DE1640230A1 - Den Kontaktabhebekraeften entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung fuer einen Leistungsschalter - Google Patents

Description

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Docket No. 11D-27J7

U.S. Ser.No. 558,008 1 6 A 0 230

U.S. Piling date:

June l6, 1966

General Electric Company, Schenectady, N.Y., V.St.A.

Den Kontaktabhebekräften entgegenwirkende elektromagnetische λ Einrichtung für einen Leistungsschalter.

Die Erfindung betrifft elektrische Leistungsschalter, insbesondere eine elektromagnetische Einrichtung, die den Kontaktabhebekräften entgegenwirkt, die bei Starkstromfluß im Schalter auftreten.

Beim üblichen Leistungsschalter bildet der Leitungsweg durch die Kontakte eine Stromschleife. Der diese Schleife durchfließende Strom erzeugt magnetische Kräfte, welche die Schleife zu erweitern bestrebt sind und gewöhnlich in der KontaktÖffnungsrichtung angreifen. Diese magnetischen Öffnungskräfte ändern sich in ihrer Größe entsprechend dem Quadrat des Stromflusses durch den Schalter, so daß bei Überstrom und Kurzschlußstrom diese Kräfte äußerst stark werden können.

Wenn ein Schalter bei Vorhandensein einer Störung im angeschalteten Stromkreis geschlossen wird, werden die starken magne-

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tischen Öffnungskräfte sehr plötzlich nahe dem Ende des Kontaktschließhubes entwickelt. Diese Kräfte wirken dem Schlußteil des Schließhubes entgegen, so daß starke Schließkräfte benötigt werden, um die entgegenwirkende Kraft zu überwinden und den Schließvorgang zu vollenden. Bei herkömmlichen Leistungsschaltern wird die Größe des Schließ- und Betätigungsmechanismus nicht zuletzt durch das Erfordernis der Bereitstellung dieser starken Kräfte für das Kontaktschließen bei Kurzschluß bestimmt. Je größer die erforderliche Schließkraft ist, desto größer und stärker muß der Schließ- und Betätigungsmechanismus ausgebildet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter zu schaffen, der mittels eines kleinen und verhältnismäßig schwachen Schließ- und Betätigungsmechanismus gegen Kurzschlußströme schließen kann.

Bei bereits bekannten Leistungsschaltern ist eine magnetische Einrichtung vorgesehen, die auf den beweglichen Kontakt eine Schließ- oder Haltekraft ausübt, die sich im direkten Verhältnis zum Strom ändert und immer dann anwesend ist, wenn Strom durch die Kontakte fließt. Während durch diese magnetische Einrichtung eine erhebliche Verringerung der erforderlichen Schließkraft für den Schließ- und Betätigungsmechanismus möglich ist, ergibt sich als Nachteil, daß eine ziemlich starke Öffnungskraft benötigt wird, um die starke magnetische Schließkraft zu überwinden, wenn der Schalter geöffnet werden soll. Außerdem wird durch die starke magnetische Schließkraft die Schaltgeschwindigkeit beim öffnen herabgesetzt.

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Ein spezieller Erfindungszweck ist es daher, eine magnetische Einrichtung zu schaffen, die, wenn der Schalter geschlossen werden und bleiben soll, eine starke Schließkraft entwickeln kann, ohne daß dadurch die für das öffnen des Schalters erforderliche Kraft sich nennenswert erhöht.

Eine den Kontaktabhebekräften entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung für einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Kontakt und einem beweglichen Kontakt sowie mit einem mit dem beweglichen Kontakt mechanisch und elektrisch verbundenen, im wesentlichen starren Leiter, der den beweglichen Kontakt an den Stromkreis anschließt und bei geschlossenen Kontakten eine Schließstellung einnimmt, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein im wesentliches starres bewegliches Teil, das auf den Leiter eine sich direkt mit dem Stromfluß durch die Kontakte ändernde magnetische Schließkraft ausübt; eine auslösbare Halteanordnung, die bei geschlossenen Kontakten das bewegliche Teil in einer vorbestimmten ersten Lage festhält; eine Kontaktöffnungsanordnung, die bei ausgelöster Halteanordnung das bewegliche Teil in Eingriff mit dem Leiter treibt, derart, daß auf den Leiter eine Kontaktöffnungsbewegung übertragen wird; eine den Schließvorgang des Schalters einleitende Schließeinrichtung, die das bewegliche Teil in die erste Lage zurückführt; eine Kontaktarretieranordnung, die während der Rückbewegung des beweglichen Teils den Leiter in einer Lage, bei der die Kontakte weit geöffnet sind, festhält; und eine Schließhilfsanordnung, die im Anschluß an die Bewegung des beweglichen

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Teils in im wesentlichen die erste Lage die Kontaktarretieranordnung unwirksam macht und danach den Leiter in die Schließstellung treibt.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene schematische Darstellung eines Leistungsschalters im geöffneten Zustandmit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 den Schalter nach Fig. 1 im geschlossenen Zustand;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 3?-j5 in Fig. 2j

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 gezeigte Leistungsschalter hat zwei trennbare Kontakte 11 und 12. Der bewegliche Kontakt 12 ist zur Kontaktgabe mit dem feststehenden Kontakt 11 und zur Kontakttrennung in vertikaler Richtung beweglich. In Fig. 1 ist der Kontakt 12 in seiner voll geöffneten Stellung gezeigt, in der er einen weiten Abstand vom Kontakt 11 hat. Das Schließen des Schalters erfolgt durch Aufwärtsbewegen des Kontaktes 12 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung, wo er den Kontakt 11 erfaßt.

