DE69810688T2 - Elektrisches Gerät mit doppelten Wechselstromschaltkontakten - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit trennbaren Wechselstromschaltkontakten, umfassend mindestens einen Polstromweg, der mit zwei feststehenden Kontakten und einer beweglichen Kontaktbrücke versehen ist, wobei die Kontaktbrücke mit beweglichen Kontakten ausgestattet ist, die mit den feststehenden Kontakten zusammenwirken und von einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung und wieder zurück bewegbar sind, um den Polweg aufzubauen und zu unterbrechen.
• Wenn derartige elektrische Geräte eingesetzt werden, um starke Energien umzuschalten und/oder um zahlreiche Umschaltzyklen auszuführen, setzen die Öffnungslichtbogen die Kontakte starken Beanspruchungen und somit frühzeitigem Verschleiß aus. Es ist wünschenswert, die Beanspruchung der Kontakte durch die Öffnungslichtbogen zu reduzieren, und zwar durch verschiedene dem Fachmann hinlänglich bekannte Mittel.
• Somit ist es bekannt. Abzweigungs- Schaltvorrichtungen auszubilden, von denen jeder Pol einen Hauptstromweg und einen abgezweigten Stromweg umfasst, die derart angeordnet sind, dass der Strom bei einer Unterbrechung den Hauptweg auf den abgezweigten Weg umschaltet, um die Kontakte zu entlasten und somit ihren Verschleiß zu mindern.
• In der Druckschrift FR-1 532 433 wird insbesondere eine einfache Schaltvorrichtung beschrieben, bei welcher der zwischen dem beweglichen Kontakt und dem feststehenden Kontakt entstehende Lichtbogen während der Öffnung an eine feststehende Elektrode übertragen wird, um bei jedem Stromwechsel und mittels einer jeweiligen Diode einen abgezweigten Stromweg aufzubauen. Die Schaltbedingungen sind dabei jedoch nicht einheitlich, da wenn die Unterbrechung während eines Wechsels auftritt, ein Lichtbogenfußpunkt des feststehenden Kontakts an die feststehende Elektrode übertragen wird, wohingegen wenn sie während des nächsten Wechsels auftritt, der Lichtbogenfußpunkt von dem beweglichen Kontakt an die feststehende Elektrode übertragen wird. Zudem bleibt der von dem feststehenden Kontakt während eines ersten Stromwechsels übertragene Lichtbogen während des nächsten Wechsels zu nahe an dem feststehenden Kontakt, und das Risiko einer Wiederherstellung des Lichtbogens oder eines erneuten Durchbruchs ist sehr groß. Wenn man diesen Nachteil vermeiden möchte, indem man den Zwischenraum zwischen der feststehenden Elektrode und den Kontakten vergrößert, ist die Unterbrechung nicht mehr schnell genug, es sei denn die Blasmittel werden überbemessen.
• Gemäß der Druckschrift DE-30 05 877, dem nächsten Stand der Technik, wird eine Doppelschaltvorrichtung bereitgestellt, die für jede Schaltzone zwei feststehende Elektrodenpaare und einen Dauermagnetfeldgenerator aufweist; die beiden benachbarten Elektroden eines beweglichen Kontakts sind über jeweilige Dioden mit den beiden benachbarten Elektroden des anderen beweglichen Kontakts verbunden. Auf diese Art und Weise beansprucht der Strom die Kontakte nicht mehr, sobald die an jedem Schaltpunkt entstandenen Lichtbögen mit Hilfe der Magnetfelder auf die entsprechenden Elektrodenpaaren abgelenkt wurden, und die Stromausschaltung erfolgt bei dem nächsten Nullstrom. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass sie nur funktioniert, wenn zwei Lichtbögen vorhanden sind; die Impedanz des abgezweigten Stromwegs umfasst deshalb zwangsläufig die Impedanz eines jeden der beiden Lichtbögen, und daraus ergibt sich ein hohes Risiko für einen erneuten Lichtbogendurchbruch an mindestens einer der Schaltzonen, das man durch die Verwendung platzraubender Blasmittel bekämpfen muss.
