DE19743037A1 - Schutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schutzschalter, insbe­ sondere auf einen Leitungsschutzschalter, mit einem Kontakt­ paar aus einem feststehenden Kontakt und aus einem bewegli­ chen Kontakt an einem Kontaktträger, der über einen Verklin­ kungsmechanismus mit mindestens einem Auslösesystem zusam­ menwirkt.

Ein Schutzschalter 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. Zum Abschalten von Überströmen wirken häufig zwei Auslösesysteme unabhängig voneinander auf einen gemeinsamen Verklinkungsmechanismus ei­ nes Schaltschlosses, das auch beim Festhalten dessen Betäti­ gungshebel in der Einschaltstellung einen eingeleiteten Aus­ lösevorgang aufrechterhält (Freiauslösung).

Dazu umfaßt ein Leitungsschutzschalter ein erstes Auslösersy­ stem mit einem thermischen Auslöser, z. B. in Form eines Bi­ metalls, der überlastzeitabhängig verzögert auslöst, und ein zweites Auslösesystem mit einem unverzögert auslösenden ma­ gnetischen oder elektromagnetischen Auslöser für hohe Stoß- und Kurzschlußströme. Ein derartiger Leitungsschutzschalter ist z. B. in dem Lehrbuch "Praxis der Elektrotechnik", Euro­ pa-Fachbuchreihe, 2. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, auf den Seiten 54 und 55 beschrieben.

Im schaltenden Einsatz unterliegt der Leitungsschutzschalter üblicherweise einem Kontaktaufbrauch durch den sogenannten Kontaktabbrand, der insbesondere von der Stromhöhe in der zu schützenden Leitung und von der Schalthäufigkeit abhängt. In­ folge eines fortschreitenden Kontaktaufbrauchs werden häufig in der durch das Kontaktpaar gebildeten Kontaktzone kritische Zustände in Form einer Kontaktunsicherheit mit unzulässig ho­ her Erwärmung, einer Kontaktverschweißung mit dem Trägerma­ terial der Kontakte und/oder eines Ausbrennens der Kontaktzo­ ne erreicht. Diese Zustände können zu einem Ausfallen des Leitungsschutzschalters führen und sind daher äußerst uner­ wünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schutz­ schalter, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, anzuge­ ben, bei dem unter Vermeidung einer Einschränkung dessen Schutzfunktion ein kritischer Zustand infolge eines Kontakt­ abbrandes sicher verhindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu weist der Schutzschalter ein mechani­ sches Auslösesystem zur Überwachung des Kontaktabbrandes auf. Dieses zusätzliche Auslösesystem ist in Form eines Verbin­ dungselements zwischen dem den beweglichen Kontakt tragenden Kontaktarm oder Kontaktträger und dem Verklinkungsmechanismus realisiert.

In zweckmäßiger Ausgestaltung weist das Verbindungselement an einem Ende eine offene oder geschlossene Langöse auf, die den beweglichen Kontaktträger zumindest teilweise umgreift. Die Langöse ermöglicht eine Justierung des zusätzlichen Auslöse­ systems auf einen zulässigen Kontaktabbrand. Diese Justierung erfolgt im Neuzustand bei unverbrauchtem Kontaktmaterial und korrektem, durch den freien Weg des beweglichen Kontaktes oh­ ne Gegenkontakt bestimmten Überhub. Aufgrund der freien Be­ weglichkeit der Langöse um die Anlenkung des beweglichen Kon­ taktträgers bleibt bei unverbrauchtem Kontaktmaterial der Verklinkungsmechanismus unbeeinflußt vom mechanischen Auslö­ sesystem. Der Schutzschalter ist dann uneingeschränkt ein­ satzfähig und erfüllt dessen Schutzfunktion.

Mit zunehmendem Kontaktabbrand verringert sich der freie Weg innerhalb der Langöse. Im Grenzfall erfolgt eine kraftschlüs­ sige Anlenkung zwischen dem beweglichen Kontaktträger und der Langöse, die über das Verbindungselement auf den Verklin­ kungsmechanismus wirkt. Dies führt zur Aktivierung des mecha­ nischen Auslösesystems, indem dieses die Abschaltung des Schutzschalters einleitet oder eine Wiedereinschaltung ver­ hindert.

Die Langöse des Verbindungselements ist vorteilhafterweise in Form eines langgestreckten Hakens ausgebildet. Dies ermög­ licht in einfacher Weise den nachträglichen Einbau in einen Schutzschalter. Dabei ist das Verbindungselement am dem Ver­ klinkungsmechanismus zugewandten Ende abgebogen, wobei eine dadurch gebildete Klinke mit dem Verklinkungsmechanismus in der Art eines Hintergriffs zusammenwirkt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß durch ein einfaches justierbares Verbindungs­ element zwischen dem beweglichen Kontaktträger und dem Ver­ klinkungsmechanismus eines Schutzschalters ein den Kontaktab­ brand zuverlässig überwachendes Auslösesystems bereitgestellt ist. Dieses leitet bei in kritischem Maße abgebranntem Kon­ taktmaterial eine Zwangsabschaltung ein und/oder verhindert sicher eine Wiedereinschaltung des Schutzschalters über des­ sen Schaltschloß.

