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Die
Erfindung betrifft einen selektiven Hauptleitungsschutzschalter
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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In
der
DE 100 13 110
B4 ist ein selektiver Hauptleitungsschalter offenbart,
welcher eine Hauptstrombahn mit Hauptkontakt und eine Nebenstrombahn
mit Nebenkontakt enthält,
wobei der mechanische Schaltvorgang des Nebenkontakts einen zeitlichen
Vorlauf gegenüber
dem des Hauptkontakts besitzt. Der Nebenstromkreis enthält einen
Magnetauslöser,
welcher bei einem Kurzschluss auf der Lastseite des Hauptleitungsschutzschalters
beim Einschalten des Nebenkontakts anspricht und eine Einschaltsperre
aktiviert, die das Einschalten des Hauptkontakts verhindert. Dadurch
wird verhindert, dass der Hauptleitungsschutzschalter auf einen
Kurzschluss draufschaltet.
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Bei
der
DE 102 44 961
B3 ist die Auftrennung in einen Hauptstrompfad und einen
Nebenstrompfad analog, und auch hier enthält der Nebenstrompfad einen
Magnetauslöser.
Als Magnetauslöser
ist eine Nebenstromwicklung vorgesehen, welche zu einer Hauptstromwicklung
parallel geschaltet ist. Der Magnetauslöser wird erregt, wenn bei ausgeschaltetem Hauptleitungsschutzschalter
auf der Lastseite ein Kurzschluss besteht. Dadurch wird ein Magnetanker in
seine Arbeitsposition bewegt, das Schließen des Hauptkontakts wird
verhindert, und es kann sich kein voller Kurzschlussstrom ausbilden.
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Sowohl
bei der
DE 100 13
110 B4 als auch bei der
DE 102 44 961 B3 ist es so, dass ein aktives Element
bei Bestehen eines Kurzschlusses als Sperrglied wirkt. Über die
Schließmechanik
ist in beiden Schriften nichts gesagt, nur, dass der erste Schaltkontakt
(Nebenkontakt) zeitlich vor dem zweiten (Hauptkontakt) geschlossen
wird.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen selektiven Hauptleitungsschutzschalter
bereitzustellen, der ebenfalls nicht auf einen Kurzschluss draufschaltbar
ist und bevorzugt auch nicht pumpt, der aber kompakt gebaut ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale gemäß dem Kennzeichen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Schließmechanik
also einen Griff, über
den beide Schaltkontakte und ein Sperrglied steuerbar sind, und
der:
- – von
einer Ausgangsposition, in der beide Schaltkontakte offen sind,
in eine Durchgangsposition verbringbar ist, in der der erste Schaltkontakt schließt und in
der das Sperrglied das Schließen des
zweiten Schaltkontakts verhindert, und
- – von
der Durchgangsposition in eine Endposition verbringbar ist, in der
das Sperrglied das Schließen
des zweiten Schaltkontakts nicht mehr verhindert,
wobei:
- – bei
Abwesenheit eines Kurzschlussstroms der zweite Schaltkontakt in
der Endposition des Griffs schließt,
- – bei
Fließen
eines gedämpften
Kurzschlussstroms über
den Nebenstrompfad nach Erreichen der Durchgangsposition eine sonst
mechanisch starre Verbindung vom Griff zum zweiten Schaltkontakt
durch Lösen
einer Klinke nachgiebig gemacht wird, so dass der zweite Schaltkontakt
bei Erreichen der Endposition des Griffs nicht mehr schließt.
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Beim
Draufschalten auf einen Kurzschluss ist es nicht mehr ein aktives
Sperrglied, was das Schließen
des zweiten Schalt kontakts verhindert, sondern es muss lediglich
eine Klinke gelöst
werden, wodurch eine sonst mechanisch starre Verbindung, die die
mechanische Übertragung
der Griffbewegung auf den zweiten Schaltkontakt gewährleistet,
nachgiebig gemacht wird. Unter „nachgiebig machen" ist hierbei zu verstehen,
dass zwar weiterhin eine mechanische Verbindung besteht, dass diese
aber nicht mehr direkt die Kräfte überträgt, sondern
dass einzelne Teile sich frei bewegen können, wodurch sie nicht mehr
der Bewegung des Griffs folgen, so dass der zweite Schaltkontakt
nicht mehr geschlossen wird, wenn die Endposition des Griffs erreicht
wird.
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Neu
an der vorliegenden Erfindung ist auch das Sperrglied, das auf eine
mechanische einfache Weise das Problem löst, wie der erste Schaltkontakt zeitlich
vor dem zweiten geschlossen werden kann, wenn die Schließmechanik
einen Griff umfassen soll, über
den beide Schaltkontakte gemeinsam steuerbar sind.