Obwohl die Erfindung sich auf viele verschiedene Schalterarten anwenden läßt, ist sie hier in ihrer Anwendung auf einen Vakuumschalter dargestellt und beschrieben. Die Kontakte 11, 12

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befinden sieh demnach in einer hochevakuierten Kammer _T5 mi't einem zylindrischen Isoliergehäuse 14 sowie einer oberen Stirnkappe 8 und einer unteren Stirnkappe 15, die durch vakuumdichte Dichtungen 16 mit dem Isoliergehäuse verbunden sind. Der feststehende Kontakt 11 ist auf einer feststehenden Leiterstange 9* die mit der oberen Stirnkappe 8 verbunden ist, angeordnet. Der bewegliche Kontakt 12 ist auf einer leitenden Betätigungsstange 17 angeordnet, welche die untere Stirnkappe 15 freibeweglich durchsetzt. Ein die untere Stirnkappe 15 mit der Betätigungsstange 17 verbindender, flexibler ^ Metallbalg 18 ermöglicht eine Vertikalbewegung der Betätigungsstange 17 ohne Beeinträchtigung des Vakuums innerhalb der Kammer Ij.

Für den Stromtransport zum beweglichen Kontakt 12 ist eine Leiterschiene 20 am unteren Ende der Betätigungsstange 17 starr befestigt. Die Leiterschiene 20 ist mit ihrem einen Ende an einem feststehenden, an der unteren Stirnkappe 15 befestigten Schwenklagerteil 21 angelenkt. Am anderen Ende der Leiterschiene 20 ist die Stromzuf ührungs leitung 2;5 angeschlossen.

Ein Teil der den Kontakt 12 während des Schließvorgangs nach oben treibenden Kraft wird von einer Zugfeder 24 geliefert. Diese Zugfeder 24, die zwischen dem Leiterstab 20 und einem Pestpunkt 26 angeordnet ist, zieht die Leiterschjaie 20 im Gegenuhrzeigersinne. Wenn der Schalter geöffnet 1st (Fig. 1), wird die Leiterschiene 20 durch eine auslösbare Klinke 28, die auf eine an der Leiterschiene 20 angeordnete Klinkenrolle 30 einwirkt, in der gezeigten Stellung festgehalten. Die Klinke 28 wird durch eine Torsionsfeder 351, wel-

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ehe die Klinke im Gegenuhrzeigersinne um ihren festen Schwenkpunkt 32 drückt* in die gezeigte Lage gespannt. Wenn die Klinke 28 auf noch zu beschreibende Weise um ihr Schwenklager 32 im Uhrzeigersinne geschwenkt wird, gibt sie die Klinkenrolle 30 frei, so daß die Feder 24 die Leiterschiene 20 zusammen mit dem Kontakt 12 nach oben ziehen kann.

Nahe dem Ende des nach oben gerichteten Schließbewegungshubes des beweglichen Kontaktes 12 setzt der Stromfluß durch die Kontakte 11, 12 über einen durch die Teile 9, 11, 12, 17, 20 und gebildeten Stromweg ein. Wie erwähnt-, erzeugt dieser Strom eine magnetische Kraft, die der Schließbewegung entgegenwirkt und sich direkt mit dem Quadrat des Stromes ändert. Wenn nur ein schwacher Strom fließt, reicht die von der Feder 24 allein gelieferte Kraft aus* um den Schließvorgang gegen diese schwache Gegenwirkung zu vollenden und die Kontakte 12, 11 geschlossen zu halten. Dagegen bei starkem Strom sind viel stärkere Schließkräfte erforderlich, um den Schließvorgang zu vollenden und die Kontakte geschlossen zu halten. Um die entsprechende zusätzliche Schließkraft bereitzustellen, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein U-förmiges Bauteil 40 aus magnetischem Werkstoff geringer Remanenz, z.B. Weicheisen, vorgesehen. Wie man am besten in Fig. 3 sieht, besteht dieses U-förmige Bauteil oder Ankerteil 40 aus zwei Schenkeln 42 und einem diese verbindenden Stegteil 43. Zwischen den Schenkeln 42 befindet sich eine seitwärts offene Ausnehmung 44, in welche die Leiterschiene 20 sich während des Schließvorgangs hineinbewegt.

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Dieses magnetische Ankerteil 40 übt auf die Leiterschiene 20 eine nach aufwärts gerichtete Schließkraft aus* die sich mit dem Quadrat des Stromflusses durch die Leitersehiene 20 ändert. Und zwar induziert der durch die Leiterschiene 20 fließende Strom ein die Schiene umfassendes Magnetfeld, angedeutet durch die Kraftlinien 41 in Fig. 3. Diese Kraftlinien folgen einem Magnetkreis, der das U-förmige Ankerteil 40 und ansehlieiend den Luftspalt zwischen den Schenkeln 42 des Ankei'teils durchsetzt. In diesem Magnetkreis liegt der Luftspalt in Reihe mit dem Ankerteil 40. Die Leiterschiene 20 befindet sich in diesem Luftspalt, wenn der Kontakt 12 sich in der vollen Schließstellung (Fig. 2 und 3) befindet. Ein in einem solchen Luftspalt befindlicher Leiter hat das Bestreben, sich in eine Lage zu bewegen, in welcher der magnetische Widerstand (Reluktanz) des umgebenden Magnetkreises sein Minimum hat, so daß der Leiter 20 bestrebt ist, sieh nach oben gegen den Stegteil 43 des Ankerteils 40 zu bewegen.

