CH647356A5 - Strombegrenzender ueberstromselbstschalter. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Überstromselbstschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei handelt es sich um einen Überstromselbstschalter, der im Kurzschlussfalle den über den Schalter fliessenden Kurzschlussstrom auf einen Wert begrenzt, der unter der sich an sich aus dem elektrischen Widerstand des Stromkreises ergebenden Kurzschlussstromstärke liegt.

Überstromselbstschalter finden in elektrischen Installationen von Industrie, Gewerbe und Haushalt als Schutz gegen durch Überströme verursachte Schäden weitverbreitete

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Anwendung. Mit dem steigenden Bedarf an elektrischer Energie ist auch die Kapazität der diese zur Verfügung stellenden elektrischen Energiequellen entsprechend gesteigert worden, so dass im Falle eines Kurzschlusses extrem hohe Kurzschlussströme durch Verteiler- und Verbraucherkreise fliessen können. Herkömmliche Überstromselbstschalter sind deshalb nicht mehr in der Lage, ihnen nachgeschaltete Geräte im Kurzschlussfall zuverlässig vor schweren Schäden zu schützen.

Daher sind strombegrenzende Überstromselbstschalter entwickelt worden, die einen besseren Schutz der Stromkreise bieten, die an ein Netz oder eine Stromquelle angeschlossen sind, die im Kurzschlussfall sehr hohe Kurzschluss- bzw. Fehlerströme entstehen lassen können.

Bei einer bekannten Bauart eines solchen strombegrenzenden Überstromselbstschalters wird die strombegrenzende Wirkung durch einen im Kurzschlussfall eine extrem schnelle Kontakttrennung herbeiführenden Schaltmechanismus erreicht. Durch diese schnelle Kontakttrennung entsteht ein Lichtbogen zwischen den beiden Schaltkontakten, dessen Lichtbogenspannung sich schnell der Systemspannung nähert, so dass der Stromfluss zwischen den Kontakten begrenzt wird.

Obwohl die Leistungsfähigkeit dieser bekannten strombegrenzenden Selbstschalterbauart für gewisse Anwendungen ausreicht, wäre ein Überstromselbstschalter mit noch besserer Strombegrenzung wünschenswert. Ausserdem sind die bekannten strombegrenzenden Überstromselbstschalter teuer in der Herstellung und in ihren Abmessungen ziemlich gross, so dass ihre Einsatzmöglichkeiten dadurch begrenzt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen strombegrenzenden Überstromselbstschalter der eingangs genannten Art im Sinne einer Verbesserung seiner Strombegrenzungsfähigkeit auszubilden, wobei gleichzeitig seine Einsatzmöglichkeiten durch kompaktere Abmessungen und kostengünstigere Herstellbarkeit verbessert werden sollen.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Durch die von der Bewegung des Kontaktarmträgers unabhängige Kippmöglichkeit des daran angelenkten ersten Kontaktarms kann dieser im Kurzschlussfall durch die auf ihn einwirkende elektrodynamische Kraft sçhnell und unabhängig von der Geschwindigkeit des Ansprechens der Auslöseeinrichtung und der Öffnungsbewegung des Kontaktarmträgers im Sinne einer Kontakttrennung gekippt werden, so dass eine Begrenzung der Überstromstärke eintritt. Der aufgrund der Auslösung der auf den Überstrom ansprechenden Auslöseeinrichtung in die Offenstellung kippende Kontaktarmträger erfasst dann mit dem an ihm angeordneten Anschlag den zuvor unabhängig von ihm im Sinne einer Kontakttrennung gekippten ersten Kontaktarm, bevor dieser sich unter dem Einfluss seiner Vorspannung wieder in Kontakt-schliessrichtung bewegt hat.

Im Kurzschlussfall entstehen auf die beiden Kontaktarme wirkende elektrodynamische Kräfte, die eine gegenseitige Abstossung der beiden Kontaktarme bewirken, und das Magnetjoch wird bei solch starken Überströmen so stark magnetisiert, dass eine schnelle und weite Kontakttrennung durch schnelle Bewegung der beiden Kontaktarme in entge-gengesetzen Richtungen erfolgt.

Zur Verhinderung eines Zurückkippens des am Kontaktarmträger angelenkten ersten Kontaktarms kann gemäss Anspruch 9 ein federndes Sperrelement vorgesehen sein, welches den im Sinne einer Kontakttrennung gekippten ersten Kontaktarm in der gekippten Stellung arretiert, bis der Schaltmechanismus die Offenstellung erreicht. Alternativ dazu kann gemäss Anspruch 11 ein mit dem ersten Kontaktarm gekuppelter Betätigungsnocken vorgesehen sein, der beim Kippen des ersten Kontaktarms im Sinne einer Kontakttrennung die Auslöseeinrichtung betätigt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen mehrpoligen strombegrenzenden Überstromselbstschalter nach der Erfindung, wobei die Schaltkontakte in der Schliessstellung dargestellt sind und ihre Offenstellung strichpunktiert angedeutet ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine äussere Poleinheit des in Fig. 1 gezeigten Überstromselbstschalters,

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 durch den Überstromselbstschalter im ausgelösten Zustand,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 und 3 durch den Überstromselbstschalter nach überstrombedingter Kontakttrennung,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, gemäss welcher der Überstromselbstschalter mit einer Verriegelung zur Kontaktarmsperrung nach einer überstrombedingten Kontakttrennung versehen ist.

Fig. 6 einen ähnlichen Schnitt durch eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung, gemäss welcher der Überstromselbstschalter mit einer bei überstrombedingter Kontakttrennung tätig werdenden Auslösebetätigung ausgestattet ist, und

Fig. 7 eine Einzelheit eines Rückstellmechanismus des Überstromselbstschalters nach Fig. 6.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche bzw. entsprechende Teile.

