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Title:
CONTACTOR COMPRISING AT LEAST TWO CONTACTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/086194
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a contactor comprising at least two contacts that can be displaced in relation to each other and can be transferred from a closed position to an open position, an electric arc being created when the contacts are opened. The inventive contactor comprises a blow-out magnet for blowing away the electric arc, said electric arc being derivable by means of an electric arc transducer, and a contact is associated with the electric arc transducer. The aim of the invention is to improve one such contactor and especially to provide a contactor that can be used for both direct-current applications and alternating current applications and is more compact. To this end, the contactor has a high bi-directional direct current switching capacity without a critical current range, and a high alternating current switching capacity. According to the invention, the contact associated with the electric arc transducer and the electric arc transducer are interconnected by means of a diode.

Inventors:
KRALIK ROBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/002202
Publication Date:
September 15, 2005
Filing Date:
March 02, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SCHALTBAU GMBH (DE)
KRALIK ROBERT (DE)
International Classes:
H01H9/02; H01H9/44; H01H9/46; H01H9/54; (IPC1-7): H01H9/46; H01H9/02; H01H9/44
Foreign References:
US3466503A1969-09-09
US3475574A1969-10-28
US6011678A2000-01-04
US2782345A1957-02-19
DE2730726A11979-01-25
US5495083A1996-02-27
Attorney, Agent or Firm:
Aufenanger, Martin (Kinkeldey Stockmair & Schwanhäusse, Maximilianstrasse 58 München, DE)
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Claims:
Schutzansprüche
1. Schütz mit zumindest zwei Kontakten, die relativ zueinander bewegbar sind und aus einer Schließstellung in eine Offenstellung überführbar sind, wobei beim Öffnen der Kontakte (1,2) ein Lichtbogen (8) entsteht, und mit einem Blasmagneten zum Weg blasen des Lichtbogens (8), wobei der Lichtbogen (8) über ein Lichtbogenleitstück (9) ableitbar ist und ein Kontakt (1) dem Lichtbogenleitstück (9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Lichtbogenleitstück (9) zugeordnete Kontakt (1) und das Lichtbogenleitstück (9) durch eine Diode (11) miteinander verbunden sind.
2. Schütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Lichtbogenleit stück (9) zugeordnete Kontakt (1) auf einem gehäusefesten Hauptkontaktstück (3) angeordnet ist.
3. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der nicht dem Lichtbogenleitstück (9) zugeordnete Kontakt (2}. auf ei nem beweglichen Kontaktstück (5) angeordnet ist.
4. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das bewegliche Kontaktstück (5) eine Brücke ist.
5. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Diode (11) mit einem Endabschnitt (4) des Hauptkontaktstücks (3) verbunden ist.
6. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Hauptkontaktstück (3) und das Lichtbogenleitstück (9) durch ei nen Isolator (12) voneinander getrennt sind.
7. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Schütz für Gleichstromund Wechselstromanwendungen geeig net ist.
8. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Hauptkontaktstück (3), das bewegliche Kontaktstück (5) und das Lichtbogenleitstück (9) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
9. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das bewegliche Kontaktstück (5) einen Lichtbogenleitabschnitt (6) aufweist.
10. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Lichtbogenleitabschnitt (6) eine Umbiegung (7) aufweist, die vom Hauptkontaktstück (3) wegweist.
11. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Lichtbogenleitstück (9) eine Umbiegung (10) aufweist, die vom Hauptkontaktstück (3) wegweist.
12. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umbiegung (7) des Lichtbogenleitabschnitts (6) und die Umbie gung (10) des Lichtbogenleitstücks (9) im Wesentlichen parallel zueinander verlau fen.
13. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umbiegung (7) des Lichtbogenleitabschnitts (6) in Längsrichtung eine geringere Ausdehnung hat als die Umbiegung (10) des Lichtbogenleitstücks (9).
14. Schütz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Blasmagnet ein Permanentmagnet ist.
Description:
Schütz mit zumindest zwei Kontakten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schütz mit zumindest zwei Kontakten, die relativ zueinander bewegbar sind und aus einer Schließstellung in eine Offenstellung überführ- bar sind, wobei beim Öffnen der Kontakte ein Lichtbogen entsteht und mit einem Blas- magneten zum Wegblasen des Lichtbogens, wobei der Lichtbogen über ein Lichtbogen- leitstück ableitbar ist und ein Kontakt dem Lichtbogenleitstück zugeordnet ist.

