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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmechanismus für einen
Schutzschalter mit einem Kontaktpaar aus einem feststehenden Kontakt
und aus einem beweglichen Kontakt. Unter Schutzschalter wird hier
insbesondere ein Leitungsschutzschalter verstanden.
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Ein
Schutzschalter, insbesondere ein Leitungsschutzschalter, ist ein
Automat zum Schutz von Leitungen in Installationen und Anlagen gegen Überlast
und Kurzschluß.
In einem Netz mit Abschaltung durch Überstrom-Schutzorgane verhindert
ein solcher Automat im Fehlerfall zusätzlich das Bestehenbleiben
zu hoher Berührungsspannungen.
Beim Einschalten des Schutzschalters wird eine Feder gespannt, die
beim Auslösevorgang
freigegeben wird und den Schalter betätigt. Dabei umfaßt ein Leitungsschutzschalter
einen thermischen Auslöser,
z. B. in Form eines Bimetalls, der überlastzeitabhängig verzögert auslöst, und
einen unverzögert
auslösenden magnetischen
oder elektromagnetischen Auslöser für hohe Stoß- und Kurzschlußströme.
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Aus
der europäischen
Patentschrift
EP-B 0 452
230 ist ein derartiger Schaltmechanismus für einen
Leistungsschalter bekannt. Der Schaltmechanismus umfaßt ein Schaltschloß mit einem
schwenkbaren Schaltknebel, der über
einen Verbindungshebel mit angelenktem Rasthaken mit einer begrenzt
drehbar gelagerten Platte gekuppelt ist, auf deren Drehachse ein
Traghebel mit einem einen beweglichen Kontakt tragenden Kontaktarm
aufgeschoben ist. Der auf der verschiebbaren Platte schwenkbar gelagerte und
zusammen mit dem Verbindungshebel eine lösbare Hebelverbindung bildende
Rasthaken wirkt mit einem ebenfalls auf der verschiebbaren Platte
gelagerten Auslesehebel zusammen, um die Verriegelung oder Entriegelung
des Mechanismus zu gewährleisten.
Ein mit diesem Schaltmechanismus versehener Schutzschalter weist
jedoch ein nur begrenztes Schaltvermögen auf. So ist eine für ein hohes
Kurzschlußschaltvermögen von
etwa 15 kA erforderliche schnelle Kontaktöffnung durch die Schlagenergie des
Auslösers
mit diesem Schaltmechanismus nicht erreichbar.
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Aus
der Druckschrift
DE
29 38 858 C2 ist ein Schaltmechanismus für einen
Leitungsschutzschalter bekannt, bei dem wegen der Trennung des beweglichen
Kontakthebels eine Anbindung an die thermische Auslöseeinrichtung
mit variablen Bimetallen möglich
ist. Außerdem
wird wegen der Verklinkung an dem einen Ende des Kontakthebels eine
Reduzierung der Entklinkungskräfte
erreicht. Dabei ist in einer Einschaltstellung ein Klinkenhebel
mit einem um eine ortsfeste Achse schwenkbaren Handbedienungsknebel über Totpunkt
verspannt, so dass der Kontakthebel durch das sich an einem Verklinkungszapfen
abstützende
Ende des Klinkenhebels in der Einschaltstellung gehalten wird. Eine
an den Klinkenhebel angreifende Feder drückt diesen mit einer abgewinkelten
Verlängerung
gegen eine Kante in einer Ausschaltstellung.
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Ein
weiterer Schaltmechanismus für
Leitungsschutzschalter ist aus der Patentschrift
DE 29 43 696 C2 bekannt.
Dabei ist der Kontakthebel mit einem Langloch verschiebbar und zusammen
mit einer Schaltklinke auf einer gemeinsamen Achse gelagert. Außerdem ist
der Kontakthebel hier gleichzeitig Teil einer Verklinkungsstelle.
