-
Elektrischer Selbstschalter Die Erfindung betrifft elektrische Selbstschalter,
bei denen der Schaltmechanismus und die Kontakte vorzugsweise zwischen zwei flachen
Teilen eines Formgehäuses gehaltert und gekapselt sind, wobei unter Kurzschluß-
oder überlastbedingungen der magnetisch oder thermisch ausgelöste Schaltmechanismus
die Kontakte mittels einer Kraftspeicherfeder, die auch den Kontaktdruck herstellt,
öffnet und sich nach einem solchen Schaltvorgang von selbst so zurückstellt, daß
er von Hand wieder in »Ein«-Stellung gebracht werden kann.
-
Bei derartigen Schaltern, die insbesondere als Sicherungsautomaten
oder Schutzschalter verwendet werden, sollen sich die Schaltstücke unter hohem Kontaktdruck
berühren, um eine Überhitzung zu vermeiden. Gleichzeitig stehen jedoch am Auslöser,
der beispielsweise ein Bimetallstreifen oder ein magnetisch betätigtes System sein
kann, nur sehr geringe Kräfte zur Verfügung. Bei bekannten Ausführungsformen von
Selbstschaltern wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß der hohe Kontaktdruck
über ein geeignetes Hebelsystem übersetzt und auf eine kleine Kraft reduziert wird.
Am Ende eines solchen Hebelsystems befindet sich üblicherweise eine Klinkeneinrichtung,
auf der die so verkleinerte Belastung ruht und die durch das Auslöseorgan entriegelt
wird. Ein bekannter, auf diesem Prinzip beruhender Schaltmechanismus enthält ein
den Kontaktdruck übertragendes Kniegelenk, das so gelagert ist, daß zwei durch die
jeweiligen Drehachsen gelegten Geraden annähernd einen Winkel von 180° bilden, wobei
sich die Verklinkungsstelle nahezu auf der Verbindungslinie zwischen der Drehachse
des Sperrhebels und der Drehachse des Knies des Kniegelenkes befindet. Bei anderen
bekannten Schalterantrieben stützt sich die Schalterklinke unter Zwischenschaltung
eines abgefederten Hilfshebels gegen eine runde, in einem Teil ihres Umfangs abgeflachte
Auslösewelle. Dreht sich die Auslösewelle um einen genügenden Winkelbetrag, so gelangt
das vordere Ende des Hilfshebels an die abgeflachte Stelle und kann an der Auslösewelle
vorbeischwenken und den Schalterantrieb freigeben.
-
Alle diese genannten und ähnlichen auf Hebelübersetzungen beruhenden
Systeme haben den Nachteil, daß wohl die auf die Verklinkungsstelle des Auslösers
wirkende Kraft herabgesetzt wird, daß jedoch gleichzeitig durch die starke Übersetzung
der am Ende eines solchen Systems angeordnete Hebel eine sehr große Geschwindigkeit
erhält, so daß bereits die Trägheitswirkung kleiner Massen in Erscheinung tritt
und die Ansprechgeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit, mit der die Kontakte geöffnet
werden, verkleinert. Weiter wird über derartige Hebelsysteme der Kontaktdruck bzw.
die Kraft der Hauptschalterfeder zwar an der Verklinkungsstelle als verkleinerter
Druck wiedergegeben, der jedoch immer von der Größe des Kontaktdruckes bzw. der
Hauptschaltfeder abhängig ist. Der Kontaktdruck kann sich jedoch beispielsweise
mit dem Abbrand der Kontaktstücke, der Erwärmung oder Ermüdung der Hauptschaltfeder
und durch Verschleiß an den Gelenken des Schaltmechanismus ändern, so daß sich damit
auch die an der Verklinkungsstelle zur Auslösung des Schalters erforderliche Kraft
ändert, wodurch sich auch das Ansprechverhalten des Schalters in unkontrollierbare
Weise verändern kann.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der
vorstehend genannten Nachteile einen Selbstschalter einfacher und kompakter Bauart
zu schaffen, der wirtschaftlich hergestellt werden kann und zugleich über lange
Betriebszeit konstante Ansprechcharakteristiken besitzt.
