-
Die
Erfindung betrifft einen elektrischen selektiven Selbstschalter,
insbesondere einen Schutzschalter. Sie betrifft besonders einen
elektrischen selektiven Schutzschalter mit geringen Leistungsverlusten.
-
Ein
elektrischer Selbstschalter ist beispielsweise aus der
DE 103 54 505 A1 bekannt.
Trifft bei diesem bekannten elektrischen Selbstschalter der Stössel
des Magnetankers in Betätigungsrichtung auf die Kontaktbrücke
auf, so erfolgt durch den sich ergebenen elastischen Stoß nicht
nur eine Unterbrechung des Hauptstrompfads, sondern auch eine kurzzeitige
Unterbrechung des Hilfstrompfads. Dies kann dazu führen,
dass die Funktion der Hilfsauslösevorrichtung nicht zuverlässig
gewährleistet ist.
-
Aus
der
DE 28 54 616 ist
eine Selektivschutzeinrichtung bekannt, die zur selektiven Abschaltung von
Verbrauchern, ggf. mit einer vorgeschalteten Hauptsicherung dient.
Hierbei ist im Strompfad eines Hauptleitungsschutzschalters eine
Umschaltvorrichtung vorgesehen, welche bei Auftreten eines Kurzschlussstroms
den Strom zumindest teilweise auf einen mit einem Magnetauslöser
versehenen Parallelzweig umschaltet, wobei der Parallelzweig eine Einrichtung
enthält, welche nach Durchgang eines vorgegebenen Wertes
eines zeitlichen Stromquadratintegrals den Strom durch die Spule
des Magnetauslösers soweit erhöht, dass dieser
ein Schaltschloss auslöst, welches eine Trennstelle im
Strompfad des Hauptleitungsschutzschalters endgültig öffnet.
-
Aus
der
DE 41 183 77 A1 ist
ein Schutzschalter vorbekannt, der bei Kurzschluss erst nur vorläufig ausschaltet
und wartet, ob ein nachgeschalteter Schutzschalter den Kurzschluss
abtrennt. In diesem Fall schaltet er wieder ein, andernfalls schaltet
er endgültig ab. Hierzu ist ein Leistungsschutzschalter vorgesehen,
in dessen Hauptstromweg ein auf Überstrom ansprechender
thermischer Auslöser wie beispielsweise ein Bimetall, ein
auf Kurzschluss ansprechender Magnetmechanismus und eine von dem thermischen
Auslöser sowie von dem Magnetmechanismus betätigte
Trennstelle angeordnet sind. Der Magnetmechanismus und die Trennstelle
sind überbrückt durch einen Nebenstromweg, in
welchem ein zweiter thermischer Auslöser wie beispielsweise
ein zweites Bimetall, ein elektrischer Widerstand und eine zweite
Trennstelle angeordnet sind. Hinter den Trennstellen zweigt ein
weiterer Stromweg über einen zweiten Magnetmechanismus
zum Nullleiter ab, er führt hinter dem zweiten Magnetmechanismus über
zwei Parallelleitungen mit jeweils einer dritten Trennstelle und
einer vierten Trennstelle, wobei der erste Stromzweig noch einen
zweiten Widerstand aufweist.
-
Darüber
hinaus sind Haupt-Sicherungsautomaten nach E DIN VDE 0645 bekannt,
bei welchem in einem Hauptstrompfad eine erste thermische Auslösevorrichtung
wie ein Bimetall, ein Hauptschalter und eine magnetische Auslösevorrichtung
in Reihe geschaltet sind, wobei der Hauptschalter durch einen Nebenschluss überbrückt
ist, in welchem ein Selektivwiderstand, eine zweite thermische Auslösevorrichtung
zur Selektivauslösung und ein Nebenschalter in Reihe geschaltet
sind, wobei die erste thermische Auslösevorrichtung und
die zweite thermische Auslösevorrichtung auf ein Schaltwerk
einwirkt, welches den Hauptschalter und den Nebenschalter öffnet,
und wobei die magnetische Auslösevorrichtung auf den Hauptschalter
einwirkt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen selektiven
Selbstschalter zu schaffen, bei dem einerseits zuverlässig
sichergestellt ist, dass bei einer Betätigung der Hauptauslösevorrichtung,
also bei einer Unterbrechung des Hauptstrompfads, ein ununterbrochener
Stromfluss im Hilfsstrompfad gewährleistet ist, und dass
gleichzeitig die Leistungsverluste im Normalbetrieb minimiert sind.
