DE19947836C1 - Vakuumschütz - Google Patents

Abstract

Bei einem Vakuumschütz wird bei Beaufschlagung einer Antriebsspule (2) mit einem Anzugsstrom (IA) der Anker (3) aus einer Ankerruhestellung (AR) zunächst um einen Vorlaufweg (sV) und sodann um einen Mitnahmeweg (sM) in eine Ankerbetätigungsstellung (AB) ausgelenkt. Ein Betätigungselement (4) wird vom Anker (3) nur während des Durchlaufens des Mitnahmeweges (sM) aus einer Elementruhestellung (ER) in eine Elementbetätigungsstellung (EB) ausgelenkt. Dadurch kann ein einwandfreies Kippverhalten des Vakuumschützes erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumschütz mit einem Schützgehäuse, einer Antriebsspule, einem Anker, einem Betä­ tigungselement und mindestens einem Vakuumkontakt,

• - wobei die Antriebsspule bei Beaufschlagung mit einem An­ zugsstrom den Anker aus einer Ankerruhestellung in eine An­ kerbetätigungsstellung auslenkt,
• - wobei durch das Auslenken des Ankers das Betätigungselement aus einer Elementruhestellung in eine Elementbetätigungs­ stellung ausgelenkt wird,
• - wobei das Auslenken des Betätigungselements ein Betätigen des mindestens einen Vakuumkontakts bewirkt.

Ein derartiges Vakuumschütz ist allgemein bekannt.

Bei Schützen wird in der Regel bei Beaufschlagung der An­ triebsspule mit dem Anzugsstrom der Anker und mit dem Anker das Betätigungselement gegen eine Federkraft ausgelenkt. Die Federkraft wirkt also in Richtung der Ankerruhestellung und der Elementruhestellung. Diese Federkraft muß vom Anzugsmo­ ment, das die Antriebsspule aufgrund des Anzugsstromes auf den Anker ausübt, überwunden werden. Das Anzugsmoment ist ab­ hängig vom Anzugsstrom, der wiederum von der Speisespannung abhängig ist, mit der die Antriebsspule versorgt wird.

Sowohl das Anzugsmoment als auch die rücktreibende Federkraft variieren entlang des Weges, um den der Anker und das Betäti­ gungselement ausgelenkt werden. Bei ungünstiger Auslegung des Schützes kann es daher geschehen, daß bei zu niedriger Ver­ sorgungsspannung zwar der Anker und das Betätigungselement aus ihren Ruhestellungen ausgelenkt werden, der Anker und das Betätigungselement aber nicht in ihre Betätigungsstellungen ausgelenkt werden. Anker und Betätigungselement bleiben in einem solchen Fall entweder in einer Zwischenstellung hängen oder ein von dem Betätigungselement betätigter Kontakt wird nur drucklos betätigt. Je nach Dauer dieses Zustandes kann dies zu hohem Verschleiß, meist auch zu Beschädigungen, im Extremfall sogar zur Zerstörung des Schützes führen.

Bei Luftschützen, das heißt bei Schützen, deren Kontakte von Luft umgeben sind, ist es möglich, diese derart auszulegen, daß Anker und Betätigungselement entweder gar nicht aus ihren Ruhestellungen ausgelenkt werden oder aber vollständig in ih­ re Betätigungsstellungen überführt werden. Ein derartiges Verhalten eines Schützes wird als Kippverhalten bezeichnet.

Bei Vakuumschützen muß eine stärkere rücktreibende Federkraft wirken als bei Luftschützen. Dies hat seinen Grund darin, daß auch die Unterdruckkräfte, die ein eigenständiges Betätigen der Kontakte auslösen würden, überwunden werden müssen. Bei Vakuumschützen ist es im Stand der Technik bisher nicht mög­ lich, lediglich aufgrund der mechanisch/elektrischen Ausle­ gung des Schützes ein Kippverhalten zu erreichen. Bei Vakuum­ schützen des Standes der Technik wird daher entweder auf Kippverhalten verzichtet oder aber der Antriebsspule eine An­ steuerelektronik vorgeschaltet, welche die Versorgungsspan­ nung nur dann auf die Antriebsspule durchschaltet, wenn auf­ grund der Höhe der Versorgungsspannung ein sicheres Überfüh­ ren von Anker und Betätigungselement in die Betätigungsstel­ lungen gewährleistet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Va­ kuumschütz zu schaffen, bei dem auch ohne vorgeschaltete An­ steuerelektronik ein Kippverhalten erreichbar ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Auslenken des An­ kers aus der Ankerruhestellung in die Ankerbetätigungsstel­ lung der Anker zunächst einen Vorlaufweg und sodann einen Mitnahmeweg durchläuft und daß das Betätigungselement vom An­ ker nur während des Durchlaufens des Mitnahmeweges ausgelenkt wird.

