EP1671344B1 - Verfahren zur erhöhung der stromtragfähigkeit und zur beschleunigung des dynamischen kontaktöffnens von leistungsschaltern und zugehöriges schaltgerät - Google Patents

Verfahren zur erhöhung der stromtragfähigkeit und zur beschleunigung des dynamischen kontaktöffnens von leistungsschaltern und zugehöriges schaltgerät Download PDF

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EP1671344B1
EP1671344B1 EP04765135A EP04765135A EP1671344B1 EP 1671344 B1 EP1671344 B1 EP 1671344B1 EP 04765135 A EP04765135 A EP 04765135A EP 04765135 A EP04765135 A EP 04765135A EP 1671344 B1 EP1671344 B1 EP 1671344B1
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EP
European Patent Office
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yoke
switching device
yokes
switching
contact
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Ludwig Niebler
Fritz Pohl
Alf Wabner
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H01H77/101—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening with increasing of contact pressure by electrodynamic forces before opening
    • 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 above switching devices generally have a translatory contact opening movement, wherein the contacts are arranged on a contact bridge and for translational movement, a bridge carrier and a contact force spring are present.
  • switching devices may have a rotary contact opening movement, to which the invention also relates.
  • Electric switchgear for the protection of electrical equipment, but also for the operation of electrical consumers, the requirement is made to run electrical currents up to a predetermined height trouble-free, and higher currents, e.g. Short-circuit currents, turn off in the shortest possible time.
  • they have a switching device drive (mechanical switch lock and / or magnetic drive), which closes the contacts with a predetermined contact force and tripping organs (eg n-trigger or electronically actuated actuators), which cause a quick opening of the switch contacts and therefore the rapid construction of a current-limiting arc voltage ,
  • the short-circuit switching behavior can be improved by optimizing the driving magnetic fields.
  • the magnetic field strength can already be determined in the operating current range, For example, at motor starting currents, lead to a weakening of the contact force and thereby to a disturbance of the current carrying behavior.
  • the force supplied by the switchgear drive can be increased.
  • the current path between moving and fixed contacts is made in a tight loop and / or the magnetic field around the current-carrying contact is distorted by ferromagnetic arrangements (e.g., slot motor) so that strong Lorentz forces act.
  • ferromagnetic arrangements e.g., slot motor
  • U-shaped yokes made of ferromagnetic material, preferably of ordinary steel sheet, are utilized for magnetic force amplification.
  • Such yokes are previously known from the prior art.
  • the smaller yoke is less wide in its outer dimensions than the width of the air gap of the larger yoke.
  • the air gap is also to be understood as meaning the adjacent air volume which widens the value in its length by the value of the air gap length.
  • the inventive design of the yokes is achieved that the magnetic force on the moving contact during the rise From small currents (rated operation) to very high currents (short-circuit operation) the sign changes. This means concretely that at low currents a contact force-enhancing effect and at high currents a contact force-weakening effect is generated, resulting in a dynamic opening force. Due to the inventive dimensioning of the ferromagnetic components, a sign changing or an almost balanced magnetic force profile can be adjusted at low currents.
  • a first U-shaped plate for generating the magnetic closing force and a second U-shaped plate for generating the magnetic opening force are used as magnetic yokes, which are suitably positioned on the contact arrangement.
  • the contactor consists essentially of a switching chamber 1 with the switching components therein and a magnetic drive 10, with the electromagnetically activated, a mechanical movement of the switching contacts.
  • fixed contacts 3a and 3b are arranged on fixed contact carriers 2a and 2b in the switching chamber, and movable contacts 5a and 5b associated therewith are provided on a movable switching bridge 4.
  • the contact arrangement with the opposing contacts 3a, 5a and 3b, 5b are assigned in a known manner quenching plates 9a and 9b, which are usually part of quenching plate assemblies with a running or guide rail 32.
  • the movable switching bridge 4 is coupled via a contact force spring 7 relatively movable with a bridge support 8, which is moved with the armature 13 from the magnetic drive 10 in the switch-on or switch-off.