-
Diese
Aufgabe wird durch den elektrischen selektiven Selbstschalter nach
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Insbesondere
ist erfindungsgemäß ein elektrischer selektiver
Selbstschalter, insbesondere ein Schutzschalter vorgesehen, mit
einer Reihenschaltung aus einer Hilfsauslösevorrichtung,
einem normalerweise geschlossenen ersten Schalter, einem Widerstand
und einer Hauptauslösevorrichtung, die zwischen einen ersten
und einen zweiten elektrischen Anschluss geschaltet ist, einem Nebenschlussstrompfad,
der mit Hauptauslösevorrichtung in Reihe zwischen den ersten
und den zweiten elektrischen Anschluss geschaltet ist und der einen
im störungsfreien Fall geschlossenen zweiten Schalter sowie
einen normalerweise geschlossenen dritten Schalter aufweist, der
zum zweiten Schalter in Reihe geschaltet ist, und einer Strombrücke,
die einen Eingangskontakt des ersten Schalters mit einem Verbindungskontakt
zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter verbindet, wobei die
Hauptauslösevorrichtung so ausgebildet ist, dass bei Erreichen
eines ersten Schwellenstroms der zweite Schalter und bei Erreichen
eines zweiten Schwellenstroms, der größer als
der ersten Schwellenstrom ist, zusätzlich der dritte Schalter
geöffnet wird, und wobei die Hilfsauslösevorrichtung
so ausgebildet ist, dass der erste und der dritte Schalter bei geöffnetem
zweiten Schalter nach Ablauf einer ersten Zeitdauer geöffnet
wird, während bei geöffnetem zweiten und dritten
Schalter der erste Schalter nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer
geöffnet wird, die kürzer als die erste Zeitdauer
ist.
-
Es
ist also mit anderen Worten erfindungsgemäß ein
elektrischer selektiver Selbstschalter vorgesehen, welcher insbesondere
als Schutzschalter verwendet werden kann, welcher einen ersten und
einen zweiten Parallelschaltkreis, die miteinander und mit einer
Hauptauslösevorrichtung in Reihe geschaltet sind, aufweist.
Hierbei weist der erste Parallelschaltkreis in seinem ersten Zweig
eine Hilfauslösevorrichtung und einen dazu in Reihe geschalteten
normalerweise geschlossenen ersten Teilschalter eines Doppelschalters
auf, wobei sein zweiter Zweig einen Nebenschluss mit einem normalerweise
geschlossenen ersten Schalter bildet. Der zweite Parallelschaltkreis weist
in seinem ersten Zweig einen normalerweise geschlossenen zweiten
Teilschalter des Doppelschalters sowie einen dazu in Reihe geschalteten
Widerstand auf, wobei sein zweiter Zweig einen Nebenschluss mit
einem normalerweise geschlossenen zweiten Schalter bildet. Die Hauptauslösevorrichtung ist
so ausgebildet, dass bei Erreichen eines ersten Schwellenstroms
der erste Schalter und bei Erreichen eines zweiten Schwellenstroms,
der größer als der erste Schwellenstrom ist, zusätzlich
der zweite Schalter geöffnet wird. Die Hilfsauslösevorrichtung
ist so ausgebildet, dass der erste und zweite Teilschalter des Doppelschalters
sowie der zweite Schalter bei einem geöffneten ersten Schalter
nach Ablauf einer ersten Zeitdauer und bei einem geöffneten
zweiten Schalter nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer, die kürzer
als die erste Zeitdauer ist, geöffnet wird.
-
In
einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt,
dass die Strombrücke durch eine Kontaktbrücke
gebildet wird, die im Betriebszustand einen ersten und einen zweiten
Festkontakt des ersten Schalters sowie einen dritten Festkontakt des
dritten Schalters elektrisch miteinander verbindet.
-
Um
sicherzustellen, dass der erste Schalter grundsätzlich
nur durch die Hilfsauslösevorrichtung geöffnet
wird, um einen ununterbrochenen Stromfluss im Hilfsstrompfad zu
gewährleisten, ist es hierbei von Vorteil, wenn der dritte
Festkontakt einerseits und der erste und zweite Festkontakt andererseits auf
voneinander abgewandten Seiten der Kontaktbrücke gelegen
sind.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die
Hilfsauslösevorrichtung eine Bimetallbetätigereinrichtung
mit einem zwischen dem ersten Anschluss und dem ersten Schalter
gelegenen ersten Bimetall auf, wobei die Bimetallbetätigereinrichtung
so ausgebildet ist, dass sie auf ein die Kontaktbrücke
mechanisch beaufschlagendes Schaltschloss einwirkt, und wobei die
vom Schaltschloss auf die Kontaktbrücke ausgeübte
Auslösekraft in Öffnungsrichtung der Kontaktierung
zwischen dem dritten Festkontakt und der Kontaktbrücke
und den Öffnungsrichtungen der Kontaktierung zwischen dem
ersten Festkontakt und der Kontaktbrücke sowie dem zweiten
Festkontakt und der Kontaktbrücke wirkt.
