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"Schaltungsanordnung zum Schutz eines gleichstromführenden
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Schaltkontaktes" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zum Schutz einer einen Gleichstrom-Laststrom führenden, aus einem festen und einem
beweglichen Kontaktstück gebildeten Kontaktstelle eines Schaltkontaktes gegen Lichtbogenabbrand,
mit einer eine Kapazität und wenigstens einen ohmschen Widerstand aufvseisenden
Schutzbeschaltung.
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Imine Kontaktstelle in ei einen Schaltkontakt, z. D . in einem Relais,
die aus einem festen und einem beweglicljen Kontaktstück besteht, kann insbesondere
während des Ausschaltens beschädigt werden. Damit die Beschädigung mögliChst gering
bleibt, hat man parallel zu der Kontaktstelle eine Reihenschaltung aus einer Kapazität
und einem ohmschen Widerstand angeordnet (vergleiche Literaturstelle "Technische
Erläuterungen und Anwendungsempfehlungen für Quecksilberfilmkontakt-Relais' der
Firma C.P. Clare Elektronik GhbH, 1976, Seite 12, Bild 9). Um eine ausreichende
Lebensdauer zu erzielen und eine
optimale schutzbesChaltutg zU erhalten,
ist es notwendig, den ohmschen Widerstand niecierohmig auszubilden, da sonst der
Spannungsabfall die Bildung eines Lichtbogens begünstigt.
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Dadurch jedoch ist die Itnpulsbelastung des R-C-Gliedes und des Kontaktes
beim Ausschalten relativ hoch.
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Schaltet man parallel zu dem ohmschen Widerstand einen Gleichrichter,
der beim Einschalten in Sperrichtung, beim Ausschalten in Flußrichtung beansprucht
wird, dann kann zwar die Impulsbelastuny mit dieser Schaltung reduziert werden;
der Kondensator jedoch, der auch bei der erstgenannten bckannten Schaltung groß
sein muß, ist auch hier mit hoher Kapazität auszubilden, da er bis zum Erreichen
der notwendigen Spannungstragfähigkeit der Kontaktstelle den vollen Laststrom übernehmen
muß.
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Zur Erzielung einer hohen Abschaltleistung ist daher der Einsatz eines
entsprechend leistungsstarken und damit großvolumigen Relais oder eine großvolumige
Beschaltung erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der bei gleichbleibender Schaltleistung eine Baugrößenverringerung
oder bei gleicher Baugröße eine Schaltleistungserhöhung erzi.elt werden können,
wobei gleichzeitig ein günstigerer Preis erzielbar wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktstelle
durch ein festes und ein bewegliches Kontaktstück eines Wechslerschaltkontaktes
gebildet ist und daß die Kapazität parallel zu dem festen Kontaktstück und einem
weiteren festen Kontaktstück, welche beiden Festkontakte zusammen mit dem beweglichen
Kontaktstück den Wechslerschaltkontakt bilden, geschaltet ist.
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In vorteilhafter Weise ist der ohmsche Widerstand parallel zum Mittelpunkt
oder Sternpunkt. des Wechslerschaltkontaktes und dem anderen ie.ten Kontakt.e:tück
geschaltet. Es besteht auch die Möglichkeit, den ohmschen Widerstand parallel zu
der Kapazität in Reihe mit Erde zu schalten. Eine dritte Möglichkeit besteht darin,
beide Widerstände ei.nzusetzen.
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Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele bekannter Schutzschaltungsanordnungen
und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung
sowie weitere vorteilhafte Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und
beschrieben werden.
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Es zeigt: Figur 1 und 2 je eine bekannte Schaltungsanordnung uncl
Figur 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
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In der Figur 1 ist eine erste bekannte Schaltungsanordnung dargestellt.
Diese besitzt ein Relais 10 mit einem festen Kontaktstück 12 und einem beweglichen
Kontaktstück 14; der aus den beiden Kontaktstücken 12 und 14 gebildeten Kontaktstelle
ist eine Schutzbeschaltung 16 (R-C-Glied 16) parallelgeschaltet, die aus einem Kondensator
18 und einem ohmschen Widerstand 20 gebildet ist, welche beide in Reihe geschaltet
sind. Mit der Bezugs ziffer 22 ist der Lastwiderstand bezeichnet.