Die den Leiter 20 gegen den Stegteil 43 drückende Kraft ändert sich in ihrer Größe als direkte Funktion des Quadrates des Stromflusses durch die Leiterschiene 20. Bei ansteigendem Strom werden also im Ankerteil 40 zunehmende Magnetkräfte erzeugt, welche die Kontakte in die volle Schließstellung treiben und geschlossen halten.

Die Richtung dieser Magnetkraft ist unabhängig von der Polarität des in der Leiterschiene 20 fließenden Stromes, da unabhängig von der Richtung der den Luftspalt durchsetzenden Kraftlinien

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diejenige Lage der Leiterschiene 20, in der die Reluktanz des Magnetkreises ein Minimum ist, sich stets in Richtung zum Stegteil 43 des Ankerteils 4o befindet. Die Größe dieser Magnetkraft hängt hauptsächlich von der Kraftliniendichte des Magnetfeldes im Luftspalt ab, und diese Kraftliniendichte ist im wesentlichen unabhängig von der Polarität des Stromes. In dieser Hinsicht wird durch die geringe Remanenz des magnetischen Werkstoffs sichergestellt, daß die Kraftliniendichte für einen gegebenen Stromwert, gleichgültig ob dieser negativ oder positiv ist, im wesentlichen stets die gleiche ist.

Die Größe der die Leiterschiene gegen den Stegteil 45 des U-förmigen Ankerteils 40 drückenden Kraft hängt von der Breite des Ankerteils 40 (dargestellt in Fig. 2 durch die Strecke W) ab und ändert sich als direkte Funktion dieser Breite W. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Breite W so groß gemacht, daß die am Ankerteil 40 entwickelte Schließkraft für irgendeinen gegebenen Stromwert größer ist als diejenigen elektromagnetischen Schleifenkräfte, welche die Kontakte auseinanderzudrücken bestrebt sind. Es steht also bei jedem beliebigen gegebenen Stromwert eine resultierende Kraft zur Verfügung, welche die Kontakte geschlossen hält oder, wenn sie noch nicht voll geschlossen sind, in die Schließstellung drückt. Diese resultierende Kraft steigt mit dem Stromfluß durch die Kontakte an. Dadurch wird, ohne daß irgendwelche Unterstützung durch die Schließfeder 24 erforderlich ist, verhindert, daß die Kontakte durch die magneti-

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sehen Sehlei fenkr-äf te abgehoben werden. Durch diese resultierende Kraft wird der Kontakt 12 bei ansteigendem Strom einfach noch fester gegen aen feststehenden Kontakt 11 gedrückt. Menn bei Stromfluß durch die Leiterschiene 20 die Kontakte 12,, 11 noch nicht voll geschlossen sind.-, drückt diese resultierende Kraft den Kontakt 12 in clie volle Kontaktg&b® mit des« Kontakt 11 und hält ihn in dieser= Sc-hlieSatellung fest.

Aus noch 3α erläuternden GrifeiöeB l&b 4as magnetische Ankerteil 40 ein behagliches Bauteil,, das ^;~or ggt· Bewegung der Leiterschiene 20 in dis :C^^v,aktselilie@steilmig (Figo 2) in die in Fig. gezeigte Lage bew^^bar* ist und In dissGr Lags festgehalten wird. Fig. 1 zeigt das Ankerteil 40 in eines* Tief lage_:, die es einnimmt, wenn der Schalter geöf-^w ü ist. Der SohlieSvor-gang wird dadurch eingeleitet* daß das Anker-teil 40 aus· der Offenlage (Fig. l) nach oben in die S^hiießi;ige (Fig. 3) gedrückt viird» Bei dieser Aufv?äi^vcsbewsi.S!',:-i3 srfi:.'-'" el:.,» Anks2^steil ^O die Klinke 28_a die dadurch ausgelöst WiM₅ so daß die Zugfeder 24 die Leiterschiene 20 und den beweglichen Kontakt 12 in die Schließstellung (Flg. 2) ziehen kann.

Um das Ankerteil 40 nacii oben zu bewegen, ist eine isolierende Betätigungsstange 45 vorgesehen. Die Betätigungsstange 45 ist mitü'sls eines U-för-raigen Isoli^rbügels 46 (Fig. 3) am Ankerteil K^ i^fes^..;^ D-Si- I"alierbilgel 46 hat eine mit der Ausnehmung 44 ins Änkei-t&il K-O fluchtende AusEielisnung 47. Für das starre Koppeln d£i'· Teile 40 und 46 sine! geeignete Verbindungseinrichtungen (nicht

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gezeigt) vorgesehen. Eine an der Betätigungsstange 45 angreifende Feder 48 spannt die Betätigungsstange nach unten in die in Pig. I gezeigte Lage.

