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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Mit Schaltgeräten, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, lassen sich die Strombahnen zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung und Verbrauchern und damit deren Betriebsströme schalten. Das heißt, indem vom Schaltgerät Strombahnen geöffnet und geschlossen werden, lassen sich die angeschlossenen Verbraucher sicher ein- und ausschalten.
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Ein elektrisches Niederspannungsschaltgerät, wie beispielsweise ein Schütz, ein Leistungsschalter oder ein Kompaktstarter, weist zum Schalten der Strombahnen einen oder mehrere so genannte Hauptkontakte auf, die von einem oder auch mehreren Steuermagneten gesteuert werden können. Prinzipiell bestehen die Hauptkontakte dabei aus einer beweglichen Kontaktbrücke und festen Kontaktstücken, an die der Verbraucher und die Versorgungseinrichtung angeschlossen sind. Zum Schließen und Öffnen der Hauptkontakte wird ein entsprechendes Ein- oder Ausschaltsignal an die Steuermagnete gegeben, woraufhin diese mit ihrem Anker so auf die beweglichen Kontaktbrücken einwirken, dass die Kontaktbrücken eine Relativbewegung in Bezug auf die festen Kontaktstücke vollziehen und entweder die zu schaltende Strombahnen schließen oder öffnen.
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Zur besseren Kontaktierung zwischen den Kontaktstücken und den Kontaktbrücken sind an Stellen, an denen beide aufeinander treffen, entsprechend ausgebildete Kontaktflächen vorgesehen. Diese Kontaktflächen bestehen aus Materialien, wie beispielsweise Silberlegierungen, die an diesen Stellen sowohl auf die Kontaktbrücke als auch die Kontaktstücke aufgebracht sind und eine bestimmte Dicke aufweisen.
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Die Materialien der Kontaktflächen sind bei jedem der Schaltvorgänge einem Verschleiß unterworfen. Faktoren, die diesen Verschleiß beeinflussen können, sind:
- – zunehmender Kontaktabbrand oder Kontaktabrieb mit steigender Anzahl von Ein- und Ausschaltvorgängen,
- – zunehmende Verformungen,
- – zunehmende Kontaktkorrosion durch Lichtbogeneinwirkung oder
- – Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Dämpfe oder Schwebstoffe usw..
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Als Folge davon werden die Betriebsströme nicht mehr sicher geschaltet, was zu Stromunterbrechungen, Kontaktaufheizungen oder zu Kontaktverschweißungen führen kann.
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So wird sich insbesondere mit zunehmendem Kontaktabbrand die Dicke der an den Kontaktflächen aufgebrachten Materialien verringern. Damit wird der Schaltweg zwischen den Kontaktflächen der Kontaktbrücke und der Kontaktstücke länger, was letztendlich die Kontaktkraft beim Schließen verringert. Als Folge davon werden mit zunehmender Anzahl von Schaltvorgängen die Kontakte nicht mehr richtig schließen. Durch die daraus resultierenden Stromunterbrechungen oder aber auch durch ein verstärktes Einschaltprellen kann es dann zu einer Kontaktaufheizung und damit zu einem zunehmenden Aufschmelzen des Kontaktmaterials kommen, was dann wiederum zu einem Verschweißen der Kontaktflächen der Hauptkontakte führen kann.
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Ist ein Hauptkontakt des Schaltgerätes verschlissen oder sogar verschweißt, kann das Schaltgerät den Verbraucher nicht mehr sicher ausschalten. So wird gerade bei einem verschweißten Kontakt trotz des Ausschaltsignals zumindest die Strombahn mit dem verschweißten Hauptkontakt weiter strom- beziehungsweise spannungsführend bleiben, und damit der Verbraucher nicht vollständig von der Versorgungseinrichtung getrennt. Da somit der Verbraucher in einem nicht sicheren Zustand verbleibt, stellt das Schaltgerät eine potentielle Fehlerquelle dar.
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Dadurch kann beispielsweise bei Kompaktstartern nach der IEC 60 947-6-2, bei denen ein zusätzlicher Schutzmechanismus auf dieselben Hauptkontakte wirkt wie der Steuermagnet beim betriebsmäßigen Schalten, die Schutzfunktion blockiert werden.
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Zum sicheren Betrieb von Schaltgeräten und damit zum Schutz des Verbrauchers und der elektrischen Anlage sind deshalb solche Fehlerquellen zu vermeiden.
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Aus der
DE 44 27 006 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei der Schaltzeiten des Ankerjochs und der Hauptkontakte erfasst werden und daraus ein Kontaktabbrand ermittelt wird. Aus der genannten Schrift ist weiterhin bekannt, mittels eines Hilfskontakts die Ankeröffnung zu kontrollieren. Durch geeignete Bestimmung eines Vorlaufweges des Kontakts von etwa der Hälfte der vollen Ankeröffnung lässt sich sicher unterscheiden, ob Kontaktverschweißungen vorliegen oder nicht.
