ZIMMERMANN, Norbert (Lobenhofstr. 19, Sulzbach-Rosenberg, 92237, DE)
MITLMEIER, Norbert (Sonnenwinkel 4, Ursensollen, 92289, DE)
ZIMMERMANN, Norbert (Lobenhofstr. 19, Sulzbach-Rosenberg, 92237, DE)
Patentansprüche
1. Schaltgerät, welches eine erste Schaltstelle (2) zum betriebsmäßigen Schalten von zumindest einer Strombahn (L1-L3) und eine zweite Schaltstelle (3) zum Abschalten eines Kurzschlussstroms (IK) aufweist, wobei die erste und zweite Schaltstelle (2, 3) in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste und zweite Schaltstelle (2, 3) in einem ge- meinsamen Gehäuse (G) untergebracht sind,
- dass zum Anschluss der Strombahnen (L1-L3) elektrische Anschlüsse (IN, OUT) und gegebenenfalls ein Steueranschluss (CON) für die Eingabe eines Schaltbefehls im oder am Gehäuse (G) vorhanden sind, - dass die erste Schaltstelle (2) für einen maximalen Dauerstrom ausgelegt ist,
- dass die zweite Schaltstelle (3) zum Abschalten eines Kurzschlussstroms ausgelegt ist, welcher ein Vielfaches des maximalen Dauerstroms beträgt und - dass die erste Schaltstelle (2) zumindest einen Hauptkontakt (9) aufweist, welcher mittels eines Kontaktaufhaltesystems (A) oder eines Kontaktzuhaltesystems (Z) zumindest für die Dauer (δT) eines Kurzschlusses aufhaltbar bzw. zuhaltbar ist.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktaufhaltesystem (A) einen insbesondere elektromagnetischen Aktor (12) aufweist, welcher den zumindest ei- nen Hauptkontakt (9) mittels eines Kontaktschiebers (11, 11' ) im Kurzschlussfall öffnet und diesen bis zur Abschaltung des Kurzschlussstromes durch die zweite Schaltstelle (3) geöffnet hält.
3. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktzuhaltesystem (Z) einen elektromagnetischen Aktor (12) aufweist, welcher den zumindest einen Hauptkontakt (9) mittels eines Kontaktschiebers (11, 11") bis zur Abschaltung des Kurzschlussstromes durch die zweite Schaltstelle (3) geschlossen hält.
4. Schaltgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) einen Elektromagneten aufweist, insbesondere einen Tauch- oder Hubmagneten, welcher in zumindest eine der Strombahnen (L1-L3) zur elektrischen Erregung geschaltet ist.
5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) eine insbesondere mechanische oder pneu- matische Dämpfeinrichtung (15) aufweist, welche den betätigten Kontaktschieber (11, 17) nach Wegfall der elektrischen Erregung erst nach einer Verzögerungszeit (δT) in die Ausgangsstellung zurückfahren lässt.
6. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die zweite Schaltstelle (3) eine Kurzschlussstromerfassung aufweist, welche im Kurzschlussfall ein Steuersignal (T) ausgibt und - dass der zumindest eine Hauptkontakt (9) der ersten Schaltstelle (2) mittels des elektromagnetischen Aktors (12) als Reaktion auf das Steuersignal (T) offenbar ist.
7. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die zweite Schaltstelle (3) eine Kurzschlussstromerfassung aufweist, welche im Kurzschlussfall ein Steuersignal (T) ausgibt und
- dass der zumindest eine Hauptkontakt (9) der ersten Schalt- stelle (2) mittels des elektromagnetischen Aktors (12) als
Reaktion auf das Steuersignal (T) zuhaltbar ist.
8. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die zweite Schaltstelle (3) Trennkontakte (5) aufweist, welche im Kurzschlussfall mittels einer Auslöseme- chanik offenbar sind und
- dass die zweite Schaltstelle (3) einen mit der Auslösemechanik in einer Wirkverbindung stehenden Aufhaltestößel (18) betätigt, mittels welchem der zumindest eine Hauptkon- takt (9) der ersten Schaltstelle (2) offenbar ist.
9. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die zweite Schaltstelle (3) Trennkontakte (5) aufweist, welche im Kurzschlussfall mittels einer Auslöseme- chanik offenbar sind und
- dass die zweite Schaltstelle (3) einen mit der Auslösemechanik in einer Wirkverbindung stehenden Zuhaltestößel (19) betätigt, mittels welchem der zumindest eine Hauptkontakt
(9) der ersten Schaltstelle (2) zuhaltbar ist.
10. Schaltgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhalte- bzw. Zuhaltestößel (18, 19) mit einer insbesondere mechanischen oder pneumatischen Dämpfeinrichtung verbunden ist, welche den Aufhaltestößel (18, 19) erst nach einer Verzögerungszeit (δT) in die Ausgangsstellung zurückfahren lässt.
11. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste Schaltstelle (2) zumindest einen ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt (9) und zumindest einen Schaltantrieb (8) mit einem beweglichen Anker aufweist,
- dass der zumindest eine Hauptkontakt (9) feststehende Kon- taktstücke (51) und eine bewegliche Kontaktbrücke (52) aufweist,
- dass das Kontaktzuhaltesystem (Z) einen Magnetfeldkon- zentrator mit einem insbesondere U-förmigen Profil (53) aus einem magnetischen Werkstoff aufweist, wobei der Magnet- feldkonzentrator die feststehenden Kontaktstücke (51) sowie die bewegliche Kontaktbrücke (52) unter Einhaltung eines Mindestspannungsabstands umgibt.
12. Schaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das U-förmige Profil Schenkel mit einer derartigen Länge aufweist das die Schenkelenden zur magnetischen Flusskonzent- ration zumindest in etwa im Bereich der Kontaktbrücke (52) angeordnet sind.
13. Schaltgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das ü-förmige Profil (53) eine Oberseite (OS) mit einer Aussparung für die Zuführung der Strombahnen (L1-L3) aufweist .
14. Schaltgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldkonzentrator zweiteilig ausgeführt ist, wobei jeweils ein U-förmiges Profil (53a, 53b) des Magnet- feldkonzentrators im Bereich der beiden feststehenden Kontaktstücke (51a, 51b) unter Einhaltung eines Mindestspan- nungsabstandes voneinander beabstandet angeordnet sind.
15. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das ü-förmige Profil (53, 53a, 53b) aus einem nichtlei- tenden magnetischen Werkstoff, wie z.B. Ferrit, hergestellt ist.
16. Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltstelle (2) ein Schütz ist.
17. Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltstelle (3) ein Leistungsschalter ist.
18. Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltstelle (2) und/oder die zweite Schaltstelle (3) zum Abschalten eines überstroms ausgebildet ist, wobei der überstrom maximal das Doppelte des Dauerstroms beträgt.
19. Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät ein dreipoliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten (9) zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen (L1-L3) und mit drei Trennkontakten (5) zum Abschalten eines Kurzschlussstromes ist.
20. Schaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät ein Motorabzweig oder ein Kompaktstarter ist. |
Beschreibung
Schaltgerät, insbesondere Kompaktstarter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät, welches eine erste Schaltstelle zum betriebsmäßigen Schalten von zumindest einer Strombahn und eine zweite Schaltstelle zum Abschalten eines Kurzschlussstroms aufweist. Die erste und zweite Schaltstelle sind in Reihe geschaltet.
