DE102015101994A1 - Elektrisches Schaltgerät - Google Patents

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DE102015101994A1
DE102015101994A1 DE102015101994.9A DE102015101994A DE102015101994A1 DE 102015101994 A1 DE102015101994 A1 DE 102015101994A1 DE 102015101994 A DE102015101994 A DE 102015101994A DE 102015101994 A1 DE102015101994 A1 DE 102015101994A1
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c/o Johnson Electric... Connell Richard Anthony
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Johnson Electric International AG
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Johnson Electric SA
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    • H01H50/00Details of electromagnetic relays
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Abstract

Ein elektrisches Schaltgerät (10) hat einen ersten und einen zweiten Anschluss (12a, 14a); einen beweglichen Arm (32a), der mit dem zweiten Anschluss verbunden ist; und einen Aktuator (50). Der Aktuator hat einen Magnet (64), eine erste und eine zweite Spule (70, 72), die eine gemeinsame Verbindung aufweisen und auf jeder Seite des Magnets (64) angeordnet sind; einen magnetischen Kippanker (90), der zwischen der ersten und der zweiten Spule (70, 72) schwenkbar befestigt ist, und ein Betätigungselement (98a), das zum Bewegen des beweglichen Arms (32a) mit dem ersten Ende (108a) des Kippankers (90) verbunden ist. Das Ansteuern der ersten Spule (70) bewirkt eine Entmagnetisierung der ersten Spule (70) und eine entsprechende Zunahme des Magnetflusses in der zweiten Spule (72), wodurch der Anker (90) an der zweiten Spule (72) verriegelt wird, und eine Bewegung des beweglichen Arms (32a) in eine erste Richtung. Das Ansteuern der zweiten Spule (72) bewirkt eine Entmagnetisierung der zweiten Spule (72) und eine entsprechende Zunahme des Magnetflusses in der ersten Spule (70), wodurch der Anker (90) an der ersten Spule (70) verriegelt wird, und eine Bewegung des beweglichen Arms (32a) in eine zweite Richtung.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich für ein Schaltschütz für moderaten Wechselstrom, das in modernen Stromzählern, sogenannten ”intelligenten Zählern”, verwendet wird, um eine Lasttrennfunktion bei normalen Haushaltsspannungen von üblicherweise 100 V AC bis 250 V AC durchzuführen. Die Erfindung kann sich auch auf ein elektrisches Schaltgerät eines Schalters für moderaten Strom, vorzugsweise Wechselstrom, beziehen, der gegebenenfalls einem Kurzschluss unterliegt, bei dem die Kontakte nicht verschweißen dürfen. Bei solchen Kontaktverschweißungen wird nicht gemessener Strom zugeführt. Dies kann zu einer lebensbedrohlichen Elektroschockgefahr führen, wenn der Lastanschluss, von dem man angenommen hat, dass er getrennt wurde, bei 230 V AC noch aktiv ist. Ferner betrifft vorliegende Erfindung ein Schaltelement für ein derartiges elektrisches Schaltgerät und/oder ein Verfahren zum Steuern der Schließ- und Öffnungsverzögerung des elektrischen Kontakts, wodurch eine Kontakterosion, Lichtbogenbildung und/oder Heftverschweißung verringert werden.
  • Eine zusätzliche Anforderung ist, dass die Öffnungs- und Schließzeit der elektrischen Kontakte in einem derartigen Schalter für moderaten Strom präziser gesteuert werden sollten, um eine Beschädigung durch Lichtbogenbildung zu verringern oder zu verhindern und dadurch die Gebrauchsdauer zu erhöhen.
  • Es ist bekannt, dass viele elektrische Schaltgeräte Nennstrom von beispielsweise 100 Ampere über eine hohe Anzahl von Lastschaltzyklen schalten können. Bei den Schaltkontakten wird eine geeignete Silberlegierung verwendet, die eine Heftverschweißung verhindert. Der Schalterzweig, der den beweglichen Kontakt trägt, muss so konfiguriert sein, dass er für die Trennfunktion ohne weiteres betätigt werden kann, bei einer minimalen Eigenerwärmung bei den betroffenen Nennströmen.
  • Die meisten Zählerspezifikationen geben an, dass der Nennstrom über die Gebrauchsdauer der Vorrichtung zufriedenstellend geschaltet wird, ohne dass die Kontakte verschweißen. Jedoch dürfen die Kontakte auch bei einem Kurzschluss mit moderatem Strom nicht verschweißen und müssen bei dem nächsten durch den Aktuator angesteuerten Pulsantrieb öffnen. Bei einem direkten Kurzschluss mit einem wesentlich höheren Strom ist vorgeschrieben, dass die Schaltkontakte gegebenenfalls sicher verschweißen. Mit anderen Worten: die Gruppe der beweglichen Kontakte muss intakt bleiben und darf während der Dauer des direkten Kurzschlusses nicht explodieren oder gefährliches geschmolzenes Material abgeben, bis Schutzsicherungen zerbersten oder Leistungsschalter stromlos werden und die aktive Netzstromzufuhr zur Last getrennt wird. Die Dauer dieses Kurzschlusses beträgt gewöhnlich nur einen Halbzyklus der Netzversorgung, doch in bestimmten Ländern ist es erforderlich, dass die Dauer des Kurzschlusses gegebenenfalls vier volle Zyklen beträgt.
  • In Europa und in den meisten anderen Ländern ist der überwiegende Zählerabschaltstrom gemäß ICE-Spezifikation 62055-31 Einphasenwechselstrom mit 230 V bei 100 Ampere und in neuerer Zeit 120 Ampere. Technische Sicherheitsaspekte sind auch durch weitere verwandte Spezifikationen erfasst, wie zum Beispiel UL 508, ANSI C37.90.1, IEC 68-2-6, IEC 68-2-27, IEC 801.3.
  • Es gibt viele Schaltgeräte zum Trennen von Zählern für moderaten Strom, von denen behauptet wird, dass sie die Anforderungen der IEC-Spezifikation erfüllen, nämlich über die Gebrauchsdauer der Vorrichtung Kurzschlüssen und Nennstrom standhalten. Die Grenzparameter können sich auch auf ein bestimmtes Land beziehen, in dem die Wechselstromversorgung einphasig ist mit einem Nennstrom in einem Bereich von 40 bis 60 Ampere am unteren Ende und bis 100 Ampere oder seit neuerem bis maximal 120 Ampere. Bei diesen Zähleranwendungen ist die Basisanforderung für eine Trennung ein kompaktes und robustes elektrisches Schaltgerät, das ohne weiteres in ein relevantes Zählergehäuse eingebaut werden kann.
  • Im Kontext der ICE-Spezifikation 62055-31 ist die Situation etwas komplexer. Zähler sind für eine von mehreren Betriebsklassen (UC = Utilisation Category) konfiguriert und bestimmt, die den Grad der Robustheit bezüglich der Kurzschlusshöhe angeben, der für eine hinreichende Eignung und für die Zulassung durch Tests ermittelt wurde. Diese Ausfallpegel sind unabhängig von der Nennstromstärke des Zählers.
  • Als Betätigungsmittel ist üblicherweise ein Anker oder eine Schwingspule vorgesehen, der oder die zum Steuern des Öffnens und Schließens der Kontakte angetrieben wird. Ein typischer Aktuator kann jedoch nur für eine Betätigung in eine Richtung sorgen, was bei mehrpoligen Schaltgeräten zu Problemen führen kann.
  • Manche Schaltgeräte nutzen parallele oder im Wesentlichen parallele bewegliche Arme, die gleichzeitig betätigt werden, indem ein keilförmiges Element, das zwischen sie gezwängt wird, die Arme voneinander trennt und zwei Kontakte gleichzeitig unterbricht. Es kann jedoch von Vorteil sein, bewegliche Arme vorzusehen, die in einer antiparallelen Konfiguration angeordnet sind, um die Abstoßungskraft zwischen den Armen zu maximieren und im Eingriff den Anpressdruck zu erhöhen. Mit einer Betätigung in eine einzige Richtung lässt sich eine derartige Anordnung jedoch nicht erzielen.