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Aus der
DE 199 44 461 C1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Schaltgerätes bekannt, bei dem zeitversetzt zum Hauptkontakt auch ein Hilfskontakt geöffnet und geschlossen wird. Der Hilfskontakt wird vor dem Hauptkontakt geschlossen und nach dem Hauptkontakt geöffnet. Aufgrund einer geeigneten Beschaltung und Signalauswertung kann eine Kontaktverschweißung erkannt werden.
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Aus der
DE 197 34 224 C1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Schaltgerätes bekannt, bei welchem dem Schaltgerät eine Überwachungseinrichtung zugeordnet ist, die den Schaltzustand des Schaltgeräteantriebs und die Phasenspannungen überwacht und auswertet. Es kann unter anderem eine ein- oder mehrpolige Verschweißung der Schaltkontakte erkannt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche potentiellen Fehlerquellen zu erkennen und entsprechend darauf zu reagieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3. In den Ansprüchen 5 und 6 ist ein geeignetes Schaltgerät angegeben. In den Unteransprüchen 2, 4 und 7 sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtungen enthalten.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht mit geringem Aufwand, eine Kontaktverschweißung beim Ausschalten und damit einen nicht mehr sicheren Betrieb des Schaltgerätes zu erkennen. Im Falle des Erkennens einer Kontaktverschweißung kann ein Kraftelement die betreffende Kontaktverschweißung aufbrechen.
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Erfindungsgemäß ist dazu ein Schaltüberwachungsmittel vorgesehen, das einen ersten Zustand einnimmt, wenn die Hauptkontakte beim Einschalten geschlossen werden und das auch nach dem Ausschalten, das heißt dem Öffnen der Hauptkontakte, in diesem ersten Zustand verbleibt, wenn zumindest einer der Hauptkontakte nicht geöffnet wird, das heißt verschweißt ist.
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Die Überführung des Schaltüberwachungsmittels in diesen ersten Zustand erfolgt über entsprechende Mittel, die sowohl mit den Hauptkontakten als auch mit dem Schaltüberwachungsmittel in Wirkverbindung stehen. So können insbesondere entsprechende mechanische Mittel vorgesehen sein, die das Schaltüberwachungsmittel beim Einschalten der Hauptkontakte in den ersten Zustand überführen und die beim Ausschalten das Schaltüberwachungsmittel in diesem ersten Zustand belassen, wenn zumindest einer der Hauptkontakte verschweißt ist. Vorteilhafterweise sind die mechanischen Mittel dabei so ausgebildet, dass beim Ausschalten zumindest die nicht verschweißten Hauptkontakte geöffnet werden.
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Verbleibt das Schaltüberwachungsmittel auch nach dem Ausschalten in diesem ersten Zustand, so kann davon ausgegangen werden, dass eine Störung, insbesondere eine Verschweißung zumindest eines Hauptkontaktes, und damit ein nicht sicherer Betrieb des Schaltgerätes vorliegt.
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Je nach Zustand des Schaltüberwachungsmittels können dann entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. So kann insbesondere der weitere Betrieb des Schaltgerätes bei Vorliegen dieses ersten Zustands auch nach dem Ausschalten unterbrochen werden. Alternativ oder zusätzlich können dann entsprechende Warnsignale erzeugt werden, die den nicht sicheren Betrieb des Schaltgerätes anzeigen und/oder entsprechender Mittel zum Aufbrechen des verschweißten Hauptkontaktes freigeben und/oder versuchen, den sicheren Betrieb des Schaltgerätes wieder herzustellen.
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In der Regel kann ein verschweißter Kontakt mittels eines Aufbrechmittels aufgebrochen und das Gerät abgeschaltet werden. Sollte diese Maßnahme der Auslösung die Verschweißung jedoch nicht aufbrechen können, so kann im Weiteren der Strom zum Verbraucher z. B. über einen Stromwandler ermittelt werden, und über eine integrierte elektronische Überwachungsschaltung ein Steuerbefehl zum Ausschalten eines vorgeschalteten übergeordneten Schaltgeräts, wie z. B. an der Haupteinspeisung zur Anlage, weitergegeben werden, um die Anlage außer Betrieb zu nehmen.
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Es ist es auch vorstellbar, dass nach Feststellung eines verschweißten Kontakts, über den kein Stromfluss zum Verbraucher gemessen wird, eine Meldung an das übergeordnete Schaltgerät oder an eine übergeordnete Warte übermittelt wird, die dem Anwender mitteilt, dass die Kontakte oder das Gerät getauscht werden müssen.
