EP1264322B1 - Kontaktsystem für ein niederspannungsschaltgerät - Google Patents

Kontaktsystem für ein niederspannungsschaltgerät Download PDF

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EP1264322B1
EP1264322B1 EP01925359A EP01925359A EP1264322B1 EP 1264322 B1 EP1264322 B1 EP 1264322B1 EP 01925359 A EP01925359 A EP 01925359A EP 01925359 A EP01925359 A EP 01925359A EP 1264322 B1 EP1264322 B1 EP 1264322B1
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EP
European Patent Office
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contact
closing means
bridge
contact system
contact bridge
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EP01925359A
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English (en)
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EP1264322A1 (de
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Kurt Händler
Detlef Koch
Klaus-Dieter Nürenberg
Hartwig Stammberger
Hermann Balzer
Bogdan Zabrocki
Peter Willerscheidt
Jakob Bolz
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Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
Kloeckner Moeller GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
    • H01H1/54—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position by magnetic force

Definitions

  • the invention relates to a contact system for a low-voltage switchgear according to the preamble of claim 1.
  • Such contact systems are used in electromagnetic contactors and in single- or multi-pole circuit breakers such as circuit breakers, Motorschutzschaltem and small circuit breakers.
  • Known contact systems consist of a movable contact bridge with a pair of end-side movable contacts and a pair of fixed contacts which are individually secured to fixed contact elements.
  • measures are taken to prevent at higher overcurrents or short-circuit currents early contact opening due to acting at these high currents and against the contact force forces electrodynamic repulsive forces between the contacts, so it can not come to welding the contacts.
  • an auxiliary magnet system is acted upon by the current flowing through the contacts, which generates a rising current with increasing current, which is used for an additional contact force from a certain current value, which is still below the electrodynamic Abhebegreze the contact bridge.
  • the movable iron core of the auxiliary magnet system is connected to the contact bridge carrier and extends in the force action line of the main magnet system, which switches the contacts on and off via the contact bridge carrier.
  • US-PS 4,513,270 is the Auxiliary magnet system integrated into the contact system, in which a soft-magnetic piece connected to the contact bridge, the function of the movable armature and a soft magnetic U-piece attached to the contact bridge carrier acts as a magnetic yoke.
  • a disadvantage of the known contact systems is the dependence of the magnetic contact force gain of the current height and the curve of the over- or short-circuit current. In a contact system according to DE 196 17 136 A1 causes an acted upon by the contact current auxiliary magnet system lever from a certain overcurrent through the contacts an additional contact force on the contact bridge.
  • the invention is therefore based on the object to improve safety against accidental Aufschleudem the contacts.
  • a Zuhaltesch with the contact bridge is held in the connection by the initial armature movement and then regardless of the further course of the current, thereby further current increase in the main flow path unintentional opening of the contacts is prevented, even if the current rises sharply after a zero crossing again.
  • the movement of the applied locking means takes place transversely to the direction of movement of the contact bridge.
  • a permanent tumbler is achieved by a clamping active connection between Zuhaltestoff and contact bridge.
  • the locking means is advantageous to bring back by means known per se return means in its initial position.
  • the return means may advantageously be coupled to the contact drive, for example a switching knob, a switching mechanism or a main magnet system, or operated manually from the outside of the switching device.
  • the tumbler can be linearly or arcuately mounted in the switching device, to ensure the tumbler course against the force of the electrodynamic contact opening sufficient support of the locking means, for example, in a suitable abutment in the housing of the switching device has to be done.
  • the self-clamping effect of the locking means is advantageously achieved by a wedge-shaped configuration at its near-contact end or by its acute-angled emergence onto the surface of the contact bridge. In order to apply an equally distributed locking force on both halves of the bridge contact, the locking means is fork-shaped at its contact near the end.
  • auxiliary magnet system it is expedient to use a hinged armature system or a plunger anchor system.
  • the contact system shown in the closed state includes a movable contact bridge 2 with a pair of movable contacts 4, 6 and a pair of fixed contact elements 8, 10, each with a fixed contact 12, 14.
  • the contact bridge 2 and the contact elements 8, 10 are in a housing 16 of the switching device arranged so that in each case one of the movable contacts 4 and 6 is one of the fixed contacts 12 and 14 opposite.