  • Mit vorliegender Erfindung wird eine Lösung des vorgenannten Problems angestrebt, indem ein elektrisches Schaltgerät mit einem Aktuator mit Kippanker vorgeschlagen wird.
  • ÜBERSICHT
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Schaltgerät angegeben, umfassend: einen ersten Anschluss mit einem feststehenden Element mit mindestens einem feststehenden elektrischen Kontakt; einen zweiten Anschluss; einen elektrisch leitenden beweglichen Arm, der mit dem zweiten Anschluss elektrisch in Verbindung steht und einen beweglichen elektrischen Kontakt trägt; und einen Aktuator mit einem zentral montierten Magnet, einer ersten und einer zweiten ansteuerbaren Spule auf jeder Seite des Magnets, einem magnetisch anziehbaren Kippanker, der an einem Punkt zwischen der ersten der zweiten Spule schwenkbar ist, und einem Betätigungselement, das für eine Betätigung des beweglichen Arms mit einem Ende des Kippankers verbunden ist; wobei die Ansteuerung der ersten Spule eine Abnahme des Magnetflusses in der ersten Spule bewirkt, die eine entsprechende Zunahme des Magnetflusses in der zweiten Spule bewirkt, wodurch der Kippanker an der zweiten Spule verriegelt und dadurch der bewegliche Arm in eine erste Richtung betätigt wird, und wobei die Ansteuerung der zweiten Spule eine Abnahme des Magnetflusses in der zweiten Spule bewirkt, die eine entsprechende Zunahme des Magnetflusses in der ersten Spule bewirkt, wodurch der Kippanker an der ersten Spule verriegelt und dadurch der bewegliche Arm in eine zweite Richtung bewegt wird.
  • Der Vorteil eines solchen elektrischen Schaltgeräts mit Kippanker ist, dass eine kompakte Vorrichtung geschaffen werden kann, bei der zwei Betätigungen gleichzeitig erfolgen, sofern ein Betätigungselement vorhanden ist, das an einem der Enden des Kippankers befestigt ist. Dies ermöglicht eine entgegengesetzt freitragende Anordnung von beweglichen Armen, wobei ein gleichzeitiges Öffnen und Schließen von Kontakten in einem einzigen Verriegelungsvorgang erreichbar ist.
  • Vorzugsweise können die erste und die zweite Spule mit einer gemeinsamen zentralen Verbindung zusammengeschaltet sein.
  • Das Zusammenschalten der ersten und der zweiten Spule kann in nutzbringender Weise ermöglichen, dass die erste Spule einen Netz-Ausgleichs- oder Rückkopplungseffekt erfährt, wenn die zweite Spule angesteuert wird und umgekehrt. Eine sorgfältige Optimierung der Merkmale der Spule ermöglicht, dass dem Schließen der Kontakte eine dynamische Verzögerung hinzugefügt wird, wodurch die Kontakterosionsenergie minimiert werden kann, indem die Schließzeit auf einen Nulldurchgang einer zugeordneten Laststromwellenform abgestimmt wird.
  • Vorzugsweise kann der bewegliche Arm ein Zungenschalter sein. Weiter vorzugsweise kann der bewegliche Arm in eine Zungengruppe mit einer Vielzahl von beweglichen Kontakten aufgeteilt sein, und höchst vorzugsweise kann der bewegliche Arm ein Schalter mit drei Zungen sein.
  • Der bewegliche Arm kann in nutzbringender Weise mindestens zwei elektrisch leitende Überlagerungsschichten aufweisen, wodurch eine Biegekraft verringert wird. Die beweglichen Arme können daher eine Verbundstruktur aufweisen.
  • Indem der bewegliche Arm in separate Einzelzungen aufgeteilt wird, wird der effektive Strom zwischen den Zungen aufgeteilt. Wenn die Zungen dann in einer Duo-Anordnung vorgesehen sind, in der die eine Zunge den Kontakt vor den anderen Zungen herstellt, werden abträgliche Wirkungen, die mit einem hohen Strom während des Schließens des Kontakts verbunden sind, auf vorteilhafte Weise reduziert oder eliminiert. In ähnlicher Weise lassen sich abträgliche Wirkungen des Heftschweißens verringern, indem mehrere elektrisch leitende Schichten auf den beweglichen Arm geschichtet werden.
  • Ferner können in zweckmäßiger Weise ein weiterer erster Anschluss, ein weiterer zweiter Anschluss, ein weiterer beweglicher Arm und ein weiteres Betätigungselement vorgesehen sein, das zum Betätigen des weiteren beweglichen Arms mit dem zweiten Ende des Kippankers verbunden ist, wobei die Verriegelung des Kippankers an der ersten Spule den weiteren beweglichen Arm in die erste Richtung betätigt und wobei die Verriegelung des Kippankers an der zweiten Spule den weiteren beweglichen Arm in die zweite Richtung betätigt.
  • Vorzugsweise kann ein in die Gegenrichtung fließender Strom durch den beweglichen Arm und den weiteren beweglichen Arm fließen und erzeugt dadurch eine Repulsionswirkung zwischen den Armen in der Konfiguration mit geschlossenen Kontakten.
  • Wie erwähnt, kann das vorliegende elektrische Schaltgerät für zwei gleichzeitige Betätigungen in zwei Richtungen in einem einzigen Verriegelungsvorgang sorgen und ermöglicht daher eine entgegengesetzt freitragende Anordnung von beweglichen Armen in dem elektrischen Schaltgerät. Dies ermöglicht in nutzbringender Weise einen Gegenfluss des Stroms in den Armen. Die zugeordneten Magnetfelder, die in den Armen erzeugt werden, sind dann entgegengesetzt, so dass die Arme sich in der Konfiguration mit geschlossenen Kontakten abstoßen. Dies erhöht in vorteilhafter Weise den erzeugten Kontaktdruck.
  • Vorzugsweise umfasst der Kippanker zwei Arme, die in einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet sind.
  • Eine derartige Konstruktion eines Kippankers stellt sicher, dass nach der Verriegelung eine angemessene Betätigung stattfindet, während ebenfalls sichergestellt wird, dass der nichtverriegelte Arm des Ankers innerhalb des erzeugbaren Magnetfeldes der gegenüberliegenden Spule verbleibt.
  • Das elektrische Schaltgerät kann vorzugsweise ferner eine Gleichstromversorgung für eine Stromversorgung der ersten und/oder zweiten Spule umfassen, wobei die Gleichstromversorgung Antriebsimpulse über eine Antriebsschaltung ausgibt.
  • Wahlweise kann das elektrische Schaltgerät ferner eine Wechselstromversorgung für die Stromversorgung der ersten und/oder zweiten Spule umfassen, wobei die Wechselstromversorgung Antriebsimpulse über eine Antriebsschaltung ausgibt.
  • Es sind mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betriebene elektrische Schaltgeräte vorstellbar, und ein rückkopplungsstabilisierter Aktuator kann auf den Nulldurchgang der zugeordneten Lastwellenform abgestimmt sein, um abträgliche Wirkungen einer Kontakterosion aufgrund von Lichtbogenbildung zum verringern.
  • Der Wechselstromantriebsimpuls kann vorzugsweise ein Halbzykluswellenprofil aufweisen, um die Erosionsenergie zwischen den Kontakten zu verringern. Wahlweise und höchst vorzugsweise kann der Wechselstromantriebsimpuls ein Viertelzykluswellenprofil aufweisen, um eine Trennung der Kontakte vor einer Laststromspitze zu verhindern.