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Bei einer zunächst in der Regel nur einphasigen Verschweißung eines Kontakts im Drehstromnetz findet bei nicht „genulltem” oder ungeerdetem Sternpunkt kein Stromfluss zum Verbraucher statt. Dieser Umstand lässt sich für eine Art Notbetrieb bis zur Wartung des Schaltgeräts nutzen. In diesem Fall wäre ein Wiedereinschalten des Schaltgeräts für eine Übergangszeit bis zum Tausch der Kontakte bzw. der Schaltgeräts möglich. Das Schaltgerät darf in einem solchen Fall jedoch keine allpolige Trennung des Stromkreises signalisieren.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung als Schaltüberwachungsmittel ein Freigabemittel für ein Kraftelement zum Aufbrechen der Hauptkontakte vorgesehen, welches in einem ersten Zustand verbleibt, solange die Hauptkontakte beim Einschalten geschlossen und beim Ausschalten geöffnet werden, und welches in einen zweiten Zustand übergeführt wird, wenn nach dem Ausschalten zumindest einer der Hauptkontakte verschweißt ist.
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Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung der sichere Betrieb eines mehrpoligen Schaltgerätes, wie zum Beispiel eines Schützes, eines Leistungsschalters oder eines Kompaktabzweigs, und insbesondere der sichere Betrieb eines dreipoligen Schaltgerätes gewährleistet.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein vereinfachtes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1,
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2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geschlossenen Schaltkontakten,
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3 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geöffneten Schaltkontakten,
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4 schematische Darstellung des Aufbaus eines Schaltgeräts,
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5 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit verschweißtem Hauptkontakt,
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6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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7 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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8 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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9 ein zur vierten Ausführungsform gehörendes elektrisches Prinzipschaltbild und
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10 die fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail.
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Wie in 1 dargestellt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen die beiden folgenden Schritte durchgeführt:
Schritt a) Überführen eines Schaltüberwachungsmittels in einen ersten Zustand, wenn die Hauptkontakte beim Einschalten geschlossen werden, und
Schritt b) Verbleiben des Schaltüberwachungsmittels nach dem Ausschalten in diesem ersten Zustand, wenn zumindest einer der Hauptkontakte verschweißt ist.
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So wird insbesondere nach dem betriebsmäßigen Ausschalten bei einem dreipoligen Schaltgerät mit drei Hauptkontakten zum Schalten von drei Strombahnen überprüft, ob alle Hauptkontakte geöffnet sind. Sind die Kontakte eines Hauptkontaktes verschweißt, so sind dann entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
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Erfindungsgemäß sind Mittel, im Folgenden als Öffnungsmechanik bezeichnet, vorgesehen, die sowohl mit den Kontaktbrücken der Hauptkontakte als auch mit dem Schaltüberwachungsmittel in Wirkverbindung stehen. Beim Einschalten wirkt der Anker des Steuermagneten so auf die Öffnungsmechanik ein, dass mittels der Öffnungsmechanik das Schaltüberwachungsmittel einen ersten Zustand einnimmt.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform wird das Schaltüberwachungsmittel S nach dem Einschalten durch diese Öffnungsmechanik geöffnet. Beim betriebsmäßigen Ausschalten wirkt die Feder 10 so auf die Öffnungsmechanik ein, dass mit dieser das Schaltüberwachungsmittel S einen zweiten Zustand einnimmt. In dem in 3 dargestellten normalen Betrieb der zu 2 identischen Ausführungsform ist dann das Schaltüberwachungsmittel S nach dem Ausschalten geschlossen. Erfindungsgemäß verbleibt das Schaltungsüberwachungsmittel S, so wie in 5 angedeutet, beim Ausschalten aber im ersten Zustand, wenn zumindest einer der Hauptkontakte aufgrund einer Verschweißung der Kontakte geschlossen bleibt.
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Verbleibt das Schaltüberwachungsmittel S auch nach dem Ausschalten in dem ersten Zustand, so kann auf einen Fehlerfall und damit nicht sicheren Betrieb des Schaltgerätes geschlossen werden. Zur Unterbindung des weiteren Betriebs sind dann entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise die Blockierung der weiteren Ansteuerung des Steuermagneten oder das Entklinken eines entsprechend starken Kraftspeichers zum Aufbrechen des verschweißten Kontakts, durchzuführen. Idealerweise sollte in einem solchen Fehlerfall der weitere Betrieb des Schaltgerätes bis zu einer Rücksetzung durch den Anwender blockiert werden.
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Am Beispiel eines dreipoligen Schalterschützes werden im Folgenden verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben.
