DE4205206C2 - Kontaktanordnung für Vakuumschalter - Google Patents
Kontaktanordnung für VakuumschalterInfo
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für
Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Kon
takten, von denen wenigstens einer in Achsrichtung beweg
lich und mit einem Stromleiterbolzen versehen ist, wobei
der Stromleiterbolzen mit einer elektromagnetischen Vor
richtung versehen ist.
Schaltkontakte von Leistungsschaltern, insbesondere von
Schaltschützen, neigen bekanntlich zum Verschweißen, wenn
sie unter starker Last geschlossen werden müssen. Dadurch
wird die spätere Kontakttrennung behindert und die Funk
tionsfähigkeit dieser Schalter entsprechend beeinträch
tigt. Ursache dieses unerwünschten Effektes sind Licht
bögen, die bei verhältnismäßig kleinen Kontaktabständen
zünden und insbesondere wiederholt neu zünden und zu einer
Kontaktverschweißung führen können, wenn die Kontakte be
sonders bei hohen Stromstärken, insbesondere im Kurz
schlußfall, beim Schließen prellen.
Bei einer aus der DE-OS 41 19 706 bekannten Kontaktanor
dnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordne
ten Kontakten, die ein axiales Magnetfeld erzeugen und von
denen wenigstens einer beweglich und mit einem Stromlei
terbolzen als Stromzuführung versehen ist, ist zwischen
Kontaktplatte und Stromleiterbolzen eine Stoßdämpfung
vorgesehen. Diese Vorrichtung enthält eine Zusatzmasse,
die wie eine Dämpfungsflüssigkeit in eine elastische Hülle
eingeschlossen ist und nach einer Volumenverminderung
durch Stoßbelastung eine elastische Rückdeformation be
wirkt. Eine solche Anordnung hat jedoch keine Wirkung
auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Kontakte.
Aus der SU-PS 855 775 ist eine Kontaktanordnung der ein
gangs genannten Art bekannt, bei der mittels der elektro
magnetischen Vorrichtung durch Wirbelströme erzeugte Kräf
te auf den beweglichen Stromleiterbolzen mittelbar ein
wirken. Dazu sind auf Buchsen federnd geführte Scheiben
vorhanden, womit der bei Langzeitbetrieb der Kontaktanord
nung zwangsläufig auftretende Kontaktabbrand kompensiert
werden kann. Gleichermaßen ist aus der FR-OS 20 33 911
eine elektromagnetische Vorrichtung mit einem Magnetkern
und einem Magnetjoch bekannt, bei der auf den zum Strom
leiterbolzen führenden Stromanschluß Kräfte wirken, die
die mechanische Veränderung des Öffnungsabstandes mittels
verschiedener Anschläge berücksichtigen. Schließlich ist
aus der US-PS 4 025 886 eine Anordnung mit Magnetanker und
Magnetjoch, welche den zum Stromleiterbolzen führenden
Stromanschluß umgeben, bekannt. Die dadurch erzeugten
Kräfte wirken über ein Gestänge unmittelbar auf den
Stromleiterbolzen.
Bei genügend hohen Kurzschlußströmen treten Lichtbögen
zwischen den dynamisch öffnenden Kontakten auf. Obwohl die
Kurzschlußauswirkungen durch in Reihe geschaltete Lei
stungsschalter oder Sicherungen begrenzt werden, kann es
beim Wiederschließen der Kontakte unter der Wirkung der
Kontaktkraft zu einer dauerhaften Verschweißung der Va
kuumschützkontakte kommen. Nach einem Kurzschluß sollen
aber sowohl das Schütz als auch der Leistungsschalter ohne
weitere Maßnahmen wieder betriebsbereit sein.
Ausgehend von letzterem Sachverhalt und unter Berücksich
tigung obigen Standes der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, die elektromagnetische Vorrichtung am
Stromleiterbolzen einer Kontaktanordnung dahingehend aus
zubilden, daß die Kontaktbewegung beim Kontaktschließen
verzögert und speziell im Kurzschlußfall ein Verschweißen
der Kontakte mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
elektromagnetische Vorrichtung am Stromleiterbolzen als
Hemmvorrichtung zur Hemmung der Kontaktbewegung durch
mechanische Reibungskräfte ausgebildet ist. Die Hemmvor
richtung besteht vorzugsweise aus einem Magnetjoch mit
Schenkeln, die relativ beweglich sind zu einem Magnet
anker, von dem sie durch wenigstens einen Luftspalt ge
trennt sind. Durch einen Kurzschlußstrom wird der Magnet
kreis erregt, der Luftspalt geschlossen und es werden
Reibungskräfte erzeugt, die sich hemmend auf die Kontakt
bewegung auswirken. Das Magnetjoch kann dazu mit starren
oder mit drehbar gelagerten Schenkeln ausgestattet sein.