Um die Betätigungsstange 45 und das Ankerteil 40 in ihre Hoclilage (Pig, 2) zu drücken und dort festzuhalten, ist mit dem unteren Ende der Betätigungsstange 45 ein Schließmechanismus 5C) mit mechanischer Freiaxislösung gekoppelt. Der Sehließmechanisßics 50 enthält zwei Kniehebel 52 und 54^ die am Knie 55 gelenkig verbunden sind. Der eine Kniehebel 52 Ist mit seinem anderen Ende mittels eines Schwenkzapfens 56 am unteren Ende der Betätigungsstange 45 angelenkt. Der aridere Kniehebel 54 ist mittels des Sohwenkzapfens 58 am oberen Ende eines Führungshebels 59 angelenkt, Dieser Führungshebei 59 ist mit seinem unteren Ende auf einem festen Sehwenklager 60 angelenkt und durch eine geeignete Rückstellfeder 6Oa in die in Fig. 1 gezeigte Lage gespannt. Der Schwenkzapfen 58 trägt eine Klinkenrolle öl, die mit -einer geeigneten Auslöseklinke 62 zusammenarbeitet. Die Auslöseklinke 62 ist mittels eines üblichen Auslösesolenoids 64 bei Auftreten bestimmter Zustände im Stromkreis betätigbar. Typischerweise wird das Auslösesolenoid 64 bei Auftreten eines bestimmten Überstromes im angeschalteten Stromkreis betätigt.

Solange die Auslöseklinke 62 sich in der in Fig. 1 gezeigten Einklinkstellung befindet, kann das Kniegelenk 52, 54 eine Schubkraft auf die bewegliche Betätigungsstange 45 übertragen. Das heißt, wenn das Knie 55 aus der in Fig. !!gezeigten Lage nach

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rechts gedrückt wird, wird das Gelenk 52, 54 gestreckt und dadurch die Betätigungsstange 45 gegen die Spannung der Feder "48 nach oben gedrückt. Fig. 2 zeigt die Lage der Teile nach der Rechtsbewegung des Knies 55 sum Schließen des Schalters. Diese Schließbewegung des Knies 55 aus der in Fig. 1 gezeigten Lage in die in Fig. 2 gezeigte Lage wird durch eine drehbare Nockenscheibe 70 in Verbindung mit dem auf dem Knie 55 angeordneten Nockenstößel 72 bewirkt. Wenn die Nockenscheibe 70 durch einen geeigneten Antriebs- oder- Betätigungsmechanismus (nicht gezeigt) im Gegenuhrzeigersinn aus der in Fig. I gezeigten Stellung in die in Fig. gezeigte Stellung gedreht wird, treibt sie das Knie 55 nach rechts, wodurch das Gelenk 52, 54 gestreckt und die Betätigungsstange sowie das Ankerteil 40 nach oben gedrückt werden. Die Nockenscheibe 70 hat einen Konstantradiusteil 73* der während der Schlußdrehung der Nockenscheibe 70 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung das magnetische Ankerteil in seiner äußersten Hochlage hält.

Wie bereits erklärt, löst das Ankerteil 40, wenn es sich dem Ende seines Aufwärtshubes nähert, die Klinke 28 aus, so daß die Zugfeder 24 die Leiterschiene 20 und die Kontaktstange 17 nach oben in die Schließstellung (Fig. 2) ziehen kann. Ein gutes Stück vor dem Punkt, wo der bewegliehe Kontakt 12 den Kontakt 11 erfaßt, hat das Ankerteil 40 das Schlußstück seines Schließhubes durchlaufen und seine oberste Lage (Pig. 2} erreicht, in der es durch das Aufsitzen der Stößelrolle 72 auf dem Konstantradiusteil 73 der Nockenscheibe 70 festgehalten wird.

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Wenn am Ende des Schließhubes der bewegliche Kontakt 12 den feststehenden Kontakt 11 berührt, bewirkt der die Leiterschiene durchfließende Strom, daß das Ankerteil 40 die erwähnte Schließkraft auf die Leiterschiene 20 ausübt. Wie erklärt, ändert sich diese magnetische Schließkraft als direkte Punktion des Quadrates des Stromes und ist diese Kraft stark genug, um den Kontakt 12 gegen entwaige im Schalter auftretende Kurzschlußströme in seine Endlage zu drücken.

Das magnetische Ankerteil 40 und der damit starr gekoppelte Isolierbügel 46 können als eine im wesentlichen starre, bewegliche Anordnung aufgefaßt werden, die durch die Auslöseklinke 62 und die Nockenscheibe 70 über den Betätigungsmechanismus 50,, 45 auslösbar in der in Pig. 2 gezeigten Lage gehalten wird.

Das Auslösen des Schalters erfolgt durch Erregen des Solenoids 64, so daß die Auslöseklinke 62 gegen die Spannung einer geeigneten Rückstellfeder 66 im Uhrzeigersinn um ihr festes Schwenklager 65 gedreht wird. Falls die Klinke 62 bei geschlossenem Schalter oder sogar während des Schließvorgangs ausgelöst wird, wird das Schwenklager 58 durch diesen Auslösevorgang freigesetzt, so daß es nicht mehr als ortsfester Widerlagerpunkt für das Gelenk 52, 5^ dient. . Dadurch kann das Gelenk 52, 54 keine Schubkraft mehr auf die Betätigungsstange 45 übertragen, so daß die Feder 48 die Betätigungsstange 51 nach unten in die Öffnungsstellung drücken kann.