Fig. 1 zeigt einen dreipoligen strombegrenzenden Überstromselbstschalter 3 mit einem isolierenden Gehäuse 5 und einem darin untergebrachten Hochgeschwindigkeits-Schalt-mechanismus 7. Das Gehäuse 5 besteht aus einem isolierenden Sockel 9 mit im wesentlichen ebener Unter- bzw. Rückseite und einem daran befestigten isolierenden Deckel 11. Weiter enthält das Gehäuse 5 isolierende Trennwände, welche das Gehäuseinnere in drei nebeneinanderliegende Kammern zur Aufnahme jeweils einer Poleinheit des Schalters unterteilen.

Der Schaltmechanismus 7 weist einen einzigen Betätigungsmechanismus 13 und einen einzigen Verriegelungsmechanismus 15 auf, die in der mittleren Poleinheit angeordnet sind. Weiter weist der Schaltmechanismus 7 in jeder der drei Poleinheiten jeweils eine gesonderte thermische Auslöseeinrichtung 16 und eine elektromagnetische Hochgeschwindig-keits-Auslöseeinrichtung 17 auf.

Jede Poleinheit des Schalters enthält ein Schaltkontaktpaar, dessen beide miteinander zusammenwirkende Schaltkontakte 19 und 21 jeweils an einem oberen Kontaktarm 20 und einem unteren Kontaktarm 22 angeordnet sind. Ferner enthält jede Poleinheit eine Funkenlöscheinrichtung 23. Der obere Schaltkontakt 19 ist über den aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden oberen Kontaktarm 20 elektrisch mit einem flexiblen Leiter 24 verbunden, der seinerseits über einen Leiterstreifen 25, die thermische Auslöseeinrichtung 16 und die magnetische Auslöseeinrichtung 17 mit einem Anschluss 26 verbunden ist. Der untere Schaltkontakt 21 ist über den ebenfalls aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden unteren Kontaktarm 22, einen flexiblen Leiter 27 und einen Leiterstreifen 28 elektrisch mit einem weiteren Anschluss 29 verbunden. Bei gemäss Fig. 1 geschlossenem Schalter 3 verläuft demgemäss ein Strompfad vom Anschluss 26 über den Leiterstreifen 25, den flexiblen Leiter 24, den oberen Kontaktarm 20, den oberen Schaltkontakt 19, den unteren Schaltkontakt 21, den unteren Kontaktarm 22, den flexiblen Leiter 27 und den Leiterstreifen 28 zum Anschluss 29.

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Der obere Kontaktarm 20 ist mittels eines Drehzapfens 30 kippbar an einem seinerseits kippbaren Reiter 32 angelenkt, der mittels einer Klammer 34 fest auf einer isolierenden Schiene 35 befestigt ist und mit dieser zusammen einen Kontaktarmträger bildet. Demzufolge ist der Kontaktarm 20 unabhängig vom Kontaktarmträger 32,35 um die durch den Drehzapfen 30 gebildete Achse kippbar, die parallel und mit Abstand zur Kippachse des Kontaktarmträgers verläuft. Eine zwischen dem linken bzw. hinteren Ende des oberen Kontaktarms 20 und einem am Reiter 32 befestigten Winkel 37 angeordneten Zugfeder 36 drängt den oberen Kontaktarm 20 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bezüglich des Reiters 32, indem sie das hintere Ende dieses Kontaktarms gegen einen am Reiter 32 angeordneten Anschlag vorspannt. Bei normalen Stromstärken des über den Schalter 3 fliessenden Stromes kippen daher der obere Kontaktarm 20 und der Reiter 32 jeweils gemeinsam mit der Schiene 35 als eine Einheit.

Der einzige Betätigungsmechanismus 13 ist, wie schon gesagt, in der mittleren Poleinheit des dreipoligen Überstromselbstschalters angeordnet und an zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten, in der mittleren Poleinheit am Gehäusesockel 9 befestigten starren metallenen Halteplatten 41 gehaltert. Ein als Bügel in Form eines kopfstehenden U ausgebildeter Betätigungshebel 43 ist drehbar in den beiden Halteplatten 41 gelagert, wobei die Schenkelenden des Betätigungshebels 43 in U-förmigen Einschnitten 56 der Halteplatten 41 liegen.

Der Betätigungshebel 43 greift mit einer daran angeordneten Nase 44 in eine Öffnung einer Schiebeplatte 46, die mittels einer Halteplatte 47 gleitend verschiebbar im Gehäusedeckel 11 geführt ist"und mittels eines Befestigungselements 48 ein aus isolierendem Werkstoff bestehendes Handbetätigungselement 49 trägt. Der obere Kontaktarm 20 der mittleren Poleinheit ist über einen Kniehebel mit einem oberen Kniehebelglied 53 und einem unteren Kniehebelglied 55 mit einem entriegelbaren Schwinghebel 57 verbunden, der mittels eines Zapfens 59 drehbar an den Halteplatten 41 angelenkt ist. Die beiden Kniehebelglieder 53 und 55 sind mittels eines Kniegelenkzapfens 61 aneinander angelenkt. Das untere Kniehebelglied 55 ist mittels eines Zapfens 65 am Reiter 32 der mittleren Poleinheit und das obere Kniehebelglied 53 mittels eines Zapfens 63 am Schwinghebel 67 angelenkt. Zwischen dem Kniegelenkzapfen 61 und dem Bügelsteg des Betätigungshebels 43 sind Zugfedern 67 angeordnet.