-
Hierbei
ist es zweckmäßig, wenn die Bimetallbetätigereinrichtung
ein zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Anschluss gelegenes zweites
Bimetall aufweist, welches so ausgebildet ist, dass es unabhängig
vom ersten Bimetall mittels der Bimetallbetätigereinrichtung
ein Auslösen des Schaltschlosses bewirkt.
-
Vorzugsweise
ist dabei die Anordnung des ersten Festkontakts und des zweiten
Festkontakts und/oder die Gestaltung der Kontaktbrücke
derart, dass die Kontaktbrücke beim Auslösen des
Schaltschlosses, nachdem der dritte Festkontakt geöffnet worden
ist, zuerst vom zweiten Festkontakt und dann vom ersten Festkontakt
getrennt wird. Diese Ausgestaltungsform bewirkt eine zuverlässige
konsekutive Trennung zunächst des zweiten Festkontakts
von der Kontaktbrücke und danach des ersten Festkontakts von
der Kontaktbrücke.
-
Für
eine mechanisch sichere und einfache Ausführung der Erfindung
ist es besonders von Vorteil, wenn die Hauptauslösevorrichtung
eine mechanisch auf die Kontaktbrücke wirkende Magnetbetätigereinrichtung
mit einem ersten in Betätigungsrichtung bewegbaren Magnetanker
und eine zwischen den Nebenschlusspfad und den zweiten Anschluss geschaltete
Spule aufweist, wobei die in Betätigungsrichtung des ersten
Magnetankers gerichtete, vom ersten Magnetanker ausgeübte
Auslösekraft in Öffnungsrichtung der Kontaktierung
zwischen dem dritten Festkontakt und der Kontaktbrücke
und in Schließrichtung der Kontaktierung zwischen dem ersten
Festkontakt und der Kontaktbrücke sowie zwischen dem zweiten
Festkontakt und der Kontaktbrücke wirkt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet
eine Verbindungslinie zwischen dem ersten Festkontakt und dem zweiten
Festkontakt eine Schwenkachse für die Kontaktbrücke,
wenn die Auslösekraft des ersten Magnetankers auf die Kontaktbrücke
aufgebracht wird.
-
Weiter
ist es bevorzugt, wenn der Wirkpunkt der vom ersten Magnetanker
ausgeübten Auslösekraft zwischen dem dritten Festkontakt
einerseits und dem ersten und zweiten Festkontakt andererseits liegt.
-
Ferner
ist es zweckmäßig, wenn eine Kontaktfeder vorgesehen
ist, die im Betriebszustand gleichzeitig Kontaktkräfte
zwischen dem dritten Festkontakt und der Kontaktbrücke,
zwischen dem ersten Festkontakt und der Kontaktbrücke sowie
zwischen dem zweiten Festkontakt und der Kontaktbrücke
in der jeweiligen Schließrichtung der Festkontakte erzeugt.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktfeder an einem vom zweiten Festkontakt
abgewandten, den ersten und zweiten Festkontakt überragenden
Abschnitt der Kontaktbrücke auf diese einwirkt.
-
Hierbei
ist es besonders zweckmäßig, wenn der zweite Schalter
einen beweglichen Kontakt aufweist, der im störungsfreien
Fall den ersten Anschluss mit der Kontaktbrücke elektrisch
verbindet, wobei vorzugsweise der bewegliche Kontakt in Betätigungsrichtung
des bewegbaren Magnetankers hinter der Kontaktbrücke angeordnet
und mittels einer Schwenkvorrichtung schwenkbar gelagert ist, wobei die
Schwenkachse der Schwenkvorrichtung im Wesentlichen parallel zu
der Schwenkachse der Kontaktbrücke verläuft.
-
Für
eine einfache mechanische Umsetzung des zweiten und dritten Schalters
des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven
Selbstschalters ist es besonders von Vorteil, wenn die Magnetbetätigereinrichtung
einen sich durch ein Durchgangsloch der Kontaktbrücke erstreckenden
Stift mit einer in Betätigungsrichtung des bewegbaren Magnetankers
vor der Kontaktbrücke befindlichen Aufweitung aufweist, wobei
ein Ende des Stiftes der Magnetbetätigereinrichtung geeignet
ist, in Öffnungsrichtung des beweglichen Kontakts auf diesen
einzuwirken und die Aufweitung geeignet ist, in Öffnungsrichtung
der Kontaktbrücke auf diese einzuwirken.
-
Hierbei
ist es zweckmäßig, wenn die Magnetbetätigereinrichtung
derart ausgestaltet ist, dass bei einer Betätigung des
ersten Magnetankers die Kontaktierung zwischen der Kontaktbrücke
und dem beweglichen Kontakt vor der Kontaktierung zwischen dem dritten
Festkontakt und der Kontaktbrücke geöffnet wird.