  • the contact bridge 2 is mounted in a longitudinally displaceably mounted in the housing 16 contact bridge carrier 18, wherein it is acted upon by a likewise mounted in the contact bridge carrier 18 contact pressure spring 20 in the direction of the contact elements 8, 10.
  • the contact bridge carrier 18 is connected to a contact drive, not shown, for example, a switching mechanism or a main magnetic system to close or open the pairs of contacts 4, 12 and 6, 14.
  • the contact bridge carrier 18 carries a plurality of contact bridges 2 assigned to similar contact systems 2.
  • auxiliary magnet system 22 is constructed as a hinged armature system furthermore from a U-shaped magnet yoke 26 fixed in the housing 16 and a magnet armature 28 made of soft iron pivotally mounted at its pole ends.
  • the magnet armature 28 is acted upon in the direction of the illustrated starting position by a tension spring 30.
  • the armature 28 is connected in extension with a locking means 32 of molding material.
  • the locking means 32 On both sides of the contact pressure spring 20, the locking means 32 is provided with fork ends 34, 36 which point in the direction of the contact bridge 2.
  • the fork ends 34, 36 taper in the direction of the contact bridge 2 wedge-shaped.
  • the locking means 32 Perpendicular to the plane of the magnet armature 28, the locking means 32 is provided with a rod-shaped restoring means 38 pointing away from the fork ends 34, 36.
  • the contact system operates on the occurrence of a high overcurrent, such as a short-circuit current in the main flow path as follows:
  • the increasing overcurrent leads to the response of the auxiliary magnet system 2, ie for attracting the armature 28 to the yoke 26 against the force of the tension spring 30.
  • the locking means 32 With the movement of the armature 28, the locking means 32 in the direction of the contact bridge 2.
  • the previously standing in front of the contact bridge 2 fork ends 34, 36 of the locking means 32 slide under description of a circular arc with its wedge-shaped ends frictionally via the contact bridge 2. This already happens at a current value of the rising Overcurrent, before it can come by further increase in current to an electrodynamic lifting the contact bridge 2 with their movable contacts 4, 6 of the fixed contacts 12, 14.
  • the locking means 32 is thereby supported against the electrodynamic force acting on the contact bridge 2. Elsewhere, for example by a circuit breaker connected in series with the switching device, the overcurrent is switched off.
  • the locking means 32 remains over its fork ends 34, 36 jammed with the contact bridge 2, as long as it is not returned by manual operation of the return means 38 in the counterclockwise direction in the starting position shown in Fig. 2.
  • the return means 32 may alternatively be coupled to an actuating mechanism of the switching device. In its initial position, the locking means 32 does not hinder the deliberate opening and closing of the contact system via the contact drive.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem für ein Niederspannungsschaltgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Kontaktsysteme finden Anwendung in elektromagnetischen Schützen und in ein- oder mehrpoligen Schutzschaltern wie Leitungsschutzschaltern, Motorschutzschaltem und kleinen Leistungsschaltern.