Die Magnetkräfte zwischen dem Magnetanker und dem Magnet
joch wirken im wesentlichen senkrecht zur vorgegebenen
Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktes.
In der Ausführungsform mit starren Schenkeln in ist das
Magnetjoch mit dem Stromleiterbolzen fest verbunden. Der
Magnetanker ist mit einem Schwenkarm versehen, der ent
weder mit einem Antriebsgestänge für den Deweglichen
Kontakt oder mit dem Schaltergehäuse verbunden ist. Diese
Verbindung kann vorzugsweise ein Drehlager enthalten.
In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung
kann für die Hemmvorrichtung ein Kurzschlußring vorgesehen
sein, der das Magnetjoch umgibt.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich
nung Bezug genommen. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektroma
gnetischen Hemmvorrichtung in schematischer Ver
anschaulichung,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Hemmvorrichtung,
bei welcher der schwenkbare Magnetanker mit dem
Schaltergehäuse verbunden ist, die
Fig. 3 und 4 jeweils eine Ausführungsform des
Magnetjoches aus Fig. 1 bzw. Fig. 2 mit wenig
stens einem Kurzschlußring und
Fig. 5 eine entsprechende Ausführung des Magnetkreises
mit einem ruhenden Anker und beweglichen Schenkeln
des Magnetjoches.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind im Schalterge
häuse 2 eines Vakuumschalters zwei Kontakte 4 und 5
koaxial zueinander angeordnet und wenigstens der beweg
liche Kontakt 5 ist mit einer Stromzuführung versehen, die
üblicherweise als starrer Stromleiterbolzen 8 ausgebildet
ist. Der Kontakt 4 ist im Schaltergehäuse 2 unbeweglich
angeordnet und im allgemeinen mit dem Schaltergehäuse 2
fest verbunden. Der Stromleiterbolzen 8 ist über ein
elastisches Zwischenstück 10, das ein einfach als Spiral
feder angedeutetes Federglied 11 enthält, und eine An
triebsstange 12 mit einem Schalterantrieb 14 verbunden.
Die Kontakte 4 und 5 sind jeweils mit einem Stromanschluß
16 bzw. 17 versehen. Der Stromleiterbolzen 8 ist mit einer
Hemmvorrichtung 20 versehen, die ein Magnetjoch 22 und
einen Magnetanker 24 enthält, der über einen Schwenkarm 26
an der Antriebsstange 12 befestigt ist. Zur Befestigung
kann vorzugsweise ein Drehlager 28 vorgesehen sein.
Bei einem Luftspalt 32 zwischen den Schenkeln des Magnet
jochs 22 und dem Magnetanker 24 von beispielsweise 1 bis
2 mm beträgt die Schließzeit des Magnetankers 24 bei aus
reichend hohen Kurzschlußströmen etwa 1 ms. Durch eine
Magnetkraft bis etwa 140 N/cm² der Querschnittsfläche des
Luftspalts 32 wird bei geschlossenem Luftspalt die Ver
schiebung zwischen dem Magnetanker 24 und dem Magnetjoch
22 gehemmt. Reibungsfaktoren Eisen gegen Eisen liegen bei
etwa 0,2, so daß zu etwa 1 cm² Querschnittsfläche des
Luftspaltes 32 etwa 2 bis 3 kp Reibungskraft erzeugt wird,
um ein Öffnen des beweglichen Kontaktes 5 infolge von
Stromkräften oder das Wiederschließen durch die Kontakt
kraft zu hemmen.
Die Querschnittsfläche des Luftspalts 32 wird so groß
gewählt, daß zu einer vorgegebenen Luftspaltinduktion von
beispielsweise B = 1,8 T etwa Kräftegleichgewicht zwischen
der Kontaktkraft und der Reibungskraft besteht. Dadurch
wird erreicht, daß das Wiederschließen der Kontakte etwa
zum Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs erfolgt und ein
Großteil der Kontaktschmelze wieder erstarrt ist. Daneben
erfolgt ein relativ sanftes Schließen der Kontakte 4 und
5, so daß die verbleibende Schmelze nicht großflächig auf
der Kontaktfläche verteilt und die Haftkraft der Kontakte
4 und 5 entsprechend reduziert wird.