Ein derartiges Schütz ist allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Beim Öffnen von Kontakten unter Last entstehen in den Kontaktzonen Lichtbögen. Diese müssen schnell in dafür vorgesehene Löschvorrichtungen bewegt werden, wo die entsprechende Lichtbogenlöschung stattfinden kann. Die dafür nötige Kraft erfolgt durch magnetische Felder, sogenannte Blasfelder. Dabei sorgt ein Permanentmagnet für ein polaritätsfestes Blasfeld. Über zwei zugehörige Polbleche wird ein Magnetfeld aufgespannt, das den ge- samten lichtbogenbetroffenen Bereich erfasst. Durch die besondere Gestaltung der Kon- takte und des Lichtbogenleitstücks wird der Lichtbogen in entsprechende Löschkammerh geleitet, wo die Lichtbogenlöschung nach bekannten Prinzipien erfolgt. Die Löschkam- mer besteht z. B. aus Löschblechpaketen.

Der beim Trennen der Kontakte entstehende Lichtbogen muss möglichst schnell ge- löscht werden, da der Lichtbogen eine große Wärmemenge freisetzt, die zu einer starken Erhitzung der Schaltkontakte und Umgebung führt. Durch diese starke Erhitzung können Beschädigungen auftreten und auch die Lebensdauer verringert werden.

Die unterschiedlichen Versorgungsnetze insbesondere in der Bahntechnik erfordern Schütze, die sowohl für Gleichstrom-als auch für Wechselstromanwendungen gleicher- maßen eingesetzt werden können.

Bei den bisherigen Lösungen wurden zum Teil komplizierte Aufbauten mit einer kompli- zierten Lichtbogenführung und mit Löschblechpaketen verwendet, die einer kompakten Bauform des Schützes entgegenstanden.

Alternativ wurden auch Blasspulen verwendet, die sich jedoch aufgrund des Stromflus- ses stark erwärmten oder gezielt im Abschaltmoment zugeschaltet wurden. Insbesonde- re in Geräten mit kleinen Schaltleistungen ist dies von erheblichem Nachteil wegen des großen Aufwandes und des großen Platzbedarfs. Ein weiterer Nachteil bei DC-Strömen ist, dass bei derartigen Spulen bei kleinen Strömen nicht genügend Feld zur Verfügung steht, so dass die Ströme nicht abreißen.

Bei den bisher bekannten Schützen sind die Möglichkeiten einen Wechselstromlichtbo- gen in einem permanentmagnetischen Blasfeld zu löschen aufgrund der wechselnden Stromrichtungen und den damit wechselnden Blasrichtungen sehr begrenzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Schütz der eingangs genannten Art zu verbessern und insbesondere ein Schütz bereitzustellen, das sowohl für Gleichstrom- (DC-Anwendungen) als auch für Wechselstromanwendungen (AC- Anwendungen) gleichermaßen eingesetzt werden kann und zudem das Schütz kompak- ter gestaltet werden kann. Dabei soll das Schütz ein hohes bidirektionales DC- Schaltvermögen ohne kritischen Strombereich und ein hohes AC-Schaltvermögen auf- weisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schütz mit zumindest zwei Kontak- ten der eingangs genannten Art, bei dem der dem Lichtbogenleitstück zugeordnete Kon- takt und das Lichtbogenleitstück durch eine Diode miteinander verbunden sind.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch die spezielle Konstruktion ein hohes Lichtbo- genlöschvermögen im AC-Bereich erzielt wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei einem derartigen Schütz die Vorteile einer permanent magnetischen Blasung genutzt werden können. Diese sind hohes stromunabhängiges Blasfeld im Gegensatz zu einer elektromagnetischen Blasung, d. h., optimale Verhältnisse bezüglich kritischer Strombe- reich". Darüber hinaus ist mit dem erfindungsgemäßen Schütz ein hohes bidirektionales DC-Schaltvermögen ohne kritischen Strombereich möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der dem Lichtbogenleitstück zugeordnete Kontakt auf einem gehäusefesten Hauptkontaktstück angeordnet sein, wodurch das Öff- nen und Schließen der Kontakte weiter vereinfacht werden kann.

