DE19540972A1 - Strombegrenzendes Kontaktsystem mit Doppeltunterbrechung für Niederspannungs-Schutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein strombegrenzendes Kontaktsystem mit Doppeltunterbrechung für Niederspannungs-Schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere für Leistungsschalter oder Motorschutzschalter.

Aus der EP 323 404 B1 ist ein derartiges Kontaktsystem bekannt, dessen Brückenkontakt sich unter der elektrodynamischen Ein­ wirkung eines hohen Kurzschlußstromes von den zugehörigen Festkontakten abhebt, wobei das die Strombegrenzung aufhebende Wiederschließen des Kontaktsystems durch einen direkt auf den Brückenkontakt einwirkenden Schlagstift eines elektromagneti­ schen Schnellauslösers bis zur Auslösung des Schaltschlosses verhindert wird. Von Nachteil ist, daß diese Anordnung nur dann funktioniert, wenn alle dabei mitwirkenden Elemente zeitlich exakt aufeinander abgestimmt sind. Es können jedoch Schaltbedin­ gungen auftreten, bei denen eine Rückbewegung des Brückenkon­ taktes bereits vor der rückhaltenden Einwirkung des Schlag­ stiftes bzw. vor der Ausschaltung durch das Schaltschloß er­ folgt, was zu schädlichen bzw. sogar zerstörenden Stromerhöhun­ gen mit Rückzündung der Lichtbögen führen kann.

Aus der DE 43 22 935 A1 ist ein Kontaktsystem für ein elektro­ magnetisches Schaltgerät mit einem Schnellauslöser mit Schlag­ stift zum Betätigen der Brückenkontakte bekannt, bei dem die Brückenkontakte federnd an einem durch einen Magnetantrieb betätigbaren Brückenhalter gelagert sind, wobei der Brückenhal­ ter und der Schlagstift miteinander lösbar verrastend ausgebil­ det sind. Insbesondere ist der Schlagstift endseitig als elasti­ sche Schlaggabel ausgebildet, die den Brückenhalter seitlich umgreift und mit zugeordneten Rastnasen am Brückenhalter ver­ rastbar ist. Bei mäßigen Kurzschlußströmen wird der Brückenkon­ takt durch den verrastenden Schlagstift von den Festkontakten bis zum Ausschalten über den Magnetantrieb bleibend abgehoben. Bei höheren Kurzschlußströmen wird der Schlagstift so stark beschleunigt und über den Brückenhalter verrastend aufgeschoben, daß er an dem Brückenkontakt anschlagend wieder zurückfedert, wobei die zweimalige Verrastung des Schlagstiftes auf diesem Hin- und Herwege eine gegen das Kontaktverschweißen ausreichende Kontakttrennzeit bewirkt. Dieses Lösung kann jedoch das Risiko einer Kontaktverschweißung nicht bei sehr hohen Kurzschluß­ strömen beseitigen, da hier eine elektrodynamische Kontaktöff­ nung mit der Gefahr des kurzzeitigen Wiederschließens infolge der Trägheit des Schnellauslösers auftritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vorzeitige Rückbewegung des elektrodynamisch abgehobenen Brückenkontaktes zuverlässig zu verhindern.

Ausgehend von einem strombegrenzenden Kontaktsystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Beim elektrodyna­ mischen öffnen infolge eines sehr hohen Kurzschlußstromes bewegt sich die Kontaktbrücke relativ zur Schlaggabel, wobei ein Rück­ fallen der Kontaktbrücke durch die ersten Rastmittel verhindert wird. Nachfolgend wird durch die Energie des Schnellauslösers der Schlagstift mit der in seiner Schlaggabel gehaltenen Kon­ taktbrücke mit großer Kraft in den federnd gelagerten Klemmring getrieben, wobei durch die zweiten Rastmittel ein Rückfallen von Schlagstift und Kontaktbrücke weiterhin verhindert wird, obwohl durch den ortsfesten Stößel die Kontaktbrücke wieder hinter die ersten Rastmittel gedrückt wird. Der Stößel definiert die Aus­ stellung der Kontaktbrücke. Durch das nachfolgend in den ausge­ lösten Zustand übergehende Betätigungsmittel schlägt der Brüc­ kenhalter mit seiner Anformung gegen den federnd gelagerten Klemmring. Dabei wird infolge der Massenträgheit die Schlaggabel aus der Verbindung mit den zweiten Rastmitteln gelöst. Erst bei der nächsten Einschaltung über das Betätigungsmittel befinden sich Schlagstift und Kontaktbrücke wieder in der Ausgangslage. Durch die erfindungsgemäßen Mittel wird erreicht, daß die elek­ trodynamisch geöffnete Kontaktbrücke mit Sicherheit nicht wieder zurückfallen kann. Die Kontakte können erst nach Beseitigung der Ursache für den Kurzschluß durch bewußtes Wiedereinschalten des Schutzschalters erneut in Verbindung gebracht werden.