Auch die Druckschriften
DE 15
63 781 B und
DE
41 16 454 A1 zeigen ähnliche Leitungsschutzschalter.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schaltmechanismus
für einen
Schutzschalter, insbesondere für
einen Leitungsschutzschalter, anzugeben, mit dem eine besonders schnelle
Kontaktöffnung
und ein hohes Kurzschlußschaltvermögen erzielt
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Dabei liegt das gesamte Schaltschloß in einer
kinematischen Schaltkette vor der Verklinkungsstelle des Schaltmechanismus.
Dadurch ist nach einer Entklinkung der bewegliche Kontakt vom gesamten
Schaltschloß,
d.h. von allen Schaltschloßteilen
entkoppelt.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
das eine schnelle Kontaktöffnung
erreicht werden kann, wenn die Kontaktöffnung möglichst unverzögert erfolgt.
Eine entsprechend hohe Kontaktöffnungsgeschwindigkeit
kann wiederum dadurch erreicht werden, wenn die zu beschleunigende
Masse des beweglichen Kontaktes nach der Entklinkung des Schaltschlosses
möglichst
gering ist. Eine Reduzierung der zu beschleunigenden Masse auf den
beweglichen Kontakt kann durch dessen Entkopplung von allen Teilen
des Schaltschlosses erzielt werden.
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Um
die Funktionalität
des Schaltschlosses in besonders einfacher und zweckmäßiger Weise
zu gewährleisten,
ist das Schaltschloß aus
einem an einen Schaltknebel angelenkten Spannelement und aus einer
Kontaktkraftfeder aufgebaut, die auf einen zur Verklinkungsstelle
geführten
Bügel wirkt.
Dabei ist der Bügel
zweckmäßigerweise
mit dessen der Verklinkungsstelle abgewandten Bolzenende in einer Aufnahmeöse geführt, die
in Form eines Langlochs an dem Schaltknebel gegenüberliegenden
Koppelende des Spannelementes vorgesehen ist. Dieses Koppelende
des Spannelements trägt
vorteilhafterweise die Kontaktkraftfeder und ist wiederum zweckmäßigerweise
ebenfalls in einem Langloch eines feststehenden Führungsteils
geführt.
Die Kontaktkraftfeder ist dabei zweckmäßigerweise eine zylindrische
Schraubenfeder, die im Verklinkungszustand als Druckfeder wirkt.
Die Hintereinanderschaltung aus dem Schaltknebel und dem Spannelement
sowie der Kontaktkraftfeder und dem Bügel repräsentiert die kinematische Schaltkette
des Schaltschlosses und ist vor der Verklinkungsstelle angeordnet.
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Als
Koppelglied zwischen dem Schaltschloß und dem Kontaktarm sowie
einem magnetischen Auslöser
ist zweckmäßigerweise
ein zumindest zweischenkliger Auslösehebel vorgesehen, der um
eine feststehende Achse dreh- oder schwenkbeweglich gelagert ist.
Der Auslösehebel
dient zum Auslösen der
Verklinkung zwischen dem Schaltschloß und dem Kontaktarm. Dazu
umfaßt
der zweckmäßigerweise
T-förmig
ausgestaltete Auslösehebel
einen an die Verklinkungsstelle geführten ersten Schenkel und einen
zweiten Schenkel, der an einen Tauchanker oder an einen mit diesem
zusammenwirkenden Auslösestößel des
vorzugsweise elektromagnetischen Auslösers geführt ist. Dabei ist die Verklinkungsstelle zweckmäßigerweise
am Kontaktarm vorgesehen. Dazu ist vorzugsweise an dessen dem beweglichen Kontakt
gegenüberliegenden
Freiende eine Klinke ausgespart.
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Um
bei einer Schlagöffnung,
insbesondere im Kurzschlußfall,
die Kontaktöffnung
zu beschleunigen, ist am Kontaktarm eine in Einschaltstellung mit geschlossenen
Kontakten vorgespannte Feder, insbesondere eine Torsionsfeder, vorgesehen.