-
Wenn
in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Magnetbetätigereinrichtung
einen Kern aufweist, der mit einem dem ersten Magnetanker zugewandten
Kurzschlussring versehen ist, wird durch die im Kurzschlussring
entstehenden Wirbelströme in einem Störfall oder
bei Betrieb mit Wechselstrom eine Vibration der Magnetanker vermieden. Schließlich
wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform die Betriebssicherheit
dadurch erhöht, dass die Magnetbetätigereinrichtung
einen zweiten in Betätigungsrichtung bewegbaren Magnetanker
aufweist, der vorzugsweise eine größere Masse
besitzt, als der erste Magnetanker, und der bei einer erhöhten
Induktion in der Magnetbetätigereinrichtung zusätzlich
zum ersten Magnetanker eine beschleunigte Bewegung in Betätigungsrichtung
bewirkt. Durch das Vorsehen des zusätzlichen zweiten Magnetankers
wird im Falle eines Kurzschlusses, also bei hoher Induktion in der
Magnetbetätigereinrichtung in Folge eines hohen Überstroms
die Kontaktierung zwischen der Kontaktbrücke und dem dritten
Festkontakt schlagartig soweit geöffnet, dass ein dort
entstehender Lichtbogen auch bei dem in diesen Fehlerfall erhöhten
Stromfluss zuverlässig und schnell gelöscht wird.
-
Weiter
ist es bevorzugt, wenn die Hilfsauslösevorrichtung derart
ausgestaltet ist, dass bei einem manuellen Einschalten zunächst
der zweite Schalter, dann der erste Schalter und darauf folgend
der dritte Schalter geschlossen wird.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt
-
1A eine
Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters und eine detaillierte Ansicht der in
der Richtung A hintereinander liegenden ersten und zweiten Festkontakte;
-
1B ein
Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im störungsfreien Betrieb;
-
2A eine
Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im Falle eines Überstroms;
-
2B ein
Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im Falle eines Überstroms;
-
3A eine
Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im Falle eines Kurzschlussstroms;
-
3B ein
Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im Falle eines Kurzschlussstroms;
-
4A eine
Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im abgeschalteten Zustand;
-
4B ein
Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im abgeschalteten Zustand;
-
5A eine
Funktionsskizze einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
elektrischen selektiven Selbstschalters im störungsfreien Fall;
und
-
5B ein
Schaltbild der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
elektrischen selektiven Selbstschalters im störungsfreien
Fall.
-
In 1A und 1B sind
der Aufbau des schematisch dargestellten elektrischen selektiven Selbstschalters
gemäß der Erfindung im eingeschalteten Betriebszustand
sowie ein zugehöriges Ersatzschaltbild gezeigt. Wie in 1B gezeigt, weist
der erfindungsgemäße Selbstschalter einen ersten
elektrischen Anschluss 2 und eine zweiten elektrischen Anschluss 4 auf,
zwischen die eine Hilfsauslösevorrichtung 6, ein
erster Schalter 8, ein Widerstand 10 und eine
Hauptauslösevorrichtung 12 in Reihe geschaltet
sind. Ferner weist der erfindungsgemäße elektrische
selektive Selbstschalter einen Nebenschlussstrompfad auf, der mit
der Hauptauslösevorrichtung 12 in Reihe zwischen
den ersten Anschluss 2 und den zweiten Anschluss 4 geschaltet
ist und der einen im störungsfreien Fall geschlossenen
zweiten Schalter 14 sowie einen normalerweise geschlossenen
dritten Schalter 16 aufweist, der zum zweiten Schalter 14 in
Reihe geschaltet ist. Des weiteren ist der Eingangskontakt des ersten
Schalters 8 durch eine Strombrücke mit einem Verbindungskontakt 18 zwischen
dem zweiten Schalter 14 und dem dritten Schalter 16 verbunden.
-
1A zeigt
den Aufbau des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters im eingeschalteten Betriebszustand. Hierbei
verbindet eine schwenkbar bewegliche Kontaktbrücke 20 einen ersten
Festkontakt 22, welcher den Eingangskontakt des ersten
Schalters 8 bildet, einen zweiten Festkontakt 24,
welcher mit dem Widerstand 10 verbunden ist, und einen
dritten Festkontakt 26, welcher über den Nebenschlussstrompfad
mit der Hauptauslösevorrichtung 12 in Verbindung
steht, elektrisch miteinander. Hierzu liegt die Kontaktbrücke 20 mit
einer Kontaktstelle 28 an ihrem ersten Ende 30 am
zweiten Festkontakt 26 an und stellt eine elektrische Verbindung
zwischen Hauptauslösevorrichtung 12 und erstem
Anschluss 2 über den zweiten Schalter 14 her.