Wenn der nicht dem Lichtbogenleitstück zugeordnete Kontakt auf einem beweglichen Kontaktstück angeordnet ist, können die Kontakte noch leichter geöffnet und geschlos- sen werden.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn das bewegliche Kontaktstück eine Brücke ist, da dadurch das Öffnen und Schließen der Kontakte noch weiter vereinfacht werden kann.

Von Vorteil kann es sein, wenn die Diode mit einem Endabschnitt des Hauptkontakt- stücks verbunden ist, da dadurch das Lichtbogenlöschvermögen noch weiter erhöht werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können das Hauptkontaktstück und das Lichtbogenleitstück durch einen Isolator voneinander getrennt sein. Auf diese Weise kann ein gezieltes Überspringen des Lichtbogens vom Hauptkontaktstück auf das Lichtbogenleitstück erfolgen.

Auch kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn das Schütz für Gleichstrom-und Wech- selstromanwendungen geeignet ist. Somit ist ein noch universellerer Einsatz möglich.

Ebenfalls kann es von Vorteil sein, wenn das Hauptkontaktstück, das bewegliche Kon- taktstück und das Lichtbogenleitstück im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, da dadurch eine noch kompaktere Gestaltung möglich ist.

Günstig kann es sein, wenn das bewegliche Kontaktstück einen Lichtbogenleitabschnitt aufweist. Durch eine derartige Konstruktion wird das Lichtbogenlöschvermögen noch weiter erhöht.

Von Vorteil kann es zudem sein, wenn der Lichtbogenleitabschnitt eine Umbiegung auf- weist, die vom Hauptkontaktstück wegweist. Dadurch ist eine weitere Erhöhung des Lichtbogenlöschvermögens möglich.

Außerdem kann es günstig sein, wenn das Lichtbogenleitstück eine Umbiegung auf- weist, die vom Hauptkontaktstück wegweist, weil dadurch das Lichtbogenlöschvermögen noch weiter erhöht werden kann.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Umbiegung des Lichtbogenleitabschnitts und die Umbiegung des Lichtbogenleitstücks im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, da dadurch eine effektivere Lichtbogenlöschung möglich ist. Günstig kann es sein, wenn die Umbiegung des Lichtbogenleitabschnitts in Längsrich- tung eine geringere Ausdehnung hat, als die Umbiegung des Lichtbogenleitstücks. Eine derartige Konstruktion ermöglicht eine noch bessere Lichtbogenlöschung.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann der Blasmagnet ein Perma- nentmagnet sein. Dabei können die Vorteile einer permanentmagnetischen Blasung ge- nutzt werden, d. h., es ist ein höheres stromunabhängiges Blasfeld im Gegensatz zu ei- ner elektromagnetischen Blasung möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer zugehö- rigen Zeichnung näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine Teilansicht eines Schützes dargestellt.

Das Schütz weist zwei Kontakte auf, die jeweils durch Kontaktbeläge 1,2 gebildet wer- den, die relativ zueinander bewegbar sind und aus einer Schließstellung in eine Offen- stellung überführbar sind. Dabei ist ein Kontaktbelag 1 einem Lichtbogenleitstück 9 zu- geordnet. Dieser dem Lichtbogenleitstück 9 zugeordnete Kontaktbelag 1 ist auf einem gehäusefesten Hauptkontaktstück 3 angeordnet. Das Gehäuse ist nicht dargestellt.

Der nicht dem Lichtbogenleitstück 9 zugeordnete Kontaktbelag 2 ist auf einem bewegli- chen Kontaktstück 5, das üblicherweise als Brücke ausgebildet ist, angeordnet.

