DE19701311A1 - Strombegrenzender Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Leistungs­ schalter mit einem Wirbelstromauslöser zum Öffnen eines Hauptstromkreises.

Ein derartiger Schalter ist beispielsweise aus der EP 0 450 104 B1 bekannt. Dabei wird eine zwischen zwei feststehenden Schaltstücken angeordnete Kontaktbrücke beim Auftreten eines Überlaststromes (z. B. eines Kurzschlußstromes) durch den Wir­ belstromauslöser verschoben, so daß der Leistungsschalter ge­ öffnet wird. Der Wirbelstromauslöser besteht aus einem ring­ förmigen mit der Kontaktbrücke verbundenen Antriebselement und einer Spule. Zur Betätigung des Wirbelstromauslösers wird durch den ansteigenden Strom des Hauptstromkreises ein Relais aktiviert, über welches der Spule dann ein impulsförmiger Auslösestrom zugeführt wird. Durch den Auslösestrom werden in dem ringförmigen Antriebselement Wirbelströme mit zum Auslö­ sestrom entgegengesetzter Richtung erzeugt. Durch die dadurch entstehenden abstoßenden Kräfte wird die Kontaktbrücke stoß­ artig in die geöffnete Stellung des Leistungsschalters ver­ schoben.

Der Vorteil der Verwendung eines derartigen Wirbelstromaus­ lösers besteht vor allem darin, daß er bei Verwendung eines Stromes mit hoher Anstiegsgeschwindigkeit sehr schnell arbei­ tet, weil die maximalen Kräfte nicht erst bei Erreichen des Strommaximums auftreten, sondern bereits dann, wenn der Strom seine maximale Anstiegsgeschwindigkeit erreicht.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Leistungsschalter indes­ sen, daß der Wirbelstromauslöser sowohl eine zusätzliche Spu­ le, eine zusätzliche Stromquelle und eine Triggerschaltung zur zeitrichtigen Bestromung der Spule benötigt.

Ähnliche Nachteile weist auch der in der EP 0 309 311 B1 offenbarte Leistungsschalter auf, bei dem eine an der Schalt­ brücke angeordnete Schaltstange durch einen Wirbelstromaus­ löser betätigt wird. Auch in diesem Fall ist eine separate Antriebsspule sowie eine zusätzliche Stromquelle und eine Triggerschaltung zur zeitrichtigen Bestromung der Spule erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen strombegren­ zenden Leistungsschalter mit einem Wirbelstromauslöser anzu­ geben, der einfach und robust aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, beson­ ders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, daß der in dem ringförmigen Antriebsteil des Wirbelstromauslösers auftretende Wirbelstrom nicht durch eine zusätzliche Spule erzeugt wird, sondern durch das im Überlastfall mit dem Stromanstieg im Hauptstromkreis verbundene Magnetfeld. Da­ durch entfällt nicht nur die zusätzliche Spule, sondern auch eine separate Stromquelle zur Versorgung der Spule sowie eine Triggerschaltung zur Triggerung der Stromversorgung der Spule in Abhängigkeit von dem Stromverlauf im Hauptstromkreis.

Da bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter die auf das ringförmige Antriebselement wirkende Kraft von dem Stroman­ stieg des Stromes im Hauptstromkreis abhängt, liegen die von dem Wirbelstromauslöser verursachten Schaltvorgänge vor de­ nen, die mit herkömmlichen Magnetauslösern mit elektrodyna­ mischer Kontaktöffnung arbeiten.

Der Wirbelstromauslöser des erfindungsgemäßen Leistungsschal­ ters kann entweder direkt zur Betätigung der beweglichen Kon­ taktbrücke des Hauptstromkreises herangezogen werden oder aber auch andere Funktionen übernehmen.

So hat es sich bei einer Ausführungsform der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn mit dem Wirbelstromauslöser eine Einrichtung zur Kontaktfederentspannung angesteuert wird. Dabei wird die Kontaktbrücke des Hauptstromkreises im Über­ lastfall zwar durch einen herkömmlichen Magnetauslöser ge­ öffnet, aber zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit die Ab­ hebegrenze der Kontaktbrücke automatisch gesenkt. Dieses erfolgt dadurch, daß das der Kontaktbrücke abgewandte Ende der Kontaktdruckfeder mit Hilfe des Wirbelstromauslösers verschoben und damit die Kontaktdruckfeder entspannt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs­ beispielen. Es zeigen:

