DE1788148A1

DE1788148A1 - Strombegrenzungsschalter

Info

Publication number: DE1788148A1
Application number: DE19681788148
Authority: DE
Inventors: Achille Bianchi; Angelo Mostosi
Original assignee: SACE SpA
Current assignee: ABB SACE SpA
Priority date: 1967-01-30
Filing date: 1968-01-30
Publication date: 1973-05-24
Also published as: DE1788148B2; DE1638114B2; CH484508A; NO129929B; SE348592B; FR1553328A; BE710116A; US3523261A; DE1638114C3; DK137556B; DE1638114A1; GB1193222A; NL6801378A; DK137556C

Description

DR.-INQ. . DIPU-ΙΝβ. M. SC. OIPL.-PHYC. OR. plf^L.-Pt-YS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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14. Juni 1972

Firma S.A.C.E. - S.p.A.
Costruzioni Elettromeccaniche Via Baioni 35
Bergamo, Italien

Strombegrenzungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Strombegrenzungsschalter mit zwei beweglichen, von Kontaktarmen getragenen zusammenwirkenden Kontaktstücken, wobei der eine Kontaktarm durch einen Handhebel in Offen- und Schließstellung überführbar ist, mit einer im Schalter angeordneten stromführenden Leiterschleife, die bei plötzlich auftretenden, starken Strömen infolge

elektrodynamischer Kräfte sich aufweitet und die Öffnungsbewegung der Kontaktstücke hervorruft, und mit einer, am anderen Kontaktarm angreifenden Feder.

Ein derartiger Strombegrenzungsschalter ist bekannt aus der FR-PS 1 455 834. Bei diesem bekannten Strombegrenzungsschalter können sich beide Kontaktarme voneinander wegbewegen, wobei der untere Kontaktarm dies unter unmittelbarer Einwirkung

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elektrodynamischer Kräfte tut und, solange dieseanhalten, in einer Offenstellung gehalten wird. Die mit diesem Kontaktarm verbundene Feder zieht diesen sofort nach Aussetzen der elektrodynamischen Öffnungskräfte wieder in die Schließstellung zurück, dann hat jedoch der Gegenkontaktarm schon ausgelöst und hält den Schalter weiter offen. Dieser Gegenkontaktarm kann über eine Schaltwippe in Offen- und Schließstellung überführt werden, wobei auf ihn neben einer Bimetallauslösung auch eine elektromagnetische Auslösung einwirkt, die zu seiner Offenstellung führt, wenn überströme auftreten.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Strombegrenzungsschalter, daß der elektrodynamisch beeinflußbare Kontaktarm ständig unter einer in Schließstellung wirkenden Federspannung steht, so daß bei nur schwachen überströmen ein Vibrieren des Schalters und ein ständiges Hin- und Herschalten dann auftritt, wenn die Auslösung des anderen Kontaktarms noch nicht in Tätigkeit getreten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strombegrenzungsschalter zu schaffen, dessen beide Kontaktarme bei plötzlich auftretenden starken Strömen als Folge der dabei entstehenden elektrodynamischen Kräfte voneinander entfernt und in stabile Offenstellung überführt werden und von Hand aus nacheinander wieder in ihre Schließstellungen überführt werden können.

Zur Lösung· dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Strombegrenzungsschalter der eingangs genannten, bekannten Art und besteht darin, daß die Feder als übertotpunktfeder ausgebildet ist und dieser Kontaktarm über ein Zwischenstück einerseits mit einem Auslösemechanismus für den Gegenkontaktarm und andererseits mit dem denselben betätigenden Handhebel in Wirkverbindung bringbar ist.

