DE2940781C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Überstromselbstschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Überstromselbstschalter ist aus der US-PS 23 49 631 bekannt. Das dort beschriebene Schaltgerät weist eine elektrisch leitende Scharniergelenkverbindung zwischen einem beweglichen Kontaktarm und einem feststehen­ den elektrischen Leiter mit einem Scharnierzapfen auf, der beiderseits des Kontaktarms seitwärts überstehende, mit Gewinde versehene Enden aufweist, auf welche jeweils eine Federscheibe aufgesetzt und eine Mutter aufgeschraubt sind, um einen Kontaktdruck zwischen dem Kontaktarm und dem fest­ stehenden Leiter zu erzeugen.

Bei einem solchen Schaltgerät kann das sonst häufig verwendete flexible Kabel zwischen dem feststehenden Leiter­ anschluß und dem beweglichen Schaltarm vermieden werden, was wegen der ermüdungsbedingten Bruchgefahr des flexiblen Kabels wünschenswert ist, aber es stellt sich natürlich das Problem, daß die elektrisch leitende Scharniergelenkver­ bindung zwischen dem beweglichen Kontaktarm und dem fest­ stehenden Leiter einerseits ein relativ leichtgängiges Bewegen des beweglichen Kontaktarms ermöglichen, anderer­ seits aber auch einen guten elektrischen Kontakt herstellen soll, wobei letzteres einen gewissen Kontaktdruck erfordert. Bei größeren Strömen, wie sie gerade bei Überstromselbst­ schaltern in Betracht gezogen werden müssen, besteht bei schlechten elektrischen Kontaktverhältnissen aufgrund unge­ nügenden Kontaktdruckes und zu hoher Übergangswiderstände die Gefahr des Verschmorens und Verschweißens der Bauteile, andererseits sollte aber aus Gründen der leichtgängigen Beweglichkeit des elektrischen Kontaktarms der Kontaktdruck hei den normalen Betriebsströmen nicht übermäßig größer sein als notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Überstromselbstschalter der eingangs genannten Gattung eine Konstruktion zu finden, die dem Erfordernis einer leichten Kontaktarmbeweglichkeit einerseits, aber auch eines ausreichenden Kontaktdruckes auch bei hohen Über­ strömen andererseits gerecht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Überstromselbstschalter gelöst.

Während bei dem eingangs erörterten bekannten Überstrom­ selbstschalter mit Hilfe einer aufgeschraubten Federscheibe ein vorgegebener gleichbleibender Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Kontaktarm und dem feststehenden Leiter herge­ stellt wird, ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion die Ausnutzung strominduzierter elektrodynamischer Kräfte zur Herstellung bzw. Unterstützung des Kontaktdruckes, wobei der erzeugte Kontaktdruck umso größer ist, je größer der Stromfluß über den Kontaktarm ist. Damit kann also bei normalen Stromverhältnissen mit einem relativ niedrigen, eine leichte Beweglichkeit des Kontaktarms sicherstellenden Kontaktdruck gearbeitet werden, während bei größeren Strömen, beispielsweise Überströmen, ein stromportionaler größerer Kontaktdruck erzeugt wird, der ein Verschmoren oder Ver­ schweißen der Bauteile im Scharniergelenkbereich verhindert und damit die weitere Funktionstüchtigkeit des Schaltgeräts sicherstellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen strombegrenzenden Überstromselbst­ schalter nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der elektrisch leitenden Gelenkver­ bindung zwischen einem feststehenden Leiter und dem unteren beweglichen Kontaktarm des Schalters, und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der elektrisch leitenden Gelenkver­ bindung.

In den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Teile bezeichnen, zeigt Fig. 1 einen Längs­ schnitt durch einen strombegrenzenden Überstromselbstschalter nach der Erfindung. Der Selbstschalter 10 weist ein spritz­ gegossenes isolierendes Gehäuse 12 mit einem ebenfalls spritzgegossenen isolierenden Deckel 14 auf.

