nach der Passage von dem Lichtbogenstrom durch die Kontakte kann somit eine ausreichende Zeit für die Kontakte vorsehen, um hart zu werden, und nicht zusammen zu verschweißen. Derartige Einrichtungen nach dem Stand der Technik offenbaren magnetische Komponenten, die die Vorspannungskräfte auf die Kontakte beeinflussen, um dadurch die Zeit vom Kontaktschließen zu verzögern, um das Abkühlen den Oberflächen von den Kontakten zu erlauben.
Ein anderes Verfahren zum Unterstützten beim Vermeiden von Kontaktverschweißen ist durch erzwungenes Öffnen der Schütze bei hohen Fehlerströmen. Ein Kurzschlussfehlerstrom erzeugt extrem hohen Lichtbogendruck über die Kontaktoberflächen in dem Schütz. Dieser Lichtbogendruck kann gerichtet werden, um die durch den Anker und die magnetische Spule erzeugte magnetische Kraft zu überwinden, um das Schütz zu öffnen.
Jedes von den oben erwähnten Verfahren zum Vermeiden von Kontaktverschweißen besitzt bestimmte Nachteile und Beschränkungen. Zum Beispiel ist das Verwenden eines Kontaktmaterials das Verschweißen widersteht brauchbar bei Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom, aber nicht bei mittleren bis hohen Fehlerströmen. Bei mittleren Fehlerströmen können magneti sche Komponenten verwendet werden um zusätzliche Zeit nach dem Strom Null vorzusehen, bevor sich der Kontakt wieder schließt, jedoch erfordern häufig reduzierte Raumanforderungen für das Schütz kleinere magnetische Komponenten für die magnetische Verriegelungsfunktion was zu einem Sättigungseffekt bei Fehlerströmen führt, die deutlich unterhalb eines spitzen Stromwerts liegen. Der Sättigungseffekt verursacht, dass die durch die magnetischen Komponenten erzeugte magnetische Kraft linear statt exponentiell zunimmt, was die Effektivität von der magnetischen Verriegelungsfunktion zum Vermeiden von Kontaktverschweißen limitiert. Aufsprengen während hoher Fehlerströme, kombiniert mit der durch die Vorspannungsfeder erzeugte erhöhte Kraft, wenn diese weiter komprimiert wird, schließt in ähnlicher Weise die Kontakte, bevor die Kontakte ausreichend abgekühlt sind, dadurch bewirkend, dass die Kontakte zusammen verschweißen.
Deshalb wäre es wünschenswert, ein elektromagnetisches Schütz zu besitzen, das geeignet ist unzähligen Fehlerströmen zu widerstehen, das für verschiedene physikalische Dimensionen von dem Schütz adaptierbar ist. Ein derartiges Schütz würde das Verschweißen von den Kontakten verhindern, und zwar bei Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom, Bedingungen mit mittlerem Fehlerstrom und Bedingungen mit hohem Fehlerstrom.
Weitere Aufmerksamkeit wird gelenkt auf das Dokument US-A-6 064 289 , welches einen elektromagnetischen Starter offenbart mit einem Überlastrelais, das eine Magnetflussabschirmung besitzt und zwar zur Nutzung in industriellen Schützanwendungen. Der Starter beinhaltet ein mehrpoliges gleichstromgesteuertes Schütz, welches verriegelt mit einer Überlastrelais gekoppelt ist. Das Schütz weist ein Gehäuse auf, und beinhaltet stationäre Kontakte, die in dem Schüttgehäuse montiert sind. Ein beweglicher Kontakt ist an einem beweglichen Kontaktträger montiert. Der bewegliche Kontakt ist in zu den stationären Kontakten vorgespannt durch einen beweglichen Kontaktvorspannungsmechanismus, welcher zwischen einer oberen Umschließung des beweglichen Kontaktträgers und dem beweglichen Kontakt montiert ist. Der bewegliche Kontakt ist schaltbar zwischen einer offenen Position und einer ge schlossenen Position und während er in der geschlossenen Position ist, erlaubt er es elektrischem Strom durch die stationären und beweglichen Kontakte zu fließen. Das Schütz weist ferner auf, einen Anker, der an dem beweglichen Kontaktträger befestigt ist, einen beweglichen Kontaktvorspannungsmechanismus, der zwischen der oberen Umschließung von dem beweglichen Kontaktträger und dem beweglichen Kontakt angeordnet ist, um den beweglichen Kontakt hin zu dem stationären Kontakt vorzuspannen, einen Ankervorspannungsmechanismus der zwischen dem Anker und einem Basisteil von dem Schützgehäuse angeordnet ist, zum Vorspannen des Ankers hin zu den stationären Kontakten einschließlich einer elektromagnetischen Spule, die in dem Schützgehäuse montiert ist und eine Anordnung in der ein Auftreten von einem hohen Fehlerstrom bewirkt, dass der Anker von der elektromagnetischen Spule entkoppelt wird.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein variables fehlerstrom-tolerierendes Schütz gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Vermeiden von Kontaktverschweißen unter Fehlerzuständen bzw. -bedingungen in einem Schütz gemäß Anspruch 17 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung sieht ein System und Verfahren vor, zum Vermeiden von Schweißen bzw. Verschweißen zwischen den beweglichen und stationären Kontakten in einem elektromagnetischen Schütz, welche die vorgenannten Nachteile überwindet und eine Vorrichtung vorsieht, die innerhalb eines großen Bereichs von Fehlerstromwerten betreibbar ist. Das Schütz bzw. die Kontaktiervorrichtung vermeidet Verschweißen der Kontakte bei Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom durch Fertigen der Kontakte unter Verwendung eines schweißwiderstandsfähigen Materials, bei Bedingungen mit mittlerem Fehlerstrom durch Verwendung von magnetischen Komponenten zum temporären Verriegeln der Kontakte in einer geöffneten Position bis der Fehlerstrom verschwindet und sich die Kontakte verfestigten und bei Bedingun gen mit hohem Fehlerstrom durch Hindern der Kontakte am eigenständigen erneuten Schließen bis das Schütz zurückgesetzt wird.