• Zudem ist bekannt, dass es einfacher ist, einen anodischen Lichtbogenfußpunkt als einen kathodischen Lichtbogenfußpunkt dazu zu bringen, einen dielektrischen Sprung zu überschreiten. Diese Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zur Auswahl der Abstandsüberschreitung zwischen dem beweglichen Kontakt und der benachbarten Abzweigungselektrode durch einen anodischen Lichtbogenfußpunkt statt einem kathodischen Lichtbogenfußpunkt oder umgekehrt, da sie auf jeden Fall eine anodische Fußpunktüberschreitung auf eine der Schaltzonen und eine kathodische Fußpunktüberschreitung auf die andere Schaltzone voraussetzt.
• Ziel der Erfindung ist es, die Beanspruchung der Kontakte in einem Gerät der beschriebenen Art zu reduzieren, indem die Geschwindigkeit gleichzeitig mit der Schaltsicherheit gefördert wird, und zwar indem man das Risiko eines erneuten Durchbruchs durch Anwendung sehr einfacher Maßnahmen stark reduziert.
• Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit trennbaren Wechselstromschaltkontakten, umfassend für mindestens einen Polweg:
• - mindestens eine Schaltzone mit einem feststehenden Kontakt, der mit einer jeweiligen Anschlussklemme des Polwegs über einen Hauptleiter und mit einem beweglichen Kontakt, der mit dem feststehenden Kontakt zusammenwirkt, um den Polweg aufzubauen und zu unterbrechen, verbunden ist,
• - einen Abzweigungsweg, der zu jeder Schalt zone gehört und über einen Öffnungslichtbogen aktivierbar ist und ein Lichtbogenabfangstück, das in einem geringen dielektrischen Abstand von dem jeweiligen beweglichen Kontakt angeordnet ist, sowie einen Abzweigungsleiter, der ein jeweiliges unidirektionales elektronisches Bauteil umfasst, umfasst.
• Erfindungsgemäß umfasst das Gerät zwei Schaltzonen, und die beweglichen Kontakte sind auf einer Kontaktbrücke angeordnet; jedes der beiden Lichtbogenabfangstücke ist an einen gegenüberliegenden Hauptleiter über einen jeweiligen Abzweigungsleiter angeschlossen und angeordnet, um einen einzigen Lichtbogenfußpunkt pro Stromwechsel derart abzufangen, dass bei der Unterbrechung und über ein unidirektionales Bauteil zwischen den Klemmen ein Abzweigungsweg mit Einzellichtbogen aufgebaut wird.
• Beim Trennen der Kontakte profitiert das betreffende elektrische Gerät von einem niederohmigen Stromgang mit einem sehr geringen Risiko der Lichtbogenwiederherstellung.
• Es ist von Vorteil, dass sich der Hauptleiter durch ein zur Kontaktbrücke im Wesentlichen paralleles Verlängerungsstück verlängert, wobei dieses Verlängerungsstück sich nicht weit von dem entsprechenden Lichtbogenabfangstück befindet.
• Die unidirektionalen Bauteile sind wahlweise in Abhängigkeit von den gewünschten Schaltbedingungen angeordnet, wobei ihre Anode oder ihre Kathode an das entsprechende Lichtbogenabfangstück angeschlossen ist. Im Allgemeinen ist es erwünscht, eine anodische Umschaltung durchzuführen, und zu diesem Zweck ist die Kathode jeder Diode an das entsprechende Lichtbogenabfangstück an dem geeigneten Abzweigungsleiter angeschlossen.
• Die unidirektionalen Bauteile können mit einem auf dem Abzweigungsleiter befindlichen Abschaltautomatikelement in Reihe geschaltet sein.
• Die nachstehende Beschreibung einer nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen.
• Fig. 1 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät dar.
• Fig. 2 bis 5 bilden den Stromlauf in dem Gerät bei einer Unterbrechung ab.