In der Nähe ihres anderen Endes 32 stützt
sich die Kontaktbrücke 20 über eine Druckfeder 34 gegen
ein an einem Schaltschloss 36 vorgesehenes Widerlager 38 ab.
Das Widerlager 38 und der dritte Festkontakt 26 liegen
auf derselben Seite der Kontaktbrücke 20. Auf der
von dieser Seite abgewandten Seite der Kontaktbrücke 20 liegt
diese in einem zwischen dem Angriffspunkt der Druckfeder 34 und
dem dritten Festkontakt 26 an dem ersten Festkontakt 22 und
dem zweiten Festkontakt 24 an und stellt somit eine elektrische
Verbindung zwischen dem ersten, zweiten und dritten Festkontakt 22, 24 und 26 her.
Wie in der Detaildarstellung der 1A gezeigt,
welche die räumliche Anordnung des ersten Festkontakts 22 und
des zweiten Festkontakts 24 in der Richtung A senkrecht
zur Zeichnungsebene zeigt, liegt der erste Festkontakt 22 auf
derselben Seite der Kontaktbrücke 20 wie der zweite
Festkontakt 24. Hierbei kann der zweite Festkontakt 24 jedoch
etwas weiter vom Widerlager 38 beabstandet sein als der
erste Festkontakt 22. Im Be triebszustand stützt
sich die erste Kontaktbrücke 20 vom Druck der
Feder 34 beaufschlagt gegen den ersten Festkontakt 22 und
den dritten Festkontakt 24 ab und wird von der Kraft der Feder 34 um
eine den ersten Festkontakt 22 und dem zweiten Festkontakt 24 verbindende
Schwenkachse X in der Detaildarstellung der 1A entgegen
dem Uhrzeigersinn geschwenkt, sodass das erste Ende 30 der
Kontaktbrücke 20 mit der Kontaktstelle 28 gegen
den dritten Festkontakt 26 gedrückt wird. Die Druckfeder 34 bringt
somit an allen drei Festkontakten 22, 24 und 26 eine
erforderliche Andruckkraft auf, die die erste Kontaktbrücke 20 gegen
die Festkontakte 22, 24 und 26 zur festen
Anlage bringt.
-
Darüber
hinaus weist der erfindungsgemäße elektrische
selektive Selbstschalter einen beweglichen Kontakt 40 auf,
der im störungsfreien Fall den ersten Anschluss 2 mit
der Kontaktbrücke 20 elektrisch verbindet. Der
bewegliche Kontakt 40 ist mit seinem ersten Ende 42 in
einem Schwenklager 44 gelagert und liegt mit einer Kontaktstelle 46 an
seinem zweiten Ende 48 an der Kontaktbrücke 20 an. Die
Schwenkachse des Schwenklagers 44 liegt dabei im Wesentlichen
parallel zu der Schwenkachse X der Kontaktbrücke 20.
Der bewegliche Kontakt 40 ist auf derselben Seite der Kontaktbrücke 20 wie
der erste Festkontakt 22 und der zweite Festkontakt 24 angeordnet,
wobei der bewegliche Kontakt 40 gegen die Kontaktbrücke 20 über
eine Druckfeder 50 gedrückt wird, welche sich
an einem Widerlager 52 abstützt. Der bewegliche
Kontakt 40 verbindet somit im störungsfreien Fall
den ersten Anschluss 2 mit der Kontaktbrücke 20 und
bildet somit den geschlossenen zweiten Schalter 14. Dem
dritten Festkontakt 26 gegenüberliegend ist ein
gehäusefester Anschlag 54 vorgesehen, an welchen
das erste Ende 30 der Kontaktbrücke 20 bei
einer Bewegung der Kontaktbrücke 20 im Uhrzeigersinn
gegen die Kraft der Druckfeder 34 stößt,
um eine Auslenkung der Kontaktbrücke 20 zu beschränken.
-
Im
Folgenden soll die Hauptauslösevorrichtung 12 genauer
beschrieben werden. Diese weist eine Spule 56 auf, welche
zwischen den zweiten Anschluss 4 und den Nebenschlussstrompfad
mit dem zweiten Schalter 14 und dem dritten Schalter 16 in Reihe
geschaltet ist. Die Hauptauslösevorrichtung 12,
die als Magnetbetätigereinrichtung oder Magnetsystem ausgebildet
ist, weist ferner einen innerhalb der Spule 56 gelegenen
Spulenkern 58, einen Stift 60 sowie einen ersten
Magnetanker 62 auf. Zusätzlich ist ein zweiter
Magnetan ker 64 vorgesehen, der ebenfalls in Auslöserichtung
B innerhalb der Spule 56 verschiebbar ist und auf den Stift 60 einwirkt.