Die Erfindung beinhaltet ein Schütz das stationäre und bewegliche Kontakte besitzt, die zueinander vorgespannt sind, und die schaltbar sind zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position. Energieversorgung bzw. Erregung einer elektromagnetischen Spule greift ein in die Kontakte bzw. schaltet diese ein und zwar zum Erzeugen eines elektrischen Pfades für einen Stromfluss durch das Schütz. Eine elektromagnetische Spule wird genutzt, die die Nutzung von einer niedrigeren Halteleistung erlaubt, sobald sie eingreift. Die Erfindung nutzt Impulsmodulation nachdem das Schütz anfänglich eingreift um das Schütz in einer geschlossenen Position zu halten. Die Kontakte können ausgeschaltet bzw. entkoppelt werden und dann zurückgesetzt werden zu einer geschlossenen Kontaktposition durch Federvorspannung bei niedrigen und mittleren Fehlerstrombedingungen und zwar ohne Kontaktverschweißen mit der Nutzung von spezialisiertem Kontaktmaterial und mit der Nutzung von magnetischen Komponenten zum Kompensieren von niedrigem bzw. mittleren Fehlerströmen. Ein hoher Fehlerstrom erzeugt einen Aufsprengeffekt wenn der Anker sich von der elektromagnetischen Spule separiert und löst bzw. entkoppelt die stationären und beweglichen Kontakte permanent bis zur Anwendung von einem zweiten erregenden bzw. energieversorgenden Impuls an die elektromagnetische Spule mit oder oberhalb eines Aktivierungsschwellenpegels.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Schütz bzw. eine Kontaktiervorrichtung offenbart, die ein Schüttgehäuse mit innerhalb des Gehäuses befestigten stationären Kontakten und einer Kontaktbrücke, die bewegliche Kontakte besitzt, die an der Brücke befestigt sind, aufweist. Ein beweglicher Kontaktträger ist verschiebbar innerhalb des Schützgehäuses montiert und besitzt einen Vorspannungsmechanismus zwischen der Kontaktbrücke und dem beweglichen Kontaktträger zum Vorspannen der Kontaktbrücke und der beweglichen Kontakte hin zu den stationären Kontakten. Ein Anker ist an dem beweglichen Kontaktträger angebracht und wird in eine elektromagnetische Spule gezogen die in dem Schützgehäuse montiert ist um dadurch die beweglichen Kontakte auf die stationären Kontakte zu schließen, wenn die Spule durch eine erste Energiequelle mit Energie versorgt bzw. erregt wird. Eine zweite Energiequelle, die niedriger ist als die erste Energiequelle hält den Anker innerhalb der elektromagnetischen Spule bis er losgelassen wird oder ein hoher Fehlerstrom auftritt. Ein hoher Fehlerstrom erzeugt einen hohen Lichtbogendruck über die Kontakte innerhalb eines Lichtbogendruckumschließungsmechanismus der die stationären und beweglichen Kontakte der Art umgibt, dass der Anker von der elektromagnetischen Spule gelöst wird, und die beweglichen Kontakte von den stationären Kontakten öffnet bis die erste Quelle erneut an die elektromagnetische Spule angelegt wird.
Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein, variablen Fehlerstrom tolerierendes, Schütz das ein Schützgehäuse mit einem stationären Kontakt darin und einem Kontaktträger, der innerhalb des Schützgehäuses beweglich ist, aufweist. Ein beweglicher Kontakt ist innerhalb des beweglichen Kontaktträgers montiert und in betreibbaren Zusammenhang mit dem stationären Kontakt, ist schaltbar zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position und erlaubt es in der geschlossenen Position elektrischem Strom durch die stationären und beweglichen Kontakte zu fließen. Ein Anker ist an dem beweglichen Kontaktträger befestigt und ein beweglicher Kontaktvorspannungsmechanismus ist zwischen einer oberen Umschließung des beweglichen Kontaktträgers und dem beweglichen Kontakt angeordnet, um den beweglichen Kontakt hin zu dem stationären Kontakt vorzuspannen. Ein Ankervorspannungsmechanismus ist zwischen dem Anker und einem Basisteil von dem Schützgehäuse angeordnet zum Vorspannen des Ankers hin zu dem stationären Kontakt. Eine elektromagnetische Spule ist in dem Schützgehäuse montiert. Die Spule besitzt eine Aktivierungsleistungsschwelle die, sobald sie erreicht ist, den Anker in die Spule zieht, um dadurch den beweglichen Kontakt in Eingriff mit dem stationären Kontakt zu bringen, und eine reduzierte Halteleistungsschwelle um darauf hin die Kontakte im Eingriff zu halten. Bei einem hohen Fehlerstrom ist eine Anordnung vorgesehen, wobei die reduzierte Leistungsschwelle überwunden wird, um den Anker von der elektromagnetischen Spule zu trennen, um die Kontakte zu öffnen bis zur Regenerierung der Aktivierungsleistungsschwelle. Das Schütz bleibt dann geöffnet bis es mit einem Erregungsimpuls zurückgesetzt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren offenbart zum Verhindern von Kontaktschweißen bzw. -Verschweißen. Das Verfahren beinhaltet Vorsehen eines Paares von Kontakten, die ein schweißwiderstandsfähiges Material aufweisen, wobei die Kontakte zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen bzw. geöffneten Position mit Bezug auf den anderen Kontakt, beweglich sind. Eine elektromagnetische Spule wird mit Energie versorgt bzw. erregt mit einer ersten Leistungsquelle zum Erzeugen eines elektrischen Pfades durch das Paar von Kontakten, wenn die Kontakte in der geschlossenen Position sind. Bei mittleren bis hohen Fehlerstrombedingungen werden die Kontakte geöffnet aufgrund einer hohen Holmschen Engekraft auf der Oberfläche von den Kontakten. Bei mittleren Fehlerströmen, verbleiben die Kontakte temporär geöffnet nachdem der Fehlerstrom sich aufgelöst hat, zum Vorsehen ausreichender Zeit zum Abkühlen, was dadurch ein Verschweißen der Kontakte verhindert. Durch physikalisches Variieren der Distanz zwischen zwei magnetischen Komponenten kann die Verzögerungszeit bis zum Kontaktschließen eingestellt werden. Nach einem hohen Fehlerstrom sind die Kontakte aufgesprengt und verbleiben in einer geöffneten Position bis die erste Energiequelle erneut an die elektromagnetische Spule angelegt wird, zum Überwinden der Aktivierungsleistungsschwelle und um die Kontakte zusammenzuziehen.
Verschiedene andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar, das vorliegend zum Ausführen der Erfindung in Erwägung gezogen wird.
In den Zeichnungen zeigen die Figuren Folgendes:
1 ist eine perspektivische Ansicht von einem schweißfreien elektromagnetischen Schütz in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht von dem Schütz von 1, wobei die Abdeckung und die Lichtbogenabschirmungen entfernt sind zum Darstellen des beweglichen Kontaktträgers und interner Komponenten.
2A ist eine perspektivische Explosionsansicht von einem Teil von dem Schütz von 2.
3 ist ein Grundriss von oben von dem Schütz entlang der Linie 3-3 von 1.
4 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung von dem Schütz entlang der Linie 4-4 von 3 wobei das Schütz in einer gewöhnlichen geöffneten Position vor der Erregung der elektromagnetischen Spule ist.
5 ist eine Schnittansicht von der Seite entlang der Linie 5-5 von 3 wobei das Schütz in einer gewöhnlichen geöffneten Position vor der Erregung der elektromagnetischen Spule ist.
6 ist eine Ansicht ähnlich der 4, die das Schütz in einer geschlossenen Position unter normalen Betriebsbedingungen nach der Erregung von der elektromagnetischen Spule zeigt.
7 ist eine Ansicht ähnlich der 5, die das Schütz in einer geschlossenen Position unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen nach der Erregung der elektromagnetischen Spule zeigt.
8 ist eine vergrößerte Teilansicht entlang der Linie 8-8 von 7, die den Abstand zwischen den magnetischen Komponenten bei gewöhnlichen Betriebsbedingungen zeigt.
9 ist eine Ansicht ähnlich der 4, nach dem Aufsprengen von einem mittleren bis hohen Fehlerstrom, die Kontakte in einer verriegelten geöffneten Position zeigend.
10 ist eine Ansicht ähnlich der 8, wobei der Abstand zwischen den magnetischen Komponenten bei einem Minimum ist und die Kontakte geöffnet sind.
11 ist eine Ansicht ähnlich der 4, nach dem Aufsprengen von einem hohen Fehlerstrom, die Kontakte geöffnet und halbverriegelt anzeigend.
12 ist eine Ansicht ähnlich der 8 nach dem Aufsprengen von einem hohen Fehlerstrom wobei die Kontakte geöffnet und halb verriegelt sind und die magnetischen Komponenten getrennt sind.