Mit Schaltgeräten, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, lassen sich die Strombahnen zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung und Verbrauchern und damit deren Betriebsströme schalten. Das heißt, indem vom Schaltgerät Strombahnen geöffnet und geschlossen werden, lassen sich die angeschlossenen Verbraucher sicher ein- und ausschalten.
Ein elektrisches Niederspannungsschaltgerät weist zum Schalten der Strombahnen einen oder mehrere so genannte Hauptkon- takte auf, die von einem oder auch mehreren Steuermagneten gesteuert werden können. Ein Niederspannungsschaltgerät kann z.B. ein Schütz, ein Leistungsschalter, ein Motorabzweig oder ein Kompaktstarter sein. Prinzipiell bestehen die Hauptkontakte aus einer beweglichen Kontaktbrücke und festen Kon- taktstücken, an die der Verbraucher und die Versorgungseinrichtung angeschlossen sind. Zum Schließen und öffnen der Hauptkontakte wird ein entsprechendes Ein- oder Ausschaltsignal an die Steuermagnete gegeben. Die Steuermagnete wirken mittels ihres Ankers derart auf die beweglichen Kontaktbrü- cken ein, dass die Kontaktbrücken eine Relativbewegung in Bezug auf die festen Kontaktstücke vollziehen. Dadurch lassen sich die zu schaltenden Strombahnen schließen oder öffnen.
Ist ein Hauptkontakt des Schaltgerätes verschlissen oder so- gar verschweißt, kann das Schaltgerät den Verbraucher nicht mehr sicher ausschalten, obwohl ein Ausschaltbefehl der Ansteuerung vorliegt. Bei einem verschweißten Kontakt bleibt dann zumindest die Strombahn mit dem verschweißten Hauptkon-
takt weiter ström- beziehungsweise spannungsführend. Der Verbraucher wird folglich nicht vollständig von der Versorgungseinrichtung getrennt. Da der Verbraucher in einem nicht sicheren Zustand verbleibt, stellt das Schaltgerät eine po- tentielle Fehlerquelle dar.
Zur Lösung des Problems sind Schaltgeräte bekannt, die aus zwei konventionellen und in Reihe geschalteten Schaltgeräten, wie z.B. aus einem Schütz und Leistungsschalter oder aus ei- nem Schütz und überstromrelais, bestehen. Das Schütz dient zum betrieblichen Schalten (Schaltfunktion) eines Verbrauchers, während der Leistungsschalter nur im Kurzschlussfall (Schutzfunktion) eingreift. Die beiden Schaltgeräte werden üblicherweise mechanisch und elektrisch mit einem Verbin- dungsbaustein miteinander verbunden. Eine derartige Kombination von Schaltgeräten wird auch als Motorabzweig bezeichnet.
Ist am Lebensdauerende nun ein Hauptkontakt verschweißt, ist auch noch danach die Schutzfunktion gegeben. Denn wird z.B. ein Motor über einen mechanischen Anschlag in einer Anlage festgebremst, erkennt der Leistungsschalter die überlastung des Motors. Der Leistungsschalter schaltet automatisch ab, bevor ein weiterer Schaden in der Anlage entsteht.
Wird ein derartiger Motorabzweig, wie z.B. aufgrund eines technischen Fehlers im angeschlossenen Verbraucher, jedoch mit einem Kurzschlussstrom beaufschlagt, so schaltet der Leistungsschalter den Kurzschlussstrom ab. Wegen des im Vergleich zum maximalen Nennstrom viel höheren Kurzschlussstroms verschweißen die Schaltkontakte des Schützes. Ursache dafür ist der hohe Kurzschlussstrom, der zu einem leichten öffnen der Schaltkontakte führt. Zwischen den Schaltkontakten bildet sich ein Lichtbogen, der die Kontaktflächen der Schaltkontakte anschmilzt. Mit Abnahme des Kurzschlussstroms schließen die Schaltkontakte wieder, wobei die Schaltkontakte mit Erstarren der angeschmolzenen Kontaktflächen miteinander verschweißen. Das Schütz ist nach dem Kurzschluss defekt.
Nachteilig daran ist, dass das Schütz nach dem Kurzschlussfall ausgetauscht werden muss. Durch die Folgen eines Anlagenstillstands können erhebliche Kosten entstehen.
Zur Lösung des zuvor genannten Problems sind weiterhin so genannte Kompaktabzweige oder Kompaktstarter mit nur einer Schaltstelle bekannt. Bei handelsüblichen Kompaktstartern wird im Kurzschlussfall die Schaltstelle geöffnet und dadurch eine Verschweißung verhindert. Jedoch können eine oder mehre- re Brücken der drei Phasen einer solchen Schaltstelle am
Lebensdauerende verschweißen. Läuft beispielsweise die Anlage weiter und geht in überlast, erkennen solche Schaltgeräte nicht, dass eine überlast vorliegt. Aufgrund der Verschweißung kann aber auch der entsprechende Verbraucher nicht mehr abgeschaltet werden. Die Schutzfunktion ist nicht mehr gegeben. Erhebliche Schäden an der Anlage können die Folge sein.
Zum sicheren Betrieb von Schaltgeräten und damit zum Schutz des Verbrauchers und der elektrischen Anlage sind solche Feh- lerquellen zu vermeiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltgerät anzugeben, welches die oben genannten Nachteile vermeidet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In den UnterSprüchen 2 bis 20 sind vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltgerätes angegeben.
Erfindungsgemäß sind die erste und zweite Schaltstelle in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Zum Anschluss der Strombahnen sind elektrische Anschlüsse und gegebenenfalls ein Steueranschluss für die Eingabe eines Schaltbefehls im oder am Gehäuse vorhanden. Die erste Schaltstelle ist für ei- nen maximalen Dauerstrom ausgelegt. Die zweite Schaltstelle ist zum (wiederholten) Abschalten eines Kurzschlussstroms ausgelegt, welcher ein Vielfaches des maximalen Dauerstroms betragen kann. Die erste Schaltstelle weist zumindest einen
Hauptkontakt auf, welcher mittels eines Kontaktaufhaltesystems oder eines Kontaktzuhaltesystems zumindest für die Dauer eines Kurzschlusses aufhaltbar bzw. zuhaltbar ist.
Das Kontaktaufhaltesystem bzw. das Kontaktzuhaltesystem verhindert im Kurzschlussfall ein Verschweißen der ersten Schaltstelle.
Durch die Integration der ersten und zweiten Schaltstelle, das heißt eines Schaltmittels für die Schaltfunktion und eines Schaltmittels für die Schutzfunktion, vereinfacht sich der Aufbau eines derartigen Schaltgerätes erheblich. Ein separater Verbindungsbaustein zur Verbindung der ersten und zweiten Schaltstelle ist nicht erforderlich.
Ein weiterer großer Vorteil ist, dass die Schutzfunktion des erfindungsgemäßen Schaltgerätes sowohl im Kurzschlussfall als auch bei verschweißten Hauptkontakten des ersten Schaltmittels erhalten bleibt. Im Kurzschlussfall werden die Hauptkon- takte des ersten Schaltmittels durch das Kontaktaufhaltesystem bzw. durch das Kontaktzuhaltesystem offen bzw. geschlossen gehalten. Eine Schädigung der Hauptkontakte erfolgt nicht. Ist einer der Hauptkontakte des ersten Schaltmittels am Lebensdauerende verschlissen und daher verschweißt, er- folgt eine Abschaltung der Strombahnen durch die zweite Schaltstelle.