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Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß beide die Kontaktstücke tragenden Kontaktarme so lange in ihrer auf eine elektrodynamische Öffnung zurückzuführenden maximalen Offenstellung gehalten werden, bis von Hand eingegriffen wird, wobei zunächst durch Betätigung des Handhebels der eine Kontaktarm in die Schließstellung überführt wird, woraufhin dann der andere Kontaktarm durch Heranführen an den zuerst bewegten Kontaktarm ebenfalls in die Schließstellung überführt wird. Wesentlich ist dabei, daß kein abruptes Auslösen und Aufeinanderprallen der Kontaktstücke beim Schließvorgang erfolgt, was sofort zu Prellungen der Kontakte führen würde, im übrigen bei gegebenenfalls noch bestehendem Kurzschluß eine Zerstörung des Schalters bewirken könnte, sondern daß die Kontaktstückannäherung gezielt und sukzessive erfolgt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt. Im folgenden werden anhand der Figuren Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch den Strombegrenzungsschalter, wobei in gestrichelter Darstellung die Position der Kontaktarme nach einem elektrodynamischen Öffnungsvorgang gezeigt sind,

Fig. 2 eine Ansicht des Schalters nach Figur 1 von unten, wobei drei nebeneinander angeordnete Schalteinheiten dargestellt sind und

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Pig. 3 den Betätigungsmechanismus des Schalters nach Figur 1, ebenfalls teilweise in einer Schnittdarstellung.

Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Strombegrenzungsschalter eignet sich insbesondere auch als Mehrfachschalter, wobei in einem Gehäuse mehrere Systeme nebeneinander angeordnet sind, wie dies insbesondere aus der Ansicht der Figur 2 ersichtlich ist.

Der in Figur 1 gezeigte Strombegrenzungsschalter 208 umfaßt einen Gehäuseteil 212 aus Isoliermaterial, der einen Lichtbogenschacht mit Faserstoffauskleidung 214 sowie mehrere eiserne, mit V-Nuten versehene Bogenspaltplatten 216 einschließt. Ein erster beweglicher Kontaktarm 218 ist in durchgezogenen Linien in Schließstellung dargestellt und wird in dieser Stellung durch eine Welle 220 gehalten, die ebenfalls nochmals in Figur 3 von der anderen Seite dargestellt ist. Die Welle 220 ist vorzugsweise sämtlichen nebeneinander angeordneten Schaltersystemen gemeinsam und ist gegenüber dem Kontaktarm 218, den sie trägt, isoliert. Ein ebenfalls beweglicher Gegenkontaktarm 222 sitzt auf einem Drehzpafen 224, der jeweils jedem Scha1-tersystem einzeln zugeordnet ist. Der Gegenkontaktarm 222 wird durch eine übertotpunktfeder 226 in Schließstellung vorgespannt, so daß die Kontaktstücke 228 und 230 in fester Druckberührung miteinander stehen. Zwischen beiden Kontaktarmen ist eine Trennwand 232 aus Isoliermaterial angeordnet, die vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse 212 ausgeführt ist. Die übertotpunktfeder 226 ist auf einem Metallstreifen 227 geführt. Das eine Ende der Feder drückt gegen eine Scheibe 227a, die am Streifen 227 befestigt ist. Das andere Ende der Feder 226 legt sich gegen einen Arm 229. Der Streifen 227 gleitet lose in einem Schlitz im Arm 229. Das andere Ende des Streifens 227 wird in

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eine Kerbe 223 des Kontaktarms 222 gedruckt. In der Schließstellung der Kontaktstücke 228 und 230 wirkt die Feder 226 auf dem Streifen 227 entlang einer Linie, die oberhalb des Drehzapfens 224 verläuft. Auf diese Weise erzeugt die Feder einen festen Kontaktdruck. In Figur 1 sowie in Figur 3, linker Hand, ist noch eine eine Stromüberlastung abfühlende Anordnung 210 dargestellt, was in üblicher Weise durch eine Bimetallauslösung, der wirkungsmäßig noch eine elektromagnetische Auslösung mittels eines Ankers 243 parallel geschaltet ist, erfolgt. Wesentlich ist dabei lediglich, daß bei einer überstromauslösung die Auslösewelle 240 in Figur 3 oben entgegen dem Uhr- Λ zeigersinn betätigt wird, so daß über die weiteren, von der Drehbewegung betätigten und im einzelnen nicht erläuterten Hebelmechanismen schließlich die Freigabe einer Sperrnase an einem Sperrglied 280 erfolgt, hervorgerufen durch das Abgleiten einer Sperre 292, wodurch es dem Kontaktarm 218, wie weiter unten noch genauer erläutert wird, ermöglicht wird, in eine Offenstellung zu gelangen.

