DE2756741A1

DE2756741A1 - Elektrisches schaltgeraet mit magnetischem kontaktdruckverstaerker

Info

Publication number: DE2756741A1
Application number: DE19772756741
Authority: DE
Inventors: Paul Patrick Koren; Thomas Nolan Meyer; John Anthony Wafer
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2756741C2; PH17470A; FR2376506A1; ES465504A1; ZA777390B; NZ186000A; CA1087663A; CH622125A5; BR7708748A; MX144506A; JPS6032938B2; JPS5384178A; IT1092640B; BE862357A; FR2376506B1; PL203539A1; AU514577B2; AU3187677A; US4255636A; GB1546986A

Description

PATBNTANWALT

DIPL. ING. K. HOLZEK

PHILIPPINE-WBLBEB-eTRAeBB 14

8900 AUOSBUKO

TBLEVON 51β«?5 TELRX 833*01

W.909

Augsburg, den 15. Dezember 1977

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, V. St. A.

Elektrisches Schaltgerät mit magnetischem Kontaktdruckverstärker

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung ist beispielsweise bei Ausschaltern, Trennschaltern und Schutzschaltern anwendbar.

Bei Ausschaltern, Trennschaltern und Schutzschaltern

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für höhere Nennströme können gelegentlich Bedingungen auftreten, die zu einem zeitweise verringerten oder sogar fehlenden Kontaktdruck zwischen den miteinander zusammenwirkenden Schaltkontakten führen können. Beispielsweise können bekanntermaßen abnorm hohe, durch die geschlossenen Schaltkontakte fließende Ströme elektrodynamische Kräfte erzeugen, welche die Schaltkontakte voneinander zu trennen versuchen, auch dann, wenn die Schaltkontakte fest geschlossen bleiben sollen. Beispielsweise in einer Leistungsverteilungsanlage, in welcher zwei überstromschutzschalter hintereinander geschaltet sind, bewirkt ein hinter dem zweiten Schutzschalter auftretender Fehlerzustand, beispielsweise ein Kurzschluß, ein sofortiges öffnen des zweiten Schutzschalters, jedoch soll dieser Fehlerzustand nicht auch zu einem augenblicklichen Trennen der Schaltkontakte des dem zweiten Schutzschalter vorgeschalteten ersten Schutzschalters führen, an welchen noch weitere Stromkreise angeschlossen sind.

Zur Lösung dieses Problems der Kontaktdruckverringerung ist es bereits vorgeschlagen worden, auf die beweglichen Schaltkontakte wirkende Federn zu verwenden, um unter allen Betriebsbedingungen einen aus-

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reichenden Kontaktdruck aufrechtzuerhalten. Jedoch hat sich gezeigt, daß für diesen Zweck ausreichend starke Federn die Kosten des betreffenden Schaltgeräts erheblich steigern und auch eine kompliziertere Konstruktion des Betätigungsmechanismus des Schaltgeräts und ein härteres Schließen der Schaltkontakte zur Folge haben.

Außerdem ist es bekannt, eine Kombination von beweglichen, feststehenden und diese miteinander verbindenden stromführenden Leitern so anzuordnen, daß durch den fließenden Strom eine den Kontaktdruck steigernde und aufrechterhaltende magnetische Kraft erzeugt wird. Eine derartige Anordnung von stromführenden Leitern führt jedoch wiederum zu einer Kostensteigerung und außerdem zu größerem Raumbedarf des betreffenden Sehaltgeräte und kann darüberhinaus die freie Beweglichkeit der beweglichen Teile beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art mit einem gegenüber den bekannten Anordnungen vorteilhafteren Kontaktdruckverstärker auszustatten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die 80982*/07U

im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein Kontaktdruck mittels eines elektrisch leitfähigen Teils erzeugt, in welchem durch den, durch die geschlossenen Schaltkontakte fließenden Strom ein Wirbelstrom induziert wird, der zu dem über die Schaltkontakte fließenden Strom proportional ist. Diese Anordnung kann sehr kompakt ausgebildet werden, da das induktiv mit dem beweglichen Schaltkontakt gekoppelte leitfähige Teil des Kontaktdruckvestärkers keine elektrischen Zuleitungen benötigt, die den Strom zur Erzeugung einer magnetischen Abstoßungskraft zuführen, und da dieses Teil selbst in keiner Weise die Bewegbarkeit des beweglichen Schaltkontaktes oder anderer beweglicher Teile des Schaltgeräts behindert. Darüberhinaus erhöht das induktiv mit dem beweglichen Schaltkontakt gekoppelte leitfähige Teil die Kosten des Schaltgeräts nur unwesentlich.

