DE3119482A1

DE3119482A1 - "stromkreisunterbrecher"

Info

Publication number: DE3119482A1
Application number: DE19813119482
Authority: DE
Inventors: Youichi Aoyama; Hideya Kondo; Tamotsu Kadoma Osaka Mori; Youichi Yokoyama
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-05-20
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE3119483C2; GB2079060A; JPS56162436A; GB2079059A; US4382240A; FR2483124A1; FR2483124B1; FR2483123B1; US4370634A; GB2079059B; GB2079060B; FR2483123A1; JPS634298B2; DE3119482C2; DE3119483A1

Description

PATENTANWÄLTE J ***. . I : ""

Dipi.-lng. MAX BUNKE ·*·—' ·..·—- *..".:. 3119482

Dipl.-Chem. Dr. HOLGER BUNKE ά

Dipl.-Phys. HARTMUT DEGWERT

JOHANNES-SCHARRER-STRASSE 13 - D-8000 MÜNCHEN 21

München, den 15. Mai 1981
P 5023

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD.
Osaka / Japan

Stromkreisunterbrecher

Die Erfindung betrifft einen Stromkreisunterbrecher, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Stromkreisunterbrecher bzw. Leistungsschalter dieser Art unterbrechen den Stromfluß zu einer angeschlossenen Last, wenn entweder ein Kurzschluß auftritt oder aber andauernd ein Strom fließt, der höher ist
als der Nennstrom der Last. Bei solchen Stromkreisunterbrechern ist es wichtig, daß der beim öffnen der Kontaktelemente entstehende Lichtbogen zunächst aufgeteilt, abgekühlt und gelöscht wird.

Stromkreisunterbrecher bzw. Leistungsschalter, die die oben
genannte Funktion erfüllen, haben im allgemeinen eine Mehrzahl von Schaltereinheiten, deren Anzahl den Polen'einer Wechselstromquelle entspricht, die entweder einphasig oder dreiphasig sein kann, und 'jede Schaltereinheit umfaßt einen feststehenden Kontakt-

geber mit einem feststehenden Kontaktelement, einen bewegbaren Kontaktgeber mit einem bewegbaren Kontaktelement, das normalerweise manuell über einen geeigneten Mechanismus mit dem feststehenden Kontaktelement in Berührung gebracht wird, sowie eine Bogenloscheinrichtung in der Nähe des Bereichs, in dem das Öffnen und Schließen der Kontaktelemente stattfindet. Ferner ist an den beweglichen Kontaktgeber eine Auslöseeinrichtung angekoppelt, um diesen bei Kurzschluß oder zu hohem Strom von dem feststehenden Kontaktgeber zu trennen. Im Normalbetrieb werden die Kontaktelemente geöffnet, indem der bewegliche Kontaktgeber von dem feststehenden Kontaktgeber durch manuelle Betätigung eines Öffnungs- und Schließmechanismus getrennt wird. Wenn aber ein Kurzschluß auftritt oder der Stromfluß den Nennstrom der Last dauernd überschreitet, so bewirkt die Auslöseeinrichtung die zwangsweise Trennung des beweglichen Kontaktgebers von dem feststehenden Kontaktgeber, so daß die beiden Kontaktelemente in gleicher Weise wie bei Handbetätigung geöffnet werden. Der beim Öffnen der Kontaktelemente entstehende Lichtbogen wird zu der Bogenloscheinrichtung hin getrieben, um von dieser aufgeteilt, gekühlt und gelöscht zu werden.

Wenn die Auslöseeinrichtung wirksam wird, um die Kontaktelemente zu öffnen, fließt über diese ein Überstrom während einer Zeitspanne, die im wesentlichen einem halben Zyklus des Wechselstroms entspricht, wie die strichpunktierte Kurve SCC in Fig. 1A der beigefügten Zeichnung zeigt. Der Lichtbogen wird normalerweise mit kurzer Verzögerung nach dem ersten Anstieg des Überstromes SCC erzeugt und wird nach und nach stärker, bis er sein Maximum kurz vor dem Abfall des Überstromes auf Null erreicht, woraufhin er schnell gedämpft wird, wie die strichpunktierte Kurve NVa in Fig. 1B der beigefügten Zeichnung zeigt. Der Lichtbogen ist also andauernd vorhanden, während die Kontaktelemente voneinander getrennt werden, und vergrößert sich dabei, so daß er einen schädlichen Einf.luß auf die Kontaktelemente und die zugeordneten Bauteile hat.

