[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.
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.