13 ist ein Blockdiagramm von einem System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Bezugnehmend auf 1 ist eine schweißfreie elektromagnetische Kontaktiervorrichtung bzw. ein Schütz 10 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Das verschweiß- bzw. schweißfreie elektromagnetische Schütz 10 beinhaltet ein elektromagnetisches Schütz zum Schalten von Versorgungsstrom zu einem Motor wie später in Bezug auf 13 beschrieben werden wird. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Schüttgehäuse 12 ausgelegt zum Ermöglichen einer Verbindung zu einem Überlastrelais (nicht gezeigt) zur Nutzung in einem Starter, der in industriellen Steueranwendungen wie beispielsweise einer Motorsteuerung, betrieben wird. Verbindungsschlitze 16 innerhalb einer Gehäusewand 18 des elektromagnetischen Schützes 10 sind vorgesehen zum Sichern eines derartigen Überlastrelais an das Schütz. Aussparungen bzw. Aperturen 23, die auf der Gehäusewand 18 angeordnet sind, ermöglichen elektrische Verbindungen von Leitungsdrähten mit dem Schütz 10. Das Schütz 10 beinhaltet eine Plattform 24, die integral ist mit und sich im Wesentlichen quer zu der Ebene von der Schützwand 18 erstreckt. Die Plattform 24 beinhaltet Träger 26 zum Tragen bzw. Unterstützen von flexiblen Spulenanschlüssen 28, die sich aus dem inneren des Schützes 10 nach außen erstrecken. Wenn es gekoppelt ist, wird das Überlastrelais über die Plattform 24 platziert zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit den flexiblen Spulenanschlüssen 28. Während das gezeigte Schütz ein dreipoliges Schütz ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Bezugnehmend auf 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht von dem, variablen Fehlerstrom tolerierenden, Schütz 10 mit der Gehäuseabdeckung 30 und einem Satz von Bogen- bzw. Lichtbogendruckzurückhaltemechanismen oder Lichtbogenschirmen 32 entfernt gezeigt zum Darstellen einer Kontaktträgeranordnung 34. Schrauben 36 sichern die Gehäuseabdeckung 30 an dem Schützgehäuse 12. Die Kontaktträgeranordnung 34 ist verschiebbar in dem Schützgehäuse 12 montiert. Ein paar von inneren Gehäuseleitwänden 38 sehen einen Stoppmechanismus für die Schützträgeranordnung 34 in dem Fall von einem hohen Fehlerstrom vor, wie hier im Folgenden beschrieben wird. Leitlappen 40 ermöglichen eine richtige Ausrichtung von der Gehäuseabdeckung 30 während der Befestigung an dem Schütz 10.
Die Lichtbogenschirme 32 umschließen jeden Satz von Kontakten um jedwelche erzeugten elektrischen Lichtbogen und daher stammende Gase innerhalb der Abgrenzung von den Lichtbogenschirmen zu halten. Die Präsenz von den Lichtbogenschirmen 32 schützt auch das Plastikgehäuse und zieht jedwelchen Lichtbogen zwischen den Kontakten an. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Lichtbogendruck durch ein paar von Lichtbogenschirmen 32 eingedämmt, die an dem Schützgehäuse 12 gesichert sind, um jeden Satz von Kontakten zu Umgeben und zwar für insgesamt sechs Lichtbogenschirme in einem dreipoligen Schütz.
Bezugnehmend auf 2A ist eine Explosionsansicht von der Kontaktträgeranordnung 34 gezeigt. Die Kontaktträgeranordnung 34 besitzt einen beweglichen Kontaktträger 44, welcher wiederum drei obere Umschließungen 46 besitzt, die Paare von sich aufwärts erstreckenden Seiten 48 besitzen. Die Kontaktträgeranordnung 34, ist so konstruiert, dass sie innerhalb des Schütz gehäuses 12 der 2 beweglich montierbar ist. Der bewegliche Kontaktträger 44 und die Kontakte sind schaltbar zwischen einem nicht erregten Zustand mit offenem Kontakt und einem erregten Zustand mit geschlossenem Kontakt. Der geschlossene Zustand erlaubt den Fluss von elektrischem Strom zwischen einem Satz von beweglichen Kontakten 50 in betriebsmäßiger Assoziation mit einem Satz von stationären Kontakten 42 auf eine wohl bekannte Art und Weise. Jeder Satz von beweglichen Kontakten 50 ist an einer Kontaktbrücke 52 montiert, die sich in Fenstern 54 von dem beweglichen Kontaktträger 44 bewegt. Die beweglichen Kontakte 50 und die Kontaktbrücken 52 sind vorgespannt gegen den Satz von stationären Kontakten 42, wenn sie in einer Position mit geschlossenem Kontakt sind, wie am besten in 6 gezeigt ist, und zwar durch Vorspannungsmechanismen oder Federn 60, die angeordnet sind, zwischen den oberen Umschließungen 46 von dem beweglichen Kontaktträger 44 und den Kontaktbrücken 52, die die beweglichen Kontakte 50 unterstützen.
Noch bezugnehmend auf 2A ist eine erste magnetische Komponente 62 an jeder Kontaktbrücke 52 angeordnet und ist positioniert zwischen den Brücken 52 und einer niedrigeren Oberfläche von Fenstern 54, und zwar wenn sie zusammengesetzt ist. Die ersten magnetischen Komponenten 62 sind verschiebbar beweglich mit den beweglichen Kontakten 50 und den Kontaktbrücken 52 in einer Aufwärtsrichtung hin zu der oberen Umschließung 46. Ein Satz von zweiten magnetischen Komponenten 64 ist fixierbar befestigt in den sich aufwärts erstreckenden Seiten 48 zwischen den beweglichen Kontakten 50 und den oberen Umschließungen 46 und zwar eine bestimmte Distanz entfernt von den ersten magnetischen Komponenten 62, wenn sich die beweglichen Kontakte 50 in einer Position mit geschlossenem Kontakt befinden. Jede von den sich aufwärts erstreckenden Seiten 48 in dem beweglichen Kontaktträger 44 besitzt Schlitze 66, 68 um darin die zweiten magnetischen Komponenten 64 zu empfangen und fixierbar zu halten. Ein paar von Schrauben 69 sichert einen Anker 70 an den beweglichen Kontaktträger 44. Ein Leitstift bzw. -pin 71 ist an dem Anker 70 befestigt, wie vollständiger mit Bezug auf 4 erläutert werden wird.
Bezugnehmend auf 3 ist eine Draufsicht entlang der Linie 3-3 von 1 von dem schweißfreien variablen Fehlererstrom Schütz 10 gezeigt, wobei die Gehäuseabdeckung entfernt ist. Schrauben 36 für die Gehäuseabdeckung sind diametral entgegengesetzt von einer zentralen Position 76 von dem Schütz 10 zum Ermöglichen des Schließens der Gehäuseabdeckung auf das Schützgehäuse 12. Jede von den Kontaktbrücken 52 ist in paralleler Ausrichtung und besitzt Kontaktvorspannungsfedern 60, die zentral darauf angeordnet sind. Die Vorspannungsfedern 60 sind an dem beweglichen Kontaktträger gesichert und spannen die beweglichen Kontakte vor gegen die stationären Kontakte. Drahtleitungen (nicht gezeigt) treten in das Schützgehäuse 12 über Gehäuseöffnungen 23 ein und sind mittels Klemmen (lugs) 79 an Leiter 80 gesichert. Die Leiter 80 ermöglichen den Fluss von elektrischem Strom durch das Schütz 10, wenn sich die Kontakte 42, 50 in einer geschlossenen Position befinden.