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Wenn eine Bogenlöscheinrichtung vorhanden ist, die ein wohlbekanntes Entionisierungsgitter umfaßt, so dehnt sich der Lichtbogen zu dem gesamten einen Endbereich der Bogenlöscheinrichtung hin innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne aus und behält seinen Maximalwert während einer längeren Zeitspanne bei, als bei der Bogenverlaufskurve NVa, die einen Leistungsschalter ohne Bogenlöscheinrichtung betrifft; danach verschwindet der Lichtbogen innerhalb einer kürzeren Zeitspanne als bei der Bogenverlaufskurve NVa, und diese Zeitspanne hängt von der Dauer ab, während welcher ein überstrom auftritt, wie er in Fig. 1A als gestrichelte Kurve LSCC1 eingezeichnet ist. Die Bogenlöscheinrichtung bewirkt also, daß die Bogenspannung ihren Maximalwert erreicht, wenn der Überstrom seinen Maximalwert erreicht hat, und bewirkt ferner, daß der Überstrom wesentlich schneller auf Null zurückgeht, als ohne die Bogenlöscheinrichtung, so daß auch der Lichtbogen früher verschwindet. Wie aus Fig. 1A ersichtlich ist, erreicht der überstrom, z.B. ein Kurzschlußstrom, normalerweise seinen Maximalwert nach etwa 4 ms und fällt nach etwa 10 ms auf Null ab, während er bei Vorhandensein einer Bogenlöscheinrichtung seinen Maximalwert nach etwa 1,5 ms erreicht hat und nach etwa 6 ms auf Null zurückgeht.

Wenn erreicht wird, daß ein überstrom, z.B. der in Fig. 1A mit durchgehender Kurve LSCC2 dargestellte Kurzschlußstrom, seinen Maximalwert früher erreicht, z.B. 0,5 ms früher als bei der Kurve LSCC1, so geht der Überstrom gemäß Kurve LSCC2 nach etwa 5 ms auf Null zurück, wodurch die Zeitspanne, bis die Lichtbogenspannung ihren Maximalwert erreicht und der Lichtbogen verschwindet, verkürzt werden kann. Wenn die Bogenlöscheinrichtung ein gegebenes Lichtbogenlöschvermögen hat, hängt die oben angesprochene Zeitverkürzung davon ab, wie schnell der Lichtbogen von den Kontaktelementen fort verschoben wird, wie schnell der Lichtbogen zu der Bogenlösch,einrichtung hin ausgedehnt wird und wie schnell der Lichtbogen in diese Löscheinrichtung hineingetrieben wird.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Stromkreisunterbrechers mit einer verbesserten Bogenlöscheinrichtung, die bewirkt, daß der beim Öffnen der Kontaktelemente erzeugte Lichtbogen äußerst schnell zu der Löscheinrichtung hin verschoben wird, und zwar unter der Einwirkung einer verstärkten elektromagnetischen Abstoßung. Dabei soll insbesondere auch der Gasdruck der durch den Lichtbogen erzeugten Gase im Kontaktbereich sowie in der Bogenlöscheinrichtung ausgeglichen bleiben. Ferner soll verhindert werden, daß die einen Bestandteil des feststehenden Kontaktgebers bildende Lichtbogen-Führungsplatte oder die Bogenlöscheinrichtung durch den hohen Gasdruck der Lichtbogengase in eine Schwing- oder Flatterbewegung geraten, damit der Lichtbogen zügiger oder leichter zu der Bogenlöscheinrichtung hingeleitet werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile sowie Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A ein Diagramm, das die Signalform von überströmen zeigt, die beim Öffnen der Kontaktelemente eines Stromkreisunterbrechers auftreten, und zwar mit bzw. ohne Bogenlöscheinrichtung;

Fig. 1B ein Diagramm, das die Lichtbogenspannungen beim Öffnen der Kontaktelemente zeigt;

Fig. 2 eine Draufsicht eines Stromkreisunterbrechers für Dreiphasenwechselstrom gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Deckel und verschiedene andere Teile entfernt sind;

Fig. 3 einen Querschnitt der Ausführungsform nach Fig. 2 längs Linie III-III in Fig. 2, wobei der Deckelteil aufgesetzt ist;

Fig. 4 einen Querschnitt längs Linie IV-IV in Fig. 2, wobei der Deckelteil ebenfalls aufgesetzt ist;

Fig. 5 einen Querschnitt längs Linie V-V in Fig. 2, wobei der Deckelteil ebenfalls· aufgesetzt ist;

Fig. 6 eine Perspektivansicht einer Bogenlöscheinrichtung des erfindungsgemäßen Stromkreisunterbrechers, wobei die einzelnen Bestandteile im demontierten Zustand dargestellt sind;

Fig. 7 eine Perspektivansicht,, welche die Kon takt zone, den handbetätigten Öffnungs- und Schließmechanismus sowie die Zwangsauslöseeinrichtung des in Fig. 2 gezeigten Stromkreisunterbrechers darstellt, wobei die meisten Teile im demontierten Zustand dargestellt sind;

Fig. 8A eine schematische Darstellung der Beziehungen zwischen Strom, Magnetfluß und elektromagnetischen Kräften zu dem Zeitpunkt, wenn die Kontaktelemente des Stromkreisunterbrechers geöffnet werden; und

Fig. 8B eine schematische Darstellung zur Erläuterung, wie der Magnetfluß in den Teilen, die zu der Kontaktzone des Stromkreisunterbrechers gehören _r geführt wird, wenn die Kontaktelemente öffnen.

