Elektromagnetisch betätigbares Schaltgerät

Abstract

 Elektromagnetisch betätigbares Schaltgerät (Schütz) mit einer beweglichen Kontaktbrücke (11, 12), die mit dem Magnetanker (15) derart verbunden ist. daß sich die Kontaktbrücke (11, 12) translatonscn in derselben Richtung wie der Anker zwischen der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung bewegt. Die Kontaktbrücke besteht aus einem beweglichen Hauptkontakt 11 mit einem verhältnismäßig kleinen Kontaktbelag (26) aus einer Silberlegierung und einem beweglichen Lichtbogenkontakt (12) mit einem Kontaktbelag (27) aus silberfreiem Material. Der Lichtbogenkontakt 12 schließt und unterbricht den Hauptstromkreis. während der Hauptkontakt (11) im eingeschalteten stationären Zustand fast den gesamten Strom führt. Die Kontakte (11, 12) haben getrennte Federsysteme 123. 24). Das Schaltgerät hat mindestens eine Ausschaltfeder (18), die im Verhältnis zur Bewegungsrichtung des Ankers (15) schräggestellt ist und zwischen zwei Lagerstellen (33. 35) eingespannt st. von denen die eine (33) ortsfest ist und die andere (35) der Bewegung des Ankers ₁15) bei Betätigung des Schaltgerates folgt. Durch die damit verbundene Anderung der Schragstellung der Feder in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Ankers nimmt die Kraft, mit der die Ausschaltfeder (18) der Zugkraft des Magneten entgegenwirkt, mit klemer werdendem Luftspalt des Magneten beim Einschalten ab. Dadurch ist es möglich, daß trotz doppelter Kontakt- und Federsysteme der Betätigungsmagnet verhältnismäßig klein sein kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei dem Schaltgerät kann es sich insbesondere um ein Schütz handeln.

[0002] Normalerweise bestehen die Kontaktvorrichtungen größerer Schütze aus einem beweglichen Hauptkontakt und einem oder zwei festen Hauptkontakten für jede Phase. Um die Gefahr einer Kontaktverschweißung zu verringern und die Lebensdauer der Kontakte zu erhöhen, sind die Kontakte in der Regel mit Kontaktelementen (Kontaktbelägen) aus irgendeiner Silberlegierung, wie z.B. Silberkadmiumoxyd, versehen. Bei den Silberlegierungen handelt es sich um teures Material, und die Kosten für die Kontaktelemente stellen einen erheblichen Teil der Gesamtkosten eines Schützes dar. Es ist daher wünschenswert, die erforderliche Silbermenge reduzieren zu können.

[0003] Es ist bereits bekannt, bei Schützen separate bewegliche Haupt- und Lichtbogenkontakte mit getrennten Federsystemen zu verwenden (siehe z.B. die DE-AS 1 237 667 und die FR-PS 1 431 326). Mit einer solchen Ausführung erreicht man, daß der Hauptstromkreis von dem Lichtbogenkontakt geschlossen und unterbrochen wird, während in der Einschaltstellung des Schützes der überwiegende Teil des Stromes über den Hauptkontakt fließt. Diese Schütze mit Doppelkontakten haben jedoch den Nachteil, daß zu ihrer Einschaltung eine verhältnismäßig große Betätigungsleistung erforderlich ist. Die bekannten Schütze sind nämlich mit rückstellenden Schraubenfedern versehen, deren Längsachse in der Bewegungsrichtung des Magnetankers verläuft. Die Federn sind so angeordnet, daß sie auf einen am Magnetanker befestigten Kontaktbrückenträger mit einer direkt gegen die Zugkraft des Magneten gerichteten Rückstellkraft wirken. Beim Einschalten eines solchen Schützes werden die Ausschaltfedern zusammengedrückt, so daß die Gegenkraft der Feder mit kleiner werdendem Magnetluft- spalt immer größer wird. Da der Betätigungsmagnet während der Endphase des Einschaltvorganges zusätzlich noch die Gegenkraft der Kontaktdruckfedern überwinden muß, ist bei der bekannten Konstruktion ein verhältnismäßig kräftiger Betätigungsmagnet erforderlich. Dies hat zur Folge, daß die Abmessungen, der Preis und der Leistungsbedarf des Schützes verhältnismäßig groß sind.

[0004] Es ist auch bekannt, (z.B. durch die DE-AS 1 140 263 und die US-PS 3 873 952) bei einem Schütz mit einem konventionellen Kontaktsystem die Ausschaltfedern derart anzuordnen, da5 die von den Federn herrührende Rückstellkraft beim Einschalten abnimmt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die erforderliche Silbermenge im Kontaktsystem reduziert werden kann, ohne gleichzeitig die Abmessungen des Schaltgerätes erhöhen zu müssen.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein elektromagnetisch betätigbares Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, welches die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

[0007] Die Erfindung beruht somit darin, daß einerseits ein Kontaktsystem mit einem beweglichen Hauptkontakt und einem beweglichen Lichtbogenkontakt verwendet wird, die von getrennten Kontaktdruckfedern beaufschlagt werden, und andererseits ein Magnetsystem mit einer sogenannten degressiven Ausschaltfeder verwendet wird.

