DEVICE FOR RETURNING THE CONTACT CARRIER OF AN ELECTROMAGNETIC SWITCHING DEVICE, ESPECIALLY OF A PROTECTIVE CIRCUIT BREAKER

Abstract: An electromagnetic switching device has a magnet system with a hinged armature (15) which is connected to the contact carrier (37) via a connecting rod (26). A restoring spring arrangement is furthermore provided which presses the hinged armature (15) and thus the contact carrier back into an original position. In general, the contacts of the switching device are open when the magnet system is energised, and are closed in the unenergised state. The restoring spring arrangement is required to close them again. To simplify the design, the restoring spring arrangement is constructed as a restoring helical compression spring (40) which is supported on the one side on the hinged armature (15) and on the other side on a lever (28) which is mounted in a hinged manner on the housing (11), and which also abuts against the contact carrier (37). The drive train, which consists of the hinged armature (15), the restoring spring (40) and the lever (28), is always located outside the connecting line (T-T), which forms a dead-point line and connects the axis of rotation of the hinged armature (15) and the supporting axle of the lever (28) on the housing, so that a single helical compression spring ensures both the support of the hinged armature and the restoration of the contact carrier.

Description: Einrichtung zur Rückstellung des Kontaktträgers eines elektromagnetischen Schaltgerätes, insbesondere eines Schützes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bekannte, handelsübliche Schütze besitzen ein Elektromagnetsystem, dessen Magnetanker meist als linear bewegbarer Blechkern ausgebildet ist, der unter der Kraft von Druckfedern, vorzugsweise zwei an der Zahl, aus der angezogenen Lage in die abgefallene Lage bewegt bzw. gedrückt wird. Mit dem Magnetanker verbunden ist der Kontaktträger, damit die Bewegung des Magnetankers auf den Kontaktträger übertragen werden kann. Elektrische Schaltgeräte, deren Elektromagnetsystem ein Klappankersystem ist, sind bei Schützen nur in sehr geringem Umfang bekanntgeworden. Ein wesentliches Problem besteht nämlich darin, den doch relativ grossen Klappanker an dem meist L-förmigen Magnetjoch drehbar aufzulagern, wobei es auch Probleme gibt, die Rückstellfeder für den Klappanker mit letzterem zu verbinden. Demgemäss sind wenigstens zwei Federn erforderlich, nämlich eine Feder, die den Klappanker in seine Drehachse, d.h. also in ein Schneidenlager hineindrückt, und eine andere Feder, die als Rückstellfeder eingesetzt ist. In jedem Falle b¯enötigt man zwei und unter Umständen auch mehr Federn. Aufgabe der Erfindung ist es eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der lediglich eine Feder als Rückstellfeder vorgesehen ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Es handelt sich bei der erfindungsgemässen Ausgestaltung um ein Koppelgetriebe, bei dem mittels einer einzigen Feder sowohl der Klappanker in seine Auflagerung gedrückt als auch eine Rückstellung des Klappankers und damit auch des Kontaktträgers bewirkt wird. In zweckmässiger Ausgestaltung besitzt der Klappanker eine Schneide, die in die durch das an einer Gehäusewand direkt anliegende Joch und die Gehäusewand gebildete Ecke eingreift, wodurch die Drehachse des Klappankers gebildet wird. Dass die Schneide in diese Ecke hineingedrückt wird, ist der Rückstellfeder zu verdanken. Auf der dem Kern abgewandten Fläche des Klappankers ist in zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung ein Führungselement befestigt, an dem eine Öse angeformt ist, an der die Verbindungsstange angelenkt ist. Die Befestigung der Verbindungsstange am Kontaktträger kann über eine Traverse erfolgen, die schnappbar an dem Kontaktträger befestigt ist. Die Kraftübertragung von der Rückstellfeder auf den Kontaktträger erfolgt über eine Ubertragungsfläche am Hebel. Diese Übertragungsfläche ist kreisbogenförmig ausgebildet und zwar so, dass sie an der Berührungsfläche zum Kontaktträger bei Bewegung des Klappankers abwälzen kann. Aufgrund der erfindungsgemässen Ausgestaltung führt die Rückstellfeder keine lineare Bewegung in ihrer eigenen Achse aus, sondern eine Schwenkbewegung. Dadurch verändert sich die Kraftrichtung bezogen auf den Klappanker auf der einen