Es wird zunächst auf Fig. 5 Bezug genommen, die einen Stromkreisunterbrecher bzw. Leistungsschalter nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Er umfaßt eine Kontaktzone 11, die im wesentlichen in der Mitte eines Gehäuses 10 angeordnet ist, einen

handbetätigbaren Öffnungs- und Schließmechanismus 12 zum Öffnen und Schließen der Kontaktelemente von der Außenseite des Gehäuses 10 her, eine elektromagnetisch wirkende Auslöseeinrichtung/ die auf Kurzschlußströme bzw. überströme anspricht, um die Kontaktelemente voneinander zu trennen, eine wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung 14, die auf Ströme anspricht, welche den Nennstrom überschreiten, um ebenfalls die Kontaktelemente voneinander zu trennen, sowie eine Bogenlöscheinrichtung 15, die den beim öffnen der Kontaktelemente in der Kontaktzone erzeugten Lichtbogen elektromagnetisch anzieht, aufteilt, kühlt und unterdrückt bzw. löscht.

Das Gehäuse 10 weist einen hohlen Sockel 21 und ein hohles Deckelteil 22 auf, das die offene Seite des Sockels 21 abdeckt. In dem Gehäuse 10 sind Kammern 25 zur Aufnahme von Schaltereinheiten durch aufrechte Trennwände 23 und Trennplatten 24 gebildet, die jeweils in eine Rille einer Trennwand 23 eingesetzt sind. Etwa in der Mitte jeder Kammer 25 ist ein im wesentlichen T-förmiger feststehender Kontaktgeber 26 angeordnet, der einen Bestandteil der Kontaktzone bildet. Ein feststehendes Kontaktelement 27 ist am unteren Teil des Kontaktgebers 26 befestigt, welcher seinerseits an einem von oben betrachtet ü-förmigen Verbindungsrahmen 28 mittels Schrauben befestigt ist. Dieser Verbindungsrahmen 28 sitzt auf einer Schulter 29, die am Sockel 21 gebildet ist. An dem Fußteil des Verbindungsrahmens 28 ist eine Metallfahne 30 als stromquellenseitxger Anschluß über ein Fußteil 31 befestigt, das sich von dem einen Ende der Kammer 25 ausgehend erstreckt, wobei die Befestigung der Metallfahne 30 an dem Sockel 21 mittels einer AnSchlußschraube 32 und einer Mutter 33 hergestellt ist.

Eine erste Lichtbogen-Führungsplatte 34 ist einteilig mit dem feststehenden Kontaktgeber 26 ausgebildet und erstreckt sich von dessen Unterseite ausgehend. Diese Lichtbogen-Führungsplatte 34 umfaßt einen unteren Teil 35a, der sich waagerecht zum Fuß-

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teil des Verbindungsrahmens 28 hin erstreckt, einen Zwischenteil 35b, der sich diagonal nach oben erstreckt und einen Bogen beschreibt, der zu dem Fußteil des Verbindungsrahmens hin verläuft, sowie ein Oberteil 35c, das sich waagerecht über dem Verbindungsrahmen 28 in geringem Abstand von diesem erstreckt. Eine zweite Lichtbogen-Führungsplatte 36 ist an der Unterseite des Sockels 21 unter der Kontaktzone befestigt, und zwar derart, daß sie sich von einer Stelle unter der Kontaktzone 11 bis zu einer Stelle unter dem Oberteil 35c der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 erstreckt. Die beiden Führungsplatten 34, 36 bilden also miteinander einen ersten Abschnitt von parallel einander in geringerem Abstand gegenüberliegenden Teilen und einen zweiten Abschnitt mit zwei einander in größerem Abstand gegenüberliegenden Teilen. Eine Entionisierungsgittereinheit 37 ist in dem zweiten Abschnitt mit größerem Abstand zwischen diesen Führungsplatten angeordnet. Die Einheit 37 umfaßt eine Mehrzahl Gitter 38, die parallel zueinander angeordnet und durch zwei isolierende Seitenplatten 39, 39a gehalten sind; der Zwischenteil 35b der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 ist teilweise im Inneren von miteinander fluchtenden, bogenförmigen Aussparungen in den Gittern 38 angeordnet.