Jetzt bezugnehmend auf 4 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung von dem Schütz 10 entlang der Linie 4-4 von 3 gezeigt. Das Schütz 10 ist in einer gewöhnlichen geöffneten Betriebsposition vor der Erregung von einer elektromagnetischen Spule 82 mit den Kontakten 42, 50 separiert und geöffnet, gezeigt. Die elektromagnetische Spule 82 ist an dem Schützgehäuse 12 gesichert und ist ausgelegt um eine initiale erste Energiequelle oder einen Einschaltimpuls zu empfangen und zwar bei oder oberhalb einer Aktivierungsleistungsschwelle, die den Anker 70 in die elektromagnetische Spule 82 zieht. Der bewegliche Kontaktträger, an dem Anker 70 gesichert, wird auch hin zu der elektromagnetischen Spule 82 gezogen. Die beweglichen Kontakte 50, die durch die Feder hin zu den stationären Kontakten 42 vorgespannt sind, werden jetzt zum Schließen auf die stationären Kontakte 42 und zum Vorsehen eines Strompfads positioniert. Nach der Erregung von der elektromagnetischen Spule 82, wird eine zweite Energiequelle, wie beispielsweise ein PWM Haltestrom, die niedriger als die erste Energiequelle ist für die Spule 82 vorgesehen. Die zweite Energiequelle ist bei oder oberhalb einer reduzierten Halteleistungsschwelle von der elektromagnetischen Spule und hält die Position von dem Anker 70 in der Spule 82 bis sie entfernt wird oder ein hoher Fehlerstrom auftritt, dadurch die reduzierte Leistungsschwelle überwindend zum Lösen des Ankers von der Spule bis zur Regeneration von einem Einschaltimpuls der die Aktivierungsleistungsschwelle übersteigt. Das Auftreten von einem hohen Fehlerstrom und die resultierende Lösung bzw. Entkopplung des Ankers 70 verursacht das Öffnen von dem Schütz und zwar folgend auf den hohen Fehlerstrom, der durch die Kontakte 42, 50 geht.
Die elektromagnetische Spule 82 beinhaltet eine magnetische Anordnung 86 die auf eine herkömmliche Art und Weise durch Spulenwindungen 82 umgeben ist, und auf einem Basisteil 88 von dem Schützgehäuse 12 positioniert ist. Die magnetische Anordnung 86 ist typischerweise ein solides Eisenglied. Vorzugsweise wird die elektromagnetische Spule 82 durch Gleichstrom angetrieben bzw. erregt und wird durch eine Impulsbreitenmodulationsschaltung gesteuert zum Limitieren von Strom nachdem Einschaltimpuls, wie vorher beschrieben. Wenn sie erregt ist, zieht die magnetische Anordnung 86 den Anker 70 an, welcher mit dem beweglichen Kontaktträger 44 verbunden ist. Der bewegliche Kontaktträger 44 wird zusammen mit dem Anker 70 hin zu der magnetischen Anordnung 86 mit dem Leitstift bzw. -pin 71 geleitet.
Der Leitstift 71 ist mit Presspassung oder sicher in dem Anker 70 befestigt, welcher an dem beweglichen Kontaktträger 44 befestigt ist. Der Leitstift 71, ist gleitbar entlang einer Leitoberfläche 94 innerhalb der magnetischen Anordnung 86. Der einzelne Leitstift 71 ist zentral angeordnet und wird verwendet beim Vorsehen eines glatten und ebenen Pfads für den Anker 70 und den beweglichen Kontaktträger 44, wenn er sich zu und von der magnetischen Anordnung 86 bewegt. Der bewegliche Kontaktträger 44 wird an seinem oberen Ende 96 durch die inneren Wände 97, 98 auf dem Schützgehäuse 12 geleitet. Der Leitstift 71 ist durch einen Ankervorspannungsmechanismus oder eine elastische Ankerrückkehrfeder 99 teilweise umschlossen, welche komprimiert wird, wenn sich der bewegliche Kontaktträger 44 hin zu der magnetischen Anordnung 86 bewegt. Die Ankerrückkehrfeder 99 ist zwischen der magnetischen Anordnung 86 und dem Anker 70 positioniert zum Vorspannen des be weglichen Kontaktträgers 44 und des Ankers 70 weg von der magnetischen Anordnung 86. Ein paar von Schützbrückenstopps 100 limitieren die Bewegung von der Kontaktbrücke 52 hin zu den Lichtbogenschirmen 32, während eines Ereignisses mit hohem Fehlerstrom wie vollständiger erörtert werden wird, mit Bezug auf 12. Die Kombination von dem Leitstift 71 und der Ankerrückkehrfeder 99 fördert eine gerade Abwärtsbewegung von dem beweglichen Kontaktträger 44 und hilft beim Vermeiden von Kippen oder Verriegeln bzw. Sperren, was während dem Kontaktschließen auftreten kann. Wenn der bewegliche Kontaktträger 44, zusammen mit dem Anker 70, hin zu der erregten magnetischen Anordnung 86 gezogen wird, übt der Anker 70 eine komprimierende Kraft gegen die elastische Ankerrückkehrfeder 99 aus. Zusammen mit dem Leitstift 71 bewegen sich der bewegliche Kontaktträger 44 und der Anker 70 entlang einer Leitoberfläche 94 um einen im Wesentlichen ebenen bzw. geraden Bewegungspfad für den beweglichen Kontaktträger 44 vorzusehen.
Bezugnehmend auf 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht von dem Schütz 10 in der normalen geöffneten Betriebsposition vor der Erregung der elektromagnetischen Spule 82 abgebildet. Anfangs ist der Anker 70 durch die elastische Ankerrückkehrfeder 99 weg von der magnetischen Anordnung 86 hin zu den Gehäusestopps 102 vorgespannt, was zu einer Trennung zwischen dem Anker und dem Kern führt. Die Kontaktträgeranordnung 34 bewegt sich auch weg von der magnetischen Anordnung 86 aufgrund des Ankervorspannungsmechanismus 99, welcher eine Separation zwischen den beweglichen Kontakten 50 und den stationären Kontakten 42 kreiert, den Fluss von elektrischem Strom durch die Kontakte 42, 50 verhindernd. Vorspannungsfedern 60, angeordnet zwischen jeder von den Kontaktbrücken 52 und den zweiten magnetischen Komponenten 64, werden auf ein Maximum für jeden Satz von Kontakten 42, 50 erstreckt, was zu einem maximalen Abstand 61, zwischen der ersten magnetischen Komponente 62 und der zweiten magnetischen Komponente 64 führt.
6 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung von dem Schütz 10, ähnlich der 4, wobei aber die Kontakte 42, 50 in einer geschlossenen Position gezeigt sind. Das Schütz 10 ist in einer normalen geschlossenen Betriebsposition nach der Erregung von der elektromagnetischen Spule 82. Der Anker 70 wird in die elektromagnetische Spule 82 durch die erste Energiequelle oder einem Einschaltimpuls hineingezogen und wird dann in der Spule durch die zweite Energiequelle oder einem PWM Haltestrom gehalten. Der bewegliche Kontaktträger 44 ist hin zu der elektromagnetischen Spule 82 verschoben, einen Abstand, im Allgemeinen bezeichnet als 103, zwischen dem oberen Ende 96 von dem beweglichen Kontaktträger 44 und der Gehäuseabdeckung 30 verursachend. Die Feder 60 ist komprimiert, den Abstand 61 zwischen den magnetischen Komponenten 62, 64 vermindernd. Das Schützgehäuse 12 besitzt den Satz von stationären Kontakten 42, die auf Leitern 80 montiert sind. In der geschlossenen Position sind die beweglichen Kontakte 50 positioniert zum Leiten vom elektrischen Strom durch die stationären Kontakte 42, die Leiter 80 und die Kontaktbrücken 52. In der geöffneten Position befindlich, sind die Strompfade unterbrochen.