-
Erfindungsgemäß wird dies durch einen unter der Wirkung einer zweiten,
getrennten Speicherfeder stehenden Hebel erreicht; der nach seiner unabhängig vom
Kontaktdruck erfolgenden Entklinkung durch
den magnetischen und/oder
thermischen Auslöser den Schaltmechanismus der Kontakte auslöst, welch letzterer
öffnet.
-
Auf diese Weise wird erreicht, daß der Schalter unabhängig vom Zustand
seiner Kontakte; einer Ermüdung der Speicher- oder Hauptschaltfeder oder etwaiger
Verschleißerscheinungen bei den gleichen Kennwerten auslöst, da der Auslöser nur
die Verklinkung des zweiten Hebels lösen muß, deren Eigenschaften ohne Schwierigkeiten
über lange Zeit konstant gehalten werden können.
-
Erfindungsgemäß weist der genannte zweite Hebel vorzugsweise drei
Arme auf, von denen der erste am freien Ende drehbar gelagert ist, der zweite zum
öffnen der Kontakte mit dem Gelenk des Schaltmechanismus zum Eingriff kommen kann
und der dritte mit einer Klinkenplatte des Auslösers gegen die Wirkung der zweiten
Feder verriegelbar ist, die zwischen dem ersten und dem dritten Arm angreift. Dabei
kann ein Ende eines Ankers des magnetischen Auslösers mit der Klinkenplatte in Verbindung
stehen, der am anderen Ende in einem Zapfen lose schwimmend gelagert ist. Es hat
sich weiter als vorteilhaft erwiesen, die Verbindung des einen Ankerendes mit der
Klinkenplatte mit solchem Spiel auszuführen, daß der Anker schlagartig auf die Klinkenplatte
einwirken kann.
-
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthält der Selbstschalter
eine am Anker angreifende und in ihrer Spannung einstellbare Feder, die dem Anker
eine vom Magnetrahmen des magnetischen Auslösers weggerichtete Vorspannung erteilt.
Vorzugsweise ist die Feder als Schrauben-Druckfeder ausgebildet und in ihrer Spannung
durch eine Gewindeschraube einstellbar und greift am Anker in der Nähe seiner Verbindungsstelle
mit der Klinkenplatte an.
-
Im folgenden soll an Hand eines in den Zeichnungen veranschaulichten
Ausführungsbeispiels eines Selbstschalters die Erfindung näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigt Fig.1 eine Schnittansicht, bei der sich die Teile in der
ausgeschalteten Stellung befinden, Fig. 2 eine ähnliche Ansicht des oberen Teiles
der Fig.1, die die Teile in der eingeschalteten Stellung wiedergibt, Fig. 3 einen
Schnitt nach der Linie III-111 der Fig. 1 und Fig. 4 und 5 Seitenansichten der flachen
gepreßten Gehäuseteile.
-
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, weist ein Gehäuse mit zwei flachen
Schalen 1 und 2, die mit Rippen und Vertiefungen versehen sind, welche die Einzelteile
aufnehmen, einen Hebel 3 zur Betätigung des Schaltmechanismus auf: Bei Überlastung
wird er durch einen Elektromagneten ausgelöst, der eine hydraulische Verzögerungseinrichtung
und ein hermetisch abgeschlossenes, nicht aus Eisen bestehendes Rohr 4 aufweist,
das eine Feder 7 und einen Eisenkolben 6 enthält, der sich in einer Flüssigkeit
wie z. B. Silikonöl bewegt. Das Rohr 4, das ein geschlossenes, mit dem Rohr aus
einem Stück bestehendes Ende 4 a aufweist, hat eine kurze Aussparung 4b am offenen
Ende. Nach Einbringen der Feder 7, des Kolbens 6 und einer Flüssigkeit ist ein Abschlußdeckel
8 auf den Ringflansch aufgesetzt worden, der durch die Aussparung gebildet wird.