Denn dann kann die entlang des Vorlaufweges zu überwindende Kraft unabhängig von der Kontaktanordnung und insbesondere unabhängig davon, daß Vakuumkontakte betätigt werden, gewählt werden. Insbesondere kann die zu überwindende Kraft so klein wie bei vergleichbaren Luftschützen gewählt werden.

Bei Vakuumschützen verlöschen Lichtbögen bereits bei geringen Kontaktöffnungen. Vakuumschütze weisen daher in der Regel kürzere Schaltwege auf als Luftschütze. Die von Luftschützen bekannten Dimensionierungen können daher übernommen werden, wenn die Summe von Vorlaufweg und Mitnahmeweg dem Kontaktweg eines Luftschützes entspricht. In der Praxis entspricht dies einem Verhältnis von Vorlaufweg zu Mitnahmeweg zwischen 1 : 3 und 3 : 1. In der Regel liegt das Verhältnis von Vorlaufweg zu Mitnahmeweg zwischen 2 : 3 und 3 : 2.

Wie bereits erwähnt, wird der Anker während des Durchlaufens des Vorlaufweges gegen eine Vorlaufkraft und während des Durchlaufens des Mitnahmeweges gegen eine Mitnahmekraft ge­ lenkt. Ein Kippverhalten läßt sich mit besonders großer Si­ cherheit erreichen, wenn die Vorlaufkraft kleiner als die Mitnahmekraft ist. In der Praxis bedeutet dies zumeist, daß das Verhältnis von Vorlaufkraft zu Mitnahmekraft zwischen 1 : 10 und 1 : 2, insbesondere zwischen 1 : 5 und 1 : 4 liegt.

Der konstruktive Aufbau des Vakuumschützes ist besonders ein­ fach, wenn die Vorlaufkraft von einer Vorlauffedereinrichtung und die Mitnahmekraft von einer Mitnahmefedereinrichtung auf­ gebracht wird, die Vorlauffedereinrichtung sich einerseits am Anker und andererseits am Betätigungselement abstützt und die Mitnahmefedereinrichtung sich einerseits am Betätigungsele­ ment und andererseits am Schützgehäuse abstützt.

Wenn das Betätigungselement einen Anschlag aufweist, gegen den der Anker beim Auslenken aus der Ankerruhestellung gefah­ ren wird, ist der Vorlaufweg auf besonders einfache Weise ex­ akt bestimmt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 ein Vakuumschütz in unbetätigten Zustand,

Fig. 2 das Vakuumschütz von Fig. 1 im betätigten Zustand und

Fig. 3 einen Kräfte- und Wegverlauf über einem Ankerweg.

Gemäß Fig. 1 weist ein Vakuumschütz ein Schützgehäuse 1 auf. Das Schützgehäuse 1 ist in Fig. 1 nur abschnittweise darge­ stellt. Im Schützgehäuse 1 ist eine Antriebsspule 2 starr be­ festigt. Ferner sind im Schützgehäuse 1 ein Anker 3, ein Be­ tätigungselement 4 und eine Kontaktbrücke 5 beweglich gela­ gert.

Das Schütz weist eine Vorlauffedereinrichtung 6, eine Mitnah­ mefedereinrichtung 7 und eine Durchdruckfedereinrichtung 8 auf. Die Federeinrichtungen 6-8 sind gemäß Ausführungsbei­ spiel als Druckfedereinrichtungen ausgebildet. Sie könnten aber auch anders ausgebildet sein, z. B. als Drehfederein­ richtungen.

Die Vorlauffedereinrichtung 6 stützt sich einerseits am Anker 3 und andererseits am Betätigungselement 4 ab. Die Mitnahme­ federeinrichtung 7 stützt sich einerseits am Betätigungsele­ ment 4 und andererseits am Schützgehäuse 1 ab. Die Durch­ druckfedereinrichtung 8 stützt sich einerseits am Betäti­ gungselement 4 und andererseits an der Kontaktbrücke 5 ab.

Wenn die Antriebsspule 2 nicht mit einem Strom beaufschlagt wird, drückt die Vorlauffedereinrichtung 6 den Anker 3 gegen einen oberen Betätigungselementanschlag 9. Die Mitnahmefeder­ einrichtung 7 drückt das Betätigungselement 4 gegen einen Ge­ häuseanschlag 10. Die Durchdruckfedereinrichtung 8 drückt die Kontaktbrücke 5 gegen einen Kontaktbrückenanschlag 11. Der Anker 3 befindet sich dadurch in einer Ankerruhestellung AR, der Betätigungselement 4 in einer Elementruhestellung ER und die Kontaktbrücke 5 in einer Brückenruhestellung. Die Stel­ lung ist in Fig. 1 dargestellt.

