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Die
Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter mit einem Außenleiterpol
und einem Neutralleiterpol.
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Ein
derartiger Leitungsschutzschalter ist aus der
EP 0 599 800 A1 bekannt.
Bei diesem Schalter sind je eine Kontakteinrichtung des Außenleiterpols und
des Neutralleiterpols innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses mit üblicher
Polbreite in parallelen Ebenen nebeneinander angeordnet. Beide Kontakteinrichtungen
sind durch eine in der Lichtbogenlöschkammer des Außenleiterpols
angeordnete abgewinkelte Innenschale voneinander getrennt. Daher ist
der Raum vor der Lichtbogenlöscheinrichtung
zumindest einseitig erheblich eingeschränkt. Miteinander gekuppelt
sind beide Kontakteinrichtungen über einen
in der Innenschale geführten
Schieber, der seinerseits auf koaxial angeordneten Lagerachsen zugehörige Schaltbrücken trägt. Beim
Betätigen
des Schaltmechanismus werden die beiden jeweils durch eine Druckfeder
abgestützten
Schaltbrücken
im gleichen Richtungssinn verschwenkt. Die im Prinzip mittels einer
gemeinsamen Lagerachse unmittelbar gekoppelten Schaltbrücken beeinträchtigen
sich besonders bei den Schaltvorgängen gegenseitig erheblich, so
daß die
Schutzfunktion des Außenleiterpols
insgesamt nachteilig beeinflußt
ist.
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Ein
in der
DE 32 42 062
A1 gezeigter elektrischer Schalter besitzt zwei Kontaktstellen,
von denen wenigstens einer ein elektromagnetisches Auslösesystem
zugeordnet ist. Die beiden Kontaktstellen sind in einem Gehäuse übereinander
untergebracht und mittels einer Zwischenwand voneinander getrennt.
Die beweglichen Kontaktstücke
beider Kontaktstellen sind mittels einer Verbindungsstange gekoppelt,
die die Zwischenwand durchgreift. Das dort vorgesehene elektromagnetische
Auslösesystem weist
einen verdrehbaren Magnetanker auf, der über einen Drehhebel auf eine
der beweglichen Kontaktstellen einwirkt, vorzugsweise in Richtung
der Öffnungsbewegung.
Ein Hubanker ist bei dem dort gezeigten elektromagnetischen Auslösesystem
nicht vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitungsschutzschalter
anzugeben, bei dem die Schaltfunktion und Arbeitsweise des Außenleiterpols gegenüber einem
normalen Leitungsschutzschalter unverändert erhalten bleibt, die
räumliche
Anordnung von Schaltmechanismus, Auslöseorganen und Löschkammerbereich
nur unwesentlich beeinträchtigt
ist, und insbesondere ein Verschweißen sowohl des Außenleiter-
als auch des Neutralleiterkontaktes zuverlässig verhindert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Leitungsschutzschalter mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, daß der
geschützte
Außenleiterpol
wie ein normaler Leitungsschutzschalter arbeitet und überwiegend
aus unveränderten
Teilen eines solchen Schalters gebildet ist. Bei gleicher Gehäusegröße ist zusätzlich in
diesen Aufbau der ungeschützte
Neutralleitenpol platzsparend und funktionsgerecht integriert. Zudem
ist sichergestellt, daß beim
Einschaltvorgang erst der Neutralleiterkontakt durch seine eigene
Kontaktfeder selbsttätig
schließt
und erst danach der Außenleiterkontakt.
In der Schließstellung
des Neutralleiterkontaktes ist ferner der Kraftschluß zur Kontakteinrichtung
des Außenleiterpols
vollständig
aufgehoben. Dessen Kontakthebel kann also letztlich frei wie bei einem
alleinigen Leitungsschutzschalter in die Schließstellung verschwenken.
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Bei
einem Abschaltvorgang, sei es durch Überlast, Kurzschluß oder auch
manuell, öffnet
hingegen erst der Außenleiterkontakt,
wobei dessen Kontakthebel sich zunächst in Richtung des Magnetsystems
bewegt. Dadurch wird zu Beginn der Abschaltphase der Freiheitsgrad
zwischen Außenleiterkontakt
und Neutralleiterkontakt noch vergrößert und der Kontakthebel des
Außenleiterpols
kann völlig
unbeeinflußt
vom Neutralleiterpol öffnen.