Das bewegliche Kontaktstück 5 weist einen Lichtbogenleitabschnitt 6 auf. Wie aus der Figur deutlich ersichtlich, weist der Lichtbogenleitabschnitt 6 eine Umbiegung 7 auf, die vom Hauptkontaktstück 3 wegweist.

Das Lichtbogenleitstück 9, das vom beweglichen Kontaktstück 5 beabstandet angeord- net ist, weist ebenfalls eine Umbiegung 10 auf, die vom Hauptkontaktstück 3 wegweist.

Ein Lichtbogen 8 befindet sich zwischen dem beweglichen Kontaktstück 5 und dem Lichtbogenleitstück 9.

Das Lichtbogenleitstück 9 ist zum Hauptkontaktstück 3 getrennt aufgebaut. Das Lichtbo- genleitstück 9 und Hauptkontaktstück 3 sind jedoch mit einer Diode 11 miteinander ver- bunden, wobei die Diode 11 mit einem Endabschnitt 4 des Hauptkontaktstücks 3 ver- bunden ist. Somit sind das dem Lichtbogenleitstück 9 zugeordnete Hauptkontaktstück 3 und das Lichtbogenleitstück 9 durch die Diode 11 miteinander verbunden.

Am Endabschnitt 4 des Hauptkontaktstücks 3 ist außerdem ein Isolator 12 angebracht, so dass das Hauptkontaktstück 3 und das Lichtbogenleitstück 9 durch diesen Isolator 12 voneinander getrennt sind. Auf diese Weise kann ein gezieltes Überspringen des Licht- bogens 8 vom Hauptkontaktstück 3 auf das Lichtbogenleitstück 9 erfolgen.

Das Hauptkontaktstück 3, das bewegliche Kontaktstück 5 und das Lichtbogenleitstück 9 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Weiterhin verlaufen die Umbie- gung 7 des Lichtbogenleitabschnitts 6 und die Umbiegung 10 des Lichtbogenleitstücks 9 im Wesentlichen parallel zueinander. Weiterhin hat die Umbiegung 7 des Lichtbogenleit- abschnitts 6 in Längsrichtung eine geringere Ausdehnung als die Umbiegung 10 des Lichtbogenleitstücks 9. Die Umbiegungen 7,10 verjüngen sich an den vom Hauptkon- taktstück 3 abgewandten Enden. Durch eine derartige Konstruktion sind eine kompakte- re Bauweise sowie ein hohes Lichtbogenlöschvermögen möglich.

Darüber hinaus ist in der Zeichnung ein permanentmagnetisches Feld B dargestellt, das von einem nicht dargestellten Blasmagneten, der ein Permanentmagnet ist, erzeugt wird.

Das in der Figur dargestellte Schütz ist für Gleichstrom-und für Wechselstromanwen- dungen geeignet.

Im Nachfolgenden wird die Wirkungs-und Funktionsweise der Erfindung näher erläutert : Beim Überführen der Kontaktbeläge 1,2 von einer nicht dargestellten Schließstellung in die in der Figur dargestellte Offenstellung entsteht der Lichtbogen 8. Durch diesen Licht- bogen 8 wird auch nach dem Öffnen der Kontaktbeläge 1,2 der Stromfluss aufrechter- halten. Damit wird einerseits die Schaltzeit verlängert und andererseits eine große Wär- memenge freigesetzt, die zu einer starken Erhitzung der Kontaktbeläge 1,2 und der Umgebung führt. Durch diese Erhitzung können die Kontaktbeläge 1,2 beschädigt wer- den und damit die Anzahl der Schaltzyklen verringert werden. Somit ist es notwendig, den beim Öffnen der Kontaktbeläge 1,2 entstehenden Lichtbogen 8 schnellstmöglich zu löschen.