Die Entionisierungsgittereinheit 37 ist auf der Seite des stromquellenseitigen Anschlusses mit einer Rückplatte 40 versehen, die eine Vielzahl von Löchern aufweist, um die Lichtbogengase abzuleiten. Zwischen der Rückplatte 40 und dem Fußteil 31, der den stromseitigen Anschluß 30 trägt, ist ein Schirm 41, dessen Oberfläche einen N-förmigen Vorsprung 42 aufweist, derart zwischengeschaltet, daß er mit einer Oberfläche der Rückplatte 40 der Gittereinheit in Eingriff ist. Der Schirm 41 ist ebenfalls mit einem Gasabführungsfenster 43 versehen, das nach unten mündet und dreieckförmig ausgeschnitten ist, so daß die Lichtbogengase,durch die Löcher in der Rückplatte 40 nach oben und durch das Gasabführungsfens.ter 43 strömen, das eine relativ kleine Fläche des Schirmes 41 einnimmt, entlang

den Innenwandungen des Sockels 21 und dann durch Gasabführungsöffnungen in einer kleinen V-förmigen Platte 44 nach außen, die an der Innenoberfläche des Deckelteils 22 befestigt ist. Die Entionisierungsgittereinheit 37 der Bogenlöscheinrichtung 15 ist ferner von Platten umgeben, nämlich einer vorderen Isolierplatte 45, die auf einer seitlichen Oberfläche des feststehenden Kontaktgebers 26 in der Kontaktzone 11 angeordnet ist, von isolierenden Seitenplatte 46 und 4 6a, die zwischen den beiden Seitenwandungen des Verbindungsrahmens 28 angeordnet sind, und einer Deckelplatte 47, die dicht über der Oberseite der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 verläuft; auf diese Weise ist die Bogenlöscheinrichtung 15 nach außen hin geeignet isoliert. Die Bogenlöscheinrichtung 15 umfaßt ferner zwei Halterungsplatten 48, 48a, die auf den beiden Seiten der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 angeordnet sind und jeweils einen bogenförmigen Seitenrand derselben Krümmung wie der Zwischenteil 35b der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 aufweisen. Diese Platten 48, 48a erstrecken sich teilweise in die Spalte zwischen den Aussparungen der Entionisierungsgittereinheit 37 hinein, so daß sie gemeinsam mit dem isolierenden Seitenplatten 46 und 46a Gasströmungswege 48' und 48a¹ bilden. Zwischen den Halterungsplatten 48 und 48a ist eine Druckplatte 49, deren untere Oberfläche mit dem unteren Teil 35a und dem Zwischenteil 35b der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 in Eingriff gebracht werden kann, derart angeordnet, daß die Lichtbogen-Führungsplatte 34 durch die Lichtbogengase nicht in Schwingung oder ins Taumeln geraten kann. Eine Abschlußplatte 50 ist an einem Ende auf der Seite des stromquellenseitigen Anschlusses der Kammer 25 derart vorgesehen, daß sie einen Spalt abschließt, der zwischen der Gasabführungsplatte 44 und dem stromquellenseitigen Anschluß 30 gebildet ist. Eine Schirmplatte 51 ist an der Unterseite des Fußteils 31 des Anschlusses 30 vorgesehen, um schädliche Einflüsse der um den Anschluß herum strömenden Gase zu vermeiden.

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Die Kontaktzone 11 befindet sich im wesentlichen in der Mitte der Schaltereinheit-Aufnahmekammer 25 und nimmt den beweglichen Kontaktgeber 5 2 auf, der den anderen Bestandteil des eigentlichen Schalters bildet. Er ist mit einem beweglichen Kontaktelement 53 versehen, das mit dem feststehenden Kontaktelement 27 des feststehenden Kontaktgebers 26 in Eingriff gebracht werden bzw. von diesem wieder getrennt werden kann. Der bewegliche Kontaktgeber 52 ist an einem Kontaktgeberrahmen 54 aus Magnetmaterial befestigt, von dem wenigstens ein Teil dieselbe Länge wie der bewegliche Kontaktgeber aufweist; diese Teile sind durch angeformte Kupplungselemente miteinander verbunden, die in komplementär zu ihnen ausgebildete Löcher oder Kerben eingreifen. Der Rahmen 54 ist von oben betrachtet U-förmig und auf der Seite des beweglichen Kontaktgebers 52 offen, während der Rahmen 54 mit einem Schwenkstift 55 versehen ist, der im wesentlichen durch seine Mitte verläuft. Ferner weist der Rahmen bogenförmige Enden 56, 56a auf, in denen bogenförmige Schlitze gebildet sind, die zur Ankopplung an den handbetätigten Öffnungs- und Schließmechanismus 12 für die Kontakte dienen. Verbindungsarme 57 und 57a des Mechanismus 12 sind an einem ihrer Enden jeweils mit einem Ende des Schwenkstiftes 55 auf beiden Seiten des Rahmens 54 gekoppelt und am anderen Ende über einen weiteren Schwenkstift 58 an ein Ende der beiden Seitenschenkel eines H-förmigen Verbindungsarmes 59 gekoppelt, während die anderen Enden der beiden Schenkel des Verbindungsarmes 59 über eine Lagerwelle 62 an einem Ende eines Handgriffhebeis 61 angekoppelt sind, der in einen Handgriff 60 eingesetzt ist. An dem Handgriff 60 ist ein Hebelarm 60a gebildet, der sich aus dem Deckelteil· 3 heraus erstreckt.