  • the bridge girder may contain further, relatively movable elements which act via actuators driven on the switching bridge and can trigger a bridge movement.
  • the magnetic drive 10 consists in detail of a magnetic yoke 11 with magnetic coil 12 and a yoke associated armature 13, which is connected to the bridge girder 8 via a support plate 14. On the magnetic yoke 11 acts an opening spring 15, which ensures the open position of the switching bridges in the off state of the magnetic drive 10.
  • the opening force-generating U-shaped plate 30 completely or completely covers the movable contact or the movable switching bridge 4 with contacts 5a and 5b over its entire length and has a larger inside width and a larger sheet thickness. In comparison to the contact-force generating U-shaped plate 20, its magnetic saturation is therefore only achieved at higher electrical currents.
  • the contact-force generating U-shaped plate 20 is fastened either to a switching mechanism component or to the switch housing.
  • the contact-force generating U-shaped plate 20 is fixed to the bridge girder 8 and engages around the switching bridge 4, wherein the bridge girder couples the switching bridge according to Figure 1 with the drive 10 shown there.
  • the possibilities for positioning and fixing the contact-force generating U-shaped plate 20 are not limited to these two cases, as shown in a further example.
  • the opening force-generating U-shaped plate 30 is expediently fastened in both cases to the switching chamber 1, to the housing or to a stationary, mechanical component located in the housing.
  • the switching device drive mechanical and / or electromagnetic drive
  • the second U-shaped plate 30 may be part of a usually present in such switching devices running or guide rail 32.
  • two small yokes 21 and 22 mounted laterally adjacent to the switching bridge support 8 to a stationary component of the switching chamber 1 or the switch housing frictionally. These two yokes are respectively positioned between the switching bridge carrier 8 and the switching contacts 3a, 5a and 3b, 5b. By their predetermined distance in the millimeter or submillimeter range to the switching bridge support 8 hinder the two yokes 21 and 22, the translational movement of the switching bridge carrier 8 not.
  • two plates 25, 26 are provided in place of the two small yokes, which occupy about the position and the position of the transverse legs of the yokes 21, 22 of Figure 4 with their flat side and accordingly to a dormant component of Switching chamber 1 or the housing are mounted non-positively.
  • the invention described with reference to the individual figures is realized in particular in a switching device with translational movement of the moving contact.
  • This can be a contactor as in the example of FIG.
  • the invention can also be realized without restriction for circuit breakers with mechanical or with mechanical / electrical drive.
  • the invention can also be used in a switching device with rotational switching movement to bear, in which case the first yoke or U-shaped plate 20, the movable rotary contact of the contact piece facing the front side of the contact carrier, while the second yoke or U-shaped plate 30 surrounds the opening region of the rotary contact on the back of the contact carrier.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dabei wird von Schaltgeräten ausgegangen, die zusätzliche Mittel zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit und zur Beschleunigung des dynamischen Kontaktöffnens aufweisen, was insbesondere bei der Verwendung als Leistungsschalter von Bedeutung ist.
  • Obige Schaltgeräte haben im Allgemeinen eine translatorische Kontaktöffnungsbewegung, wobei die Kontakte auf einer Kontaktbrücke angeordnet sind und zur Translationsbewegung ein Brükkenträger und eine Kontaktkraftfeder vorhanden sind. Daneben können aber Schaltgeräte eine rotatorischer Kontaktöffnungsbewegung haben, worauf sich die Erfindung ebenfalls bezieht.
  • An elektrische Schaltgeräte zum Schutz elektrischer Anlagen, aber auch zum Betrieb elektrischer Verbraucher, wird die Anforderung gestellt, elektrische Ströme bis zu einer vorgegebenen Höhe störungsfrei zu führen, und höhere Ströme, z.B. Kurzschlussströme, in möglichst kurzer Zeit auszuschalten. Dazu besitzen sie einen Schaltgeräteantrieb (mechanisches Schaltschloss und/oder Magnetantrieb), welcher die Kontakte mit einer vorgegebenen Kontaktkraft schließt und Auslöseorgane (z.B. n-Auslöser oder elektronisch betätigte Aktoren), welche ein schnelles Öffnen der Schaltkontakte und daher den schnellen Aufbau einer strombegrenzenden Bogenspannung bewirken.