Nach dem Schließen der Kontakte 4 und 5, beispielsweise
beim Draufschalten des Vakuumschalters auf einen Kurz
schluß, erhält man in dieser Ausführungsform noch eine
weitere Relativbewegung zwischen dem Magnetanker 24 und
dem Magnetjoch 22 um den vorbestimmten Weg des Durch
druckes des Federkörpers 11 im Zwischenstück 10. Im
Kurzschlußfall trägt somit zusätzlich zur Federkraft die
Reibungskraft zwischen Magnetanker 24 und Magnetjoch 22
zur Kontaktkraft bei. Bei mittleren Kurzschlüssen wird
deshalb die Lichtbogendauer beim Einschaltprellen ent
sprechend reduziert und das Schweißproblem zusätzlich
entschärft.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der Kontakt
anordnung gemäß Fig. 2 ist der Magnetanker 24 der Hemm
vorrichtung 20 über seinen Schwenkarm 26 mit dem Schalter
gehäuse 2 verbunden. In dieser Ausführungsform ist somit
die Schwenkbewegung des Magnetankers 24 unabhängig von der
Bewegung des Stromleiterbolzens 8 des beweglichen Kon
takts 5.
In einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführungsform
der Kontaktanordnung gemäß Fig. 3 kann der Magnetkreis
der Hemmvorrichtung 20 noch mit einem Kurzschlußring 36
versehen sein, welcher das Magnetjoch 22 umschließt. Damit
kann die Magnetkraft zwischen Magnetanker 24 und Magnet
joch 22 noch ein kurzes Zeitintervall nach dem Stromnull
durchgang eines Kurzschlußstromes aufrechterhalten werden,
so daß das Wiederschließen der Kontakte 4 und 5 mit aus
reichend abgekühlten Kontaktstücken erfolgt.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die nicht näher
bezeichneten Polflächen des Magnetjoches 22 jeweils mit
einem Kurzschlußring 37 bzw. 38 versehen. Diese Kurz
schlußringe 37 und 38 umgeben jeweils einen Teil der Pol
fläche und können vorzugsweise in die Polflächen einge
lassen sein.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Hemmvorrichtung
20 dargestellt, die ein Magnetjoch 22 mit beweglichen,
drehbar gelagerten Schenkeln 42 und 43 enthält und deren
Magnetanker 25 mit dem Stromleiterbolzen 8 des beweglichen
Kontaktes 5 verbunden und zwischen den Enden der Schenkel
42 und 43 angeordnet ist. Im unmagnetisierten Zustand der
Hemmvorrichtung ist die Stellung der beweglichen Schenkel
42 und 43 durch Federkräfte so vorgegeben, daß die Anker
luftspalte 33 und 34 vorzugsweise 1 bis 2 mm betragen. Bei
genügend hohem Strom in dem Stromleiterbolzen 8 wirken
zwischen dem Magnetanker 25 und den beiden drehbaren
Schenkeln 42 und 43 Magnetkräfte, die sich am Magnetanker
25 gegenseitig aufheben, die jedoch eine schnelle Drehung
der Schenkel 42 und 43 bis zur Berührung am Magnetanker 25
herbeiführen. Damit die Schenkel 42 und 43 im Kurzschluß
fall eine Öffnungs- oder Schließbewegung des beweglichen
Kontaktes 5 wirksam hemmen können, ist bezüglich der Bewe
gungsrichtung 46 des Kontaktes 5, die in der Figur durch
einen Doppelpfeil angedeutet ist, eine nahezu spielfreie
Lagerung der Schenkel am Magnetjoch vorgesehen.
Das Magnetjoch 22 ist entweder mit einem in der Figur
nicht dargestellten Antriebsgestänge für den beweglichen
Kontakt 5 oder mit dem Schaltergehäuse 2 verbunden.
In der Ausführungsform der Hemmvorrichtung 20 mit dreh
baren Schenkeln 42 und 43 gemäß Fig. 5 können diese auch
aus Teilstücken bestehen, die auf je einer gemeinsamen
Drehachse 44 bzw. 45 nahezu spielfrei bezüglich der Kon
taktbewegungsrichtung angeordnet sind und durch Feder
kräfte für einen vorgegebenen Ankerluftspalt positioniert
sind. Die Bewegungsrichtungen der Enden der Schenkel 42
und 43 sind in der Figur jeweils durch nicht näher be
zeichnete Pfeile angedeutet. Durch die Aufteilung der
Schenkel 42 und 43 in wenigstens zwei übereinander
angeordnete Teile werden bei geschlossenen Ankerluft
spalten 33 und 34 mehrere Berührungsstellen gebildet und
es wird eine gleichmäßigere Kraftverteilung am Magnetanker
25 erreicht.