  • Vorzugsweise kann die Ansteuerung einer der beiden Spulen ein elektromagnetisches Feld in der anderen Spule induzieren, wodurch eine mittlere Ausgleichsfluss und Dämpfungswirkung bewirkt wird, um das Öffnen und Schließen der Kontakte mit dem Wechselstrom-Nulldurchgang zu synchronisieren oder im Wesentlichen zu synchronisieren.
  • Das Verkürzen der Antriebsimpulse entweder auf Halb- oder Viertelzyklen hilft die schädliche Kontakterosionsenergie zu begrenzen, die beim Schließen des Kontakts verfügbar ist. Der Viertelzyklus-Impuls ist höchst vorteilhaft, da die Kontakte nicht vor dem Laststrom-Spitzenpunkt schließen können. Ein Schließen vor diesem Punkt würde gewöhnlich zu hohen und nachteiligen Kontakterosionsenergien führen.
  • Ein Schalterelement hat einen im Wesentlichen flexiblen elektrisch leitenden beweglichen Arm, der in eine Vielzahl von Zungen unterteilt ist, wovon mindestens eine Zunge eine voreilende Zunge und mindestens eine Zunge eine nacheilende Zunge ist; und eine Vielzahl von beweglichen Kontakten, wobei jeder bewegliche Kontakt einem distalen Ende einer Oberseite einer Zunge zugeordnet ist und an demselben liegt; wobei die oder jede voreilende Zunge vorgeformt und/oder vorgespannt ist, so dass ihr zugeordneter beweglicher Kontakt dem oder jedem beweglichen Kontakt vorauseilt, welcher der oder jeder Zunge zugeordnet ist, und wobei im Betriebszustand der oder jeder bewegliche Kontakt, welcher der oder jeder voreilenden Zunge zugeordnet ist, vor dem oder jedem beweglichen Kontakt, welcher der nacheilenden Zunge zugeordnet ist, in einen Zustand mit geschlossenen Kontakten eintritt.
  • Vorzugsweise kann der bewegliche Arm ein beweglicher Arm mit drei Zungen sein, wobei eine voreilende Zunge und zwei nacheilende Zungen vorgesehen sind. Wie vorstehend erläutert, kann die Verwendung eines beweglichen Arms vom voreilenden-nacheilenden Typ den effektiven Strom verteilen oder splitten, was wiederum zu einer Verringerung eines Heftschweißens des Kontakts beim Schließen und/oder zu einer verringerten Wärmeerzeugung von dem fließenden Strom führen kann. Bei der Konfiguration mit drei Zungen kann gegebenenfalls weniger Kontaktmaterial verwendet werden als bei einer äquivalenten Konfiguration mit zwei Zungen, weshalb sich eine Kostenreduzierung erzielen lässt, während dennoch den Anforderungen der ANSI (American National Standards Institute) an den Kurzschluss-Schutz bei Pegeln von 5 kA und 12 kA genügt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines elektrischen Schaltgeräts gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
  • 2 zeigt das elektrische Schaltgerät von 1 in Draufsicht, wobei eine Abdeckung abgenommen ist und die Konfiguration mit geöffneten Kontakten dargestellt ist;
  • 3 zeigt den Aktuator des elektrischen Schaltgeräts von 2 in einer vergrößerten Draufsicht;
  • 4 ist eine seitliche Schnittansicht des elektrischen Schaltgeräts von 2, wobei der Schnitt durch den in 3 gezeigten Aktuator geführt ist;
  • 5 zeigt eine Seitenansicht eines beweglichen Arms mit drei Zungen gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung und zur Verwendung mit dem in 2 dargestellten elektrischen Schaltgerät;
  • 6 ist ähnlich wie 2, zeigt jedoch das elektrische Schaltgerät in der Konfiguration mit geschlossenen Kontakten;
  • 7a bis 7c zeigen den Aktuator von 3 in verschiedenen Positionen seines Betätigungszyklus einschließlich erläuternder Anmerkungen;
  • 8 zeigt graphisch die zusätzliche Steuerung über das Schließen der Kontakte, die durch das elektrische Schaltgerät bereitgestellt wird, wenn dieses durch einen positiven Halbzyklus-Antriebsimpuls angesteuert wird;
  • 9 zeigt ähnlich wie 8 graphisch die zusätzliche Steuerung über das Öffnen der Kontakte, die durch das elektrische Schaltgerät bereitgestellt wird, wenn dieses durch einen negativen Halbzyklus-Antriebsimpuls angesteuert wird;
  • 10 zeigt graphisch die zusätzliche Steuerung über das Schließen der Kontakte, die durch das elektrische Schaltgerät bereitgestellt wird, wenn dieses durch einen positiven Viertelzyklus-Antriebsimpuls angesteuert wird; und
  • 11 zeigt ähnlich wie 10 graphisch die zusätzliche Steuerung über das Öffnen der Kontakte, die durch das elektrische Schaltgerät bereitgestellt wird, wenn dieses durch einen negativen Viertelzyklus-Antriebsimpuls angesteuert wird.
  • DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird zunächst auf die 1 bis 4 der Zeichnungen Bezug genommen, in denen eine erste Ausführungsform eines elektrischen Schaltgeräts gezeigt ist, insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich eines Abstoßungs-Schaltgeräts, das insgesamt mit Bezugsziffer 10 bezeichnet ist und in diesem Fall ein zweipoliges Gerät ist. Wenngleich vorliegend ein zweipoliges Gerät beschrieben wird, sind die vorgeschlagenen Verbesserungen auch bei einem einpoligen Gerät oder bei einem Gerät mit mehr als zwei Polen anwendbar.
  • Das Schaltgerät 10 hat einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss 12a, 12b und einen ersten und einen zweiten Speisungsanschluss 14a, 14b. Jeder Anschluss 12a, 12b, 14a, 14b erstreckt sich von einem Schaltgerätgehäuse 16, endet jeweils mit einer Anschlussbefestigung 18 und ist an einer Gehäusebasis 20 und/oder aufrechten Umfangswand 22 des Schaltgerätgehäuses 16 montiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Gehäuseabdeckung nicht dargestellt.
  • Der erste Ausgangsanschluss 12a und der zweite Speisungsanschluss 14b umfassen jeweils eine erste und eine zweite Anschlussfläche 24a, 26b, von der sich jeweils ein feststehendes, vorzugsweise elektrisch leitendes Element 28 in das Schaltgerätgehäuse 16 hinein erstreckt. Ein feststehender elektrischer Kontakt 30 ist an jedem feststehenden Element 28 montiert und ist jeweils dem zweiten Ausgangsanschluss 12b und dem ersten Speisungsanschluss 14a zugewandt.
  • Der erste Speisungsanschluss 14a und der zweite Ausgangsanschluss 12b haben jeweils eine erste und eine zweite Anschlussfläche 26a, 24b, von der sich jeweils ein entgegengesetzt freitragender länglicher beweglicher Arm 32 erstreckt, nämlich ein erster und ein zweiter beweglicher Arm 32a, 32b. An dem distalen Ende 34 oder angrenzend an das distale Ende 34 jedes beweglichen Arms ist mindestens ein beweglicher elektrischer Kontakt 36 vorgesehen.
  • Der feststehende elektrische Kontakt 30 und mindestens ein beweglicher Kontakt 36 des ersten Ausgangs- und des ersten Speisungsanschlusses 12a, 14a und des zweiten Ausgangs- und des zweiten Speisungsanschlusses 12b, 14b bilden jeweils eine Kontaktgruppe 38a, 38b.
  • Es ist wesentlich, dass die verwendeten Kontakte eine Silberlegierungsdecklage in angemessener Dicke aufweisen, damit sie den belastenden Schaltvorgängen und Stromführungsaufgaben standhalten können, wodurch die Abnutzung der Kontakte verringert wird. Im Stand der Technik bekannte elektrische Kontakte aus einem Bimetall mit 8 mm Durchmesser haben eine Silberlegierungsdecklage in einer Dicke im Bereich von 0,65 mm bis 1,0 mm. Die Kosten für das Silber sind dadurch erheblich.