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So ist in 2 ein Steuermagnet 2 zum Steuern der drei Hauptkontakte 1, ein Schaltüberwachungsmittel S sowie eine aus mehreren Elementen 4 bis 10 bestehende Öffnungsmechanik dargestellt. Vorteilhafterweise ist diese Öffnungsmechanik 4–10 dabei so ausgebildet, dass sie im Falle der Verschweißung eines der Hauptkontakte 1 trotzdem noch das öffnen der nicht verschweißten Hauptkontakte 1 zulässt. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem fehlerfreien Einschalten, das heißt nach dem Schließen aller Hauptkontakte 1. Dass die drei Hauptkontakte 1 eingeschaltet und damit geschlossen sind, wird durch das geöffnete Schaltüberwachungsmittel S, das sich dann in dem ersten Zustand befindet, angezeigt.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausschaltvorgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung drückt der Anker 12 des Steuermagneten 2 über einen Winkelhebel 7, einen Betätigungsschieber 6 und einen ersten Schwenkhebel 5 sowie einen zweiten Schwenkhebel 4 auf die Kontaktschieber 3 der Hauptkontakte 1. Die drei Kontaktschieber 3 drücken gegen die Kraft der Kontaktlastfedern 11 die beweglichen Kontaktbrücken 1' weg von den feststehenden Kontaktstücken 1'', wodurch die Hauptkontakte 1 und damit die Strombahnen geöffnet werden. Gleichzeitig wird ein Hilfsschieber 8 von einer Druckfeder 10 an den Betätigungsschieber 6 gedrückt. Dadurch folgt er der Bewegung des Betätigungsschiebers 6 in die Ausschaltstellung. Der Hilfsschieber 8 und das mit einer Feder 9 vorgespannte Schaltüberwachungsmittel S folgen dabei den drei Kontaktschiebern 3. Durch die Feder 9 wird so beim Ausschalten das Schaltüberwachungsmittel S geschlossen und damit in seinen zweiten Zustand gebracht.
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4 zeigt schematisch den Aufbau eines Schaltgerätes 20, bei der das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen. Ein- und Ausschaltsteuersignale zum Ein- und Ausschalten der Hauptkontakte 1 werden über Klemmen A1 und A2 und über eine Steuereinrichtung 22 an den Steuermagneten 2 angelegt. Beim Ausschalten wird der Steuermagnet 2, der als elektromagnetischer Antrieb für die Hauptkontakte 1 dient, über die Steuereinrichtung 22 entregt. Durch die von der nicht näher bezeichneten Feder des elektromagnetischen Antriebs 2 auf die Kontaktbrücken 1' einwirkende Kraft werden die Hauptkontakte 1 geöffnet, und damit der Verbraucher M von der Versorgungseinrichtung, hier durch die drei Leitungen L1–L3, gekennzeichnet, getrennt.
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Das in 2 und 3 gezeigte Schaltüberwachungsmittel S kann dabei von der in 4 dargestellten und mit dem Schaltüberwachungsmittel S in Verbindung stehenden Überwachungseinrichtung 21 überwacht werden. Diese Verbindung ist in 4 symbolisch durch die gestrichelte Linie dargestellt. Nach dem Ausschalten wird von dieser Überwachungseinrichtung 21 der Zustand des Schaltüberwachungsmittels S abgefragt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Überwachungseinrichtung 21 eine Wirkverbindung zur Ansteuereinrichtung 22. Erkennt die Überwachungseinrichtung 21 nun, dass nach dem Ausschalten das Schaltüberwachungsmittel S weiterhin in dem ersten Zustand verblieben ist, und somit eine Verschweißung vorliegt, so wird dieser Fehlerfall an die Ansteuereinrichtung 22 weitergeleitet. Diese kann dann den weiteren Betrieb des Schaltgerätes 20 unterbinden, indem beispielsweise die Steuerleitungen unterbrochen werden. In alternativen Ausführungen könnte die Überwachungseinrichtung 21 auch direkt in Reihe zwischen Ansteuereinrichtung 22 und Steuermagnet 2 geschaltet sein. In einer weiteren Alternative könnte die Überwachungseinrichtung 21 auch auf weitere Mittel, wie beispielsweise auf einen zusätzlichen in Reihe zu den Hauptkontakten 1 geschalteten Hilfsschalter einwirken, um unabhängig vom Steuermagneten 2 den weiteren Betrieb des Schaltgerätes 20 zu unterbrechen.