Im Ruhezustand stützt sich der zweite Magnetanker 64 unter
der Kraft einer Druckfeder 66 gegen einen gehäusefesten
Anschlag 68 ab. Des weiteren ist der Kern 58 an
seiner zum ersten Magnetanker 62 weisenden Stirnseite mit
einem Kurzschlussring 70 versehen, wobei sich in dem Kurzschlussring 70,
der aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff hergestellt ist,
Wirbelströme ausbilden, die das Entstehen von Schwingungen
in der Hauptauslösevorrichtung 12 unterbinden,
sodass es nicht zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung
kommt. Dies ist insbesondere bei Wechselstrombetrieb vorteilhaft,
da dann der Anker auf während der Auslösung des
Selbstschalters vibrationsfrei am Kern 58 gehalten wird.
-
Der
Stift 60 ist innerhalb des Kerns 58 in Auslöserichtung
A axial verschiebbar gelagert und ist von der Druckfeder 66 entgegen
der Auslöserichtung B vorgespannt. Das vordere Ende des
Stifts 60 steht axial aus dem Kern 58 in Richtung
auf die Kontaktbrücke 20 und den beweglichen Kontakt 40 hervor und
bildet einen Schlagstift zur Betätigung des beweglichen
Kontakts 40, wobei der Wirkpunkt des Stifts 60 zwischen
dem Schwenklager 44 des beweglichen Kontakts 40 und
der Druckfeder 50 liegt. Hierbei erstreckt sich der Stift 60 durch
ein Durchgangsloch 72 der Kontaktbrücke 20,
wobei an dem vorderen Ende des Stifts 60 in der Betätigungsrichtung
B des ersten Magnetankers 62 vor der Kontaktbrücke 20 eine
Aufweitung oder ein Abschnitt mit vergrößertem
Durchmesser 74 angeordnet ist, die größer
als das Durchgangsloch 72 der Kontaktbrücke 20 ist.
Bei einer Bewegung des Stifts 60 in Betätigungsrichtung B
des Magnetankers 62 stößt die Aufweitung 74 gegen
die Kontaktbrücke 20, um diese um die Schwenkachse
X, die durch den ersten und zweiten Festkontakt 22 und 24 gebildet
wird, gegen die Kraft der Druckfeder 34 gegen den Uhrzeigersinn
zu bewegen und um den Kontakt der Kontaktbrücke 20 mit dem
dritten Festkontakt 26 zu öffnen. Die Aufweitung 74 ist
so an dem Stift 60 angeordnet, dass zuerst der Kontakt
zwischen dem beweglichen Kontakt 40 und der Kontaktbrücke 20 geöffnet
wird, bevor der Kontakt zwischen der Kontaktbrücke 20 und
dem dritten Festkontakt 26 geöffnet wird.
-
Das
hintere Ende des Stifts 60 stützt sich in einer
Sacklochbohrung des zweiten Magnetankers 64 gegen den ersten
Magnetanker 62 ab. Der Stift 60 durchdringt dabei
eine axiale Bohrung im ersten Magnetanker 62. Der erste
Magnetanker 62 ist innerhalb der Sacklochbohrung des zweiten
Magnetan kers 64 axial verschiebbar geführt und
stützt sich auf seiner vom Magnetanker 64 abgewandten
Seite gegen einen Bund 75 eines Abschnitts des Stifts 60 mit
vergrößertem Durchmesser ab.
-
Im
Folgenden soll nun die Hilfsauslösevorrichtung 6 beschrieben
werden. Diese weist eine Bimetallbetätigereinrichtung mit
einem ersten Bimetall 76 auf, welches zwischen den ersten
Anschluss 2 und den ersten Festkontakt 22 des
ersten Schalters 8 geschaltet ist. Bei einem durch den
Hilfsstrompfad fließenden Strom wird das erste Bimetall 76 erwärmt und
biegt sich damit aus, woraufhin in bekannter Weise das Schaltschloss 36 nach
einer mit der Stromstärke korrelierten Verzögerungszeit
ausgelöst wird. Im Falle der Auslösung des Schaltschlosses 36 bewegt
sich das Schaltschloss 36 in Richtung des in 4A gezeigten
Pfeils C, wobei das zweite Ende 32 der Kontaktbrücke 20 im
Uhrzeigersinn um die Achse X schwenkt, bis das erste Ende 30 zur
Anlage an dem gegenüber dem dritten Festkontakt 26 gelegenen
gehäusefesten Anschlag 54 gerät. Bei
dieser Bewegung des Schaltschlosses 36 wird auch das Widerlager 38 mit
in die Richtung des Pfeils C bewegt, sodass die Schwenkbewegung
der Kontaktbrücke 20 ohne eine Kompression der
Feder 34 erfolgt, also die Kraft der Feder 34 nicht
zusätzlich ansteigt.