  • Was das Problem der Heftschweißung zwischen den Kontakten unter hohen Kurzschlusslasten betrifft, kann ein besonderes Decklagengemisch verwendet werden, wobei die Silberlegierungsmatrix in diesem Fall mit einem Wolframoxid-Additiv angereichert wird. Das Hinzufügen des Wolframoxid-Additivs zur Decklagenmatrix hat eine Anzahl von wesentlichen Effekten und Vorteilen, unter anderem, dass es eine homogenere Decklagenstruktur bildet, die erodierende Oberfläche gleichmäßiger abdichtet, jedoch nicht so viele silberreiche Bereiche bildet und dadurch eine Heftschweißung begrenzt oder verhindert. Das Wolframoxid-Additiv erhöht die allgemeine Schmelzseetemperatur am Schaltpunkt, wodurch wiederum die Heftschweißung verringert wird. Da das Wolframoxid-Additiv ferner einen vernünftigen Anteil der gesamten Decklagenmasse bei einer gegebenen Dicke ausmacht, spart seine Verwendung Kosten.
  • In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist jeder bewegliche Arm 32 in drei Zungen 40a, 40b, 40c unterteilt, und jede Zunge 40a, 40b, 40c hat einen individuellen beweglichen elektrischen Kontakt 36a, 36b, 36c, was in 5 dargestellt ist. Jenseits jedes elektrischen Kontakts 36a, 36b, 36c, an dem distalen Ende 34 jeder Zunge 40a, 40b, 40c, erstreckt sich ein flexibler Lappen 42a, 42b, 42c. Die erste oder voreilende Zunge 40a ist vorzugsweise breiter als die zweite und die dritte Zunge 40b, 40c. An einem proximalen Ende 44 des beweglichen Arms 32 befindet sich mindestens ein verbindender Bereich 46 zum Befestigen des beweglichen Arms 32 an der relevanten Anschlussfläche 24b, 26a.
  • Die Anforderungen des American National Standards Institute (ANSI) sind für Nennströme bis zu 200 Ampere besonders streng. Der Kurzschlussstrom hat einen Effektivwert von 12 kA, wobei bei einer längeren Haltedauer von vier vollen Lastzyklen ein ”sicheres” Verschweißen zulässig ist. Ferner kann die Anforderung eines ”moderaten” Kurzschlussstrompegels von 5 kA Effektivwert gelten, wobei die Kontakte über sechs volle Lastzyklen nicht verschweißen dürfen.
  • Jeder bewegliche Arm 32 kann deshalb mindestens zwei elektrisch leitende Überdeckungsschichten aufweisen, wodurch auf wirksame Weise ein mehrschichtiger beweglicher Arm gebildet wird. Jede Schicht ist vorzugsweise dünner als bewegliche Arme mit nur einer Schicht und kann daher einer größeren kalorimetrischen Heizkraft Rechnung tragen. Dies verringert in nutzbringender Weise die Wahrscheinlichkeit einer Heftverschweißung.
  • Diagonal zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 12b und dem ersten Speisungsanschluss 14a erstreckt sich ein vorzugsweise elektrisch isolierendes Verstärkungselement 48, das mit keinem der Anschlüsse 12b, 14a in elektrischer Verbindung steht. Jeder bewegliche Arm 32 ist in Richtung auf sein Verstärkungselement 48 vorgespannt, was bedeutet, dass der Standardzustand des Schaltgeräts in dieser speziellen Anordnung die geöffneten Kontakte sind.
  • Angrenzend an den zweiten Ausgangs- und den zweiten Speisungsanschluss 12b, 14b in dem Schaltgerätgehäuse 16 befindet sich ein Doppelspulenaktuator 50. Das Schaltgerätgehäuse 16 kann daher als Gehäuse mit zwei Seiten betrachtet werden, nämlich mit einer Kontaktseite 52, auf der sich die beweglichen Arme 32 befinden, und einer Aktuatorseite 54, auf der sich der Aktuator 50 befindet, wie in 2 dargestellt.
  • Der Aktuator hat vorzugsweise ein eisenhaltiges Joch 56, das eine dünne, im Wesentlichen rechteckige Basisplatte 58 mit einer oberen und einer unteren rechteckigen Fläche 60, 62 aufweist. Von der oberen rechteckigen Fläche 60 erstreckt sich entlang einer seitlichen Mittellinie L des Aktuators 50 ein Permanentmagnetpaket 64, wodurch eine linke Seite 66 und eine rechte Seite 68 des Aktuators 50 definiert werden. Das Magnetpaket 64 umfasst vorzugsweise mindestens einen Seltenerdmagnet. Anstelle eines Pakets kann jedoch vorzugsweise auch ein unitäres, vorzugsweise permanentmagnetisches Einzelmagnetelement verwendet werden.
  • Von der linken Seite 66 der oberen rechteckigen Fläche 60 der Basisplatte 58 erstreckt sich eine erste ansteuerbare Spule 70, und von der rechten Seite 68 der oberen rechteckigen Fläche 60 erstreckt sich eine zweite ansteuerbare Spule 72. Jede Spule 70, 72 umfasst einen zentralen zylindrischen Eisenkern 7a, 74b, um den elektrisch leitende Drahtwicklungen 76a, 76b in einer engen Spirale herumgeführt sind.
  • Das Joch 56 hat ferner eine Abdeckplatte 78, die im Wesentlichen die gleiche Form hat wie die Basisplatte 58, wobei die Abdeckplatte 78 eine obere und eine untere rechteckige Fläche 80, 82 hat. Die untere rechteckige Fläche 82 liegt an den Oberkanten des Permanentmagnetpakets 64 und der Spulen 70, 72 an.
  • Auf der oberen Fläche der Abdeckplatte 78 befindet sich eine Abstützung 84, die entlang der seitlichen Mittellinie L des Aktuators 50 ausgerichtet ist. Die Abstützung 84 umfasst einen frei drehbaren Gelenkzapfen 86, der durch zwei Abdeckkappen 88 an der Abdeckplatte 78 befestigt ist.
  • Ferner ist ein Kippanker 90 vorgesehen, der einstückig in Form von zwei länglichen entgegengesetzen kleinen Armen 92 vorgesehen ist, die jeweils an einem zentralen Punkt 94 derart verbunden sind, dass der Körper 96 jedes kleinen Arms 92 zu dem jeweils anderen in einem stumpfen Winkel angeordnet ist. Der Kippanker 90 ist mit dem frei drehbaren Gelenkzapfen 86 verbunden, so dass der Kippanker 90 um die Abstützung 84 schwenken kann. Jeder Arm 92 ist daher entweder der linken Seite 66 oder der rechten Seite 68 des Aktuators 50 zugeordnet, wodurch ein linksseitiger Arm 92a und ein rechtsseitiger Arm 92b definiert werden.
  • Ferner sind ein linkes und ein rechtes Gleitbetätigungselement 98a, 98b vorgesehen, die den Aktuator 50 und die beweglichen Arme 32 miteinander verbinden. Jedes Betätigungselement 98a, 98b umfasst einen länglichen Körper 100 mit einem ersten und einem zweiten Ende 102, 104, wobei sich in diesem Fall zwei Vorsprünge 106 für den Eingriff mit einem freien Ende 108 eines Arms 92 des Kippankers 90 an dem ersten Ende 102 befinden und ein geschlitzter Heber 110 für den Eingriff mit Zungen 42a, 42b, 42c eines zugeordneten beweglichen Arms 32 an dem zweiten Ende 104.
  • Die erste Zunge 42a befindet sich etwas näher an dem zweiten Ende 104 jedes Betätigungselements 98a, 98b im Eingriff mit dem geschlitzten Heber 110, wodurch sichergestellt wird, dass der erste bewegliche Kontakt 36a den zweiten feststehenden Kontakt 30 vor den dem zweiten und dem dritten beweglichen Kontakt 36b, 36c kontaktiert.
