DE19701311B4

DE19701311B4 - Strombegrenzender Leistungsschalter

Info

Publication number: DE19701311B4
Application number: DE1997101311
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Erven; Hartwig Dr.-Ing. Stammberger
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: DE19701311A1

Abstract

Strombegrenzender Leistungsschalter mit einem Wirbelstromauslöser zum Öffnen eines Hauptstromkreises, mit den Merkmalen:
a) der Leistungsschalter umfaßt zwei feststehende Schaltstücke (3'), die über eine drehbare Kontaktbrücke (1) miteinander verbindbar sind;
b) die Kontaktbrücke (1) wird in der Grundstellung des Schalters über mindestens eine Kontaktdruckfeder (4) gegen die feststehenden Schaltstücke (3') gedrückt;
c) der Leistungsschalter weist ein von der Kontaktbrücke (1) separat angeordnetes ringförmiges Antriebselement (13) auf;
d) das ringförmige Antriebselement (13) ist entlang einer in bezug auf die Längsachse der Kontaktbrücke (1) senkrechten Achse (12) verschiebbar angeordnet, derart, daß beim Auftreten eines Überlaststromes in dem Hauptstromkreis dieser Strom direkt in dem Antriebselement (13) einen Wirbelstrom erzeugt, welcher eine Verschiebung des Antriebselementes (13) entlang der Achse (12) bewirkt;
e) 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...

Description

Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Leistungsschalter 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 Wirbelstromauslöser verschoben, so daß der Leistungsschalter geöffnet wird. Der Wirbelstromauslöser besteht aus einem ringförmigen, 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 Auslösestrom entgegengesetzter Richtung erzeugt. Durch die dadurch entstehenden abstoßenden Kräfte wird die Kontaktbrücke stoßartig in die geöffnete Stellung des Leistungsschalters verschoben.

Der Vorteil der Verwendung eines derartigen Wirbelstromauslösers besteht vor allem darin, daß er bei Verwendung eines Stromes mit hoher Anstiegsgeschwindigkeit sehr schnell arbeitet, 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 indessen, daß der Wirbelstromauslöser sowohl eine zusätzliche Spule, 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 Schaltbrücke angeordnete Schaltstange durch einen Wirbelstromauslöser betätigt wird. Auch in diesem Fall ist eine separate Antriebsspule sowie eine zusätzliche Stromquelle und eine Triggerschaltung zur zeitrichtigen Bestromung der Spule erforderlich.

Aus der DE 23 26 117 A1 ist ebenfalls ein strombegrenzender Leistungsschalter mit einem Wirbelstromauslöser zum Öffnen eines Hauptstromkreises bekannt. Die bewegliche Kontaktbrücke ist bei diesem Leistungsschalter mit einem zungenförmigen Teil mechanisch direkt verbunden, welches in den Luftspalt eines Eisenkreises (magnetischen Kreises) ragt. Im Überlastfall erzeugt der durch die Kontaktbrücke fließende Strom ein Magnetfeld in dem magnetischen Kreis, welches seinerseits in dem zungenförmigen Teil einen Wirbelstrom induziert. Durch die Wechselwirkung des Magnetfeldes und dem Feld des induzierten Wirbelstromes ergibt sich dann eine Kraft, die zu einem Öffnen der Kontaktbrücke führt.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Leistungsschalter, daß sich durch die feste Verbindung von Kontaktbrücke und zungenförmigem Teil eine relativ große Masse ergibt, die zum Öffnen eine hohe Beschleunigungsenergie erfordert. Außerdem ist der Öffnungsweg der Kontaktbrücke durch den Öffnungsraum des Eisenkreises begrenzt, was den strombegrenzenden Eigenschaften des Kontaktsystems Grenzen setzt.

Aus der DE 23 26 117 A1 ist ferner eine Schnellabschaltvorrichtung bekannt, bei der zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Abschaltanordnung der magnetische Kreis, welcher auf das zungenförmige Teil der Kontaktbrücke wirkt, auch auf ein Ankerteil einwirkt, welches beim Auftreten entsprechender Stromschwankungen über ein Gestänge ebenfalls eine Verschiebung der Kontaktbrücke bewirkt.