Als weitere Maßnahme zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Kontaktdruckes in einem Schaltgerät, bei welchem der bewegliche Schaltkontakt gelenkig mit einem feststehendem Leiterstück verbunden ist, ist an diesem

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Leiterstück vorzugsweise ein zylindrischer Gelenkteil angeordnet und der bewegliche Schaltkontakt ist an seinem an dem Leiterstück angelenkten Ende vorzugsweise mit einer schlitzartigen, den zylindrischen Gelenkteil aufnehmenden kreisförmigen Aussparung versehen. Außerdem weist der bewegliche Schaltkontakt einen von dieser Aussparung aus in Richtung zum anderen Ende des S ehaltkontaktes verlaufenden länglichen Schlitz auf, der den größten Teil des beweglichen Schaltkontaktes in zwei parallele Strompfade unterteilt. Der Vorteil dieser Gelenkverbindung und der geschlitzten Gestaltung des beweglichen Schaltkontaktes liegt darin, daß die durch die beiden parallelen, längs des Schlitzes verlaufenden und jeweils einen Strompfad bildenden Schaltkontaktteile fließenden Teilströme Magnetkräfte hervorrufen, welche die beiden Schaltkontaktteile zueinander hinziehen und dadurch den Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Schaltkontakt und dem genannten feststehendem Leiterstück, an welchem der bewegliche Schaltkontakt angelenkt ist, vergrößern.

Selbstverständlich ist dieser Kontaktdruck zwischen dem Leiterstück und dem daran angelenkten beweglichen Schaltkontakt ebenso wie der Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Schaltkontakt und dem damit zusammenwirkenden

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feststehenden Schaltkontakt, der durch die mittels des oben erwähnten leitfähigen Teils erzielte Abstoßungskraft erzeugt wird, direkt proportional zu dem jeweils durch die Schaltkontakte fließenden Strom und folglich bei starkem Strom am stärksten.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen

überstromschutzschalter, bei welchem die Erfindung Anwendung findet,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer beweglichen

Kontaktanordnung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Ansicht eines beweglichen

Schaltkontaktes,

Fig. 4 eine schematische Darstellung,

welche die Erzeugung der magnetischen Abstoßungskraft verdeutlicht,

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Fig. 5 die in Fig. 4 gezeigte Anordnung

im Querschnitt,

Fig. 6 eine Stirnansicht der beweglichen

Kontaktanordnung,

Fig. 7 eine Abwandlung der in Fig. 6

gezeigten beweglichen Kontaktanordnung, und

Fig. 8 eine noch weitere Abwandlung der

in Fig. 6 gezeigten beweglichen Kontaktanordnung.

Fig. 1 zeigt die Erfindung in der Anwendung bei einem Überstromschutzschalter, obwohl sie auch bei anderen Schaltgeräten wie beispielsweise Schaltschützen, Relais, Umschaltern und Trennschaltern anwendbar ist.

Fig. 1 zeigt einen überstromschutzschalter 10 mit einem Gußgehäuse 12, das einen Sockel 14 und ein Gehäuseoberteil 18 aufweist. In dem Gehäuse sind feststehende elektrische Leiterstücke 20 und 22 angeordnet, die an eine nicht dargestellte Netzleitung bzw. einen nicht dargestellten Verbraucher anschließbar sind. Außerdem

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sind im Gehäuse eine bewegliche Kontaktanordnung 24, welche Hauptsehaltkontakte 26, einen Lichtbogenkontakt 28, einen Kontaktstückträger 30 und einen Kontaktstückhalter 6Ί aufweist, weiter ein Kniehebel-Kippsprungwerk 34 und ein Betätigungsmechanismus 32 angeordnet. Die beweglichen Schaltkontakte 26 und 28 werden vom Kontaktstückträger 30 und vom Kontaktstückhalter 6k gehalten. Ferner befinden sich im Gehäuse 12 eine Lichtbogenlöscheinrichtung 36 zur Löschung von beim öffnen der Schaltkontakte zwischen diesen gezogenen Lichtbögen und einen Stromwandler 38 zur überwachung der Stärke des durch die geschlossenen Sehaltkontakte fließenden Stromes.