Die erste Schaltstelle braucht gemäß der Erfindung nur noch derart ausgelegt zu werden, dass sie (gerade) noch ohne Schä- digung einen Kurzschlussstrom bis zur Abschaltung durch die zweite Schaltstelle beherrschen kann. Die zweite Schaltstelle braucht nur für einen auslegungstechnisch maximalen Kurzschlussstrom ausgelegt zu werden.
Ein derartiges erfindungsgemäßes Schaltgerät ist folglich kompakter und zuverlässiger. Durch die Integration der beiden Schaltstellen in ein Gehäuse ist eine ungewollte technische Veränderung bzw. eine nicht optimale leistungstechnische Ab-
Stimmung der jeweiligen Parameter der beiden Schaltstellen aufeinander nicht möglich.
In einer ersten Ausgestaltung weist das Kontaktaufhaltesystem einen insbesondere elektromagnetischen Aktor auf, welcher den zumindest einen Hauptkontakt mittels eines Kontaktschiebers im Kurzschlussfall öffnet und diesen bis zur Abschaltung des Kurzschlussstromes durch die zweite Schaltstelle geöffnet hält.
Der Aktor kann beispielsweise in einer mechanischen Wirkverbindung mit dem Kontaktschieber stehen, welcher zum betrieblichen Schalten mit einem Schaltantrieb oder Steuermagneten des ersten Schaltmittels verbunden ist. Der Aktor kann alter- nativ die Hauptkontakte auch mittels eines weiteren und vom zuvor genannten Kontaktschieber unabhängigen Kontaktschiebers direkt betätigen.
Alternativ zur vorherigen Ausführungsform kann das Kontaktzu- haltesystem einen insbesondere elektromagnetischen Aktor aufweisen, welcher den zumindest einen Hauptkontakt mittels eines Kontaktschiebers bis zur Abschaltung des Kurzschlussstromes durch die zweite Schaltstelle geschlossen hält.
Beispielsweise ist es möglich, dass der elektromagnetische Aktor des Kontaktaufhalte- bzw. Kontaktzuhaltesystems einen Elektromagneten aufweist. Insbesondere ist der Elektromagnet ein Tauch- oder Hubmagnet, welcher in zumindest eine der Strombahnen zur elektrischen Erregung geschaltet ist.
Damit ist der Vorteil verbunden, dass die zum Aufhalten bzw. zum Zuhalten der Hauptkontakte benötigte Energie vor allem im Kurzschlussfall aus der Strombahn entnommen werden kann. Es wird kein separater Energiespeicher benötigt.
Der Aktor kann eine insbesondere mechanische, pneumatische, elektrische oder elektromechanische Dämpfeinrichtung aufweisen, welche den betätigten Kontaktschieber nach Wegfall der
elektrischen Erregung erst nach einer Verzögerungszeit in die Ausgangsstellung zurückfahren lässt. Wesentlich ist, dass in einem Kurzschlussfall möglichst schnell eine Betätigung der Hauptkontakte erfolgt, um diese auf- bzw. zuzuhalten. Insbe- sondere sollte die Betätigung innerhalb weniger Millisekunden erfolgen. Dagegen sollte der Kontaktschieber erst nach einem Zeitraum von 20 bis 200 Millisekunden abfallen.
Eine mechanische Dämpfeinrichtung kann beispielsweise ein Fe- dersystem aufweisen, welches nach der Verzögerungszeit den Kontaktschieber gedämpft zurückfahren lässt. Eine pneumatische Dämpfeinrichtung kann z.B. einen Druckzylinder aufweisen, welcher im Kurzschlussfall mit Druckluft beaufschlagt wird und welcher nur verzögert den überdruck abbauen lässt. Eine elektrische Dämpfeinrichtung kann z.B. einen Diodenfrei- laufkreis oder einen Pufferkondensator aufweisen. Die gespeicherte elektrische Energie verzögert den Abbau des magnetischen Feldes, welches den Aktor in der betätigten Stellung hält. Es sind auch Kombinationen der zuvor genannten Dämp- fungsmöglichkeiten vorstellbar.
In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Schaltstelle eine Kurzschlussstromerfassung auf, welche im Kurzschlussfall ein Steuersignal ausgibt. Der zumindest eine Hauptkontakt der ersten Schaltstelle ist dann mittels des elektromagnetischen Aktors als Reaktion auf das Steuersignal offenbar.
Alternativ zur vorherigen Ausführungsform weist die zweite Schaltstelle eine Kurzschlussstromerfassung auf, welche im Kurzschlussfall ein Steuersignal ausgibt. Der zumindest eine Hauptkontakt der ersten Schaltstelle ist mittels des elektromagnetischen Aktors als Reaktion auf das Steuersignal zuhaltbar.
Die Kurzschlussstromerfassung der zweiten Schaltstelle kann z.B. mittels einer Spule, eines Stromwandlers oder eines Messwiderstands erfolgen. Das von der Kurzschlussstromerfas-
sung bereitgestellte Steuersignal erregt bzw. steuert vorzugsweise den elektromagnetischen Aktor der ersten Schaltstelle. Das bereitgestellte Steuersignal kann seitens der Kurzschlussstromerfassung elektrisch gepuffert werden, wie z.B. mittels eines Kondensators, so dass der elektromagnetische Aktor verzögert in seine Ruheposition zurückfahren kann. Das Signal kann auch mittels eines elektronischen Zeitbausteins oder mittels eines MikroControllers z.B. als Teil der Kurzschlussstromerfassung erzeugt werden.
Auch kann eine elektronische Steuereinheit, wie z.B. der vorgenannte Mikrocontroller, Steuerung- und überwachungsfunktionen sowohl der ersten als auch der zweiten Schaltstelle übernehmen. Die Steuerungsaufgaben können Schaltbefehle zum Schalten der ersten und zum Auslösen der zweiten Schaltstelle betreffen. Die überwachungsaufgaben können die Kurzschlussstromüberwachung sowie ggf. eine überStromüberwachung im Gerät betreffen. Zur übergeordneten Diagnose kann die elektronische Steuereinheit z.B. eine Busschnittstelle aufweisen. Im Fehlerfall oder im Auslösungsfall der zweiten Schaltstelle kann eine entsprechende Meldung z.B. an eine übergeordnete Leitstelle abgesetzt werden.
Der besondere Vorteil der beiden vorherigen Ausführungsformen liegt im erfindungsgemäßen Zusammenspiel zwischen erster und zweiter Schaltstelle. Hier stellt die zweite Schaltstelle der ersten Schaltstelle ein mittels der Kurzschlussstromerfassung bereits erfasstes Kurzschlusssignal als Steuersignal zur Verfügung.
In einer besonderen Ausführungsform weist die zweite Schaltstelle Trennkontakte auf, welche im Kurzschlussfall mittels einer Auslösemechanik offenbar sind. Die zweite Schaltstelle betätigt einen mit der Auslösemechanik in einer Wirkverbin- düng stehenden Aufhaltestößel. Mittels des Aufhaltestößels ist der zumindest eine Hauptkontakt der ersten Schaltstelle aufhaltbar. Insbesondere ist der Aufhaltestößel zumindest für die Dauer des Kurzschlusses betätigbar.