Die Kontakte 42, 50 weisen vorzugsweise ein Silberoxidmaterial auf, um Schweißen bzw. Verschweißen von den Kontakten zu vermeiden. Bei Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom sind die Silberoxidkontakte geeignet Lichtbögen mit Strombereichen von bis zu 2500 bis 3000 Ampere in der Spitze zu widerstehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Kontakte 42, 50 ein Silberzinnoxidmaterial auf, um Schweißen bzw. Verschweißen von den Kontakten unter Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom zu eliminieren. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Silberzinnoxidmaterial gebildet durch Verarbeiten einer Silberlegierung unter Verwendung einer internen Oxidationsbehandlung oder eines Koextrusionsprozesses. Das bevorzugte Silberzinnoxidmaterial ist EMB12 das kommerziell verfügbar ist von Metalor Contacts France SA in Courville-Sur-Eure, Frankreich und 10% Zinnoxid (SnO₂), 2% Wolframoxid (Bi₂O₃) und als Rest reines Silber (Ag) und Spuren von Verunreinigungen besitzt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Kontakte 42, 50 alternativ ein Silber- und Kadmiumoxidmaterial aufweisen.
7 ist eine seitliche Ansicht von dem Schütz 10 in der normalen geschlossenen Position bei normalen Betriebsbedingungen nach der Erregung von der elektromagnetischen Spule 82 wobei der Anker 70 in die Spule hineingezogen ist, und maximal entfernt beabstandet ist von den Gehäusestopps 102. Die beweglichen Kontakte 50 sind hin zu den stationären Kontakten 42 vorgespannt durch den beweglichen Kontaktvorspannungsmechanismus 60, um den Schluss von den Kontakten 42, 50 zu halten und den Fluss von elektrischem Strom zu erlauben. Die stationären Kontakte 42 sind auf den Leitern 80 positioniert um Ausrichtung mit den beweglichen Kontakten 50 während des Schließens von den Kontakten 42, 50 zu erlauben. Das Absenken von dem Leitstift 71 hin zu dem Basisteil 88 bewirkt, dass sich der bewegliche Kontaktträger 44 in die gleiche Richtung wie der Leitstift 71 bewegt und den beweglichen Kontaktvorspannungsmechanismus 60 komprimiert.
8 ist eine vergrößerte Ansicht von einem Teil von 7, einem beweglichen Schützträger 44 mit den magnetischen Komponenten 62, 64 in der normalen geschlossenen Betriebsposition zeigend. Bei Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom wird das Kontaktverschweißen gehindert durch das Material von den Kontakten sogar obwohl die Kontakte manchmal aufgesprengt werden können. Das Material verhindert das Verschweißen bei diesen niedrigen Fehlerströmen. Die Feder 60 spannt die erste magnetische Komponente 62 weg von der zweiten magnetischen Komponente 64 vor, um eine Lücke 61 dazwischen zu kreieren, die bei einem Maximum vor der anfänglichen Erregung von der elektromagnetischen Spule 82, ist. Nach der anfänglichen Erregung von der Spule 82 nimmt die Lücke 61 aufgrund der Komprimierung von der Feder 60 ab, was dazu führt, dass sich die magnetischen Komponenten 62, 64 näher zu einander bewegen.
Jetzt bezugnehmend auf 9 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung von dem Schütz 10 ähnlich der 4 und 6 gezeigt bei Bedingungen mit mittlerem Fehlerstrom, nach der Erregung von der elektromagnetischen Spule 82. Obwohl es von der Schützgröße abhängig ist, können für gewöhnlich mitt lere Fehlerströme auftreten für Ströme im Bereich zwischen 3000 bis 7500 Ampere in der Spitze.
Ein mittlerer Fehlerstrom kann hohe Holmsche Engekräfte über die Kontaktoberflächen in dem Schütz 10 generieren. Derartige hohe Holmsche Engekräfte überwinden häufig den Kontaktvorspannungsmechanismus 60 und führen zu einem Aufsprengen von den Kontakten 42, 50. Der Anker 70 verbleibt innerhalb der elektromagnetischen Spule 82 auf Grund des reduzierten Haltestroms, welcher vorzugsweise eine impulsbreiten-modulierte Leistungsquelle ist. D. h. die Spule 82 bleibt erregt, aber den beweglichen Kontakten 50 ist es erlaubt, weg von den stationären Kontakten 42 aufgesprengt („blow open") zu werden. Nachdem sie aufgesprengt sind, werden die Kontakte 42, 50 auseinander gezogen und verbleiben auseinander voneinander und zwar in einer geöffneten Position für einige wenige Millisekunden durch die magnetische Anziehung zwischen den magnetischen Komponenten 62, 64 bis zum erneuten Schließen durch den Vorspannungsmechanismus 60 folgend auf das Nachlassen bzw. Auflösen des mittleren Fehlerstroms nach dem Strom Null bzw. Nulldurchgang des Stroms.
Bezugnehmend auf 10 ist eine vergrößerte Ansicht von einem Teil von 9 ähnlich der 8, gezeigt. Nachdem die Kontakte aufgrund eines mittleren bis hohen Fehlerstroms aufgesprengt worden sind, wird die Feder 60 komprimiert und die Lücke 61 zwischen der ersten magnetischen Komponente 62 und der zweiten magnetischen Komponente 64 ist minimal. Das Auftreten eines derartigen Lichtbogens bewirkt ein Verriegeln der magnetischen Komponenten 62, 64 aufgrund der Präsenz von einer erhöhten magnetischen Kraft zwischen den magnetischen Komponenten. Der Anker 70 verbleibt zwischen der elektromagnetische Spule 82 und wird darin gehalten durch den reduzierten Haltestrom. Die beweglichen Kontakte 50 werden offen gehalten durch die magnetischen Komponenten 62, 64 und zwar für eine Zeitperiode nach dem der Fehlerstrom sich aufgelöst hat, dadurch dass Verschweißen von den Kontakten 42, 50 während eines derartigen mittleren Fehlerstromereignisses vermeidend. Diese Verzögerungszeit zum Kontaktschließen nach der Fehlerbe dingung ist abhängig von der Zeit für das Auflösen des magnetischen Felds sowie auch des Bewegungsbereichs.
11 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung von dem Schütz 10, ähnlich zu den 4, 6 und 9, nachdem die Kontakte aufgesprengt worden sind von einem hohen Fehlerstrom, der durch die Kontakte 42, 50 geht. Die Lichtbogenschirme 32 sind an dem Schützgehäuse 12 gesichert um dadurch im Wesentlichen die Kontakte 42, 50 zu umschließen und enthalten jedwelche erzeugten elektrischen Lichtbögen und heiße Gase als ein Ergebnis des Lichtbogenschlags innerhalb der Umschließungen von den Lichtbogenschirmen 32. Die enthaltenen Gase erzeugen einen Druck innerhalb der Lichtbogenschirme 32 bis die Lichtbogendruckkraft über die Oberflächen von den Kontakten 42, 50 den Vorspannungsmechanismus 60 überwindet um die Kontakte weiter zu separieren. Obwohl sie von der Größe und Anwendung von dem Schütz abhängig sind, besitzen hohe Fehlerströme wiederum typische Stromwerte oberhalb von 7500 Ampere als Spitzenwert. Die Holmsche Engekraft und der Lichtbogendruck, die durch die hohen Fehlerströme erzeugt werden, trennen die Kontakte 42, 50 und drücken die beweglichen Kontakte 50 und den Anker 70 weg von der elektromagnetischen Spule 82 und zwar mit einer derartigen Kraft, um die Vorspannungsfederkraft und die Anziehungskraft von der elektromagnetischen Spule zu überwinden. Diese Separation wird zumindest teilweise erreicht aufgrund der niedrigeren Leistung, die an die Spule nach der anfänglichen Erregung geliefert wird. In den 5 und 7 gezeigte Gehäusestopps 102 limitieren die Bewegung von dem Anker 70 weg von der elektromagnetischen Spule 82. Das Verschieben von dem Anker 70 weg von der elektromagnetischen Spule 82 hindert die Kontakte 42, 50 vom Schließen miteinander, bis zum erneuten Anlegen der ersten Energiequelle.