Das Kniehebel-Kippsprungwerk 34 und der Betätigungsmechanismus 32 gehören nicht unmittelbar zur Erfindung und werden deshalb nicht in ihren Einzelheiten beschrieben. Das Kipp sprungwerk 34 ist mit der beweglichen Kontaktanordnung 24 verbunden und dient dazu, diese in die Schließstellung bzw. die Offenstellung zu bringen, wenn das Kippsprungwerk in seine Streckstellung bzw. seine Knickstellung gebracht wird. Der Betätigungsmechanismus dient dazu, das Kippsprungwerk in seine Streckstellung zu bringen und enthält Betatigungseinrichtungen zum Herbeiführen des Umspringens des Kippsprungwerks in

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- 12 seine Knickstellung.

Fig. 3 zeigt einen der beweglichen Hauptschaltkontakte 26. Bei diesem Schaltkontakt 26 handelt es sich um ein längliches Teil aus elektrisch leitfähigem Werkstoff, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, das eine Kontaktfläche 40 besitzt, die mit einer am feststehenden Leiterstück 22 gebildeten Kontaktfläche 42 (siehe Fig. 1) zusammenwirkt. Außerdem weist der bewegliche Schaltkontakt 26 an seinem von der Kontaktfläche 40 entfernt gelegenen Ende eine offene kreisförmige Aussparung 44 auf, von welcher aus ein Schlitz 46 in Richtung zu dem mit der Kontaktfläche 40 versehenen Ende des Schaltkontaktes verläuft, der bei 48 erweitert ist. Schließlich ist am Schaltkontakt 26 eine Vertiefung 50 gebildet, die als Sitz für eine nicht gezeigte, kontaktdruckerzeugende Feder dient, die bei zusammengebauter Kontaktanordnung zwischen dem beweglichen Schaltkontakt 26 und dem Kontaktstückhalter 64 angeordnet ist.

In die kreisförmige Aussparung 44 des beweglichen Schaltkontaktes 26 greift ein zylindrischer, am feststehendem Leiterstück 20 angeordneter Gelenkteil 52 ein, wodurch eine gelenkige Verbindung zwischen dem beweglichen Schaltkontakt und dem feststehenden Leiterstück gebildet ist.

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Die Aussparung 44 ist zu dem betreffenden Ende des beweglichen Schaltkontaktes 26 hin offen und der von dieser Aussparung aus verlaufende Schlitz 46 unterteilt den Schaltkontakt in zwei zueinander parallele Strompfade, so daß die durch die beiden Strompfade hindurch fließenden Teilströme Magnetkräfte hervorrufen, welche die beiden jeweils einen Strompfad bildenden Teile des Schaltkontaktes 26 zueinander hinziehen und eine feste Anlage dieses Schaltkontaktes am Gelenkteil 52 des feststehenden Leiterstückes 20 sicherstellen. Gewünschtenfalls kann noch eine Klemmfeder 49 (Fig· 2) vorgesehen sein, welche die beiden parallelen Schaltkontaktteile gegeneinander zieht und den Kontaktdruck an der Gelenkverbindung unterstützt. Diese Feder ist nützlich, wenn kein oder nur ein geringer Strom durch den Schaltkontakt fließt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Lichtbogenkontakt 28 ähnlich wie der Hauptschaltkontakt 26 ausgebildet, mit der Ausnahme, daß er länger als die beweglichen Schaltkontakte 26 ist und über diese hinausragt und eine Lichtbogenkontaktfläche 54 aufweist, die mit einer am feststehenden Leiterstück 22 gebildeten Lichtbogenkontaktfläche 56 zusammenwirkt.