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Bevorzugt
umfasst zumindest der zweite Schaltkontakt einen Kontakthebel, der
auf eine Kontaktfläche
aufschwenken kann, wobei das Sperrglied das Aufschwenken des Hebels
auf die Kontaktfläche verhindert.
Insbesondere kann das Sperrglied ein Sperrplättchen sein, das in der Ausgangsposition und
der Durchgangsposition des Griffs im Schwenkweg eines Vorsprungs
an dem Kontakthebel angeordnet ist. Die mechanische Lösung, wie
verwirklicht wird, dass der erste Schaltkontakt zeitlich vor dem zweiten
geschlossen wird, ist daher bestechend einfach.
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Bevorzugt
ist das Sperrglied an einem Sperrhebel angeordnet. Der Griff kann
drehbar sein, wobei zwischen Durchgangsposition und Endposition des
Griffs ein Nocken in Berührung
mit dem Hebel kommt, diesen kippt und so das Sperrglied bewegt, um
das Schließen
des zweiten Schaltkontakts zu ermöglichen. Die Gesamtkonstruktion
kann also sehr einfach gestaltet sein, mit Plättchen und Hebel.
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Bei
der Klinke ist es eine bevorzugte Ausführungsform, dass sie über einen
Auslösehebel
entklinkt wird, der von einem durch den gedämpften Kurzschlussstrom ausgelenkten
Bimetallelement betätigt
wird. Anders als im Stand der Technik sind also keine Spulenelemente
nötig,
sondern es genügt
das mechanische einfache Bimetallelement, das über den Hebelmechanismus die
Klinke entklinkt.
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Da
erfindungsgemäß auch wünschenswert ist,
dass bei den Hauptleitungsschutzschaltern gemäß der Erfindung ein Pumpen
verhindert wird (wechselndes Aus- und Einschalten des Schalters bei
einem Kurzschlussstrom), ist der erfindungsgemäße Hauptleitungsschutzschalter
bevorzugt so aufgebaut, wie es in der nach dem Anmeldetag der vorliegenden
Anmeldung veröffentlichten
deutschen Anmeldung mit der Nr. 102005035737.7 offenbart ist.
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Insbesondere
kann der zweite Schaltkontakt einen Kontakthebel umfassen, der bei
einem nach dem Verbringen des Griffs in die Endposition auftretenden
Kurzschlussstrom durch einen von einer Spule bewegten Schlaganker
von der Kontaktfläche weggedrängt wird.
Ferner kann ein Klappanker vorgesehen sein, der von der Spule angezogen
wird, solange der Strom über
die Spule einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, und hierbei einen
Fortsatz an dem Kontakthebel festklemmt, um diesen von der Kontaktfläche weggedrängt zu halten.
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Der
Klappanker hält
also den Kontakthebel von der Klemmfläche weg, solange der Kurzschlussstrom
(durch den Widerstand im Nebenstrompfad gedämpft) über den Nebenstrompfad fließt. Erst
wenn der Kurzschlussstrom endet, wird der Klappanker von der Spule
nicht mehr angezogen, gibt den Fortsatz des Kontakthebels und somit
den Kontakthebel damit als Ganzes frei, wodurch der Kontakthebel
(bevorzugt von einer Feder) wieder in die Position zurückgedrängt wird,
in der der Kontakt geschlossen wird.
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Es
wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in der:
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1A bis 1E den
erfindungsgemäßen Hauptleitungsschutzschalter
im Schnitt in verschiedenen Situationen zeigt, und
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2A bis 2E das
Schaltbild des erfindungsgemäßen Hauptleitungsschutzschalters
in verschiedenen Situationen zeigt.
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Das
Schnittbild der Mechanik des Hauptleitungsschutzschalters gemäß der Erfindung
in 1A zeigt, dass ein Kontakt aus einer Kontaktfläche 10 und
einem Kontakthebel 12 besteht. In der 1A sind
zwei Kontakte als hintereinander angeordnet anzusehen. Dies wird
in 1B deutlich, in der der eine Kontakthebel 12 an
der Kontaktfläche 10 aufliegt,
und der zweite Kontakthebel 12' nicht. Die Hintereinanderanordnung
(Parallelanordnung) der beiden Kontakte hat den Sinn, dass diese über einen gemeinsamen
Griff 14 gesteuert werden können. Der Griff 14 ist
drehbar und über
einen Lenker 16 mit einem Steuerplättchen 18 verbunden,
das wiederum an dem Kontakthebel 12 angelenkt ist. Das
Steuerplättchen 18 ist
mit einem Auslösehebel 20 verklinkt, wodurch
die mechanische Verbindung von dem Hebel 14 über den
Lenker 16 zu dem Steuerplättchen 18 und dem
Kontakthebel 12 mechanisch starr bleibt. Mit anderen Worten ändert sich
die räumliche
Beziehung der einzelnen Bauteile zueinander nur im Rahmen des durch
die Klinke Erlaubten.