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In 5 ist ein Fehlerfall für die in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen dargestellt. Hier ist zumindest ein Hauptkontakt 1, im vorliegenden Fall der Kontakt der Polbahn L1, verschweißt. Wie bereits zuvor beschrieben drückt beim Ausschalten, das heißt zum Öffnen der Hauptkontakte 1, der Anker 12 des Steuermagneten 2 über den Winkelhebel 7, den Betätigungsschieber 6 und den großen Schwenkhebel 5 sowie den kleinen Schwenkhebel 4 auf die Kontaktschieber 3. Da die Kontaktstelle 1 der Polbahn L1 verschweißt ist, ist der Kontaktschieber 3 der Polbahn L1 blockiert. Sowohl der kleine Schwenkhebel 4 als auch der große Schwenkhebel 5 schwenken aber so, dass zumindest die Kontaktstellen der Polbahnen L2 und L3 geöffnet werden. Der Hilfsschieber 8, der aufgrund der Druckfeder 10 dem Betätigungsschieber 6 folgen würde, stößt auf den Kontaktschieber 3 der Polbahn L1 und wird blockiert, noch bevor das Schaltüberwachungsmittel S schließt. Das Schaltüberwachungsmittel S verbleibt somit auch nach dem Ausschalten in dem ersten Zustand.
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Weiterhin gemäß der Erfindung ist ein Freigabemittel für ein Kraftelement zum Aufbrechen der Hauptkontakte vorgesehen, welches in einem ersten Zustand verbleibt, solange die Hauptkontakte beim Einschalten geschlossen und beim Ausschalten geöffnet werden. Das Freigabemittel wird einem zweiten Zustand übergeführt, wenn nach dem Ausschalten zumindest einer der Hauptkontakte verschweißt ist, das heißt, dass das Freigabemittel in diesem zweiten Zustand das Kraftelement freigibt. Es sind mechanische Mittel zum Überführen des Freigabemittels in den zweiten Zustand vorgesehen, welche mit den Kontaktbrücken und mit dem Freigabemittel in einer Wirkverbindung stehen. Das Freigabemittel kann dabei den weiteren Betrieb des Schaltgerätes unterbrechen, wenn nach dem Ausschalten das Freigabemittel in den zweiten Zustand übergegangen ist.
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6 zeigt schematisch den Aufbau eines Schaltgerätes, bei der das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen. Ein Steuermagnet 2, der als elektromagnetischer Antrieb für die Hauptkontakte 1 dient, kann über die Klemmen A3 und A4 zum Ein- und Ausschalten mit Strom versorgt werden. Beim Einschalten wird üblicherweise eine Erregerspule 19 des Steuermagneten 2 erregt, beim Ausschalten dagegen entregt. Im Beispiel der 6 ist der Steuermagnet 2 entregt. Das Schaltgerät befindet sich somit im ausgeschalteten Zustand. Die Hauptkontakte 1 werden dabei durch die von einer Rückstellfeder 29 des elektromagnetischen Antriebs 2 auf die Kontaktbrücken einwirkende Kraft geöffnet, und damit die Verbraucher von der Versorgungseinrichtung, hier durch die drei Polbahnen L1–L3 gekennzeichnet, getrennt.
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Gemäß der gezeigten 6 wirkt beim Ausschalten ein Anker 12 des Steuermagneten 2 über einen Winkelhebel 7, einen Betätigungsschieber 6 und einen großen Schwenkhebel 5 sowie einen kleinen Schwenkhebel 4 auf die Kontaktschieber 3. Der große Schwenkhebel 5 betätigt mit seinem gezeigten rechten Hebelarm den zur Polbahn L3 gehörenden Kontaktschieber 3. Im linken Hebelarm des großen Schwenkhebels 5 ist mittig der kleine Schwenkhebel 4 in einem Drehpunkt 23 gelenkig gelagert. Der der linke Hebelarm des kleinen Schwenkhebels 4 betätigt dabei den Kontaktschieber 3 der linken Polbahn L1 und der rechte Hebelarm des kleinen Schwenkhebels 4 den Kontaktschieber 3 der mittleren Polbahn L2. Der große Schwenkhebel 5 ist in einem zwischen den Hebelarmen angeordneten weiteren Drehpunkt 24 im unteren Teil des Betätigungsschiebers 6 gelagert. Über geräteseitig feststehende Lager, über Drehpunkte 23, 24 und Schwenkhebel 4, 5 ist somit ein Ausgleich der jeweiligen Betätigungsbewegungen der Kontaktschieber 3 möglich.
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Im Beispiel der 6 ist des Weiteren ein Fehlerfall dargestellt. Hier ist zumindest ein Hauptkontakt 1, im vorliegenden Fall der Kontakt 1' und 1'' der Polbahn L3, verschweißt. Die anderen beiden Hauptkontakte 1 der Polbahnen L1 und L2 haben sich dagegen nach dem Ausschalten geöffnet. Da die Kontaktstelle 1 der Polbahn L3 verschweißt ist, ist der Kontaktschieber 3 der Polbahn L3 blockiert. Sowohl der kleine Schwenkhebel 4 als auch der große Schwenkhebel 5 schwenken nun aber so, dass dennoch zumindest die Kontaktstellen der Polbahnen L1 und L2 geöffnet werden.
