WO1996028835A1 - Schaltgerät, insbesondere luftschütz für den niederspannungsbereich - Google Patents
Schaltgerät, insbesondere luftschütz für den niederspannungsbereich Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a switching device, in particular an air contactor for the low-voltage range, with a contact arrangement comprising at least one fixed contact on a carrier and at least one moving contact, preferably two moving contacts on a switching bridge, and with an associated electromagnetic drive with a movable armature and with a contact force spring for power transmission from the moving armature to the moving contacts.
- the switch contacts of switches and / or contactors usually have contact pieces made of hard materials specially developed for resistance under the conditions of the switching arc.
- the contacts are moved with high acceleration by the drive system, which is generally formed by an electromagnet in the air contactors which are preferably used in the low-voltage range. The latter can lead to repeated bouncing of the contacts when switched on and, as a result, in particular when switched on under voltage, cause premature wear due to the erosion effect of the arcs ignited during the bruises between the contact surfaces.
- the object of the invention is to specify further measures with which contact bounce is reduced without aging processes occurring. This is intended to increase the service life of switches and contactors.
- the contact force spring has viscoelastic properties.
- the viscoelastic properties of the contact force spring are preferably achieved by covering the spring wire with a tough elastic layer.
- the tough elastic layer consists of a material with high internal friction. Elastomers and / or thermosets are suitable for this material.
- the material can be a polyurethane elastomer (PUR) or a polyurethane (PUR) casting resin.
- PUR polyurethane elastomer
- PUR polyurethane
- Anchor is connected via a spring clip 3 to a contact bridge 5 with moving contacts 6.
- a contact force spring 4 Arranged within the spring clip 3 is a contact force spring 4 which is held in position by means of a retaining pin 2 and generates the actual contact force via its spring force via the spring clip 3.
- the contactor mechanism shown is constructed symmetrically to a center line, so that two moving contacts 6 are present at the ends of the bridge 5.
- the moving contacts 6 are each assigned fixed contacts 7, which are arranged with metallic contact carriers 10 and current leads 9 on insulating rigid mounting surfaces. Between the moving contacts 6 and the fixed contacts 7 there is a contact opening h of variable height, the value of which can vary from 0 (contact closure) to a maximum value which is referred to as the contact stroke.
- the spring 4 consists of a selected spring steel, which ensures the required spring-elastic properties over the entire life of the contactor.
- the contact force spring 4 in FIG. 1 consists of a spring-elastic, preferably metallic core 41 which is provided with a tough-elastic covering layer 42.
- the wrapping layer 42 has a damping effect on the spring properties.
- a suitable sheathing 42 of the spring wire 41 constructing the contact springs 4 with the tough elastic layer is realized by a material with high internal friction. Elastomers and / or thermosets, for example, are suitable for this.
- polyurethane (PUR) elastomers and PUR casting resins are particularly suitable because of their high mechanical damping, their high wear resistance and because of their resistance to lubricants and many solvents.
- filled plastics in particular filled thermoplastics and filled thermosets, can also be used. If necessary, other plastics with corresponding mechanical material properties, such as rubbers, silicones, or epoxy resins with and without fillers, are also possible.
- the dynamic behavior of a spring 4 used in FIG. 1 made of elastic spring wire 41 and damping sheathing 42 made of tough-elastic material can be determined, for example, according to the Voigt-Kelvin model of elasticity theory by the parallel Circuit of an undamped spring and an attenuator are described.
- the dynamic calculation program DEKOMA ® already mentioned at the beginning, can be used for the quantitative calculation of the movement sequence.
- the partial diagrams a) to f) shown in FIG. 2 show the results of the latter calculations:
- the time behavior of the contact opening h from FIG. 1 is shown, i.e. an amplitude as a function of time when the contacts close.
- the closing speed is the same in all partial diagrams.
- the model arrangement of the partial diagrams differs only in the damping of the viscoelastic sheath 42.
- Spring and damping values of a parallel connection of three contact springs for a three-phase contactor were used for the calculation.
- the spring constant of the spring wire 41 and its pretension are uniformly 3060 N / m or 39 N.
- the values given are three-thirds because the calculation relates to the parallel connection of three contact pairs for a three-phase contactor.
- the sub-figures 2a) to 2f) show that the optimal damping is in the range from 50 Ns / m to approximately 100 Ns /, corresponding to the sub-figures 2d) and 2e).