    • Stand der Technik
  • Bekannte Kontaktsysteme bestehen aus einer beweglichen Kontaktbrücke mit einem Paar von endseitigen beweglichen Kontakten und einem Paar von festen Kontakten, die einzeln an festen Kontaktelemente befestigt sind. Bei diesen Kontaktsystemen werden Maßnahmen getroffen, um bei höheren Überströmen oder Kurzschlussströmen eine frühzeitige Kontaktöffnung infolge der bei diesen hohen Strömen und entgegen den Kontaktkraftfedern wirkenden elektrodynamischen Abstoßungskräften zwischen den Kontakten zu verhindern, damit es nicht zum Verschweißen der Kontakte kommen kann. Dazu wird ein Hilfsmagnetsystem von dem durch die Kontakte fließenden Strom beaufschlagt, der ab einem bestimmten Stromwert, der noch unterhalb der elektrodynamischen Abhebegrenze der Kontaktbrücke liegt, eine mit zunehmendem Strom ansteigende Kraft erzeugt, die für eine zusätzliche Kontaktkraft verwendet wird. Nach WO97/27602 A1 ist der bewegliche Eisenkern des Hilfsmagnetsystems mit dem Kontaktbrückenträger verbunden und verläuft in der Kraftwirkungslinie des Hauptmagnetsystems, das über den Kontaktbrückenträger die Kontakte ein- und ausschaltet. Nach US-PS 4 513 270 ist das Hilfsmagnetsystem in das Kontaktsystem integriert, in dem ein mit der Kontaktbrücke verbundenes weichmagnetisches Stück die Funktion des beweglichen Ankers und ein am Kontaktbrückenträger befestigtes weichmagnetisches U-Stück als Magnetjoch wirkt. Von Nachteil bei den bekannten Kontaktsystemen ist die Abhängigkeit der magnetischen Kontaktkraftverstärkung von der momentanen Höhe und dem Kurvenverlauf des Über- oder Kurzschlussstromes. Bei einem Kontaktsystem nach DE 196 17 136 A1 bewirkt ein mit einem vom Kontaktstrom beaufschlagten Hilfsmagnetsystem verbundener Hebel ab einem bestimmten Überstrom durch die Kontakte eine zusätzliche Kontaktkraft auf die Kontaktbrücke.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Aufschleudem der Kontakte zu verbessern.
  • Ausgehend von einem Kontaktsystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
  • Beim Überschreiten des für das Hilfsmagnetsystem vorbestimmten Ansprechstromes, der noch unterhalb der elektrodynamischen Abhebegrenze für die Kontaktbrücke liegt, wird durch die anfängliche Ankerbewegung und danach unabhängig vom weiteren Verlauf des Stromes ein Zuhaltemittel mit der Kontaktbrücke zuhaltend in Verbindung gebracht, wodurch bei weiterem Stromanstieg in der Hauptstrombahn ein ungewolltes Öffnen der Kontakte verhindert wird, selbst dann, wenn der Strom nach einem Nulldurchgang wieder kräftig ansteigt. Die Bewegung des beaufschlagten Zuhaltemittels erfolgt quer zur Bewegungsrichtung der Kontaktbrücke. Eine bleibende Zuhaltung wird durch eine klemmende Wirkverbindung zwischen Zuhaltemittel und Kontaktbrücke erreicht. Erfindungsgemäße Kontaktsysteme mehrpoliger Schaltgeräte sind üblicherweise mit jeweils einem zugehörigen Hilfsmagnetsystem und Zuhaltemittel versehen.
  • Nach Beseitigung des Störfalles ist das Zuhaltemittel vorteilhaft mittels an sich bekannter Rückstellmittel in seine Ausgangslage zurückzubringen. Die Rückstellmittel können vorteilhaft mit dem Kontaktantrieb, beispielsweise einem Schaltknebel, einem Schaltschloss oder einem Hauptmagnetsystem, gekoppelt sein oder manuell von der Außenseite des Schaltgerätes bedient werden.
  • Das Zuhaltemittel kann im Schaltgerät linear oder bogenförmig gelagert sein, wobei zur Gewährleistung der Zuhaltung selbstredend gegen die Kraft der elektrodynamischen Kontaktöffnung eine ausreichende Abstützung des Zuhaltemittels, beispielsweise in einer geeigneten Gegenlagerung im Gehäuse des Schaltgerätes, zu erfolgen hat. Die selbstklemmende Wirkung des Zuhaltemittels wird vorteilhaft durch eine keilförmige Ausgestaltung an seinem kontaktnahen Ende oder durch sein spitzwinkliges Auflaufen auf die Oberfläche der Kontaktbrücke erreicht. Um eine gleichverteilte Zuhaltekraft auf beide Hälften des Brückenkontaktes aufzubringen, ist das Zuhaltemittel an seinem kontaktnahen Ende gabelförmig ausgebildet.
  • Als Hilfsmagnetsystem ist zweckmäßig ein Klappankersystem oder ein Tauchankersystem zu verwenden.