Bei einem Leitungsschutzschalter mit einem thermischen und mit einem magnetischen Auslösesystem wirkt dieses weitere, mechanische Auslösesystem vorteilhafterweise ebenfalls unab­ hängig auf den gemeinsamen Verklinkungsmechanismus.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung die Anordnung eines mechanischen Auslösers in Form eines Verbin­ dungselements in einem Leitungsschutzschalter,

Fig. 2 in drei verschiedenen Zuständen die Lage des be­ weglichen Kontaktträgers des Leitungsschutz­ schalters relativ zum Verbindungselement, sowie

Fig. 3 und 4 schematisch die Funktionsweise des Auslösers ge­ mäß Fig. 1 bei unverbrauchten bzw. verbrauchten Kontakten.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen für eine Stromstärke von z. B. 15 000 A aus­ gelegten Leitungsschutzschalter 1 mit in dessen Gehäuse 2 ei­ nem Schaltschloß 3 und einem elektromagnetischen Auslösesy­ stem 4 oberhalb einer Funkenlöschkammer 5 sowie einem thermi­ schen Auslösesystem in Form eines Bimetallstreifens 6. Das elektromagnetische Auslösesystem 4 sowie das thermische Aus­ lösesystem 6 wirken unabhängig voneinander auf einen Klinken­ hebel 7 eines gemeinsamen Verklinkungsmechanismus 8. Dieser wiederum wirkt mit einem durch eine Gehäuseöffnung 9 geführ­ ten Schaltknebel oder Betätigungshebel 10 des Schaltschlos­ ses 3 zusammen.

Der thermische Auslöser 6 ist mit einer ersten Anschlußklem­ me 11 elektrisch verbunden. Ein feststehender Kontakt 12 ist über dessen Kontaktträger 13 mit einer zweiten Anschlußklem­ me 14 elektrisch verbunden. Ein dem feststehenden Kontakt 12 gegenüberstehender Kontakt 15 ist an einem beweglichen Kon­ taktträger 16 angeordnet, der mit dem Schaltschloß 3 mecha­ nisch gekoppelt ist. Auf diesen beweglichen Kontaktträger 16 wirkt eine Zugstange 17 des elektromagnetischen Auslösesy­ stems 4.

Bei einer thermischen Auslösung aufgrund eines Überlaststroms erfolgt eine Kontaktöffnung des Kontaktpaares 12, 15 infolge einer Entklinkung des Verklinkungsmechanismus 8, indem der Bimetallstreifen 6 des thermischen Auslösesystems durch des­ sen Erwärmung verformt wird. Bei einer magnetischen Auslösung infolge eines Kurzschlußstroms wird die Zugstange 17 in das Magnetjoch des Auslösesystems 4 hineingezogen, so daß wiede­ rum eine Kontaktöffnung erfolgt. Dabei wird zeitlich vorei­ lend ein Auslösestößel 18 aus dem Magnetjoch des Auslösesy­ stems 4 gegen eine mit dem Verklinkungsmechanismus 8 zusam­ menwirkende Lasche 19 geführt, so daß bereits vor einer Kon­ taktöffnung eine Entklinkung des Schaltschlosses 3 erfolgt ist.

Ein zusätzliches, mechanisches Auslösesystem in Form eines Verbindungselements 20 dient zur Überwachung eines Kontakt­ abbrandes. Das Verbindungselement 20 bildet eine direkte me­ chanische Verbindung zwischen dem beweglichen Kontaktträ­ ger 16 und dem Klinkenhebel 7 und wirkt somit ebenfalls auf den dem thermischen sowie dem magnetischen Auslösesystem 4 bzw. 6 gemeinsamen Verklinkungsmechanismus 8. Dazu ist das Verbindungselement 20 zweckmäßigerweise eine aus Metall oder aus Kunststoff bestehende Verbindungsstange.

In Fig. 2 sind das Verbindungselement 20 und dessen Eingriff mit dem beweglichen Kontaktträger 16 einerseits und mit dem Verklinkungsmechanismus 8 andererseits für verschiedene Zu­ stände dargestellt. Dazu weist das Verbindungselement 20 an dessen dem Verklinkungsmechanismus 8 zugewandten Ende eine Klinke 20a auf, die im Einbauzustand mit dem Klinkenhebel 7 in Eingriffist. Das Verbindungselement 20 weist außerdem an dessen dem beweglichen Kontaktträger 16 zugeordneten Ende ei­ nen langgestreckten Haken 20b auf. Dieser bildet eine offene Langöse 22, die im Einbauzustand den beweglichen Kontaktträ­ ger 16 teilweise umgibt. Innerhalb dieser Langöse 22 ist der bewegliche Kontaktträger 16 bei unverbrauchtem Kontaktmate­ rial frei beweglich. Dies ist anhand der oberen und mittleren Darstellung in Fig. 2 für die Ausschaltstellung bzw. für die Einschaltstellung des Leitungsschutzschalters 1 veranschau­ licht.