Der Magnetkreis der Hemmvorrichtung 20 ist so bemessen,
daß im Nennbetrieb der Kontaktanordnung keine Reibungs
kräfte auf den Stromleiterbolzen 8 und damit auf den be
weglichen Kontakt 5 übertragen werden. Eine Veränderung
der Schließstellung der Kontakte 4 und 5 durch Material
abbrand an den Kontaktauflageflächen hat praktisch keinen
Einfluß auf die Wirksamkeit der elektromagnetischen Hemm
vorrichtung 20 gemäß der Erfindung.
Claims (10)
1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zuein
ander angeordneten Kontakten, von denen wenigstens einer
in Achsrichtung beweglich und mit einem Stromleiterbolzen
versehen ist, wobei der Stromleiterbolzen mit einer elek
tromagnetischen Vorrichtung versehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektromagnetische
Vorrichtung als Hemmvorrichtung (20) zur Hemmung der Kon
taktbewegung durch mechanische Reibungskräfte ausgebildet
ist.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hemmvorrichtung
(20) mit einem Magnetkreis versehen ist, der ein Magnet
joch (22) enthält, dem ein schwenkbarer Magnetanker (24)
zugeordnet ist.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Magnetanker (24)
an einem Schwenkarm (26) befestigt ist, der über ein Dreh
lager (28) mit einer Antriebsstange (12) für den bewegli
chen Kontakt (5) verbunden ist.
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Magnet
kreis einen Kurzschlußring (36) enthält, welcher das Ma
gnetjoch (22) umfaßt.
5. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring
(36) nur einen Teil der vom magnetischen Fluß durch
drungenen Eisenquerschnittsfläche umschließt.
6. Kontaktanordnung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polflächen des
Magnetjoches (22) jeweils mit einem Kurzschlußring (37
bzw. 38) versehen sind.
7. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (26)
über ein Drehlager (28) mit dem Schaltergehäuse (2) ver
bunden ist.
8. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stromleiterbolzen
(8) mit einem Magnetkreis versehen ist, der ein Magnetjoch
(22) mit beweglichen Schenkeln (42, 43) und einen Magnet
anker (25) enthält, der zwischen den drehbaren Schenkeln
(42, 43) angeordnet ist und mit den Stromleiterbolzen (8)
verbunden ist, und daß das Magnetjoch (22) mit dem An
triebsgestänge (12) für den beweglichen Kontakt (5) ver
bunden ist.
9. Kontaktanordnung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (22)
mit dem Schaltergehäuse (2) verbunden ist.
10. Kontaktanordnung nach Anspruch 8 oder 9, ge
kennzeichnet durch eine Unterteilung der
Schenkel (42, 43) in ihrer Längsrichtung senkrecht zu
ihrer Drehachse in mehrere Teile, denen die gemeinsame
Drehachse (44 bzw. 45) zugeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924205206 DE4205206C2 (de) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Kontaktanordnung für Vakuumschalter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924205206 DE4205206C2 (de) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Kontaktanordnung für Vakuumschalter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4205206A1 DE4205206A1 (de) | 1993-08-26 |
DE4205206C2 true DE4205206C2 (de) | 1994-12-08 |
Family
ID=6452193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924205206 Expired - Fee Related DE4205206C2 (de) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Kontaktanordnung für Vakuumschalter |
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DE (1) | DE4205206C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19925191B4 (de) * | 1999-05-26 | 2008-03-13 | Siemens Ag | Kontaktanordnung für Vakuumschalter |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3582587A (en) * | 1969-02-03 | 1971-06-01 | Gen Electric | Vacuum-type circuit interrupter having a stroke length dependent upon current magnitude |
US4025886A (en) * | 1976-06-04 | 1977-05-24 | General Electric Company | Electric circuit breaker with electro-magnetically-assisted closing means |
SU855775A1 (ru) * | 1979-11-06 | 1981-08-15 | Севастопольский Приборостроительный Институт | Привод вакуумного выключател |
DE4119706A1 (de) * | 1991-06-14 | 1992-01-02 | Siemens Ag | Kontaktanordnung fuer vakuumschalter |
-
1992
- 1992-02-20 DE DE19924205206 patent/DE4205206C2/de not_active Expired - Fee Related
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---|---|---|---|---|
DE19925191B4 (de) * | 1999-05-26 | 2008-03-13 | Siemens Ag | Kontaktanordnung für Vakuumschalter |
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Publication number | Publication date |
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DE4205206A1 (de) | 1993-08-26 |
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