12 ist eine detaillierte Ansicht von einer Kontaktanordnung, wie sie in 11 gezeigt ist, und zwar auf eine Art und Weise ähnlich der 8 nach dem Auftreten von einem hohen Fehlerstrom durch die Kontakte 42, 50. Nachdem die Kontakte aufgesprengt sind, sind der Anker 70 und der beweglichen Kontaktträger 44 weg von der elektromagnetische Spule 82 verschoben um weite ren Eingriff zwischen den Kontakten 42, 50 zu verhindern bis die erste Energiequelle erneut angelegt wird. D. h. das Schütz 10 verbleibt aufgesprengt bis es manuell erneut erregt wird. Kontaktbrückenstopps 100 limitieren die Bewegung von der Kontaktbrücke 52, weg von der elektromagnetischen Spule 82, eine Separation von den magnetischen Komponenten 62, 64 und eine Reduktion der Komprimierung von dem Vorspannungsmechanismus 60 bewirkend. Erneutes Anlegen von einem Einschaltimpuls zieht den Anker 70 zurück in die elektromagnetische Spule 82 und zwar für einen fortgesetzten Betrieb von dem Schütz 10 wie vorher erörtert.
Bezugnehmend auf 13 ist ein Blockdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Verschiedene Steuerschaltungen und Mikroprozessoren sind gemeinsam als Steuerung 108 gezeigt um eine Gleichstrom-(DC)-Steuerung unter Verwendung von Impulsbreitenmodulation (pulse width modulation = PWM) für das Schütz 10 vorzusehen. Die Impulsbreite ist durch die Steuerung 108 derart einstellbar, dass die elektromagnetische Spule 82 beim Hochfahren bzw. Einschalten mit einem Einschaltimpuls versorgt bzw. erregt wird um den Anker in die Spule 82 zu ziehen und danach das Schütz 10 zu schließen. Ein niedrigerer PWM Haltestrom wird während des fortgesetzten Betriebs angelegt, um die Position von dem Anker 70 zu halten. Das Schütz 10 ist ausgelegt zum Öffnen und Schließen eines Leistungsversorgungspfads zwischen der Leistungsversorgung 110 und dem Motor 112. Ein Überlastrelais 114 ist typischerweise zwischen dem Schütz 10 und dem Motor 112 angeordnet, welches zusammen mit dem Schütz 10 einen Starter 116 bildet. Ein Trennschalter bzw. Schaltkreisunterbrecher 118 schützt den Starter 116 und den Motor 112 von Leistungsfehlern von der Leistungsquelle 110.
Der Betrieb von dem Schütz 10 wird jetzt beschrieben werden. Eine Leistungsversorgung 110 von 13 erzeugt Energie, die ein Controller bzw. eine Steuerungseinheit 108 reguliert. Eine anfängliche erste Energiequelle oder ein Einschaltimpuls wird durch die Steuerung 108 bei oder oberhalb der Aktivierungsleistungsschwelle erzeugt zum Erregen der elektromagnetischen Spule 82 und zum Bewirken, dass der Anker 70 in die elektromagnetische Spule 82 hineingezogen wird. Nachdem der Anker 70 abwärts in die elektromagnetische Spule 82 gezogen worden ist, wird eine zweite Energiequelle oder der PWM Haltestrom mit oder oberhalb einer reduzierten Halteleistungsschwelle, die weniger als die Aktivierungsleistungsschwelle ist, erzeugt zum Halten der Position des Ankers 70 innerhalb der Spule 82. Die Positionierung von dem Anker 70 in der elektromagnetischen Spule 82 und der Vorspannungsmechanismus 60 bewirkt, dass sich die Kontakte 42, 50 schließen.
Bei Bedingungen mit niedrigem Fehlerstrom können die Kontakte aufgesprengt werden, und ein Lichtbogen über die Kontakte kann auftreten. Niedrige Fehlerströme werden durch das Material von den Kontakten kompensiert, welches ausgelegt ist zum Vermeiden von Verschweißen bei derartigen niedrigen Fehlerstrombereichen, die hierin erörtert worden sind. Elektrischer Strom kann durch das Schütz 10 fließen, ohne dass die Kontakte 42, 50 zusammen Verschweißen.
Bei mittleren bis hohen Fehlerströmen werden die Kontakte aufgesprengt, wobei die Kontakte 42, 50 temporär voneinander entkoppelt werden. Magnetische Kräfte, die als ein Ergebnis von dem Fehlerstrom generiert werden, ziehen die ersten magnetischen Komponenten 62 hin zu den stationären zweiten magnetischen Komponenten 64, dadurch die Kontakte 42, 50 öffnend oder das Öffnen während des Aufsprengzustands unterstützend und dann die Kontakte offen haltend, während der Fehlerstrombedingung bis die Kontakte ausreichend abgekühlt sind. Wiederum werden die Kontakte 42, 50 daran gehindert miteinander zu verschweißen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die ersten magnetischen Komponenten 62 u-förmig. Jedoch könnten die zweiten magnetischen Komponenten 64 in äquivalenter Weise u-förmig sein und die ersten magnetischen Komponenten könnten u-förmig oder eben sein. Andere Konfigurationen könnten adaptiert werden, solang die zwei magnetischen Komponenten 62, 64 in physikalisch enger Beziehung miteinander wären, wenn die Kontakte 42, 50 in einer geöffneten Position sind, bewirkend, dass die magnetischen Komponenten während eines Fehlerstromereignisses einander anziehen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel weisen die magnetischen Komponenten 62, 64 ein Material auf, mit einer hohen Restflussdichte, was eine längere Verzögerungszeit erlaubt, bevor sich die Kontakte 42, 50 nach einem Strom Null schließen. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Verzögerung von dem Kontaktschließen auch eingestellt werden durch Einstellen der physikalischen Lücke 61 von 8, zwischen den zwei magnetischen Komponenten 62, 64. Die magnetischen Komponenten 62, 64 können Stahlplatten beinhalten, von denen festgestellt worden ist, dass sie in adäquater Weise die Kontakte 42, 50 am Verschweißen während Fehlerbedingungen schützen, während sie zur gleichen Zeit minimale Kosten zu dem Schütz 10 hinzufügen, sowohl hinsichtlich von Komponentenkosten als auch Modifikationskosten.
Bei Bedingungen mit hohem Fehlerstrom, nachdem die Kontakte aufgesprengt worden sind, werden der Anker 70 und der bewegliche Kontaktträger 44 weg von der elektromagnetischen Spule 82 verschoben, weiteren Eingriff zwischen den Kontakten 42, 50 verhindernd bis die erste Energiequelle erneut angelegt wird. Vor dem erneuten Anlegen von der ersten Energiequelle, kann der elektrische Strom nicht durch das Schütz 10 fließen. Wiederum verschweißen die Kontakte 42, 50 nicht zusammen. Die Kontaktbrückenstopps 100 limitieren die Bewegung von der Kontaktbrücke 52 weg von der elektromagnetischen Spule 82, eine Separation von den magnetischen Komponenten 62, 64 und eine Reduktion bezüglich der Komprimierung von dem Vorspannungsmechanismus 60 bewirkend.