Alternativ zur vorherigen Ausführungsform weist die zweite Schaltstelle Trennkontakte auf, welche im Kurzschlussfall mittels einer Auslösemechanik offenbar sind. Die zweite Schaltstelle betätigt einen mit der Auslösemechanik in einer Wirkverbindung stehenden Zuhaltestößel. Mittels des Zuhaltestößels ist der zumindest eine Hauptkontakt der ersten Schaltstelle zuhaltbar. Insbesondere ist der Zuhaltestößel zumindest für die Dauer des Kurzschlusses betätigbar.
Der Aufhalte- bzw. Zuhaltestößel ist zum öffnen der Trennkontakte vorzugsweise mechanisch an den Kontaktschieber gekoppelt. Zum öffnen der Trennkontakte kann z.B. ein Schalt- schloss vorhanden sein, welches den Kontaktschieber betätigt. Mit dem Schaltschloss kann auch der Aufhalte- bzw. Zuhaltestößel mechanisch verbunden sein. Das Schaltschloss kann einen Federspeicher aufweisen, welcher im Kurzschlussfall zum öffnen der Trennkontakte freigegeben wird.
Das Schaltschloss bzw. die Auslösemechanik der zweiten
Schaltstelle kann hinsichtlich der im Kurzschlussfall freigegebenen mechanischen Kraft derart ausgebildet sein, dass die Hauptkontakte der ersten Schaltstelle über den Aufhaltestößel der zweiten Schaltstelle aufgebrochen werden können. Ver- schweißte Hauptkontakte liegen, wie bereits eingangs erläutert, insbesondere am Lebensdauerende des ersten Schaltmittels vor.
Der besondere Vorteil der beiden vorherigen Ausführungsformen liegt im erfindungsgemäßen Zusammenspiel zwischen erster und zweiter Schaltstelle. Hier betätigt die zweite Schaltstelle zur Vermeidung einer Kontaktverschweißung im Kurzschussfall mechanisch direkt die Hauptkontakte der ersten Schaltstelle, ohne dass die erste Schaltstelle selbst eingreift.
Vorzugsweise ist der Aufhalte- bzw. Zuhaltestößel mit einer insbesondere mechanischen oder pneumatischen Dämpfeinrichtung verbunden. Die Dämpfeinrichtung lässt den Aufhalte- bzw. Zu-
haltestößel erst nach einer Verzögerungszeit in die Ausgangsstellung zurückfahren. Die Verzögerungszeit kann einstellbar sein. Die Dämpfeinrichtung kann, wie zuvor beschrieben, unterschiedlich ausgestaltet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erste Schaltstelle zumindest einen ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt und zumindest einen Schaltantrieb mit einem beweglichen Anker auf. Der zumindest eine Hauptkontakt weist fest- stehende Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke auf. Das Kontaktzuhaltesystem weist einen Magnetfeldkonzentrator mit einem U-förmigen Profil aus einem magnetischen Werkstoff auf. Der Magnetfeldkonzentrator umgibt die feststehenden Kontaktstücke sowie die bewegliche Kontaktbrücke unter Einhal- tung eines Mindestspannungsabstands oder einer Mindestluft- strecke.
Der Magnetfeldkonzentrator kann auch C-förmig oder V-förmig ausgebildet sein. Entscheidend ist hinsichtlich der geometri- sehen Ausgestaltung und der Anordnung in der ersten Schaltstelle, dass der Magnetfeldkonzentrator lediglich die bewegliche Kontaktbrücke ohne Kontaktberührung mit den spannungs- und stromführenden Teilen des Schaltgerätes umgibt. Entscheidend ist weiterhin, dass der Magnetfeldkonzentrator im Be- reich der Kontaktbrücke halboffen ausgebildet ist.
Der Magnetfeldkonzentrator konzentriert bzw. verdichtet gemäß der Erfindung den magnetischen Fluss in dem Endbereich des U- förmigen Profils bzw. des U-förmigen Bügels. Durch das lokale hohe Magnetfeld im Endbereich wird im Kurzschlussfall die sonst zum öffnen neigende Kontaktbrücke in das U-förmige Profil gedrückt. Die Hauptkontakte der ersten Schaltstelle werden vorteilhaft zumindest für die Dauer eines Kurzschlusses zugehalten. Das Profil bzw. der Bügel ist aus einem magneti- sehen, insbesondere ferromagnetischen, Material gefertigt.
Das magnetische Material weist insbesondere eine Permeabilitätszahl μ r von zumindest 100, beispielsweise 1000, auf. Im magnetischen Material wird durch das Leitermagnetfeld der
Strombahn ein Magnetfeld mit einer wesentlich höheren magnetischen Induktion erzeugt. Das so induzierte Magnetfeld drückt die Kontaktbrücke im Kurzschlussfall zusätzlich zur Kontaktfederkraft auf die feststehenden Schaltstücke der ers- ten Schaltstelle. Ein öffnen der Kontaktbrücke wird wirksam unterbunden. Es wird verhindert, dass der zumindest eine Hauptkontakt verschweißen kann, bevor die Kurzschlussabschaltung durch die zweite Schaltstelle erfolgt.
Im Besonderen weist das U-förmige Profil des Magnetfeldkon- zentrators Schenkel mit einer derartigen Länge auf, dass die Schenkelenden zur magnetischen Flusskonzentration zumindest in etwa im Bereich der Kontaktbrücke angeordnet sind. Insbesondere sind die Schenkelenden im Bereich der geöffneten Kon- taktbrücke angeordnet.
Vorzugsweise weist das ü-förmige Profil eine Oberseite mit einer Aussparung für die Zuführung der Strombahnen auf. Die Aussparung ist derart ausgebildet, dass ein Mindestspannungs- abstand bzw. eine Mindestluftstrecke zu den spannungs- und stromführenden Teilen, insbesondere den Strombahnen, eingehalten wird.
Der Magnetfeldkonzentrator kann auch zweiteilig ausgeführt sein, wobei jeweils ein U-förmiges Profil des Magnetfeldkon- zentrators im Bereich der beiden feststehenden Kontaktstücke unter Einhaltung eines Mindestspannungsabstandes bzw. einer Mindestluftstrecke voneinander beanstandet angeordnet ist. In diesem Fall kann der Magnetfeldkonzentrator aus einem magne- tischen Blech, wie z.B. aus Eisen oder Nickel, gefertigt sein. Durch den Mindestspannungsabstand kann ein während der Kontaktunterbrechung auftretender Lichtbogen nicht den elektrischen „kürzeren" Weg über das elektrisch leitende Metallblech nehmen. Ein Löschen des Lichtbogens und eine sichere Trennung der Strombahn durch die Hauptkontakte wären unter Umständen nicht möglich.
Beispielsweise kann der Magnetfeldkonzentrator bzw. das U- förmige Profil aus einem nichtleitenden magnetischen Werkstoff, wie z.B. Ferrit, hergestellt sein. In diesem Fall ist besonders die einteilige Ausführungsform des Magnetfeldkon- zentrators vorteilhaft.
Im Besonderen ist die erste Schaltstelle ein Schütz. Das Schütz dient der Schaltfunktion des Schaltgerätes. Die Betätigung des Schützes erfolgt durch elektrische Erregung des Steuermagneten bzw. des Schaltantriebs des Schützes mittels eines Ansteuersignals. Das Ansteuersignal kann dem Schütz über den am oder im Gehäuse angeordneten Steuereingang zugeführt werden. Das Ansteuersignal kann auch innerhalb des Schaltgerätes, wie z.B. mittels eines Zeitgliedes, beispiels- weise zyklisch erzeugt werden. Das erste Schaltmittel bzw. der Schütz ist typischerweise für eine Anzahl von mehreren Tausend Schalthandlungen ausgelegt.