Mit fortschreitendem Kontaktbrand wird der freie Weg S des beweglichen Kontaktträgers 16 - in Bewegungsrichtung A auf den feststehenden Kontakt 12 zu - innerhalb der Langöse 22 zunehmend verkürzt. Im Grenzfall liegt der bewegliche Kon­ taktträger 16 kraftschlüssig am die Langöse 22 begrenzenden Bogen des Hakens 20b des Verbindungselements 20 an. In diesem Zustand, der in der unteren Darstellung der Fig. 2 veranschau­ licht ist, wird die Kontaktbrandüberwachung aktiviert, indem aufgrund des Lebensdauerverbrauchs der Kontakte 6,7 ein Ein­ schalten des Leitungsschutzschalters 1 blockiert und damit verhindert wird.

Die Wirkungsweise des zusätzlichen, mechanischen Auslösesy­ stems zur Überwachung des Kontaktabbrandes ist in den Fig. 3 und 4 anhand einer schematischen Darstellung veran­ schaulicht. Dabei zeigt Fig. 3 den Leitungsschutzschalter 1 mit geschlossenen und unverbrauchten Kontakten 12, 15 bei ver­ klinktem Schaltschloß 3, während Fig. 4 den Leitungsschutz­ schalter 1 mit geöffneten und verbrauchten Kontakten 12, 15 bei bereits entklinktem Schaltschloß 3 zeigt.

Im Neuzustand mit ausreichendem Kontaktmaterial und korrektem Kontaktüberhub, der aus einer empirisch ermittelten Kontakt­ lebensdauer und einem aus Erfahrungswerten ableitbaren Kon­ taktaufbrauchs bestimmt werden kann, wird das zusätzliche Auslösesystem justiert. Dazu wird die Länge L1 des Verbindungselements 20 einerseits und die Länge L2 der in diesem Ausführungsbeispiel geschlossenen Langöse 22 auf den zulässi­ gen freien Weg S des beweglichen Kontaktträgers 16 innerhalb der Langöse 22 abgestimmt. Aufgrund dieser Einstellung wird ein automatischer Längenausgleich zwischen der Langöse 22 und dem beweglichen Kontaktträger 16 erzielt, so daß innerhalb eines zulässigen Aufbrauchs der Kontakte 12, 15 infolge eines Kontaktabbrandes das zusätzliche mechanische Auslösesystem für den Verklinkungsmechanismus 8 unwirksam bleibt. In diesem Zustand ist der Leitungsschutzschalter 1 bestimmungsgemäß be­ tätigbar und erfüllt zuverlässig dessen Schutzfunktion.

Mit fortschreitendem Kontaktabbrand wird zwangsläufig der freie Weg S des beweglichen Kontaktträgers 16 innerhalb der Langöse 22 zunehmend verkürzt. Wie in Fig. 4 dargestellt, liegt im Grenzfall der bewegliche Kontaktträger 16 kraft­ schlüssig am Freiende der Langöse 22 an, so daß das mechani­ sche Auslösesystem den Leitungsschutzschalter 1 auslöst. Die Auslösung erfolgt automatisch, da das im Neuzustand der Kon­ takte 12, 15 justierte Verbindungselement 20 mit dem Verklin­ kungsmechanismus 8 in Wirkverbindung steht. Das zusätzliche mechanische Auslösesystem liegt somit parallel zur kinemati­ schen Schaltkette des Leitungsschutzschalters 1.

Claims (6)

1. Schutzschalter, insbesondere Leitungsschutzschalter, mit einem Kontaktpaar (12, 15) aus einem feststehenden Kon­ takt (12) und aus einem beweglichen Kontakt (15) an einem Kontaktträger (16), der über einen Verklinkungsmechanis­ mus (8) mit mindestens einem Auslösesystem (4, 6) zusammen­ wirkt, gekennzeichnet durch ein zusätzli­ ches mechanisches Auslösesystem zur Überwachung eines Kon­ taktabbrandes in Form eines Verbindungselements (20) zwischen dem beweglichen Kontaktträger (16) und dem Verklinkungsmecha­ nismus (8).

2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verbindungselement (20) zur Wirkverbindung mit dem beweglichen Kontaktträger (16) eine Langöse (22) aufweist.

3. Schutzschalter nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Langöse (22) in Form eines Hakens (20b) ausgebildet ist.

4. Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verbindungs­ element (20) zur Wirkverbindung mit dem Verklinkungsmechanis­ mus (8) eine Klinke (20a) aufweist.

5. Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verbindungs­ element (20) eine aus Metall oder aus Kunststoff bestehende Verbindungsstange ist.

6. Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verbindungs­ element (20) mit einem sowohl mit einem magnetischen Auslösesystem (4) als auch mit einem thermischen Auslösesystem (6) zusammenwirkenden Klinkenhebel (7) verbunden ist.