Das Rohr ist dann umgebördelt und die Öffnung mit Lötzinn 10 zugeschmolzen worden.
Die schraubenförmige Druckfeder 7 wirkt auf einen Absatz 6a des Kolbens, so daß
die Teile sich normalerweise in der in Fig.1 dargestellten Stellung befinden.
-
Das Rohr 4 befindet sich in einer Isolierhülse 11, die einen kurzen
Teil verminderter Wandstärke aufweist, so daß ein Innenabsatz 11a entsteht, an den
eine kurze Eisenhülse oder magnetische Abschirmung 12 anstößt, die das vordere Ende
des Rohres 4 umgibt. Die Isolierhülse 11 ist mit einem ringförmigen Flansch 11x
versehen, an dem sich der rechtwinklige Teil 13 eines 1-förmigen Magnetrahmens
befindet. Dieser Teil ist mit einer Öffnung versehen, damit er über die Eisenhülse
12 gestülpt werden kann, und der andere seitliche Teil bzw. Arm 13 a des Rahmens
weist am Knick des Leinen mit einem Kopf versehenen Stift 14 auf, auf dem das eine
Ende eines streifenförmigen bzw. aus Blech gepreßten Ankers 15 frei drehbar gelagert
ist, der etwa parallel zu dem Arm 13 a angeordnet ist. Zwischen diesem Stift 14
und dem Ende des Armes 13 a befindet sich in dem Arm eine Bohrung, die so groß ist,
daß nur ein schmales Stück Metall auf jeder Seite der Öffnung verbleibt. Die Verminderung
der Fläche zu beiden Seiten der Öffnung erhöht den magnetischen Widerstand des Ankers.
-
Das hintere Ende des Rohres 4 sitzt in einer flachen, runden Vertiefung
einer kleinen rechteckigen Platte 18, die an einer Kante einen kurzen umgebogenen
Ansatz 18 a hat, der einen Polschuh darstellt und zwischen dem und dem Ende des
seitlichen Rahmenarmes 13 a sich ein kleiner Luftspalt befindet. Ein Spalt
15 b befindet sich außerdem zwischen dem Anker und dem Ende des Ansatzes
18a des Polschuhes.
-
Das eine Ende 16 c einer Spule 16, welche die Isolierhülle 11 umgibt,
ist an eine Klemme 16a angeschweißt oder angelötet, die durch eine Öffnung der unteren
Gehäusewandung ragt, während das andere Ende 16d in gleicher Weise reit dem Ende
einer kurzen biegsamen Litze 16b verbunden ist, deren anderes Ende an einem beweglichen
Kontaktarm 17 angeschweißt ist.
-
Der Anker 15 besteht aus einer rechtwinkligen Platte, die an einem
Ende auf den seitlichen Rahmenarm 13 a umgebogen ist und mit einer Öffnung
versehen ist, die frei über den Schaft des Stiftes 14 gleitet, und wird durch den
Kopf dieses Stiftes gehalten. Das andere Ende des Ankers ist umgebogen und schmaler,
so däß ein Ansatz 15a entsteht, an dem die Wendeldruckfeder anliegt, welche
die Feder 19 einstellt. Diese Anordnung, die leicht und wirtschaftlich hergestellt
werden kann, erleichtert die Bewegung des Ankers auf dem Stift 14, wodurch die Verwendung
eines mit Reibung behafteten Lagers vermieden wird.
-
Das schmale Ende des Ankers 15 ragt durch eine rechteckige Öffnung
20a mit Spiel, die sich in dem umgebogenen Ende einer aus einem Stück bestehenden
Klinkenplatte 20 befindet, an der in der Mitte bzw. auf halber Länge ein
Stift 21 befestigt ist, dessen Enden in Bohrungen der Gehäuseteile gelagert sind,
so daß sich die Platte drehen kann. Der Stift 21 liegt zwischen kleinen halbrunden
Stücken, die von der Platte nach außen umgebogen sind.