Die zweite Schaltstelle ist insbesondere ein Leistungsschal- ter. Der Leistungsschalter weist insbesondere ein Schalt- schloss zur Betätigung der Trennkontakte auf. Das Schalt- schloss kann manuell oder auch ferngesteuert „vorgespannt" und somit wieder eingeschaltet werden. Typischerweise braucht die zweite Schaltstelle nur für vergleichsweise wenige Schalthandlungen, wie z.B. 100, ausgelegt zu sein.
Prinzipiell können die erste Schaltstelle und/oder die zweite Schaltstelle zum Abschalten eines überstroms ausgebildet sein. Der überstrom kann maximal das Doppelte des Dauerstroms betragen. Damit können auch kurzfristige, aber nicht dauerhafte Ströme geschaltet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltgerät ein dreipoliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen und mit drei Trennkontakten zum Abschalten eines Kurzschlussstromes.
Vorzugsweise ist das Schaltgerät ein Motorabzweig oder ein Kompaktstarter .
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben wer- den im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
FIG 1 ein elektrisches Schaltbild eines Schaltgerätes aus zwei eigenständigen und in Reihe geschalteten Schaltstellen nach dem Stand der Technik,
FIG 2 ein elektrisches Schaltbild eines Schaltgerätes mit nur einer Schaltstelle für eine gleichzeitige Schaltfunktion und Schutzfunktion nach dem Stand der Technik, FIG 3 beispielhaft ein Schaltgerät gemäß der Erfindung mit einem gemeinsamen Gehäuse,
FIG 4 ein elektrisches Schaltbild eines Schaltgerätes mit einem Kontaktaufhaltesystem gemäß der Erfindung,
FIG 5 ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes gemäß FIG 4 in einer ersten Ausführungsform,
FIG 6 ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes gemäß FIG 4 in einer zweiten Ausführungsform,
FIG 7 ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes gemäß
FIG 4 in einer dritten Ausführungsform, FIG 8 ein elektrisches Schaltbild eines Schaltgerätes mit einem Kontaktzuhaltesystem gemäß der Erfindung,
FIG 9 ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes gemäß FIG 8 in einer ersten Ausführungsform,
FIG 10 ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes gemäß FIG 8 in einer zweiten Ausführungsform,
FIG 11 ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes gemäß FIG 8 in einer dritten Ausführungsform,
FIG 12 ein Beispiel für einen elektromechanischen Aktor mit einer Dämpfeinrichtung, FIG 13 ein Beispiel für einen Magnetfeldkonzentrator in einem Kontaktzuhaltesystem eines Schaltgerätes gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
FIG 14 das Beispiel gemäß FIG 13 in einer Schnittdarstellung entlang der eingezeichneten Schnittlinie XIV- XIV und
FIG 15 beispielhaft den Magnetfeldverlauf eines Magnet- feldkonzentrators in einer Schnittdarstellung und im Kurzschlussfall.
FIG 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Reihenschaltung 20 aus zwei eigenständigen und in Reihe geschalteten Schalt- geraten 21, 23 nach dem Stand der Technik. Das erste Schaltgerät 23 im rechten Teil der FIG 1 weist eine erste Schaltstelle 30 auf. Die erste Schaltstelle 30 ist z.B. ein Schütz und weist einen Schaltantrieb bzw. einen Steuermagneten 32 zum Betätigen von Hauptkontakten 31 auf. Im Beispiel der FIG 1 sind die beiden Schaltgeräte 21, 23 dreipolig ausgeführt. Mit dem Bezugszeichen L1-L3 sind Strombahnen oder Stromleitungen bezeichnet, welche mittels der ersten Schaltstelle 30 geöffnet bzw. geschlossen werden können. Mit dem Bezugszeichen 33 ist eine verbraucherseitige Zuführung der Strombahnen L1-L3 bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 25 ist eine netzsei- tige Zuführung der Strombahnen L1-L3 bezeichnet.
Im linken Teil der FIG 1 ist ein zweites Schaltgerät 21 dargestellt, welches eine zweite Schaltstelle 24 aufweist. Die zweite Schaltstelle 24 ist z.B. ein Kurzschluss- oder Leistungsschalter, symbolisiert durch ein digitales Auslösesignal und durch die Kennzeichnung I> für einen überschrittenen Vergleichsstrom. Die zweite Schaltstelle 24 weist ein nicht weiter dargestelltes Schaltschloss mit einer Kurzschlussstromer- fassung 27 zum öffnen von Trennkontakten 26 auf.
Im mittleren Teil der FIG 1 ist ein Verbindungsbaustein 22 dargestellt. Damit können die beiden Schaltgeräte 21, 23 im Rahmen der Montage mechanisch und elektrisch miteinander ver- bunden werden. Mit dem Bezugszeichen 28 sind die jeweiligen Verbindungsleitungen des Verbindungsbausteins 22 bezeichnet.
Wie eingangs beschrieben können die Hauptkontakte 31 des ersten Schaltgerätes 23 bei einem verbraucherseitigen Kurz- schluss, bedingt durch den hohen Kurzschlussstrom, nachteilig verschweißen. Das erste Schaltgerät 23 ist dann auszutau- sehen.
FIG 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Schaltgerätes 40 mit nur einer Schaltstelle 41 für eine gleichzeitige Schaltfunktion und Schutzfunktion nach dem Stand der Technik. Die Schaltstelle 41 weist ein Schütz 44 sowie einen Kurz- schluss- oder Leistungsschalter mit einer Kurzschlussstromerfassung 45 auf. Beide Schalter wirken unabhängig voneinander auf die gemeinsamen Schaltkontakte 43. Mit dem Bezugszeichen 46 ist eine verbraucherseitige Zuführung der Strombahnen Ll- L3 bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 42 ist eine netzseitige Zuführung der Strombahnen L1-L3 bezeichnet.
Wie eingangs beschrieben können die Schaltkontakte 43 am Lebensdauerende verschweißen. Eine Unterbrechung eines Verbrau- chers ist im Kurzschluss- oder überstromfall nicht mehr möglich.
FIG 3 zeigt beispielhaft ein Schaltgerät 1 gemäß der Erfindung mit einem gemeinsamen Gehäuse G. Im Schaltgerät 1 sind eine nicht weiter dargestellte erste Schaltstelle zum betriebsmäßigen Schalten von zumindest einer Strombahn L1-L3 und eine zweite Schaltstelle zum Abschalten eines Kurzschlussstroms untergebracht. Im vorliegenden Beispiel sind drei Strombahnen L1-L3 vorhanden. Die erste und zweite Schaltstelle sind in Reihe geschaltet.- Zum Anschluss der
Strombahnen L1-L3 sind elektrische Anschlüsse IN, OUT und ein Steueranschluss CON für die Eingabe eines Schaltbefehls am Gehäuse G vorhanden. Die elektrischen Anschlüsse IN, OUT können innerhalb des Gerätes G, wie z.B. in Form von Klemmen, angeordnet sein. über den Steueranschluss CON kann ein Steuermagnet der ersten Schaltstelle erregt werden. Der Steueranschluss CON kann auch alternativ ein Busanschluss zum An-
Schaltgerät 1 alternativ z.B. für einen automatischen selbsttätigen zyklischen Betrieb ausgebildet, kann auf den Steuer- anschluss verzichtet werden. Die beispielhaft mit RES bezeichnete Taste dient der Wiedereinschaltung des zweiten Schaltmittels im Falle einer Kurzschluss- oder überstromaus- lösung.