• Fig. 6 und 7 zeigen alternative Ausführungsformen des Geräts.
• Das in Fig. 1 dargestellte elektrische Gerät 10 ist z. B. ein Schütz, das in einem Gehäuse mehrere Polwege 11 mit Doppelschaltkontakten umfasst, deren Kontakte unter Einwirkung einer Steuervorrichtung M trennbar sind. Der Polweg 11 umfasst zwei feststehende Kontakte 13, 23, die mit jeweiligen Anschlussklemmen B1, B2 über Hauptleiter E1, E2 verbunden sind. Eine Kontaktbrücke 12, die über die Vorrichtung M bewegbar ist, umfasst zwei bewegliche Kontakte 14, 24, die zu den jeweiligen feststehenden Kontakten 13, 23 gehören.
• Ein Lichtbogenabfangstück F1 bzw. F2 wird gegenüber der Kontaktbrücke 12 in der Nähe des beweglichen Kontakts 14 bzw. 24 bereitgestellt, und zwar um sich von der Brücke entgegengesetzt voneinander zu entfernen. Jedes Abfangstück F1, F2 ist über einen Abzweigungsleiter L2 bzw. L1 an einen Punkt P2 bzw. P1 des Hauptleiters E2, E1, der sich zwischen dem ihm eigenen feststehenden Kontakt 23, 13 und der entsprechenden Anschlussklemme B2, B1 befindet, angeschlossen.
• Auf jedem Abzeigungsleiter L2, L1 ist ein unidirektionales elektronisches Bauteil D2, D1 angeordnet, um die Stromleitung zwischen B1 und B2 in einer oder der anderen Richtung zu gewährleisten. Die Bauteile D1, D2 sind Dioden; sie können auch aus steuerbaren Halbleiterbauteilen bestehen, wenn ihr Stromleitungsfenster zu kontrollieren ist.
• In der Nähe der Kontaktpaare 13, 14 und 23, 24 befinden sich Kontakt- und Schaltzonen Z1, Z2, die eine eigentliche Kontaktzone, in der die Lichtbögen erstellt werden, und eine eigentliche Schalt- oder Löschzone, auf welche die Lichtbögen umschalten, um gelöscht zu werden, umfassen. Ein Magnetfeldgenerator H1, H2 gehört zu jeder Kontakt- und Schaltzone Z1, Z2, um ein externes Magnetfeld zu bestimmen, so dass die in den beiden Zonen Z1, Z2 entstandenen Lichtbögen bei einer Unterbrechung dazu neigen, abgelenkt zu werden. Die Feldgeneratoren H1, H2 können wegen der Schaltgeschwindigkeit, die außerdem durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt wird, wenig platzraubend bleiben. Sie können z. B. gebildet werden, indem ein Dauermagnet mit einem Magnetkreis verknüpft wird. Sie sind in Fig. 1 gestrichelt angegeben, und ihre Wirkung wird durch die Pfeile h1, h2 der Fig. 2 bis 5 dargestellt.
• Es ist zu beachten, dass in den Zonen Z1, Z2 die Gangelemente der Lichtbogenfußpunkte auf beliebig geeignete Art und Weise ausgeführt sind. In der dargestellten Ausführungsform ist der Leiter E1, E2 J-förmig, was das Wandern des Lichtbogens fördert, und verlängert sich über den Kontakt 13, 23 hinaus durch ein Verlängerungsstück E'1, E'2, wie etwa ein Polhorn oder eine zu der Brücke 12 parallele Schiene. Ebenso weist das Lichtbogenabfangstück F1, F2 ein Verlängerungsstück F'1, F'2 auf, wie etwa ein Polhorn oder eine zu der Brücke 12 parallele Schiene, in der Nähe des Verlängerungsstücks E'1, E'2 und einen Lichtbogeneinfangpunkt in der Nähe der beweglichen Brücke 12 bietend, wobei dieser Punkt bevorzugt von dem entsprechenden Ende der Brücke durch einen sehr geringen dielektrischen Abstand G1, G2 getrennt ist. Das Stück F1, F2 hat eine geeignete Form, ist z. B. auch J-förmig, um das Wandern des Lichtbogens zu fördern und den Wiederdurchbruch zu vermeiden. Obwohl es die erfindungsgemäße. Vorrichtung ermöglicht, die Lichtbogenlöschungsstrukturen zu reduzieren oder gar zu beseitigen, können die Verlängerungsstücke E', F' auf den Rippen einer solchen Struktur bereitgestellt werden.
• Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung soll mit Bezug auf Fig. 2 bis 5 beschrieben werden. Die feststehenden Kontakte 13, 23 werden von nun an mit A1, C2 bezeichnet, und die beweglichen Kontakte 14, 24 werden mit C1, C2 bezeichnet, um die Aufmerksamkeit besser auf ihre anodische (A) oder kathodische (C) Art zu lenken. Das gleiche gilt für die Verlängerungsstücke E'1, F'1, die jetzt mit A'1, C'1 bezeichnet werden, und für E'2, F'2, die mit C'2, A'2 bezeichnet werden.
• Man geht davon aus, dass die Kontakte anfangs geschlossen sind (siehe Fig. 2), und dass ein Wechselstrom I von B1 nach B2 und umgekehrt fließt.
• Wenn sich die bewegliche Brücke 12 öffnet, und während der Strom I von B1 nach B2 fließt, erscheint ein Lichtbogen a&sub1; zwischen den Kontakten A1 und C1, und ein Lichtbogen a&sub2; erscheint zwischen den Kontakten A2 und C2 (siehe Fig. 3). Der Strom geht weiter durch die Hauptleiter E1, E2, während die Lichtbögen a&sub1; und a&sub2; dazu neigen, durch die Magnetfelder H&sub1;, H&sub2; (Fig. 3) nach rechts abgelenkt zu werden. Die erfolgte Wahl der Polarität der Diode D1, zusammen mit der Art des anodischen Überschreitens des Abstands G2 zwischen dem beweglichen Kontakt A2 und dem Verlängerungsstück A'2 des Abfangstücks F2 erleichtert das Umschalten des Lichtbogens a&sub2;. Das Überschreiten des Abstands G2 durch den Lichtbogen a&sub2; bewirkt das Auftreten eines Lichtbogens a&sub3; zwischen A'2, C'2 (siehe Fig. 4). Der Strom fließt ab dann zwischen B1 und B2 einerseits in den Abzweigungsleiter L1 über die Diode D1 und den Lichtbogen a&sub3;, dann den Hauptleiter E2, und fließt andererseits kurz weiter über den Hauptleiter E1, den Lichtbogen a&sub1; die Brücke 12, den Lichtbogen a&sub2; und den Hauptleiter E2.
• Wegen der höheren Impedanz des Hauptstromwegs erlöschen die Lichtbögen a&sub1; und a&sub2;, und der Strom geht dann ganz durch den Lichtbogen a&sub3; (Fig. 5) und erlischt dann beim nächsten Nulldurchgang des Stroms. Das Verweilen der Lichtbogen a&sub1; und a&sub2; auf den Kontakten wird somit minimiert. Es ist zu beobachten, dass der bevorzugte Sprung von einem der Bögen auf sein Abfangstück durch das Eigenblasen, das von den Formen und Anordnungen der leitenden Teile herrührt, und durch das Hilfsblasen, das durch die Magnetfeldgeneratoren H1, H2 entsteht, begünstigt wird; dieser bevorzugte Sprung wird auch durch die anodische und kathodische Differenzierung der zu den beiden Brückenseiten gehörigen Lichtbogenfußpunkte und durch den durch die Magnetfelder hervorgerufenen Unterschied der Wanderrichtung der Lichtbogen begünstigt, stellt sicher, dass eine einzige Lichtbogenimpedanz in dem Abzweigungskreis vorhanden ist, was das Schalten beschleunigt und das Risiko des Wiederdurchbruchs minimiert.
• Die Funktionsweise ist die gleiche für einen entgegengesetzten Stromwechsel, wobei sich dieser dank der Diode D2 von B2 auf B1 bewegt; ebenso ist es möglich, die Dioden D1, D2 wie in Fig. 6 angegeben einzubauen, wobei dann der Lichtbogen mit seinem kathodischen Fußpunkt des beweglichen Kontakts 14 auf das Abfangstück F1 umschaltet. Das als Schütz beschriebene Gerät kann auch ein Schutzschalter sein. Bei einer Anwendung des Geräts als Schutzschalter kann vorteilhaft ein Abschaltautomatikelement 15 auf dem Abzweigungsleiter L1, L2 bereitgestellt werden (siehe gestrichelt in Fig. 6). Alternativ (siehe Fig. 7) kann man auch auf jedem Abzweigungsleiter L1, L2 zwei jeweilige Dioden bereitstellen, um eine Diodenbrücke herzustellen, indem man auf der Diagonalen dieser Diodenbrücke ein einziges Abschaltelement 15 hinzuzieht.

