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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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Auch aus der
DE 195 26 592 A1 ist ein elektrischer Schalter mit einer Auftrennung in einen Hauptstrompfad und einen Nebenstrompfad bekannt.
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Ferner sind aus der
DE 196 03 411 A1 ein elektrisches Schaltgerät für Niederspannungsschaltanlagen mit einer Kurzschlussmeldevorrichtung sowie ein Verfahren zur Kurzschlussüberprüfung bekannt.
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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 Schaltkontakts 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. 10 2005 035 737.7 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. 10 2005 035 737.7 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.
