EP0174467B1 - Wechselstromschütz - Google Patents

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EP0174467B1
EP0174467B1 EP85108836A EP85108836A EP0174467B1 EP 0174467 B1 EP0174467 B1 EP 0174467B1 EP 85108836 A EP85108836 A EP 85108836A EP 85108836 A EP85108836 A EP 85108836A EP 0174467 B1 EP0174467 B1 EP 0174467B1
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EP
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contact carrier
spring
contactor
additional mass
additional
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Kurt Held
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H01H50/30—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock, e.g. by balancing of armature
    • H01H50/305—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock, e.g. by balancing of armature damping vibration due to functional movement of armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H01H50/645—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part making a resilient or flexible connection

Definitions

  • the invention relates to an alternating current contactor with an armature actuated by a magnet system, which is in operative connection with a restoring spring-loaded contact carrier holding the movable contact parts of the contact system.
  • the present invention has for its object to increase the contact reliability in AC contactors of the type mentioned. This is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.
  • the additional mass prevents the contact carrier from returning in the zero current passage. Due to the arrangement of the additional mass in connection with the spring, rebound damping is achieved, so that tearing open of the magnet system is impossible. In order to further optimize the rebound damping, it is advantageous if the coupling spring is stronger than the back pressure spring.
  • the arrangement according to the invention has proven particularly useful when the contactor has a hinged armature magnet.
  • the rebound damping is further improved if the additional mass is pressed against the contact carrier by the coupling spring against the switch-on direction.
  • a simple design of the AC contactor is obtained if, in the off position of the contactor, the coupling spring is supported at one end on the contact carrier and at the other end via the intermediate slide on one side of the additional mass, which is opposite that on the pressed-on side of the additional mass.
  • the coupling spring is supported at one end on the contact carrier and at the other end via the intermediate slide on one side of the additional mass, which is opposite that on the pressed-on side of the additional mass.
  • the additional spring causes a time delay in connection with the additional mass, with the advantage that the dynamic holding force is significantly greater than if the coupling spring is dimensioned according to the holding force valley without a time delay.
  • the additional spring can be dimensioned according to its function, i.e. it is possible to match the preload force and the spring steepness to the additional mass possible in terms of volume, so that the power requirement can be taken over for as long as possible, thereby bridging the holding force valley.
  • the preload force of the coupling spring is approximately ten times stronger than that of the additional spring.
  • a constructive design has been found to be advantageous, which consists in the additional spring being a leaf spring and two coil springs serving as coupling springs. Two relatively long springs with a small c-value can be used.
  • the contact carrier can be designed in the same way for direct current and alternating current drives, since additional mass and leaf spring can be omitted with direct current drives.
  • the AC contactor shown in the drawing has a housing 1 in which the magnet system with the core 2 and the coil 3 as well as the armature 4 and the contact carrier 6 spring-loaded by the back pressure spring 5 are mounted.
  • an additional mass 8 is firmly connected to the contact carrier 6.
  • the anchor 4 designed as a hinged anchor is via the spring 7 to one leg of the core pressed.
  • the armature 4 rests on the movable slide 9 relative to the contact carrier 6, which in turn is in operative connection with the contact carrier 6 via the coupling spring 10.
  • the current profile 11 in the magnet system shown in FIG. 2 results.
  • the armature 4 moves in the direction of the core 2; the intermediate part 9 is set in motion, the preloaded coupling spring 10 is further tensioned.
  • the contact carrier 6 With increasing pressure of the coupling spring 10, the contact carrier 6 is moved against the force of the back pressure spring 5 - see the curve in FIG. 2, which indicates the path of the contact carrier over time, opening contacts (not shown) being opened.
  • the contacts remain open, since the coupling of the armature 4 to the contact carrier 6 with the additional mass 8 takes place via the coupling spring 10, so that the contact carrier 6 in the. Zero current crossing of the excitation system is excluded.
  • the additional mass 8 is here with its one side against an extension 14 of the contact carrier 6.
  • the with respect to the contact carrier 6 and the additional mass 8 displaceable intermediate slide 9 rests with the angled end 15 at the other end of the additional mass 8 and is by one end of the coupling spring 10, the other end of which is supported on the projection 16 of the contact carrier 6, in the direction pressed onto the approach 14, ie the additional mass 8 is movable relative to the contact carrier 6 in the "on" direction, the pretensioned coupling spring 10 being compressed.