Der Gegenstand der Erfindung läßt sich bei Schutzschaltern mit als Schaltschloß, elektromagnetischer Kontaktantrieb oder der­ gleichen ausgebildetem Betätigungsmittel einsetzen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die vorgeschlagenen Ausbildungen der ersten und der zweiten Rastmittel sind einfache und wir­ kungsvolle Ausführungsformen zur Erzielung der auf der Erfindung beruhenden Wirkung. Durch die Anschlagfläche am ortsfesten Stößel wird neben der Trägheitskraft eine zusätzliche Kraft auf die Schlaggabel zum Lösen vom Klemmring bei auslösendem Betäti­ gungsmittel ausgeübt.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, aus dem weitere Einzelheiten und Vorteile zu ersehen sind, näher er­ läutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen mehrpoligen Motorschutzschalter im Längs­ schnitt mit der Ansicht eines der erfindungsgemä­ ßen Kontaktsysteme im geschlossenen Zustand;

Fig. 2 eine Einzelheit des Kontaktsystems aus Fig. 1 im vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 die Einzelheit aus Fig. 2 im dagegen um 90° ge­ drehten Längsschnitt;

Fig. 4a-4e, Fig. 5a-5e die Einzelheit aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 in verschie­ denen nachfolgenden Zuständen, und zwar

• a) bei eingeschaltetem Schutzschalter, d. h. bei geschlossenen Kontaktsystem, als Ausgangslage,
• b) bei elektrodynamischer Abhebung der Kontakt­ brücke infolge eines durch das dargestellte Kontaktsystem fließenden Kurzschlußstromes,
• c) bei betätigtem Schlagstift des zugehörigen Schnellauslösers,
• d) nach Erreichen des ausgeschalteten Zustandes des Schutzschalters, d. h. bei bleibender Öff­ nung des Kontaktsystems, durch Auslösung des Betätigungsmittels und
• e) nach Wiedererlagung der Ausgangslage durch Wiedereinschalten des Schutzschalters über das Betätigungsmittel.