Beim Trennen der beiden Kontaktbeläge 1,2 entsteht der Lichtbogen 8 dazwischen. Der Lichtbogen 8 wandert einerseits über den Lichtbogenleitabschnitt 6 und die Umbiegung 7 und andererseits auch über das Hauptkontaktstück 3. Wenn der Lichtbogen 8 auf dem Hauptkontaktstück 3 den Abschnitt erreicht hat, der dem Lichtbogenleitstück 9 gegenü- berliegt, springt der Lichtbogen 8 vom Hauptkontaktstück 3 auf das Lichtbogenleitstück 9 über.

Der Lichtbogen 8 wird somit über den Lichtbogenleitabschnitt 6 und das Lichtbogenleit- stück 9 abgeleitet.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind das Lichtbogenleitstück 9 und das Hauptkon- taktstück 3 getrennt aufgebaut und so durch die Diode 11 verbunden, dass diese die von einem permanentmagnetischen Blasfeld B getriebenen Lichtbogenhalbwellen einer be- stimmte Polarität leitend auf das Lichtbogenleitstück 9 überträgt. Durch den Isolator 12, der zwischen dem Lichtbogenleitstück 9 und dem Hauptkontaktstück 3 angeordnet ist, kann ein gezieltes Überspringen des Lichtbogens 8 vom Hauptkontaktstück 3 auf das Lichtbogenleitstück 9 erfolgen.

Der Stromfluss der nächsten Halbwelle gegensinniger Polarität wird durch die Diode 11 gesperrt. Auf diese Weise wird die zur AC-Lichtbogenlöschung erforderliche Spannungs- festigkeit im Lichtbogenkreis erreicht und der Bereich einer Wiederzündung stark hoch- gesetzt. Im Falle einer Wiederzündung (lastabhängig) wiederholt sich der Vorgang nach Durchlaufen einer Periode von neuem, dann aber wegen der bereits zuvor erfolgten Lichtbogenwanderung unter noch günstigeren Voraussetzungen.

Durch das erfindungsgemäße Schütz ist somit eine AC-Lichtbogenabschaltung durch Diodenlöschung im permanentmagnetischen Blasfeld möglich.

Dabei muss die Diode genügend Spannung aufweisen, um die rücklaufende Welle zu löschen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist also der Lichtbogen 8 nach der ersten Halbwelle gelöscht.

Die erfindungsgemäße Lösung ist ebenso für die Lichtbogenlöschung bei Gleichstrom- anwendungen geeignet. Damit die Lichtbogenabschaltung durch Diodenlöschung im permanentmagnetischen Blasfeld auch bei DC-Anwendungen verwendet werden kann, muss die Diode 11 entsprechend den an den Kontaktbelägen 1,2 anliegenden Polungen betrieben werden.

Bei den bisher üblichen Schützen sind die Möglichkeiten, einen Wechselstromlichtbogen in einem permanentmagnetischen Blasfeld zu löschen, wegen der wechselnden Strom- richtungen und den damit wechselnden Blasrichtungen sehr begrenzt. Durch die erfin- dungsgemäße Konstruktion können die Vorteile einer permanentmagnetischen Blasung genutzt werden. Dabei ist ein hohes stromunabhängiges Blasfeld im Gegensatz zu einer elektromagnetischen Blasung möglich, d. h., optimale Verhältnisse bezüglich kritischer Strombereich". Weiterhin ist es durch die erfindungsgemäße Lösung möglich, ein"Uni- versalgerät"mit hohem bidirektionalen DC-Schaltvermögen ohne kritischen Strombe- reich und mit hohem AC-Schaltvermögen umzusetzen.

Weiterhin ist aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung eine kompaktere Bauweise mög- lich, da z. B. die bisher üblichen Löschblechpakete nicht mehr nötig sind.

Auch können die Nachteile einer elektromagnetischen Blasspule vermieden werden, die darin bestehen, dass sich die Blasspule infolge des Stromflusses stark erwärmt. In Gerä- ten mit kleinen Schaltleistungen ist die erfindungsgemäße Lösung von Vorteil, da sich in solchen Geräten Blasspulen, insbesondere wegen des enormen Aufwandes und Platz- bedarfes, nicht durchsetzen.

Von großem Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße Lösung sowohl für Gleichstrom-als auch für Wechselstromanwendungen geeignet ist.