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Da der Mechanismus 50 mit mechanischer Freiauslösung'arbeitet, kann der Öffnungsvorgang eingeleitet werden, ohne daß die Nockenscheibe 70 aus der in Fig. 2 gezeigten Stellimg herausbewegt wird. Dies ist deshalb sehr erwünscht^ weil eine ziemlich lange Zeitspanne erforderlich wäre, um die Nockenscheibe 70 ausreichend weit zu drehen, so daß der öffnimgsvorgang sich unerwünscht verzögern würde. Durch dan Mechanismus mit der Auslöseklinke 62 kann dagegen der Öffnungsvorgang sehr viel schneller eingeleitet werden.

Während des Auslösevorgangs bewegt sich die starre Anordnung 40, 46 zusammen mit der Betätigungsstange 45 nach unten, und nach einer bestimmten Abwärtsbewegungsstrecke erfaßt das magnetische Ankerteil 40 die Leiterschiene 20„ Dadurch x«Lrd die Leiterschiene 20 gegen die Spannung der Feder 24 im Uhrzeigersinn geschwenkt, so daß die Kontakte 12, 11 unter Öffnen des Schalters rasch abgehoben werden.

Obwohl das magnetische Bauteil 40 bestrebt ist, die Kontakte unter normalen Bedingungen bei geschlossenem Stromkreis geschlossen zu halten, wird dadurch der Öffnungsvorgang nicht beeinträchtigt, sondern im Gegenteil noch unterstützt. Wenn nämlich die Schalterteile sich in der in Fig. 2 und 5 gezeigten Schließstellung befinden, greift die am Ankerteil 40 entwickelte magnetische Kraft in dar Abwäx üsrichtung an. Jedoch verhindert in diesem Zu stand die auf den Stößel 72 einwirkende Nockenscheibe 70, daß das Ankerteil 40 sich nach unten bewegt. Wenn dagegen die Auslöse-

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klinke 62 ausgelöst ist, kann die am Ankerteil 40 angreifende Abwärtskraft das Ankerteil 40 beschleunigt nach unten drücken, bis es auf die Leiterschiene 20 stößt. Wenn das Ankerteil 40 die Leiterschiene 20 berührt, versehwindet die magnetische Kraft, soweit das Bewegungssystem betroffen ist. Danach treibt die Feder 48 die Leiterschiene 20 und den Kontakt 12 gegen die Spannung der verhältnismäßig schwachen Schließfeder 24 in die voll geöffnete Lage. Wenn die Leiterschiene 20 die voll geöffnete Lage erreicht, fällt die Offenhalteklinke 28 in ihre an der Rolle 30 angreifende Lage zurück, wodurch die Leiterschiene 20 und der bewegliche Kontakt 12 voll geöffnet gehalten werden.

Es wird also die Öffnungsfeder 48 nicht benötigt, um die die Kontakte geschlossen haltende magnetische Kraft zu überwinden. Vielmehr wird beim Auslösevorgang die Feder durch diese Kraft unterstützt. Die Feder 48 kann daher verhältnismäßig leicht sein. Obwohl sie gegen die Schließfeder 24 arbeiten muß, bringt dies keine besonderen Anforderungen mit sich, da die Schließfeder 24 ebenfalls verhältnismäßig leicht oder schwach ist. Wie erinnerlich, braucht die Feder 24 beim Schließvorgang keine entgegenwirkende magnetische Schleifenkraft zu überwinden, da dies durch das magnetische Ankerteil 40 besorgt wird.

Der Betätigungsmechanismus ^O kann ebenfalls verhältnismäßig klein und schwach ausgebildet sein. Was an Schließkraft von diesem Mechanismus JjjO und seinem Antrieb gefordert wird, ist lediglich die Fähigkeit, das Ankerteil 40 gegen die Spannung der öffnungs-

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feder 48 aus der in Fig. 1 gezeigten in die in Fig. 2 gezeigte Lage zu bewegen. Da, wie gesagt, die Öffnungsfeder verhältnismäßig leicht sein kann, brauchen der Mechanismus 50 und sein Antrieb eine nur kleine entgegenwirkende Kraft zu überwinden. Der Mechanismus 5<D und sein Antrieb können daher klein sowie verhältnismäßig schwach und billig ausgebildet sein. Allerdings müssen der Mechanismus 50 und die Betätigungsstange 45 ausreichend starr und stabil ausgebildet sein, um das Ankerteil 40 gegen die an ihm entwickelte, nach unten drückende magnetische Schließkraft in der in Fig. 2 gezeigten Lage festzuhalten.

Der Antrieb (nicht gezeigt) für den Betätigungsmechanismus 5£ braucht keine Schließkraft für die Überwindung der üblichen, dem Schließen entgegenwirkenden magnetischen Schleifenkraft zu liefern, da, wie gesagt, diese Schließkraft gänzlich durch das magnetische Ankerteil 40 bereitgestellt wird, Da der Antrieb für den Mechanismus 50 keine magnetischen Schleifenkräfte zu überwinden braucht, wird von ihm für das Schließen unter Kurzschluß.nicht mehr Kraft verlangt als für das Schließen im Leerlauf, d.h. im belastungsfreien Zustand. In beiden Fällen muß der Antrieb für den Mechanismus 5£ lediglich das Ankerteil 40 aus der in Fig. 1 gezeigten in die in Fig. 2 gezeigte Lage nach oben drücken, was geschieht, ehe irgendein Strom durch den Schalter fließt, also ehe irgendwelche dem Schließvorgang entgegenwirkende magnetische Schleifenkräfte auftreten.