Bei einer Entriegelung oder Entklinkung des Kontaktarms mittels
des Auslösers über den
Auslösehebel
unterstützt diese
Feder die unverzögerte
Kontaktöffnung.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch
Anordnung des gesamten Schaltschlosses und damit aller Schloßteile in
einer kinematischen Schaltkette vor der Verklinkungsstelle bei einer
Kontaktöffnung
lediglich der bewegliche Kontakt selbst zu beschleunigen ist. Dadurch
ist nach der Entklinkung mittels des Auslösehebels der bewegliche Kontakt
vom übrigen Schaltschloß, d.h.
vom Schaltknebel und vom Spannelement sowie von der die Kontaktkraft
aufbauenden Kontaktkraftfeder und dem Bügel, entkoppelt. Diese Reduzierung
der zu bewegenden Masse bei der Kontaktöffnung bewirkt eine besonders
hohe Beschleunigung des beweglichen Kontakts bei entsprechend hoher
Kontaktöffnungsgeschwindigkeit,
so daß ein
besonders hohes Kurzschlußschaltvermögen von
etwa 15 kA des Schutzschalters erzielt wird.
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Der
Schaltmechanismus eignet sich daher besonders für einen Leitungsschutzschalter.
Der Schaltmechanismus ist vorteilhafterweise aber auch bei Fehlerstrom-,
Differenzstrom-, Unterspannungs-Schutzschaltern und/oder Leistungsschaltern einsetzbar.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Darin zeigen die 1 bis 4 einen
Schaltmechanismus für
einen Leitungsschutzschalter in unterschiedlichen Schaltstellungen.
Dabei sind einander entsprechende Teile in allen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
einen Leitungsschutzschalter 1 mit in einem andeutungsweise
dargestellten Gehäuse 2 einem
Schaltmechanismus, der einen Kontaktarm 3 und einen Auslösehebel 4 sowie
ein Schaltschloß 5 umfaßt. Der
Leitungsschutzschalter 1 um faßt außerdem einen elektromagnetischen
Auslöser 6 mit
einem Magnetjoch 7, in dem ein federbelasteter Tauchanker 8 geführt ist.
Der Tauchanker 8 wirkt mit einem Auslesestößel 9 zusammen.
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Der
Kontaktarm 3 trägt
einen beweglichen Kontakt 10, der zusammen mit einem an
einem Haltebügel 11 befestigten
feststehenden Kontakt 12 ein Kontaktpaar bildet. Der Kontaktarm 3 ist
auf einer feststehenden Achse 13 angeordnet und dort drehbeweglich
gelagert. Die Achse 13 trägt eine Torsionsfeder 14,
die im in 1 dargestellten Einschaltzustand
vorgespannt ist. Der Kontaktarm 3 wird in der dargestellten
Schließstellung
der Kontakte 10, 12 vom Schaltschloß 5 in
Kontaktposition gehalten. Dazu wirkt das Schaltschloß 5 auf
eine Verklinkungsstelle 15 am Freiende 16 des
Kontaktarms 3.
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An
diese Verklinkungsstelle 15 ist ein erster Schenkel 4a des
annähernd
T-förmig
ausgestalteten Auslesehebels 4 geführt, dessen zweiter Schenkel 4b dem
halbkugelförmig
ausgebildeten Kopf 17 des Auslösestößels 9 beabstandet
gegenübersteht. Während der
erste Schenkel 4a auf dessen der Verklinkungsstelle 15 zugewandten
Seite bogen- oder nackenförmig
ausgebildet ist, ist ein die Verklinkungsstelle 15 überragender
dritter Schenkel 4c des Auslösehebels 4 konisch
ausgestaltet. Der Auslösehebel 4 ist
um eine feststehende Achse 18 drehbeweglich gelagert, die
etwa im Kreuzungspunkt zwischen den Schenkeln 4a, 4b, 4c des
Auslösehebels 4 liegt.
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Das
Schaltschloß 5 umfaßt am Anfang
einer kinematischen Schaltkette 50 einen Schaltknebel 51 dessen
Betätigungsgriff 51a durch
eine Gehäuseöffnung 19 geführt ist.