Der Stromfluß durch den in Figur 1 dargestellten Strombegrenzungsschalter verläuft, ausgehend von der Eingangsklemme 204, über den Leiter 236 bis zu einem biegsamen Leiter 248 und zu den Kontaktarmen 218 und 222 und anschließend über einen weiteren biegsamen Leiter 249 zur gegenüberliegenden Klemme 202. Beim Auf- * treten eines plötzlichen Kurzschlußstromes stellt die Stromschleife, die sich über den Kontaktarm 218, die Kontaktstücke 228-und 230 sowie den Kontaktarm 222 erstreckt, eine elektrodynamische Schleife dar, die bestrebt ist, den Kontaktarm 222 im Uhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 224 zu verschwenken. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kontaktarm 218 noch mechanisch durch den linker Hand der Figur 3 dargestellten und im einzelnen nicht näher erläuterten Verriegelungsmechanismus in Schließstellung gehalten. Die Kraft der übertotpunktfeder 226 wird

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jedoch durch die elektrodynamische Kraft überwunden und der 222 bewegt sich in die strichpunktiert gezeichnete Stellung. Wenn dies eintritt, ändert sich auch die Wirkungslinie der Feder 226, die zu einem bestimmten Zeitpunkt über den Zapfen 224 verläuft, so daß eine unstabile Mittelstellung erreicht wird. Zwar wächst vom Beginn dieser Bewegung bis zur Mittelstellung der Federdruck der übertotpunktfeder 226 noch an, die effektive Kraft der Feder in Kontaktschließrichtung nimmt jedoch ab und wird zu Null, wenn der Streifen 227 entlang der Linie durch den Drehzapfen 224 gerichtet ist. Die Trägheit des bewegten Armes 222 und ein Restbetrag an elektrodynamischer Kraft führen die Feder 226 über die erwähnte Mittelstellung hinaus. Anschließend drückt die Übertotpunktfeder den Arm 222 weiter nach rechts, bis die Öffnungsbewegung am Anschlag 260 endet. Die dadurch erreichte Stellung stellt eine zweite stabile Lage des Kontaktarmes 222 dar.

Die öffnung des Kontaktarmes 218 kann nun einmal durch Bimetall auslösung oder durch elektromagnetische Auslösung bei Drehung der Auslösewelle 240 bewirkt werden, erfolgt jedoch auf jeden Fall aufgrund einer mechanischen Auslösekette, die ihren Anfang in der Öffnungsbewegung des anderen, zweiten Kontaktarmes 222 hat. Hierauf wird im folgenden genauer eingegangen. Wie Figur zeigt, weist jeder auf elektrodynamischem Wege zu öffnende Kontaktarm 222 einen Vorsprung 222a im unteren Teil auf, der auf eine Platte 250 aus Isoliermaterial, die in Figur 2 genauer dargestellt ist, einwirkt. Die Platte 250 ist: dabei auf an ortsfesten Wellen gelagerten Rollen 256 frei gleitbar und zwischen zwei ebenen Flächen 262 und 264 geführt.

Die Platte 250 besitzt einen Schlitz 25Oa, der dem Vorsprung 206a eines Handbetätigungshebels 206b, wie in Figur 3 gezeigt, aufnimmt.

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Wird mindestens einerder Kontaktarme 222 des in Figur 2 gezeigten Schaltersystems durch elektrodynamische Kraft im Uhrzeigersinn gedreht, dann wirkt sein Vorsprung 222a, wie in Figur 2 gezeigt, auf die Platte250 ein und verschiebt diese in die strichpunktiert gezeichnete Lage, wobei die Vorspannung einer Feder 254 überwunden wird.