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Gemäß der Erfindung führen nun mechanische Mittel 3–5, 16, 17 das Freigabemittel S in den zweiten Zustand über, wobei die mechanischen Mittel 3–4, 16, 17 mit den Kontaktbrücken und mit dem Freigabemittel S in einer Wirkverbindung stehen. Das Freigabemittel S, hier im Beispiel der 6 als Sperrschieber realisiert, steht über eine Verbindungslasche 17 und über eine Ausgleichsplatte 16 mit einem weiteren oberen Hebelarm des großen Schwenkhebels 5 sowie mit dem kleinen Schwenkhebel 4 und mit den Kontaktschiebern 3 in einer mechanischen Wirkverbindung. Der weitere obere Hebelarm des großen Schwenkhebels 5 ist mittels eines Bolzens 25 in einem Langloch 15 in der Ausgleichsplatte 16 so geführt, dass der Bolzen 25 im Langloch 15 anschlägt, wenn einer Hauptkontakte 1 verschweißt ist, so dass die beiden Schwenkhebel 4, 5 eine Ausgleichsschwenkung zueinander ausführen können. Die durch die Ausgleichsschwenkung bewirkte Kraft wird über den Anschlag auf die Ausgleichsplatte 16 übertragen, die ihrerseits durch eine Ausgleichsbewegung die Verbindungslasche 17 verschiebt. Schließlich betätigt die Verbindungslasche 17 das Freigabemittel S bzw. den Sperrschieber. Der Sperrschieber S gibt dadurch ein Kraftelement 10, wie z. B. den in der 6 gezeigten Federspeicher 10, frei. Der Federspeicher 10 wirkt über einen eines Stößels 8 auf die Oberseite des Betätigungsschiebers 6 mit einer entsprechenden Kraft F. Ein Teil dieser Kraft wirkt dann als Aufbrechkraft FA auf den Kontaktschieber 3 des verschweißten Hauptkontakts 1. Die Ausgleichsbewegung des oberen Schenkels des großen Schwenkhebels 5 nach oben wird dann durch den Bolzen 25 im Langloch 15 beschränkt. Der Bolzen 25 wirkt für den großen Schwenkhebel 5 dort als Drehmomentenstütze.
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Im gezeigten Fehlerfall wird der Federspeicher 10 dadurch freigegeben, dass ein Sperrzahn 13 des Sperrschiebers S aus einem Rückhaltesteg 14 des Stößels 8 ausrückt. Im ordnungsgemäßen Betrieb, bei dem sich das Freigabemittel S im ersten Zustand befindet, ist somit der Federspeicher 10, welche als Zylinderfeder beispielhaft realisiert ist, vorgespannt.
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In der 6 ist gerade der Zustand des Schaltgeräts dargestellt, bei dem der Federspeicher 10 ausgelöst hat und gerade noch nicht die verschweißten Kontakte 1, 1'' des Hauptkontakts 1 der rechten Strombahn L3 aufgetrennt hat.
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Zur Unterbindung des weiteren Betriebs sind dann entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise die Blockierung der weiteren Ansteuerung des Steuermagneten 2 oder das Entklinken eines entsprechend starken Kraftspeichers 10 zum Aufbrechen des verschweißten Kontakts 1', 1'' durchzuführen. Idealerweise sollte in einem solchen Fehlerfall der weitere Betrieb des Schaltgerätes bis zu einer Rücksetzung durch den Anwender blockiert werden.
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Gemäß der Erfindung kann das Freigabemittel S den weiteren Betrieb des Schaltgerätes unterbrechen, wenn nach dem Ausschalten das Freigabemittel S, wie gezeigt, in den zweiten Zustand übergegangen ist. Im Beispiel der vorliegenden 6 ist dabei die vom Kraftelement 10 auf den Betätigungsschieber 6 wirkende Kraft F so groß, dass der Steuermagnet 2 diese beim Einschalten nicht überwinden kann. Die Hauptkontakte 1 bleiben weiterhin geöffnet.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Freigabemittel S oder eine mit diesem in Wirkverbindung stehende Komponente einen elektrischen Schalter U betätigen. Über diesen Kontakt U kann ein Meldesignal ausgegeben werden. Die elektrischen Anschlüsse 27, 28 können aber auch in Reihe zur Stromversorgung der Erregerspule 29 des Steuermagneten 2 geschaltet sein, so dass nach Übergang des Freigabemittels S in den zweiten Zustand die Stromversorgung durch den elektrischen Schalter U bei einem Einschaltversuch unterbrochen bleibt. Die Hauptkontakte 1 bleiben weiterhin geöffnet.