Erst nach Zurücklegen
einer vorbestimmten Kontaktöffnungsstrecke
stellt ein Schieber den Kraftschluß zum Kontakthebel des Neutralleiterpols
her und öffnet
diesen zeitlich nach dem Außenleiterpol.
Hierbei vermindert die Kontaktfeder des beweglichen Neutralleiterkontaktes sehr
schnell ihre Gegenkraft zur Kontaktfeder des Außenleiterkontaktes, der damit
kaum verzögert wird.
Dieser Effekt wird mittels einer als Zugfeder ausgebildeten Kontaktfeder
des Neutralleiterpols und ihrer besonders vorteilhaft gewählten Aufhängepunkte
erzielt. Dadurch kann die Zugfeder beim Öffnungsvorgang bis fast an
die Lagerstelle des beweglichen Neutralleiterkontaktes in eine annähernde Totpunktlage
schwenken, so daß ihr
Moment in Schließrichtung
sehr schnell nahezu den Wert "Null" erreicht. Daher
ist auch in der Öffnungsstellung
von Außenleiterpol
und Neutralleiterpol der gegenseitige Einfluß vernachlässigbar.
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Der
Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Anordnung
ergibt sich indes beim Öffnungsvorgang im
Kurzschlußfall.
Hierbei wird nach der Entklinkung des Schaltschlosses der Schlag
des Magnetkernes zur beschleunigten Öffnung des Außenleiterkontaktes
direkt auf den im gleichen Richtungssinn angeordneten Schieber übertragen,
so daß dieser
zeitversetzt ebenso schlagartig auf den Neutralleiterkontakt in Öffnungsrichtung
einwirkt. Das Verschweißen
des Neutralleiterkontaktes wird von daher ähnlich wie beim Außenleiterkontakt
durch die Schlagwirkung des Magnetauslösers zuverlässig verhindert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt
vereinfacht einen Leitungsschutzschalter mit Außenleiterpol und Neutralleiterpol
in seiner Funktionsebene in Ausschaltstellung, während in
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2 die
Einschaltstellung des Leitungsschutzschalters in gleicher Darstellungsweise
wiedergegeben ist.
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Der
nur teilweise offen dargestellte Leitungsschutzschalter hat ein
lediglich mit seinen Außenkonturen
angedeutetes Schaltergehäuse 1,
das aus zwei Halbschalen auf bekannte Art zusammengesetzt ist und
in der Zeichnungsebene etwa 18 mm dick ist, das heißt eine übliche Polbreite
als Teilungsmaß aufweist.
Das mit seinen Außenkonturen
den einschlägigen
Normmaßen
für Leitungsschutzschalter
entsprechende Schaltergehäuse
nimmt in seinem Inneren einen Schaltmechanismus 2, eine
Kontakteinrichtung 3 für
den geschützten
Außenleiterpol "L", einen Magnetauslöser 4, eine Schalt-
und Löschkammer 5 sowie
einen thermischen Auslöser 6 auf.
Die vorgenannten Baugruppen 2 bis 6 bestehen dabei
weitestgehend aus vorhandenen Bauteilen eines normalen einpoligen
Leitungsschutzschalters und sind sowohl in ihrer Anordnung als auch
in ihrer Funktion gegenüber
einem solchen Schalter praktisch unverändert. Lediglich im Gehäusesockel 1.1 sind
im herkömmlichen
Bereich der Anschlußklemmen
wesentliche Änderungen
bei den inneren Gehäusekonturen
erforderlich, um einerseits ausreichend Raum für die doppelte Anzahl von Klemmen
zu erhalten (je eine Eingangs- und Ausgangsklemme für den Außenleiterpol sowie
den Neutralleiterpol) und zusätzlich
noch im Eingangsklemmenbereich 1.2 die Anordnung einer Kontakteinrichtung 7 für den Neutralleiterpol "N" nebst den dafür erforderlichen mechanischen
und elektrischen Bauteilen zu ermöglichen.
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Wie
ohne weiteres aus den Zeichnungsfiguren hervorgeht, ist die den
Kern der Erfindung betreffende Kontakteinrichtung 7 für den Neutralleiterpol "N" seitlich unterhalb des thermischen
Auslösers 6 im Gehäusesockel 1.1 in
unmittelbarer Nachbarschaft der zugehörigen Eingangsklemme 8 angeordnet.