  • Das linke Betätigungselement 98a befindet sich im Eingriff mit dem freien Ende 108a des linksseitigen Arms 92a und mit dem distalen Ende 34 des ersten beweglichen Arms 32a, der sich von dem ersten Speisungsanschluss 14a erstreckt. Das rechtsseitige Betätigungselement 98b befindet sich im Eingriff mit einem freien Ende 108b des rechten Arms 92b und mit einem distalen Ende 34 des zweiten beweglichen Arms 32b, der sich von dem zweiten Ausgangsanschluss 12b erstreckt.
  • Die erste und die zweite Spule 70, 72 sind individuell ansteuerbar und können deshalb sequenziell angesteuert werden, um eine Betätigung des Kippankers 90 zu bewirken. Ohne die Ansteuerung der Spulen 70, 72 ist ein Magnetfluss vorhanden, der durch das Permanentmagnetpaket 68 erzeugt wird und der sich über die linke Seite 66 und die rechte Seite 68 des Aktuators 50 ausbreitet. Unter diesen Umständen erfährt der Kippanker 90 keine hohe Verriegelungskraft zu jeder der Seiten 66, 68.
  • Die Zustände des Schaltgeräts 10 mit offenen und geschlossenen Kontakten sind jeweils in den 2 und 6 dargestellt, wobei die Bewegung des linksseitigen und des rechtsseitigen Betätigungselements 98a, 98b gezeigt ist, wodurch die Zungen 42a, 42b, 42c der beweglichen Arme 32a, 32b bewegt werden.
  • Die Ansteuerung einer Spule 70, 72 bewirkt einen Entmagnetisierungseffekt in der zugeordneten Spule 70, 72 und durch das eisenhaltige Joch 56 der Seite 66, 68 des Aktuators 50, auf der sich die Spule 70, 72 befindet. Dies bewirkt eine entsprechende Erhöhung des Magnetflusses auf der anderen Seite 68, 66. Der erhöhte Magnetfluss zieht den Kippanker 90 daher an die gegenüberliegende Spule 72, 70 an. Dadurch kann eine Betätigungssequenz erzeugt werden, wie sie in den 7a bis 7c dargestellt ist.
  • Es wird auf die 7a bis 7c Bezug genommen, wobei im Betriebszustand die zweite Spule 72 angesteuert wird und eine Entmagnetisierung oder eine Verringerung des Magnetflusses auf der rechten Seite 68 stattfindet, wodurch eine entsprechende Zunahme des Magnetflusses auf der linken Seite 66 bewirkt wird. Der linke Arm 92a wird deshalb an die erste Spule 70 angezogen und wird auf der linken Seite 66 verriegelt. Das linksseitige Betätigungselement 98a gleitet deshalb nach oben in Richtung auf die Kontaktseite 52 des Schaltgerätgehäuses 16 und beaufschlagt den ersten beweglichen Arm 32a gleichzeitig mit Druck.
  • Wenn der Kippanker 90 um den Stützpunkt 62 schwenkt, wird der rechtsseitige Arm 92b von der zweiten Spule 72 weg betätigt, wodurch das rechtsseitige Betätigungselement 98b in Richtung auf die Aktuatorseite 54 gleitet und den zweiten beweglichen Arm 32b mit Zugkraft beaufschlagt. Die Verriegelungskonfiguration der linken Seite 66 ist in 7a dargestellt.
  • Die Ausübung einer Druckkraft auf den ersten beweglichen Arm 32a gleichzeitig mit der Ausübung einer Zugkraft auf den zweiten beweglichen Arm 32b schließt beide Kontaktgruppen 38, wenn die beweglichen Kontakte 36a, 36b, 36c die jeweiligen feststehenden Kontakten 30 kontaktieren. Bei der Herstellung des Kontakts kontaktieren die ersten beweglichen Kontakte 36a den jeweiligen feststehenden Kontakt 30 einen Bruchteil früher als die zweiten und dritten Kontakte 36b, 36c. Da die Stromlast in dieser Ausführungsform zwischen den Zungen 40a, 40b, 40c verteilt wird, verringert diese Verzögerung die Wahrscheinlichkeit einer Heftschweißung.
  • Wenn die erste Spule 70 angesteuert wird, wird die linke Seite 66 entmagnetisiert oder es wird dieser Seite ein verringerter Magnetfluss aufgeprägt, und der linke Arm 92a des Kippankers 90 wird von der ersten Spule 70 entriegelt. Der entriegelte Zustand des Aktuators 50 ist in 7b gezeigt.
  • Die Ansteuerung der ersten Spule 70 bewirkt eine Zunahme des Magnetflusses auf der rechten Seite 68. Der rechtsseitige Arm 92b wird an die zweite Spule 72 angezogen und wird auf der rechten Seite 68 verriegelt. Das rechtsseitige Betätigungselement 98b gleitet daher in Richtung auf die Kontaktseite 52 und beaufschlagt den zweiten beweglichen Arm 32b mit Druck. Diese Position ist in 7c gezeigt.
  • Ähnlich wird der linksseitige Arm 92a von der ersten Spule 70 weg betätigt, wodurch das linksseitige Betätigungselement 98a in Richtung auf die Aktuatorseite 54 gleitet und der erste bewegliche Arm 32a dadurch mit Zugkraft beaufschlagt wird. Diese bestimmte Betätigung bewirkt dann, dass die Kontaktgruppen 38 unterbrochen werden, wenn die beweglichen Kontakte 36a, 36b, 36c außer Kontakt mit dem feststehenden Kontakt 30 gebracht werden.
  • Die zweite Spule 72 kann dann erneut angesteuert werden, wodurch eine Entmagnetisierung auf der rechten Seite 68 bewirkt und der rechtsseitige Arm 92b des Kippankers 90 von der zweiten Spule 72 entriegelt wird. Dieser entriegelte Zustand des Aktuators 50 ist in 7d gezeigt. Die anschließende Zunahme des Magnetflusses in der ersten Spule 70 zieht den linksseitigen Arm 92a an und bewirkt, dass dieser an der ersten Spule 70 verriegelt wird, wodurch der Betätigungszyklus abgeschlossen ist, wie in 7e gezeigt.
  • Die Ansteuerung der Spulen 70, 72 des Aktuators 59 kann auf vielfältige Weise erreicht werden.
  • Erstens kann das Ende der Spulenwicklung 76a der ersten Spule 70 über eine gemeinsame Verbindung 112 mit dem Beginn der Spulenwicklung 76b der zweiten Spule 72 verbunden sein. Die beiden Wicklungen 76a, 76b sind in der gleichen Richtung einander gegenüberliegend in Reihe um ihren jeweiligen Kern 74a, 74b herumgeführt. Jede Spule 70, 72 kann dann durch einen Gleichstromimpuls durch eine Gleichstromversorgung über eine geeignete Antriebsschaltung separat angesteuert werden, um die Kippbetätigung wie vorstehend beschrieben zu erzielen.
  • Alternativ kann der Gleichstromimpuls durch einen Wechselstromimpuls ersetzt werden, da der Aktuator 50 bei kraftvollem Antrieb ein schnellwirkender Aktuator ist. Da die Wicklungen 76a, 76b in Reihe geschaltet sind, können die Spulen 70, 72 über eine geeignete Antriebsschaltung durch einen einzigen Wechselstromimpuls aus einer Wechselstromquelle angesteuert werden, wobei der positive Zyklus des Impulses die zweite Spule 72 unter Strom setzt und entmagnetisiert und die Kontakte schließt und wobei der negative Zyklus des Impulses die erste Spule 70 unter Strom setzt und entmagnetisiert und die Kontakte öffnet.
  • Obwohl die Spulen vorzugsweise in Reihe geschaltet sind, ist es machbar, die Spulen in anderen Konfigurationen zu verschalten, um das gleiche oder ein ähnliches Endergebnis zu erzielen.
