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Die
Erfindung betrifft ein Installationsschaltgerät mit einer Doppelunterbrechung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Installationsschaltgeräte, beispielsweise
Motorschutzschalter, weisen wenigstens einen Polstrompfad auf, umfassend
zwei feststehende Kontaktstücke
und zwei auf einer beweglichen Kontaktbrücke angeordnete bewegliche
Kontaktstücke,
durch die ein Polschalter mit zwei Kontakten und doppelter Unterbrechung
gebildet ist.
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Die
Kontaktbrücke
wird dabei durch einen Drücker
in Öffnungsrichtung
und durch eine Kontaktdruckfeder in Schließrichtung beaufschlagt.
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Weiter
umfassen gattungsgemäße Installationsschaltgeräte einen
elektromagnetischen Auslöser,
dessen Anker bei Auftreten eines Kurzschlussstromes in dem Polstrompfad
sowohl über
den Drücker
die Kontaktbrücke
in Öffnungsrichtung
aufschlägt,
als auch die Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses entklinkt,
so dass das Schaltschloss über einen
Wirkhebel die Kontaktbrücke
dauerhaft entgegen der Kraft der Kontaktdruckfeder öffnend beaufschlagt.
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Unmittelbar
nach dem Aufschlagen der Kontaktbrücke und damit dem Unterbrechen
des Kurzschlussstromes in dem Polstrompfad bricht der elektrodynamische
Rückstoß des elektromagnetischen Auslösers zusammen
und die Kontaktbrücke
wird durch die Kraft der Kontaktdruckfeder wieder in Richtung auf
ihre Schließstellung
hin beaufschlagt.
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Aufgrund
der größeren mechanischen
Trägheit
des Schaltschlosses, verglichen mit derjenigen des den Anker und
den Drücker
umfassenden Systems, eilt der Wirkhebel zur dauerhaften Offenhaltung
der Kontakte durch das Schaltschloss der Druckerbewegung nach.
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Unter
ungünstigen
Bedingungen kann es vorkommen, dass die Kontakte durch die Kontaktdruckfeder
bereits wieder geschlossen wurden, bevor das Schaltschloss über den
Wirkhebel und den Drücker
eine dauerhafte Öffnung
bewirken kann. Man spricht dann vom Auftreten eines Kontaktprellens,
welches unerwünscht
ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät mit verbessertem
dynamischen Verhalten bei der Kurzschlussstromunterbrechung unter
Vermeidung von Kontaktgrellen zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß umfasst
also der Drücker einen
Schieber und einen Schlagstift, die im Wesentlichen in Bewegungsrichtung
der Kontaktbrücke
relativ zu dieser und relativ zueinander verschieblich angeordnet
sind, wobei die Anordnung aus Schieber, Schlagstift, Kontaktbrücke, Wirkhebel
und Anker so eingerichtet ist, dass im Kurzschlussfall der Anker über den
Schlagstift die Kontaktbrücke
in Öffnungsrichtung
aufschlägt,
wobei der Schieber dem Schlagstift nacheilt, bevor der Wirkhebel über den
Schieber die Kontaktbrücke
entgegen der Kontaktdruckkraft dauerhaft in Offenstellung hält.
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Der
erfindungsgemäße Drücker ist
also zweistöckig
ausgeführt.
Dadurch wird es möglich, dass
ein erstes Teil des Drückers,
nämlich
der Schlagstift, im Kurzschlussfall aufgrund seiner kleinen Masse
sehr schnell von dem Anker beschleunigt werden kann und somit sehr
schnell die Kontaktbrücke
aufschlägt.
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Wenn
die Kontaktbrücke
aufgeschlagen wurde und dadurch der Kurzschlussstrom unterbrochen ist,
endet auch die Kraftwirkung des Ankers auf den Schlagstift. Die
Kontaktbrücke
wird jetzt von der Kraft der Kontaktdruckfeder wieder in Schließrichtung
gedrückt.
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Der
erfindungsgemäß als zweites
Teil des Drückers
dem Schlagstift nacheilende Schieber kann diese Gegenbewegung der
Kontaktbrücke
bremsen, so dass die Kontaktbrücke
daran gehindert wird, die Kontakte zu schließen, bevor der Wirkhebel, in
der aufgrund der größeren mechanischen
Trägheit
des Schaltschlosses dem Schlagstift noch weiter nacheilt, über den
Schieber die Kontaktbrücke
schließlich dauerhaft
in Offenstellung hält.