Jeweils am Ende eines oberen schwenkbaren Kontaktarms 20 und eines unteren schwenkbaren Kontaktarms 22 sind zwei mit­ einander zusammenwirkende Schaltkontakte 16 und 18 angeordnet. Die Bewegung des oberen Kontaktarms 20 erfolgt mittels eines Schaltmechanismus 24, der mittels eines Knebels 26 von Hand betätigbar ist. Das automatische Öffnen des Schal­ ters bei überlastbedingten Überströmen erfolgt über einen entriegelbaren Hebel 28, der bei im zulässigen Bereich liegenden Schalterstrom durch ein Verriegelungselement 29 einer Auslöseeinrichtung 30 verriegelt ist. Die Auslöse­ einrichtung 30 kann thermische, elektromagnetische und Nebenschluß-Auslösemechanismen herkömmlicher Bauart ent­ halten. Niedrige bis mittlere überlastbedingte Überströme bewirken ein Ansprechen der Auslöseeinrichtung 30, was zur Folge hat, daß das Verriegelungselement 29 den Hebel 28 entriegelt und ein Schwenken des oberen Kontaktarms 20 nach oben in die Offenstellung ermöglicht. Eine Schaltwelle 25 kuppelt den Schaltmechanismus 24 mit weiteren Poleinheiten des Selbstschalters 10.

Zum Anschluß des Überstromselbstschalters 10 in den zu schützenden Stromkreis dienen äußere Anschlüsse 32 und 34, mit denen elektrische Leiter 36 und 38 verbunden sind. Der untere Kontaktarm 22 ist über eine nachstehend noch im einzelnen beschriebene, elektrisch leitende Scharniergelenk­ verbindung 37 mit Lagerschenkeln 104 (siehe auch Fig. 2) elektrisch mit dem Leiter 36 verbunden. Der obere Kontakt­ arm 20 ist über einen flexiblen Leiter 40 elektrisch mit dem Leiter 38 verbunden. Bei gemäß Fig. 1 geschlossenem Schalter 10 verläuft also der elektrische Stromkreis über den Schalter vom Anschluß 32 über den Leiter 36, die elek­ trisch leitende Scharniergelenkverbindung 37, den unteren Kontaktarm 22, den Schaltkontakt 18, den Schaltkontakt 16, den oberen Kontaktarm 20, den flexiblen Leiter 40 und den Leiter 38 zum Anschluß 34.

Ein geschlitztes Magnetjoch 42 umgreift die Kontakt­ arme 20 und 22 und unterstützt die schnelle Auseinander­ bewegung der Kontaktarme 20 und 22 bei einer strombegren­ zenden Kontaktschnelltrennung unter dem Einfluß der vom Stromfluß selbst erzeugten magnetischen Felder in dem Magnetjoch 42. Der Leiter 36 verläuft unter dem Magnet­ joch 42 hindurch und bildet so zusammen mit dem unteren Kontaktarm eine um das geschlossene Ende des Magnetjochs herumführende Windung, in welcher die Stromrichtungen im Leiter 36 und im unteren Kontaktarm 22 einander entgegen­ gesetzt verlaufen und dadurch der im Magnetjoch 42 indu­ zierte magnetische Fluß verstärkt wird. Eine Funkenlösch­ einrichtung mit Platten 43 dient zur Löschung eines bei der Trennung der Schaltkontakte 16 und 18 zwischen diesen gezogenen Lichtbogen.

Bei normalen Betriebsströmen wird der Kontaktdruck zwischen den Schaltkontakten 16 und 18 durch eine auf den unteren Kontaktarm 22 wirkende und diesen nach oben drücken­ de federbelastete Führungsanordnung 76 mit Druckfedern 78 erzeugt.