Der untere Kontaktarm 22 ist um einen Zapfen 18 kippbar am Gehäusesockel 9 angelenkt. Eine Blattfeder 31 drängt den unteren Kontaktarm 22 im Gegenuhrzeigersinn um den Drehzapfen 18, und die Kippbarkeit dieses unteren Kontaktarms im Gegenuhrzeigersinn ist durch einen an ihm angeordneten Anschlagstift 40 begrenzt, der mit einem ortsfesten Anschlag 39 zusammenwirkt. Da in der Schliessstellung des Schalters die im Uhrzeigersinn auf den oberen Kontaktarm 20 wirkende Kraft grösser als die im Gegenuhrzeigersinn auf den unteren Kontaktarm 22 wirkende Kraft ist, ergibt sich beim Schliessen der Kontakte eine gewisse, über die Position der ersten Berührung zwischen den beiden Schaltkontakten hinausgehende Weiterbewegung des oberen Kontaktarms, wodurch auftretender Verschleiss der Schaltkontakte ausgeglichen wird.

Die Schaltkontakte 19 und 21 können durch Verschieben des Handbetätigungselements 49 in Fig. 1 nach links aus der Ein-Stellung in die Aus-Stellung von Hand geöffnet werden. Bei dieser Verschiebung des Handbetätigungselements dreht die Schiebeplatte 46 den Betätigungshebel 43 im Gegenuhrzeigersinn. Durch diese Drehung des Betätigungshebels verlagert sich die Wirkungslinie der den Kniehebel unter Spannung haltenden Zugfeder 67 so weit nach links, dass der aus den Gliedern 53 und 55 bestehende Kniehebel nach links einknickt, wodurch die Schiene 35 zusammen mit den oberen Kontaktarmen 20 aller drei Poleinheiten des Schalters im Gegenuhrzeigersinn gekippt und dadurch die Schaltkontakte in allen drei Poleinheiten geöffnet werden. Der Schaltmechanismus 13 befindet sich dann in der in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien angedeuteten Stellung.

Zum manuellen Schliessen der Schaltkontakte wird das Handbetätigungselement 49 in umgekehrter Richtung aus der Aus-Stellung in die Ein-Stellung verschoben, wodurch die Wirkungslinie der Zugfedern 67 wieder so weit nach rechts verlagert wird, dass der aus den Gliedern 53 und 55 bestehende Kniehebel wieder in seine in Fig. 1 gezeigte Streckstellung gebracht wird. Dadurch wird die Schiene 35 im Uhrzeigersinn gekippt, so dass die oberen Kontaktarme 20 aller drei Poleinheiten in ihre Schliessstellung gekippt werden.

Der entriegelbare Schwinghebel 57 ist in seiner in Fig. 1 gezeigten Stellung mittels des Verriegelungsmechanismus 15 verriegelt. Dieser Verriegelungsmechanismus 15 weist ein Verriegelungsglied 71 und einen isolierenden, um einen Zapfen 70 drehbaren Entriegelungshebel 73 auf. Das Verriegelungsglied 71 besteht aus einem im wesentlichen U-förmigen Verriegelungshebel 75 und einer Rolle 77, die in zwei in den beiden Schenkeln des Verriegelungshebels 75 gebildeten Schlitzen 78 begrenzt beweglich gelagert ist. Eine Torsionsfeder 81 spannt die Rolle 77 in Richtung zum einen Ende der beiden Schlitze 78 hin vor. Das Verriegelungsglied 71 ist mittels eines Zapfens 83 drehbar an den Halteplatten 41 gelagert. Das freie Ende des Schwinghebels 57 ist in einem U-Mittel-steg des Verriegelungshebels 75 gebildeten Schlitz beweglich.

Der Entriegelungshebel 73 ist ein spritzgegossenes isolierendes Teil, das kippbar in den beiden Halteplatten 41 gelagert und mit einem Sperrelement 89 ausgestattet ist, das im Zusammenwirken mit dem U-Mittelsteg des Verriegelungsglieds 71 dieses in der in Fig. 1 gezeigten Stellung verriegelt. An dem entriegelbaren Schwinghebel 57 ist ein Haken 58 gebildet, der als mit der Rolle 77 zusammenwirkendes Verriegelungselement zur Verriegelung des Schwinghebels in der in Fig. 1 gezeigten Stellung dient.

Am oberen Ende des Verriegelungsglieds 71 ist eine Vorspannfeder 72 befestigt, die mit ihrem anderen Ende am Entriegelungshebel 73 angreift. Bei dieser Vorspannfeder 72 handelt es sich um eine Druckfeder, welche das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn um dessen Drehzapfen 83 herum vorspannt. Sobald der Entriegelungshebel 73 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird sein Sperrelement 89 von der Oberkante des Verriegelungshebels 75 weg angehoben und die Vorspannfeder 72 dreht das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn, wodurch die sich wegbewegende Rolle 77 den Schwinghebel 57 freigibt. Die Rückstellung des Mechanismus entgegen der Vorspannfeder 72 erfolgt in einer später noch beschriebenen Weise.

Jede Poleinheit des Überstromselbstschalters weist eine gesonderte elektromagnetische Hochgeschwindigkeits-Auslö-seeinrichtung 17 auf. Diese elektromagnetische Auslöseeinrichtung 17 weist ein im wesentlichen U-förmiges Magnetjoch 95 auf, dessen beide Schenkel den Leiter 25 zwischen sich aufnehmen. Ein kippbar im Gehäuse 5 gelagerter Anker 97 weist einen geschichteten magnetischen Ankerkörper 101 und ein Betätigungselement 103 auf.