Vorzugsweise ist die erste Schaltstelle 2 ein Schütz und insbesondere ein verschweißfreies Schütz. Derartige Schütze 2 sind typischerweise für eine Anzahl von mehreren Tausend Schalthandlungen ausgelegt.
Vorzugsweise ist die zweite Schaltstelle 3 ein Leistungsschalter oder auch ein Kurzschlussschalter. Derartige Schal- ter 3 sind für wenige, wie z.B. 100, Schalthandlungen ausgelegt.
Die erste Schaltstelle 2 und/oder die zweite Schaltstelle 3 können zum Abschalten eines überstroms ausgebildet sein, wo- bei der überstrom das Doppelte des Dauerstroms betragen kann. Je nach Anwendungsfall kann der überstrom mehr oder weniger als das Doppelte des Dauerstroms bzw. Nennstroms betragen.
Das Schaltgerät 1 ist insbesondere, wie zuvor beschrieben, ein dreipoliges Schaltgerät 1 mit drei Hauptkontakten 9 zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen L1-L3 und mit drei Trennkontakten 5 zum Abschalten eines Kurzschlussstromes. Das Schaltgerät 1 kann alternativ auch 2-, 4-, 5-polig oder mehrpolig ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltgerät 1 ein Motorabzweig oder ein Kompaktstarter. Derartige Schaltgeräte 1 können als zuverlässige und kompakte eigenständige Geräte zur Absicherung von Verbrauchern eingesetzt werden.
FIG 4 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Schaltgerätes 1 mit einem Kontaktaufhaltesystem A gemäß der Erfindung. Es sind eine erste Schaltstelle 2 zum betriebsmäßigen Schalten
von beispielhaft drei Strombahnen L1-L3 und eine zweite Schaltstelle 3 zum Abschalten eines Kurzschlussstroms dargestellt. Die erste und zweite Schaltstelle 2, 3 sind in Reihe geschaltet. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine netzseitige und mit dem Bezugszeichen 10 eine verbraucherseitige Zuführung der Strombahnen L1-L3 bezeichnet. Die erste Schaltstelle 2 ist gemäß der Erfindung für einen maximalen Dauerstrom ausgelegt. Die zweite Schaltstelle 3 ist zum Abschalten eines Kurzschlussstroms ausgelegt, welcher ein Vielfaches des maxi- malen Dauerstroms betragen kann. Die zweite Schaltstelle 3 weist zudem eine Kurzschlussstromerfassung 6 und Trennkontakte 5 zur Unterbrechung der Strombahnen L1-L3 im Kurzschlussfall auf.
Die erste Schaltstelle 2 weist zumindest einen Hauptkontakt 9 auf, welcher mittels eines Kontaktaufhaltesystems A zumindest für die Dauer δT eines Kurzschlusses aufhaltbar ist. Die Dauer δT als vorgebbare Zeitspanne liegt typischerweise in einem Bereich von 20 ms bis 200 ms, kann in besonderen Anwen- dungsfallen auch darüber oder darunter liegen. Die öffnungswirkung des Kontaktaufhaltesystems A ist mit einem Pfeil symbolisiert. Die erste Schaltstelle 2 weist einen Steuermagneten bzw. einen Schaltantrieb 8 zum Betätigen eines Kontaktschiebers 11 auf. über den Kontaktschieber 11 sind die Haupt- kontakte 9 offenbar und schließbar. Das Kontaktaufhaltesystem A kann derart ausgebildet sein, dass die Aufhaltung der Hauptkontakte 9 gleichfalls über den Kontaktschieber 11 oder alternativ über einen dazu getrennt ausgeführten Kontaktaufhalteschieber 11' erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kontaktaufhaltesystem A einen insbesondere elektromagnetischen Aktor 12 auf, welcher den zumindest einen Hauptkontakt 9 mittels des Kontaktschiebers 11 oder alternativ mittels des Kon- taktaufhalteschiebers 11' im Kurzschlussfall öffnet. Beide Kontaktschieber 11, 11' halten die Hauptkontakte 9 bis zur Abschaltung des Kurzschlussstromes durch die zweite Schaltstelle 3 geöffnet.
FIG 5 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes 1 gemäß FIG 4 in einer ersten Ausführungsform. Der Aktor 12 weist einen Elektromagneten und insbesondere einen Tauch- oder Hubmagneten auf, welcher in zumindest eine der Strombahnen L1-L3 zur elektrischen Erregung geschaltet ist. In der vorliegenden FIG 5 ist dies durch das Symbol einer elektrischen Spule und beispielhaft für nur eine Strombahn Ll dargestellt. Im Kurzschlussfall wird der Aktor 12 aufgrund des ho- hen Kurzschlussstromes derart elektrisch erregt, dass ein mit dem Aktor 12 beweglich verbundener Anker (nicht dargestellt) betätigt wird. Die von der Spule ausgehend verlaufende und gestrichelt gezeichnete Linie zeigt den Energiefluss zum Aktor 12 an. Der Anker kann im Kurzschlussfall den Kontakt- Schieber 11 bzw. den Kontaktaufhalteschieber 11' betätigen.
FIG 6 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes 1 gemäß FIG 4 in einer zweiten Ausführungsform. Erfindungsgemäß weist die zweite Schaltstelle 3 die Kurzschlussstromerfassung 6 auf, welche im Kurzschlussfall ein Steuersignal T ausgibt. Der zumindest eine Hauptkontakt 9 der ersten Schaltstelle 2 ist mittels des Aktors 12 als Reaktion auf das Steuersignal T offenbar.
Die Kurzschlussstromerfassung 6 kann z.B. mittels einer Spule, eines Stromwandlers oder eines Messwiderstands erfolgen. Im Falle einer Spule oder eines Stromwandlers kann das Kurzschlusssignal T direkt aus der dort induzierten elektrischen Spannung erzeugt und an den elektromagnetischen Aktor 12 aus- gegeben werden. Das Kurzschlusssignal T kann z.B. mittels eines Kondensators gepuffert werden. Dadurch fällt der elektromagnetische Aktor 12 erst verzögert in seine Ruheposition zurück. Die Hauptkontakte 5 werden zumindest bis zum Abschalten des Kurzschlussstromes geöffnet gehalten und erst dann wieder geschlossen.
FIG 7 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes 1 gemäß FIG 4 in einer dritten Ausführungsform. Die zweite
Schaltstelle 3 weist Trennkontakte 5 auf, welche im Kurzschlussfall mittels einer nicht weiter dargestellten Auslösemechanik offenbar sind. Die zweite Schaltstelle 3 betätigt einen mit der Auslösemechanik in einer Wirkverbindung stehen- den Aufhaltestößel 18. Durch den Aufhaltestößel 18 ist der zumindest eine Hauptkontakt 9 der ersten Schaltstelle 2 offenbar. Im Beispiel der vorliegenden FIG 7 sind drei Hauptkontakte 9 dargestellt.
