-
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Auslösevorrichtung
für einen
Leistungsschalter.
-
Aus der
EP 0 538 149 B1 ist ein
Leistungsschalter bekannt, der mit Kontakten zur Schnellabschaltung
durch elektrodynamische Abstoßung
im Kurzschlussfall bestückt
ist. Im Fall der Schnellabschaltung entsteht ein zwischen den Kontakten
gezogener Lichtbogen, der einen schnellen Druckanstieg in dem die
Kontakte aufnehmenden Gehäuse
bewirkt. In dem aus der vorgenannten Veröffentlichung bekannten Leistungsschalter
ist eine Druckkammer mit dem Gehäuse
verbunden, so dass der Druck in der Druckkammer bei der Bildung
des Lichtbogens ebenfalls ansteigt. Die Druckkammer ist mit einem verschiebbaren
Kolben gegenüber
der Umgebung verschlossen, so dass der Kolben durch den Druckanstieg
in der Druckkammer verschoben wird. Der Ko1-ben ist mit einer Abschaltvorrichtung
wirkverbunden, so dass der Leistungsschalter durch den Druckanstieg
abgeschaltet wird.
-
Die Gestaltung einer Druckkammer
mit einem dichtenden und verschiebbaren Kolben erfordert jedoch
einen hohen Bauaufwand bei der Fertigung. Zudem benötigen die
Druckkammer und der Kolben zusätzlichen
Raum, wodurch die Gesamtabmessungen des Leistungsschalters vergrößert werden.
Ferner kann es beim Einbau des Leistungsschalters leicht zu Verspannungen
des Gehäuses kommen,
die zu einem Verklemmen des Kolbens führen können.
-
Eine ähnliche Auslösevorrichtung
ist aus der
EP 0 455
564 A1 bekannt, die ebenfalls eine den Druckstoß nutzende
Kolben/Zylinderanordnung verwendet
-
Schließlich ist eine gattungsgemäße Auslösevorrichtung
aus der
US 3,631,369 bekannt.
In dieser bekannten Vorrichtung ist ein gegen Federkraft auslenkbares
Bimetallelement, das ein Auflager zum Halten des Schaltschlosses
in Schließstellung
der Kontakte des Leistungsschalters trägt, an seinem einen Ende mit
einer Staufläche
versehen, die in einen Ausblaskanal ragt. Bei der Lichtbogenerzeugung
an den Kontakten infolge eines hohen Kurzschlussstroms wird das
Bimetallelement durch einen Gasstoß auf die Staufläche ausgelenkt
und gibt das Schaltschloss zum Trennen der Kontakte frei.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Auslösevorrichtung
zu schaffen, die größere Maßtoleranzen
bei der Herstellung zulässt,
ohne dass die Zuverlässigkeit
verringert wird.
-
Diese Aufgabe wird mit einer Auslösevorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Zuhilfenahme eines Erläuterungsbeispiels
und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
-
1 eine
schematische perspektivische Teilansicht eines Erläuterungsbeispiels;
-
2 eine
schematisierte Seitenansicht eines Abschnitts der Vorrichtung gemäß 1 zur Erläuterung
der Arbeitsweise;
-
3 eine
schematische Seitenansicht eines Abschnitts eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung im nicht ausgelösten
Zustand der Auslösevorrichtung;
und
-
4 eine 3 entsprechende Ansicht
im ausgelösten
Zustand der Auslösevorrichtung.