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Wie die Fig. 6 bis 8 erkennen lassen, enthält die bewegliche Kontaktanordnung einen Lichtbogenkontakt und mehrere, beiderseits des Lichtbogenkontaktes angeordnete Hauptschaltkontakte 26, wobei der Lichtbogenkontakt und die Hauptschaltkontakte mittels eines durch die erweiterten Abschnitte 48 der miteinander fluchtenden Schlitze 46 dieser Lichtbogen- und Schaltkontakte verlaufenden Stiftes 58, der mit seinen beiden Enden in seitlichen Flanschen des Kontaktstückträgers 30 gelagert ist, an diesem montiert sind. Der Kontaktstückträger ist mittels Schrauben 62 am Kontaktstückhalter 64 befestigt und mittels eines Stiftes 53 gelenkig mit dem Gelenkteil 52 des feststehenden Leiterstückes 20 verbunden. Bei dem Kontaktstückhalter 64 handelt es sich typischerweise um ein Kunststoffgußteil. Die in der eben beschriebenen Weise mit dem Kontaktstückträger verbundenen Lichtbogen- und Hauptschaltkontakte sind in begrenztem Maße relativ zueinander um die Gelenkachse 53 herum beweglich.

Der erfindungsgemäße Kontaktdruökverstärker ist in den Zeichnungen jeweils mit 6l bezeichnet. Bei der in den Fig. 2 und 6 gezeigten Ausführungsform ist dieser Kontaktdruckverstärker 6l als längliches Teil in Form einer Schiene aus elektrisch leitfähigem Material wie

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beispielsweise Kupfer oder Aluminium ausgebildet und innerhalb des Kontaktstückträgers 30 in geeigneter Weise angeordnet und an diesem befestigt, so daß dieses Teil quer durch den Raum zwischen dem Kontaktstückträger 30 und den diesem zugewandten Kantenflächen der beweglichen Lichtbogen- bzw. Schaltkontakte 26 und 28 hindurchverläuft.

Das Arbeitsprinzip des eine magnetische Abstoßungskraft erzeugenden Kontaktdruckverstärkers 6l wird nachstehend kurz mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben, wobei angenommen wird, daß durch den in Fig. 4 angedeuteten beweglichen Schaltkontakt 26 ein Strom in Pfeilrichtung fließt. Wie in Fig. 5 angedeutet ist, erzeugt dieser durch den Schaltkontakt 26 fließende Strom ein Magnetfeld um den Schaltkontakt herum, das seinerseits einen Wirbelstrom in dem leitfähigen Teil 61 erzeugt, dessen Richtung der Stromflußrichtung im Schaltkontakt 26 entgegengesetzt ist (siehe Fig. M). Dieser durch den Sehaltkontakt fließende Primärstrom und der in dem Teil 6l induzierte, entgegengesetzt gerichtete Strom erzeugen zusammen eine magnetische Abstoßungskraft zwischen dem Teil 61 und dem beweglichen Schaltkontakt 26, welche im Sinne einer Erhöhung des Kontaktdruckes zwischen der Schaltkontaktfläche 40 (Fig. 3) und der Kontaktfläche 42

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des feststehenden Leiters 22 (Fig. 1) auf den Schaltkontakt einwirkt und jeweils proportional zur Stärke des durch den Schaltkontakt 26 fließenden Stromes ist. Die Abstoßungskraft bzw. der Kontaktdruck wird also mit steigendem Strom und folglich mit zunehmender, diesen Strom begleitenden Kontakttrennkraft ebenfalls größer.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist das leitfähige Teil 61 als etwa U-förmige Schiene ausgebildet, deren Mittelsteg in dem Raum zwischen dem Kontaktstückträger 30 und den Kantenflächen der Lichtbogen- und Schaltkontakte 26 und 28 liegt und deren Schenkel 63 seitlich mit Abstand entlang der äußersten Schaltkontakte verlaufen. Diese Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 6 gezeigten Anordnung dadurch, daß die Schenkel Wirbelstrom-Rückleitungspfade bilden, die weiter von den die Abstoßungskraft erzeugenden Strompfaden entfernt sind, so daß die erzeugte Abstoßungskraft deshalb stärker ist.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform besteht der Kontaktdruckverstärker aus einer Mehrzahl einzelner leitfähiger Teile 6l, die jeweils mit einem der Lichtbogen- und Schaltkontakte 26 und 28 induktiv gekoppelt sind. Bei dieser Anordnung wird der Dreiphaseneinfluß

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auf die Stromverteilung im Kontaktdruckverstärker beseitigt.