-
Die Platte 20 weist an der rechteckigen Öffnung 20 a ein Öhr 20 b
auf, das mit dem Ende eines Armes 24 a eines dreiarmigen Auslösehebels 24 zusammenwirkt,
der drehbar an einem Stift 25 gelagert ist, welcher durch eine Bohrung am Ende des
zweiten Armes 24 b und in Aussparungen in den Gehäuseteilen ragt, während der dritte
Arm 24 c mit zwei Backen 24 d und
24 e versehen ist. Die Backe 24
e trifft auf den Mittelstift 26 eines Gelenkes, das aus den Hebeln 27 und 28 besteht
und zwischen dem beweglichen Kontaktarm 17 und dem Betätigungshebel 3 liegt.
Der dreiarmige Hebel 24 ist als flaches Preßstück ausgebildet, was die Herstellung
vereinfacht und die Möglichkeit ergibt, die einzelnen Arbeitsstellen genau zueinander
anzuordnen. Eine Nase 24 f zwischen den Armen 24 a und 24 b des Hebels 24
hält eine Druckfeder 31 in ihrer Lage, die zwischen dem Gehäuse und einem Hebel
gelagert ist und so auf den Hebel einwirkt, daß er sich gegen den Uhrzeiger um seinen
Drehzapfen 25 drehen kann.
-
Der bewegliche Kontaktarm 17 ist am oberen Ende mit dem Kontaktstück
29 versehen und hat einen Querstift 32, der durch ein Loch am unteren Ende hindurchragt.
Die Enden des Stiftes greifen in kurze waagerechte Schlitze 33, die sich in inneren
Ansätzen 34 an den Gehäuseteilen befinden. Eine Druckfeder 35 an der Rückseite des
Gehäuseteiles 1 drückt auf den Arm zwischen den Stiften 32 und 37 und wirkt in der
nachfolgend beschriebenen Weise: Der bewegliche Kontakt 29 wirkt mit einem festen
Kontakt 30 zusammen, der sich an dem Ende eines gebogenen Kontaktstreifens 36 befindet
und durch eine Öffnung in der oberen Wandung des Gehäuseteiles 1 eingeführt ist.
-
Das Gelenk mit den Hebeln 27 und 28 ist an einem Ende mit der Mitte
des Kontaktarmes 17 verbunden und am anderen Ende mit dem drehbaren Betätigungshebel,
mit dem der Selbstschalter von Hand ein- und ausgeschaltet werden kann.
-
Der vordere Teil 27 des Gelenkes kann aus zwei durch einen
Brückenteil 27a verbundenen Armen bestehen, während der hintere Gelenkteil 28 in
gleicher Weise zwei durch einen Brückenteil 28 a verbundene Arme aufweisen kann.
Der eine Arm hiervon kann verlängert und mit einem hakenförmigen Ende versehen sein,
der bei gestrecktem Gelenk gegen den Stift 44 anschlägt.
-
Im normalen Betrieb drückt die Feder 7 den Kolben 6 an das Ende des
Rohres, wie es in Fig. 1. dargestellt ist. Bei kleinen überströmen, bei denen eine
Auslösung mit Verzögerung erfolgen soll, zieht der Strom in der Spule 16 den Kolben
zum Polschuh 18 hin. Auf diese Weise fließt der Magnetfluß durch den Kolben 6, den
Polschuh 18 und den Spalt 15 b, den Anker 15, den Magnetrahmen 13 und die
Hülse 12. Der Anker 15 wird an den Polschuh angezogen und der Auslösemechanismus
betätigt.
-
Bei Kurzschlüssen, bei denen eine Auslösung ohne Verzögerung erfolgen
muß, bleibt der Kolben 6 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung, und ein verkürzter
Weg für den Magnetfluß führt von dem verjüngten Ende des Kolbens über den Arm im
Bereich der öfF-nung, den Anker und das Lager und bewirkt ein Anziehen des Ankers
zur Betätigung des Auslösemechanismus. Daher ist selbst dann, wenn der Magnetfluß
in dem Luftspalt zwischen dem Kolben und dem Polschuh 18 und zwischen dem letzteren
und dem Anker durch ein äußeres Feld in unerwünschter Weise neutralisiert wird,
das Anziehen des Ankers noch gewährleistet.