Wenn hingegen, wie in Fig. 2 dargestellt, die Antriebsspule 2 mit einem Anzugsstrom IA beaufschlagt wird, wird der Anker 3 aus seiner Ankerruhestellung AR in eine Ankerbetätigungsstel­ lung AB ausgelenkt.

Eine von der Vorlauffedereinrichtung 6 aufgebrachte Vorlauf­ kraft FV ist gegen die Bewegungsrichtung des Ankers 3 gerich­ tet. Sie ist kleiner als eine Mitnahmekraft FM, die ebenfalls gegen die Bewegungsrichtung des Ankers 3 gerichtet ist und von der Mitnahmefedereinrichtung 7 aufgebracht wird. Der An­ ker 3 wird daher zunächst von der Antriebsspule 2 um einen Vorlaufweg sV ausgelenkt. Zum Durchlaufen des Vorlaufweges sV muß von der Antriebsspule 2 nur die Vorlaufkraft FV überwun­ den werden. Da die Vorlaufkraft FV kleiner als die Mitnahme­ kraft FM ist, wird das Betätigungselement 4 während des Durchlaufens des Vorlaufweges sV nicht ausgelenkt. Dieses bleibt in seiner Elementruhestellung ER.

Am Ende des Vorlaufweges sV wird der Anker 3 gegen einen un­ teren Betätigungselementanschlag 12 gefahren, der am Betäti­ gungselement 4 angeordnet ist. Aufgrund des Fahrens des An­ kers 3 gegen den unteren Betätigungselementanschlag 12 wird bei der weiteren Auslenkung des Ankers 3 in eine Ankerbetäti­ gungsstellung AB auch das Betätigungselement 4 in eine Ele­ mentbetätigungsstellung EB ausgelenkt. Während des Durchlau­ fens des durch das Mitnehmen des Betätigungselements 4 defi­ nierten Mitnahmeweges sM muß die Mitnahmekraft FM überwunden werden.

Durch das Auslenken des Betätigungselements 4 wird die Kon­ taktbrücke 5, wie in Fig. 2 dargestellt, mit Kontaktstücken 13 auf Gegenkontakte 14 abgesenkt, welche fest im Schützgehäuse 1 angeordnet sind. Das Betätigungselement 4 wird dann noch etwas weiter ausgelenkt, so daß auf einem letzten Wegstück des Mitnahmeweges sW nachfolgend Durchdruckweg sD genannt, die Mitnahmekraft FM zuzüglich einer von der Durchdruckfeder­ einrichtung 8 aufgebrachten Durchdruckkraft FD überwunden werden muß.

Das Auslenken des Betätigungselements 4 bewirkt somit ein Be­ tätigen eines Kontakts, der von der Kontaktbrücke 5 nebst Kontaktstücken 13 einerseits und den Gegenkontakten 14 ande­ rerseits gebildet wird. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, werden die Kontaktstücke 13 in Vakuumbehältern 15 auf die Gegenkontakte 14 abgesenkt. Die Vakuumbehälter 15 weisen dabei zumindest einen Teilabschnitt 16 auf, innerhalb dessen sie längenvariabel sind. Aufgrund der Anordnung der Kontakt­ stücke 13 und der Gegenkontakte 14 in Vakuumbehältern 15 ist der Kontakt ein Vakuumkontakt. Das Schütz ist somit ein Vaku­ umschütz.

Fig. 3 zeigt nun zunächst schematisch den Kraftverlauf, den die Antriebsspule 2 aufgrund des Anzugsstroms 1 überwinden muß. Während des Durchlaufens des Vorlaufweges sV muß ledig­ lich die Vorlaufkraft FV überwunden werden, die entlang des Vorlaufweges sV geringfügig ansteigt. Während des Mitnahmewe­ ges sM muß hingegen die Mitnahmekraft FM überwunden werden, die ebenfalls entlang des Mitnahmeweges sM ansteigt. Während des Durchdruckweges sD muß sogar die Summe von Mitnahmekraft FM und Durchdruckkraft FD überwunden werden.

Die Vorlaufkraft FV ist kleiner als die Mitnahmekraft FM. In der Regel beträgt sie 10% bis 50% der Mitnahmekraft FM. Das Verhältnis von Vorlaufkraft FV zu Mitnahmekraft FM liegt also in der Regel 1 : 10 bis 1 : 2. Vorzugsweise beträgt die Vorlauf­ kraft FV zwischen 20% und 25% der Mitnahmekraft FM. Das Verhältnis liegt also vorzugsweise zwischen 1 : 5 und 1 : 4.