Dabei arbeitet die Kontakteinrichtung 7 in der gleichen, jedoch
geringfügig
höhenversetzten
Bewegungsebene (entspricht der Zeichnungsebene), wie die Kontakteinrichtung 3 für den Außenleiterpol "L". Die Kontakteinrichtung 7 besteht
im wesentlichen aus einem doppelarmigen Kontakthebel 7.1,
der um eine gehäusefeste
Achse 7.2 schwenkbar ist, und der an seinem der eigentlichen
Kontaktstelle 7.3 gegenüberliegenden
freien Hebelende 7.11 mit einem noch näher zu beschreibenden Schieber 9 zusammenwirkt.
Der Kontakthebel 7.1 arbeitet unter der Wirkung seiner Kontaktfeder 7.4 auf
ein Festkontaktstück 8.1,
welches als abgewinkelter Fortsatz direkt mit der Eingangsklemme 8 verbunden
ist, die ihrerseits mittels eines Klemmkastens 8.2 und
einer Klemmschraube 8.3 den Anschluß eines nicht gezeigten Neutralleiters ermöglicht.
Von Kontakthebel 7.1 abgehend führt andererseits eine lediglich
angedeutete, ausreichend isolierte elektrische Verbindung 7.6 quer
durch das Schaltergehäuse
zur gegenüberliegend
von der Eingangsklemme 8 an der Oberseite angeordneten, nicht
gezeigten Ausgangsklemme des Neutralleiterpols.
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Desweiteren
ist in einer Ebene oberhalb der Eingangsklemme 8 eine gleichgroße nicht
gezeigte Eingangsklemme für
den Außenleiterpol
angeordnet und von letzterer mittels eines Einlegeteils 1.3 (in Strich-Punkt-Linien
angedeutet) im Gehäusesockel abgeteilt.
Von dieser Klemme führt
eine elektrische Verbindung direkt zum Fußpunkt 6.1 des thermischen
Auslösers 6 (schematisch
angedeutet mittels eines kurzen Stückes flexiblen Leiters 6.2),
welche ausreichend isoliert von der Kontakteinrichtung 7 angeordnet
ist. Ebenso führt
vom freien Ende 6.3 des thermischen Auslösers, der
auf an sich bekannte, nicht näher
dargestellte Weise die Auslösung
des Schaltmechanismus 2 bei Überstrom herbeiführt, eine
flexible Leitung 6.4 zum schwenkbaren Kontakthebel 3.1 als
Teil der Kontakteinrichtung 3 des geschützten Außenleiterpols.
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Der
Kontakthebel 3.1 des Außenleiterpols ist mit seinem
Langloch auf einer gehäusefesten
Achse 3.2 schwenkbar gelagert und zugleich um einen geringen
Wert seitlich verschiebbar, um neben dem Aufbau des Kontaktdruckes
beispielsweise Veränderungen
durch Abbrand am kontaktseitigen Ende 3.3 ausgleichen zu
können.
Damit arbeitet der Kontakthebel auf ein Festkontaktstück 4.1,
welches über
ein sogenanntes Kontakthorn 4.2 in einen Rückschlußbügel 4.3 des
Magnetauslösers 4 einbezogen
ist, der seinerseits eine Wicklung 4.4 rahmenartig umschließt. Von
der Wicklung führt
der Strompfad des Außenleiterpols
direkt zu einer nicht gezeigten Ausgangsklemme an der Oberseite
des Schaltergehäuses.
Die Wicklung 4.4 umgibt einen Magnetkern 4.5, der
zumindest im Kurzschlußfall
einen nur teilweise dargestellten Auslösehebel 2.1 um eine
gehäusefeste
Achse 2.2 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt und dabei auf
an sich bekannte Art den Schaltmechanismus 2 an seinem
Kniegelenkhebel 2.3 auslöst, so daß der Kontakthebel 3.1 aus
der in 2 gezeigten Schließstellung in die Offenstellung
nach 1 verschwenken kann. Diese in kürzester
Zeit ablaufende Öffnungsbewegung
des Kontakthebels 3.1 wird einerseits durch eine oberhalb
seiner Lagerstelle (Achse 3.2) linksdrehend angreifende
Kontaktfeder 3.4 hervorgerufen, insbesondere jedoch durch
den vom Magnetkern 4.5 beschleunigten Auslösehebel 2.1, der
nach der Auslösung
mit seinem "Hammerkopfende" 2.11 schlagartig
gegen das kontaktseitige Ende 3.3 des Kontakthebels vorschnellt
und die Kontaktstelle des Außenleiterpols
aufreißt.