-
Liegt
das erste Ende 30 der Kontaktbrücke 20 am
Anschlag 54 an, so führt die weitere Bewegung
des Schaltschlosses 36 in Richtung des Pfeils C dazu, dass
sich die Kontaktbrücke 20 vom ersten Festkontakt 22 und
vom zweiten Festkontakt 24 löst, sodass der erste
Schalter 8 geöffnet wird. Hierbei kann bei einer
in Auslöserichtung C versetzten Positionierung des ersten
Festkontakts 22 und des zweiten Festkontakts 24 zunächst
der zweite Festkontakt 24 von der Kontaktbrücke 20 gelöst
werden, wobei danach die Lösung des ersten Festkontakts 22 von der
Kontaktbrücke 20 erfolgt, sodass der Stromkreis endgültig
getrennt ist.
-
Nun
soll die Funktion des erfindungsgemäßen elektrischen
selektiven Selbstschalters genauer beschrieben werden.
-
Tritt
in einem Störfall ein Überstrom zwischen dem ersten
Anschluss 2 und dem zweiten Anschluss 4 über
den niederohmigen Nebenschlussstrompfad auf, so induziert die Spule 56 eine
Magnetkraft auf den ersten Magnetanker 62, die diesen in Auslöserichtung
B gegen die Kraft der Feder 66 gegen den Bund 75 des
Stifts 60 bewegt und dann den Stift 60 gegen die
Kraft der Feder 66 in Auslöserichtung B gegen
den beweglichen Kontakt 40 in deren Wirkpunkt schlägt,
wodurch der Kontakt zwischen beweglichem Kontakt 40 und
Kontaktbrücke 20 geöffnet wird, wie in 2A und 2B gezeigt.
Hierbei ist die Ausweitung 74 an dem Stift 60 so
angebracht, dass die Kontaktbrücke 20 nach wie
vor einen Kontakt mit dem dritten Festkontakt 26 bildet
und nicht geöffnet wird. Für das in 2B gezeigte
Ersatzschaltbild bedeutet dies, dass der zweite Schalter 14 geöffnet
ist, während der erste Schalter 8 und der dritte
Schalter 16 geschlossen bleiben. Somit wird im Überstromfall
das Bimetall 76 der Bimetallbetätigereinrichtung
der Hilfsauslösevorrichtung 6 in Reihe zu der
Spule 56 der Hauptauslösevorrichtung 12 und
einem Parallelkreis aus Widerstand 10 und einem Nebenschlussstrompfad
mit dem dritten Schalter 16 geschaltet, wobei der Widerstand 10 durch
diesen Nebenschlussstrompfad kurzgeschlossen wird. Hierbei führt
der durch das erste Bimetall 76 fließende Strom
zu einer Erwärmung des ersten Bimetalls 76, wodurch
nach einer ersten Zeitdauer das Schaltschloss 36 in der
oben beschriebenen Art geöffnet wird. Hierbei entspricht
der Überstrom einem ersten Schwellenstrom, welcher apparativ
(beispielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung des Verhältnisses
zwischen Federkraft der Feder 66 und der Kraft der Spule 56)
durch den elektrischen selektiven Selbstschalter einstellbar ist.
-
Im
Falle eines kurzzeitigen Überschreitens des ersten Schwellenstroms
unterhalb der ersten Zeitdauer wird der Kontakt zwischen dem beweglichen
Kontakt 40 und der Kontaktbrücke 20 wieder geschlossen,
wodurch das erste Bimetall 76 wieder durch den Nebenschlussstrompfad
mit dem ersten Schalter 14 kurzgeschlossen wird. Somit
kommt es bei einer nur kurzzeitigen Erhöhung des Betriebsstroms
nicht zu einem Auslösen des Schaltschlosses 36.
Diese Funktion hat den Zweck, dass der elektrische selektive Selbstschalter
als Hauptschalter vorgesehen werden kann, wobei ein Auftreten eines Überstroms
zunächst durch nach dem Hauptschalter liegenden Sicherungen
von Endverbrauchern beseitigt werden kann, ohne dass der als Hauptschalter
arbeitende elektrische selektive Selbstschalter die Gesamtversorgung
einer Vielzahl von Endverbrauchern abtrennt.
-
Im
Falle eines Kurzschlussstroms ist der elektrische selektive Selbstschalter
jedoch dazu vorgesehen, innerhalb einer sehr kurzen Zeit, also einer zweiten
Zeitdauer, die wesentlich kürzer als die erste Zeitdauer
ist, das Schaltschloss 36 zu betätigen. Dieser
Fall ist in den 3A und 3B gezeigt.