  • Da bei sehr hohen, prospektiven Kurzschlussströmen (z.B. I = 50 kA) die dynamischen Stromkräfte früher wirksam werden, als der Impulsübertrag des Auslöseorgans auf den Bewegkontakt, lässt sich das Kurzschlussschaltverhalten durch Optimierung der antreibenden Magnetfelder verbessern. Die von der Stromhöhe abhängige Magnetfeldstärke kann jedoch schon im Betriebsstrombereich, z.B, bei Motoranlaufströmen, zu einer Schwächung der Kontaktkraft und dadurch zu einer Störung des Stromtragverhaltens führen. Um diese Problem zu beseitigen, kann die vom Schaltgeräteantrieb gelieferte Kraft erhöht werden. Dies führt jedoch zu größer dimensionierten Antrieben, wodurch die Gerätekosten und das Bauvolumen ansteigen. Beides ist aus Wirtschaftlichkeitsgründen unerwünscht, weshalb eine Lösung benötigt wird, welche die genannten Nachteile ausschließt.
  • Zur Nutzung der dynamischen Öffnungskräfte in elektrischen Schaltgeräten wird die Strombahn zwischen Beweg- und Festkontakt in Form einer engen Schleife geführt und/oder es wird das Magnetfeld um den stromdurchflossenen Bewegkontakt durch ferromagnetische Anordnungen (z.B. Slotmotor) so verzerrt, dass starke Lorenzkräfte wirken.
  • Aus der DE 42 16 080 A1 ist bereits eine Anordnung zur Kontaktkraftverstärkung bei Relaiskontakten bekannt, bei der die Strombahn zum Bewegkontakt schleifenförmig geführt ist, um die Schleifenkraft als zusätzliche Kontaktkraft auszunutzen. Dabei ist der Strombahn zusätzlich ein Eisenblech in geringem Abstand zugeordnet, um eine weitere Magnetkraft zur Kontaktkraftverstärkung zu erhalten. Weiterhin ist aus der DE 199 12 713 A1 bekannt, bei stromdurchflossenen Schaltkontakten ein Sperrglied mit guter elektrischer Leitfähigkeit vorzusehen. Durch parallele, elektrische Teilströme im Sperrglied und im Bewegkontakt wird eine Bewegung so lange verhindert, bis Strom und Magnetkraft einen vorgegebenen Mindestwert überschreiten. Schließlich werden in der Biographie "Grundlagen der Schaltgerätetechnik" (Springer-Verlag Berlin 1975), insbesondere Seiten 257 bis 274, ISBN 3-540-06075-B allgemeine Eigenschaften von Schaltgeräten, insbesondere auch von Schützen, beschrieben.
  • Obige bekannte Anordnungen sind jedoch nicht in der Lage, die gewünschten hohen, dynamischen Stromkräfte zu liefern, ohne die Kontaktkraft bei großen Betriebsströmen (Motoranlaufstrom) empfindlich zu schwächen. Dadurch müssen der Antrieb und die Kontaktkraft größer dimensioniert werden.
  • Aus der US 4 454 490 ist weiterhin ein Schütz mit einer Schaltbrücke aus zwei Kontaktpaaren, die Eigenschaften von Unterbrecherkontakten haben, bekannt, bei dem Eisenjoche die Kontaktbahnen beider Kontaktpaare umschließen und eine Kontaktöffnungskraft erzeugen. Zwischen beiden Jochen ist ein weiteres Joch am Brückenträger befestigt, welches eine Kontaktschließkraft erzeugt. Damit sollen bereits Mittel zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit und zur Beschleunigung des dynamischen Kontaktöffnens realisiert werden.
  • Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein weiter verbessertes Schaltgerät zu schaffen, bei dem insbesondere die Kontaktkraft bei Betriebsströmen nicht unzulässig geschwächt ist.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Schaltgerät mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Weiterbildungen des Schallgerätes sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der Erfindung werden zur Magnetkraftverstärkung u-förmige Joche aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus gewöhnlichem Stahlblech, ausgenutzt. Solche Joche sind vom Stand der Technik vorbekannt. Bei der Erfindung, dass das kleinere Joch in seinen Außenabmessungen weniger breit ist als die weite des Luftspaltes des größeren Jochs. Als Luftspalt ist dabei auch das angrenzende Luftvolumen zu verstehen, das den Wert in seiner Länge um den Wert der Luftspaltlänge verbreitert.
  • Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Joche wird erreicht, dass die Magnetkraft auf den Bewegkontakt beim Anstieg von kleinen Strömen (Nennbetrieb) bis zu sehr hohen Strömen (Kurzschlussbetrieb) gezielt das Vorzeichen wechselt. Dies bedeutet konkret, dass bei kleinen Strömen eine kontaktkraftverstärkende Wirkung und bei hohen Strömen eine kontaktkraftschwächende Wirkung erzeugt wird, wodurch sich eine dynamische Öffnungskraft ergibt. Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der ferromagnetischen Bauteile kann ein das Vorzeichen wechselnder oder ein beinahe ausgeglichener Magnetkraftverlauf bei kleinen Strömen eingestellt werden.
  • Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes werden als Magnetjoche ein erstes, u-förmiges Blech für die Erzeugung der magnetischen Schließkraft und ein zweites, u-förmiges Blech für die Erzeugung der magnetischen Öffnungskraft verwendet, die in geeigneter Weise an der Kontaktanordnung positioniert sind.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Figur 1
    ein Schaltgerät mit einer Schaltbrücke und zugehörigem Antrieb,
    Figur 2
    einen Ausschnitt aus Figur 1 zur Verdeutlichung der beiden der Schaltbrücke zugeordneten Eisenjoche,
    Figur 3
    perspektivisch die jeweilige Orientierung der beiden u-förmigen Eisenjoche,
    Figur 4
    eine Kontaktanordnung mit einer Schaltbrücke und dieser zugeordneten Teiljochen und
    Figur 5
    eine Kontaktanordnung mit daran angebrachten Teiljochen und zwei den Teiljochen zugeordneten Blechen.
  • In Figur 1 sind die Funktionskomponenten eines bekannten Schützes schematisch dargestellt: Das Schütz besteht im Wesentlichen aus einer Schaltkammer 1 mit den darin vorhandenen Schaltkomponenten und einem Magnetantrieb 10, mit dem elektromagnetisch aktiviert eine mechanische Bewegung der Schaltkontakte erfolgt.
  • In Figur 1 sind in der Schaltkammer Festkontakte 3a und 3b auf Festkontaktträgern 2a und 2b angeordnet und sind diesen zugeordnete Bewegkontakte 5a und 5b auf einer beweglichen Schaltbrücke 4 vorhanden. Der Kontaktanordnung mit den einander gegenüberstehenden Kontakten 3a, 5a und 3b, 5b sind in bekannter Weise Löschbleche 9a und 9b zugeordnet, die üblicherweise Teil von Löschblechanordnungen mit einer Lauf- oder Leitschiene 32 sind. Die bewegliche Schaltbrücke 4 ist über eine Kontaktkraftfeder 7 relativ bewegbar mit einem Brückenträger 8 gekoppelt, der mit dem Anker 13 vom Magnetantrieb 10 in die Einschalt- oder Ausschaltposition bewegt wird.
  • Im Brückenträger können weitere, relativ bewegliche Elemente enthalten sein, die über Aktoren angetrieben auf die Schaltbrücke einwirken und eine Brückenbewegung auslösen können.
  • Der Magnetantrieb 10 besteht im Einzelnen aus einem Magnetjoch 11 mit Magnetspule 12 und einem dem Joch zugeordneten Magnetanker 13, der mit dem Brückenträger 8 über eine Trägerplatte 14 verbunden ist. Auf das Magnetjoch 11 wirkt eine Öffnungsfeder 15, die im Ausschaltzustand des Magnetantriebs 10 die Offenstellung der Schaltbrücken gewährleistet.