Fig. 1 die Explosionsdarstellung einer Kontaktbrücke eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters mit einer Ein­ richtung zur Kontaktfederentspannung;

Fig. 2 die Fig. 1 entsprechende Einrichtung im zusammengebauten Zustand, wobei sich die Einrichtung in ihrer EIN-Stel­ lung (Raststellung) befindet;

Fig. 3 die Fig. 2 entsprechende Einrichtung in ihrer geöffneten Stellung;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungs­ beispieles einer Einrichtung zur Kontaktfederentspan­ nung;

Fig. 5 einen Längsschnitt in Draufsicht auf einen Wirbelstrom­ auslöser, bei dem das ringförmige Antriebselement als Kontaktbrücke des Schalters eines Hilfsstromkreises ausgebildet ist, und

Fig. 6 der schaltstückseitige Bereich eines schleifenförmig ausgebildeten Leiterabschnittes, durch den ein das ringförmige Antriebsteil des Wirbelstromauslösers tragender ferromagnetischer Stab hindurchgeführt ist.

In den Fig. 1-3 ist mit 1 eine zweischenklige Kontaktbrücke eines nicht im einzelnen dargestellten strombegrenzenden Leistungsschalters bezeichnet. Die Kontaktbrücke 1 ist um eine Drehachse 2 schwenkbar angeordnet und weist zwei beweg­ liche Schaltstücke 3 auf, die in der EIN-Stellung des Leistungsschalters (geschlossener Schalter) mittels zweier Kontaktdruckfedern 4 gegen entsprechende feststehende Schalt­ stücke (in den Fig. 1-3 nicht dargestellt) gedrückt werden.

Während sich das erste Ende 5 der jeweiligen Kontaktdruck­ feder 4 an einem Arm der Kontaktbrücke 1 abstützt, stützt sich das jeweils zweite Ende 6 der Kontaktdruckfeder 4 an einer Anschlagsfläche 7 eines um ein Führungsteil 8 drehbares Gehäuseteil 9 ab (vgl. auch Fig. 4).

Die Kontaktbrücke 1 ist in ihrem mittleren Bereich spulen­ förmig gewunden ausgebildet. Durch die Öffnung 10 (Fig. 1) der dadurch gebildeten Windung 11 ist ein ferromagnetischer Stab 12 hindurchgeführt, auf dem ein ringförmiges Antriebselement 13 aus einem gut leitenden Material (z. B. einer Aluminiumle­ gierung) längsverschiebbar angeordnet ist. An dem Antriebs­ element 13 sind zwei Mitnehmer 14 angeordnet, die Teil einer Arretiereinrichtung sind, welche außerdem zwei jeweils durch eine Feder 15 beaufschlagte Sperrkugeln 16 umfaßt. Die Sperr­ kugeln 16 befinden sich in der EIN-Stellung der Einrichtung zur Kontaktfederentspannung (Raststellung) mit einer Hälfte in einer Längsnut 17 des drehfesten Führungsteiles 8 und mit der anderen Hälfte in einer Längsnut 18 des drehbaren Ge­ häuseteiles (Fig. 2).

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der in den Fig. 1-3 darge­ stellten Einrichtung beschrieben: Durch die Kontaktbrücke 1 möge zunächst ein stationärer Nennstrom fließen. Dabei be­ findet sich die Einrichtung zur Kontaktfederentspannung in ihrer Raststellung (Fig. 2). Tritt nun ein Kurzschluß in dem Hauptstromkreis auf, vergrößert sich die zeitliche Änderungs­ geschwindigkeit des Magnetfeldes, das mit diesem Strom ver­ knüpft ist, schlagartig. Dadurch wird im Antriebselement 13 ein Strom induziert, der in Interaktion mit dem Magnetfeld des Kurzschlußstromes eine Kraft auf dieses Antriebselement ausübt. Durch diese Kraft wird das Antriebselement 13 in Richtung des mit 19 bezeichneten Pfeiles (Fig. 3) auf dem ferromagnetischen Stab 12 verschoben.

Der ferromagnetische Stab 12 dient sowohl zur Führung als auch zur Verstärkung des Magnetfeldes (der Antriebsring 13 muß sich in einem möglichst starken Feld befinden).