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In der Figur 2 ist wieder das Relais 10 mit der Kontaktstelle 12 und
14 dargestellt, der eine Schutzbeschaltung 24 parallelgeschaltet ist, die aus einer
Reihenschaltung eines-Kondensators 26 und eines ohmschen Widerstandes 28 gebildet
ist, wobei sich parallel zu dem ohmschen Widerstand eine Diode 30 befindet. Auch
hier ist der Lastwiderstand mit 22 bezeichnet.
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Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 verläuft der Ausschaltvorgang
wie folgt: wenn der bewegliche Kontakt bzw. das bewegliche Kontaktstück 14 und das
Kontak-tstück 12 miteinander in Berührung stehen, dann fließt der Laststrom von
Pl's zu Erde. Der Kondensator 18 ist dabei entladen. In dem Augen blick, wenn sich
das bewegliche Kontaktstück 14 von dem Festkontaktstück 12 entfernt, wird der Spannungsabfall
bzw.
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der Widerstand über der Kontaktstelle stark erhöht, so daß der Strom
im wesentlichen über das R-C-Glied 16 fließt, wodurch sich der Kondensator 18 auflädt.
Dadurch wird praktisch ein Lichtbogen vermieden. Der Widerstand 20 muß dabei niederohmig
sein, da sonst dessen Spannungsabfall die Bildung eines Lichtbogens begünstigt.
Andererseits muß der Kondensator 18 eine ausreichend große Kapazität aufweisen,
damit seine Ladespannung während der Laufzeit des Kontaktes nicht zu yron wird.
Dadurch ist die Schaltungsanordnung gemäß der Figur 1 sehr großvolumig, wenn eine
ausreichende Leistung geschaltet werden soll.
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Auf der anderen Seite ist die Impulsbelastung des R-C-Gliedes 16 und
des Schaltkontaktes beim Schließen recht hoch.
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Diese Impulsbelastung kann bei der Anordnung gemäß der Figur 2 dadurch
reduziert werden, daß parallel ZU den Widerstand 28 eine Diode 30 geschaltet ist,
die als Gleichrichter wirkt und so geschaltet ist, daß sie beim Einschalten in Sperrrichtung
und beim Ausschalten in Flußrichtung beansprucht wird. Die Impulsbelastung ist zwar
bei dieser Schaltung verkleinert; der Kondensator jedoch muß auch hier groß sein,
da er bis zum Erreichen der notwendigen Spannungstragfähigkeit der Kontaktstelle
den vollen Laststrom übernehmen muß.
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In der Figur 3 ist nun eine erfindungsgemäße Ausgestaltung dargestellt.
Diese besitzt anstatt eines einfachen Öffnungsrelais, wie in den Anordnungen nach
den Figuren 1 und 2, ein
Wechslerrelais 40 mit einem ersten festen
Kontaktstück 42, einem zweiten festen Kontaktstück 44, einem Stern- oder Mittelpunkt
46 und einem beweglichen Kontaktstück 48. Parallel zu dem Sternpunkt bzw. Mittelpunkt
46 Und dem zweiten festen Kontaktstück 44 ist ein Widerstand 50 geschaltet und parallel
zu den ersten Kontaktstück 42 und dem zweiten Kontaktstück 44 ist ein Kondensator
52 geschaltet; zwischen' dem Kontaktstück 44 und Erde ist ein zweiter Widerstand
54 geschaltet. Damit befindet sich das eine Ende des Kondensators zwischen den beiden
Widerständen 50 und 54; das andere Ende des Kondensators 52 ist zwischen dem Kontaktstück
42 und dem Lastwiderstand?2 angeschlossen. Die Wirkungsweise dieser Anordnun<j
ist nun folgende. Im Norma:Lzustand liegt das bewegliche KonLaktstück 48 an dem
festen Kontaktstück 42 an, so daß ein Stromfluß über den Widerstand22, das feste
Kontaktstück 42, das bewegliche Kontaktstück 48 und den Mittelpunkt 46 erfolyen
kann. Sobald das bewegliche Kontaktstück sich von dem festen Kontaktstück 42 abhebt,
entsteht ein Lichtbogen.