Entsprechend beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Vermeiden von Kontaktverschweißen bei verschiedenen Fehlerstrombedingungen bei einem elektromagnetischen Schütz. Das Verfahren beinhaltet das Vorsehen eines Paares von beweglichen Kontakten, wobei die beweglichen Kontakte beweglich sind zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position mit Bezug auf einen Satz von stationären Kontakten. Ein paar von magnetischen Komponenten ist vorgesehen, um die Kontakte für eine Zeit nach einem mittleren Fehlerstrom getrennt zu halten. Das Verfahren beinhaltet das Erregen einer Spule mit einer ersten Leistungsquelle zum Erzeugen eines elektrischen Pfades durch die Kontakte, wenn die Kontakte in der geschlossenen Position sind. Die Erfindung beinhaltet das Separieren der Kontakte zum Verhindern von Verschweißen von den Kontakten während mittlerer und hoher Fehlerströme. Sobald die Kontakte geöffnet sind und der Fehler sich auflöst, kann die Erfindung auch die Kontaktseparation für eine Zeitperiode halten und zwar abhängig von entweder dem restlichen Fluss der mit dem für die magnetischen Komponenten genutzten Material assoziiert ist oder der physikalischen Distanz zwischen den magnetischen Komponenten wie zuvor beschrieben wurde. Durch physikalisches Variieren der Distanz zwischen den magnetischen Komponenten kann die Verzögerungszeit bis zum Kontaktschließen eingestellt werden durch Einstellen der Lücke zwischen den magnetischen Komponenten. Auf diese Art und Weise ist für die Kontakte ausreichend Zeit zum Abkühlen vorgesehen bevor sie schließen, was dadurch ein Verschweißen von den Kontakten verhindert. Der Strom durch die Kontakte wird dadurch auch während einer Fehlerstrombedingung limitiert und zwar aufgrund eines relativ schnellen Öffnens von den Kontakten. Auch werden die Kontakte geöffnet verriegelt durch die magnetischen Komponenten bis nach dem Strom Null bzw. dem Null-Durchgang des Stroms und die Kontakte ausreichend abgekühlt haben. Bei einer Bedingung bzw. einem Zustand mit hohem Fehlerstrom sind nicht nur die Kontakte separiert und werden durch die magnetischen Komponenten geöffnet gehalten, sondern, falls der Fehlerstrom einen bestimmten Wert übersteigt, wird der Anker entkoppelt durch die inertiale Aufsprengkraft von der Spule und das Schütz wird dadurch geöffnet bis eine andere erste Energiequelle angelegt wird, um den Anker in die Spule zu ziehen und das Schütz zu schließen.
Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben worden und es ist klar, das äquivalente, alternative und Modifikationen neben jenen die ausdrücklich angegeben worden sind, möglich sind und innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche liegen.

Claims

Eine, variablen Fehlerstrom tolerierende, Kontaktiervorrichtung (10), die Folgendes aufweist: ein Kontaktiervorrichtungsgehäuse (12) mit mindestens einem stationären Kontakt (42) darinnen; einen beweglichen Kontaktträger (44) beweglich innerhalb des Kontaktiervorrichtungsgehäuses (12) und mit einer oberen Umschließung (46); mindestens einen beweglichen Kontakt (50), angebracht innerhalb des beweglichen Kontaktträgers (44) und in Betriebsverbindung mit dem stationären Kontakt (42), wobei mindestens ein beweglicher Kontakt (50) zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position schaltbar ist, und wobei während der geschlossenen Position elektrischer Strom durch die stationären und beweglichen Kontakte (42, 50) fließen kann; einen an dem beweglichen Kontaktträger (44) angebrachten Anker (70); einen beweglichen Kontaktvorspannmechanismus (60), angeordnet zwischen der oberen Umschließung (46) des beweglichen Kontaktträgers (44) und dem beweglichen Kontakt (50), um den beweglichen Kontakt (50) zum stationären Kontakt (42) hin vorzuspannen; einen Anker-Vorspannmechanismus (99), angeordnet zwischen dem Anker (70) und einem Basisteil des Kontaktiervorrichtungsgehäuses (12), um den Anker (70) zu dem stationären Kontakt (42) hin vorzuspannen; eine elektromagnetische Spule (82), angebracht in dem Kontaktiervorrichtungsgehäuse (12), wobei die elektromagnetische Spule (82) eine Aktivierungsleistungsschwelle besitzt, um den Anker (70) in die Spule (82) zu ziehen, wodurch der bewegliche Kontakt (50) mit dem stationären Kontakt (42) in Eingriff kommt und mit einer reduzierten Halteleistungsschwelle zum Beibehalten des Eingriffs der Kontakte (50, 42); eine Anordnung, in der ein Auftreten eines niedrigen Fehlerstroms durch einen Kontaktmaterial-Schweißwiderstand kompensiert wird; eine Anordnung, in der ein Auftreten eines Zwischen-Fehlerstroms bzw. mittleren Fehlerstroms bewirkt, dass die beweglichen Kontakte (50) sich von den stationären Kontakten (42) trennen und offen verbleiben bis die beweglichen und stationären Kontakte (50, 42) sich hinreichend abgekühlt haben, um so das Kontaktschweißen zu verhindern; und eine Anordnung, in der das Auftreten eines hohen Fehlerstroms bewirkt, dass der Anker (70) außer Eingriff von der elektromagnetischen Spule (82) kommt, bis ein Energieimpuls angelegt wird, der die Aktivierungsleistungsschwelle erreicht.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 1 mit Hoch-Fehlerstrom-Aufblasmechanismus (62, 64) derart, dass die beweglichen Kontakte (50) nicht mit den stationären Kontakten (42) in Eingriff kommen können, und zwar darauf folgend auf einen Durchgang eines hohen Fehlerstroms durch die stationären und beweglichen Kontakte (42, 50).