Diese Verschiebung der Platte 250 bewirkt aufgrund eines Vorsprunges 25Ob an der Platte die Drehbewegung eines Hebels 252, der in Figur 2 von unten dargestellt ist und auf den gleichen Auslösemebhanismus einwirkt, wie die Auslösewelle 240, so daß auf jeden Fall eine überführung auch des ersten Kontaktarmes in die gestrichelt gezeichnete Offenstellung in Figur 1 erfolgt. Durch diese Auslösung wird auch der Endteil 206a des Handhebels 206b in die in Figur 2 gezeigte, mittlere Stellung ¹¹T" gebracht, die anzeigt, daß der Schalter durch eine automatische Auslöseaktion geöffnet wurde, da sich diese Position zwischen dem vollständigen öffnungszustand "0" und dem Schließzustand "I" befindet.

Es ist schon weiter vorn erwähnt woräen, daß bei einmal begonnener Öffnungsbewegung des Kontaktarmes 222 zwar die Druckwirkung der übertotpunktfeder 226 noch anwächst, jedoch das auf sie zurückgehende Gegendrehmoment abnimmt, so daß aus diesem Grund die Bewegung des Kontaktarmes 222, sobald sie einmal begonnen hat, irreversibel ist und das Kontaktstück 230 erst dann abgestoppt wird, wenn der Kontaktarm die zweite, durch den Anschlag 260 bestimmte Gleichgewichtsstellung erreicht hat. Da die Platte 250 sämtlichen der in Figur 2 dargestellten drei Sdhaltersystemen bzw. auch noch mehreren, wenivdies gewünscht ist, gemeinsam ist, bewirkt die Verdrehung auch nur eines einzigen Kontaktarmes 222 aufgrund einer elektrodynamischen Kraft das öffnen sämtlicher übrigen Kontakte 228, so daß das gesamte, aus mehreren Strombegrenzungsschaltern der in Figur 1 gezeigten Art aufgebaute System öffnet.

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Solange auch nur ein einziger Kontaktarm 222 in der geöffneten Stellung befindlich ist, was durch die gestrichelt angedeutete Linienführung der Platte 250 in Figur 2 gezeigt ist/ ist es unmöglich, daß der Hebel 252 zurückgestellt wird, so daß auch eine erneute Verriegelung zur Bewirkung einer Oberführung der Kontaktarme 218 in die Schließstellung nicht möglich ist, Um den gesamten Strombegrenzungsschalter wieder in die Schließstellung zu überführen, ist es also zunächst notwendig, den Kontaktarm 222 wieder in die in Figur 1 mit durchgezogenen Li- ^ nien gezeichnete Schließstellung zu überführen. Dies geschieht dadurch, daß der Handhebel 206b in Figur 3 nach links bewegt wird, so daß sein unterer Vorsprung 206a in dieser Figur nach rechts bzw. in der Figur 2 nach oben in die Offenstellung "0" des Strombegrenzungsschalters überführt wird. Dadurch wird gleichzeitig die Platte 250 in Figur 2 wieder nach oben mitgenommen, der Hebel 252 kommt von der Vorderkante der Platte frei und der Vorsprung 222a des Kontaktarmes 222 wird so bewegt, daß die Ubertotpunktstellung des Kontaktarmes 222 am Anschlag 260 überwunden wird und die Feder 226 den Kontaktarm 222 wieder in seine Schließstellung überführt und dort hält.

Der erfindungsgemäße Strombegrenzungsschalter kann also nur P dann geschlossen werden, wenn zunächst der Kontaktarm 222 in seine Schließstellung zurückgeführt ist, da nur dann der die Verriegelungsstellung auch für den Kontaktarm 218 verhindernde Hebel 252 ebenfalls freigegeben ist."

Die Zurückstellung auch des bzw. der Kontaktarme 218 erfolgt dann durch den in Figur 3 genauer gezeigten Betätigungsmechanismus, auf den im folgenden noch eingegangen wird.Dabei ist zu beachten, daß die Figur 3 den Mechanismus in Offenstellung des Schalters zeigt.