- the bounce openings - compared to the diagram in sub-figure 2a) - are greatly reduced without any damping, both in number and in amplitude. If the damping is too high, for example 200 Ns / m, which is shown in the partial figure 2f), the armature movement is braked too much and the contacts do not remain closed since the electromagnet does not close fully.
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Abstract
Üblicherweise haben solche Schaltgeräte eine Kontaktanordnung aus wenigstens einem Festkontakt auf einem Träger und wenigstens einem Bewegkontakt, vorzugsweise zwei Bewegkontakte an einer Schaltbrücke. Dabei ist ein zugehöriger elektromagnetischer Antrieb mit bewegbarem Antrieb sowie mit einer Kontaktkraftfeder zur Kraftübertragung vom bewegten Anker auf die Bewegkontakte vorhanden. Gemäß der Erfindung besitzt die Kontaktkraftfeder (4, 41, 42) viskoelastische Eigenschaften. Die viskoelastischen Eigenschaften der Kontaktkraftfeder (4) werden vorzugsweise durch Umhüllung des Federdrahtes (41) mit einer zähelastischen Schicht (42) realisiert. Für die Umhüllung (42) kommen Elastomere und/oder Duroplaste sowie Verbundwerkstoffe in Frage.
Description
Beschreibung
Schaltgerät, insbesondere Luftschütz für den Niederspannungs- bereich
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät, insbesondere Luftschütz für den Niederspannungsbereich, mit einer Kon¬ taktanordnung aus wenigstens einem Festkontakt auf einem Träger und wenigstens einem Bewegkontakt, vorzugsweise zwei Bewegkontakte an einer Schaltbrücke, und mit einem zuge¬ hörigen elektromagnetischen Antrieb mit bewegbarem Anker sowie mit einer Kontaktkraftfeder zur Kraftübertragung vom bewegten Anker auf die Bewegkontakte.
Die Schaltkontakte von Schaltern und/oder Schützen besitzen üblicherweise Kontaktstücke aus harten, speziell für die Beständigkeit unter den Bedingungen des Schaltlichtbogens entwickelten Werkstoffen. Um schnelles Schalten zu erreichen, werden die Kontakte durch das Antriebssystem, das im allge- meinen bei den vorzugsweise im Niederspannungsbereich ein¬ gesetzten Luftschützen durch einen Elektromagneten gebildet ist, mit hoher Beschleunigung bewegt. Letzteres kann beim Einschalten zu wiederholtem Prellen der Kontakte führen und dadurch, insbesondere beim Einschalten unter Spannung, einen vorzeitigen Verschleiß durch die Erosionswirkung der bei den Prellungen zwischen den Kontaktflachen gezündeten Lichtbogen bewirken.
Mit der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 43 31 554 A wird zur Verminderung des Kontaktprellens ein Schaltgerät mit einer Abfangvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Abfang- vorrichtung vom angezogenen Anker des elektromagnetischen Antriebs über Federglieder teilentkoppelt ist und aus min¬ destens einem der Kontaktbewegung parallelgeschalteten Dämpfungskόrper mit vorgegebener innerer Reibung besteht, wobei der Dämpfungskörper auf dem Träger für den Festkontakt seitlich zur Bewegungsrichtung neben der Kontaktanordnung
montiert ist. In der älteren Patentanmeldung werden der Stand der Technik und die darin vorhandenen vielfältigen Versuche zur Beherrschung des Problemes des Kontaktprellens über die Dämpfung umfassend abgehandelt. Dabei wird auf ein geeignetes Rechenprogramm zur Berechnung dynamischer ebener Systeme ge- koppelter Massenpunkte (DEKOMA®) hingewiesen, mit dem sich der vollständige dynamische Bewegungsablauf eines Schütz¬ modells berechnen läßt.
Weiterhin ist aus der DE 23 15 456 B eine Anordnung mit einem Dämpfungskorper bekannt, der innerhalb der Windungen der Kontaktkraftfeder angeordnet ist, und in gleichem Maße wie diese komprimiert wird. Damit kann eine wirksame Verminderung des Prellens erreicht werden. Nachteilig ist allerdings, daß der dort vorgeschlagene Dampfungskorper als eigenes Bauteil, z.B. als in die Kontaktfeder eingesteckter Hohlzylinder, form- und kraftschlussig mit den beiden in ihrer gegen¬ seitigen Beweglichkeit zu dampfenden Bauteilen verbunden sein muß und dabei einem Verschleiß durch Abrieb an den Windungen der im allgemeinen schraubenförmigen Kontaktfedern ausgesetzt ist. Dieser Verschleiß verringert die Lebensdauer der Damp¬ fungskörper, die bei einem Schütz üblicherweise einige 10^ Schaltspiele betragen muß. Außerdem erfordert die Herstellung und Montage der Dämpfungskorper einen zusätzlichen Ferti- gungsaufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, weitere Maßnahmen anzugeben, mit denen das Kontaktprellen vermindert wird, ohne daß Alterungsprozesse entstehen. Damit soll die Lebensdauer von Schaltern und Schützen erhöht werden.