[0008] Durch die Verwendung von separaten beweglichen Haupt- und Lichtbogenkontakten mit getrennten Federsystemen, wobei der Lichtbogenkontakt den Hauptstromkreis schließt und unterbricht und der Hauptkontakt den überwiegenden Strom, beispielsweise ca. 95 %, im stationären eingeschalteten Zustand führt, ist es möglich, den Kontaktbelag der Lichtbogenkontakte aus Silberfreiem Material herzustellen. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um Kupferkadmiumoxyd oder Kupfer-Wolfram handeln. Lediglich die Hauptkontakte erhalten einen Kontaktbelag aus silberhaltigem Material. De die Hauptkontakte nahezu lichtbogenfrei arbeiten (schließen und öffnen), ist der Abbrand an diesen Kontakten sehr gering, so das die Kontaktbeläge verhältnismäßig klein sein können. Die Gesamtsilbermenge für einen solchen Schütz kann daher erheblich reduziert werden. Durch die gleichzeitige Verwendung einer Ausschaltfeder mit negativer Kraftcharakteristik wird erreicht, daß trotz doppelter Kontakt- und Federsysteme ein verhältnismäßig kleiner Betätigungsmagnet ausreichend ist, ohne daß hierdurch eine sichere Einschaltung in einem einzigen Schritt beeinträchtigt wird. Dies führt zu niedrigen Herstellungskosten und einem niedrigen Leistungsverbrauch.

[0009] Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltgerätes nach der Erfindung in Vorderansicht,

Figur 2 einen Schnitt durch das Schaltgerät nach Fig. 1 längs der Linie A-A in Fig. 1,

Figur 3 einen Schnitt durch das Schaltgerät nach Fig. 1 längs einer Linie B-B in Fig. 2,

Figur 4 einen Schnitt durch den Sockel des Schaltgerätes längs der Linie C-C in Fig. 3.

[0010] Das in den Figuren gezeigten Schütz ist dreipolig und ist für eine Nennspannung von beispielsweise 660 V ausgelegt. Der Nennstrom des Schützes kann beispielsweise im Bereich von 40 bis 800 A liegen. Das Schütz ist auf einem Sockel 1 aus druckgegossenem Leichtmetall aufgebaut. Der Sockel trägt einen aus Kunststoff hergestellten Halter 2 mit Anschlußschienen 3, 4, mit denen es in einen äußeren Hauptstromkreis eingefügt wird.

[0011] Die Kontaktvorrichtung des Schützes, die in den Figuren in Ausschaltstellung gezeigt ist, ist von einem aus Kunststoff bestehenden Lichtbogenschirm 5 (Figur 2) umgeben, der mit Löschblechen 6 versehen ist. Die Kontaktvorrichtung umfaßt pro Phase zwei elektrisch in Reihe geschaltete Schaltstellen, von denen jede in einer ihr zugeordneten, im Lichtbogenschirm gebildeten Schaltkammer 7, 6 angeordnet ist.

[0012] Jede Schaltstelle hat einen festen Kontakt 9 bzw. 10, der an der Anschlußschiene 3 bzw. 4 befestigt ist. Die festen Kontakte sind in geschlossener Kontaktstellung durch eine Kontaktbrücke miteinander verbunden, die aus einem beweglichen Hauptkontakt 11 und einem beweglichen Lichtbogenkontakt 12 besteht. Die Kontaktbrücke ist in einer Öffnung 13 eines Kontaktführers 14 angeordnet, der mit dem Anker 15 des Betätigungsmagneten des Schützes verbunden ist, dessen Magnetkern und Spule mit 16 bzw. 17 bezeichnet sind. Der Anker 15 wird von vier Ausschaltfedern 18 (Fig. 2 - 4) beaufschlagt. Wenn die Spule 17 stromlos ist, pressen diese Federn 18 den Anker 15 in die in Figur 2 gezeigte Lage. Die Kontaktbrücke 11, 12 verläuft zwischen den Schenkeln 19 eines U-förmigen Bügels 20 hindurch, der in dem Kontaktführer 14 axial beweglich ist. Die freien Enden der Bügelschenkel 19 sind durch einen Stift 21 verbunden. Zwischen diesem Stift und dem beweglichen Lichtbogenkontakt 12 ist eine Blattfeder 22 angeordnet.