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Genau
in Höhe
dieses "Hammerkopfendes" 2.11 ist
der Kontakthebel 3.1 mit einer Bohrung 3.5 versehen,
in die der Schieber 9 mit einem Zapfen 9.1 gelenkig
eingreift. Der Schieber 9 ist zudem seitlich geführt, beispielsweise
zwischen schematisch gezeigten Gehäusestegen 1.4, so
daß er
insbesondere im Bereich des Kontakthebels 7.1 nicht ausweichen kann.
Hinter diesen Gehäusestegen
ist das freie Ende des Schiebers 9 mit einer Schubfläche 9.2 versehen,
die mit dem freien Hebelende 7.11 des Neutralleiter-Kontakthebels
zusammenwirkt und auf deren Funktionsweise noch näher eingegangen
wird. Insbesondere in der Einschaltstellung (2) ist der Schieber 9 so
angeordnet und auf die vorbeschriebene Weise geführt, daß seine Hauptachse die gleiche Richtung
aufweist wie die Schlagrichtung des Magnetkernes 4.5. Dadurch
ist sichergestellt, daß die
Bewegung des Magnetkernes über
das "Hammerkopfende" 2.11 und
den sich schlagartig öffnenden
Kontakthebel 3.1 genau in der Längsachse des Schiebers 9 wirksam
wird und dieser nahezu die volle Schlagankerwirkung überträgt. Damit
steht diese Kraft an der Schubfläche 9.2 zur
Verfügung,
um beim Öffnungsvorgang
nach Zurücklegen
eines kurzen Freiweges (Strecke "X" in 2)
gegen das Hebelende 7.11 zu schlagen und den Kontakthebel 7.1 um
seine Achse 7.2 in die Ausschaltstellung gemäß 1 zu
schwenken.
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Unterstützt wird
dieser Vorgang durch die Kontaktfeder 3.4 des Außenleiterpols,
die erheblich kräftiger
ist, als die Kontaktfeder 7.4 des Neutralleiterpols. Letztere
ist ebenfalls als Zugfeder ausgebildet und mit ihrer längeren,
leicht abgewinkelten hakenförmigen Öse in einem
Auge 7.5 des Kontakthebels etwa in der Mitte zwischen der
Achse 7.2 und der Kontaktstelle 7.3 eingehängt, während ihre
kürzere Öse über einen
ortsfesten Bolzen 1.5 greift. Die Lage dieses Bolzens 1.5 ist
dabei räumlich
dem Kontakthebel 7.1 derart zugeordnet, daß die Kontaktfeder 7.4 in
der Einschaltstellung (2) an einem bereits wirksamen
relativ kurzen Hebelarm zieht, während
in der Ausschaltstellung (1) der Hebelarm fast
den Wert "Null" erreicht. Eine gedachte
Verbindungslinie zwischen dem Auge 7.5 und dem Bolzen 1.5,
welche der Wirkrichtung der Kontaktfeder 7.4 entspricht,
verläuft
daher in der Ausschaltstellung des Kontakthebels 7.1 nur
geringfügig
unterhalb bzw. nahezu durch die Mitte der Achse 7.2. Dies
bedeutet, daß die
Kontaktfeder 7.4 bei fast gleicher Federspannung sehr schnell
ihre Gegenkraft verliert und in der Ausschaltstellung nur noch ein
geringes linksdrehendes Moment auf den Kontakthebel ausübt, so daß dieser
sich praktisch in einer Totpunktlage befindet. Der Kontakthebel 7.1 liegt
daher mit seinem Hebelende 7.11 an der Schubfläche 9.2 des
Schiebers 9 kraftschlüssig
an, jedoch ohne wesentlichen Krafteinfluß auf den Kontakthebel 3.1 des
Außenleiterpols.