  • Beim vorstehend beschriebenen Schaltgerät sind zur Steuerung der Kontaktkraft ferromagnetische Teile und zwar insbesondere in der Schaltkammer zwei Eisenjoche 20 und 30 vorhanden, auf deren Funktion weiter unten im Einzelnen eingegangen wird. Ersichtlich ist in Figur 1 nur das Eisenjoch 30, das mit der Lauf- oder Leitschiene 32 verbunden ist.
  • Aus Figur 2 ergibt sich die Zuordnung der beiden Magnetjoche 20 und 30 zu der Kontaktanordnung aus Festkontakten und Kontaktträger sowie Bewegkontakten und Schaltbrücke. Die Dimensionierung der Magnetjoche 20 und 30, die beide als u-förmige Bleche ausgebildet sind, ergibt sich aus der Verbindung der Figuren 1 bis 3. Insbesondere Figur 3 zeigt die für eine Magnetisierung maßgeblichen Geometrie-Unterschiede der beiden Joche.
  • Entsprechend der in Figur 2 dargestellten Anordnung reagiert das die Kontaktkraft erzeugende u-förmige Blech 20 durch seine Geometrie und Positionierung an der Schaltbrücke 4 empfindlicher auf den elektrischen Strom in der Schaltbrücke, als das die Öffnungskraft erzeugende u-förmige Blech 30. Dies bedeutet konkret, das u-förmige Blech 20 wird wegen seiner kompakten Abmessungen schneller aufmagnetisiert als das u-förmige Blech 30 und geht wegen seiner geringen Blechdicke frühzeitig in die magnetische Sättigung.
  • Das öffnungskrafterzeugende u-förmige Blech 30 überdeckt dagegen mit seiner gesamten Länge den beweglichen Kontakt bzw. die bewegliche Schaltbrücke 4 mit Kontakten 5a und 5b nahezu oder vollständig und besitzt eine größere lichte Weite sowie eine größere Blechdicke. Im Vergleich zum kontaktkrafterzeugenden u-förmigen Blech 20 wird seine magnetische Sättigung daher erst bei höheren elektrischen Strömen erreicht.
  • Im Fall eines mechanischen Schaltgeräteantriebs ist das kontaktkrafterzeugende u-förmige Blech 20 entweder an einer Schaltschlosskomponente oder am Schaltergehäuse befestigt. Im Fall eines magnetischen Antriebs entsprechend Figur 1 ist das kontaktkrafterzeugende u-förmige Blech 20 am Brückenträger 8 befestigt und umgreift die Schaltbrücke 4, wobei der Brückenträger die Schaltbrücke entsprechend Figur 1 mit dem dort dargestellten Antrieb 10 koppelt.
  • Die Möglichkeiten zur Positionierung und Befestigung des kontaktkrafterzeugenden u-förmigen Bleches 20 sind nicht auf diese beiden Fälle begrenzt, wie in einem weiteren Beispiel gezeigt wird.
  • Das öffnungskrafterzeugende u-förmige Blech 30 ist in beiden Fällen zweckmäßigerweise an der Schaltkammer 1, am Gehäuse oder an einer im Gehäuse befindlichen ruhenden, mechanischen Komponente befestigt.
  • In den vorstehend beschriebenen Figuren 1 und 2 führt die Schaltbrücke eine translatorische Bewegung aus, wobei bei entsprechendem Aufbau des Schaltgerätes aber auch eine rotatorische Bewegung möglich ist. Im Fall der rotatorischen Bewegung einer Schaltbrücke sind zu beiden Seiten der Drehachse, entsprechend einer punktsymmetrischen Anordnung, jeweils ein u-förmiges Blech 20 bzw. 20' und ein u-förmiges Blech 30 bzw. 30' der Schaltbrücke zugeordnet. Die beiden u-förmigen Bleche 30, 30' sind dazu fest mit dem Gehäuse bzw. mit einer im Gehäuse ruhenden mechanischen Komponente verbunden. Die beiden u-förmigen Bleche 20, 20' können ebenfalls fest mit dem Gehäuse verbunden sein, oder mit einem Schaltbrückenträger, der mit dem Schaltgeräteantrieb (mechanischer und/oder elektromagnetischer Antrieb) im kraftschlüssigen Eingriff steht und sich beim Ausschaltvorgang mit der Schaltbrücke in Ausschaltstellung dreht.