Ausserdem weist jede Poleinheit eine gesonderte thermische Auslöseeinrichtung 16 auf. Diese thermische Auslöseeinrichtung 16 weist ein Bimetallelement 105 auf, das an dem Leiterstreifen 25 angeschweisst ist. Das obere Ende des Bimetallelements 105 trägt eine darin eingeschraubte Einstellschraube 107.

Befindet sich der Überstromselbstschalter in der in Fig. 1 gezeigten, im Schliesszustand verriegelten Stellung, spannen die Federn 67 den Schwinghebel 57 über das Kniehebelglied

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53 und den Gelenkzapfen 63 im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 59 herum vor. Eine Bewegung des Schwinghebels 57 im Uhrzeigersinn wird aber durch den Eingriff des als Sperrelement dienenden Hakens 58 unter die Rolle 77 des Verriegelungsglieds 71 gesperrt, wobei der Schwinghebel 57 das 5 Verriegelungsglied 71 ebenfalls im Uhrzeigersinn um dessen Drehzapfen 83 herum spannt. Eine Bewegung des Verriegelungsglieds 71 im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 83 herum wird durch den Eingriff dieses Verriegelungsglieds mit dem Sperrelement 89 des Entriegelungshebels 73 gesperrt. 10 Die Wirkungslinie der vom Verriegelungsglied 71 auf das Sperrelement 89 des Entriegelungshebels 73 ausgeübten Kraft verläuft durch die Achse des Drehzapfens 70 des Entriegelungshebels 73, so dass eine Bewegung des Verriegelungsglieds 71 im Uhrzeigersinn durch den Entriegelungshebel 73 15 gesperrt ist, ohne dass der Entriegelungshebel 73 selbst um seine Achse gekippt wird. Demzufolge befindet sich der Entriegelungshebel 73, wenn das Verriegelungsglied 71 und der Schwinghebel 57 gemäss Fig. 1 in ihrer verriegelten Position stehen, in einer neutralen Verriegelungsstellung. 20

Der Überstromselbstschalter ist in Fig. 1, wie schon gesagt, im geschlossenen Zustand dargestellt. Beim Auftreten eines hohen, eine bestimmte Stärke übersteigenden Überstromes in irgendeiner der drei Poleinheiten des Schalters wird in der betreffenden Poleinheit der Ankerkörper 101 der elektro- 25 magnetischen Auslöseeinrichtung 17 an das Magnetjoch 95 angezogen, wodurch der Anker 97 im Uhrzeigersinn kippt und den im Ruhestand vorhandenen Luftspalt zwischen-Anker und Magnetjoch schliesst. Durch die Kippbewegung des Ankers bewegt sich dessen Betätigungselement 103 im 30 Uhrzeigersinn gegen das untere Ende des Entriegelungshebels 73, so dass der Entriegelungshebel 73 im Gegenuhrzeigersinn gekippt wird und das Sperrelement 89 ausser Eingriff mit dem Verriegelungshebel 75 bewegt. Die durch den Schwinghebel 57 auf die Rolle 77 ausgeübte, nach oben 35 gerichtete Kraft dreht nun das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn, wodurch der Haken 58 des Schwinghebels 57 freigegeben wird. Daher dreht sich nun der Schwinghebel 57 unter der Kraft der auf den Kniegelenkzapfe 61 ausgeübten und über das Kniehebelglied 53 und den Gelenkzapfen 63 auf40 den Schwinghebel ausgeübten Kraft der Spannfedern 67 im Uhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 59 herum. Durch diese Drehung des Schwinghebels wird der obere Anlenkzapfen 63 des Kniehebels auf die rechte Seite der Wirkungslinie der Spannfedern 67 verlagert, wodurch der Kniehebel 53, 55 ein- 45 knickt und der Reiter mit der daran befestigten Schiene 35 im Gegenuhrzeigersinn kippt und die oberen Kontaktarme 20 aller drei Poleinheiten gleichzeitig ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn kippt, so dass die Schaltkontakte aller drei Poleinheiten gleichzeitig geöffnet werden. Dabei wird das Handbetäti- 50 gungselement 49 in eine zwischen seiner Ein-Stellung und seiner Aus-Stellung gelegene Auslöse-Stellung verschoben, um so in an sich bekannter Weise eine Sichtanzeige dafür zu liefern, das der Selbstschalter ausgelöst hat.

Bevor der Selbstschalter nach einer automatischen Auslö- 55 sung von Hand wieder eingeschaltet werden kann, muss der Schaltmechanismus rückgestellt und verriegelt werden. Die Rückstellung des Schaltmechanismus erfolgt dadurch, dass das Handbetätigungselement 49 aus der in Fig. 3 gezeigten Auslöse-Stellung nach links bis ganz in die Aus-Stellung ver- 60 schoben wird. Dabei nimmt die Schiebeplatte 46 die Nase 44 des Betätigungshebels 43 mit und dreht diesen im Gegenuhrzeigersinn um dessen Drehpunkt in den Einschnitten 56 der Halteplatten 41. Ein nach unten ragender Ansatz 45 des Betätigungshebels 43 greift an einer Mitnahmefläche 54 des 65 Schwinghebels 57 an und dreht diesen aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung im Gegenuhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 59 herum.