-
Wenn der Anker 15 angezogen wird, so schlägt er auf das umgebogene
Ende der Klinkenplatte 20 und dreht diese gegen den Uhrzeiger um ihren Drehstift
21 gegen die Kraft einer kurzen Schraubendruckfeder 22, die in einer mit einer Vertiefung
versehene Wandung 23 des Gehäuses sitzt. Infolgedessen wird das Öhr 20 b mit dem
Auslösehebel 24 außer Eingriff gebracht, der daraufhin durch seine Feder 31 gegen
den Uhrzeiger gedreht werden kann, damit die Backe 24 e gegen den Stift 26 schlagen
kann, um das Gelenk zusammenzuklappen. Die Hauptfeder 25 kann dann den Kontaktarm
17 vordrucken, so daß der Stift 32 sich zu den geschlossenen Enden der Schlitze
33 bewegt und der Arm gegen den Uhrzeiger um diesen Stift als Drehachse schwingt,
um die Kontakte zu trennen und die Teile in die Fig. 1 dargestellte Stellung zu
bringen.
-
Gleichzeitig erfolgt eine automatische Rückstellung. Die Gelenkarme
werden gestreckt, und der Betätigungshebel wird in die Stellung »Aus« mit Unterstützung
der zweiarmigen Feder 50 gebracht, deren mittlere Windung um den vorderen Stift
44 des Gelenkes gewickelt ist, wobei ein Arm an dem Mittelstift 26 und der andere
Arm an dem Ansatz 2 b des Betätigungshebels anliegt. Während dieser Bewegung drückt
die Kraft der Hauptfeder 35 den hinteren Stift 37 des Gelenkes gegen die Backe 24d
des Auslösehebels und dreht ihn mit dem Uhrzeiger, um seine Feder 31 zu spannen,
so daß er in Klinkeneingriff mit der Klinkenplatte 20 zurückgebracht wird, wenn
der Betätigungshebel in die Stellung »Ein« gebracht wird. Die Klinkenplatte wird
in die Bereitschaft für einen derartigen Wiedereingriff durch ihre Feder 22 zurückgebracht.
-
Wenn die Teile in die eingeschaltete Stellung gebracht und die Kontakte
geschlossen worden sind, kann die Hauptfeder 35 den Kontaktarm um den hinteren Stift
des Gelenkes drehen, so daß der Haltestift 32 sich zum vorderen Ende des Schlitzes
33 bewegt.
-
Die Verriegelungskraft, d. h. die Kraft, die den Klinkeneingriff des
Auslösehebels 24 mit der Klinkenplatte 20 bewirkt, hängt nur von der Feder 31 ab
und ist von der Hauptfeder 35 vollständig unabhängig. Daher kann diese Feder ausschließlich
dazu dienen, den Kontaktdruck zu gewährleisten, während die Feder 31. verhältnismäßig
schwach sein kann, so daß nur eine geringe Auslösekraft zur Freigabe des Klinkeneingriffs
erforderlich ist. Die Klinkenplatte gibt den Hebel frei, auf den die Feder 31 wirkt.
Dieser Hebel wird unabhängig von der Hauptfeder und dem Gelenk betätigt.
-
Die Klinkenplatte bietet die Gewähr dafür, daß der Auslösemechanismus
gegen ungewollte Betätigung infolge von Erschütterungen sicher ist. Die Konstruktion
des Ankers ergibt einen schmalen Spalt mit niedrigem magnetischem Widerstand, und
dadurch, daß das schmalere Ende in die vergrößerte Öffnung 20 a der Klinkenplatte
eintritt, wird ein begrenzter Bewegungsspielraum möglich, der einen Stoß oder eine
Reihe von Schlägen ergibt, welche zu einer sehr wirksamen Auslösewirkung führen,
denn selbst mit einer verhältnismäßig kleinen Überlastung kann eine Reihe schneller
schwingender Stöße der Klinkenplatte 20 durch den Anker 15 verliehen werden, was
zur Freigabe des Auslösehebels führt, während bei größerer überlastung nur ein Schlag
erforderlich ist. Aufeinanderfolgende Schläge sind auch leicht wirksam, da die Herstellung
der Klinkenplatte 20 aus Messing Korrosion an der Klinkenzone zwischen dem Öhr 20
b und dem Hebel 24 vermeidet.