  • Die u-förmigen Bleche 20 bzw. 20' und 30 bzw. 30' sind in vorgegebenem Abstand zueinander positioniert, damit ein magnetischer Kurzschluss zwischen dem u-förmigen Blech 20 und dem u-Blech 20' bzw. zwischen dem u-förmigen Blech 30 und dem u-förmigen Blech 30' vermieden wird. Als Abstand wird etwa die lichte Weite des jeweiligen u-Spaltes vorgegeben.
  • Bei einem einfachunterbrechenden, rotatorischen Bewegkontakt sind nur 1 u-Blech 20 und 1 u-Blech 30 dem Bewegkontakt zugeordnet, wobei wie bei der Figur 2 und/oder der Figur 3 durch geeignete Anordnung der beiden u-förmigen Bleche je eine kontaktöffnende und eine kontaktschließende Magnetkraft auf den stromdurchflossenen Bewegkontakt erzeugt wird, deren resultierende Kraft beim Übergang von kleinen Strömen bis zu hohen Kurzschlussströmen das Vorzeichen wechseln kann.
  • Beim dynamischen Kontaktöffnen infolge großer Stromkräfte bewegt sich der Bewegkontakt bzw. die bewegliche Kontaktbrücke aus dem Spalt des kontaktkrafterzeugenden u-förmigen Blechs heraus und taucht in den Spalt des öffnungskrafterzeugenden u-Blechs 30 hinein. Dadurch verschwindet die Kraftwirkung des ersten u-Blechs 20 und die Öffnungskraft des zweiten u-Blechs 30 wirkt ohne Einbuße.
  • Im Übergangsbereich der dynamischen Kontaktöffnungsbewegung, d.h. bevor der Bewegkontakt bzw. die bewegliche Schaltbrücke den Spalt des u-förmigen Bleches 20 verlassen kann, kann der auf den Bewegkontakt treffende magnetische Fluss als Flussdifferenz Φ2 - Φ1 des zweiten und ersten u-Blechs betrachtet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Blechdicken werden sich die Sättigungsflüsse etwa in der Relation der Blechdicken einstellen. Beträgt die Blechdicke des kontaktkrafterzeugenden u-förmigen Blechs 20 etwa (10 bis 20 %) derjenigen des öffnungskrafterzeugenden u-förmigen Blechs 30, so wird für den Übergangsbereich das resultierende magnetische Feld etwa auf 80 bis 90 % des Feldanteiles des zweiten u-Blechs 30 reduziert. In gleicher Weise wird die zum Kontaktöffnen beitragende, resultierende Magnetkraft reduziert.
  • In der Figur 3 ist angedeutet, dass das zweite u-förmige Blech 30 Teil einer bei derartigen Schaltgeräten üblicherweise vorhandenen Lauf- oder Leitschiene 32 sein kann.
  • In nachfolgender Tabelle ist ein Dimensionierungsbeispiel für die u-förmigen Bleche 20 und 30 angegeben. Die Maße können in vorgegebenem Bereich variieren, wobei es im Wesentlichen auf die gegenseitige Abstimmung ankommt.
    kontaktkrafterzeugend öffnungskrafterzeugend
    u-förmiges Blech im Träger, 8,5 mm Länge, 0,1 mm Blechdicke u-förmiges Blech als Teil der Laufschiene, 19,5 mm Länge, 0,8 mm Blechdicke
    lichte Weite 5 mm lichte Weite 10 mm
    Überdeckung voll (= Schaltbrücke im u-Spalt) Überdeckung - 2mm (= Schaltbrücke vor dem u-Spalt)
    SL1 ≈ 5 mm SL2 ≈ 13 mm
    (SL = Luftweg der Magnetfeldlinien) (SL = Luftweg der Magnetfeldlinien)
    Kmagn = µ0 * i2 * 8,5 / SL1 = µ0 * i2 * 1.7 Kmagn = µ0 * i2 * 19.5 / SL2 = µ0 * i2 * 1,5
  • Aus der Tabelle ergibt sich, dass der kontaktkrafterzeugende Anteil bis zum Erreichen der magnetischen Sättigung des ersten u-Blechs 20 nur geringfügig größer ist als der öffnungskrafterzeugende Anteil.