Während dieser Drehung des Schwinghebels 57 bewegt sich sein Haken 58 in dem im U-Mittelsteg des Verriegelungshebels 75 gebildeten Schlitz nach unten, bis er mit der Rolle 77 in Berührung kommt, die er dann in den Schlitzen 78 nach rechts verdrängt und an ihr vorbeigleitet. Nachdem der Haken 58 des Schwinghebels 57 über die Rolle 77 hinweggeglitten ist, drückt die Feder 81 die Rolle 77 in ihre in Fig. 1 dargestellte Stellung zurück. Wenn das Verriegelungsglied 71 wieder seine in Fig. 1 gezeigte Stellung erreicht, gleitet die Oberkante des Verriegelungsglieds 71 über das Sperrelement 89 des Entriegelungshebels 73, wonach die Feder 72 das Sperrelement 89 wieder in sperrenden Eingriff mit dem Vef-riegelungsglied 71 spannt und dieses in der in Fig. 1 gezeigten Stellung wieder verriegelt. Danach und nach dem Loslassen des Handbetätigungselements 49 spannen die Federn 67 den Schwinghebel 57 über das Kniehebelglied 53 wieder im Uhrzeigersinn vor, so dass der Haken 58 sich wieder etwas nach oben bewegt und die Rolle 77 ergreift, die ihn in der in Fig. 1 gezeigten Stellung verriegelt. Sodann kann das Handbetätigungselement 49 von Hand zwischen der Aus- und Ein-Stellung hin- und hergeschoben werden, um die Schaltkontakte zu schliessen und zu öffnen.

Befindet sich der Selbstschalter in der geschlossenen und verriegelten Stellung gemäss Fig. 1, bewirkt ein niedriger Überstrom eine Erwärmung des Bimetallelements 105, so dass sich dieses mit seinem oberen Ende in Fig. 1 nach rechts ausbiegt. Die Einstellschraube 107 drückt dabei gegen das Betätigungselement 103 des Ankers 97, so dass der Entriegelungshebel 73 wiederum im Gegenuhrzeigersinn gekippt und damit eine Schalterauslösung herbeigeführt wird, so dass die Schaltkontakte in allen drei Poleinheiten des Schalters in gleicher Weise, wie oben mit Bezug auf die magnetische Auslöseeinrichtung beschrieben, gleichzeitig automatisch geöffnet werden.

Wie aus den Fig. 1,2 und 3 hervorgeht, enthält der Überstromselbstschalter weiterhin ein geschlitztes Magnetjoch 110, das ein Gehäuse 112 mit einem Schlitz 118 (Fig. 2) aufweist, durch welch letzteren die beiden Kontaktarme 20 und 22 hindurchragen.

Ein Puffer 120 begrenzt die Öffnungsbewegung des oberen Kontaktarmes 20 bei der nachstehend beschriebenen strombegrenzenden Schnelltrennung der Schaltkontakte. Dieser Puffer 120 besteht aus stossabsorbierendem Werkstoff, beispielsweise Polyurethan oder Butylkautschuk. Diese Werkstoffgruppe hat eine sehr grosse elastische Hysterese, so dass bei maximaler Energieabsorption das Zurückprellen auf ein Minimum herabgesetzt ist. Ein ähnlicher, am Gehäusesok-kel 9 montierter Puffer 121 ist dem unteren Kontaktarm 22 zugeordnet.

Bei Kurzschlüssen können Überströme mit extrem hohen Stromstärken über den Überstromselbstschalter 3 fliessen. Dieser starke Stromfluss durch den unteren Kontaktarm 22 und den Leiter 28 erzeugt einen grossen magnetischen Fluss in dem geschlitzten Magnetjoch 110. Dieser magnetische Fluss und der Stromfluss durch den unteren Kontaktarm 22 erzeugen eine starke elektrodynamische Kraft auf dem unteren Kontaktarm, die diesen aus seiner in Fig. 4 strichpunktiert gezeichneten Schliessstellung nach unten zum unteren Ende des Schlitzes 118 hin drängt.

Ausserdem erzeugt der Stromfluss durch die Kontaktarme 20 und 22 aufgrund der entgegengesetzten Stromrichtung im oberen Kontaktarm 20 und im unteren Kontaktarm 22 eine starke elektrodynamische Abstossungskraft zwischen diesen beiden Kontaktarmen. Diese Abstossungskraft baut sich beim Auftreten eines Kurzschlussstromes extrem schnell auf, so dass der obere Kontaktarm 20 entgegen der Vorspannkraft der Zugfeder 36 aus der in Fig. 4 strichpunktiert gezeichneten Schliessstellung um seine Anlenkstelle 30 am Reiter 32 herum

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im Gegenuhrzeigersinn in die in Vollinien gezeichnete Strombegrenzungsstellung gekippt wird. Dabei wird der obere Kontaktarm 20 mit starker Kraft gegen den Puffer 120 geschleudert, der so ausgebildet ist, dass er das Mass des Zurückprellens des oberen Kontaktarms auf ein Minimum begrenzt. Ein Zurückprellen des oberen Kontaktarms ist nämlich sehr unerwünscht, da der bei der Kontakttrennung gezogene und durch die Funkenlöschelnrichtung 23 gelöschte Lichtbogen wieder zünden kann, wenn die beiden Schaltkontakte 19 und 21 wieder nahe zueinander kommen. Die elektromagnetische Hoch-geschwindigkeits-Auslöseeinrichtung 17 ist daher so ausgelegt, dass sie den Verriegelungsmechanismus 15' im Sinne einer Entriegelung des Schaltmechanismus 13 betätigt, bevor die beiden Kontaktarme 20 und 22 sich wieder in die Schliessstellung zurückbewegen können. Wenn der Schaltmechanismus 13 sich aus der in Fig. 4 gezeigten Schliessstellung in die in Fig. 3 gezeigte ausgelöste Stellung bewegt, kippt der Reiter 32 im Gegenuhrzeigersinn, wodurch der Gelenkzapfen 30, mit welchem der obere Kontaktarm 20 am Reiter angelenkt ist, in die in Fig. 3 gezeigte Stellung angehoben wird, bevor die Zugfeder 36 den oberen Kontaktarm 20 in seine in Fig. 1 gezeigte ursprüngliche Stellung mit Bezug auf den Reiter 32 zurückholen kann.