Seite und auf den Kontaktträger auf der anderen Seite, so dass die auf den Kontaktträger wirkende Rückstellkraft einer Sinusfunktion folgen kann, wodurch zusätzlich noch Einsparungen am Magnetsystem getroffen werden können. Dadurch, dass die Rückstellkraft aus der einen Stellung des Kontaktträgers in die andere Stellung nicht der normalen Federkennlinie entspricht, sondern der modifizierten Federkennlinie, kann der erforderliche kraftaufwand, der mit dem Magnetsystem bewirkt werden muss, reduziert werden. Dadurch besteht auch die Möglichkeit, ein kleineres und damit preisgünstigeres Magnetsystem zu verwenden. Die Rückstellfeder ist vorzugsweise gemäss kennzeichnendem Teil des Anspruches 9 geführt, wodurch ein Ausknic- ken der Rückstellfeder verhindert ist (siehe auch DE-OS 33 35 712). Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen. Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin dungsgemässen elektromagnetischen Schaltge rätes, Fig. 2 eine Einzelheit aus dem Gerät gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine andere Stellung des Schaltgerätes der Fig. 1 und Fig. 4 eine Kraft-Wegkurve für das Schaltgerät gemäss Fig. 1. Das elektromagnetische Schaltgerät gemäss Fig. 1 besitzt ein Gehäuseunterteil 10 und ein mit diesem verbundenes Gehäuseoberteil 11. Das Gehäuseunterteil 10 nimmt im wesentlichen das Magnetankersystem 12 auf, das aus einem in nicht weiter dargestellter Weise am Gehäuseunterteil befestigten L-förmigen Magnetjoch 13, einem Magnetkern 14 und einem Klappanker 15 gebildet ist. Der Magnetkern 14 wird von einer Spule 16 umgeben, die in der Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. Der Klappanker 15 übergreift sowohl die freie Jochfläche 18 des Jochschenkels 17, der parallel zu dem Magnetkern 14 ausgerichtet ist. Die Jochfläche 18 bildet mit der Innenwandung 19 des Gehäuseunterteils 10 eine Ecke 20, in die eine Schneidekante 21 des Klappankers 15 hineingedrückt wird. Die Ecke 20 ist die Drehachse des Klappankers 15. Auf der oberen Fläche des Klappankers 15 ist ein Führungselement 22 befestigt, das einen Fortsatz 23 besitzt, der über die Schneidekante 21 hinausragt in eine Nut 24 im Gehäuseunterteils 10 und so für eine seitliche Fixierung des Klappankers 15 sorgt. Das Führungselement 22 besitzt eine Öse 25, die von einer Verbindungsstange 26 durchgriffen ist, so dass die Verbindungsstange 26 an der Öse 25 gelenkig angehängt ist. Das Führungselement 22 besitzt ferner annähernd in seiner Mitte eine Schneide 27. Der Mechanismus für die Rückstellung des Klappankers besitzt einen knieförmigen Hebel 28 (siehe Fig. 2), der am freien Ende seines Armes 29 eine kugelförmige Verdickung 30 aufweist, mit der er in einer Ecke 31 am Gehäuseoberteil 11 anliegt, so dass dort ein Lager gebildet ist, und zwar so, dass eine Verdrehung des Hebels 28 (auch Kniehebel 28 genannt) im Lager 30/31 möglich ist, nicht aber eine Verschiebung nach oben oder rechts. Der andere Arm 32 des Kniehebels 28 ist in der Fig. 2 näher dargestellt. Er besitzt einerseits auf seiner Innenseite zwei in Abstand zueinander liegende Hörner 34 und 33 und dazwischen eine kreisbogenartig verlaufende, konvexe Fläche 35, mit der der Arm 32 gegen eine Traverse 36 an einem Kontaktträger 37 (siehe Fig. 1) des Schützes anliegt. Auf der Aussenseite, also der dem Klappanker zugewandten Seite besitzt der Arm 32 andererseits eine keilförmige Nase 39. Diese Nase 39 befindet sich im wesentlichen genau der Nase 27 am Führungselement 22 gegenüber. Zwischen der Nase 39 und der Nase 27 ist eine Rückstellfeder 110 eingeschaltet, die von einem Federführungselement 41 gehalten ist. Das Federführungselement ist U-förmig gebogen und weist an den freien Schenkelenden Auflageplättchen 42 und 43 auf, die an den sich gegenüberliegenden Seiten Noppen 44 besitzen, die zur Führung der Schraubendruckfeder 40 dienen. Auf ihren Aussenflächen besitzen die Auflageplättchen 42 V-förmige Vertiefungen 45 und 46, die mit den Nasen 27 und 39 zusammenwirken. Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiges U-förmiges Federführungselement ein Ausknicken der Feder 40 bei der Betätigung verhindert. Dies dabei zurückzuführen, dass auf der einen Seite die freie Beweglichkeit der beiden Auflageplättchen 42 und 43 ermöglicht ist, dass aber aufgrund des Bügels 41 ein gleichzeitiges Verschwenken der beiden Auflageplättchen verhindert ist. Der Verbindungshebel 26 besitzt einen Durchbruch 50, durch den die Traverse 36 hindurchgreift, so daR über den Verbindungshebel bzw. die Verbindungsstange 26 der Klappanker mit dem Kontaktträger verbunden ist. Das aus dem Klappanker 15, der Feder 40 und dem Kniehebel 28 gebildete System besitzt eine Totpunktlage, die durch die Verbindungslinie T-T des Drehpunktes des Klappankers und des Drehpunktes des Kniehebels 28 definiert wird. Die Hebelanordnung ist so ausgelegt, dass sie ihre Totpunktlage T-T grundsätzlich nicht überschreitet. Dadurch wird immer eine Kraftkomponente in Richtung der Drehachse des Klappankers und in Richtung der Bewegung des Kontaktträgers in Schliessrichtung erzeugt, so dass mittels der einen Feder 40 der Klappanker 15 sowohl an Ort und Stelle gehalten als auch zurückgestellt werden kann. Die Fig. 3 zeigt die Anordnung gemäss Fig. 1 in angezogenem Zustand. Der Klappanker 15 befindet sich in der Nähe des Magnetjoches bzw. des Kernes 14 und zwar in einem geringfügigen Abstand a hierzu, damit der Klappanker nicht klebt. Zusätzlich ist die Feder 110 zusammengedrückt, aufgrund der Anordnung der Nase 39 bezogen auf die Verdickung 30 und damit Auflagerung des Kniehebels 28; durch die Verschwenkung der Hebelelemente hat sich der Abstand zwischen den beiden Nasen 27 und 39 verringert. Die Hebelanordnung befindet sich dabei immer noch oberhalb der Verbindungslinie T-T, die die Totpunktlage darstellt. Die Feder 40 ist bei der Bewegung des Hebelsystems nicht nur zusammengedrückt worden, sondern sie hat sich auch in ihrer Kraftrichtung bezogen auf den Drehpunkt T und die Bewegungsrichtung des Kontaktträgers 37 winkelig verschwenkt. Die Kraftkomponenten der Auflagerkraft des Klappankers und derjenigen Komponente, die in Bewegungsrichtung des Kontaktträgers verläuft, haben sich entsprechend einer Sinusfunktion beim Verschwenken der Feder 40 geändert. Dies ist anhand der Fig. 4 zu erläutern. Man erkennt eine graphische Darstellung der erforderlichen bzw. notwendigen Kontaktkraft bzw. Rückstellkraft K über dem Betätigungsweg S. Die Kurve A ist die Kraftbedarfskurve eines normalen Schützes, bei dem die Rückstellfeder lediglich linear zusammengedrückt wird. Die Kurve besitzt einen Bereich Al, in dem lediglich die Rückstellfedern zusammengedrückt werden, und zwar ausgehend von der Stellung Kontakte offen", die dem abgefallenen Zustand des Magnetsystems entspricht. Nach einem gewissen Weg schliessen die Kontakt, so dass bei Ss die Kurve A von dem Bereich A1 sprunghaft übergeht in den Bereich A2, wobei die Steigung A2 eine Kurve darstellt, die der gekoppelten Federelastizität der Rückstellfeder und der Kontaktkraftfedern entspricht. Die Kurve MA deutet die mit dem Magnetsystem zu erzielende Magnetkraft an; sie muss in jedem Falle immer grö sser sein als die Kontaktkräfte, um die Kräfte, die von der Rückstellfeder bzw. den Rückstellfedern und den Kontaktkraftfedern herrühren, immer überwinden zu können. Demgemäss liegt die Kurve MA immer oberhalb der Kurve A. Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung und Anordnung der Rückstellfeder 40 verändert sich die Kurve A in die Kurve B; durch die Sinus-Funktion beim Verschwenken der Feder erhält man eine leicht in Richtung ¯Schliessen der Kontakte" abfallende Kurve. Durch geeignete geometrische Ausbildung kann natürlich jede gewünschte Kurve bzw. jeder gewünschte Kurvenverlauf B erzielt werden. Man kann zum einen ein noch stärkeres Abfallen erzielen; man kann eine annähernd konstante Kurve B erreichen oder man kann den Kurvenverlauf der Kraftkurve A annähern. Es hat sich als optimal herausgestellt, die Kurve B so zu gestalten, dass sie in Richtung der Schliessbewegung leicht abfällt. Im Bereich Ss liegt dann die Kurve B deutlich unter dem Bereich Al, und zwar um den Betrag E genau im Punkt Ss. Demgemäss verschiebt sich auch der Bereich A2 um den Betrag E nach unten, wobei allerdings die Kurve B2 nicht parallel zu dem Bereich A2 und auch nicht parallel zu der Kurve B im Bereich links von der Stelle Kontaktschliessen verläuft. Die hierdurch erzeugte tatsächliche Magnetkraftbedarfskurve ist die die Kurve Mg, die deutlich unterhalb der Kurve MA liegt, woraus ersichtlich ist, dass das Magnetsystem schwächer ausgebildet sein kann, als das handels üblicher Anordnungen. Die Auflagestelle des Hebels 28 an der Traverse 36 ist, wie oben erwähnt, als kreisbogenförmige Fläche 35 ausgebildet. Dadurch erfolgt mehr ein Abwälzen der Fläche 35 an der Traverse 36 beim Verschwenken des Hebels 28 als ein Verschieben, so dass die Reibungskraft zwischen der Traverse 36 und der Wälzfläche 35 ebenfalls verringert ist, wodurch der Kraftbedarf des Magnetsystems noch weiter verringert werden kann. Mit der erfindungsgemässen Anordnung wird ein Hebelsystem vorgestellt, das keine Überschreitung einer Totpunktlage aufweist. Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung werden mehrere Federn eingespart, in dem lediglich eine einzige Feder für die Funktion Rückstellung und Erzeugung des Lagerdrucks erforderlich wird.

Claims: Device for resetting the contact carrier (37) of an electromagnetic switch gear, having a magnet system with clapper-type armature (15) which is connected to the contact carrier (37) via a connecting rod (26), and having a restoring spring which is supported on the one hand on the clapper-type armature (15) which presses the clapper-type armature which can rotate around a fixed pivot bearing and thus the contact carrier back into the initial position, such that a power component which presses the clapper-type armature (15) into its pivot bearing and a power component which acts in the closing direction of the contact carrier are continuously produced by the restoring spring (40), characterised in that the restoring spring (40) is supported on the other hand on a lever (28) which is mounted in an articulated manner on the housing (11) and rests against the contact carrier (37), and in that the clapper-type armature (15), which can be rotated about the pivot bearing (20, 21), the restoring spring (40) and the lever (28) form a train of gears and the connecting points of the restoring spring (40) on the clapper-type armature (15) and on the lever (28) lie permanently outside the connecting line (T-T) forming a dead-centre line, which connecting line connects the centre axis of the pivot bearing (20, 21) of the clapper-type armature (15) and the pivot point of the lever (28) on the housing. Device according to Claim 1, characterised in that the clapper-type armature (15) has a cutter (21) which engages in the corner formed by the yoke (13), resting tightly against a wall of the housing (10) and the wall and thus forming the pivot bearing of the clapper-type armature (15). Device according to Claim 2, characterised in that mounted on the clapper-type armature (15) is a prolongation (23) which projects beyond its pivot bearing and engages in a groove (24) on the housing and thus guides the clapper-type armature laterally. Device according to Claim 3, characterised in that fastened on the surface of the clapper-type armature (15) facing away from the magnet core (14) is a guide element (22) on which the prolongation (23) is formed. Device according to Claim 4, characterised in that formed onto the guide element (22) is a lug (25) to which the connecting rod (26) is coupled. Device according to one of the previous claims, characterised in that the connecting rod (26) encloses a retaining cross-member (36) mounted on the contact carrier (37). Device according to one of the previous claims, characterised in that formed onto the lever (28) is a convex, approximately circular arc-shaped rolling surface (35), the convex side of which is pressed against a pressure surface on the contact carrier and, when the clapper-type armature and thus also the lever (28) move, rolls against the pressure surface on the contact carrier (37). Device according to Claim 7, characterised in that the pressure surface is formed on the cross-member (36). Device according to one of the preceding claims, characterised in that the restoring spring (40) is guided on a spring guide element (41) which has two support plates, connected to one another, for the restoring spring, there being V-shaped grooves (45, 46) provided on the outer surface of the support plates, which grooves co-operate with noses (27, 39) formed onto the guide element (22) and onto the lever (28) in order to form two cutting bearings facing one another.

Inventors: CWETANSKI, GEORGI, KUPFERSCHMITT, ROLAND
Applicants: ASEA BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: H01H50
IPC codes: H01H50, H01F7, H01H73