Nach Fig. 1 ist der Schutzschalter 2 mit einem Schutzschalterge­ häuse aus Formstoff umgeben, daß aus einem Grundteil 4 und einem Deckel 6 besteht. Jeder der hintereinander angeordneten Pole erhält ein Kontaktsystem 8 aus einer beweglichen Kontaktbrücke 10 mit beweglichen Kontaktstücken 12, 13 und zwei U-förmigen feststehenden Kontakten 14, 15 mit jeweils einem feststehenden Kontaktstück 16 bzw. 17. Die Kontaktbrücke 10 ist mit begrenzter Beweglichkeit nach bekannter Weise in einem Brückenhalter 18 gelagert. Durch ein von einem Betätigungsknebel 20 anzutreiben­ des mechanisches Betätigungsmittel in Form eines Schaltschlosses 22 mit einem Antriebshebel 36 ist die Kontaktbrücke 10 in und außer Verbindung mit den feststehenden Kontakten 14, 15 zu bringen. Im geschlossenen Zustand wird der erforderliche Kon­ taktdruck zwischen den beweglichen und den zugehörigen festste­ henden Kontaktstücken 12, 16 bzw. 13, 17 durch ein als Schrau­ bendruckfeder ausgebildetes Kontaktdruckmittel 24 erzeugt, das einerseits am Boden 19 des Grundteiles 4 gelagert ist und anderseits die Kontaktbrücke 10 beaufschlagt. Der feststehende Kontakt 14 ist über eine erste Stromschiene 26 direkt mit einem ersten äußeren Klemmanschluß 28 verbunden. Der feststehende Kontakt 15 ist unter Zwischenschaltung von Auslösemitteln, das heißt eines auf überströme ansprechenden Thermoauslösers 30 und eines auf Kurzschlußströme ansprechenden elektromagnetischen Schnellauslösers 32, über eine zweite Stromschiene 27 mit einem zweiten äußeren Klemmanschluß 29 verbunden. Beim Ansprechen des Thermoauslösers 30 oder des Schnellauslösers 32 wird das Schalt­ schloß 22 ausgelöst, wodurch der durch den Antriebshebel 36 beaufschlagte Brückenhalter 10 entgegen der Kraftwirkung der Kontaktdruckmittel 24 in die Aus-Stellung bewegt wird. Beim Auftreten sehr hoher Kurzschlußströme entstehen zwischen den feststehenden Kontakten 14, 15 und der Kontaktbrücke 10 elektro­ dynamische Abstoßungskräfte, die zu einem Abheben der Kontakt­ brücke 10 von den feststehenden Kontakten 14, 15 entgegen der Kraftwirkung des Kontaktdruckmittels 24 führen. Beim Auftrennen der Kontaktstücke 12, 16 und 13, 17 unter hohen Strömen, insbe­ sondere Kurzschlußströmen, treten zwischen den Kontaktstücken 12, 16 und 13, 17 strombegrenzende Lichtbögen auf, die in Lichtbogenlöschsysteme 34, 35 abgeleitet werden. Für die schnelle Kontakttrennung beim Auftreten eines Kurzschlusses ist der Schnellauslöser 32 in bekannter Weise mit einem Schlaganker 33 versehen, der bei Erregung auf einen Schlagstift 38 beschleu­ nigend aufschlägt, der innerhalb des Brückenhalters 18 längsgeführt ist und seinerseits die Kontaktbrücke 10 noch vor Auslö­ sung des Schaltschlosses 22 von den feststehenden Kontakten 14, 15 fortschlägt.

Aus Fig. 2 und Fig. 3 ist zu erkennen, daß der Schlagstift 38 gegenüber dem Schnellauslöser 32 in einer Schlaggabel 40 endet. Innerhalb des von der Schlaggabel gebildeten hinteren Zwischen­ raumes 42 ist die Kontaktbrücke 10 begrenzt verschieblich gelagert. Bei Kontakttrennung über das Schaltschloß 22 wird mittels des Antriebshebels 36 die Kontaktbrücke 10 vom Brücken­ halter 18 durch dessen Anlagefläche 44 entgegen der Kraftwirkung des Kontaktdruckmittels 24 (in Fig. 2 bis Fig. 5 nicht darge­ stellt) in Richtung Boden 19 mitgenommen. Bei Kontakttrennung über den Schlagstift 38 wird die Kontaktbrücke 10 über den Schlaggabelgrund 46 entgegen der Kraftwirkung des Kontaktdruck­ mittels 24 in Richtung Boden 19 mitgenommen.

An den beiden Innenseiten der Schlaggabel 40 sind gegenüberlie­ gende erste Rastmittel 48 mit Rastschrägen ausgebildet. Bei einer Kontakttrennung durch elektrodynamische Abstoßungskräfte infolge eines sehr hohen Kurzschlußstromes wird die Kontakt­ brücke 10 vom Schlaggabelgrund 46 entgegen der Kraftwirkung des Kontaktdruckmittels 24 fortgeschleudert, wobei die Kontaktbrücke 10 mit ihren zum Boden 19 weisenden angefasten Seitenkanten 50 über die flach ausgebildeten Rastschrägen der ersten Rastmittel 48 gleitet und dadurch in einen von der Schlaggabel 40 gebilde­ ten vorderen Zwischenraum 43 gelangt. Durch den steiler ausge­ bildeten Winkel der zum Boden 19 weisenden Rastschrägen der ersten Rastmittel 48 wird die Kontaktbrücke 10 mit ihren nicht angefasten, zum Schlaggabelgrund 46 weisenden Seitenkanten 51 daran gehindert, nur unter dem Einfluß des Kontaktdruckmittels 24 in den hinteren Zwischenraum 42 zurück zu gelangen. Damit wird eine erneute Kontaktschließung zunächst verhindert. Der Übergang der Kontaktbrücke 10 von dem hinteren Zwischenraum 42 in den vorderen Zwischenraum 43 wird durch einen Vergleich der Fig. 4a und 5a mit den Fig. 4b und 5b deutlich.