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7 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem verschweißten Hauptkontakt 1. 7 zeigt dabei eine Abwandlung der in 6 dargestellten Ausführungsform. Im Unterschied zu 6 stützen sich die Kontaktlastfedern 11 nicht an einem Gehäuse des Schaltgerätes, sondern im Kontaktschieber 3 selbst. Dazu sind die drei Kontaktschieber 3 mittels Lager und Bolzen 23, 24 und 30 mit den Schwenkhebeln 4, 5 gelenkig verbunden.
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8 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen Hilfskontakt als. Schaltüberwachungsmittel S auf, der in Reihe zu einem Öffnerkontakt 31 eines Steuermagneten 2 bzw. elektromagnetischen Antriebs 2 geschaltet ist. Der Öffnerkontakt 31 wird dabei beim Einschalten, das heißt bei Erregung des Steuermagneten 2, geöffnet. Weiterhin ist in Reihe zum Öffnerkontakt 31 und zum Hilfskontakt S ein Aktor 34 geschaltet, welcher im bestromten Zustand ein Aufbrechmittel 10, wie z. B. einen Kraftspeicher oder, wie in 8 gezeigt, ein Schaltschloss auslösen kann. Der Steuermagnet 2 betätigt über einen Antriebshebel 36 einen Kontaktschieber 3, der die Hauptkontakte 1 öffnen und schließen kann, wobei im erregten Zustand des Steuermagneten 2 die Hauptkontakte 1 im ordnungsgemäßen Betrieb geschlossen sind, in dem eine Kontaktlastfeder 11 die Hauptkontakte 1 schließt. Der Hilfskontakt S ist mittels eines Hilfskontaktschiebers 35 und des Kontaktschiebers 3 mit den Hauptkontakten 1 mechanisch verbunden, so dass über diese der Schaltzustand der Hauptkontakte 1 auf den Hilfskontakt S „gespiegelt”, das heißt übertragen wird. Dabei erfolgt die mechanische Verbindung derart, dass im Falle des Verschweißens zumindest eines Hauptkontakts 1 auch der Hilfskontakt S geschlossen ist bzw. geschlossen bleibt.
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Erfindungsgemäß wird das Schaltüberwachungsmittel S in einen ersten Zustand überführt, wenn die Hauptkontakte 1 beim Einschalten der Vorrichtung geschlossen werden. Der Öffnerkontakt 31 wird geöffnet. Beim Ausschalten wird der Öffnerkontakt 31 geschlossen. Dabei verbleibt das Schaltüberwachungsmittel S nach dem Ausschalten in diesem ersten Zustand, wenn zumindest einer der Hauptkontakte 1 verschweißt ist.
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Ist nun nach dem Ausschalten einer der Hauptkontakte 1 verschweißt, so ist der Öffnerkontakt 31 geschlossen und zugleich auch der Hilfskontakt S geschlossen, da trotz Ausschaltbefehl einer der Hauptkontakte 1 verschweißt ist. Über diese beiden geschlossenen Kontakte 31, S kann nun der Aktor 34 mit Strom beaufschlagt werden. Der Aktor 34 kann z. B. ein Hubmagnet sein, der dann im stromerregten Fall das Aufbrechmittel 10, wie z. B. einen Federspeicher, freigibt bzw. das Schaltschloss 10 auslöst. Über den Schaltschlosshebel 37 und den Kontaktschieber 3 ist dadurch eine Aufbrechkraft auf den verschweißten Hauptkontakt 1 aufbringbar, so dass die Verschweißung aufgebrochen, und somit der betreffende Verbraucher abgeschaltet werden kann.
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9 zeigt ein zur vierten Ausführungsform gehörendes elektrisches Prinzipschaltbild. Im mittleren Teil der 9 sind beispielhaft die 3 Hauptkontakte 1 dargestellt, welche mittels des Kontaktschiebers 3 vom Steuermagneten 2 sowie vom Schaltschloss 10 betätigt werden. Parallel zu zwei Anschlussklemmen A5 und A6, über die eine Erregerspule des Steuermagneten 2 mit Strom versorgt werden kann, ist die Reihenschaltung aus dem Öffnerkontakt 31, dem Schaltüberwachungsmittel S und dem Aktor 34 zur Freigabe des Schaltschlosses 10 dargestellt. Wird nun an die Klemmen A5, A6 eine Schaltspannung zum Einschalten der Vorrichtung angelegt, so wird die Erregerspule des Steuermagneten 2 mit einem Strom durchflossen, um den Hauptkontakt 1 zu schließen. Im Fehlerfall, das heißt bei einem verschweißten Hauptkontakt 1, bleibt allerdings auch der Hilfskontakt S bzw. das Schaltüberwachungsmittel geschlossen, so dass nun der Aktor 34 zur Freigabe des Schaltschlosses 10 mit Strom versorgt werden kann. In diesem Fall dient die an den Klemmen A5, A6 anliegende Schaltspannung zur Stromversorgung des Aktors 34. Eine Vorrichtung dieser Art ist sozusagen inhärent sicher bis zum Lebensdauerende und erreicht einen sicheren Schaltzustand. Die Schaltvorrichtung kann besonders vorteilhaft in einem Kompaktstarter verwendet werden, bei dem sowohl die Kontaktöffnung beim betriebsmäßigen Schließen als auch eine Abschaltung bei Überstrom nur durch eine Hauptkontaktanordnung erfolgen.