Auch aus den Schriften DE-PS 601 246 und CH-PS 294 486 sind strombegrenzende Leistungsschalter mit Wirbelstromauslösern zum Öffnen eines Hauptstromkreises bekannt, die jeweils einen Eisenkreis benötigen. Im Überlastfall erfolgt auch bei diesen bekannten Schaltern die Kontaktöffnung unmittelbar durch das wirbelstrombeaufschlagte Element mit einem entsprechenden masseüberwindenden Aufwand an Beschleunigungsenergie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen strombegrenzenden Leistungsschalter mit einem Wirbelstromauslöser anzugeben, der einfach und robust aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders 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 bzw. einen sonstigen zusätzlichen Magnetkreis erzeugt wird, sondern direkt durch das im Überlastfall mit dem Stromanstieg im Hauptstromkreis verbundene Magnetfeld. Dadurch entfällt nicht nur die zusätzliche Spule bzw. der zusätzliche Magnetkreis, 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 wir- kende Kraft von dem Stromanstieg des Stromes im Hauptstromkreis abhängt, haben Leistungsschalter mit Wirbelstromauslöser kürzere Schaltzeiten als diejenigen mit herkömmlichen Magnetauslösern mit elektrodynamischer Kontaktöffnung.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, daß mit dem Wirbelstromauslöser eine Einrichtung zur Kontaktfederentspannung angesteuert wird. Dabei wird die Kontaktbrücke des Hauptstromkreises im Überlastfall zwar durch einen herkömmlichen Magnetauslöser geöffnet, aber zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit die Abhebegrenze der Kontaktbrücke automatisch gesenkt. Dieses erfolgt dadurch, daß das der Kontaktbrücke abgewandte Ende der Kontaktdruckfe der 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 Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 die Explosionsdarstellung einer Kontaktbrücke eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters mit einer Einrichtung zur Kontaktfederentspannung;
2 die der 1 entsprechende Einrichtung im zusammengebauten Zustand, wobei sich die Einrichtung in ihrer EIN-Stellung (Raststellung) befindet;
3 die der 2 entsprechende Einrichtung in ihrer geöffneten Stellung;
4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Einrichtung zur Kontaktfederentspannung.
In den 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 bewegliche Schaltstücke 3 auf, die in der EIN-Stellung des Leistungsschalters (geschlossener Schalter) mittels zweier Kontaktdruckfedern 4 gegen entsprechende feststehende Schaltstücke (in den 1–3 nicht dargestellt) gedrückt werden.
Während sich das erste Ende 5 der jeweiligen Kontaktdruckfeder 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 drehbaren Gehäuseteles 9 ab (vgl. auch 4).
Die Kontaktbrücke 1 ist in ihrem mittleren Bereich spulenförmig gewunden ausgebildet. Durch die Öffnung 10 (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 Aluminiumlegierung) längsverschiebbar angeordnet ist. An dem Antriebselement 13 sind zwei Mitnehmer 14 angeordnet, die Teil einer Arretiereinrichtung sind, welche außerdem zwei jeweils durch eine Feder 15 beaufschlagte Sperrkugeln 16 umfaßt. Die Sperrkugeln 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 Gehäuseteiles (2).
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der in den 1–3 dargestellten Einrichtung beschrieben: Durch die Kontaktbrücke 1 möge zunächst ein stationärer Nennstrom fließen. Dabei befindet sich die Einrichtung zur Kontaktfederentspannung in ihrer Raststellung (2). Tritt nun ein Kurzschluß in dem Hauptstromkreis auf, vergrößert sich die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit des Magnetfeldes, das mit diesem Strom verknüpft 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 (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 vollständig aus den Längsnuten 17 des Führungsteiles 8 herausgedrückt sind, wird das Gehäuseteil 9 durch die sich entspannenden Kontaktdruckfedern 4 verschwenkt (geöffnete Stellung der Einrichtung zur Kontaktfederentspannung). Aufgrund der entspannten Kontaktdruckfedern 4 reicht nun eine relativ geringe, durch das Schaltschloß zur Verfügung gestellte oder die Kontaktanordnung bewirkte (elektrodynamische) Kraft zum Öffnen der Schaltbrücke aus.
Die Öffnungsbewegung des Gehäuseteiles kann durch eine Drehfeder, die im Führungsteil sitzt und sich im Gehäuseteil abstützt, unterstützt werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in 4 wiedergegeben. Dabei sind das Führungsteil 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 feststehenden mit 3' gekennzeichneten Schaltstücke des Leistungsschalters 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 (2).

Claims

Strombegrenzender Leistungsschalter mit einem Wirbelstromauslöser zum Öffnen eines Hauptstromkreises, mit den Merkmalen: a) der Leistungsschalter umfaßt zwei feststehende Schaltstücke (3'), die über eine drehbare Kontaktbrücke (1) miteinander verbindbar sind; b) die Kontaktbrücke (1) wird in der Grundstellung des Schalters über mindestens eine Kontaktdruckfeder (4) gegen die feststehenden Schaltstücke (3') gedrückt; c) der Leistungsschalter weist ein von der Kontaktbrücke (1) separat angeordnetes ringförmiges Antriebselement (13) auf; d) das ringförmige Antriebselement (13) ist entlang einer in bezug auf die Längsachse der Kontaktbrücke (1) senkrechten Achse (12) verschiebbar angeordnet, derart, daß beim Auftreten eines Überlaststromes in dem Hauptstromkreis dieser Strom direkt in dem Antriebselement (13) einen Wirbelstrom erzeugt, welcher eine Verschiebung des Antriebselementes (13) entlang der Achse (12) bewirkt; e) 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; f) das Gehäuseteil (9) ist in seiner ersten Stellung, die der EIN-Stellung des Leistungsschalters entspricht, durch eine Arretiereinrichtung fixiert; g) 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 Gehäuseteil (9) durch die Kontaktdruckfeder (4) in seine zweite Stellung geschwenkt und dadurch die Kontaktdruckfeder (4) entspannt wird.
Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Achse (12) um einen separaten ferromagnetischen Stab (12) handelt, der durch eine entsprechende Öffnung (10) der Kontaktbrücke (1) hindurchgeführt ist.
Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke (1) spulenförmig gewunden ausgebildet ist und mindestens eine Windung (11) aufweist, durch welche der ferromagnetische Stab (12) hindurchgeführt ist.
Strombegrenzender Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch 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) teilweise in einer Längsnut (17) des drehfesten Führungsteiles (8) und teilweise in einer Längsnut (18) des Gehäuseteiles (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 Antriebselement (13) angeordneten Mitnehmer (14) vollständig in die Längsnut (17) des Führungsteiles (8) druckbar ist.
Strombegrenzender Leistungsschalter nach Anspruch 4 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.