  • Es ist für die zuhaltende Wirkung des Zuhaltemittels ausreichend, wenn dieser lose mit dem Magnetanker in der Weise gekoppelt ist, dass beim Ansprechen des Magnetankers das Zuhaltemittel eine Beschleunigung in Richtung Kontaktbrücke erfährt. Es ist für etliche Anwendungsfälle jedoch vorteilhaft, wenn das Zuhaltemittel fest mit dem Magnetanker gekoppelt ist. Um eine Klemmwirkung zwischen Zuhaltemittel und Kontaktbrücke zu erreichen, muss hierbei die Klemmkraft größer als die Rückstellkraft des Magnetankers sein.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
    • Figur 1:
    ein erfindungsgemäßes Kontaktsystem in Längsschnittdarstellung gemäß Linie I-I in Fig. 2;
    Figur 2:
    das Kontaktsystem in Querschnittdarstellung gemäß Linie II-II in Fig. 1 und
    Figur 3:
    das Kontaktsystem in Längsschnittdarstellung gemäß Linie III-111 in Fig. 2.
    Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Das im geschlossenen Zustand dargestellte Kontaktsystem enthält eine bewegliche Kontaktbrücke 2 mit einem Paar von beweglichen Kontakten 4, 6 und einem Paar feststehender Kontaktelemente 8, 10 mit jeweils einem feststehenden Kontakt 12, 14. Die Kontaktbrücke 2 und die Kontaktelemente 8, 10 sind in einem Gehäuse 16 des Schaltgerätes so angeordnet, dass sich jeweils einer der beweglichen Kontakte 4 bzw. 6 einem der feststehenden Kontakte 12 bzw. 14 gegenüber befindet. Die Kontaktbrücke 2 ist in einem im Gehäuse 16 längsverschieblich gelagerten Kontaktbrückenträger 18 gelagert, wobei sie durch eine ebenfalls im Kontaktbrückenträger 18 gelagerte Kontaktdruckfeder 20 in Richtung zu den Kontaktelementen 8, 10 beaufschlagt wird. Der Kontaktbrückenträger 18 ist mit einem nicht dargestellten Kontaktantrieb, beispielsweise einem Schaltschloss oder einem Hauptmagnetsystem verbunden, um die Kontaktepaare 4, 12 und 6, 14 zu schließen oder zu öffnen. In einem mehrpoligen Schaltgerät trägt der Kontaktbrückenträger 18 mehrere, gleichartigen Kontaktsystemen zugeordnete Kontaktbrücken 2.
  • Im geschlossenen Zustand der dargestellten Hauptstrombahn verläuft der Strom von dem in der in Fig. 1 links verlaufenden feststehenden Kontaktelement 8 über das Kontaktepaar 4, 12, über die bewegliche Kontaktbrücke 2 und über das Kontaktepaar 6, 14 zu dem rechts verlaufenden feststehenden Kontaktelement 10. Von dort verläuft der Strom über die Magnetspule 24 eines Hilfsmagnetsystems 22. Das Hilfsmagnetsystem 22 ist als Klappankersystem aufgebaut und besteht weiterhin aus einem im Gehäuse 16 festgelegten U-förmigen Magnetjoch 26 und einem an dessen Polenden schwenkbar gelagerten Magnetanker 28 aus Weicheisen. Der Magnetanker 28 wird in Richtung der dargestellten Ausgangslage durch eine Zugfeder 30 beaufschlagt. Der Magnetanker 28 ist in Verlängerung mit einem Zuhaltemittel 32 aus Formmasse verbunden. Beiderseits der Kontaktdruckfeder 20 ist das Zuhaltemittel 32 mit Gabelenden 34, 36 versehen, die in Richtung zur Kontaktbrücke 2 weisen. Die Gabelenden 34, 36 verjüngen sich in Richtung zur Kontaktbrücke 2 keilförmig. Senkrecht zur Ebene des Magnetankers 28 ist das Zuhaltemittel 32 mit einem von den Gabelenden 34, 36 fortweisenden stabförmigen Rückstellmittel 38 versehen.