[0013] Im Bügel 20 sind zwei schraubenförmige Kontaktdruckfedern 23, 24 mit verschiedenen Durchmessern koaxial angeordnet. Die Feder 23 mit dem kleineren Durchmesser ist über einen zentral angeordneten Stift 25 mit dem beweglichen Hauptkontakt 11 verbunden, während die größere Feder 24 über den Bügel 20, den Stift 21 und die Blattfeder 22 auf den beweglichen Lichtbogenkontakt 12 wirkt.

[0014] Der bewegliche Hauptkontakt 11 besteht vorzugsweise aus Kupfer und ist an jedem Ende mit einen Kontaktbelag 26 aus einer Silberlegierung, z.B. Silberkadmiumoxyd, zur Durchführung der elektrischen Kontaktfunktion versehen.

[0015] Der bewegliche Lichtbogenkontakt 12 besteht vorzugsweise aus Stahl und ist mit einem Kontaktbelag 27 aus silberfreiem Kontaktmaterial, z.B. Kupferkadmiumoxyd oder Kupfer-Wolfram, versehen.

[0016] Die festen Kontakte 9,10 werden vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und sind mit je zwei Kontaktbelägen 28, 29 versehen, die paarweise in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Die Kontaktbeläge 28 arbeiten mit den Kontaktbelägen 26 des beweglichen Hauptkontaktes 11 zusammen und bestehen aus derselben Silberlegierung wie diese. Die anderen Kontaktbeläge 29 der festen Kontakte arbeiten mit den Kontaktbelägen 27 des Lichtbogenkontaktes 12 zusammen und bestehen aus demselben silberfreien Material wie diese. Die festen Kontakte 9, 10 sind außerdem mit Lichtbogenhörnern 30 versehen.

[0017] Bei den Ausschaltfedern 18 (Fig. 2 - 4) handelt es sich um Schraubenfedern, von denen jede auf einem Stützstift 31 angeordnet ist, der im Verhältnis zu der Bewegungsrichtung des Kontaktführers 14 schräggestellt ist. Das eine Ende des Stiftes 31 ragt in ein Loch 32 in einem Lagergehäuse 33 und ist mit seinem anderen Ende über eine Lagerstelle 35 drehbar an einen Rückführstift 34 angeschlossen. Der Stützstift 31 wird gegen die Lagerstelle 35 von einer Feder 18 gepreßt, die sich an dem Lagergehäuse 33 abstützt und über die Stifte 31 und 34 in kontaktöffnender Richtung auf den Kontaktführer wirkt. Das Schütz hat zwei Rückführstifte 34, von denen jeder auf einer Seite des Betätigungsmagneten 16, 17 angeordnet ist. Auf jeden dieser Rückführstifte wirken zwei im Verhältnis zueinander V-förmig angeordnete Ausschaltfedern 18 (Fig. 4), die auf gegenüberliegenden Seiten des Rückführstiftes angeordnet sind.

[0018] Beim Einschalten des Schützes wird die Zugkraft des Magneten mit kleiner werdendem Magnetluftspalt ständig größer. Während des ersten Teils dieses Einschaltvorganges wirken der Magnetkraft nur die Ausschaltfedern 18 entgegen, deren Winkelstellung im Verhältnis zum Rückführstift 34 sich mit der Verschiebung dieses Rückführstiftes derart verändert, daß die Komponente der Federkraft, die der Magnetkraft entgegenwirkt, kleiner wird. Die bewegliche Kontaktvorrichtung wird dabei schnell beschleunigt. In der Schlußphase des Einschaltvorganges steigt die gesamte Gegenkraft in zwei Schritten sprunghaft an, nämlich dadurch, daß zuerst die Kontaktschließur.g der Lichtbogenkontakte 12 und danach die Kontaktschließung der Hauptkontakte 11 erfolgt. Der Magnet muß dann also zusätzlich zu der Gegenkraft der Ausschaltfedern 18 auch die Gegenkräfte der Kontaktdruckfedern 24 und 23 überwinden. Da die Gegenkraft der Ausschaltfedern 18 in dieser Phase jedoch kleiner als in der völlig geöffneten Stellung des Schützes ist, ist eine geringere Magnetzugkraft und somit ein kleinerer Schützmagnet erforderlich als bei den Federanordnungen der bekannten Schütze.

[0019] Beim Einschalten schließen die Lichtbogenkontakte 27, 29 vor den Hauptkontakten 26, 28, während beim Ausschalten die Lichtbogenkontakte sich nach den Hauptbogenkontakten öffnen. Dadurch wird erreicht, daß die Hauptkontakte nahezu lichtbogenfrei schließen und öffnen, wodurch deren Verschleiß gering ist. Die Kontaktbeläge 26, 28 können daher klein sein, beispielsweise kleiner als ein Drittel des Volumens der Lichtbogenkontaktbeläge 27, 29. Dadurch wird die erforderliche Silbermenge verhältnismäßig klein, was zu einer erheblichen Senkung der Kosten für das Schütz führt.