  • the coupling spring 10 is made stronger here than the back pressure spring 5. If the magnet system is energized according to the exemplary embodiment according to FIG. 3, the same current profile 11 results in the magnet system according to FIG. 4 as before in FIG. 2.
  • the armature 4 moves in Towards core 2.
  • the contact carrier 6 is set in motion via the intermediate slide 9 and the prestressed coupling spring 10, and with increasing pressure on the coupling spring 10, the contact carrier 6 is moved against the force of the back pressure spring 5.
  • the additional mass is moved to the right under further tension of the coupling spring 10.
  • the contact carrier 6 remains longer at the stop and the intermediate slide 9 strikes the armature 4 late. This behavior can be seen from curve 12 in FIG. 4.
  • the rebound damping is thus significantly improved by the arrangement according to FIG. 3.
  • the coupling spring 10 is divided into two coil springs, which are supported on the one hand on the contact carrier 6 and on the other hand on the movable intermediate slide 9.
  • the intermediate slide 9 is pressed against stops 17 of the contact carrier 6.
  • the direction of attack of the armature 4 is represented by an arrow as in FIG. 6.
  • the additional mass 8 is pressed here by a leaf spring 18 against the direction of movement of the contact carrier 6 in the switch-on direction against the stop 14 on the contact carrier 6.
  • the free ends of the leaf spring 18 are supported on projections 20 of the contact carrier 6. Approximately in the middle of the leaf spring 18, the spherical bearing surface 21 of the additional mass 8 lies.
  • the leaf spring 18 When moving the additional mass 8, the leaf spring 18 engages around the spherical contact surface 21 of the additional mass 8.
  • the leaf spring 18 is relatively weak in relation to the two coupling springs 10 and is dimensioned such that it can temporarily take over the contactor's power requirement (time delay).
  • the intermediate slide 9 covers a distance of approximately 0.4 mm when the contact carrier 6 together with its additional mass 8 strikes the armature 4. Thus, the back swing of the contact carrier 6 is only about 0.4 mm.
  • the magnet system is excited, the current profile 11 shown in FIG. 7 results in the magnet system, which is the same as that shown in FIG. 2.
  • the armature moves in the direction of the core 2.
  • the contact carrier 6 is set in motion via the intermediate slide 9 and the prestressed coupling spring (s) 10, and with increasing pressure on the coupling spring (s) 10, the additional mass 8 is also moved by the stop 14 with the contact carrier. Since the spring 18 is weaker than the coupling spring (s) 10, the additional mass 8 executes an additional path when the contact carrier 6 reaches the on stop, i.e. the snapback from the spring-loaded slide to the spring-loaded additional mass takes place with a time delay. This fact can be seen on curve 12 in FIG. 7.
  • the scattering range of the path-time behavior, due to the phase position, is shown in dashed lines in FIG. 7 and designated 19.
  • the dynamic holding force of the pole faces, plotted over time in FIG. 8, refers to the path / time diagram of the contact carrier of FIG. 7.

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  • Electromagnetism (AREA)
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  • Switch Cases, Indication, And Locking (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselstromschütz mit einem von einem Magnetsystem betätigten Anker, der mit einem die beweglichen Kontaktteile des Kontaktsystems haltenden, rückstellfederkraftbelasteten Kontaktträger in Wirkverbindung steht.
  • Bei einem bekannten Wechselstromschütz dieser Art (DE-U-8 134 374) ist beim Einschalten ein Rücklauf des Kontaktträgers beim ersten Stromnulldurchgang des Erregerstroms für das Magnetsystem nicht auszuscdhließen, so daß Doppelkommandos auftreten können.
  • Aus der DE-B-1 765 237 ist es bekannt das Öffnen und Schließen von Hilfskontakten von Schützen zu Verzögern, in dem mann den einzelnen Kontaktbrücken Zusätzlichen Massen zuordnet.
  • Bei einem weiterhin bekannten elektromagnetischen Relais (US-A-2 233 925) ist eine nachgiebige Kupplung zwischen dem die beweglichen Kontakte tragenden Kontaktträger und dem Anker in Form von Federn derart vorgesehen, daß sich ein Reibkontakt zwischen den beweglichen Kontaktbrücken und den feststehenden Kontaktteilen bei Betätigen der Relaisschließer- bzw. -öffner-kontakte ergibt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kontaktsicherheit bei Wechselstromschützen der eingangs genannten Art zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht. Die Zusatzmasse verhindert einen Rücklauf des Kontaktträgers im Stromnulldurchgang. Durch die Anordnung der Zusatzmasse in Verbindung mit der Feder wird eine Rückpralldämpfung erreicht, so daß ein Aufreißen des Magnetsystems ausgeschlossen ist. Um die Rückpralldämpfung weiter zu optimieren ist es vorteilhaft, wenn die Koppelfeder stärker als die Rückdruckfeder ist. Die erfindungsgemäße Anordnung hat sich besonders bewährt, wenn das Schütz einen Klappankermagneten besitzt.