  • Der Vorteil eines Wechselstromantriebsimpulses ist, dass, wenn die angesteuerte Spule 70, 72 unter Strom gesetzt und deshalb entmagnetisiert wird oder einen verringerten Magnetfluss hat, die andere Spule 70, 72 ein induziertes Magnetfeld erfährt, wodurch während des Schwenkens des Kippankers 90 ein mittlerer Ausgleichsfluss und Dämpfungseffekt bewirkt wird. Dieser Dämpfungseffekt verzögert und stabilisiert die Kontaktschließzeit mehr oder weniger proportional zur Amplitude der Versorgungsspannung.
  • Indem zusätzlich ein Antriebsimpuls mit einer verkürzten Wellenform wie beispielsweise ein Halbzyklus-Antriebsimpuls, ein Viertelzyklus-Antriebsimpuls und/oder mögliche andere Varianten einer Verkürzung bereitgestellt werden, kann die mögliche verfügbare Kontakterosionsenergie, die beim Schließen der Kontakte abgegeben wird, deutlich reduziert werden.
  • Wie in den 8 und 9 für den Fall eines Halbzyklus-Antriebsimpulses und in den 10 und 11 für den Fall eines Viertelzyklus-Antriebsimpulses gezeigt ist, kann die Kontaktöffnungszeit gesteuert und deshalb zu oder in die Nähe des Nulldurchgangspunkts A der Wechselstromlast-Wellenform verschoben werden, indem die Spulen, die Dauerhaftigkeit der Rückkopplungsverbindung und daher die gesteuerte Verzögerung des Öffnens der Kontakte sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Dadurch werden eine Lichtbogenbildung und folglich eine Kontakterosionsenergie X1 verringert oder eliminiert, die Haltbarkeit der Kontakte verlängert und die Lebensdauer verbessert. Ein mögliches Kontaktprellen Y1 wird ebenso zum oder viel näher zu dem Nulldurchgangspunkt A verschoben, wodurch wiederum die Langlebigkeit der Kontakte und die Robustheit beim Öffnen verbessert werden.
  • Eine beispielhafte standardmäßige oder übliche Kontaktöffnungs- und Schließzeit kann eine dynamische Verzögerung DD von 5 bis 6 Millisekunden enthalten, in erster Linie wegen der Zeit, die für die Entriegelung des Kippankers 90 benötigt wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Steuerung wird diese dynamische Verzögerung geringfügig auf 7 bis 8 Millisekunden ausgedehnt, für eine engere Übereinstimmung oder Synchronisation mit dem nächsten oder anschließenden Nulldurchgangspunkt der Wechselstromlast-Wellenform. Eine Synchronisation oder wesentliche Synchronisation der dynamischen Verzögerung DD mit dem Nulldurchgangspunkt A verringert die Lichtbogenbildung und die Kontakterosionsenergie. Der Wechselstromantriebsimpuls kann vorzugsweise so geformt sein, dass er ein Halbzyklusprofil hat, um diese Verzögerung zu erzielen.
  • Wenn das Schaltgerät 10 über einen weiten Bereich von Versorgungsspannungen eingesetzt wird, kann die dynamische Verzögerung DD zwischen den verschiedenen Spannungen stark variieren. Je höher die Versorgungsspannung ist, desto schneller ist die Betätigung des Kippankers. Folglich besteht bei einem Halbzyklus-Antriebsimpuls die Möglichkeit einer sehr kurzen dynamischen Verzögerung DD, die zu einem Schließen des Kontakts bei oder vor dem Spitzenlaststrom führen kann.
  • Wenn die dynamische Verzögerung DD wegen einer hohen oder höheren Wechselstromversorgungsspannung kurz ist, kann die anschließende Kontakterosionsenergie X1 sehr hoch sein. Diese hohe Kontakterosionsenergie X1 kann die Kontakte schädigen und ihre Lebensdauer verkürzen.
  • Die Kontakterosionsenergie X1 kann weiter reduziert werden, indem eine Wechselstromversorgung verwendet wird, die die Spulen 70, 72 mit einem verkürzten Antriebsimpuls, in diesem Fall bevorzugt mit einem Viertelzyklus-Antriebsimpuls anstelle eines Halbzyklus-Antriebsimpulses, ansteuert. Bei dieser Anordnung löst der Antriebsimpuls nicht aus und die erste oder die zweite Antriebsspule 70, 72 werden daher nicht angesteuert, ehe der Spitzenlaststrom erreicht ist. Solchermaßen kann dies als 'verzögerte' Ansteuerungsmethode betrachtet werden.
  • Durch das Auslösen des Antriebsimpulses mit dem verkürzten Zyklus, in diesem Fall dem Viertelzyklus, bei dem Spitzenlaststrom kann das Schließen der Kontakte nie vor dem Spitzenlaststrom stattfinden. Wenn jedoch eine Steuerschaltung als Teil der Stromversorgung des elektrischen Aktuators verwendet wird, kann der Grad der Verkürzung der aktuellen Wellenform an der Zeitachse sorgfältig gewählt und auf der Basis des Spitzenlaststroms, der benötigten Kraft zum Öffnen und Schließen der Kontakte und der Verzögerung und der Lichtbogen- und/oder Erosionsenergie, die den Kontakten während der Öffnungs- und Schließvorgänge aufgeprägt wird, optimiert werden. Daher kann es vorteilhaft sein, wenn eine Steuerung, die einen Erregerstrom an den Aktuator ausgibt, derart eingestellt ist, dass sie die Wellenform des Antriebsimpulses so verkürzt, dass dieser vor oder nach dem Spitzenlaststrom liegt, wenngleich ein Viertelzyklus-Antriebsimpuls bevorzugt wird, da dieser mit dem Spitzenlaststrom übereinstimmt.
  • Die dynamische Verzögerung DD ist weiterhin vorzugsweise derart konfiguriert, dass sie mit dem Nulldurchgangspunkt A synchronisiert oder im Wesentlichen synchronisiert ist, wodurch die Kontakterosionsenergie X1 sogar noch weiter minimiert wird. Bei Nutzung zusammen mit der gesteuerten verkürzten Wellenform des Antriebsimpulses wird dies jedoch in einer besser gesteuerten Weise als mit dem Halbzyklus-Antriebsimpuls erreicht.
  • Zwar kann der Wechselstromantriebsimpuls verkürzt werden, doch ist es ebenso machbar, den Gleichstromantriebsimpuls zu verkürzen, was in manchen Situationen zweckmäßig sein kann, wenn es um die Verringerung einer Lichtbogenbildung und/oder Kontakterosion geht.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung der Erfindung nur eine Ausführungsform darstellt und dass andere Mittel denkbar sind, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Zum Beispiel wurde der Stützpunkt des Kippankers als Gelenkzapfen beschrieben, der an einer Abdeckplatte des Jochs des Aktuators befestigt ist. Es kann jedoch eine beliebige Schwenkvorrichtung als Teil des Schaltgeräts verwendet werden, sofern die sich ergebende Betätigung die gleiche ist.
  • Die feststehenden Kontakte in dem Schaltgerät wurden als monolithische Einzelkontakte beschrieben, die mehrere bewegliche Kontakte kontaktieren können. Es kann jedoch auch eine entsprechende Vielzahl von feststehenden Kontakten bevorzugt werden, wodurch die benötigte Materialmenge für die Bildung der feststehenden Kontakte verringert wird.
  • Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
  • Bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Klarheit halber im Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch in nur einer Ausführungsform kombiniert sein. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze halber in einer Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso separat oder in geeigneten Unterkombinationen vorhanden sein.