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10 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail. Im oberen Teil der 10 ist ein Schaltschloss 10 mit einem integrierten Federspeicher als Kraftelement zum Aufbrechen eines verschweißten Hauptkontakts 1 dargestellt. Das kombinierte Schaltschloss 10 wirkt im Falle einer Auslösung über beispielhaft zwei mechanisch miteinander in einer Wirkverbindung stehenden Stößeln 37, 39 direkt auf die bewegliche Kontaktbrücke. Ein verschweißter Hauptkontakt 1 kann dadurch aufgebrochen werden. Ein Aktor 34 als Auslöseeinheit ist mittels eines beispielhaften drehbar gelagerten Hebels 40 mit dem Schaltschloss 10 verbunden. Der Aktor 34 ist vorzugsweise ein Tauchanker oder ein Hubmagnet. Zum Auslösen wird der Aktor 34 mit Strom versorgt. Dies erfolgt in analoger Weise wie in der Vorrichtung gemäß 8 und 9. Das heißt, wenn das Freigabemittel S bzw. der Hilfskontakt und der Öffnerkontakt 31 des Steuermagneten 2 zum betriebsmäßigen Schalten des Schaltgerätes geschlossen sind. In diesem Fall wird der Aktor 34 über die an der Erregerspule 41 des Steuermagneten 2 anliegende Spannung mit Strom versorgt. Im linken Teil der 10 ist der Steuermagnet 2 zu sehen. Beim Einschalten wird der Anker 30 des Steuermagneten 2 angezogen, wobei der Anker 30 dann einen drehbar 33 gelagerten Antriebshebel 38 betätigt. Im normalen Betriebsfall wird durch diese Betätigung der Kontaktschieber 3 nach „oben” bewegt, so dass die Hauptkontakte 1 mittels der Federkraft der Kontaktlastfeder 11 geschlossen werden können. Die Federkraft der Kontaktlastfeder 11 ist dabei so ausgelegt, dass die beim Auslösen des Schaltschlosses 10 mit dem integrierten Kraftelement freigegebene Kraft deutlich größer ist, um neben der erforderlichen Aufbrechkraft für den verschweißten Hauptkontakt auch die Federkraft der Kontaktlastfeder 10 überwinden zu können.
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Wesentlich für das sichere Auslösen des Kraftelements 10 im normalen Betrieb der Vorrichtung ist, dass der Öffnerkontakt 31 und das als Schaltkontakt ausgebildete Freigabemittel S in zeitlicher Hinsicht korrekt zueinander so betätigt werden. So muss beim Einschalten der Öffnerkontakt 31 zeitlich vor dem Schließen des Freigabemittels S öffnen und beim Ausschalten der Öffnerkontakt 31 zeitlich nach dem öffnen des Freigabemittels S schließen. Alternativ können der Öffnerkontakt als Schließer und das Freigabemittel als Öffner ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass im ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung die beiden Schalter 31 und S sowohl im eingeschwungenen eingeschalteten, als auch im eingeschwungenen ausgeschalteten Zustand gegensätzliche Kontaktstellungen aufweisen, d. h. Schalter 31, S „geöffnet/geschlossen” bzw. „geschlossen/geöffnet”. Dies kann z. B. auf mechanischem Wege mittels Dämpfer erfolgen oder auf elektrischem Wege mittels elektrischer Verzögerungsglieder erfolgen, welche unterschiedliche Zeitkonstanten für das Ein- und Ausschalten aufweisen.
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Des Weiteren kann die Schaltspannung zum Ein- und Ausschalten des Schaltgerätes, welche an den elektrischen Anschlüssen A5 und A6 zur Erregung der Erregerspule 41 des Steuermagneten anliegt, über eine Diode zur Spannungsentkopplung und über einen nachgeschalteten Kondensator gepuffert werden. Dadurch steht eine ausreichende elektrische Energie zur Auslösung des Kraftelements 10 bzw. des Schaltschlosses 10 bei Wegnahme der Schaltspannung zum Ausschalten der Vorrichtung in einem Fehlerfall zur Verfügung.