Der Aufhaltestößel 18 ist vorzugsweise mechanisch an einen nicht weiter bezeichneten Trennkontaktschieber zum öffnen der Trennkontakte 5 gekoppelt. Zum öffnen kann die zweite Schaltstelle 3 z.B. ein Schaltschloss aufweisen, welches den Trennkontaktschieber betätigt. Der Aufhaltestößel 18 kann alterna- tiv direkt an das Schaltschloss gekoppelt sein. Typischerweise weist das Schaltschloss einen Federspeicher, wie z.B. eine Zylinderfeder aus Federstahl, auf. Der Federspeicher bzw. die Zylinderfeder wird im Kurzschlussfall zum öffnen der Trennkontakte 5 freigegeben.
Das Schaltschloss bzw. die Auslösemechanik kann hinsichtlich der im Kurzschlussfall freigegebenen mechanischen Kraft derart ausgebildet sein, dass die Hauptkontakte 9 der ersten Schaltstelle 2 über den Aufhaltestößel 18 aufgebrochen werden können. Wie eingangs bereits erläutert kann es insbesondere am Lebensdauerende des ersten Schaltmittels, das heißt in etwa nach Ablauf der für das erste Schaltmittel ausgelegten Anzahl von Schalthandlungen, zu Kontaktverschweißungen kommen. In einem solchen Fall kann auch eine Wiedereinschaltsperre, wie z.B. mittels einer Selbstverriegelung, vorhanden sein.
FIG 8 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Schaltgerätes mit einem Kontaktzuhaltesystem gemäß der Erfindung. Die FIG 8 unterscheidet sich von der FIG 4 dadurch, dass der Aktor 12 den zumindest einen Hauptkontakt 9 mittels eines Kontaktschiebers 11, H'' bis zur Abschaltung des Kurzschlussstromes durch die zweite Schaltstelle 3 geschlossen hält. Dadurch stellt sich kein Lichtbogen ein, welcher die Kontaktstücke
der Hauptkontakte 9 während des Kurzschlusses schädigen könnte. Ansonsten treffen die analog zu FIG 4 gemachten Ausführungen auf die vorliegende FIG 8 zu.
FIG 9 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes 1 gemäß FIG 8 in einer ersten Ausführungsform. Die FIG 9 unterscheidet sich von der FIG 5 dadurch, dass der Aktor 12 die Hauptkontakte 9 zumindest bis zum Kurzschlussende zuhält. Ansonsten treffen die analog zu FIG 5 gemachten Ausführungen auf die vorliegende FIG 9 zu.
FIG 10 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes 1 gemäß FIG 8 in einer zweiten Ausführungsform. Die FIG 10 unterscheidet sich von der FIG 6 dadurch, dass der zumindest eine Hauptkontakt 9 der ersten Schaltstelle 2 mittels des elektromagnetischen Aktors 12 als Reaktion auf das Steuersignal T zuhaltbar ist. Ansonsten treffen die analog zu FIG 6 gemachten Ausführungen auf die vorliegende FIG 10 zu.
FIG 11 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Schaltgerätes gemäß FIG 8 in einer dritten Ausführungsform. Die FIG 11 unterscheidet sich von der FIG 7 dadurch, dass die zweite Schaltstelle 3 einen mit der Auslösemechanik in einer Wirkverbindung stehenden Zuhaltestößel 19 betätigt, mittels wel- ehern der zumindest eine Hauptkontakt 9 der ersten Schaltstelle 2 zuhaltbar ist. Ansonsten treffen die analog zu FIG 7 gemachten Ausführungen auf die vorliegende FIG 11 zu.
FIG 12 zeigt ein Beispiel für einen elektromechanischen Aktor 12 mit einer Dämpfeinrichtung 15. Der Aktor 12 weist eine pneumatische Dämpfeinrichtung 15 auf. Erfindungsgemäß lässt die Dämpfeinrichtung 15 den betätigten Kontaktschieber 11, 11', H'' bzw. den betätigten Aufhalte- oder Zuhaltestößel 17, 18 nach Wegfall der elektrischen Erregung erst nach einer Verzögerungszeit δT in die Ausgangsstellung zurückfahren.
Der Aktor 12 ist beispielhaft ein Hub- oder Tauchmagnet mit einer konzentrisch ausgebildeten Tauchspule 14. Die Tauchspu-
Ie 14 wird zur Erregung von einem Strom i durchflössen. Im Inneren der konzentrischen Tauchspule 14 ist ein magnetischer Tauchkörper 16 beweglich angeordnet. Der Tauchkörper 16 wird bei Stromerregung gegen eine Feder 13 in die Tauchspule 14 hineingezogen. Der Tauchkörper 16 ist mit einem der in den vorherigen Figuren 4 bis 11 gezeigten Kontaktschiebern 11, 11', 11'' bzw. mit einem Aufhaltestößel 18 oder Zuhaltestößel 19 zur Betätigung der Hauptkontakte 9 verbunden. Beim Hineintauchen des Tauchkörpers 16 in die Tauchspule 14 verdrängt dieser die dazwischen liegende Luft. Die Luft entweicht ohne einen größeren Strömungswiderstand über eine als Dämpfeinrichtung 15 ausgebildete ringförmige Lippe. Nach Entregung der Tauchspule 14 fährt diese verzögert in die gezeigte Ruheposition zurück, da sich der ausbildende Unterdruck im Inne- ren der Tauchspule 14 nur langsam über die nun abdichtende ringförmige Lippe 15 abbauen kann. Die gezeigte Dämpfeinrich- tung 15 lässt den betätigten Kontaktschieber 11, 11', H'' bzw. den Auf- oder Zuhaltestößel 17, 18 erst nach einer Verzögerungszeit δT nach Wegfall der elektrischen Erregung in die Ausgangsstellung zurückfahren.
FIG 13 zeigt ein Beispiel für einen Magnetfeldkonzentrator in einem Kontaktzuhaltesystem Z eines Schaltgerätes 1 in einer Schnittdarstellung gemäß der Erfindung. Die erste Schaltstel- Ie 2 weist zumindest einen ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt 9 sowie zumindest einen Schaltantrieb mit einem beweglichen Anker auf. Aus Gründen der übersichtlichkeit sind der Schaltantrieb und der Anker nicht dargestellt. Zudem ist nur ein Hauptkontakt 9 zur Erläuterung des Wirkprinzips des Kon- taktzuhaltesystems Z dargestellt. Weiterhin weist der Hauptkontakt 9 feststehende Kontaktstücke 51a, 51b und eine bewegliche Kontaktbrücke 52 auf. Mit den feststehenden Kontaktstücken 51a, 51b sind vertikal dargestellte Zuführungen der Strombahnen L1-L3 sowie horizontal verlaufende Löschstrombah- nen 50a, 50b verbunden. Die Löschstrombahnen 50a, 50b führen zu Funkenlöschkammern 54 zur Löschung des beim Trennen des Hauptkontakts 9 entstehenden Lichtbogens. Mit dem Bezugszeichen i ist der bei gezeigter geschlossener Kontaktbrücke 52
über den Hauptkontakt 9 hinein- und herausfließende Strom bezeichnet.