Die anfängliche hohe Öffnungsbeschleunigung der beiden Kontaktarme erzeugt eine hohe Lichtbogenspannung, was eine extrem wirksame Strombegrenzung zur Folge hat. Die kombinierte Wirkung der elektromagnetischen Hochge-schwindigkeits-Auslöseeinrichtung 17 und des Hochge-schwindigkeits-Schaltmechanismus stellt sicher, dass die Schaltkontakte nach der Schnelltrennung voneinander getrennt bleiben, so dass ein Wiederzünden des bereits gelöschten Lichtbogens verhindert wird.

Eine für Überstromselbstschalter höherer Leistungen geeignete alternative Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Kontaktarmsperre vorgesehen, die ein mittels eines Niets 124 am Gehäuseboden 9 befestigtes federndes Sperrelement 122 aufweist, das mit einer am hinteren Ende des oberen Kontaktarms 20 angeordneten Sperrnase 126 zusammenwirkt. Wenn der obere Kontaktarm 20 bei einem Kurzschlussstrom durch elektrodynamische Kräfte im Gegenuhrzeigersinn um den ihn mit dem Reiter 32 verbindenden Anlenkzapfen 30 herum gedreht wird, greift das federnde Sperrelement 122 hinter die Sperrnase 126 und sperrt damit den Kontaktarm 20 gegen ein Zurückkippen. Damit wird verhindert, dass der obere Kontaktarm wieder in Schliessrichtung um seinen Anlenkzapfen 30 herum im Uhrzeigersinn zurückkippt, wenn die durch den Kurzschlussstrom bedingten elektrodynamischen Abstossungskräfte im Bereich des Nulldurchgangs des Überstroms nachlassen. Der obere Kontaktarm 20 bleibt somit in der in Öffnungsrichtung bezüglich des Reiters 32 gekippten Stellung verriegelt, bis der Auslösemechanismus 15 den Schaltmechanismus 13 entriegelt hat und der Reiter 32 somit dem Anlenkzapfen 30 in die Öffnungsstellung kippt, wobei die Sperrnase 126 von dem Sperrelement 124 freikommt.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 6 gezeigt, die ebenfalls für Überstromselbstschalter höherer Leistungen geeignet ist. Diese Ausführungsform ist mit einer Auslösebetätigung ausgestattet, die ein Nockenelement 128 mit einer Nockenfläche 134 aufweist, das mittels eines Gelenkzapfens 129 drehbar an einem am Reiter 32 angeordneten Winkel 37 befestigt ist. Ein starres Verbindungsglied 130 ist mittels eines Zapfens 132 am Nockenelement 128 und mit seinem anderen Ende am linken bzw. hinteren Ende des oberen Kontaktarms 20 angelenkt und kuppelt diese beiden Teile miteinander.

Im Falle eines Kurzschlusses bei gemäss Fig. 6 in der Schliessstellung befindlichem Schalter wird der obere Kontaktarm 20 schnell im Gegenuhrzeigersinn bezüglich des Reiters 32 um den Anlenkzapfen 30 herum gekippt. Demzufolge bewegt sich das Verbindungsglied 130 nach rechts und bewirkt eine Drehung des Nockenelements 128 im Gegenuhrzeigersinn um dessen Gelenkzapfen 129 herum. Die Nockenfläche 134 des Nockenelements 128 schlägt dabei auf den Ankerkörper 101 der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung 17, wodurch die Entriegelung des Verriegelungsmechanismus 15 in der oben mit Bezug auf die elektromagnetische Auslösung beschriebenen Weise herbeigeführt wird. Durch die Entriegelung des Verriegelungsmechanismus wird in kürzester Zeit nach dem Kippen des oberen Kontaktarms 20 im Gegenuhrzeigersinn das Einknicken des Schaltmechanismus 13 eingeleitet, wobei das Ansprechen des Verriegelungsmechanismus 15 und die Betätigung des Schaltmechanismus 13 nach dem Kippen des oberen Kontaktarms schneller erfolgt, als es ohne die das Nockenelement 128 und das Verbindungsglied 130 aufweisende Auslösebetätigung der Fall wäre.

Die Auslösebetätigung mit dem Nockenelement 128 und dem Verbindungsglied 130 ist in strombegrenzenden Über-stromselbstschaltern vorgesehen, die in Anlagen mit hohen möglichen Fehlerstromstärken eingesetzt werden. Bei einem Kurzschluss in einem durch einen solchen Selbstschalter abgesicherten Stromkreis werden die Kontaktarme 20 und 22 extrem schnell voneinander getrennt. Bei für gewisse Nennströme ausgelegten Schaltern ist die auf den Ankerkörper 101 wirkende magnetische Kraft im Hinblick auf dessen Trägheit nicht ausreichend gross, um die Schalterauslösung schnell genug einzuleiten. Bei Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform findet gleichzeitig mit der Schnelltrennung der Kontaktarme 20 und 22 eine durch den oberen Kontaktarm zwangsläufig herbeigeführte Auslösung statt. Demzufolge wird der Schaltmechanismus 13 in ausreichend kurzer Zeit entriegelt, um ein Zurückkippen des oberen Kontaktarms und somit ein Wiederschliessen der Schaltkontakte zu verhindern.

Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, kann der Verriegelungshebel 75 mit einem daran angeschweissten, L-förmigen Rückstellwinkel 135 ausgestattet sein. Nach einer Schalterauslösung wird der Schaltmechanismus 13 durch Verschieben des Handbetätigungselements 49 aus der zwischen der Einstellung und der Aus-Stellung gelegenen Auslöse-Stellung in die Aus-Stellung zurückgestellt. Dadurch wird der Betätigungshebel 43 im Gegenuhrzeigersinn um seine Gelenkachse in den Einschnitten 56 der Halteplatten 41 gedreht. Der Kniegelenkzapfen 61 des Kniehebels 53, 55 kommt dabei in Anlage mit den Rückstellwinkel 135 und dreht dadurch das Verriegelungsglied 71 im Gegenuhrzeigersinn entgegen der Vorspannung der Vorspannfeder 72, bis sich das Ende des Verriegelungshebels 75 wieder in Eingriff mit dem Sperrelement 89 befindet. Gleichzeitig mit diesem Vorgang wird auch der Schwinghebel 57 durch den an seiner mit Mitnahmefläche 54 angreifenden Betätigungshebelansatz 45 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wobei sein Haken 58 an der Rolle 77 vorbeigleitet, indem er diese Rolle entgegen der von der Feder 81 bewirkten Vorspannung in den sie führenden Schlitzen nach rechts verdrängt. Nachdem sich der Haken 58 unterhalb der Rolle 77 befindet, rastet diese wieder in die in Fig. 6 gezeigte Stellung ein und sichert den Schwinghebel 57 in seiner verriegelten Stellung. Nunmehr lassen sich die Schaltkontakte 19 und 21 durch Verschieben des Handbetätigungselements 49 aus der Aus-Stellung in die Ein-Stellung wieder schliessen.

Falls die Schaltkontakte 19 und 21 infolge extrem hoher Überströme miteinander verschweissen, wird der Verriegelungsmechanismus 15 durch die elektromagnetische Auslöseeinrichtung 17 entriegelt. Infolgedessen kippen die beiden Kontaktarme 20 und 22 gemeinsam im Gegenuhrzeigersinn, bis der am unteren Kontaktarm 22 angeordnete Zapfen 40 an dem am Gehäuse 112 des Magnetjoches 110 angeodneten

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Anschlag 39 anschlägt. Wenn dann versucht wird, den Selbstschalter zurückzustellen, indem das Handbetätigungselement 49 nach links in Richtung auf die Aus-Stellung verschoben wird, werden der Betätigungshebel 43 und der Schwinghebel 57 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Dabei bewegt sich der 5 Haken 58 bezüglich der Rolle 77 nach unten. Da aber der obere, über den Reiter 32 mit dem Kniehebel verbundene Kontaktarm 20 mit dem unteren Kontaktarm verschweisst ist, ist es nicht möglich, den Kniegelenkzapfen 61 des Kniegelenks weit genug nach links zu verschieben, um ihn in Anlage 10 mit dem Rückstellwinkel 135 zu bringen. Demzufolge hält die Vorspannfeder 72 das Verriegelungsglied 71 in der im Uhrzeigersinn gedrehten Stellung, so dass die Rolle 77 bezüglich des Hakens 58 nach rechts verschoben bleibt und der Schwinghebel 57 sich nicht verriegeln lässt. Beim Loslassen des Handbe-15 tätigungselements 49 bewegt daher die Kraft der Spannfedern 67 das Handbetätigungselement zurück in die Ein-Stellung, was den wahren Zustand der Schaltkontakte 19 und 21, nämlich den Schliesszustand anzeigt. Damit weiss das Bedie-

nungs- bzw. Überwachungspersonal, dass trotz des Versuchs des Öffnens bzw. Rückstellens des Schalters die Schaltkontakte aufgrund einer Kontaktverschweissung immer noch geschlossen sind.

Der beschriebene Überstromselbstschalter, der zwei kippbare Kontaktarme, von denen einer um eine bewegliche Kippachse kippbar ist, und eine elektromagnetische Hochge-schwindigkeits-Auslöseeinrichtung aufweist, ermöglicht eine extrem schnelle Kontakttrennung und Strombegrenzung. Die zusätzliche Anordnung eines geschlitzten Magnetjoches zur elektrodynamischen Beeinflussung der Kontaktarme, der federnden Kontaktarmsperre, der einen Nocken aufweisenden Auslösebetätigung über den Kontaktarm, des Rückstellwinkels und der stossabsorbierenden Puffer bringt eine weitere Verbesserung des strombegrenzenden Überstromselbstschalters, bei welchem keine Gefahr des unbeabsichtigten Wiederschliessens der Schaltkontakte besteht und der Schliesszustand der Schaltkontakte definitiv angezeigt wird.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