Ferner ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß das Betätigungselement 4 vom Anker 3 nur während des Durchlaufens des Mitnahmeweges sM ausgelenkt wird. Der Vorlaufweg sV beträgt in der Regel 25% bis 75% des gesamten Weges, den der Anker 3 durchläuft. Meist beträgt er zwischen 40% und 60% des gesamten Weges. Das Verhältnis von Vorlaufweg sV zu Mitnahmeweg sM liegt also in der Regel zwischen 1 : 3 und 3 : 1, meist zwischen 2 : 3 und 3 : 2.

Die Mitnahmekraft FM ist im wesentlichen durch die Dimensio­ nierung des Vakuumkontakts- bzw. bei mehreren zu schaltenden Kontakten der Vakuumkontakte - bestimmt. Die Vorlaufkraft FV hingegen ist prinzipiell frei wählbar. Es ist daher insbeson­ dere möglich, die Vorlaufkraft FV ähnlich wie bei einem Luft­ schütz gleicher Leistung zu dimensionieren.

Ebenso ist der Mitnahmeweg sM im wesentlichen durch die Di­ mensionierung des Vakuumschützes bestimmt. Der Vorlaufweg sV ist wieder frei wählbar. Insbesondere ist der Vorlaufweg sV derart wählbar, daß die Summe von Vorlaufweg sV und Mitnahme­ weg sM der Wegstrecke entspricht, um die der Anker und das Betätigungselement eines vergleichbaren Luftschützes verscho­ ben werden. Damit kann die Antriebsspule 2 wie bei einem ver­ gleichbaren Luftschütz ausgelegt werden. Somit ist insbeson­ dere ein einwandfreies Kippverhalten des Vakuumschützes er­ reichbar.

Claims (8)

1. Vakuumschütz mit einem Schützgehäuse (1), einer An­ triebsspule (2), einem Anker (3), einem Betätigungsele­ ment (4) und mindestens einem Vakuumkontakt,

• - wobei die Antriebsspule (2) bei Beaufschlagung mit ei­ nem Anzugsstrom (IA) den Anker (3) aus einer Ankerruhe­ stellung (AR) in eine Ankerbetätigungsstellung (AB) auslenkt,
• - wobei durch das Auslenken des Ankers (3) das Betäti­ gungselement (4) aus einer Elementruhestellung (ER) in eine Elementbetätigungsstellung (EB) ausgelenkt wird,
• - wobei das Auslenken des Betätigungselements (4) ein Be­ tätigen des mindestens einen Vakuumkontakts bewirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß beim Auslenken des Ankers (3) aus der Ankerruhestel­ lung (AR) in die Ankerbetätigungsstellung (AB) der Anker (3) zunächst einen Vorlaufweg (sV) und sodann einen Mit­ nahmeweg (sM) durchläuft und daß das Betätigungselement (4) vom Anker (3) nur während des Durchlaufens des Mit­ nahmeweges (sM) ausgelenkt wird.

2. Vakuumschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Vorlaufweg (sV) zu Mitnahmeweg (sM) zwischen 1 : 3 und 3 : 1 beträgt.

3. Vakuumschütz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Vorlaufweg (sV) zu Mitnahmeweg (sM) zwischen 2 : 3 und 3 : 2 liegt.

4. Vakuumschütz nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) von der Antriebsspule (2) während des Durchlaufens des Vorlaufweges (sV) gegen eine Vorlauf­ kraft (FV) und während des Durchlaufens des Mitnahmeweges (sM) gegen eine Mitnahmekraft (FM) ausgelenkt wird und daß die Vorlaufkraft (FV) kleiner als die Mitnahmekraft (FM) ist.

5. Vakuumschütz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Vorlaufkraft (FV) zu Mitnahmekraft (FM) zwischen 1 : 10 und 1 : 2 liegt.

6. Vakuumschütz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Vorlaufkraft (FV) zu Mitnahmekraft (FM) zwischen 1 : 5 und 1 : 4 liegt.

7. Vakuumschütz nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufkraft (FV) von einer Vorlauffedereinrich­ tung (6) und die Mitnahmekraft (FM) von einer Mitnahmefe­ dereinrichtung (7) aufgebracht wird, daß die Vorlauffe­ dereinrichtung (6) sich einerseits am Anker (3) und ande­ rerseits am Betätigungselement (4) abstützt und daß die Mitnahmefedereinrichtung (7) sich einerseits am Betäti­ gungselement (4) und andererseits am Schützgehäuse (1) abstützt.

8. Vakuumschütz nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (4) einen Anschlag (12) auf­ weist, gegen den der Anker (3) beim Auslenken aus der An­ kerruhestellung (AR) gefahren wird.