  • Wenngleich vorliegende Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass innerhalb des Schutzrahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene Modifikationen möglich sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Abstoßungs-Schaltgerät
    12a
    erster Ausgangsanschluss
    12b
    zweiter Ausgangsanschluss
    14a
    erster Speisungsanschluss
    14b
    zweiter Speisungsanschluss
    16
    Schaltgerätgehäuse
    18
    Anschlussbefestigung
    20
    Gehäusebasis
    22
    Umfangswand
    24a
    erste Anschlussfläche
    24b
    zweite Anschlussfläche
    26a
    erste Anschlussfläche
    26b
    zweite Anschlussfläche
    28
    feststehendes Element
    30
    feststehender elektrischer Kontakt
    32
    beweglicher Arm
    32a
    erster beweglicher Arm
    32b
    zweiter beweglicher Arm
    34
    distales Ende
    36a
    beweglicher elektrischer Kontakt
    36b
    beweglicher elektrischer Kontakt
    36c
    beweglicher elektrischer Kontakt
    38a
    Kontaktgruppe
    38b
    Kontaktgruppe
    40a
    Zunge des beweglichen Arms
    40b
    Zunge des beweglichen Arms
    40c
    Zunge des beweglichen Arms
    42a
    flexibler Lappen
    42b
    flexibler Lappen
    42c
    flexibler Lappen
    44
    proximales Ende
    46
    verbindender Bereich
    48
    Verstärkungselement
    50
    Doppelspulenaktuator
    52
    Kontaktseite
    54
    Aktuatorseite
    56
    eisenhaltiges Joch
    58
    Basisplatte
    60
    obere Fläche
    62
    untere Fläche
    64
    Permanentmagnetpaket
    66
    linke Seite
    68
    rechte Seite
    70
    erste ansteuerbare Spule
    72
    zweite ansteuerbare Spule
    74a
    zylindrischer Eisenkern
    74b
    zylindrischer Eisenkern
    76a
    Drahtwicklungen
    76b
    Drahtwicklungen
    78
    Abdeckplatte
    80
    obere Fläche
    82
    untere Fläche
    84
    Abstützung
    86
    Gelenkzapfen
    88
    Abdeckkappen
    90
    Kippanker
    92
    kleiner Arm
    92a
    linksseitiger Arm
    92b
    rechtsseitiger Arm
    94
    zentraler Punkt
    96
    Körper
    98a
    linkes Gleitbetätigungselement
    98b
    rechtes Gleitbetätigungselement
    100
    länglicher Körper
    102
    erstes Ende
    104
    zweites Ende
    106
    Vorsprung
    108
    freies Ende
    110
    geschlitzter Heber
    112
    gemeinsame Verbindung
    A
    Nulldurchgangspunkt
    DD
    Dynamische Verzögerung
    L
    Seitliche Mittellinie
    S1
    Linksseitiger Arm des Kippankers verriegelt
    S2
    Linksseitige Spule unter Strom gesetzt; linksseitige Spule entmagnetisiert; rechtsseitige Spule erfährt größeren Magnetfluss
    S3
    Rechtsseitiger Arm des Kippankers verriegelt
    S4
    Rechtsseitige Spule unter Strom gesetzt; rechtsseitige Spule entmagnetisiert; linksseitige Spule erfährt größeren Magnetfluss
    X1
    Kontakterosionsenergie
    Y1
    Kontaktprellen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ANSI C37.90.1 [0006]
    • IEC 68-2-6 [0006]
    • IEC 68-2-27 [0006]
    • IEC 801.3 [0006]

Claims (14)

  1. Elektrisches Schaltgerät, umfassend: einen ersten Anschluss mit einem feststehenden Element mit mindestens einem feststehenden elektrischen Kontakt; einen zweiten Anschluss; und einen elektrisch leitenden beweglichen Arm, der mit dem zweiten Anschluss in elektrischer Verbindung steht und einen beweglichen elektrischen Kontakt trägt, gekennzeichnet durch einen Aktuator, der einen zentral montierten Magnet, eine erste und eine zweite ansteuerbare Spule auf jeder Seite des Magnets, einen magnetisch anziehbaren Kippanker, der an einem Punkt zwischen der ersten und der zweiten Spule schwenkbar ist, und ein Betätigungselement, das zum Betätigen des beweglichen Arms mit einem Ende des Kippankers verbunden ist, umfasst; wobei die erste und die zweite Spule mit einer gemeinsamen zentralen Verbindung zusammengeschaltet sind; und wobei die Ansteuerung der ersten Spule eine Abnahme des Magnetflusses in der ersten Spule bewirkt, die eine entsprechende Zunahme des Magnetflusses in der zweiten Spule bewirkt, wodurch der Kippanker an der zweiten Spule verriegelt und der bewegliche Arm dadurch in eine erste Richtung betätigt wird und wobei eine Ansteuerung der zweiten Spule eine Abnahme des Magnetflusses in der zweiten Spule bewirkt, die eine entsprechende Zunahme des Magnetflusses in der ersten Spule bewirkt, wodurch der Kippanker an der ersten Spule verriegelt und der bewegliche Arm dadurch in eine zweite Richtung betätigt wird.
  2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Arm in eine Zungengruppe mit einer Vielzahl von beweglichen Kontakten aufgeteilt ist.
  3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 2, wobei der bewegliche Arm ein Schalter mit drei Zungen ist.
  4. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der bewegliche Arm mindestens zwei elektrisch leitende Überlagerungsschichten aufweist, wodurch eine Biegekraft verringert wird.
  5. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ein weiterer erster Anschluss, ein weiterer zweiter Anschluss, ein weiterer beweglicher Arm und ein weiteres Betätigungselement, das zum Bewegen des weiteren beweglichen Arms mit einem zweiten Ende des Kippankers verbunden ist, vorgesehen sind, wobei eine Verriegelung des Kippankers an der ersten Spule den weiteren beweglichen Arm in die erste Richtung betätigt und wobei eine Verrieglung des Kippankers an der zweiten Spule den weiteren beweglichen Arm in die zweite Richtung betätigt.
  6. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 5, wobei ein in der Gegenrichtung fließender Strom durch den beweglichen Arm und den weiteren beweglichen Arm fließt und eine Repulsionskraft erzeugt, die die beweglichen Arme im geschlossenen Zustand der Kontakte zusätzlich auseinanderdrückt.
  7. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kippanker zwei kleine Arme aufweist, die in einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet sind.
  8. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Gleichstromversorgung für die Stromversorgung der ersten und/oder der zweiten Spule, wobei die Gleichstromversorgung über eine Antriebsschaltung Antriebsimpulse ausgibt.
  9. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Wechselstromversorgung für die Stromversorgung der ersten und/oder der zweiten Spule, wobei die Wechselstromversorgung über eine Antriebsschaltung Antriebsimpulse ausgibt.
  10. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Antriebsimpuls ein verkürztes Wellenformprofil hat, um eine Erosionsenergie zwischen den Kontakten zu verringern.
  11. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 10, wobei der Antriebsimpuls ein Halbzyklus-Wellenformprofil hat, um eine Erosionsenergie zwischen den Kontakten zu verringern.
  12. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 10, wobei der Antriebsimpuls ein Viertelzyklus-Wellenformprofil hat, um ein Trennen der Kontakte vor dem Spitzenlaststrom zu verhindern.
  13. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Ansteuerung einer der Spulen ein elektromagnetisches Feld in der anderen Spule induziert, das einen mittleren Ausgleichsfluss und Dämpfungseffekt bewirkt, um das Öffnen und Schließen der Kontakte mit dem Nulldurchgang der Wechselstromwellenform zu synchronisieren oder im Wesentlichen zu synchronisieren.
  14. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 13, wobei die Ansteuerung einer der Spulen ein elektromagnetisches Feld in der anderen Spule induziert, wenn die erste und die zweite Spule in Reihe geschaltet sind.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3042600B1 (fr) * 2015-10-16 2017-12-22 Sagemcom Energy & Telecom Sas Compteur electrique. procede de commande d'une ouverture et d'une fermeture d'un organe de coupure du compteur electrique.