Ansprüche

1. Elektromagnetisch betätigbares Schaltgerät mit zwei im Abstand voneinander angeordneten festen Kontakten (9, 10) und einer zur Verbindung der festen Kontakte dienenden Kontaktbrücke (11, 12), mit einem Betätigungsmagneten (16, 17), dessen Anker (15) bei Betätigung des Schaltgerätes eine translatorische Bewegung ausführt und mit der Kontaktbrücke (11, 12) derart verbunden ist, daß diese sich in gleicher Richtung wie der Anker zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung bewegt, und mit mindestens einer als Aueschaltfeder dienenden langgestreckten Druckfeder (18), welche auf den Anker (15) ständig eine gegen die Zugkraft des Magneten gerichtete Rückführkraft ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke einen beweglichen Hauptkontakt (11) und einen beweglichen Lichtbogenkontakt (12) umfaßt, die von getrennten Kontaktdruckfedern (23, 24) beaufschlagt werden, und daß die Ausschaltfeder (18) mit ihrer Längsachse im Verhältnis zu der Bewegungsrichtung des Ankers schräggestellt und zwischen zwei Lagerstellen (33, 35) eingespannt ist, von denen die eine (33) fest ist, während die andere (35) bei der Betätigung des Schaltgerätes zusammen mit dem Anker (15) verschoben wird, wobei sich der Winkel zwischen der Längsachse der Feder (18) und der Bewegungsrichtung des Ankers (15) derart verändert, daß die Rückführkraft der Feder mit kleiner werdendem Magnetluftspalt kleiner wird.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Lichtbogenkontakt (12) länger als der bewegliche Hauptkontakt (11) ist, daß diese Kontakte (11, 12) derart parallel nebeneinander angeordnet sind, daß der Lichtbogenkontakt (12) über beide Enden des Hauptkontaktes (11) hinausragt, daß die beweglichen Kontakte paarweise mit Kontaktbelägen (26, 27) aus vorzugsweise verschiedenem Kontaktmaterial belegt sind und daß jeder der festen Kontakte (9, 10) mit zwei in verschiedenen Ebenen angeordneten Kontaktbelägen (28, 29) aus vorzugsweise verschiedenem Kontaktmaterial belegt ist, welche Kontaktbeläge den Kontaktbelägen (26, 27) der beweglichen Kontakte (11, 12) entsprechen.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Kontaktbelags (26) des Hauptkontaktes kleiner als ein Drittel des Volumens des Kontaktbelags (27) des Lichtbogenkontaktes ist, daß der Kontaktbelag (26) des Hauptkontaktes aus einer Silberlegierung besteht und daß der Kontaktbelag (27) des Lichtbogenkontaktes vorzugsweise aus silberfreiem Material besteht.

4. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kontaktbrücke (11, 12) und der Anker (15) auf je einer Seite der festen Kontakte (9, 10) angeordnet sind und durch einen zwischen den festen Kontakten angeordneten, geradlinig verschiebbaren Kontaktführer (14) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktdruckfedern (23, 24) koaxial angeordnete Schraubenfedern mit verschiedenen Durchmessern sind, die innerhalb des Kontaktführers (14) angeordnet sind.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (23) mit dem kleineren Durchmesser durch einen zentral angeordneten Stift (25) mit dem beweglichen Hauptkontakt (11) verbunden ist und die Feder (24) mit dem größeren Durchmesser über einen die Kontaktbrücke (11, 12) umfassenden Bügel (20) mit dem beweglichen Lichtbogenkontakt (12) verbunden ist.

6. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltfeder (18) eine Schraubenfeder ist, die einen Stützstift (31) umschließt, der an der ortsfesten Lagerstelle (33) der Feder in einer Führungslagerung (32) läuft und an der verschiebbaren Lagerstelle (35) der Feder mit einer Drehlagerung versehen ist, wobei der Stützstift (31) von der Feder (18) in Längsrichtung gegen die Lagerstelle (35) gepreßt wird.

7. Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Lagerstelle (35) der Feder (18) an einem in Bewegungsrichtung des Ankers (15) verschiebbar angeordneten Rückfuhrstift (34) angeordnet ist.

8. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Rückführstift (34) zwei auf gegenüberliegenden Seinen des Stiftes (34) liegende, im Verhältnis zueinander V-förmig angeordnete Ausschaltfedern (18) wirken.

9. Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführstift (34) von den Ausschaltfedern (18) gegen den mit dem Magnetanker verbundenen Kontaktführer (14) gepreßt wird.

10. Schaltgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rückführstifte (34), von denen jeder von zwei Ausschaltfedern (18) beaufschlagt wird, vorhanden sind, von denen jede auf je einer Seite des Betätigungsmagneten (16, 17) angeordnet sind.

Zeichnung