In einer Vertiefung 52 des Bodens 19 ist mit einer begrenzten Verschieblichkeit ein Klemmring 54 um einen bezüglich des Bodens 19 ortsfesten Stößel 58 und koaxial zum Schlagstift 38 gelagert. Der Klemmring 54 steht unter der Wirkung eines Federkraftmittels 56 in Form einer Schraubendruckfeder, die im Grunde der Vertie­ fung 52 gelagert ist und den Klemmring 54 in Richtung Schlagga­ bel 40 beaufschlagt. Im weiteren Verlaufe wird des Öffnungsvorganges wird durch den ebenfalls erregten Schlaganker 33 mit einiger Verzögerung der Schlagstift 38 beschleunigt. Durch die kinetische Energie des Schlagstiftes 38 wird seine Schlaggabel 40 mit großer Wucht in den federnd gelagerten Klemmring 54 getrieben. Dabei wird durch die Stirnfläche 60 des Stößels 58 die Kontaktbrücke 10 über die ersten Rastmittel 48 in den hinteren Zwischenraum 42 der Schlaggabel 40 zurückgetrieben. Gleichzeitig wird jedoch eine Rückbewegung des Schlagstiftes 38 dadurch verhindert, daß die Schlaggabel 40 durch zweite Rastmit­ tel, die aus ersten Riffelungen 62 an den konisch auslaufenden Außenkonturen der Schlaggabel 40 und aus dementsprechend ausge­ bildeten zweiten Riffelungen 63 an den konisch zulaufenden Innenkonturen des Klemmringes 54 bestehen, in dem Klemmring 54 zurückgehalten wird. Es besteht somit vorläufig keine Möglich­ keit für eine Kontaktschließung. Der vorstehend geschilderte Zustand des Kontaktsystems 8 wird in den Fig. 4c und 5c gezeigt.

Durch das nachfolgend durch den Schnellauslöser 32 in den ausgelösten Zustand übergehende Schaltschloß 22 schlägt der Brückenhalter 18 mit einer zum Boden 19 weisenden Anformung 64 stirnseitig gegen den federnd gelagerten Klemmring 54. Dabei wird infolge der Massenträgheit des federnd gelagerten Klemmrin­ ges 54 die Schlaggabel 40 aus der Verbindung mit den zweiten Rastmitteln 62, 63 gelöst. Gleichzeitig wird durch eine gegen die freien Enden 68 der Schlaggabel 40 gerichtete Anschlagfläche 66 am Stößel 58 neben der Trägheitskraft eine zusätzliche Kraft auf die Schlaggabel 40 zum Lösen vom Klemmring 54 ausgeübt. Das Kontaktsystem 8 befindet sich nun solange in dem Aus-Zustand entsprechend den Fig. 4d und 5d, bis es - Beseitigung des Kurzschlusses vorausgesetzt - durch Betätigung des Schaltschlos­ ses 22 wieder in den Ein-Zustand bzw. die Ausgangslage entspre­ chend den Fig. 4e und 5e zurückgelangt.