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Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß es nicht erforderlich ist, denjenigen starken .Energieüberschuß zu vernichten, der bei den meisten Schalterkonstruktionen auftritt, wenn unter schwacher Stromlast geschlossen wird. Die meisten Schalterkonstruktionen haben nämlich einen kräftigen Schließmechanismus, der die gesamte für das Schließen bei Kurzschlußstrom benötigte Energie liefert. Wird dann bei schwachen Strömen geschlossen, so ist ein großer, für den Schließvorgang nicht verbrauchter Überschuß an Energie vorhanden, der irgendwie vernichtet werden muß, um eine Beschädigung des Schalters oder anderweitige schädliche Wirkungen zu verhindern. Die vom vorliegenden Schließmechanismus entwickelte Schließenergie ist dem Strom direkt proportional, so daß beim Schließen unter schwacher Stromlast keine große Überschußenergie vernichtet werden muß.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird an Stelle der Klinke 28 nach Fig. 1 eine Schnappfeder 8θ verwendet, um die Kontakte offen zu halten, bis das magnetische Ankerteil 40 in im wesentlichen die volle Schließstellung nach oben gedrückt wird. Diese Schnappfeder 8θ ist an ihrem einen Ende mit der Leiterschiene 20 und an ihrem anderen Ende mit einem Traghebel 82 verbunden, der an einem ortsfesten Schwenklager 84 angelenkt ist. Für das Verbinden der Feder 80 mit der Leiterschiene 20 und dem Traghebel 82 dient je ein Stift 81 bzw. 83. Der Traghebel 82 ist mit dem Isolierbügel 46 mittels einer Stift-Schlitz-Verbindung 86, 88 gekoppelt, wobei der am Bügel 46 befestigte Querstift 88 von dem im Tragbügel 82 vorgesehenen Schlitz 86 aufgenommen wird.

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In Fig. 4 sind die Teile in der voll, geöffneten Lage gezeigt« Wenn die Betätigungsstange 45 nach oben gedrückt wird (in der im Zusammenhang Giit Fig. 1-3 beschriebenen Weise), drückt der Isolierbügel 46 über- die Stift-Schlits-Verbindimg 86, 88 den Traghebel 82 In der Sehließrioiitung um sein Selwenklager 84. Nach einem bestimmten Sehwenkhub des Traghebels 82 überschreitet die Feder 80 die Verbindungslinie sviise-nen äe:i Stiften 21 und 81. Vorher hat die Schnappfeder- die Lsiierseliidie 20 im Gegenuhrzeigers:l?:n„ also in der öffnungsriohtiisg y~; cas? Schwsnklager 21 ge~ spannt, liacr- άβκ Jbe^achvöiten des lfe:sefcYiapp-i!Rlct;®s spannt dagegen die Feder 80 die T^i-ersohiane 20 isi Piif.;/.eigisrginn₅ also in der Schließrichtung. D&durah wird der bewegliche Kontakt 12 gegen den fofftstehenden Itcatal-t 5,''. bewegte Dag ß?aga"tischs Änkerteil 40 liefert in dev bereits b(fschriebe-n6ii raeis© diejenige SofelielBkraft, die für die- uüerwiiiö^ßg e^vjgegea^jxrasnde^ BäagnetisefeeiT¹ Schleifenkpgffe-? bei ^erähp^n -Sr;!⁵ ;;-:,nt;&kta 12₅ Ii am Ende des SoIilieS^organss ©ί'ΓορΰοΓΊΙοϊι Ist,

Das S» i'oen d^s Sc-iäI^^^s aa^:jh Fig. ¹I geschieht iß der gleichen beis-3 wie bei clei¹ Ausführung nach FIg. 1-3· Das heißt, das Ankei-teil 40 wird durch eins öffni-agsfeder (48 Ia Fig» 3) nach UUten gsgsii die LeIterschiene 20 gezögen, so daß die Kontakte abgehoben w-i^aen«

Ü3r Ti'-'ifi'-vb«! 8ff :'?ird dabei mittels der Stlft-Sohlitz-Verbindung ü6, 88 zurückgestellt. Und ^war wird die Abwärt©bewegung des isoMer-bUgels 46 Ubsr den Stiffc 88 auf den Traghebel 82 über-

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tragen, so daß dieser im Gegenuhrzeigersinn in die in Pig. 4 gezeigte Offenlage geschwenkt wird.

Bei beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen kann der Schalter gegen maximale Kurssohlußsfcröme geschlossen werden, ohne daß dabei vom Antrieb für· den Betätigungsmechanismus 50 mehr Energie verlangt wird als für das Schließen im Leerlauf. Bei Leiden Ausführungsformen können die Kentakte unabhängig von der Stromstärke solange geschlossen, gehalten werden, wie die Auslöseklinke 62 eingeklinkt bleibt, Sobald die Elinke 62 ausgelöst wird, können, die Kontakte unabhängig, von der Stromstärke trotzdem ohne weiteres geöffnet werden.