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Wird
aus dieser Lage der Leitungsschutzschalter manuell am Handbedienungsorgan 2.4 und dem
sich in Übertotpunktlage
befindlichen Kniegelenkhebel 2.3 in die Schließstellung
nach 2 geschaltet, so schwenkt der Kontakthebel 3.1 um
seine Achse 3.2 und nimmt den Schieber 9 über den
Zapfen 9.1 im Uhrzeigersinn mit. In gleicher Richtung bewegt
sich das an der Schubfläche 9.2 anliegende
Hebelende 7.11 unter der Wirkung der Kontaktfeder 7.4, deren
Schwenkmoment auf den Kontakthebel 7.1 durch die Verschiebung
des Auges 7.5 zunehmend größer wird. Hat bei diesem Bewegungsablauf
die Kontaktstelle 7.3 das Festkontaktstück 8.1 erreicht, gelangt
es dort zur Anlage, wobei die Kontaktfeder 7.4 jetzt ihre
größte Kraft
entfaltet und allein den Kontaktdruck aufbringt. Erst danach erreicht
der Kontakthebel 3.1 mit seinem kontaktseitigen Ende 3.3 das Festkontaktstück 4.1 und
schließt
den Außenleiterpol.
Dieses Nacheilen des Außenleiterkontaktes
ist über
den Freiweg zwischen der Schubfläche 9.2 und dem
Hebelende 7.11 des Neutralleiter-Kontakthebels sichergestellt.
Dabei ist die in 2 dargestellte Strecke "X" das Maß für den Freiweg bei endgültig verspanntem
Schaltmechanismus. Bei der ersten Berührung des kontaktseitigen Endes 3.3 am
Festkontaktstück 4.1 ist
dieser Freiweg noch etwas größer, da
dann der in 2 erkennbare Abstand zwischen der
Achse 3.2 und der unterhalb davon befindlichen halbzylindrischen
Lochwand des Langloches, die beim Einschaltvorgang als Lagerschale
wirkt, nicht vorhanden ist (1). Dieser
Abstand ist aber notwendig, damit der in der Einschaltstellung lediglich
an der Kontaktstelle und am Kniegelenkhebel 2.3 abgestützte sowie
von der Kontaktfeder 3.4 gezogene Kontakthebel 3.1 aufgrund
von Toleranzen und der notwendigen Abbrandreserve zuverlässig gehalten ist
und der Schaltmechanismus am Handbedienungsorgan 2.4 ohne
sogenannte "Durchschalter" verspannt werden
kann.
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Umgekehrt
steht dieser vorerwähnte
größere Freiweg
zwischen der Schubfläche 9.2 und
dem Hebelende 7.11 auch beim Abschaltvorgang zur Verfügung, denn
nach der Auslösung
des Kniegelenkhebels 2.3 schwenkt der Kontakthebel 3.1 zuerst
im Gegenuhrzeigersinn um sein kontaktseitiges Ende 3.3, bis
die Langlochwandung an der Achse 3.2 zur Anlage gelangt.
Bei einem Kurzschluß wird
zwar durch das "Hammerkopfende" 2.11 etwa
zeitgleich der Kontakthebel 3.1 im gleichen Drehsinn aufgeschlagen, wobei
diese Bewegungen allerdings je nach Abschaltgeschwindigkeit ineinander übergehen.
Zumindest ist sichergestellt, daß das "Hammerkopfende" 2.11 des Auslösehebels
den Kontakthebel 3.1 ausreichend beschleunigt und eine
Kontaktöffnung
herbeiführt,
bevor nach Zurücklegen
des Freiweges "X" der Schieber 9 den
Kontakthebel 7.1 des Neutralleiterpols aufschlägt und diesen
in die Offenstellung drückt (1).
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Das
Maß für den Freiweg
und damit die Vorgabe der richtigen Schaltfolge von Neutralleiterpol und
Außenleiterpol ändert sich
auch bei Kontaktabbrand nur unwesentlich, da durch den gegenläufigen Drehsinn
der beiden Kontakthebel 3.1 bzw. 7.1 der Kontaktabbrand
sich gegenseitig aufhebt. Ähnliches gilt
für die
beiden Kontaktfedern. Bevor sich beim Öffnen des Außenleiter-Kontakthebels
die Spannkraft der Kontaktfeder 3.4 bedeutsam verringert,
ist bereits vorher das auf den Kontakthebel 7.1 ausgeübte Moment
der Kontaktfeder 7.4 auf einen Minimalwert zurückgegangen.
Damit laufen die Schaltfunktionen des geschützten Außenfeiterpols im Prinzip genauso wie
bei einem reinen Leitungsschutzschalter ab.