Aufgrund eines Kurzschlussstroms, der einen zweiten Schwellenstrom,
bei welchem neben dem beweglichen Kontakt 40 auch mittels
der Ausweitung 74 die Kontaktbrücke 20 in
Betätigungsrichtung B bewegt und somit der Kontakt zwischen
Kontaktbrücke 20 und dritten Festkontakt 26 geöffnet
wird, kommt es zu einem Öffnen des zweiten Schalters 14 als
auch des dritten Schalters 16, wie im Ersatzschaltbild
in 3B gezeigt ist. Somit fließt der Kurzschlussstrom über
das erste Bimetall 76, den ersten Schalter 8 und den
strombegrenzenden Widerstand 10 über die Spule 56 zu
dem zweiten Anschluss 4. Der Kurzschlussstrom bewirkt eine
schlagartige Erwärmung des ersten Bimetalls 76,
wodurch das Schaltschloss 36 sofort betätigt wird.
Hierbei hat der zweite Magnetanker 64 im Falle einer Kurzschlussabschaltung die
Aufgabe, den dritten Festkontakt 26 schlagartig direkt
um einen Kontaktöffnungsweg zu öffnen und zwar
ohne Zwischenschaltung irgendwelcher Kinematikteile, der ausreicht,
um den am dritten Festkontakt 26 wirkenden Lichtbogenstrom
wirkungsvoll zu begrenzen, sodass der Lichtbogen sicher gelöscht wird.
Im Falle des Auftretens eines hohen Kurzschlussstroms wird daher
auch der zweite Magnetanker 64 in Auslöserichtung
B schlagartig bewegt und wirkt über die Anlage des hinteren
Endes des Stiftes 60 unmittelbar auf den Stift 60 ein
und verschiebt diesen in Auslöserichtung schlagartig gegen
die Kontaktbrücke 20.
-
In
den 5A und 5B ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
elektrischen selektiven Selbstschalters dargestellt. Hierbei weist
die Hilfsauslösevorrichtung 6 eine Bimetallbetätigereinrichtung
auf, die neben dem ersten Bimetall 76 ein zweites Bimetall 78 aufweist,
welches so ausgebildet ist, dass es unabhängig vom ersten
Bimetall 76 mittels der Bimetallbetätigereinrichtung
ein Auslösen des Schaltschlosses 36 bewirkt. Das
zweite Bimetall 78 ist hierbei zwischen den zweiten Festkontakt 24 und
die Spule 56 geschaltet. Das zweite Bimetall 78 wird
somit also nur im Kurzschlussfall oder bei Überschreiten
eines zweiten Schwellenstroms aktiv, da unterhalb eines zweiten
Schwellenstroms das zweite Bimetall 78 und der Widerstand 10 durch den
Nebenschlussstrompfad mit dem dritten Schalter 16 kurzgeschlossen
ist. Hierbei hat das zweite Bimetall 78 die Funktion, dass
es mit einer Zeitkonstante das Schaltschloss 36 öffnet,
die wesentlich kleiner ist als die Zeitkonstante des ersten Bimetalls 76.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft also einen elektrischen selektiven
Selbstschalter, welcher selektiv im Falle eines Auftretens eines Überstroms
nach einer Zeitdauer öffnet, die so bemessen ist, dass nachfolgende
elektrische Selbstschalter von Endverbrauchern abschalten können,
bevor der als elektrische selektive Selbstschalter arbeitende Hauptschalter
abschaltet, und welcher im Falle eines Kurzschlussstroms schlagartig
den Kontakt zwischen dem ersten Anschluss 2 und zweiten
Anschluss 4 trennt. Hierbei hat der erfindungsgemäße
elektrische Selbstschalter den Vorteil, dass im Normalbetrieb der Strom
zwischen erstem Anschluss 2 und zweitem Anschluss 4 im
Wesentlichen nur durch die Spule 56 der Hauptauslösevorrichtung 12 fließt,
da das erste Bimetall 76 oder das zweite Bimetall 78 durch
den Nebenschlussstrompfad mit dem zweiten Schalter 14 und
dem dritten Schalter 16 kurzgeschlossen sind. Somit ist
der Leistungsverbrauch des elektrischen selektiven Selbstschalters
gemäß der vorliegenden Erfindung minimiert. Des
weiteren besitzt der elektrische selektive Selbstschalter der vorliegenden
Erfindung den Vorteil, dass vor einem Abschalten durch das Schaltschloss 36 ein
ununterbrochener Stromfluss in einem Hilfsstrompfad zur Steuerung
des Schaltschlosses 36 gewährleistet wird, wodurch
ein Fehler in der Funktion der Hilfsauslösevorrichtung vermieden
wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10354505
A1 [0002]
- - DE 2854616 [0003]
- - DE 4118377 A1 [0004]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-