Das Kontaktzuhaltesystem Z weist einen Magnetfeldkonzentrator mit einem insbesondere ü-förmigen Profil 53 aus einem magnetischen Werkstoff, wie z.B. Eisen oder Nickel, auf. Mit dem Bezugszeichen SF sind die beispielhaft planen Seitenflächen bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen OS ist die Oberseite des Profils 53 bezeichnet. Der Magnetfeldkonzentrator umgibt die feststehenden Kontaktstücke 51 sowie die bewegliche Kontaktbrücke 52 unter Einhaltung eines Mindestspannungsabstands bzw. einer Mindestluftstrecke.
Der Magnetfeldkonzentrator kann z.B. auch C-förmig ausgebil- det sein. Entscheidend ist, dass der Magnetfeldkonzentrator lediglich die bewegliche Kontaktbrücke 52 ohne Kontaktberührung mit den spannungs- und stromführenden Teilen des Schaltgerätes umgibt. Je nach zu trennender Spannung kann der Mindestabstand im Bereich von 1 mm bis 10 mm liegen. Weiterhin ist entscheidend, dass der Magnetfeldkonzentrator im Bereich der Kontaktbrücke halboffen ausgebildet ist.
Der Magnetfeldkonzentrator konzentriert bzw. verdichtet gemäß der Erfindung den magnetischen Fluss in dem Endbereich des U- förmigen Profils 53 bzw. des U-förmigen Bügels. In dem magnetischen Werkstoff des Profils 53 wird ein Magnetfeld erzeugt, welches im Kurzschlussfall die Kontaktbrücke 52 zusätzlich zur Kontaktfederkraft auf die feststehenden Schaltstücke 51a, 51b der ersten Schaltstelle drückt. Ein öffnen der Kontakt- brücke 52 wird wirksam unterbunden. Somit wird verhindert, dass der Hauptkontakt 9 verschweißen kann, bevor die Kurzschlussabschaltung durch die zweite Schaltstelle erfolgt. Der Hauptkontakt 9 der ersten Schaltstelle wird somit vorteilhaft zumindest für die Dauer eines Kurzschlusses zugehalten.
Der Magnetfeldkonzentrator ist, wie bereits in FIG 13 gezeigt, zweiteilig ausgeführt. Jeweils ein ü-förmiges Profil 53a, 53b des Magnetfeldkonzentrators ist im Bereich der bei-
den feststehenden Kontaktstücke 51a, 51b unter Einhaltung eines Mindestspannungsabstandes bzw. einer Mindestluftstrecke voneinander beabstandet angeordnet. Durch den Mindestspan- nungsabstand kann ein während der Kontaktunterbrechung auf- tretender Lichtbogen nicht den elektrischen „kürzeren" Weg über das elektrisch leitende Metallblech nehmen. Ein Löschen des Lichtbogens wäre unter Umständen nicht möglich.
Das U-förmige Profil 53 weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Schenkel einer derartigen Länge auf, dass die
Schenkelenden zur magnetischen Flusskonzentration zumindest in etwa im Bereich der Kontaktbrücke 52 angeordnet sind. Insbesondere liegen die Schenkelenden im Bereich der Kontaktbrücke 52 im geöffneten Zustand der Kontaktbrücke 52.
Das U-förmige Profil 53 kann an der Oberseite OS eine Aussparung für die Zuführung der Strombahnen L1-L3 aufweisen, wobei auch hier ein Mindestspannungsabstand bzw. eine Mindestluftstrecke zu den ström- und spannungsführenden Teilen der ers- ten Schaltstelle eingehalten werden sollte.
Ist gemäß einer weiteren Ausführungsform das U-förmige Profil 53 aus einem nichtleitenden magnetischen Werkstoff, wie z.B. Ferrit, hergestellt, so kann der Magnetfeldkonzentrator auf- grund der nichtleitenden Eigenschaften des Ferrits auch einteilig ausgeführt sein.
In der FIG 13 sind mit dem Bezugszeichen 55 Permanentmagnete bezeichnet. Die Permanentmagnete 55 können das U-förmige Pro- fil 53 bereits vormagnetisieren. Dadurch ist eine Ausbildung einer Magnetfeldkonzentration im Schenkelendenbereich möglich, ohne dass ein Strom i durch den Hauptkontakt 9 fließt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft bei Schaltgeräten zum Schalten von Gleichströmen bzw. von Gleichspannungen. Durch die Vormagnetisierung ist die bei einem Kurzschluss auf die Kontaktbrücke 52 zuhaltend wirkende Kraft besonders groß.
FIG 14 zeigt das Beispiel gemäß FIG 13 in einer Schnittdarstellung entlang der eingezeichneten Schnittlinie XIV-XIV. In dieser Darstellung ist das U-förmige Profil 53 des Magnet- feldkonzentrators besser erkennbar. Wie bereits zuvor be- schrieben sind auch andere Querschnittsformen möglich. Insbesondere müssen die Seitenflächen SF des Profils 53 nicht plan sein. Diese können z.B. auch gewölbt ausgebildet sein.
FIG 15 zeigt beispielhaft den Magnetfeldverlauf eines Magnet- feldkonzentrators in einer Schnittdarstellung und im Kurzschlussfall. Die Magnetfeldlinien sind mit dem Bezugszeichen MF bezeichnet. Der Schnitt durch den beispielhaften Magnet- feldkonzentrator erfolgt in etwa entlang der in FIG 13 gezeigten Schnittlinie XIV-XIV. Es ist der Magnetfeldverlauf nur für eine Hälfte des U-förmigen Profils 53 dargestellt.
Der Magnetfeldverlauf für den linken Teil des U-förmigen Profils 53 erhält man, indem der Magnetfeldverlauf für den rechten Teil des U-förmigen Profils 53 an der eingezeichneten senkrechten Linie gespiegelt wird.
Die FIG 15 zeigt beispielhaft das Ergebnis einer rechnerischen Simulation für den Magnetfeldverlauf in einem Kurzschlussfall. Das feststehende Kontaktstück 51b sowie die Kontaktbrücke 52 sind im Schnitt dargestellt. Die Kontaktbrücke 52 befindet sich im geschlossenen Zustand. Weiterhin ist die Stromrichtung des durch das feststehende Kontaktstück 51b und des durch die Kontaktbrücke 52 fließenden Stroms i eingetragen. In der gezeigten Schnittebene fließt der Strom i gegensinnig zueinander, das heißt er fließt bezüglich des festste- henden Kontaktstücks 51b senkrecht aus der Bildebene und bezüglich der Strombrücke 52 senkrecht in die Bildebene hinein.
Es wird angemerkt, dass die in FIG 15 gezeigte geometrische Lage des feststehenden Kontaktstückes 51b sowie der Kontakt- brücke 52 nicht mit der geometrischen Lage des in der FIG 13 und FIG 14 dargestellten feststehenden Kontaktstücks 51b sowie der Kontaktbrücke 52 übereinstimmt. Der Magnetfeldverlauf würde aber für die geometrische Anordnung der feststehenden
Kontaktstücke 51b sowie der Kontaktbrücke 52 gemäß FIG 13 und FIG 14 in ähnlicher Weise verlaufen.
Wie FIG 15 zeigt verdichten sich die Magnetfeldlinien MF im Schenkelendenbereich des Profils 53. Der an der Kontaktbrücke 52 eingezeichnete Pfeil zeigt die im Kurzschlussfall aufgrund der Magnetfeldverdichtung wirkende Kraft in Richtung des bzw. der feststehenden Kontaktstücke 51b. Die Kontaktbrücke 52 bleibt geschlossen.