Bei der Ausführungsform nach Pig, 5 sind die starre Leiterschiene 20 und öle Offenhältsklinke 28 im wesentlichen genauso ausgebildet wie i& Fig, 1 ^r;-5 2, wahrere die Einrichtung., welche die magnetische SchlieSkraft liefert* etwas anders ausgebildet ist. Und zwar enthält in Fig. 5 diese Einrichtung eine aweite starre Leiterschiene 10G, die an einem ortsfesten Sahwenfelager 102 angelenkt ist. Diese sweite Leiterschiene 100 ist an ihrem freien Ende mit dem freien Ende der benachbarten Leiterschiene über ein Biegeleitungsstück 104 elektrisch verbunden. Am anderen Ende der Leiterschiene 100 ist die Leitung 23 des äußeren Stromkreises angeschlossen. Bei geschlossenem Schalter fließt der Strom zwischen der Anschlußleitung 23 und der beweglichen Kontaktstange 17 über einen durch die Teile 100, 10¹*, 20 gebildeten U- Schleifenweg. Bei geöffnetem Schalter (Fig. 5) fließt kein Strom durch diese Schleife.

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Der Schließvorgang wird dadurch eingeleitet* daß die untere Leiterschiene 100 in eine vorbestimmte erste Lage nach oben gedrückt wird, wo sie durch den Schließnocken 70 (entsprechend der Nockenscheibe 70 in Pig. 1 und 2) festgehalten wird. Dieser Vorgang wird durch die Kraft bewirkt, die vom Betätigungsmechanismus 50 über die Betätigungsstange 45 auf die Leiterschiene 100 übertragen wird. Die Teile 45 und 50 entsprechen den gleichbezifferten Teilen in Fig. 1 und 2. Nahe dem Ende des Sehließhubes löst die Leiterschiene 100 über einen Bügel 106 die Offenhalteklinke 28 aus. Damit kann die Schließfeder 24 die Leiterschiene 20 und den beweglichen Kontakt 12 nach oben in die Schließstellung drücken.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird die magnetische Kraft für das Sehließen bei starker Stromlast durch die Wechselwirkung der Magnetfelder um die Leiter 100 und 20 erzeugt. Und zwar fließt, wenn die Kontakte nahe dem Ende des Schließvorganges sich berühren, in der U-Schleife 100, 104, 20 ein Strom durch die beiden benachbarten Leiterschienen 100 und 20 in entgegengesetzten Richtungen, wie durch die gestrichelten Pfeile 107 angedeutet. Durch die Wechselwirkung der Magnetfelder um die gegensinnig leitenden Leiter 100 und 20 wird eine magnetische Abstoßkraft erzeugt, die die Leiter 100 und 20 auseinanderzudrücken bestrebt ist. Da der untere Leiter 100 in seiner obersten Hochlage durch den Sohließnocken 70 arretiert ist, wirkt diese Abstoßkraft auf den beweglichen Leiter 20 ein, der dadurch weiter in der Schließrich-

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tung nach oben gedrückt wird, so daß die Kontakte angedrückt gehalten werden.

Die Größe dieser Schließkraft hängt von derjenigen Länge der beiden Leiter 20 und 100, die sich rechts der kontaktstange 17 befindet, ab und ändert sich als direkte Punktion dieser Länge sowie des dann in den Leitern 20 und 100 fließenden Stromes. Vorzugsweise werden diese Leiter 20 und 100 so lang gemacht, daß die zwischen ihnen bei irgendeinem gegebenen Stromwert entwickelte Schließkraft größer ist als diejenigen elektromagnetischen Schleifenkräfte, die die Kontakte abzuheben bestrebt sind. Wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 1-4 ergibt sich für jeden gegebenen Stromwert eine resultierende Kraft, welche die Kontakte geschlossen hält oder, falls sie noch nicht geschlossen sind, schließt.

Der Öffnungsvorgang wird in Pig. 5 durch Auslösen der Klinke 62 eingeleitet. Dadurch wird der untere Leiter 100 für die Abwärtsbewegung freigegeben. Durch die Spannung der Öffnungsfeder 48 und zusätzlich durch die magnetische Abstoßkraft zwischen den Leitern 20 und 100 wird der Leiter 100 sehr rasch nach unten ge- · drückt. Nach einem bestimmten Abwärtshub erfaßt der Bügel 106 den oberen Leiter 20, so daß dieser unter öffnen der Kontakte nach unten geführt wird.

Bis der Bügel 106 den Leiter 20 erfaßt, wirkt die magnetische Abstoßkraft zwischen den Leitern 20 und 100 auf den Leiter 20 und den Kontakt 12 in der Schließrichtung ein; sobald jedoch

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der Bügel 106 den Leiter 20-erfaßt-, Verschwindet die magnetische Kraft, soweit das Bewegungssystera betroffen ist» Danach zieht die Öffnungsfeder 48 den Leiter 20 und den Kontakt 12 gegen die Spannung der verhältnismäßig schwachen Schließfeder 24 in die voll geöffnete Stellung. Wenn der Leiter 20 die voll geöffnete Stellung erreicht, fällt die-Klinke 28 in ihre an der Rolle 30 angreifende Lage zurück^ so daß der Leiter 20 und der bewegliche Kontakt 12 voll geöffnet gehalten werden.