Die Aufgabe ist erfmdungsgemaß dadurch gelöst, daß die Kon¬ taktkraftfeder viskoelastische Eigenschaften besitzt. Vor¬ zugsweise werden die viskoelastischen Eigenschaften der Kon- taktkraftfeder durch Umhüllung des Federdrahtes mit einer zähelastischen Schicht realisiert. Dabei besteht die zah- elastische Schicht aus einem Material hoher innerer Reibung.
Für dieses Material kommen Elastomere und/oder Duroplaste in Frage. Insbesondere kann das Material ein Polyurethan-Elasto¬ mer (PUR) oder auch ein Polyurethan (PUR) -Gießharz sein. Bei¬ spielsweise eignen sich als Materalien ein bekannter Zwei- Komponenten-Kleber und/oder ein gefülltes Material mit einem unelastischen oder nur wenig elastischen Füllstoff.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand der Zeich- nung in Verbindung mit den Schutzansprüchen. Es zeigen
FIG 1 einen Ausschnitt aus der Schaltkontaktanordnung eines
Schützes und FIG 2 anhand von sechs Teildiagrammen den Einfluß der Dämpfung von viskoelastischen Kontaktfedern auf das
Prellen der Kontakte.
In FIG 1 ist die Mechanik eines bekannten Schützes darge¬ stellt, bei der ein isolierender Kontaktbrückenträger 1 als Verlängerung des (nicht dargestellten) elektromagnetischen
Ankers über einen Federbügel 3 mit einer Kontaktbrücke 5 mit Bewegkontakten 6 verbunden ist. Innerhalb des Federbügels 3 ist eine Kontaktkraftfeder 4 angeordnet, die mittels eines Haltestiftes 2 in Position gehalten wird und durch ihre Federkraft über den Federbügel 3 die eigentliche Kontaktkraft generiert .
Die dargestellte Schützmechanik ist symmetrisch zu einer Mittellinie aufgebaut, so daß zwei Bewegkontakte 6 an den Enden der Brücke 5 vorhanden sind. Den Bewegkontakten 6 sind jeweils Festkontakte 7 zugeordnet, die mit metallischen Kon¬ taktträgern 10 und Stromzuführungen 9 auf isolierenden star¬ ren Montageflächen angeordnet sind. Zwischen Bewegkontakten 6 und Festkontakten 7 besteht eine in der Höhe variable Kon- taktöffnung h, deren Wert von 0 (Kontaktschluß) bis zu einem Maximalwert, der als Kontakthub bezeichnet wird, variieren kann.
Beim Stand der Technik besteht die Feder 4 aus einem aus¬ gewählten Federstahl, der die geforderten federelastischen Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer des Schützes ge- währleistet.
Erfindungsgemäß besteht die Kontaktkraftfeder 4 in FIG 1 aus einem federelastischem, vorzugsweise metallischen Kern 41, der mit einer zähelastischen Umhüllungsschicht 42 versehen ist. Die Umhüllungsschicht 42 hat eine dämpfende Wirkung auf die Federeigenschaften.
Bei einem Aufbau einer Kontaktkraftfeder 4 aus einem vorge¬ gebenen Federdraht 41 und einer geeigneten dämpfenden Umhül- lungsschicht 42 ergibt sich insgesamt ein viskoelastisches
Verhalten. Im einzelnen wird eine geeignete Umhüllung 42 des die Kontaktfedern 4 aufbauenden Federdrahtes 41 mit der zäh¬ elastischen Schicht durch ein Material hoher innerer Reibung realisiert . Dafür bieten sich beispielsweise Elastomere und/ oder Duroplaste an.