Der Aufbau des unteren Kontaktarms 22, des Leiters 36 und der elektrisch leitenden Gelenkverbundung 37 zwischen diesen beiden Komponenten ist in Fig. 2 mehr im einzelnen gezeigt. Der Leiter 36 weist einen mittels einer Schraube 106 an ihm befestigten U-förmigen Lagerkörper 105 auf. Die beiden senkrechten Schenkel 104 des Lagerkörpers 105 sind jeweils gegabelt und verlaufen quer zu einem Drehzapfen 108, der durch das hintere Ende des unteren Kontaktarms 22 hindurchverläuft und starr an diesem befestigt ist. Die beiden Gabelhälften 107 jedes Schenkels 104 sind mit halb­ kreisförmigen Aussparungen versehen, mit welchen sie den Drehzapfen 108 erfassen und drehbar lagern. Eine Klemm­ kraft zwischen den Gabelhälften jedes Lagerkörperschenkels und dem Drehzapfen 108 wird durch die Elastizität der Gabelhälften 107 und einem Vorspannorgan (Federklammer 116) erzeugt, die lösbar in Einkerbungen der Gabelhälften 107 eingesetzt ist. Bei geschlossenem, stromdurchflossenem Schalter fließt der Strom parallel und in jeweils gleicher Richtung durch die beiden Lagerkörperschenkel 104 und je­ weils durch deren beide Gabelhälften 107. Infolgedessen erzeugt dieser Stromfluß eine die beiden Gabelhälften 107 jedes Schenkels 104 zusammendrängende Kraft, so daß da­ durch eine radial auf den Drehzapfen 108 des unteren Kontakt­ arms 22 wirkende Klemmkraft erzeugt wird. Damit erhält man einen niedrigen elektrischen Übergangswiderstand zwischen den Gabelhälften 107 und dem Drehzapfen 108.

Eine alternative Ausführungsform der elektrisch leiten­ den Gelenkverbindung ist in Fig. 3 gezeigt. Bei dieser Aus­ führungsform ist ein durch einen Schlitz 100 gegabelter Leiter 36 A vorgesehen, der im wesentlichen in der Ebene des Kontaktarms 22 liegt.

An jeder der beiden Gabelhälften 102 des Leiters 36 A ist mittels Schrauben 106 A ein Lagerkörper 104 A befestigt. Eine als Drehzapfen dienende Schraube 108 A verläuft durch Bohrungen der Lagerkörper 104 A und den Kontaktarm 22 hin­ durch. Eine Federscheibe 112, beispielsweise eine Teller­ feder, ist unter die auf den Gewindeteil 110 der Schraube 108 A aufgeschraubte Mutter 114 untergelegt und erzeugt nach dem Anziehen eine bezüglich der Schraube 108 A axial gerichtete Vorspannkraft zwischen den Lagerkörpern 104 A und dem Kontakt­ arm 22. Bei geschlossenem und stromdurchflossenem Schalter bewirkt der Über den gegabelten Leiter 36 A fließende Strom eine gegenseitige Anziehung der beiden Gabelhälften 102 und damit die Erzeugung einer Klemmkraft zwischen den Lager­ körpern 104 A und dem Kontaktarm 22. Diese bezüglich der Schraube 108 A in axialer Richtung wirkende Klemmkraft ergibt einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen den Seitenflächen des Kontaktarms 22 und den damit zusammen­ wirkenden Seitenflächen der Lagerkörper 104 A. Der Strom fließt also hierbei von den Lagerkörpern 104 A in axialer Richtung zu den Seitenflächen des Kontaktarms 22.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, sind jeweils geschlitzte, elektrisch leitende Bauteile vorgesehen, die zwei den Dreh­ zapfen des Kontaktarms 22 kippbar lagernde Gabelhälften bilden, die im stromdurchflossenen Zustand durch den Strom­ fluß zusammengedrängt werden und daher zwischen sich und dem Kontaktarm bzw. dem Drehzapfen des Kontaktarms eine Klemmkraft und damit einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen sich und dem Kontaktarm erzeugen.

Durch Verwendung der erfindungsgemäßen elektrisch lei­ tenden Gelenkverbindung, wie sie in den Fig. 2 und 3 bei­ spielsweise dargestellt ist, kann auf einen flexiblen Leiter, wie er üblicherweise bei bekannten Schaltern verwendet wird, verzichtet werden. Da hiermit das Problem der größeren Störungsanfälligkeit solcher flexibler leiter gegenüber den anderen Bauteilen des Schalters überwunden wird, zeichnet sich der mit der erfindungsgemäßen leitenden Gelenkverbin­ dung ausgestattete Schalter durch eine wesentlich größere Zuverlässigkeit aus.