-
In 1 ist
eine teilweise geschnittene Perspektivansicht eines Erläuterungsbeispiels
gezeigt. Funktionsgleiche Elemente des Erläuterungsbeispiels in 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet wie die entsprechenden Elemente des Ausführungsbeispiels
der Erfindung in 3 und 4. 1 zeigt ein Gehäuse, das aus zwei Gehäusehalbschalen
zusammengefügt
ist. Das Gehäuse
umschließt
einen Hohlraum, in dem die elektrischen Elemente des Leistungsschalters
aufgenommen sind. Das Gehäuse
hat verschiedene Lagerpunkte für
zu lagernde Elemente, die später
erläutert
werden. Allgemein bedeutet am Gehäuse gelagert in der nachfolgenden
Beschreibung, dass entsprechende Lagerzapfen, -öffnungen etc. an dem Gehäuse ausgebildet
sind. Das Gehäuse
ist aus einem Isolierstoff, vorzugsweise aus einem Kunststoff, gemacht. 1 zeigt ferner einen Kontaktträger 22 in dem
Gehäuse
mit einem daran angebrachten Festkontakt 20 des Leistungsschalters 1.
Ein diesem Festkontakt 20 zugeordneter bewegbarer Kontakt
ist aus Gründen
der Übersicht
hier weggelassen. Die kreisförmigen
Polbahnen des als eine drehbare Kontaktbrücke ausgebildeten bewegbaren
Kontakts sind in der Gehäusewand
ausgebildet und in 1 zu
erkennen. Ferner sind am Gehäuse
kreisförmige
Lageröffnungen
ausgebildet, die die drehbare Kontaktbrücke drehbar halten.
-
Der Schalter 1 hat ferner
eine Auslösewelle 2 als
das Auslöseglied,
die mit dem bewegbaren Kontakt in Wirkverbindung steht, um diesen
bei einem Auslösevorgang
von dem Festkontakt 20 zu trennen. Der Leistungsschalter
hat eine Abschaltvorrichtung (nicht gezeigt), die mit der Kontaktbrücke wirkverbunden
ist. Die Abschaltvorrichtung kann ein Schaltschloss, ein Klinkenmechanismus
oder dergleichen sein. Die Abschaltvorrichtung ist mit der Auslösewelle 2 wirkverbunden.
Wird die Auslösewelle 2 in
Auslöserichtung
betätigt
(gedreht), so dreht die Abschaltvorrichtung die Kontaktbrücke um die
Lagerpunkte am Gehäuse
und trennt die Festkontakte 20 und die bewegbaren Kontakte
(nicht gezeigt) voneinander. Dadurch wird der Stromkreis durch den
Leistungsschalter unterbrochen.
-
Die Abschaltvorrichtung hat ferner
einen Mechanismus, mit dem die Kontakte wieder geschlossen werden
können,
nachdem der Leistungsschalter ausgelöst wurde und der Grund für die Auslösung beseitigt
wurde. Dem Festkontakt 20 ist eine Lichtbogenlöschkammer 4 (nachfolgend
als Löschkammer bezeichnet)
zugeordnet. Von der Löschkammer 4 ausgehend
erstreckt sich ein Ausblaskanal 6 in 1 im wesentlichen parallel zu der unteren
waagerechten Gehäusekante
zur Außenseite
des Gehäuses. Der
Ausblaskanal 6 ist teilweise durch die Wandungen des Gehäuses begrenzt
und ist auf der einer Bedienseite des Leistungsschalters abge wandten
Seite des Gehäuses
ausgebildet. Der Ausblaskanal mündet
vorzugsweise an einer Stirnseite des Gehäuses, so dass mehrere Gehäuse nebeneinander
angebracht werden können,
ohne gegenseitig die Ausblaskanäle
zu versperren. Die Funktion des Ausblaskanals und der Lichtbogenkammer
wird später
erläutert.
-
In den Ausblaskanal 6 ragt
ein erster Hebelarm 8 eines Hebels 10, an dessen
in dem Ausblaskanal 6 angeordneten Ende eine Staufläche 14 ausgebildet
ist, die den Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche des Ausblaskanals 6 mindestens
teilweise versperrt. Der Hebel 10 ist in einem Drehpunkt 80 an dem
Gehäuse
drehbar oder schwenkbar gelagert. Ein zweiter Hebelarm 18 des
Hebels 10 ist einstöckig mit
dem ersten Hebelarm 8 ausgebildet und hat an seinem dem
Drehpunkt 80 abgewandten Ende einen Mitnehmer 12 ausgebildet.