Claims (5)

1. Elektrisches Gerät mit trennbaren Wechselstromschaltkontakten, umfassend für mindestens einen Polweg (11):

- mindestens eine Schaltzone mit einem feststehenden Kontakt, der mit einer jeweiligen Anschlussklemme des Polwegs über einen Hauptleiter und mit einem beweglichen Kontakt, der mit dem feststehenden Kontakt zusammenwirkt, um den Polweg aufzubauen und zu unterbrechen, verbunden ist,

- einen Abzweigungsweg, der zu jeder Schaltzone gehört und über einen Öffnungslichtbogen aktivierbar ist und ein Lichtbogenabfangstück, das in einem geringen dielektrischen Abstand von dem jeweiligen beweglichen Kontakt angeordnet ist, sowie einen Abzweigungsleiter, der ein jeweiliges unidirektionales elektronisches Bauteil umfasst, umfasst,

- das Gerät umfasst zwei Schaltzonen und auf einer Kontaktbrücke (12) angeordnete bewegliche Kontakte,

dadurch gekennzeichnet, dass

- jedes der beiden Lichtbogenabfangstücke (F1, F2) an einen gegenüberliegenden Hauptleiter (E2, E1) über einen jeweiligen Abzweigungsleiter (L2, L1) angeschlossen und angeordnet ist, um einen einzigen Lichtbogenfußpunkt pro Stromwechsel derart abzufangen, dass bei der Unterbrechung und über ein unidirektionales Bauteil (D2, D1) zwischen den Klemmen (B1, B2) ein Abzweigungsweg mit Einzellichtbogen aufgebaut wird.

2. Elektrisches Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hauptleiter (E1, E2) um ein Verlängerungsstück (E'1, E'2) verlängert, das im Wesentlichen parallel zu der Kontaktbrücke (12) ist, wobei dieses Verlängerungsstück nicht weit von dem entsprechenden Lichtbogenabfangstück (F'1, F'2) entfernt ist.

3. Elektrisches Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unidirektionalen Bauteile (D2, D1) wahlweise derart angeordnet sind, dass ihre Anode oder ihre Kathode an das entsprechende Lichtbogenabfangstück angeschlossen ist.

4. Elektrisches Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unidirektionalen Bauteile (D2, D1) mit einem Abschaltautomatikelement (15), das sich auf dem Abzweigungsleiter befindet, in Reihe geschaltet sind.

5. Elektrisches Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element zur Magnetfeldgenerierung (H1, H2) mit jeder Kontakt- und Schalt zone (Z1, Z2) verknüpft wird, um den Lichtbogen auf das Abfangstück (F1, F2) hin abzulenken.