  • Die Rückpralldämpfung wird noch weiter verbessert, wenn die Zusatzmasse von der Koppelfeder entgegen der Einschaltrichtung des Kontaktträger an diesen angedrückt wird.
  • Eine einfache Ausführung des Wechselstromschützes ergibt sich, wenn sich in der Aus-Stellung des Schützes die Koppelfeder mit ihrem einen Ende am Kontaktträger und mit ihrem anderen Ende über den Zwischenschieber an einer Seite der Zusatzmasse abstützt, die der an den angedrückten Seite der Zusatzmasse gegenüberliegt. Hierdurch wird beim Aufpressen des Zwischenschiebers auf den Anker praktisch nur die Vorspannkraft der Koppelfeder am Anker wirksam. Der Rückschwingweg des Kontakkträgers kann noch kleiner werden, wenn die Zusatzmasse von einer Zusatzfeder entgegen der Einschaltrichtung des Kontaktträgers gegen einen Anschlag am Kontaktträger gedrückt ist. Die Zusatzmasse verhindert zunächst einen Rücklauf des Kontaktträgers im Stromnulldurchgang und bewirkt in Verbindung mit der Zusatzfeder ein zeitverzögertes Auftreffen des Kontaktträgers auf den Anker. Die Zusatzfeder bewirkt in Verbindung mit der Zusatzmasse eine Zeitverzögerung, mit dem Vorteil, daß die dynamische Haltekraft wesentlich größer ist als wenn die Koppelfeder ohne Zeitverzögerung nach dem Haltekrafttal dimensioniert ist. Für die optimale Zeitverzögerung (Kraftgewinn) kann die Zusatz- feder ihrer Funktion entsprechend dimensioniert werden, d.h. eine Abstimmung von Vorspannkraft und Federsteilheit auf die dem Volumen nach mögliche Zusatzmasse ist möglich, so daß der Kraftbedarf möglichst lange übernommen werden kann, wodurch das Haltekraft-Tal überbrückt wird. Hier hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorspannkraft der Koppelfeder gegenüber der Zusatzfeder ca. zehnmal stärker ist. Als vorteilhaft hat sich eine konstruktive Ausführung ergeben, die darin besteht, daß die Zusatzfeder eine Blattfeder ist und als Koppelfeder zwei Schraubenfedern dienen. Es können zwei relativ lange Federn mit kleinem c-Wert Verwendung finden. Der Kontaktträger kann bei Gleich- und Wechselstromantrieb gleich ausgeführt werden, da Zusatzmasse und Blattfeder bei Gleichstromantrieb entfallen kann.
  • Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung einschließlich der Wirkungsweise näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung des Wechselstromschützes,
    • Fig. 2 den Stromverlauf im Erregersystem über der Zeit, den Weg des Kontaktträgers über der Zeit sowie den Zustand eines Öffner- und Schlie- ßerkontaktes über der Zeit für eine Anordnung gemäß Fig. 1,
    • Fig. 3 eine gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 verbesserte Ausführung des Wechselstromschützes in schematischer Darstellung,
    • Fig. 4 die durch die Verbesserung erreichte Verflachung der Kurve des Weges des Kontaktträgers über der Zeit gegenüber der Darstellung in Fig. 2,
    • Fig. 5 eine gegenüber der nach Fig. 3 weiter verbesserte Ausführung des Wechselstromschützes in schematischer Darstellung,
    • Fig. 6 eine Ausführung gemäß Figur 5 mit einer Blattfeder als Zusatzfeder,
    • Fig. 7 die durch die Verbesserung erreichte Verflachung der Kurve des Weges des Kontaktträgers über der Zeit in der Darstellung gemäß Fig. 2 und
    • Fig. 8 die dynamische Haltekraft der Magnetteile über der Zeit.