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Der schon erwähnte Handhebel 206b besitzt einen festen Drehzapfen 265, der in einem metallischen Rahmen 266 befestigt ist. Der Hebel 206b wirkt auf eine Schwinge .268 und betätigt auf diese Weise einen sekundären Betätigungshebel 270, der in einem Lager auf der Welle 220 frei drehbar angeordnet ist. Der Hebel 270 betätigt jedoch die Welle 220 nicht direkt.

Ein an der Welle 220 befestigter Schwinghebel 272 ist an einem Kniehebelteil 274 angelenkt. Ein weiterer Kniehebelteil 276 ist mit dem ersten Kniehebelteil gelenkig verbunden und bildet so einen Kniehebel 274, 276 aus. Am Gelenkpunkt ist weiterhin eine Rolle 278 vorgesehen. Das obere Ende des Kniehebelteils 276 ist an dem schon erwähnten Sperrglied 280 angelenkt, welches einen festen Drehzapfen 282 im Rahmen besitzt. Eine weitere Übertotpunktfeder 284 ist an einem Zapfen 296 am Handhebel 206b einge hakt. Die Feder 284 spannt das Knie des Kniehebels 274, 276 nach oben vor. Die Gelenkverbindung ist in der normalen Offenstellung des Schalters dargestellt. Um den Schalter zu schließen,wird der Handhebel 206 nunmehr nach rechts bewegt, nachdem er anfangs zur Schließung des Kontaktarmes 222 nach links bewegt wurde. Beim nach rechts Bewegen erreicht einKeil 27Oa des sekundären Hebels 270 die Rolle und stößt sie in eine solche Richtung, daß der Kniehebel 274, 276 gestreckt wird, wodurch ein fest mit der Welle 220 verbundener Schwinghebel 272 die Welle und den an ihr befestigten Kontaktarm 218 allmählich in Schließrichtung führt. Während der Bewegung des Handhebels 206b verändert die übertotpunktfeder 284 allmählich ihre Wirkungslinie, bis" die Linie den oberen Drehzapfen 288 des Kniehebels überschreitet. Nach Überschreitung dieses Punktes wird das Kniegelenk durch die Feder 264 zu einer plötzlichen Bewegung veranlaßt, wobei die Rolle 278 sich vom Keil 27Oa löst. Die Kontaktstücke 228 an den Kontaktarmen 218, wenn es sich um mehrere handelt, legen sich somit plötzlich gegen die Kontaktstücke an. Diese allmähliche Bewegung der Kontaktarme 218 über den

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größten Teil des Schließhubes hinweg, gefolgt von einer plötzlichen kurzzeitigen Bewegung, um den Schließhub zu beenden, vermeidet ein Zurückprellen der Kontaktstücke voneinander.

Wie schon weiter vorn erläutert, ist der Vorsprung 206a, wie Figur 3 zeigt, Teil des Handhebels 206b. Wenn sich der obere Teil des Hebels 206b nach rechts bewegt, um den Schalter zu schließen, bewegt sich der Vorsprung 206a frei im Schlitz 25Oa, wie in Figur 2 gezeigt und die Platte 250 verschiebt sich nicht. Wenn später irgendeiner der Kontaktarme 222 auf elektrodynamischem Wege öffnet, wird, wie ebenfalls schon erwähnt, die Platte 250 in Figur 3 nach links verschoben und schlägt am Hebel 252 an, der dann über weitere übertragungselemente die Sperre 292 löst, so daß die Nase des Sperrgliedes 280 frei wird und dieses im Uhrzeigersinn verschwenken kann. Dadurch streckt sich der Kniehebel und auch der Kontaktarm 218, wie ersichtlich, geht in die Offenstellung.