Bei sämtlichen beschriebenen Ausfiihrungsformen wird die magnetische Krafty die unter normalen Betriebsbedingungen die Kontakte geschlossen hält, ausgenützt, um den Öffnungsvorgang bei Auslösen der Auslöseklinke 62 su unterstützen. Wenn beispielsweise in Fig. 1-4 die Klinke 62 ausgelöst wird, treibt diese magnetische Kraft das Ankerteil 40 nach unten gegen den Leiter 20, während in Fig. 5 diese magnetische Kraft den Bügel 106 nach unten gegen den Leiter 20 drückt. Da diese magnetische Kraft dem in diesem Falle "fließenden Strom direkt proportional ist, steht eine dem Strom direkt proportionale Öffnungskraft zur Verfügung. Dies ist deshalb erwünschte weil die Geschwindigkeit der Kontakttrennung normalerweise der Größe dieser Öffnungskraft direkt proportional ist. Die Kontakttrennung erfolgt also bei stärkeren Strömen mit größerer Geschwindigkeit« Dies trägt offenbar zu einem besseren Äbsohaltveraögen des Schalters bei„

Die Erfindung ist deshalb für Vakuumschalter- besonders gut

geeignet, weil unter bestimmten Voraussetzungen das Äbsehaltver-

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mögen solcher Schalter anscheinend yon der Größe des Kontaktdruckes unmittelbar vor dem öffnen abhängig ist. Und zwar wird anscheinend das Vermögen eines Vakuums ehalt ers , vorwiegend kapazitive Stromkreise zu schalten, dann verbessert, wenn der Kontaktdruck während dieses Intervalls niedrig ist. JDa in kapa* zitiven Stromkreisen üblicherweise niedrige Ströme auftreten* ist normalerweise der während des Intervalls unmittelbar vor dem Öffnen herrschende Kontaktdruck nur gering, so daß der Schalter ein verbessertes kapazitives Sehaltvermögen aufweist. Trotzdem wird dadurch das Vermögen des Schalters, bei starken Strömen zu schließen und geschlossen zu bleiben, nicht beeinträchtigt, da, wie erwähnt, eine dem Strom direkt proportionale Sehließkraft entwickelt wird. Bei herkömmlichen Schalterkonstruktionen ist die für starke Ströme erforderliehe starke Kraft auch bei schwachen Strömen vorhanden. Im Falle eines Vakuumschalters wird dadurch anscheinend das kapazitive Schaltvermögen beeinträchtigt.

Die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Aus f ührungs formen lassen sich im Rahmen der Erfindung in verschiedener Hinsicht abwandeln und anders ausgestalten.

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Claims (4)

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1.) Den Kontaktabhebekräften entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtung für einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Kontakt und einem beweglichen Kontakt sowie mit einem mit dem beweglichen Kontakt mechanisch und elektrisch verbundenen, im wesentlichen starren Leiter, der den beweglichen Kontakt an den Stromkreis anschließt und bei geschlossenen Kontakten eine Schließstellung einnimmt, gekennzeichnet durch

M ein im wesentliches starres bewegliches Teil (40; 100), das auf ^ den Leiter (20) eine sich direkt mit dem Stromfluß durch die Kontakte (12., 11) ändernde magnetische Schließkraft ausübt; eine auslösbare Halteanordnung, die bei geschlossenen Kontakten das bewegliche Teil in einer vorbestimmten ersten Lage festhält; eine Kontaktöffnungsanordnung, die bei ausgelöster Halteanordnung das bewegliche Teil in Eingriff mit dem Leiter treibt, derart, daß auf den Leiter eine Kontaktöffnungsbewegung übertragen wird; eine den Schließvorgang des Schalters einleitende Schließeinrichtung, die das bewegliche Teil in die erste Lage zurückführt; eine Kontakt- (| arretieranordnung, die während der Rückbewegung des beweglichen Teils den Leiter in einer Lage, bei der die Kontakte weit geöffnet sind, festhält; und eine Schließhilfsanordnung, die im Anschluß an die Bewegung des beweglichen Teils in im wesentlichen die erste Lage die Kontaktarretieranordnung unwirksam macht und danach den Leiter in die Schließstellung treibt.

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2.) Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η η ze i c h η e t , daß das bewegliche Teil durch einen zweiten im wesentlichen starren Leiter (100) gebildet wird, der bei dem ersten Leiter (20) angeordnet und mit diesem über eine Leitungsverbindung (104) elektrisch in Reihe geschaltet ist, derart, daß " durch den die beiden Leiter gegensinnig durchfließenden Strom eine magnetische Abstoßkraft, die mindestens einen Teil der magnetischen Schließkraft liefert, zwischen den beiden Leitern erzeugt wird (Fig. 5).

3.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche.Teil durch ein Ankerteil (40) aus magnetischem Werkstoff geringer Remanenz gebildet wird, das einen Teil des Magnetkreises für den vom Stromfluß durch den Leiter (20) induzierten Magnetfluß bildet und eine Ausnehmung (44) aufweist, in die der Leiter unter Erniedrigung des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises hineinbewegbar ist und sich befindet, wenn die Kontakte geschlossen sind, wobei der Magnetkreis in Reihe mit dem Ankerteil einen Spalt aufweist, in dem der Leiter angeordnet ist, wenn er sich bei geschlossenen Kontakten in der Ausnehmung befindet, derart, daß dann auf den Leiter eine die Kontakte geschlossen haltende Magnetkraft ausgeübt wird (Fig. 1-4).

4.) Einrichtung nach Anspruch 1 oder J5* g e k e η η ζ e 1 c h net durch eine Schnappfeder (80), die während der

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anfänglichen Schließbewegung des beweglichen Teils gegen dessen erste Lage den Leiter in der Kontaktöffnungsrichtung spannt, dagegen wenn das bewegliche Teil sich im wesentlichen in seine erste Lage bewegt hat, den Leiter in der Kontaktschließrichtung spannt (Fig. 4).

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