Über die mit dem ringförmigen Antriebselement 13 verbundenen Mitnehmer 14 werden auch die Sperrkugeln 16 gegen den Druck der Federn 15 verschoben. Sobald die Sperrkugeln 16 vollstän­ dig aus den Längsnuten 17 des Führungsteiles 8 herausgedrückt sind, wird das Gehäuseteil 9 durch die sich entspannenden Kontaktdruckfedern 4 verschwenkt (geöffnete Stellung der Ein­ richtung zur Kontaktfederentspannung). Aufgrund der entspann­ ten Kontaktdruckfedern 4 reicht nun eine relativ geringe durch das Schaltschloß zur Verfügung gestellte oder die Kon­ taktanordnung bewirkte (elektrodynamische) Kraft zum Öffnen der Schaltbrücke aus.

Die Öffnungsbewegung des Gehäuseteiles kann durch eine Dreh­ feder, die im Führungsteil sitzt und sich im Gehäuseteil ab­ stützt, unterstützt werde. Ein entsprechendes Ausführungs­ beispiel ist in Fig. 4 wiedergegeben. Dabei sind das Führungs­ teil und das Gehäuseteil wiederum mit 8 und 9 bezeichnet. Die sich an diesen beiden Teilen abstützende Drehfeder ist mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Außerdem sind die feststehen­ den mit 3' gekennzeichneten Schaltstücke des Leistungsschal­ ters gestrichelt angedeutet.

Das Schließen des geöffneten Leistungsschalters erfolgt z. B. durch Betätigung eines Schaltschlosses (nicht dargestellt), wobei das Schloß an dem Gehäuseteil 9 angreift und dieses zurückdreht, bis die Sperrkugeln 16 durch die Federn 15 wieder teilweise in die Längsnuten des Führungsteiles 17 gedrückt werden (Fig. 2).

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann bei­ spielsweise das ringförmige Antriebselement über eine Schalt­ stange auch direkt auf die Kontaktbrücke wirken, wobei als Kontaktbrücke sowohl eine zweiarmige als auch eine einarmige Brücke in Betracht kommt.

Statt eines zusätzlichen ferromagnetischen Stabes kann es sich bei der Achse, entlang welcher das ringförmige Antriebs­ element verschiebbar angeordnet ist, auch um die Kontakt­ brücke selbst oder um einen der beiden Leiterabschnitte handeln.

Ferner kann das ringförmige Antriebselement des Wirbelstrom­ auslösers auch selbst als Kontaktbrücke, z. B. für einen Schalter eines Hilfsstromkreises, ausgebildet sein. Ein ent­ sprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist die in ihrem mittleren Bereich spulenförmig ge­ wundene Kontaktbrücke des Hauptstromkreises wiederum mit 1 bezeichnet, während das ringförmige Antriebselement mit dem Bezugszeichen 21 versehen ist. Das Antriebselement 21 ist entlang eines ferromagnetischen Stabes 22 verschiebbar ange­ ordnet und trägt umfangseitig zwei bewegliche Hilfsschalt­ stücke 23. Diese werden im Überlastfall gegen den Druck einer nicht dargestellten Feder gegen zwei feststehende Hilfs­ schaltstücke 24 gedrückt, so daß der Hilfsstromkreis ge­ schlossen wird.

Fig. 6 zeigt die Anordnung eines Wirbelstromauslösers im Be­ reich eines schleifenförmig ausgebildeten Leiterabschnittes 25 mit feststehendem Schaltstück 26. Dabei ist der ferromag­ netische Stab 27 des Wirbelstromauslösers durch die Schleife des Leiterabschnittes 25 hindurchgeführt. Das mit 28 bezeich­ nete ringförmige Antriebselement befindet sich auf der Rück­ seite des Leiterabschnittes 25.

Bezugszeichenliste

1

Kontaktbrücke

2

Drehachse

3

bewegliches Schaltstück

3

' feststehendes Schaltstück

4

Kontaktdruckfeder

5

erste Ende (Kontaktdruckfeder)

6

zweite Ende (Kontaktdruckfeder)

7

Anschlagsfläche

8

Führungsteil

9

drehbares Gehäuseteil

10

Öffnung

11

Windung

12

Achse, ferromagnetischer Stab

13

ringförmiges Antriebselement

14

Mitnehmer

15

Feder

16

Sperrkugel

17

Längsnut (Führungsteil)

18

Längsnut (Gehäuseteil)

19

Richtungspfeil

20

Drehfeder

21

ringförmiges Antriebselement, Kontaktbrücke

22

Achse, ferromagnetischer Stab

23

bewegliches Hilfsschaltstück

24

feststehendes Hilfsschaltstück

25

Leiterabschnitt

26

feststehendes Schaltstück

27

Achse, ferromagnetischer Stab

28

ringförmiges Antriebselement

Claims (7)