In diesem Zusammenhang ist noch zu beachten, daß bei der_/anfänglichen Führung des Handhebels 206b nach links', um den Kontaktarm 222 wie beschrieben in die Schließstellung zu bringen, gleichzeitig ein Zapfen 294 auf das Sperrglied 280 in der Weise einwirkt, daß dieses um seinen Gelenkpunkt 282 wieder nach unten gedrückt wird und eine Rastnase sich unter die Sperre 292 legt, so daß die Arretierung erfolgt, die dann auch die Schließbewegung des Kontaktarmes 218 ermöglicht. Solange also der Kontaktarm 222 bzw. bei einem mehrstufigen System irgendeiner der Kontaktarme 222 in Offenstellung verbleibt, dienen die Platte 250 und der Hebel 252 dazu, eine Wiederverriegelung des Schalters zu verhindern, so daß ein gefährlicher Betriebsstand vermieden wird.

Zur Rückstellung des Kontaktarmes 222 ist es also lediglich erforderlich, den Handhebel 206b zunächst in solcher Richtung

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(in Figur 3 nach links) zu bewegen, daß der Sperrmechanismus zurückgestellt wird,weil bei dieser Bewegung der Ansatz 206a des Handhebels die Platte 250 in Rückstellrichtung der Kontaktarme 222 antreibt.

Es ist bemerkenswert, daß diese Anordnung eine Rückstellung der Arme 222 erlaubt, ohne daß dabei in irgendeiner Weise der maximale Öffnungszustand der Kontaktarme 218, der in Figur 1 punktiert dargestellt ist, gestört bzw. geändert wird. Die Platte 250 wirkt daher/als mechanische Kupplung mit dem automatischen Auslösemechanismus des Schalters. Sie ist wichtig, weil sie ein " öffnen sämtlicher Kontaktstücke 228 im Falle eines Kurzschluß gewährleistet und dann, wenn eine Anker- oder Bimetallauslösung nicht erfolgt, die einzige automatische Steuerung für die Auslösung der Öffnungsbewegung auch der Kontaktstücke 228 darstellt, wenn eines oder mehrere der Kontaktstücke 230 auf elektrodynamischem Wege geöffnet haaen.

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Claims

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Patentansprüche :

/ 1. !Strombegrenzungsschalter mit zwei beweglichen, von Kontäkt-N—/armen getragenen, zusammenwirkenden Kontaktstücken, wobei der eine Kontaktarm durch einen Handhebel in Offen- und Schließstellung überführbar ist·, mit einer im Schalter ange«- ordneten stromführenden Leiterschleife, die bei plötzlich auftretenden starken Strömen infolge elektrodynamischer Kräfte sich aufweitet und die Öffnungsbewegung der Kontaktstücke hervorruft, und mit einer, am anderen Kontaktarm angreifenden Feder, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als übertotpunktfeder (226) ausgebildet ist und dieser Kontaktarm (222) über ein Zwischenstück (250) einerseits mit einem Auslösemechanismus (252, 292, 2SO, 284) für den Gegenkontaktarm (218) und andererseits mit dem denselben betätigenden Handhebel (206b) in Wirkverbindung bringbar ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück in Form einer verschiebbar im Schaltergehäuse gelagerten Platte (250) ausgebildet ist, an deren einer Kantenfläche ein Vorsprung (222a) des Kontaktarmes (222) angreift.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhebel (206b) etwa mittig im Schaltergehäuse gelagert ist und die Platte (250) von einem Ansatz (206a) des Handhebels (206b) antreibbar ist, der in einen Schlitz (25Oa) der Platte eingreift.

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4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von einer weiteren Randfläche der Platte (250) ein drehbar gelagerter Hebel (252) so antreibbar ist, daß ein die Schließstellung des Kontaktarmes (218) ermöglichender Verriegelungsmechanismus (Sperre 292, Sperrglied 280) nur dann in Verriegelungsstellung bringbar ist, wenn durch Verschiebung der Platte (250) der Kontaktarm (222) in seine Schließstellung überführt ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebliche Platte (250) von Rollen (256) geführt und von einer Feder (254) in die Schließstellung des Kontaktarmes (222) vorgespannt ist.

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