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Kontaktmaterial-Zusammensetzung eines von folgenden Materialien aufweist: ein Silberoxid-Material, ein Silberzinnoxid-Material und eine Silber-Cadmiumoxid-Zusammensetzung.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei die Kontaktmaterial-Zusammensetzung gebildet wird, dadurch dass eine Ag-Legierung einer internen Oxidationsbehandlung ausgesetzt wird, oder einem Ko-Extrusionsprozess und wobei das Zinnoxid-Material annähernd 10% Zinnoxid (SnO₂), 2% Wismuthoxid (Bi₂O₃) und den Rest Silber (Ag) sowie Spurenverunreinigungen aufweist.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 1 mit einem Satz von ersten Magnetkomponenten (62) angeordnet, benachbart zu und beweglich mit den beweglichen Kontakten (50) und mit einem Satz von zweiten Magnetkomponenten (64) starr angebracht an den beweglichen Kontaktträger (44), und zwar eine temporäre Trennung der beweglichen Kontakte (50) von den stationären Kontakten (42) dann bewirkend, wenn mittlere und hohe Fehlerströme auftreten.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei ein Hoch-Fehlerstrom-Aufblasmechanismus (32) vorgesehen ist, und zwar zur Trennung der beweglichen Kontakte (50) weg vom Eingriff mit den stationären Kontakten (42), und zwar darauf folgend auf einen Durchgang eines hohen Fehlerstroms durch die beweglichen und stationären Kontakte (50, 42) bis zum Anlegen des Energieimpulses.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Eine Kontaktbrücke (52) mit mindestens einem Satz der erwähnten beweglichen Kontakte (50), angebracht darauf, wobei der bewegliche Kontaktträger (44) gleitend innerhalb des Kontaktiervorrichtungsgehäuses (12) angebracht ist und die Kontaktbrücke (52) beweglich darinnen aufweist und wobei ferner der Vorspannmechanismus (60) zwischen der Kontaktbrücke (52) und dem beweglichen Kontaktträger (44) vorgesehen ist, um die Kontaktbrücke (52) und die beweglichen Kontakte (50) zu den stationären Kontakten (42) hin vorzuspannen; wobei die erwähnte Elektromagnetspule (82) derart aufgebaut ist, dass dann, wenn sie mit einer ersten Energiequelle erregt ist, der Anker (70) in die Elektromagnetspule (82) gezogen wird, um die beweglichen Kontakte (50) auf den stationären Kontakten (42) zu schließen und wobei nach der Erregung mit einer zweiten Energiequelle, die niedriger als die erste Energiequelle ist, der Anker (70) innerhalb der elektromagnetischen Spule (82) gehalten wird; und wobei die Kontaktiervorrichtung ferner einen Bogendruck-Zurückhaltemechanismus (32) aufweist, und zwar angeordnet, um die stationären und beweglichen Kontakte (52, 50) herum derart, dass das Auftreten eines hohen Fehlerstromes das Außer-in-Eingriff-Bringen des Ankers (70) von der elektromagnetischen Spule (82) bewirkt und das Öffnen der beweglichen Kontakte (53) von den stationären Kontakten (42) derart, dass die beweglichen Kontakte (50) nicht wiederum in Eingriff kommen mit den stationären Kontakten (42) bis ein weiterer Einschalt- bzw. „In-Rush-Impuls" wieder an die elektromagnetische Spule (82) angelegt wird.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei ferner eine Steuerung (108) vorgesehen ist, die die erste Energiequelle erzeugt, um die Kontaktiervorrichtung (10) zu schließen, und erzeugt, sobald geschlossen, die zweite Energiequelle, die niedriger ist als die erste Energiequelle, um das Schließen der Kontaktiervorrichtung (10) aufrecht zu erhalten.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (108) eine Impulsbreitenmodulationssteuerung ist.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei ein Bogendruck-Umschließungsmechanismus (32) eine Bogenabschirmung (32) aufweist, die die beweglichen und stationären Kontakte (50, 42) derart umgibt, dass der durch einen hohen Fehlerstrom erzeugte Druck innerhalb der Bogenabschirmungen (32) konzentriert wird und bewirkt, dass die beweglichen Kontakte (50) und der bewegliche Kontaktträger (44) weg von den stationären Kontakten (42) mit einer solchen Kraft betätigt werden, dass die Anziehungskraft der elektromagnetischen Spule, hervorgerufen durch die zweite Energiequelle, überwunden wird.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die Kontaktiervorrichtung (10) ferner eine Bogenabschirmung (32) aufweist, und zwar befestigt an dem Kontaktiervorrichtungsgehäuse (12), um die stationären Kontakte (42) zu umschließen und den Gaseinschluss innerhalb der Bogenabschirmung (32) zu erleichtern, wodurch der Druck unter einem hohen Bogenstrom zur Trennung der beweglichen Kontakte (50) von den stationären Kontakten (42) erhöht wird.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 7 mit ersten und zweiten Magnetkomponenten (62, 64), wobei die erste Magnetkomponente (62) benachbart zu und beweglich mit dem Satz der beweglichen Kontakte (50) ist und wobei die zweite Magnetkomponente (64) starr an den beweglichen Kontaktträger (44) derart angebracht ist, dass ein mittlerer Fehlerstrom durch die Kontaktiervorrichtung (10) eine magnetische Anziehungskraft zwischen den ersten und zweiten Magnetkomponenten (62, 64) erzeugt, was eine temporäre Trennung des Satzes von beweglichen Kontakten (50) von dem Satz von stationären Kontakten (42) bewirkt.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei die Kontakte (42, 50) automatisch nach der Verteilung des mittleren Fehlerstroms wieder schließen zu einem Zeitpunkt, wo die beweglichen und stationären Kontakte (42, 50) hinreichend abgekühlt sind, so dass Kontaktschweißen verhindert wird.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Magnetkomponenten (62, 64) dazwischen einen Spalt (61) definieren, derart, dass dann, wenn die Kontakte (42, 50) sich in einer Öffnungsposition nach dem Auftreten eines mittleren Fehlerstroms befinden, der Spalt zwischen den Magnetkomponenten (62, 64) ausreicht, um ein Verschweißen der Magnetkomponenten (62, 64) zu vermeiden.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei die Magnetkomponenten (62, 64) aus einem Material mit einem hohen Restmagnetfluss bestehen, um die Kontakte (42, 50) in einer Öffnungsposition zu halten, nachdem der Fehlerstrom für eine gegebene Zeit sich verteilt hat.
Die Kontaktiervorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei ferner eine Steuerung (108) vorgesehen ist, die die erste Energiequelle zum Schließen der Kontaktiervorrichtung (10) erzeugt und die, sobald das Schließen erfolgt ist, die zweite Energiequelle als eine Impulsbreiten-modulierte Energiequelle erzeugt, und zwar niedriger als die erste Energiequelle, um das Schließen der Kontaktiervorrichtung (10) aufrecht zu erhalten.
Verfahren zur Verhinderung eines Kontaktschweißens bei Fehlerzuständen in einer Kontaktiervorrichtung (10), wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: Vorsehen eines Paares von Kontakten (42, 50), die ein Material, ausgewählt aus folgenden Materialien aufweisen, nämlich Silberoxidmaterial, Silberzinnoxidmaterial und Silber-Cadmiumoxidmaterial, wobei mindestens ein Kontakt (50) zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position bezüglich eines stationären Kontakts (42) beweglich ist; Erregen einer Spule (82) mit einem Energieimpuls, der eine Aktivierungsleistungsschwellenquelle erreicht, um einen elektrischen Strompfad durch das Paar von Kontakten (42, 50) zu schaffen, wenn die Kontakte (42, 50) sich in einer geschlossenen Position befinden; Vorsehen einer Verriegelung des beweglichen Kontaktes (50) vom stationären Kontakt (42) während eines mittleren Fehlerstroms bis die Kontakte (42, 50) sich hinreichend abgekühlt haben, um so ein Verschweißen des beweglichen Kontaktes (50) an den stationären Kontakt (42) zu verhindern; und Gestatten des Außer-Eingriff-Bringens eines Ankers (70) von der Spule (82) bei einem hohen Fehlerstrom, um den beweglichen Kontakt (50) daran zu hindern, den stationären Kontakt (42) zu erfassen oder mit diesem in Eingriff zu kommen, bis ein Energieimpuls angelegt wird, der die Aktivierungsleistungsschwelle erreicht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei ferner der Schritt des Vorsehens eines Paares von Magnetkomponenten (62, 64) vorgesehen ist, und zwar mit einer hohen Restfluss-Dichte, um das Paar von Kontakten (42, 50) offen zu halten, und zwar während eines mittleren bis hohen Fehlerstroms und Verzögern einer Schließzeit des beweglichen Kontakts (50) bis nach der Verteilung eines mittleren Fehlerstroms, wobei eine der Magnetkomponenten (62) an dem beweglichen Kontakt (50) und die andere Magnetkomponente (62), weg von dem beweglichen Kontakt (50) angebracht ist.