Das andere Ende des in den Handgriff 60 eingesetzten Hebels 61 ■ ist über einen Schwenkstift 65 an Bügelteilen 64, 64a von zwei Halterungsrahmen 63, 63a angelenkt, welche den Mechanismus 12 auf seinen beiden Seiten lagern. Die Halterungsrahmen 63, 63s sind mit fensterförmigen Ausschnitten 66, 66a versehen, die

waagerecht miteinander fluchten; der Schwenkstift 58, auf dem die Verbindungsarme gelagert sind, ist lose in diese fensterförmigen Ausschnitte 66, 66a so eingesetzt, daß eine diagonal gerichtete Abwärtsbewegung dieser Verbindungsarme durch Vorsprünge 67, 67a begrenzt wird, die in den Ausschnitten 66, 66a vorhanden sind. Die Halterungsrahmen 63 und 63a tragen die beiden Enden einer Welle 68, die lose verschiebbar durch die bogenförmigen Schlitze an den Enden 56, 56a des Kontaktgeberrahmens 54 eingesetzt ist. Eine starke Druckfeder 59 befindet sich zwischen dem Oberteil des beweglichen Kontakt- . gebers 52 und einer Endfläche des Halterungsrahmens. Zusätzlich ist eine Rückholfeder 70 zwischen dem Schwenkstift 58 und der verschiebbaren Welle 68 eingehängt, und der Stift 58 ist frei verschiebbar in bogenförmige Schlitze eingesetzt, die in einem Verriegelungsbügel 71 angebracht sind. Der Fußteil dieses Verriegelungsbügels 71 ist auf einer Lagerwelle 72 zwischen den Halterungsrahmen 6 3 und 63a schwenkbar gelagert.

Einer der Halterungsrahmen, nämlich der Rahmen 63a bei der gezeigten Ausführungsform, ist mit einem waagerechten Befestigungsteil 67a¹ versehen, an dem zwei Platten 73, 73a befestigt sind, die gemeinsam eine U-förmige Gestalt haben und einen Bestandteil der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung 13 bilden. Zwischen den beiden Platten 73, 73a, die ein Joch bilden, ist eine Ankereinheit 75 angeordnet, die wiederum in eine Spule 74 eingeführt ist. Ein Isolierzylinder 76 der Ankereinheit 75 hält an einem Ende des Zylinders einen ortsfesten Eisenkern 77, der in ein Loch in einer der Jochplatten 73 eingesetzt ist, während der Zylinder- 76 an einem mit geringerem Durchmesser ausgebildeten Teil in ein Loch eingesetzt ist, das in der anderen Jochplatte 73a angebracht ist. Der Zylinder 76 enthält einen Anker 78, der darin hin- und herbewegbar ist, und an dem Anker ist eine Antriebsstange 79 starr befestigt. Das freie Ende der Antriebsstange 79 ist in einen Schlitz eingesetzt, der in dem beweglichen Kontaktgeberrahmen 54 angeordnet ist. Ferner ist ein Betätigungsstab 80 hin- und herbewegbar durch den ortsfesten

Eisenkern 77 hindurchgeführt, so daß er durch die Bewegung des Ankers 78 entgegen einer in dem Zylinder angeordneten Rückführfeder 81 aus dem Zylinder 76 herausgestoßen wird. Ein Ende der Spule 74 ist ferner mit einem Zwischenanschluß 82 verbunden, der mittels einer Schraube an einem Endteil der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte 36 befestigt ist, das sich auf der Seite der Kontaktzone 11 befindet. Ein litzenförmiger Leiterdraht 83 ist an einem Ende mit dem Zwischenanschluß 82 und am anderen Ende mit dem beweglichen Kontaktgeber 52 verbunden. Das andere Ende der Spule 74 ist mit einem weiteren Zwischenanschluß 84 verbunden.

Der Zwischenanschluß 84 ist ferner mit den Bodenteilen einer Heizplatte 85 und eines Bimetallelements 86 verbunden, die gemeinsam die wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung 14 bilden. Eine Drahtlitze 87 verbindet die Heizplatte 85 mit einem lastseitigen Anschluß 89, der an einem Sockelteil 88 am anderen Ende der Schaltereinheit-Aufnahmekammer 25 mittels einer Anschlußschraube 90 befestigt ist. Wenn die Heizplatte 85 durch die oben erläuterte Anordnung erwärmt wird, verbiegt sich das Bimetallelement 86 auf die Seite des handbetätigbaren Öffnungsund Schließmechanismus 12. Am freien Ende des Bimetallelements 86 ist ein einstellbarer Stößel 91 eingeschraubt.