Der Mitnehmer 12 ist gegenüber einem Anschlag 16 angeordnet
und ausgelegt, für
einen Auslösevorgang
mit dem Anschlag 16, der an der Auslösewelle 2 ausgebildet
ist, in Anlage zu gelangen und diesen bei einer Auslösebewegung mitzunehmen.
Durch die Gestaltung als Mitnehmer 12, der auf einen Anschlag 16 in
der Auslöserichtung der
Auslösewelle 2 einwirkt,
kann sich die Auslösewelle 2 unabhängig von
dem Mitnehmer 12 in ihrer Auslöserichtung bewegen. Folglich
ist es möglich, dass
die Auslösewelle 2 durch
ein anderes Auslöseglied
betätigt
werden kann, ohne durch den Hebel 10 (Mitnehmer 12)
beeinflusst zu werden.
-
Wie in 1 weiter
zu erkennen ist, ist der Hebelarm 18 des Hebels 10 doppelt
ausgeführt,
d.h. der Hebelarm 18 hat eine im wesentlichen U-förmige Gestalt
(in 1 ein auf dem Kopf
stehendes "U"). Die Enden der
Schenkel des "U" sind an den miteinander
fluchtenden Drehpunkten 80 drehbar gehalten, während die
Basis des "U" den stabförmigen Mitnehmer 12 bildet.
In 1 sind die Schenkel
des U-förmigen
Hebelarms 18 zudem C-förmig
gekrümmt,
so dass der Eingriffsort des Mitnehmers 12 mit dem Anschlag 16 gegenüber den
Drehpunkten 80 des Hebelarms 18 in 1 nach rechts versetzt ist.
In 1 ist die Ruhelage
des Hebels 10 gezeigt, wobei die C-förmige Krümmung des Hebelarms 18 die
Ruhelage des Hebels 10 so ausrichtet, dass die Staufläche 14 den
Ausblaskanal 6 erheblich verengt bzw. nahezu verschließt. Es ist
anzumerken, dass die Staufläche
14 im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung im
Ausblaskanal angeordnet ist.
-
Im vorliegenden Fall ist die Ruhelage
des Hebels 10 gemäß 1 durch die Hebelform und
die Gleichgewichtsverhältnisse
der Gewichtskräfte
am Hebel 10 geeignet eingestellt. Die Ruhelage kann aber
auch durch ein federndes Element (nicht gezeigt) sichergestellt
werden. Dieses federnde Element kann eine Schraubenfeder als Zug-
oder Druckfeder, eine Federzunge an Gehäuse oder- Hebel oder auch nur
eine einfache angespritzte Zunge sein, wenn der Hebel bzw. das Gehäuse spritzgegossen sind.
Ferner kann der Hebel 10 auch so gestaltet sein, dass er
sowohl in der Ruhelage als auch in der ausgelösten Stellung am Anschlag 16 der
Auslösewelle
mit einer geringen Kraft anliegt.
-
Nachfolgend wird die Funktionsweise
des Leistungsschalters 1 anhand der Darstellung in 2 genauer erläutert. 2 zeigt den Schalter gemäß 1 in einer seitlichen Teilansicht.
Wie in der 1 ist auch
in
-
2 der
bewegbare Kontakt oder die Kontaktbrücke der Übersicht halber weggelassen.
-
Im Auslösefall bewegt sich der bewegbare Kontakt
(nicht gezeigt) durch elektrodynamische Abstoßung von dem Festkontakt 20 in 2 abwärts. Die elektrodynamische
Abstoßung
erfolgt durch die Magnetfelder um den Kontaktträger 22 (unterer waagerechter
Abschnitt) und die parallel zum Kontaktträger 22 angeordnete
Kontaktbrücke
(nicht gezeigt), wenn der Festkontakt 20 und der bewegbare
Kontakt (nicht gezeigt) an der Kontaktbrücke geschlossen sind. Wenn
ein hoher Strom durch den Leistungsschalter fließt, werden zwei parallele Leiter
(Kontakthalter und Kontaktbrücke)
in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen. Um die Leiter
entstehen gleichsinnige Magnetfelder, die sich abstoßen. Wird
der Strom hoch, werden die Magnetfelder so stark, dass sie die Kontakte
gegen die Schließkraft der
Kontakte auseinander drücken.