Die Gehäuseöffnung 19 begrenzt die
Bewegung des auf einer feststehenden Achse 20 drehbeweglich
gelagerten Schaltknebels 51 zwischen der dargestellten
EIN-Schaltstellung und der dieser gegenüberliegenden AUS-Schaltstellung.
An den Schaltknebel 51 des Schaltschlosses 5 ist über ein
Drehgelenk 21 innerhalb der kinematischen Schaltkette 50 ein
Spannelement 52 angelenkt.
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Das
Spannelement 52 weist auf dessen dem Drehgelenk 21 gegenüberliegenden
Freiende eine Aufnahmeöse
in Form eines Langlochs 22 auf, daß in 3 und 4 vergleichsweise
deutlich sichtbar ist. In dieses Langloch 22 greift ein
Koppelbolzen 23 eines weiter innerhalb der Schaltkette 50 liegenden Bügels 53 ein,
der ebenfalls Teil des Schaltschlosses 5 ist. Der Bügel 53 ist
zur Verklinkungsstelle 15 geführt und weist dort einen Klinkenbolzen 24 auf.
Dieser greift in der in 1 dargestellten Verklinkungsstellung
in eine Klinke 25 ein, die am Freiende 16 des Kontaktarms 3 in
diesen eingeformt ist. Mittels einer ferner in der Schaltkette 50 liegenden
Kontaktkraftfeder 54 des Schaltschlosses 5 wird
der Bügel 53 in Verklinkungsstellung
federbelastet. Die Kontaktkraftfeder 54 ist auf das Freiende
des Spannelements 52 aufgeschoben und stützt sich
gegen einen Haltekragen 26 des Spannelements 52 ab.
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In
der in 1 dargestellten Einschalt- und Verklinkungsstellung
ist die Kontaktkraftfeder 54 des Schaltschlosses 5 vorgespannt
und drückt
somit über
den Bügel 53 sowie über die
in der Zeichnung rechte Schulter 25a der Klinke 25 den
Kontaktarm 3 und damit den beweglichen Kontakt 10 gegen
den feststehenden Kontakt 12. Dabei ist die Kuppelstelle zwischen
dem Spannelement 52 und dem Bügel 53 mittels des
Koppelbolzens 23 des Bügels 53 in
einem Langloch 27 eines geneigt angeordneten und feststehenden
Führungsteils 28 geführt.
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2 zeigt
den Schaltmechanismus des Leitungsschalters 1 nach einer
Entklinkung des Schaltschlosses 5 vom Kontaktarm 3.
Die Entklinkung erfolgt mittels des Auslösehebels 4, dessen Schenkel 4b dazu
durch Bewegung des Auslösestößels 9 in
Auslöserichtung
A im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt ist. Diese Verschwenkung des
Schenkels 4b des Auslösehebels 4 bewirkt eine
Verschwenkung des Schenkels 4a des Auslösehebels 4 quer zur
Auslöserichtung
A in Richtung B, so daß dieser
Schenkel 4b den Bügel 53 des
Schaltschlosses 5 aus der Klinke 25 an der Verklinkungsstelle 15 herausdrückt.
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In
dieser Stellung, d.h. unmittelbar nach der Entklinkung, ist der
Kontaktarm 3 somit bereits vom Schaltschloß 5 vollständig entkoppelt,
da die Verklinkungsstelle 15 am Ende des die kinematische
Schaltkette 50 aufbauenden Schaltschlosses 5 liegt.
Da unmittelbar nach der Entklinkung aufgrund eines in dieser Stellung
noch verbleibenden Abstands d zwischen dem Schenkel 4b und
dem Kontaktarm 3 noch keine mechanische Verbindung zwischen
dem Auslösehebel 4 und
dem beweglichen Kontakt 10 besteht, ist dieser zu diesem
Zeitpunkt der Auslösung auch
vom Auslösehebel 4 entkoppelt.
Der Abstand d ist dabei derart gewählt und eingestellt, daß auch in ungünstigster
Konstellation der Bauteiltoleranzen eine sichere Entklinkung gewährleistet
ist.