Ein Auslösehebel 92 ist über seinen Mittelteil schwenkbar an den anderen Enden der Halterungsrahmen 63, 63a auf der Seite des lastseitigen Anschlusses über eine Schwenkwelle 93 gelagert. Der Auslösehebel 92 ist mit einem unteren Anstoßteil 92a versehen, das mit der Betätigungsstange 80 der Ankereinheit in Eingriff gebracht werden kann, und weist einen oberen Anstoßteil 92b auf, der mit dem Stößel 91 des Bimetallelements 86 in Eingriff gelangen kann. Der Auslösehebel 92 ist von oben betrachtet U-förmig, so daß ein Teil 94, das eine überprüfung des Auslöseverhaltens ermöglicht, an seinem .unteren Ende zwi-

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schen den beiden Schenkeln des U-förmigen Teils mittels einer Schwenkwelle 93 angelenkt werden kann. Der Auslösehebel 92 ist ferner mit einem Fortsatz 92c ausgebildet, der mit einem Stegteil 71a des Verriegelungsbügels 71 in Eingriff ist. Die Auslösehebel 92 und Prüfteile 94 sämtlicher Schaltereinheiten des Stromkreisunterbrechers sind miteinander durch eine einfache Kopplungsstange 95 verbunden, die durch sie hindurchführt. Die Kopplungsstange 95 umfaßt einen Eisenkern und ,ein Plastikrohr, das den Kern bedeckt und eine gewisse Elastizität aufweist, um Toleranzen zwischen den Stellungen der Auslöse- ■ hebel 92 und Prüfteile 94 in den verschiedenen Einheiten auszugleichen. Das Prüfteil 94 selbst ist mit einem Drückerteil 94a versehen, das normalerweise mit dem oberen Anstoßteil 92b des Auslösehebels 92 in Eingriff ist, und weist ferner einen Hebelteil 94b auf, der in gleicher Richtung wie der Anstoßteil 92c verlängert ist und auf den von außen eine Kraft über einen Drucktaster 96 ausgeübt werden kann, der am Deckelteil· angeordnet ist. Eine Rückholfeder 9 7 ist zwischen den Ausiösehebel und den Halterungsrahmen 63 eingehängt, um auf den Auslösehebel 92 eine Rückholkraft auszulösen.

Es wird nun die Arbeitsweise des Stromkreisunterbrechers kurz erläutert. Fig. 5 zeigt den Zustand, in dem der Handgriff 60 teilweise gedreht ist, und bei dieser Drehung bewegen sich der Schwenkstift 58 der Verbindungsarme 57, 5 7a und 59 in den bogenförmigen Schlitzen des Verriegelungsbügeis 71 nach unten, so daß sich der Kontaktgeberrahmen 54 und der bewegliche Kontaktgeber 52 auf den feststehenden Konaktgeber 26 zu bewegen und das bewegliche Kontaktelement 53 mit deiii feststehenden Kontaktelement 27 in Berührung bringen, so daß die geschlossene Stellung erreicht ist.

Bei Drehung des Handgriffs 60 aus der in Fig. 5 gezeigten Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Schwenkstift 58 der Verbindungsarme 57, 57a und 59 in den bogenförmigen Schlitzen

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des Verriegelungsbügels 71 nach oben bewegt, wodurch der Kontaktgeberrahmen 54 mit dem Kontaktgeber 52 zum Öffnen der Kontakte in der anderen Richtung bewegt werden.

Wenn ein Kurzschlußstrom über den elektrisch leitenden Weg fließt, der gebildet ist aus dem stromquellenseitigen Anschluß 30, dem Verbindungsrahmen 28, dem feststehenden Kontaktgeber 26 mit dem feststehenden Kontaktelement 27, dem bewegbaren Kontaktelement 53 mit seinem bewegbaren Kontaktgeber 52, dem Leiter

83, dem Zwischenanschluß 82, der Spule 74, dem Zwischenanschluß

84, dem Bimetallelement 86, der Heizplatte 85, dem Leiter 87 sowie dem lastseitigen Anschluß 89, so zieht die in der Spule

74 durch den Strom induzierte magnetische Erregung den Tauchanker 78 in den feststehenden Eisenkern 77 der Ankereinheit

75 hinein, wodurch der Betätigungsstab 80 aus der Ankereinheit 75 herausgestoßen wird und den unteren Anstoßteil 92a des Auslösehebels 92 zu dem lastseitigen Anschluß hin bewegt. Dadurch wird der Oberteil des Auslösehebels 92 um die Welle 93 herum im Uhrzeigersinn verschwenkt, so daß der Angriffsteil 92c von dem Verriegelungsbügel 71 freikommt, der mit dem Schwenkstift 58 der Verbindungsarme 57, 57a und 59 gekoppelt ist; dadurch wiederum wird der handbetätigbare öffnungs- und. Schließmechanismus 12 in den Auslösezustand gebracht, bei welchem die Druckfeder 69 den beweglichen Kontaktgeber 52 so bewegt, daß er von dem feststehenden Kontaktgeber 26 freikommt, um die Kontakte schnell zu öffnen.