Die Schließkraft wird
durch einen Federmechanismus aufgebracht. Der zwischen dem bewegbaren
Kontakt (nicht gezeigt) und dem Festkontakt 20 beim Trennen aufgespannte
Lichtbogen erzeugt einen sehr schnellen Druckanstieg (ca. 0,5 ms)
der in der Löschkammer 4 befindlichen
Luft. Dieser Druckanstieg erzeugt eine Druckwelle, die sich durch
den Ausblaskanal 6 fortpflanzt. Der Ausblaskanal 6 ist
mit der Umgebung verbunden, um den Druck in Form der Druckwelle
in die Umgebung abzugeben.
-
Die sehr schnelle Druckwelle trifft
bei ihrer Bewegung durch den Ausblaskanal 6 auf die Staufläche 14,
die den Querschnitt des Ausblaskanals 6 verengt. Die Staufläche 14 weicht
infolge des entstehenden Staudrucks, d.h. infolge der Druckdifferenz
auf der Vorderseite und der Rückseite
der Staufläche,
in Richtung auf das umgebungsseitige Ende des Ausblaskanals 6 aus
(nach rechts in 2).
Durch diese Ausweichbewegung der Staufläche 14 wird der Hebel 10,
an dessen ersten Hebelarm 8 die Staufläche 14 angeordnet
ist, in 2 nach rechts
verschwenkt.
-
Es ist anzumerken, dass es ausreicht,
wenn die Staufläche 14 der
Druckwelle ausgesetzt wird, d.h. es ist keine Abdichtung zwischen
der Staufläche 14 und
dem Ausblaskanal 6 erforderlich. Die Auslenkung der Staufläche 14 erfolgt
im wesentlichen durch Umwandlung der kinetischen Energie der Druckwelle in
den Staudruck an der Staufläche 14.
Mit anderen Worten, die Auslenkung des Hebels durch die Staufläche erfolgt
dynamisch. Eine Anordnung der Staufläche 14 in dem Ausblaskanal 6 kann
die Wirkung der Staufläche 14 weiter
erhöhen,
weil die Druckwelle besser auf die Staufläche geleitet wird.
-
Der Hebel 10 dreht im Gegenuhrzeigersinn in 2 um seinen Drehpunkt 80 am
Gehäuse.
Der zweite Hebelarm 18 auf der anderen Seite des Drehpunkts 80 verschwenkt
dabei in 2 nach links.
Der Mitnehmer 12, der am Ende des zweiten Hebelarms 18 angeordnet
ist, drückt
gegen den zapfenförmigen Anschlag 16 der
Auslösewelle 2 und
dreht diese dadurch in der Auslöserichtung.
Dadurch wird der Leistungsschalter ausgelöst, d.h. der bewegbare Kontakt (nicht
gezeigt) und der Festkontakt 20 werden durch Drehen der
Kontaktbrücke
durch die Abschaltvorrichtung, wie ein Schaltschloss, einen Klinkenmechanismus
oder dergleichen voneinander weiter entfernt und elektrisch getrennt.
Mit anderen Worten, der Lichtbogen zwischen den Kontakten reißt ab und
verlöscht
in der Löschkammer 4.