  • Durch Dimensionierung der Länge und der lichten Weite der u-förmigen Bleche 20 und 30, sowie durch die gewählte Überdeckung der Schaltbrücke kann die kontaktkrafterzeugende und die öffnungskrafterzeugende Magnetkraftkomponente über einen größeren Bereich eingestellt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform entsprechend Figur 4 werden anstelle des kleinen Jochs 20, das im Schaltbrückenträger 8 an geeigneter Stelle eingebettet ist, zwei kleine Joche 21 und 22 seitlich neben dem Schaltbrückenträger 8 an einer ruhenden Komponente der Schaltkammer 1 oder dem Schaltergehäuse kraftschlüssig angebracht. Diese beiden Joche sind jeweils zwischen dem Schaltbrückenträger 8 und den Schaltkontakten 3a, 5a sowie 3b, 5b positioniert. Durch ihren vorgegebenen Abstand im Millimeter- bzw. Submillimeter-Bereich zum Schaltbrückenträger 8 behindern die beiden Joche 21 und 22 die translatorische Bewegung des Schaltbrückenträgers 8 nicht.
  • Bei Ersatz des Joches 20 durch die beiden Joche 21 und 22 sind die beiden Joche 21 und 22 so zu positionieren, dass in Schließstellung der Schaltkontakte 3a, 3b und 5a, 5b der Bewegkontaktträger 4 in die u-Spalte der beiden Joche 21 und 22 vollständig oder teilweise eintaucht. Dafür sind die Joche 21 und 22 angeeigneter Stelle an einer ruhenden Komponente der Schaltkammer 1 oder des Gehäuses kraftschlüssig angebracht.
  • Bei letzterer Abwandlung stützt sich die von den beiden kleinen Jochen 21 und 22 erzeugte Magnetkraft - im Gegensatz insbesondere zu Figur 2 - nicht am Magnetantrieb des Schaltgerätes ab. Dadurch kann der Antrieb in seiner Funktion nicht beeinträchtigt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entsprechend Figur 5 sind anstelle der beiden kleinen Joche zwei Bleche 25, 26 vorgesehen, die mit ihrer Flachseite etwa die Lage und die Position der Querschenkel der Joche 21, 22 der Figur 4 einnehmen und die dementsprechend an einer ruhenden Komponente der Schaltkammer 1 oder des Gehäuses kraftschlüssig angebracht sind.
  • In Schließstellung der Schaltkontakte 3a, 5a bzw. 3b, 5b besitzt der bewegliche Kontaktträger einen kleinsten, vorgegebenen Abstand zu den beiden Blechen 25, 26, d.h. ein Abstand im Bereich Submillimeter bis Millimeter. Am beweglichen Kontaktträger sind zwei u-förmige Bleche 28, 29 angebracht, die mit ihren Seitenschenkeln jeweils auf eines der beiden Bleche 25, 26 zeigen, so dass zwei magnetische Kreise gebildet werden, die vom elektrischen Strom im beweglichen Kontaktträger aufmagnetisiert werden, wodurch eine magnetische Haltekraft auf den beweglichen Kontaktträger erzeugt wird.
  • Die Joche bzw. u-förmigen Bleche 20 oder 21, 22 bzw. die Bleche 25, 26 mit zugeordneten u-förmigen Blechen 28, 29 bestehen jeweils aus ferromagnetischem Material und erzeugen eine dem großen Joch 30 aus ferromagnetischem Material entgegengesetzt gerichtete, magnetische Schließkraft auf die Schaltbrücke 4.