Wenn ein überstrom fließt, der den Nennstrom überschreitet, wobei dieser Stromfluß über den elektrisch leitenden Weg zwiscnen dem lastseitigen Anschluß 89 und dem stromquellenseitigen Anschluß 30 erfolgt, so wird die Heizplatte 85 erwärmt, und das Bimetallelement 86 verbiegt sich zu dem handbetätigbaren Öffnungs- und Schließmechanismus 12 hin. Das so verbogene Bimetallelement 86 drückt über den Stößel 91 den oberen Anstoßteil 92b des Auslösehebels 9 2 so, daß dieser sich im Uhrzeigersinn ver-

schwenkt, was zu einem schnellen öffnen der Kontakte führt, ebenso wie für den Fall des zuvor erläuterten Kurzschlußstromes,

Zur Überprüfung des Auslöseverhaltens nach Zusammenbau des Stromkreisunterbrechers wird der Prüfknopf an der Außenseite des Deckelteils 22 gedrückt, um den Hebelteil 94b des Teils 94 anzustoßen, der dann um die Welle 93 verschwenkt wird, so daß der obere Anstoßteil 9 2b über den Druckteil 94a im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, wodurch die Öffnung der Kontakte in gleicher Weise wie bei Überströmen erreicht wird.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung, zu dessen Erläuterung auf die Fig. 8A und 8B Bezug genommen wird, fließt bei Trennung des beweglichen Kontaktgebers 52 von dem feststehenden Kontaktgeber 26 durch einen überstrom ein elektrischer Strom I über den feststehenden Kontaktgeber 26 in Richtung eines Pfeiles I., von dem Verbindungsrahmen 28 zu der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 und ferner über den beweglichen Kontaktgeber 53 in Richtung des Pfeiles I₂ von dem freien Ende, bis zu dem Kontakt-öffnungs- und-Schließmechanismus 12. Dies führt dazu, daß die Ströme I₁ und I₂ die mit Pfeilen E₁ und E₂ bezeichneten, einander abstoßenden Magnetflüsse erzeugen, so daß eine magnetische Treibkraft F in Richtung von dem Kontaktöffnungs- und Schließmechanismus 12 zu der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte 36 erzeugt wird. Dabei wirkt der aus Magnetmaterial gebildete Kontaktgeberrahmen 54, der den beweglichen Kontaktgeber 52 umgibt, als Joch, um eine starke magnetische Kraft zu erzeugen, wodurch die magnetische Treibkraft F weiter verstärkt wird.

Der bei Trennung des beweglichen Kontaktgebers 53 von dem feststehenden Kontaktelement 27 erzeugte Lichtbogen wird durch diese starke magnetische Kraft zu dem einen Ende der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte 36 hin getrieben. ,Die Lichtbogenströme, die über die erste bzw. die zweite Lichtbogen-Führungsplatte 34. bzw. 36 fließen, sind einander entgegengesetzt, wie

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in Fig. 8A durch die Pfeile I-¹ und I-¹ angedeutet ist, wodurch eine weitere magnetische Treibkraft F¹ erzeugt wird, die von dem Unterteil der Kontaktzone 11 ausgehend zur Bogenlöscheinrichtung 15 gerichtet ist. Diese magnetische Treibkraft F¹ treibt den Lichtbogen von der Unterseite der Kontaktzone 11 zu der Löscheinrichtung 15 hin. Die magnetische Treibkraft F" kann verstärkt werden, indem der Abstand zwischen dem Unterteil der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 und der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte 36 minimal gehalten wird, jedoch so groß bleibt, daß kein Kurzschluß zwischen den Platten verursacht wird. Danach weitet sich der Lichtbogen'zwischen dem Zwischenteil '35b und dem Oberteil 35c der ersten Führungsplatte 34 und der zweiten Führungsplatte 36 auf und erreicht die Entionisierungsgittereinheit 37, wo der aufgeweitete Lichtbogen dann in viele kleine Lichtbogen in den einzelnen Spalten zwischen den Gittern 38 aufgeteilt wird, um dort abgekühlt und gelöscht zu werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der als Joch wirkende Kontaktgeberrahmen 54 an dem beweglichen Kontaktgeber 52 befestigt, und der Abstand zwischen dem unteren Teil 35a der ersten Lichtbogen-Führungsplatte 34 und der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte 36 ist minimal gewählt, um die magnetische Treibkraft zu erhöhen. Dadurch kann die überführung . des Lichtbogens aus der Kontaktzone zu der Bogenloschexnrichtung 15 sehr beschleunigt werden, so daß auch die Zeitspanne, bis die Lichtbogenspannung ihr Maximum erreicht bzw. bis der Lichtbogen gelöscht ist, wesentlich verkürzt werden kann, wie dies eingangs anhand der Fig. 1A und 1B erläutert wurde.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Lichtbogengas-Stfömungswege 48' und 48a' zwischen den isoliegenden Seitenplatten 46, 46a und den Halterungsplatten 48, 48a in der Bogenlöscheinrichtung 15 gebildet, so daß die Gase, welche die Bogenlöscheinrichtung erreicht haben, über diese Strömungswege 48' und 48a¹ zu der Kontaktzone 11 gelangen, wo^ei der Gasdruck zwischen dieser Zone und der Gittereinheit 37 ausgeglichen wird,

damit die Lichtbogengase direkt zu der Kontaktzone zurückgeführt werden können, und zwar über den Raum zwischen der ersten und der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte 34 bzw. 36; dadurch wird verhindert, daß ein Absinken der Lichtbogenströme in den beiden Lichtbogen-Führungsplatten 34, 36 auftritt.