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Somit
wird durch das erfindungsgemäße Installationsschaltgeräte ein sehr
schnelles aufschlagen der Kontaktbrücke im Kurzschlussfall bei
gleichzeitiger Verhinderung des Kontaktteil es erreicht.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
ist die Kontaktbrücke
in einer ersten Öffnung
des Schiebers in ihrer Bewegungsrichtung verschiebbar geführt.
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Sehr
vorteilhaft ist eine weitere Ausführungsform, bei deren der Schlagstift
in einer zweiten Öffnung
des Schiebers in Bewegungsrichtung der Kontaktbrücke verschiebbar führt ist.
Die Führung
des Schlagstiftes in der zweiten Öffnung des Schiebers ist dabei
vorteilhafterweise so dimensioniert, dass der Schlagstift bei seiner
Bewegung in Öffnungsrichtung
der Kontaktbrücke
aufgrund einer vorhandenen Reibungskraft zwischen Schlagstift und
Schieber diesen in Öffnungsrichtung
nacheilend mitnimmt.
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Gemäß einer
vorteilhaften weiteren Ausführungsform
weist der Schieber in der ersten Öffnung einen ersten Absatz
auf, der einen oberen Anschlag für
die Kontaktbrücke
bildet. Dies gewährleistet
einem sehr kompakten Aufbau. Wenn der Schieber bei seiner dem Schlagstift
nacheilenden Bewegungen in Öffnungsrichtung
der Kontaktbrücke
auf diese trifft, so bremst eher über den als oberen Anschlag
wirkenden ersten Absatz in die gegenläufige Bewegung der Kontaktbrücke in Schließrichtung.
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Vorteilhafterweise
weist der Schieber an seiner Außenseite
einen zweiten Absatz auf, der einen Angriffspunkt für den Wirkhebel
bildet.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist die Anordnung aus Schlagstift, Schieber und
Kontaktbrücke
so dimensioniert, dass die Masse des Schiebers gleich oder größer ist
als die Summe der Massen von Schlagstift und Kontaktbrücke. Daraus
resultiert der Vorteil, dass die Kraft der Rückstellungsfeder auf die Kontaktbrücke kleiner
ist als die Kraft, die aufgrund der genetischen Energie des Schlagstiftes
beim Öffnen
auf die Kontaktbrücke
wirkt.
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Noch
weiter vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
bei der der Schieber in der ersten, die Kontaktbrücke führenden Öffnung einen
dritten Absatz aufweist, der einen unteren Anschlag für die Kontaktbrücke bildet.
An dem dritten Absatz nimmt die Kontaktbrücke bei ihrer Aufschlagbewegung
in Öffnungsrichtung
den Schieber zunächst
ein Stück
in Öffnungsrichtung
mit und unterstützt
dadurch dessen dem Schlagstift nacheilende Bewegung in Öffnungsrichtung.
Wenn nach dem Zusammenbrechen des elektrodynami schen Rückstoßes des
elektromagnetischen Auslösers
die Kontaktbrücke
aufgrund der Kraft der Kontaktdruckfeder sich wieder gegenläufig in
Schließrichtung
bewegt, so ist bei der gerade beschriebenen Ausführungsform der Schieber noch weiter
in Öffnungsrichtung
vorangekommen und trifft mit seinem ersten Absatz noch früher auf
die Kontaktbrücke,
wodurch ein noch effektiveres Abbremsen der gegenläufigen Schließbewegung
der Kontaktbrücke
erfolgt.
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Anhand
der Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und
beschrieben werden.
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Es
zeigen:
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1a:
ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit
einem erfindungsgemäßen Drücker in
der Ruhestellung,
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1b:
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß 1a in
der Ruhestellung,
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2a:
ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit
einem erfindungsgemäßen Drücker kurz
nach Auftreten eines Kurzschlussstromes,
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2b:
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß 2a,
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3a:
ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit
einem erfindungsgemäßen Drücker bei
maximaler Auslenkung der Kontaktbrücke in Öffnungsrichtung,
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3b:
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß 3a,
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4a:
ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit
einem erfindungsgemäßen Drücker bei
gegenläufiger
Bewegung der Kontaktbrücke
und des Schiebers,
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4b:
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß 4a,
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5a:
ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit
einem erfindungsgemäßen Drücker bei
Beginn der Wirkung des Schaltschlosses auf den Wirkhebel,
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5b:
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers in der Position gemäß 5a,
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6a:
ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit
einem erfindungsgemäßen Drücker bei
dauerhafter Öffnung durch
das Schaltschloss über
den Wirkhebel,
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6b:
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers in der Position gemäß 6a,
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7:
eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drückers gemäß einer weiteren Ausführungsform,
sowie
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8:
eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drückers gemäß einer dritten Ausführungsform.