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Der
Kontaktarm 3 ist somit bei einer nun folgenden Stoßauslösung gemäß 3 vom
gesamten Schaltmechanismus getrennt, so daß bei einer Schlagöffnung mit
einem Weitertreiben des Auslösestößels 9 in
Auslöserichtung
A lediglich der bewegliche Kontakt 10 auf dem Kontaktarm 3 beschleunigt werden
muß. Bei
dieser Schlagöffnung
mittels des elektromagnetischen Auslösers 6 ist somit lediglich der
bewegliche Kontakt 10 selbst zu beschleunigen. Dabei wirkt
die kontaktöffnende
Feder 14 durch deren Entspannung bei der in 4 dargestellten
vollständigen
Kontaktöffnung
unterstützend.
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Diese
Entkopplung des beweglichen Kontaktes 10 vom gesamten Schaltschloß 5 erfolgt
an der Verklinkungsstelle 15, die in der Einschalt- und
Verklinkungsstellung im Endpunkt der kinematischen Schaltkette 50 des
Schaltmechanismus liegt. Diesen Endpunkt der kinematischen Schaltkette 50 bildet das
Freiende des Bügels 53,
repräsentiert
durch den Klinkenbolzen 24. Mit anderen Worten: Die durch
die Hintereinanderschaltung der Teile des Schaltschlosses 5 gebildete
kinematische Schaltkette 50 des Schaltmechanismus – repräsentiert
durch den Schaltknebel 51 und das an diesen angelenkte
Spannelement 52 sowie durch die Kontaktkraftfeder 54 und
den an das Spannelement 52 angelenkten Bügel 53 – liegt
vollständig
vor der Verklinkungsstelle 15.
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Nach
Entklinkung mittels des Auslösehebels 4 ist
somit der Kontaktarm 3 vollständig vom Schaltschloß 5 mechanisch
getrennt, so daß bei
der Schlagöffnung
mit Ausnahme des beweglichen Kontakts 10 keine Teile des
Schaltmechanismus beschleunigt werden müssen. Dadurch ist eine erhebliche
Massenreduzierung erzielt, was wiederum eine besonders hohe Kontaktöffnungsgeschwindigkeit
ermöglicht.
Die dadurch bedingte schnelle Kontaktöffnung bewirkt wiederum ein
besonders hohes Kurzschlußvermögen des
Leitungsschutzschalters 1.
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Nach
einer Entklinkung und Auslösung
mit Kontaktöffnung
ist der Leitungsschutzschalter 1 erneut einschaltbar. Dazu
wird der Schaltknebel 51 in Pfeilrichtung C gemäß 4,
d.h. im Gegenuhrzeigersinn von der EIN-Schaltstellung in die AUS-Schaltstellung verschwenkt.
Dabei erfolgt eine Drehbewegung des Drehgelenks 21 des
Spannelements 52 in Richtung D. Dies bewirkt eine Bewegung des
Spannelements 52 und des mit diesem gekoppelten Bügels 53 in
Richtung E auf den Schaltknebel 51 zu. Dabei werden das
dem Schaltknebel 51 abgewandte Ende des Spannelements 52 und
das dem Schaltknebel 51 zugewandte Ende des Bügels 53 im Langloch 27 des
Führungsteils 28 bis
zur Rückverklinkung
geführt.
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Die
Rückverklinkung
erfolgt an der Verklinkungsstelle 15, indem durch Krafteinwirkung
auf den Klinkenbolzen 24 des Bügels 53 jener in die
Klinke 15 im Kontaktarm 3 gedrückt wird.
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Durch
anschließende
Bewegung des Schaltknebels 51 entgegen der Pfeilrichtung
C in EIN-Schaltstellung wird der Auslösehebel 4 im Uhrzeigersinn
verdreht, so daß der
Auslösestößel 9 entgegen
der Auslöserichtung
A in den Auslöser 6 hineingedrückt wird.
Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn
der Auslöser 6 freigeschaltet
ist, d.h. wenn keine den Auslösestößel 9 in
Auslöserichtung
A treibende Kraft – beispielsweise
im Kurzschlußfall – vorhanden
ist.