Bei einem mehrpoligen Schaltgerät, wie dies beim dargestellten Schutzschalter der Fall ist, sind selbstverständlich ebensoviele bewegliche Kontaktanordnungen wie Schalterpole vorhanden, wobei die einzelnen beweglichen KontaktanOrdnungen gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1 durch eine Kuppelstange zu einer gemeinsam bewegbaren Einheit miteinander verbunden sind.

Leerse ite

Claims

Patentansprüche

1/ Elektrisches Schaltgerät mit feststehenden Schaltkontakten und mindestens einem damit zusammenwirkenden, zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbaren^Schaltkontakt und mit einem in der Schließstellung des beweglichen Schaltkontaktes wirksamen magnetischen Kontaktdruckverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktdruckverstärker ein elektrisch leitfähiges Teil (6l) aufweist, das derart mit dem beweglichen Schaltkontakt (26, 28) induktiv gekoppelt angeordnet ist, daß ein bei stromdurchflossenem beweglichen Schaltkontakt in dem leitfähigen Teil induzierter Wirbelstrom eine im Sinne einer Erhöhung des Kontaktdruckes auf den beweglichen Schaltkontakt wirkende magnetische Abstoßungskraft erzeugt.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter beweglicher Schaltkontakte, die mechanisch zu einer als geschlossene Einheit bewegbaren Kontaktanordnung miteinander gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Teil (61) des Kontaktdruckverstärkers allen beweglichen Schaltkontakten (26, 28) gemeinsam ist und einen Teil der beweglichen Kontaktanordnung (24) bildet.

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3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Teil (6l) eine Schiene ist, die auf der von den feststehenden Schaltkontakten (42, 56) abgewandten Seite der beweglichen Schaltkontakte (26, 28) mit Abstand von diesen angeordnet ist und sich über sämtliche beweglichen Schaltkontakte erstreckt.
¹J. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (61) im wesentlichen U-förmig ist, wobei die beiden U-Schenkel (63) Wirbelstromrückleitungen bilden.
5. Schaltgerät nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten beweglichen Schaltkontakten, die mechanisch zu einer als geschlossene Einheit beweglichen Kontaktanordnung miteinander gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beweglichen Schaltkontakte (26, 28) ein eigenes, mit dem betreffenden beweglichen Schaltkontakt induktiv gekoppeltes leitfähiges Teil (6l) des Kontaktdruckver3tärkers zugeordnet ist.
6. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, mit einem, einen Teil der beweglichen Kontaktanordnung bildenden Kontaktstückhalter, dadurch gekennzeichnet,

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daß das bzw. jedes leitfähige Teil (6l) des Kontaktdruckverstärkers an dem Kontaktstückhalter (30) gehaltert ist.
7. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zwei feststehenden Leiterstücken, wobei der bzw. jeder bewegliche Schaltkontakt gelenkig mit einem der beiden Leiterstücke verbunden ist und wobei das andere der beiden Leiterstücke einen mit dem bzw. jedem beweglichen Schaltkontakt zusammenwirkenden feststehenden Schaltkontakt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Leiterstück (20) ein zylindrischer Gelenkteil (52) angeordnet ist, daß weiter der bzw. jeder bewegliche Schaltkontakt (26, 28) als längliches Teil ausgebildet ist, das an einem Ende eine schlitzartige, den zylindrischen Gelenkteil aufnehmende kreisförmige Aussparung (4¹I) aufweist, und daß der oder jeder bewegliche Schaltkontakt außerdem einen von der kreisförmigen Aussparung aus in Richtung zu seinem anderen Ende hin verlaufenden Schlitz (46) aufweist, der den Schaltkontakt in zwei entlang des Schlitzes verlaufende parallele Strompfade unterteilt.

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