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1A zeigt
nun den Hauptleitungsschutzschalter in der Situation, in der beide
Kontakte ausgeschaltet sind. Diese Situation ist auch in 2A im Prinzipbild
veranschaulicht. Zu sehen ist in 2A, dass
sich ein Strompfad in einen Hauptstrompfad und einen Nebenstrompfad
auftrennt. In dem Nebenstrompfad ist ein Widerstand R angeordnet
und ein Bimetallelement BM1.
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Jenseits
der Auftrennung von Nebenstrompfad und Hauptstrompfad ist eine Spule
SP angeordnet und ein zweites Bimetallelement BM2. Ein Schließmechanismus
ist durch ein Kreuz in einem Quadrat veranschaulicht. Der Schließmechanismus wirkt
wie die Spule auf zwei Kontakte ein. Ein erster Kontakt K1 liegt
jenseits von der Auftrennung des Strompfads in Hauptstrompfad und
Nebenstrompfad, d. h. schaltet beide Pfade gleichzeitig. Der zweite Schaltkontakt
K2 liegt ausschließlich
im Hauptstrompfad.
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Während in 2A beide
Kontakte als geöffnet
gezeigt sind, zeigen die 2B und 2C die nachfolgenden
Schritte beim Schließen
(bei Abwesenheit eines Kurzschlussstroms). Das Schloss (Kreuz im
Quadrat) wirkt auf den Kontakt K1 ein und schließt diesen (siehe 2B).
Der Kontakt K2 bleibt hierbei noch offen. Erst anschließend wird
durch das Schloss auch der Kontakt K2 geschlossen (siehe 2C).
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Mechanisch
wird dies wie folgt realisiert: In der 1A ist
vorne im Bild der erste Kontakthebel 12 angeordnet, der
zu dem ersten Schaltkontakt K1 gehört, und hinten im Bild ist
der zweite Kontakthebel 12' angeordnet.
Der zweite Kontakthebel 12' hat
einen Vorsprung 22. Von dem Griff 14 steuerbar
ist ein Sperrhebel 24. Der Sperrhebel 24 bewegt
ein Sperrplättchen 26,
welches als Sperrglied wirkt.
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Bei
der Ausgangsposition ist das Sperrplättchen 26 so angeordnet,
dass beim Aufschwenken des Kontakthebels 12' mit dem Vorsprung 22 der
Vorsprung 22 an dem Plättchen 26 zu
liegen kommt (siehe 1B), wodurch ein vollständiges Aufschwenken
des zu dem zweiten Kontakt K2 gehörigen Kontakthebels 12' verhindert
ist. Der Kontakthebel 12 kann hingegen dadurch, dass der
Griff 14 von einer in 1A gezeigten
Ausgangsposition in eine Durchgangsposition (2B) gebracht
wird, auf die Kontaktfläche 10 aufschwenken.
Die Situation aus 1B entspricht somit der aus 2B.
Bei einer weiteren Drehung des Griffs 14 über die
in 1B gezeigte Durchgangsposition hinaus wirkt ein
Nocken 28 an dem drehbaren Griff 14 auf den Sperrhebel 24 ein.
Der Sperrhebel 24 wird, wie in 1C zu sehen,
verkippt, und das Sperrplättchen 26 wird
angehoben. Das Sperrplättchen 26 behindert
nun nicht mehr die freie Bewegung des Vorsprungs 22 des zweiten
Kontakthebels 12',
so dass auch nun zusätzlich
zu dem Kontakthebel 12 der zweite Kontakthebel 12' an seine zugehörige Kontaktfläche 10' (nicht gezeigt)
gelangen kann. Entsprechend ist die Situation aus 2C hergestellt,
d. h. die 1C entspricht der 2C.
Der Griff 14 hat in 1C seine
Endposition erreicht.
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Die
Durchgangsposition des Griffs 14 ist nochmals in 1D dargestellt,
und die Endposition des Griffs 14 ist nochmals in 1E dargestellt.
Diese Situation gilt jedoch für
den Fall, dass beim Einschalten der Kontakte ein Kurzschluss vorliegt.