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In
den 1 bis 8 sind jeweils
gleiche oder gleichwirkende Elemente oder Baugruppen jeweils mit
den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Installationsschaltgerät 1 mit
einem Polstrompfad 2 zwischen einer Eingangsklemme 3 und
einer Ausgangsklemme 4. Es könnte sich beispielsweise um einen
Polstrompfad eines dreipoligen Motorschutzschalters handeln, dessen
andere beiden Polstrompfade entsprechend aufgebaut sind.
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Der
Polstrompfad 2 umfasst zwei feststehende Kontaktstücke 5, 6 und
zwei auf einer beweglichen Kontaktbrücke 7 angeordnete
bewegliche Kontaktstücke 8, 9,
durch die eine Kontaktstelle 10 mit Doppelunterbrechung
gebildet ist. Die Kontaktbrücke 7 wird
durch eine Kontaktdruckfeder 11 in Schließrichtung,
siehe Richtungspfeil S, beaufschlagt. Durch einen Drücker 12,
der an der der Kontaktdruckfeder 11 gegenüberliegenden
Seite der Kontaktbrücke 7 angreift,
kann diese in Öffnungsrichtung,
siehe Richtungspfeil O, beaufschlagt werden.
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Der
Polstrompfad 2 umfasst noch einen thermischen Auslöser 113 und
einen elektromagnetischen Auslöser 13 mit
einem Anker, der im Falle eines in dem Polstrompfad 2 auftretenden
Kurzschlussstromes aufgrund eines elektrodynamischen Rückstoßes über den
Drücker 12 die
Kontaktbrücke 7 in Öffnungsrichtung
aufschlägt,
angedeutet durch die Wirklinie 14. Gleichzeitig wirkt der
Anker des elektromagnetischen Auslösers 13 im Kurzschlussfall auch
auf ein Schaltschloss 15 und entklinkt dessen Verklinkungsstelle,
angedeutet durch die Wirklinie 16, so dass das Schaltschloss 15 im
entklinkten Zustand über
einen Wirkhebel 17, angedeutet durch die Wirklinie 18,
den Drücker 12 dauerhaft
in Öffnungsrichtung
der Kontaktbrücke 7 beaufschlagt.
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Die
Funktion des thermischen Auslösers 113,
der im Falle eines Überstromes
ebenfalls auf das Schaltschloss 15 wirkt, angedeutet durch
die Wirklinie 114, ist im Prinzip bekannt und nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung. Der thermischer Auslöser 113 ist hier nur
der Vollständigkeit
halber mit dargestellt.
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Bei
dem mechanischen System umfassend das Schaltschloss 15 und
den Wirkhebel 17 kann es sich beispielsweise um ein Kniehebelsystem
mit einer zweistufigen Verklinkung handeln. Der Wirkhebel 17 ist
als Doppelarmhebel ausgebildet, dessen erster, von dem Schaltschloss 15 beaufschlagter
Hebelarm 171 und dessen zweiter, mit dem Drücker 12 zusammenwirkender
Hebelarm 172 einen stumpfen Winkel miteinander bilden und
in einer ortsfesten Drehachse 173 drehbar gelagert ist,
wodurch der Wirkhebel 17 als Umlenkhebel wirkt.
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Das
gerade beschriebenen mechanische System hat eine gewisse mechanische
Trägheit,
wodurch nach dem Entklinken eine gewisse Zeit, beispielsweise 2
ms, vergeht, bevor der Wirkhebel 17 auf den Drücker 12 trifft,
um diesen dauerhaft in Öffnungsrichtung
zu beaufschlagen.
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Demgegenüber ist
die Zeit bis zum direkten Aufschlagen der Kontaktbrücke 7 durch
den Anker des elektromagnetischen Auslösers 13 viel kürzer, sie
beträgt
beispielsweise nur 1 ms.