-
Wie aus 2 deutlich zu erkennen ist, sind die
Längenverhältnisse
des ersten Hebelarms 8 und des zweiten Hebelarms 18 so
gewählt,
dass eine Auslenkung des ersten Hebelarms 8 mit geringer Kraft
eine Auslenkung des zweiten Hebelarms 18 mit einer großen Kraft
bewirkt. Genauer gesagt, der erste Hebelarm 8 ist wesentlich
länger
als der zweite Hebelarm 18. Dadurch kann eine Kraft durch
den Mitnehmer 12 auf die Auslösewelle 2 aufgebracht
werden, die zuverlässig
für ein
Auslösen
des Leistungsschalters ausreicht. Die Hebelwege des ersten und zweiten
Hebelarms stehen im umgekehrten Verhältnis zu den Hebelkräften. Die
Druckwelle pflanzt sich mit nahezu gleicher Kraft durch den Ausblaskanal 6 fort,
so dass die Staufläche 14 über den
entstehenden längeren
Hebelweg des ersten Hebelarms 8 stets mit dem Differenzdruck
beaufschlagt bleibt und entsprechend die größere Kraft an dem zweiten Hebelarm 18 problemlos
erzeugen kann.
-
Es ist anzumerken, dass ein Hebel 10 mit
einer Staufläche
14 jedem Ausblaskanal des Schalters zugeordnet werden kann. Insbesondere
bei mehrpoligen Leistungsschalternkann dies mit einzelnen Hebeln
mit jeweils einer Staufläche
in jeweils einem Ausblaskanal jedes Pols verwirklicht werden. Alternativ
dazu kann ein einzelner Hebel mit mehreren Stauflächen verbunden
sein, die jeweils einem Ausblaskanal zugeordnet sind. Die Verbindung
der einzelnen Stauflächen
miteinander kann beispielsweise durch geeignete Schlitzöffnungen
in den Seitenflächen
der Ausblaskanäle
erfolgen. Eine einfache Lösung
ist auch die Anordnung eines Hebels mit mehreren Stauflächen an
den jeweiligen Umgebungsöffnungen
der Ausblaskanäle,
d.h, einfach eine Staufläche
am Ende jedes Ausblaskanals. Dadurch kann die Gestaltung des Hebels,
die Verbindung der Staufläche und
die Gestaltung der Ausblaskanäle
vereinfacht werden. Gegebenenfalls können die Stauflächen als
die Ausblaskanäle
verschließende
Klappen gestaltet sein, die das Eindringen von Fremdmaterialien
verhindern können.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird nun unter Bezugnahme auf 3 und 4 erläutert. Gleichwirkende Elemente
wie in 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet, so dass diese Elemente nicht erneut erläutert werden.
-
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
erfindungsgemäß von dem
vorhergehenden Erläuterungsbeispiel
insbesondere in der Anordnung der Staufläche und der Hebelanordnung
zur Kraftübertragung
auf die Auslösewelle
als das Auslöseglied,
so dass hier schwerpunktmäßig die
Abweichungen zum Erläuterungsbeispiel
beschrieben werden.
-
3 zeigt
eine Seitenansicht eines Abschnitts eines Leistungsschalters im
nicht ausgelösten
Zustand, während 4 die gleiche Ansicht im ausgelösten Zustand
des Leistungsschalters zeigt.
-
In 3 ist
eine Löschkammer
gezeigt, die einem Kontaktpaar (nicht gezeigt) zugeordnet ist. Die Löschkammer
steht über
einen Ausblaskanal 6 in Verbindung mit der Umgebung. In
dem Ausblaskanal 6 ist eine Staufläche 14 angeordnet,
die mit einer drehbaren Welle 80 verbunden ist. Ein an
der Welle 80 angeordneter Hebelfortsatz 18 bildet
einen zweiten Hebelarm 18 eines Hebels 10, dessen
erster Hebelarm von der Staufläche 14 gebildet
ist.
-
Über
ein Scharnier 110 ist der zweite Hebelarm 18 mit
einem ersten Schlepphebelarm 108 eines Schlepphebels 100 in
Eingriff. Der Schlepphebel 100 ist in einem Drehpunkt 800 drehbar
an dem Gehäuse befestigt.
Das Scharnier 110 ist so gestaltet, dass eine Drehung des
Hebels 10 im Uhrzeigersinn um die Welle 80 eine Drehbewegung
des Schlepphebels 100 im Gegenuhrzeigersinn um den Drehpunkt 800 bewirkt.