Bezugszeichenliste

2 Schutzschalter
4 Grundteil
6 Deckel
8 Kontaktsystem
10 Kontaktbrücke
12; 13 bewegliches Kontaktstück
14; 15 feststehender Kontakt
16; 17 feststehendes Kontaktstück
18 Brückenhalter
19 Boden
20 Betätigungsknebel
22 Schaltschloß
24 Kontaktdruckmittel
26; 27 Stromschiene
28; 29 Klemmanschluß
30 Thermoauslöser
32 Schnellauslöser
33 Schlaganker
34; 35 Lichtbogenlöschsystem
36 Antriebshebel
38 Schlagstift
40 Schlaggabel
42; 43 Zwischenraum
44 Anlagefläche
46 Schlaggabelgrund
48 erste Rastmittel
50; 51 Seitenkante
52 Vertiefung
54 Klemmring
56 Federkraftmittel
58 Stößel
60 Stirnfläche
62; 63 Riffelungen
64 Anformung
66 Anschlagfläche
68 freies Ende

Claims (7)

1. Strombegrenzendes Kontaktsystem mit Doppeltunterbrechung für Niederspannungs-Schutzschalter mit unter der Einwirkung hoher Kurzschlußströme stattfindender elektrodynamischer Kontaktöff­ nung, umfassend

• - einen Brückenhalter (18) für unter der Einwirkung von Kon­ taktdruckmitteln (24) lagernde Kontaktbrücken (10), um diese durch Betätigungsmittel (22, 36) oder Auslösemittel (30; 32) in und außer Verbindung mit feststehenden Kontakten (14, 15) zu bringen;
• - elektromagnetische Schnellauslöser (32) mit je einem unmit­ telbar auf die zugehörige Kontaktbrücke (10) wirkenden Schlagstift (38), der abgewandt vom Schnellauslöser (32) in einer Schlaggabel (40) endet;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Schlagstift (38) innerhalb des Brückenhalters (18) ver­ schieblich gelagert ist;
• - im Inneren der Schlaggabel (40) die Kontaktbrücke (10) ver­ schieblich gelagert ist und erste Rastmittel (48) für die elektrodynamisch beaufschlagte Kontaktbrücke (10) aufweist;
• - gegenüber der Schlaggabel (10) im Schutzschaltergehäuse (4, 6) ein entgegen eines Federkraftmittels (56) verschiebbarer Klemmring (54) gelagert ist und zweite Rastmittel (62, 63) zwischen diesem und der vom Schnellauslöser (32) beauf­ schlagten Schlaggabel (40) vorgesehen sind;
• - am Schutzschaltergehäuse (4, 6) ein ortsfester Stößel (58) angeordnet ist, der mit dem Brückenkontakt (10) hinsichtlich eines Lösens aus den ersten Rastmitteln (48) der vom Schnellauslöser (32) beaufschlagten Schlaggabel (40) zusam­ menwirkt;
• - gegenüber dem Klemmring (54) an dem Brückenhalter (18) eine Anformung (64) vorgesehen ist, die bei auslösendem Betäti­ gungsmittel (22) mit dem Klemmring (54) entgegen der Wirkung seines Federkraftmittels (56) und hinsichtlich eines Lösens der zweiten Rastmittel (62, 63) zusammenwirkt.

2. Strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Rastmittel (48) als angeformte Schrägen, Riffelungen, Schnapphaken oder dergleichen geeignete Konturen ausgebildet sind.

3. Strombegrenzendes Kontaktsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Rastmittel (48) als mit den Seitenkanten (50, 51) des Brückenkontaktes (10) zusammenwir­ kenden, angeformte Rastschrägen ausgebildet sind.

4. Strombegrenzendes Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Rastmittel (62, 63) als zusammenwirkende angeformte Schrägen, Riffelungen, Schnapphaken oder dergleichen geeignete Konturen ausgebildet sind.

5. Strombegrenzendes Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Rastmittel (62, 63) aus ersten Riffelungen (62) an den konisch auslaufenden Außenkonturen der Schlaggabel (40) und aus dementsprechend ausgebildeten zweiten Riffelungen (63) an den konisch zulaufen­ den Innenkonturen des Klemmringes (54) bestehen.

6. Strombegrenzendes Kontaktsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ortsfesten Stößel (58) eine Anschlagfläche (66) vorgesehen ist, die mit den freien Enden (68) der Schlaggabel (40) zusammenwirkt, wenn der Klemm­ ring (54) entgegen seines Federkraftmittels (56) durch den Brückenhalter (18) infolge des auslösenden Betätigungsmittels (22) beaufschlagt ist.