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Dadurch
könnte
es, wenn keine weiteren Maßnahmen
ergriffen werden, passieren, dass die Kontaktbrücke 7 durch die Rückstellkraft
der Kontaktdruckfeder 11 bereits wieder in ihre Ausgangsstellung
in der Schließposition
zurück
gedrückt
und die Kontaktstelle 10 dadurch wieder geschlossen wird, bevor
noch der Wirkhebel 17 mit dem freien Ende seines zweiten
Armes 171 den Drücker
und damit die Kontaktbrücke 7 dauerhaft
in Öffnungsstellung
beaufschlagen können.
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Die
erfindungsgemäßen Maßnahmen,
die ergriffen werden, um das zu verhindern werden im folgenden beschrieben.
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Der
Drücker 12 ist
zweiteilig ausgeführt.
Er umfasst einen Schieber 19 und einen Schlagstift 20. Wie
in der Schnittdarstellung der 1b zu
sehen, ist der Drücker 12 ein
längs erstrecktes
Bauteil mit in etwa einer zylindrischen Grundform.
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In
einer ersten, schlitzartigen Öffnung 21 im Schieber 19,
die nach unten zur Schmalseite des Schiebers 19 hin offen
ist, ist die Kontaktbrücke 7 in ihrer
Schließ-
beziehungsweise in ihrer Öffnungsrichtung
verschieblich geführt.
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Der
Schlagstift 20 ist in einer zweiten, kanalartigen Öffnung 22 in
dem Schieber 19 ebenfalls in der Schließ- beziehungsweise Öffnungsrichtung
der Kontaktbrücke 7 beweglich
geführt.
Er überragt
den Schieber 19 nach oben in Richtung des Angriffspunktes
des Schlagankers.
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In
der ersten Öffnung 21 des
Schiebers 19 ist ein erster Absatz 23 gebildet,
der als oberer Anschlag für
die Kontaktbrücke 7 dient.
An der Außenseite
des Schiebers 19 ist ein zweiter Absatz 24 gebildet,
der als Angriffspunkt für
den Wirkhebel 17 dient.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung
bei Auftreten eines Kurzschlussstroms wird nun im folgenden erläutert. Wenn
ein Kurzschlussstrom auftritt, siehe 2a, so
schlägt
aufgrund des elektrodynamischen Rückstoßes des elektromagnetischen
Auslösers 13 dessen
Anker auf dem Schlagstift 20 des Drückers 12, angedeutet
durch den Impulspfeil I in der 2a. Der
Schlagstift 20 wird in Öffnungsrichtung
O nach unten beschleunigt, wobei er die Kontaktbrücke 7 in Öffnungsrichtung
O mitnimmt. Dadurch werden die beweglichen Kontaktstücke 8, 9 von
den festen Kontaktstücken 5, 6 getrennt und
die Doppelkontaktstelle 10 geöffnet. Aufgrund der Massenträgheit setzt
sich die Abwärtsbewegung des
Schlagstift 20 fort, auch wenn der Anker nach Zusammenbrechen
des Kurzschlussstromes bei geöffneter
Kontaktstelle 10 wieder in seine Ruheposition zurückkehrt.
Die 3a zeigt diesen Zustand, in dem die Kontaktbrücke 7,
getrieben durch den Schlagstift 20, ihre maximale Auslenkung
in Öffnungsrichtung
O erreicht hatte. Die Kontaktdruckfeder 11 ist ganz zusammengedrückt.
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Aufgrund
einer geringen Gleitreibungskraft zwischen dem Schlagstift 20 und
dem Schieber 19 im Inneren der zweiten Öffnung 22 wird der
Schieber 19 durch den Schlagstift 20 in Öffnungsrichtung
O dem Schlagstift 20 nacheilend mitgenommen.
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Wenn
die maximale Auslenkung der Kontaktbrücke 7 in Öffnungsrichtung
O erreicht ist, wird diese aufgrund der Rückstellkraft der Kontaktdruckfeder 11 wieder
nach oben in Schließrichtung
S beaufschlagt und bewegt, siehe 4a. Für eine gewisse
Zeit findet somit eine gegenläufige
Bewegung der Kontaktbrücke 7 nach
oben und des Schiebers 19 nach unten statt. Wenn der Schieber 19 mit
seinem ersten Absatz 23 auf die ihm entgegenkommende Kontaktbrücke 7 trifft,
so verlangsamt sich zunächst
die Aufwärtsbewegung
der Kontaktbrücke 7,
wobei dann aber nach einer kurzen Verharrungszeit die Kontaktbrücke 7 den
Schieber 19 auf ihrer weiteren Aufwärtsbewegung in Schließrichtung über den
ersten Absatz 23 mitnimmt. Diese Situation ist in der 5a und 5b dargestellt.