1. Strombegrenzender Leistungsschalter mit einem Wirbel­ stromauslöser zum öffnen eines Hauptstromkreises, wobei

• a) der Leistungsschalter zwei feststehende Schalt­ stücke (3'; 26) umfaßt, die über eine dreh- oder verschiebbare Kontaktbrücke (1) miteinander verbindbar sind,
• b) die feststehenden Schaltstücke (3'; 26) jeweils über einen Leiterabschnitt (25) mit einer Anschlußklemme verbunden sind,
• c) die Kontaktbrücke (1) in der Grundstellung des Schalters über mindestens eine Kontaktdruckfeder (4) gegen die feststehenden Schaltstücke (3'; 26) gedrückt wird,
• d) der Leistungsschalter ein zusätzliches ringförmiges Antriebselement (13; 21; 28) umfaßt, welches auf einer Achse (12; 22; 27) verschiebbar angeordnet ist, derart, daß beim Auftreten eines Überlaststromes in dem Hauptstromkreis in dem Antriebselement (13; 21; 28) ein Wirbelstrom erzeugt wird, welcher eine Ver­ schiebung des Antriebselementes (13; 21; 28) entlang der Achse (12; 22; 27) bewirkt und dadurch entspre­ chende Steuer- und/oder Schaltvorgänge einleitet und
• e) das ringförmige Antriebselement (13; 21; 28) derart in dem Leistungsschalter angeordnet ist, daß der durch die Kontaktbrücke (1) und/oder durch die Leiterabschnitte (25) fließende Überlaststrom den die Schaltvorgänge bewirkenden Wirbelstrom in dem ringförmigen Antriebselement (13; 21; 28) induziert.

2. Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß es sich bei der Achse um einen separaten ferromagnetischen Stab (12; 22; 27) handelt, der durch eine entsprechende Öffnung (10) der Kontaktbrücke (1) oder der beiden Leiterabschnitte (25) hindurchge­ führt ist.

3. Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke (1) oder einer der beiden Leiterabschnitte (25) spulenförmig ge­ wunden ausgebildet ist und mindestens eine Windung (11) aufweist, durch welche der ferromagnetische Stab (12; 22; 27) hindurchgeführt ist.

4. Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 2 oder 4, gekennzeichnet durch die Merkmale:

• a) das der Kontaktbrücke (1) abgewandte (zweite) Ende (6) der Kontaktdruckfeder (4) stützt sich an einer Anschlagsfläche (7) eines um ein Führungsteil (8) von einer ersten in eine zweite Stellung drehbaren Gehäuseteiles (9) ab;
• b) das Gehäuseteil (9) ist in seiner ersten Stellung, die der EIN-Stellung des Leistungsschalters ent­ spricht, durch eine Arretiereinrichtung fixiert;
• c) die Arretiereinrichtung wirkt mit dem ringförmigen Antriebselement (13) derart zusammen, daß durch die Verschiebebewegung des Antriebselementes (13) beim Auftreten eines Überlaststromes im Hauptstromkreis die Arretiereinrichtung gelöst wird und das Gehäu­ seteil (9) durch die Kontaktdruckfeder (4) in seine zweite Stellung geschwenkt und dadurch die Kontakt­ druckfeder (4) entspannt wird.

5. Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung aus mindestens einer parallel zur Achse (12) gegen den Druck einer Feder (15) verschiebbaren Sperrkugel (16) besteht, die in der ersten Stellung des Gehäuseteiles (9) teil­ weise in einer Längsnut (17) des drehfesten Führungs­ teiles (8) und teilweise in einer Längsnut (18) des Ge­ häuseteiles (9) angeordnet ist, so daß das Gehäuseteil (9) gegenüber dem Führungsteil (8) fixiert ist, und daß die Sperrkugel (16) zur Lösung der Arretierung gegen den Druck der Feder (15) von einem an dem ringförmigen An­ triebselement (13) angeordneten Mitnehmer (14) voll­ ständig in die Längsnut (17) des Führungsteiles (8) drückbar ist.

6. Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Schwenkbewegung des Gehäuseteiles (9) von seiner ersten in seine zweite Stellung eine Drehfeder (20) vorgesehen ist, die sich einerseits an dem Gehäuseteil (9) und andererseits an dem Führungsteil (8) abstützt.

7. Strombegrenzender Leistungsschalter nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ring­ förmige Antriebselement (21) als Kontaktbrücke für einen Schalter eines Hilfsstromkreises ausgebildet ist.