JP6471678B2 (ja) * 2015-10-29 2019-02-20 オムロン株式会社 接触片ユニット及びリレー
JP6458705B2 (ja) 2015-10-29 2019-01-30 オムロン株式会社 リレー
JP6414019B2 (ja) * 2015-10-29 2018-10-31 オムロン株式会社 リレー
CN106531554B (zh) * 2016-11-08 2019-03-12 仲大卫 接触器的无弧分断装置、接触器及无弧分断方法
US10276335B2 (en) * 2017-01-27 2019-04-30 Carling Technologies, Inc. High voltage DC relay
FR3086455B1 (fr) * 2018-09-20 2020-08-14 Schneider Electric Ind Sas Systeme d'actionnement pour appareil electrique interrupteur
DE102019117804B4 (de) * 2019-07-02 2021-08-12 Johnson Electric Germany GmbH & Co. KG Schalteinrichtung mit einem elektrischen Kontaktsystem
DE202019103631U1 (de) * 2019-07-02 2019-07-10 Johnson Electric Germany GmbH & Co. KG Federbasiertes Kontaktsystem für die Schaltfunktion einer durch elektrischen Strom betriebenen Schalteinrichtung
US11676786B2 (en) * 2020-04-09 2023-06-13 Rockwell Automation Technologies, Inc. Systems and methods for controlling contactor open time
JP2023552892A (ja) * 2020-12-15 2023-12-19 シァメン ホンファ エレクトリック パワー コントロールズ カンパニー リミテッド 温度上昇を低減可能なリレーの可動バネ及びリレー
USD1020657S1 (en) * 2021-03-30 2024-04-02 Song Chuan Precision Co., Ltd. Relay

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2149699A (en) * 1936-11-09 1939-03-07 Charles F James Three-way switch
US2446299A (en) * 1944-02-14 1948-08-03 Guardian Electric Mfg Co Interlocking relay
US2458939A (en) * 1944-06-13 1949-01-11 Gen Electric Control device
US2467720A (en) * 1944-09-28 1949-04-19 Westinghouse Electric Corp Circuit breaker
US2564246A (en) * 1948-01-03 1951-08-14 Rotax Ltd Electromagnetic reversing switch
US2542945A (en) * 1948-03-24 1951-02-20 Rojas Francisco Antonio Jaimes Safety electromagnetic circuit breaker
US2755354A (en) * 1953-03-16 1956-07-17 Allen Bradley Co Interlocked switch actuators
BE544224A (de) * 1955-01-07
BE560797A (de) * 1956-09-14
US2846542A (en) * 1956-11-13 1958-08-05 North Electric Co Relay structure
US2955174A (en) * 1957-12-02 1960-10-04 American Mach & Foundry Electrical relays
US3031551A (en) * 1958-07-02 1962-04-24 Texas Instruments Inc Electrical switch structures
US3001049A (en) * 1959-11-30 1961-09-19 Leach Corp Magnetic latch
US3321722A (en) * 1964-10-21 1967-05-23 Leach Corp Relay with adjustable armature
US3497841A (en) * 1967-08-30 1970-02-24 Arthur E Wood Jr Magnetic latch relay
US3534307A (en) * 1969-02-13 1970-10-13 Westinghouse Electric Corp Electromagnetically or mechanically controlled magnetically-latched relay
FR2346847A1 (fr) 1976-04-02 1977-10-28 Thomson Csf Relais electromecanique etanche polarise
US4259652A (en) * 1979-04-30 1981-03-31 Eltra Corporation Reversing relay for permanent magnet DC motor
US4286244A (en) * 1980-02-29 1981-08-25 Leach Corporation Electromagnetic actuator for a latch relay
DE3378805D1 (en) * 1982-07-06 1989-02-02 Nec Corp Transfer-type electromagnetic relay
JPS61218035A (ja) * 1985-03-25 1986-09-27 松下電工株式会社 有極電磁石
JPS61218025A (ja) * 1985-03-25 1986-09-27 松下電工株式会社 有極リレ−
US4747010A (en) * 1987-04-16 1988-05-24 General Electric Company Bi-stable electromagnetic device
JP2781889B2 (ja) * 1989-04-18 1998-07-30 オムロン株式会社 継電器
DE69114865T2 (de) * 1990-01-12 1996-08-22 Omron Tateisi Electronics Co Elektromagnetisches Relais.
EP0593599B1 (de) * 1991-07-09 1995-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektromagnetisches umschaltrelais
DE4219933A1 (de) * 1992-06-17 1993-12-23 Siemens Ag Elektromagnetisches Relais
JPH0554774A (ja) * 1991-08-21 1993-03-05 Omron Corp 電磁継電器
EP0640243B1 (de) * 1992-05-15 1996-08-28 Siemens Aktiengesellschaft Polarisiertes leistungsrelais
US5359305A (en) * 1992-06-15 1994-10-25 Matsushita Electric Works, Ltd. Electromagnetic relay
GB2299896B (en) 1995-04-11 2000-03-08 Mckean Brian Ass Ltd Improvements in and relating to permanent magnet bistable actuators
DE19606883C1 (de) * 1996-02-23 1997-04-30 Schrack Components Ag Elektromagnetisches Relais mit kombinierter Kontakt- und Rückstellfeder
DE19606884C1 (de) * 1996-02-23 1997-04-30 Schrack Components Ag Elektromagnetisches Relais
US5994987A (en) * 1998-05-15 1999-11-30 Siemens Energy & Automation, Inc. Contact mechanism for electronic overload relays
JP3709847B2 (ja) * 2002-01-23 2005-10-26 株式会社村田製作所 静電型アクチュエータ
JP3985628B2 (ja) * 2002-08-09 2007-10-03 オムロン株式会社 開閉装置
FR2853761A1 (fr) * 2003-04-14 2004-10-15 Radiall Sa Relais electromagnetique
JP4466506B2 (ja) * 2005-08-12 2010-05-26 オムロン株式会社 リレー
CH698492B1 (de) * 2006-03-20 2009-08-31 Elesta Relays Gmbh Relais.
US7477119B2 (en) * 2007-03-02 2009-01-13 Good Sky Electric Co., Ltd. Electromagnetic relay
US7659800B2 (en) * 2007-08-01 2010-02-09 Philipp Gruner Electromagnetic relay assembly
DE102008057555B4 (de) * 2008-11-15 2010-08-12 Tyco Electronics Austria Gmbh Relais mit Flip-Flop-Feder
CN201498435U (zh) * 2009-05-14 2010-06-02 南通乐利华电器设备有限公司 过零动作磁保持继电器
US8330564B2 (en) * 2010-05-04 2012-12-11 Tyco Electronics Corporation Switching devices configured to control magnetic fields to maintain an electrical connection
DE102010032456B4 (de) * 2010-07-28 2012-11-29 Schaltbau Gmbh Elektrisches Schaltschütz
JP5624431B2 (ja) * 2010-11-08 2014-11-12 パナソニック株式会社 電磁リレー
US8514040B2 (en) * 2011-02-11 2013-08-20 Clodi, L.L.C. Bi-stable electromagnetic relay with x-drive motor
GB201200331D0 (en) * 2012-01-09 2012-02-22 Dialight Europ Ltd Improvements in switching contactors (II)
CN103295847B (zh) * 2012-03-01 2016-12-07 德昌电机(深圳)有限公司 驱动装置及具有该驱动装置的继电器
GB2511569B (en) 2013-03-08 2015-05-06 Christopher John Stanton Improved switch and associated methods
GB2517137B (en) * 2013-07-11 2021-04-14 Johnson Electric Int Ag Electrical contactor
GB201407705D0 (en) * 2014-05-01 2014-06-18 Johnson Electric Sa Improvements in electrical contact sets

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANSI C37.90.1
IEC 68-2-27
IEC 68-2-6
IEC 801.3

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