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1. Strombegrenzter Überstromselbstschalter mit mindestens einem Paar miteinander zusammenwirkender Schaltkontakte, die an zwei bei geschlossenen Schaltkontakten im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden und in entgegengesetzten Richtungen stromdurchflossenen Kontaktarmen angeordnet sind, ferner mit einem Schaltmechanismus, der einen kippbar gelagerten, zwischen einer Kontaktschliessstel-lung und einer Kontaktoffenstellung beweglichen und einen der beiden Kontaktarme halternden Kontaktarmträger aufweist, mit einer auf eine bestimmte Überstromstärke ansprechenden Auslöseeinrichtung zum Auslösen des Schaltmecha-nismus im Sinne einer kontaktöffnenden Betätigung des Kontaktarmträgers und mit einem Magnetjoch, welches einen-Schlitz aufweist, in den sich die Schaltarme erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass der am Kontaktarmträger (32, 34,35) gehalterte erste Kontaktarm (20) derart am Kontaktarmträger um eine zu dessen Kippachse parallele Kippachse (30) kippbar angelenkt und in Schliessrichtung gegen einen am Kontaktarmträger vorgesehenen Anschlag vorgespannt (36) ist, dass sich der erste Kontaktarm (20) bei Bewegung des Kontaktarmträgers gemeinsam mit diesem in die Kontaktoffen- bzw. -schliessstellung bewegt, dagegen bei Auftreten von über der Auslösestromstärke der Auslöseeinrichtung (17) liegenden Überstromstärken durch eine auf den ersten Kontaktarm (20) wirkende elektrodynamische Kraft entgegen seiner Vorspannung schnell und unabhängig vom Kontaktarmträger in Kontaktöffnungsrichtung von dem Anschlag hinweg gekippt wird und daraufhin der aufgrund der Auslösung der auf den Überstrom ansprechenden Auslöseeinrichtung (17) in die Kontaktoffenstellung kippende Kontaktarmträger mit seinem Anschlag den unabhängig in Kontaktöffnungsrichtung gekippten ersten Kontaktarm (20) erfasst, bevor sich letzterer unter dem Einfluss seiner Vorspannung wieder in Kontakt-schliessrichtung bewegt hat.

2. Überstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kontaktarm (22) in begrenztem Masse um eine zur Kippachse des Kontaktarmträgers (32,34,35) verlaufende Achse (18) kippbar gelagert ist und dass der Abstand der Kippachse des zweiten Kontaktarms von der durch die Anlenkung zwischen dem ersten Kontaktarm (20) und dem Kontaktarmträger definierten Kippachse des ersten Kontaktarms kleiner als der Abstand der Kippachse des zweiten Kontaktarms von der Kippachse des Kontaktarmträgers ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Überstromselbstschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kontaktarm (22) in Richtung zum ersten Kontaktarm (20) in eine Ruhestellung vorgespannt ist, aus welcher er beim Schliessen der Schaltkontakte durch den am ersten Kontaktarm (20) angeordneten Schaltkontakt (19) ausgelenkt wird.

4. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontaktarm (20) durch eine einerseits an diesem und andererseits am Kontaktarmträger angreifende Feder (36) gegen den Anschlag vorgespannt ist.

5. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kontaktarm (20,22) in dem Schlitz (118) des Magnetjoches (110) angeordnet sind, dass der zweite Kontaktarm (22) bei entsprechendem Überstrom einer elektrodynamischen Kraft ausgesetzt ist, die zu der auf den ersten Kontaktarm (20) ausgeübten elektrodynamischen Kraft entgegengerichtet ist und in Kontaktöffnungsrichtung auf den weiteren Kontaktarm wirkt.

6. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Kontaktarm (20) ein Stossdämpfer (120) zugeordnet ist, der die Öffnungsbewegung dieses Kontaktarms begrenzt.

7. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Kontaktarm (22) ein Stossdämpfer (121) zugeordnet ist, der die Bewegbarkeit des zweiten Kontaktarms in Öffnungsrichtung begrenzt.

8. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem am Kontaktarmträger (32,34,35) angelenkten ersten Kontaktarm (20) Sperrmittel (122,126) zugeordnet sind, die nach einem vom Kontaktarmträger unabhängigen, kontakttrennenden Kippen des erstenKontaktarms diesen gegen ein anschliessendes Zurückkippen sperren und ihn erst nach dem Kippen des Kontaktarmträgers in die Offenstellung wieder freigeben.

9. Überstromselbstschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmittel ein federndes Sperrelement (122) und eine damit zusammenwirkende, am ersten Kontaktarm (20) angeordnete Sperrnase (126) aufweisen, welch letztere beim unabhängigen Kippen des ersten Kontaktarms in sperrenden Eingriff mit dem federnden Sperrelement bewegt und beim Kippen des ersten Kontaktarmträgers in dessen Offenstellung wieder aus diesem sperrenden Eingriff herausbewegt wird.

10. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wirkungsmässig zwischen dem am Kontaktarmträger (32,34,35) angeordneten ersten Kontaktarm (20) und der Auslöseeinrichtung (17) angeordnete Auslösebetätigungsmittel (128, 130) die Auslöseeinrichtung betätigen, wenn ein vom Kontaktarmträger unabhängiges kontakttrennendes Kippen des Kontaktarms stattfindet.

11. Überstromselbstschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösebetätigungsmittel ein auf die Auslöseeinrichtung (17) wirkendes Nockenelement (128) und ein dieses Nockenelement mit dem Kontaktarm (20) kuppelndes Verbindungsglied (130) aufweisen.

12. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen einer Einstellung und einer Aus-Stellung bewegbares Handbetätigungselement (49) derart mit dem Schaltmechanismus gekuppelt ist, dass eine Bewegung des Handbetätigungselements in seine Aus-Stellung nach einem Ansprechen der Auslöseeinrichtung eine Rückstellung der Auslöseeinrichtung bewirkt, sofern die Schaltkontakte sich frei trennen lassen, und dass eine Rückstellung der Auslöseeinrichtung nicht erfolgen kann, wenn sich die Schaltkontakte nicht trennen lassen, derart, dass ein Verbleiben des Handbetätigungselements in einer die Kontakttrennung anzeigenden Stellung nur dann möglich ist, wenn die Schaltkontakte tatsächlich geöffnet sind.

13. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinrichtung (17) als elektromagnetischer Auslöser mit einem Magnetjoch (95) und einem Anker (97,101) mit geschichtetem Ankerkörper ausgebildet ist, welch letztere bei der bestimmten Überstromstärke vom Magnetjoch angezogen wird.