  • Das in der Zeichnung dargestellte Wechselstromschütz hat ein Gehäuse 1, in dem das Magnetsystem mit dem Kern 2 und der Spule 3 sowie der Anker 4 und der durch die Rückdruckfeder 5 federkraftbelastete Kontaktträger 6 gelagert sind. Mit dem Kontaktträger 6 ist gemäß Ausführung Fig. 1 eine Zusatzmasse 8 fest verbunden. Der als Klappanker ausgebildete Anker 4 ist über die Feder 7 an den einen Schenkel des Kernes gedrückt. An der anderen Seite liegt der Anker 4 an dem relativ zum Kontaktträger 6 beweglichen Zwischen schieber 9 an, der seinerseits über die Koppelfeder 10 mit dem Kontakttraäger 6 in Wirkverbindung steht.
  • Wird nun das Magnetsystem erregt, so ergibt sich der aus Fig. 2 ersichtliche Stromverlauf 11 im Magnetsystem. Der Anker 4 bewegt sich in Richtung auf den Kern 2 zu; der Zwischenteil 9 wird in Bewegung gesetzt, die vorgespannte Koppelfeder 10 weiter gespannt. Mit zunehmendem Druck der Koppelfeder 10 wird der Kontaktträger 6 entgegen der Kraft der Rückdruckfeder 5 bewegt - siehe hierzu die Kurvenz in Fig. 2, die den Weg des Kontaktträgers über der Zeit angibt, wobei nicht näher dargestellte Öffner-Kontakte geöffnet werden. Die Kontakte bleiben, offen, da die Ankopplung des Ankers 4 an den Kontaktträger 6 mit der Zusatzmasse 8 über die Koppelfeder 10 erfolgt, so daß infolge der bis dahin gespeicherten kinetischen Energie ein Rückschwingen des Kontaktträgers 6 im. Stromnulldurchgang des Erregersystems ausgeschlossen ist.
  • Zur Ausführungsform nach Fig. 3: Die Zusatzmasse 8 liegt hier mit ihrer einen Seite an einem Ansatz 14 des Kontaktträgers 6 an. der gegenüber dem Kontaktträger 6 und der Zusatzmasse 8 verschiebbare Zwischenschieber 9 liegt mit dem abgewinkelten Ende 15 am anderen Ende der Zusatzmasse 8 an und wird durch das eine Ende der Koppelfeder 10, deren anderes Ende sich an dem Vorsprung 16 des Kontaktträgers 6 abstützt, in Richtung auf den Ansatz 14 gepreßt, d.h. die Zusatzmasse 8 ist relativ zum Kontaktträger 6 in Richtung "Ein" beweglich, wobei die vorgespannte Koppelfeder 10 zusammengedrückt wird. Die Koppelfeder 10 ist hier stärker ausgeführt als die Rückdruckfeder 5. Wird nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 das Magnetsystem erregt, so ergibt sich entsprechend Fig. 4 der gleiche Stromverlauf 11 im Magnetsystem wie vorher in Fig. 2. Der Anker 4 bewegt sich in Richtung auf den Kern 2 zu. Der Kontaktträger 6 wird über den Zwischenschieber 9 und die vorgespannte Koppelfeder 10 in Bewegung gesetzt, und mit zunehmendem Druck auf die Koppelfeder 10 wird der Kontaktträger 6 entgegen der Kraft der Rückdruckfeder 5 bewegt. Im weiteren Verlauf, auch noch nachdem der Kontakt träger seinen Anschlag erreicht hat, wird die Zusatzmasse unter weiterer Spannung der Koppelfeder 10 nach rechts bewegt. Hierdurch verharrt der Kontaktträger 6 länger am Anschlag und der Zwischenschieber 9 trifft verspätet auf den Anker 4 auf. Dieses Verhalten ist aus der Kurve 12 in Fig. 4 zu erkennen. Die Rückpralldämpfung wird durch die Anordnung nach Fig. 3 somit wesentlich verbessert.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die Koppelfeder 10 in zwei Schraubenfedern aufgeteilt, die sich einerseits am Kontaktträger 6 und andererseits an dem beweglichen Zwischenschieber 9 abstützen. Der Zwischenschieber 9 ist gegen Anschläge 17 des Kontaktträgers 6 gedrückt. Die Angriffsrichtung des Ankers 4 ist wie in Fig. 6 durch einen Pfeil dargestellt. Die Zusatzmasse 8 wird hier durch eine Blattfeder 18 entgegen der Bewegungsrichtung des Kontaktträgers 6 im Einschaltsinne gegen den Anschlag 14 am Kontaktträger 6 gedrückt. Die freien Enden der Blattfeder 18 stützen sich an Vorsprüngen 20 des Kontaktträgers 6 ab. Etwa in der Mitte der Blattfeder 18 liegt die ballig ausgeführte Anlagefläche 21 der Zusatzmasse 8 an. Beim Bewegen der Zusatzmasse 8 umgreift die Blattfeder 18 die ballige Anlagefläche 21 der Zusatzmasse 8. Die Blattfeder 18 ist im Verhältnis zu den den beiden Koppelfedern 10 relativ schwach ausgeführt und so dimensioniert, daß sie kurzzeitig den Kraftbedarf des Schützes übernehmen kann (Zeitverzögerung). Der Zwischenschieber 9 legt etwa einen Weg von 0,4 mm zurück, wenn der Kontaktträger 6 samt seiner Zusatzmasse 8 auf den Anker 4 auftrifft. Somit beträgt das Rückschwingen des Kontaktträgers 6 nur etwa 0,4 mm.