  • Die anhand der einzelnen Figuren beschriebene Erfindung wird insbesondere in einem Schaltgerät mit translatorischer Bewegung des Bewegkontaktes realisiert. Dies kann wie im Beispiel der Figur 1 ein Schütz sein. Die Erfindung kann jedoch ohne Einschränkung auch für Leistungsschalter mit mechanischem oder mit mechanischem/elektrischem Antrieb realisiert sein.
  • Wie oben erwähnt, kann die Erfindung aber auch bei einem Schaltgerät mit rotatorischer Schaltbewegung zum Tragen kommen, wobei in diesem Fall das erste Joch bzw. u-förmige Blech 20 den beweglichen Drehkontakt von der dem Kontaktstück zugewandten Vorderseite des Kontaktträgers umgreift, während das zweite Joch bzw. u-förmige Blech 30 den Öffnungsbereich des Drehkontaktes an der Rückseite des Kontaktträgers umgreift.

Claims (12)

  1. Schaltgerät, enthaltend eine Schaltkammer mit wenigstens einem Festkontakt und wenigstens einem Bewegkontakt, dem wenigstens zwei ferromagnetische u-förmige Joche (20, 30; 21, 22; 25, 26, 28, 29) zur Erzeugung wenigstens zweier elektrodynamischer Magnetkräfte, die in ihren Kraftvektoren zueinander entgegengesetzt gerichtet sind, zugeordnet sind und bei dem die ferromagnetischen Joche (20, 30; 21, 22; 25, 26, 28, 29) zu dem wenigstens einen Bewegkontakt (5a, 5b) jeweils so positioniert sind, dass der von dem einen ferromagnetischen Joch auf den wenigstens einen Bewegkontakt (5a, 5b) erzeugte Kraftvektor auf den wenigstens einen Festkontakt (3a, 3b) hinzeigt und der Kraftvektor des anderen ferromagnetischen Joches von dem wenigstens einen Festkontakt (3a, 3b) wegzeigt, wobei die beiden Joche (20, 30) in ihrer Größe so dimensioniert sind, dass das kleinere Joch (20) wenigstens teilweise im Luftspalt des größeren Jochs (30) anordenbar ist, wozu das kleinere Joch (20) in seinen Außenabmessungen weniger breit ist als die weite des Luftspaltes des größeren Jochs (30).
  2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Schenkel der u-förmigen Joche (20, 30) des wenigstens einen großen Jochs (30) und des wenigstens einen kleinen Jochs (20) einander entgegengerichtet sind, so dass die seitlichen Schenkel des kleinen Jochs (20) zum Querschenkel des großen Jochs (30) gerichtet sind.
  3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das große u-förmige Joch (20) mit dem Brückenträger (8) kraftschlüssig verbunden ist.
  4. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste u-förmige Joch aus zwei Teiljochen (21, 22), die den Bewegkontakten (5a, 5b) zugeordnet und an einer ruhenden Komponente der Schaltkammer (1) befestigt sind, gebildet ist.
  5. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile zur Erzeugung wenigstens einer magnetischen Kontaktschließkraft durch zwei u-förmige Joche (28, 29) und diesen zugeordnete Eisenbleche (25, 26) gebildet sind.
  6. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Joche (28, 29) den Bewegkontakten (5a, 5b) zugeordnet sind und mit der Schaltbrücke (4) kraftschlüssig verbunden sind.
  7. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Jochen (28, 29) zugeordneten Eisenbleche (25, 26) an ruhenden Komponenten der Schaltkammer (1) befestigt sind.
  8. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites, u-förmiges Joch (30) mit der Schaltkammer (1) kraftschlüssig verbunden ist und der Erzeugung einer magnetischen Öffnungskraft dient.
  9. Schaltgerät nach Anspruch 2, wobei an der Schaltkammer eine Leitschiene vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite u-förmige Joch (30) mit der Leitschiene (32) verbunden ist.
  10. Schaltgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschiene (32) aus Eisen besteht.
  11. Schaltgerät nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschiene (32) und das zweite Joch (30) aus einem Teil bestehen.
  12. Schaltgerät nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Joch (20) wesentlich kleiner als das zweite Joch (30), vorzugsweise in den Längenmaßen etwa 2x kleiner ist.
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