Diese Situation ist in 2D veranschaulicht: Beim Einschalten
des selektiven Hauptleitungsschutzschalters bei einem Kurzschluss
fließt
ein (gedämpfter) Strom über den
Nebenstrompfad. Das Bimetallelement BM1 wird durch den gedämpften Kurzschlussstrom
ausgelenkt und wirkt auf das Schaltschloss ein, welches wiederum
den Kontakt K1 öffnet,
d. h. von der 2D wird bei Bestehen eines Kurzschlusses
in die Situation gemäß 2E übergegangen,
und nicht in die Situation gemäß 2C.
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Im
Schnitt sieht dies wie folgt aus: Das Bimetallelement BM1 (siehe 1D,
das aus Gründen
der Einfachheit der Darstellung in den anderen Schaubildern in 1A bis 1C nicht
dargestellt ist) wird von dem (durch den Widerstand R gedämpften) Kurzschlussstrom
durchflossen, dadurch, dass der erste Kontakt K1 geschlossen ist.
Durch den durch es hindurchfließenden
Strom wird das Bimetallelement BM1 ausgelenkt (siehe 1E)
und wirkt auf den Auslösehebel 20 ein.
Der Auslösehebel 20 entklinkt das
Steuerplättchen 18.
Die mechanisch starre Verbindung von dem Griff 14 über den
Lenker 16 und das Steuerplättchen 18 zu dem Kontakthebel 12 bzw. 12' ist damit aufgehoben,
und das Steuerplättchen 18 gibt
nach unten nach. Dadurch wird die Kraft des Griffs nicht mehr direkt
auf den Kontakthebel übertragen,
und dieser wird nicht mehr geschlossen. Stattdessen wird sogar der
Kontakthebel 12 von der Kontaktfläche 10 durch die Federkraft
einer Schaltfeder 38 weggedrückt, und die Situation gemäß 2E ist hergestellt,
d. h. die Kontakte K1 und K2 sind beide geöffnet.
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Es
ist somit nicht möglich,
mit dem erfindungsgemäßen selektiven
Hauptleitungsschutzschalter auf einen Kurzschluss draufzuschalten.
Der Kurzschlussstrom fließt
lediglich für
kurze Zeit über den
Nebenstrompfad (als gedämpfter
Kurzschlussstrom), und der Hauptstrompfad wird niemals geschlossen.
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Der
erfindungsgemäße Hauptleitungsschutzschalter
ist auch für
den Fall geeignet, dass nachträglich
ein Kurzschluss auftritt. Hier funktioniert der Hauptleitungsschutzschalter
wie in der deutschen Voranmeldung Nr. 102005035737.7 beschrieben.
Dies wird im Folgenden kurz anhand von 1C erläutert. Die
Spule SP ist so ausgelegt, dass sie beim Fließen eines Kurzschlussstroms
durch den Hauptstrompfad den Schlaganker 30 bewegt, der
gegen den Kontakthebel 12 und 12' schlägt und diese von der Kontaktfläche 10 und 10' wegdrückt. Ein (stabförmiger)
Fortsatz 32 an dem Kontakthebel 12 kippt dann
nach unten, und ein gleichzeitig von der Spule angezogener Klappanker 34 fasst
mit seiner Rastnase 36 über
den Fortsatz 32 und klemmt diesen fest. Der Klappanker 34 bleibt
auch noch solange angezogen, wie über den Nebenstrompfad ein
(gedämpfter)
Kurzschlussstrom fließt,
so dass es nicht zu einem Pumpen kommt: Der Klappanker 34 hält den Fortsatz 32 fest
und damit den Kontakthebel 12' von der Kontaktfläche 10' weg, solange
der Strom in dem Nebenstrompfad eine bestimmte Grenze nicht unterschritten
hat. Während
der Kontakt K2 dadurch offen gehalten wird, fällt der Kontakt K1 durch Federkraft
sehr schnell wieder zu, also der Kontakthebel 12 wird wieder
zur Kontaktfläche 10 gedrückt. Somit
ist der Nebenstrompfad geschlossen.
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Gegenüber den
selektiven Hauptleitungsschutzschaltern des Standes der Technik
hat die Erfindung den Vorteil, dass sie besonders kompakt gebaut
ist, weil zur Realisierung der verzögerten Einschaltung des zweiten
Kontakts lediglich der Sperrhebel 24 und das Sperrplättchen 26 vorgesehen sind,
und wobei es zum Öffnen
des Kontakts K1 ausreichend ist, dass das Bimetallelement BM1 auf
den Auslösehebel 20 einwirkt
und das Steuerplättchen 18 entklinkt
wird.