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In
der 5a ist derjenige Zeitpunkt erfasst, in dem die
trägheitsbedingte
Verzögerung
des mechanischen Systems bestehend aus dem Schaltschloss 15 und
den Wirkhebel 17 beendet ist und der als Kniehebel ausgebildete
Wirkhebel 17 von dem Schaltschloss 15, angedeutet
durch den Wirkungspfeil K, im Uhrzeigersinn verdreht wird. Die Kontaktstelle 10 ist
immer noch geöffnet.
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Bei
weiterer Aufwärtsbewegung
in Schließrichtung
S trifft der Schieber 19 mit seinem zweiten Absatz 24 auf
den sich weiter im Uhrzeigersinn drehenden Wirkhebel 17.
Das Schaltschloss 15 ist entklinkt, und hält – angedeutet
durch den Pfeil K – den Wirkhebel 17 dauernd
in einer solchen Position, dass er über den zweiten Absatz 24 den
Schieber 19 so weit in Öffnungsrichtung
O festhält,
dass die Kontaktstelle 10 dauerhaft geöffnet bleibt. Ein Kontaktgrellen hat
ersichtlich nicht stattgefunden.
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Die 7 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schiebers 19a.
Bei diesem ist die erste Öffnung 21 nach
unten hin durch einen Steg 25 verschlossen. Der Bewegungsbereich der
Kontaktbrücke 7 ist
somit in der ersten Öffnung 21 zwischen
dem als oberer Anschlag wirkenden ersten Absatz 23 und
dem Steg 25 begrenzt. Die vorteilhafte Wirkung des Steges 25 besteht
darin, dass bei der Abwärtsbewegung
des Schlagstiftes 20 dieser als unterer Anschlag wirkt
und den Schieber 19 aktiv nach unten in Öffnungsrichtung
mitnimmt. Er unterstützt
dadurch die nacheilende Mitnahme des Schiebers 19 nach
unten in Öffnungsrichtung
O durch den Schlagstift 20.
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Eine
weitere Variante zeigt die 8. Dort sind
anstelle eines durchgängigen
Steges in der ersten Öffnung 21 an
deren offenem Ende zwei Absätze 26 mit
jeweils abgeschrägten
Seitenflächen 27 angebracht.
Die Mitnahme des Schiebers 19 durch die Kontaktbrücke 7 erfolgt
dabei über
die schrägen
Flächen 27.
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Insgesamt
umfasst somit das erfindungsgemäße Installationsschaltgeräte zwei
bewegte Systeme. Das erste bewegte Teilsystem umfasst den Schlagstift 20 und
die Kontaktbrücke 7,
um das zweite bewegte Teilsystem umfasst den Schieber 19.
Die beiden bewegten Teilsysteme müssen so dimensioniert sein,
dass die Kraft der Kontaktdruckfeder 11 auf die Kontaktbrücke 7 kleiner
ist als die Kraft, die der Schlagstift 20 aufgrund der
ihm von dem Anker des elektromagnetischen Auslösers 13 durch den Stoß mitgeteilten
kinetischen Energie erfährt.
Dazu muss die Masse des Schiebers 19 größer sein oder zumindest gleich
der Summe der Massen des Schlagstiftes 20 und der Kontaktbrücke 7.
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- 1
- Installationsschaltgerät
- 2
- Polstrompfad
- 3
- Eingangsklemme
- 4
- Ausgangsklemme
- 5,
6
- Feststehende
Kontaktstücke
- 7
- Bewegliche
Kontaktbrücke
- 8,
9
- Bewegliche
Kontaktstücke
- 10
- Kontaktstelle
- 11
- Kontaktdruckfeder
- 12
- Drücker
- 13
- Elektromagnetischer
Auslöser
- 14
- Wirklinie
- 15
- Schaltschloss
- 16
- Wirklinie
- 17
- Wirkhebel
- 18
- Wirklinie
- 19
- Schieber
- 20
- Schlagstift
- 21
- Erste Öffnung
- 22
- Zweiter Öffnung
- 23
- Erster
Absatz
- 24
- Zweiter
Absatz
- 25
- Steg
- 26
- Absatz
- 27
- Abgeschrägte Seitenflächen
- 113
- Thermischer
Auslöser
- 114
- Wirklinie
- 171
- Erster
Hebelarm
- 172
- Zweiter
Hebelarm
- 173
- Drehachse