Entsprechendes gilt bei der Umkehr der Drehrichtungen.
-
Der Schlepphebel 100 hat
an seinem zweiten Schlepphebelarm 118 einen Mitnehmer 12 ausgebildet,
der mit einem zugeordneten Anschlag 16 der Auslösewelle 2 zusammenwirken
kann, um den Leistungsschalter auszulösen. Der Eingriff zwischen dem
Mitnehmer 12 und dem Anschlag 16 erfolgt analog
dem Erläuterungsbeispiel,
so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
-
Wenn durch einen Lichtbogen zwischen
den Kontakten eine Druckwelle im Ausblaskanal 6 erzeugt
wird (vgl. Ausführungen
zu 2), wird die Staufläche 14 in 3 nach rechts gedrückt. Dabei dreht
die Staufläche 14 die
Welle 80 und den daran angebrachten zweiten Hebelarm 18 des
Hebels 10 ebenfalls nach rechts (im Uhrzeigersinn). Durch
den Eingriff des zweiten Hebelarms 18 mit dem ersten Schlepphebelarm 108 durch
das Scharnier 110 wird der Schlepphebel 100 um den Drehpunkt
800 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Der zweite Schlepphebelarm 118 schwenkt
nach links und der Mitnehmer 12 dreht über den Anschlag 16 die
Auslösewelle 2 in
die Auslöserichtung
und löst
die Abschalteinrichtung aus. Die Endlagen der Hebel im ausgelösten Zustand sind
in 4 gezeigt.
-
Das Scharnier 110 und/oder
der Eingriff zwischen Mitnehmer 12 und Anschlag 16 können so
gestaltet sein, dass die beiden Hebel 10 und 100 in
der Auslösestellung
verharren, wenn der Leistungsschalter durch die Druckwelle ausgelöst wurde.
Dadurch kann dieser Auslösefall
einfach durch entsprechende Kennzeichnung (Farbmarkierung, Sichtfenster
oder dergleichen) am Gehäuse
sichtbar gemacht werden. Ferner kann das Scharnier nicht nur durch
ein zwischen zwei Stiften aufgenommenes Hebelende, sondern beispielsweise
auch durch ein Filmscharnier gebildet sein, das beim Spritzgießen von
Hebel 10 und Schlepphebel 100 ausgebildet ist.
-
Auch hier sind die Hebelverhältnisse
so gewählt,
dass eine ausreichende Auslösekraft
am Mitnehmer 12 des Schlepphebels 100 erzeugt
wird.
-
Die in 3 bzw. 4 gezeigte Ausführungsform
ist insbesondere für
mehrpolige Leistungsschalter geeignet, die entsprechend der Polzahl mehrere
Ausblaskanäle
haben. Durch die Drehwelle 80 können mehrere Stauflächen in
oder an den einzelnen Ausblaskanälen
miteinander verbunden werden, indem die Drehwelle durch Bohrungen
in den Seitenwänden
der jeweiligen Ausblaskanäle
geführt wird.
Dadurch wird eine einfache Lagerung der Drehwelle und eine relativ
gute Abdichtung der einzelnen Ausblaskanäle gegeneinander erzielt, so
dass eine wirksame Druckwelle in jedem der Ausblaskanäle aufrecht
erhalten werden kann.
-
Durch Verbindung aller Stauflächen mit
nur einem Schlepphebel, der eine gemeinsame Abschaltung aller Pole
des Leistungsschalters auslösen kann,
ist ein einfacher Aufbau möglich,
mit dem der Leistungsschalter beim Auftreten eines Kurzschlusses
an nur einem Pol sehr schnell ausgelöst werden kann.
-
Es ist anzumerken, dass auch in dieser
Ausführungsform
die Stauflächen
an den Enden der Ausblaskanäle
und/oder außerhalb
davon angeordnet sein können,
wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 erläutert wurde.