  • Das Kontaktsystem arbeitet beim Auftreten eines hohen Überstromes, beispielsweise eines Kurzschlussstromes, in der Hauptstrombahn folgendermaßen: Der ansteigende Überstrom führt zum Ansprechen des Hilfsmagnetsystems 2, d.h. zum Anziehen des Magnetankers 28 an das Magnetjoch 26 entgegen der Kraftwirkung der Zugfeder 30. Mit der Bewegung des Magnetankers 28 verschwenkt das Zuhaltemittel 32 in Richtung zur Kontaktbrücke 2. Die bisher vor der Kontaktbrücke 2 stehenden Gabelenden 34, 36 des Zuhaltemittels 32 schieben sich unter Beschreibung einer kreisbogenförmigen Bahn mit ihren keilförmigen Enden reibschlüssig über die Kontaktbrücke 2. Das geschieht bereits bei einem Stromwert des ansteigenden Überstromes, bevor es durch weiteren Stromanstieg zu einem elektrodynamischen Abheben der Kontaktbrücke 2 mit ihren beweglichen Kontakten 4, 6 von den feststehenden Kontakten 12, 14 kommen kann. Von einem Teil des Gehäuses 16 wird das Zuhaltemittel 32 dabei entgegen der elektrodynamischen Kraftwirkung auf die Kontaktbrücke 2 abgestützt. An anderer Stelle, beispielsweise durch einen mit dem Schaltgerät in Reihe geschalteten Leistungsschalter, wird der Überstrom abgeschaltet. Das Zuhaltemittel 32 bleibt weiterhin über seine Gabelenden 34, 36 mit der Kontaktbrücke 2 verklemmt, solange er nicht durch manuelle Betätigung des Rückstellmittels 38 im Gegenuhrzeigersinn in die in Fig. 2 gezeigte Ausgangslage zurückgebracht wird. Des Rückstellmittel 32 kann alternativ auch mit einem Betätigungsmechanismus des Schaltgerätes gekoppelt sein. In seiner Ausgangslage behindert das Zuhaltemittel 32 nicht das gewollte Öffnen und Schließen des Kontaktsystems über den Kontaktantrieb.

Claims (12)

  1. Kontaktsystem für ein Niederspannungsschaltgerät, pro Hauptstrombahn bestehend aus
    - einer beweglichen Kontaktbrücke (2) mit einem Paar beweglicher Kontakte (4; 6),
    - einem Paar feststehender Kontaktelemente (8; 10), die mit je einem feststehenden Kontakt (12; 14) versehen sind,
    - einem Kontaktbrückenträger (18), der von einem Kontaktantrieb betätigbar ist, um die beweglichen Kontakte (4; 6) paarweise mit den gegenüberstehenden feststehenden Kontakten (12; 14) unter Beaufschlagung durch wenigstens eine Kontaktdruckfeder (20) in und außer Verbindung zu bringen, und
    - einem Hilfsmagnetsystem (22), das aus einer in der Hauptstrombahn angeordneten Magnetspule (24), einem feststehenden Magnetjoch (26) und einem beweglichen Magnetanker (28), der ab einem Überstrom unterhalb der elektrodynamischen Abhebegrenze der Kontaktbrücke (2) anspricht, besteht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - ein vom Magnetanker (28) beaufschlagbares Zuhaltemittel (32) im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung der Kontaktbrücke (2) und klemmend über die Kontaktbrücke (2) bringbar gelagert ist.
  2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuhaltemittel (32) über Rückstellmittel (38) in seine Ausgangslage bringbar ist.
  3. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmittel (38) mit dem Kontaktantrieb wirkverbunden sind.
  4. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmittel (38) manuell betätigbar sind.
  5. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuhaltemittel (32) geradlinig verschiebbar gelagert ist.
  6. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuhaltemittel (32) bogenförmig verschiebbar gelagert ist.
  7. Kontaktsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuhaltemittel (32) an seinem der Kontaktbrücke (2) zugewandten Ende keilförmig ausgebildet ist.
  8. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuhaltemittel (32) in einem spitzen Winkel zur Erstreckungsebene der Kontaktbrücke (2) verschieblich ist.
  9. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuhaltemittel (32) an seinem der Kontaktbrücke (2) zugewandten Ende gabelförmig ausgebildet ist.
  10. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmagnetsystem (20) ein Klappankersystem ist.
  11. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmagnetsystem (20) ein Tauchankersystem ist.
  12. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuhaltemittel (32) mit dem Magnetanker (28) verbunden ist.
EP01925359A 2000-03-11 2001-02-28 Kontaktsystem für ein niederspannungsschaltgerät Expired - Lifetime EP1264322B1 (de)

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