Da die erste Lichtbogen-Führungsplatte 34 durch die Druckplatte 49 an einer Aufwärtsbewegung gehindert wird, können ferner ungünstige Schwing- oder Flatterbewegungen dieser Platte 34 aufgrund der Lichtbogengase verhindert werden, so daß sich der Abstand zwischen dem unteren Teil 35a der ersten Führungsplatte 34 und der zweiten Führungsplatte 36 allenfalls minimal ändert.

Claims

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Dipl.-Chem. Dr. HOLGER BUNKE
Dipl.-Phys. HARTMUT DEGWERT

JOHANNES-SCHARRER-STRASSE 13 ■ D-8000 MÜNCHEN 21

München, den 15. Mai 1981 P 5023

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD. Osaka / Japan

Stromkreisunterbrecher

PATENTANSPRÜCHE

f 1.JStromkreisunterbrecher, dessen beweglicher Kontaktgeber, der ein bewegliches Kontaktelement aufweist und unter einer elastischen Vorspannkraft steht, durch einen handbetätigbaren Kontaktöffnungs- und Schließmechanismus zum Schließen der Kontaktelemente über das bewegliche Kontaktelement in Eingriff mit einem feststehenden Kontaktelement an einem feststehenden Kontaktgeber gebracht werden kann und dessen handbetätigbarer Kontaktöffnungs- und -schließmechanismus im Normalbetrieb ein Auslöseelement an dem Mechanismus verrigelt, jedoch unwirksam wird, wenn das Auslöseelement von dem Mechanismus gelöst wird, wobei diese Lösung durch eine Auslöseeinrichtung bewirkt wird, die auf überströme anspricht, um den·beweglichen Kontaktgeber von dem feststehenden Kontakt-

geber zumindest unter dem Einfluß der Vorspannkraft zu trennen, mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung, die eine erste, durchgehend von dem feststehenden Kontaktgeber aus sich erstreckende Lichtbogen-Führungsplatte, eine zweite Lichtbogen-Führungsplatte, die sich von einer Stelle angrenzend an den feststehenden und den beweglichen Kontaktgeber bis zu einer Stelle angrenzend an eines der freien Enden der Lichtbogen-Führungsplatte erstreckt, und eine Entionisierungsgittereinheit umfaßt, die an den von dem feststehenden Kontaktgeber entfernten Enden der Lichtbogen-Führungsplatten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtbogenführungsplatte (34) einen unteren Teil (35a), der gegenüber der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte (36) in relativ geringem Abstand von dieser angeordnet ist, einen oberen Teil (35c), der gegenüber der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte (36) in relativ großem Abstand von dieser angeordnet ist, wobei der Abstand ausreicht, um dazwischen die Entionisierungsgittereinheit (37) anzuordnen, und einen Zwischenteil (35b) umfaßt, der sich diagonal zwischen dem unteren und dem oberen Teil (35a, 35c) erstreckt.
2. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (35a) der ersten Lichtbogen-Führungsplatte (34) gegenüber der zweiten Lichtbogen-Führungsplatte (36) in einem Minimalabstand von dieser angeordnet ist, der noch gewährleistet, daß keine räumlichen Kurzschlüsse dazwischen auftreten.
3. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Kontaktgeber (26) und der bewegliche Kontaktgeber (52) über eine ausreichende Länge parallel zueinander verlaufen, damit Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch sie hindurchfließen können, und daß der bewegliche Kontaktgeber (52) in dem offenen Ende eines Kontaktgeberrahmens (54) gehaltert ist, der aus

einem magnetischen Werkstoff hergestellt und von oben betrachtet allgemein U-förmig ausgebildet ist und sich wenigstens über einen Teil der Länge des beweglichen Kontaktgebers bzw. im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt.
4. Stromkreisunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gasströmungswege (48', 48a¹) auf den Seiten der Lichtbogenlöscheinrichtung (15) gebildet sind und die Führung der Gase bewirken, die ausgehend von den Kontaktgebern zu' der Lichtbogenlöscheinrichtung gelangt sind.
5. Stromkreisunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (35a) und der Zwischenteil (35b) der ersten Lichtbogen-Führungsplatte (34) durch eine Vibrationshemmeinrichtung (49) in der Lichtbogenlöscheinrichtung (25) mit Druck beaufschlagt sind.