Claims (10)

1. Überstromselbstschalter mit mindestens einem Paar miteinander zusammenwirkender Schaltkontakte (18, 20), von denen mindestens einer an einem beweglichen Kontaktarm (22) angeordnet ist, mit einer elektrisch leitenden Scharnier­ gelenkverbindung (37) zwischen dem Kontaktarm (22) und einem feststehenden elektrischen Leiter (36), die einen beider­ seits des Kontaktarms seitwärts von diesem überstehenden Drehzapfen (108) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine an dem feststehenden Leiter (36) angeordnete und den Dreh­ zapfen (108) aufnehmende, durch einen geschlitzten Leiter­ teil gebildete Leitergabel vorgesehen ist, deren Gabel­ hälften (102, 107) bei Stromdurchfluß infolge stromindu­ zierter gegenseitiger Anziehungskräfte zueinander hin gedrängt werden und eine als Kontaktdruckkraft wirkende Klemmkraft auf den Kontaktarm (22) ausüben.

2. Überstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarm (22) durch den an seinem einen Ende offenen und an seinem anderen Ende geschlossenen Schlitz eines geschlitzten Magnetjochs (42) hindurchragt, in welchem bei einem über den Kontaktarm fließenden, einen vorgegebenen Grenzwert übersteigenden Überstrom ein so starker magnetischer Fluß induziert wird, daß die dadurch auf den Kontaktarm ausgeübte elektrodynamische Kraft unter Überwindung der von den Gabelhälften (102, 107) auf den Kontaktarm ausgeübten Klemmkraft den Kontaktarm schnell zum geschlossenen Schlitzende hin zieht und dadurch die Schalt­ kontakte voneinander trennt.

3. Überstromselbstschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende elektrische Leiter (36) derart außerhalb des Magnetjochs (42) verläuft, daß er zusammen mit dem Kontaktarm (22) eine um das geschlossene Ende des Magnetjochs herumführende Windung bildet, in welcher die Stromrichtungen im feststehenden Leiter (36) und im Kontaktarm (22) im wesentlichen einander entgegengesetzt verlaufen.

4. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzapfen (108) starr am Kontaktarm (22) befestigt ist und daß an dem fest­ stehenden Leiter (36) ein Lagerkörper mit zwei senkrecht davon wegragenden und quer zu dem Drehzapfen verlaufenden, jeweils gegabelten Schenkeln (104) aufweist, welche den Drehzapfen jeweils zwischen ihren beiden Gabelhälften (107) aufnehmen und bei Stromdurchfluß eine radiale Klemmkraft auf den Drehzapfen ausüben (Fig. 2).

5. Überstromselbstschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schenkel (104) des Lagerkör­ pers (105) ein seine beiden Gabelhälften (107) zusammen­ drängendes Vorspannorgan (116) zur Erzeugung einer Klemm­ vorspannung auf den Drehzapfen (108) zugeordnet ist.

6. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Leiter einen geschlitzten, eine Gabel bildenden Leiterteil (36 A) aufweist, dessen beide Gabelhälften (102) jeweils einen den Drehzapfen (108 A) aufnehmenden Lagerkörper (104 A) tragen und bei Stromdurchfluß infolge der gegenseitigen Anziehung eine in Axialrichtung des Drehzapfens wirkende Klemmkraft zwischen den beiden Lagerkörpern und dem Kontaktarm erzeugen (Fig. 3).

7. Überstromselbstschalter nach Anspruch 6, dadurch gekonnzeichnet, daß der geschlitzte Leiterteil (36 A) außerhalb des Magnetjoches (42) liegt und zusammen mit dem Kontakt­ arm (22) die das geschlossene Magnetjochende umschließende Windung bildet.

8. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch einen weiteren, den anderen der beiden Schaltkontakte (16, 18) tragenden Kontaktarm (20) und durch einen mit diesem verbundenen Schaltmechanismus (24) zur Betätigung dieses weiteren Kontaktarms im Sinne einer Kontaktschließung oder Kontaktöffnung.

9. Überstromselbstschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kontaktarm (20) außerhalb des magnetischen Wirkungsbereiches des Magnetjoches (42) angeordnet ist.

10. Überstromselbstschalter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kontaktarm (20) derart relativ zum ersten Kontaktarm (22) angeordnet ist, daß die Stromrichtungen in den beiden Kontaktarmen einander entgegengesetzt gerichtet sind.