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Wenn das bewegliche Kontaktstück 48 an dem Kontaktstück 44 anliegt,
dann fließt der Strom nicht-mehr durch. den Lichtbogen, sondern über den Mittelpunkt
46 und den Festkontakt 44 hin zum Kondensator und lädt diesen auf. Dabei erlischt
der Lichtbogen und weil die Dejonisation sehr rasch erfolgt, wird ein neuer Lichtbogen
nicht mehr gezündet, insbesondere deshalb, weil der Abstand des beweglichen Kontaktstückes
48 vom Festkontakt 42 so gewählt ist, daß ein Durchschlag verhindert ist. Die Zeit,
die das bewegliche'Kontaktstück braucht, um vc festen Kontaktstück 42 zu dem Kontaktstück
44 zu gelangen, beträgt bei kleinem Relais 1 bis 2 Millisekunden, und zumindest
solange brennt der Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken 42 und 48. Diese Brenndauer
des Lichtbogens ist jedoch kürzer als die mittlere Brenndauer bei der Abschaltung
von Wechselstrom, die 5 Millisekunden bei 50 Hz beträgt. Die Wechsei s tromabschal
tl eis tung von den bekannten Schaltkontakten ist aber wesentlich höher als ihre
Gleichstromabschaltleistung ohne Schutzbeschaltung.
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Mit der erfindungsgemäßen Schutzbeschaltung gem. der Fig. 3 ist daher
mit der gieSchen Gleichstromabschaltleistung und Lebensdauer zu rechhen, Wie sie
für den Schaltkontakt als Wechselstromschaltleikstung angegeben ist. Darin liegt
der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzbeschaltung.
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Die Bildung des Lichtbogens, die bei ZU langer Brenndauer das Relais
zerstören würde, wird daher nicht verhindert, sondern der Lichtbogen wird erst nach
dem vollständigen Öffnen des Arbeitskontaktes bzw. des beweglichen Kontaktstückes
48 mit der Laststromübernahme durch den Kondensator gelöscht. Weil zur Löschung
des Lichtbogens der Strom nur sehr kurz unterbrochen werden muß, wenn die Kontaktstelle
schon ihre volle Spannungstragfähigkeit erreicht hat, um danach ein Wiederzünden
des Lichtbogens zu verhindern, kann als Kondensator ein solcher mit einer relativ
kleinen Kapazität verwendet werden. Daher reduzieren sich wegen des kleinen Bauvolumens
des Kondenstors 52 das Gesamtvolumen und die Kosten £üfi die gesamte Schaltungsanordnung
nennenswert. Weiterhin können die Widerstandswerte der Widerstände 50 und 54 je
nach Anwendung und Schalthäufigkeit in weiten Grenzen variiert werden. Es besteht
auch die Möglichkeit,.den einen oder den anderen Widerstand wegfallen zu lassen.
Der Innenwiderstand des Spannungsteilers, der aus den Widerständen 50 und 54 gebildet
ist, muß so gewählt werden, daß der Kondensator 52 auch während der kürzesten Einschaltzeit
des Relais 40 genügend weit auf seinen Endwert umgeladen wird, damit für di.e Lichtbogenlöschung
eine ausreichende Ladung zur Verfügung steht. Entfällt der Widerstand 54, dann wird
der Kondensator im Einschaltzustand des. Relais 40 bis auf den Spannungswert Null
entladen. Ist der Widerstand 54 vorhanden, so wird der Kondensator 52 während der
Einschaltzeit des Relais auf Spannungswerte umgeladen, deren Polarität umgekehrt
sind zu denen, die er während der Ausschaltzeit erreicht hat. ])adurch wird die
Lichtbogenlöschung gefördert.
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L e e r s e i t e