Für die Praxis sind insbesondere Polyurethan(PUR) -Elastomere und PUR-Gießharze wegen ihrer hohen mechanischen Dämpfung, ihrer hohen Verschleißfestigkeit und wegen ihrer Beständig- keit gegen Schmiermittel und viele Lösungsmittel geeignet.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der die Dämpfung bestimmenden inneren Reibung können auch gefüllte Kunst¬ stoffe, insbesondere gefüllte Thermoplaste und gefüllte Duroplaste, verwendet werden. Gegebenenfalls sind auch andere Kunststoffe mit entsprechenden mechanischen Materialeigen¬ schaften, wie Kautschuke, Silikone, oder aber Epoxidharze mit und ohne Füllstoffe möglich.
Das dynamische Verhalten einer in FIG 1 verwendeten Feder 4 aus elastischem Federdraht 41 und dämpfender Umhüllung 42 aus zähelastischem Material kann beispielsweise nach dem Voigt- Kelvin-Modell der Elastizitätεtheorie durch die Parallel-
Schaltung einer ungedämpften Feder und eines Dämpfungsgliedes beschrieben werden. Zur quantitativen Berechnung der Bewe¬ gungsablaufs läßt sich das eingangs bereits erwähnte Dynamik- Rechenprogramm DEKOMA® verwenden.
Die in FIG 2 dargestellten Teildiagramme a) bis f) zeigen die Ergebnisse letzterer Berechnungen: Dargestellt ist das zeit¬ liche Verhalten der Kontaktöffnung h aus FIG 1, d.h. eine Amplitude als Funktion der Zeit beim Schließen der Kontakte. Die Schließgeschwindigkeit ist in sämtlichen Teildiagrammen dieselbe. Die Modellanordnung der Teildiagramme unterscheidet sich ausschließlich durch die Dämpfung der viskoelastischen Umhüllung 42. Für die Berechnung wurden Feder- und Dämpfungs¬ werte einer Parallelschaltung von drei Kontaktfedern für ein dreiphasiges Schütz verwendet. Die Federkonstante des Feder¬ drahtes 41 und seine Vorspannung betragen einheitlich 3060 N/m beziehungsweise 39 N. Für die einzelne Feder sind die angegebenen Werte zu dritteln, weil sich die Rechnung auf die Parallelschaltung von drei Kontaktpaaren für ein drei- phasiges Schütz bezieht.
Aus den Teilfiguren 2a) bis 2f) ergibt sich, die optimale Dämpfung im Bereich von 50 Ns/m bis etwa 100 Ns/ liegt, ent¬ sprechend den Teilfiguren 2d) und 2e) . Hier sind die Prell- Öffnungen - im Vergleich zum Diagramm gemäß Teilfigur 2a) - ohne jegliche Dämpfung sowohl nach Anzahl als auch nach der Amplitude stark verringert. Bei zu großer Dämpfung von bei¬ spielsweise 200 Ns/m, die in der Teilfigur 2f) dargestellt ist, wird dagegen die Ankerbewegung zu stark gebremst, und die Kontakte bleiben nicht geschlossen, da der Elektromagnet nicht voll schließt.
Claims
1. Schaltgerät, insbesondere Luftschütz für den Niederspan¬ nungsbereich, mit einer Kontaktanordnung aus wenigstens einem Festkontakt auf einem Träger und wenigstens einem Bewegkon¬ takt, vorzugsweise zwei Bewegkontakte an einer Schaltbrücke, und mit einem zugehörigen elektromagnetischen Antrieb mit bewegbarem Anker sowie mit einer Konaktkraftfeder zur Kraft¬ übertragung vom bewegten Anker auf die Bewegkontakte, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontakt- kraftfeder (_4,41,42) viskoelastische Eigenschaften besitzt.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die viskoelastischen Eigen- Schäften der Kontaktkraftfeder (_4) durch Umhüllung eines Federdrahtes (41) mit einer zähelastischen Schicht (42) realisiert sind.
3. Schaltgerät nach Anspruch 2, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die zähelastische Schicht
(42) aus einem Material hoher innerer Reibung besteht.
4. Schaltgerät nach Anspruch 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß als Material für die Umhüllung (42) des Federdrahtes (41) Elastomere und/oder Duroplaste verwendet werden.
5. Schaltgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Material ein Polyurethan- Elastomer (PUR) ist.
6. Schaltgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Material ein Polyurethan (PUR) -Gießharz ist.
7. Schaltgerät nach Anspruch 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Material ein Zwei- Komponenten-Kleber ist.
8. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Material ein gefülltes Material mit einem unelastischen oder nur wenig elastischen Füllstoff ist.
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Legal Events
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| AL | Designated countries for regional patents |
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