-
Die Druckfeder 19, die auf den Anker 15 wirkt, kann zur Veränderung
der Auslösekraft durch eine Schraube 38 eingestellt werden, die sich in einer Gewindebohrung
am unteren Ende des Gehäuses befindet. Nachdem diese Einstellung in der Fabrik erfolgt
ist,
kann ein Niet zur Verbindung der Gehäuseteile in miteinander fluchtende Löcher 39
derartiger Teile eingesteckt werden, wobei dieser Niet die Gewindebohrung verschließt,
so daß ein späterer unzulässiger Zugang zu der Schraube 38 ausgeschlossen ist.
-
Der Kontaktarm 17 sitzt an seinem drehbar angebrachten Ende zwischen
den Ansätzen 34 des Gehäuseteiles auf, und sein Kontaktende ist von bogenförmigen
Barrieren 40 von derartigen Teilen entfernt. Daher hat der Kontaktarm an dem Kontakteingriffsende
keine Zusammenwirkung mit den Gehäuseteilen 1 und 2. Diese Barrieren dienen auch
zur Begrenzung des Lichtbogens und der Gase auf die Kontaktkammer 40 a, die in bekannter
Weise mit V-förmigen Platten 4.1 ausgerüstet werden kann.
-
Die Gase aus einer derartigen Kammer strömen zu einer teilzylindrischen
Kammer 42, in der den Gasen eine Wirbelwirkung verliehen wird, bevor sie mit verhältnismäßig
niedriger Geschwindigkeit durch nach hinten gerichtete Öffnungen 43 ausgelassen
werden. Das Auftreffen heißer Partikeln und Gase auf die gekrümmten Wandungen der
Kammer 42 unterstützt die Kühlwirkung.
-
In der ausgeschalteten Stellung schlägt der Kontaktarm 17 an einen
Querstift 42a an, der mit den Enden in versenkten Löchern in Ansätzen 43 a an den
Innenwandungen der Gehäuseteile sitzt und an der Seite der Barriere 40 sich befindet,
die nicht an der Kontaktkammer 40 a liegt. Diese Ansätze dienen zur Kriechwegverlängerung
zwischen dem festen Kontakt und dem Schaltmechanismus. Die Bewegung des Haltestiftes
32 des Kontaktarmes 17 in den Schlitzen 33 ergibt eine Gleitwirkung des beweglichen
Kontaktes 29 auf dem festen Kontakt 30.
-
Der Betätigungshebel 3 hat einen zylindrischen Ansatz 3 a, der dicht
in einen Ausschnitt 1a des Gehäuses paßt, wodurch der Austritt von Gasen durch diesen
Ausschnitt vermieden werden soll. Der Ansatz ist mit Achsen 3 b versehen, die in
Vertiefungen in diesen Teilen hineinragen und drehbare Lagerungen für den Auslösehebel
bilden. Der Ansatz hat eine hintere Verlängerung 3 c, mit dem das Gelenk drehbar
durch den Stift 44 verbunden ist.
-
Die Teile des Mechanismus werden in ihrer Lage zwischen den gegenüberliegenden
Gehäuseteilen 1 und 2 gehalten (Fig. 4 und 5). Diese Anordnung erleichtert den Zusammenbau
und verringert die Kosten. Die einzelnen Löcher und Schlitze zur Aufnahme der Stifte
und anderer Teile sind in Fig. 4 und 5 mit dem Index »x« an den Bezugszeichen derartiger
Teile gekennzeichnet. Diese Löcher sind versenkt, damit sie besser fluchten und
der Zusammenbau erleichtert wird. Die beiden Gehäuseteile werden durch Niete zusammengehalten,
die die Löcher 50x durchragen.