  • Wird nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 oder 6 das Magnetsystem erregt, so ergibt sich der in Fig. 7 gezeigte Stromverlauf 11 im Magnetsystem, der gleich ist dem in Fig. 2 gezeigten. Der Anker bewegt sich in Richtung auf den Kern 2 zu. Der Kontaktträger 6 wird über den Zwischenschieber 9 und die vorgespannte(n) Koppelfeder(n) 10 in Bewegung gesetzt, und mit zunehmenden Druck auf die Koppelfeder(n) 10 wird mit dem Kontaktträger auch die Zusatzmasse 8 durch den Anschlag 14 bewegt. Da die Feder 18 schwächer als die Koppelfeder(n) 10 ausgebildet ist, führt die Zusatzmasse 8 bei Erreichen des Ein-Anschlages des Kontaktträgers 6 einen Zusätzlichen Weg aus, d.h. das Zurückschnellen vom federbelasteten Schieber zu federbelasteter Zusatzmasse erfolgt mit einer Zeitverzögerung. Dieser Sachverhalt ist auf der Kurve 12 in Fig. 7 zu entnehmen. Der Streubereich des Weg-Zeitverhaltens, bedingt durch die Phasenlage, ist gestrichelt in Fig. 7 dargestellt und mit 19 bezeichnet. Die in Fig. 8 über der Zeit aufgetragene dynamische Haltekraft der Polflächen nimmt Bezug auf das Weg/Zeit-Diagramm des Kontaktträgers der Fig. 7.

Claims (9)

1. Wechselstromschütz mit einem von einem Magnetsystem (2, 3) betätigten Anker (4), der mit einem die beweglichen Kontaktteile des Kontaktsystems haltenden, rückstellfederkraftbelasteten Kontaktträger (6) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung zwischen dem Anker (4) und dem Kontaktträger (6) mittels einer Koppelfeder (10) hergestellt ist und daß der Kontaktträger (6) mit einer Zusatzmasse (8) versehen ist, die derart angeordnet und bemessen ist, daß in der Einschaltphase des Schützes ein Rücklauf des Kontaktträgers (6) im Bereich des Stromnull durchganges vermieden wird.
2. Schütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelfeder (10) stärker als die Rückdruckfeder (5) ist.
3. Schütz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Klappankermagneten besitzt.
4. Schütz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) mit dem Kontaktträger (6) über einen relativ zu dem Kontaktträger (6) verschiebbar gelagerten Zwischenschieber (9) und über die Koppelfeder (10) in Wirkverbindung steht.
5. Schütz nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (8) von der Koppelfeder (10) entgegen der Einschaltrichtung des Kontaktträgers (6) an diesen angedrückt wird (Fig. 3).
6. Schütz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Aus-Stellung des Schützes die Koppelfeder (10) mit ihrem einen Ende am Kontaktträger (6) und mit ihrem anderen Ende über den Zwischenschieber (9) an einer Seite der Zusatzmasse (8) abstütz, die der an dem Kontaktträger (6) angedrückten Seite der Zusatzmasse (8) gegenüberliegt (Fig. 3).
7. Schütz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (8) von einer Zusatzfeder (18) entgegen der Einschaltrichtung des Kontaktträgers (6) gegen einen Anschlag (14) am Kontaktträger (6) gedrückt ist (Fig. 5).
8. Schütz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelfeder (10) etwa zehnmal stärker als die Zusatzfeder (18) vorgespannt ist.
9. Schütz nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzfeder eine Blattfeder (18) ist und als Koppelfeder (10) zwei Schraubenfedern dienen.
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EP0174467A1 EP0174467A1 (de) 1986-03-19
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