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Hochampere-Überstromschutzschalter
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Die Erfindung betrifft einen Hochampere-Überstromschutzschalter mit
den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Darunter sind elektrotechnische
Geräte-und Leitungsschutzschalter zu verstehen, die eine Absicherung in Strombereichen
von bis zu 100 A und höher gewährleisten.
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Solche Hochampere-Überstromschutzschalter sollen wie die Schutzschalter
herkömmlicher Nennstromstärke von 16, 20, 25 oder 32 A von Hand betätigbar, überlast-und
kurzschlußauslösend sein. Damit ist es quasi notwendig, daß die von Schutzschaltern
gängige Nennstromstärke her bekannten elektromagnetisch bzw.
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bimetallisch gesteuerten Auslösevorrichtungen sowie eine über ein
Schaltschloß mittels einer Handhabe betätigte Schwenkkontakteinrichtung vorhanden
sind.
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Es hat sich gezeigt, daß die Dimensionierung dieser Auslösevorrichtungen
im Zusammenhang mit der hohen, zu bewältigenden Stromstärke äußerst kritisch ist.
Es gestaltet sich schwierig, eine entsprechende Nennstromdauerfestigkeit bzw. Abschaltsicherheit
im Überstrom- oder Kurzschlußfall zu erreichen. Zudem sind die verlangten Stückzahlen
von Hoch-
ampere-Überstromschutzschaltern vergleichsweise gering,
so daß sich eine gesonderte Entwicklung und Fertigung als unrationell erweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln einen
Überstromschutzschalter für Nennströme bis in den 100 A-Bereich und höher zu schaffen,
der rationell fertigbar ist und sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und Abschaltsicherheit
im Auslösefall auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches
1 gelöst. Der Erfindungsgrundgedanke besteht darin, zwei oder mehrere gleichartige,
an sich bekannte Schutzschalter gängiger Nennstromstärke in einem baukastenähnlichen
Aufbau elektrisch parallel zu schalten und baulich nebeneinanderliegend anzuordnen.
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Damit ist an sich zwar eine fertigungstechnisch rationelle Möglichkeit
verwirklicht, einen Hochampere-Überstromschutzschalter zu bauen, jedoch bedarf es
zur Sicherung der geforderten Zuverlässigkeit hinsichtlich Dauerbelastung und Auslösesicherheit
noch der Hinzufügung eines weiteren Merkmales. Es ist dies die elektrisch leitende
Querverbindung der Strompfade der einzelnen Schutzschalter untereinander, wobei
die jeweilige Verbindungsstelle von Strompfad und Querverbindung elektrisch zwischen
der Bimetallauslösevorrichtung und der Kontaktstelle des jeweiligen Schutzschalters
angeordnet ist. Ohne diese Querverbindung wirken sich Kontakteffekte nämlich negativ
auf die Zuverlässigkeit des Hochampere-Überstromschutzschalters aus: Grundsätzlich
verteilt sich der durch den Hochampere-Überstromschutzschalter hindurchfließende
Strom auf die parallel liegenden Schutzschalter gemäß den Kirchhoffschen Gesetzen.
Weisen alle Parallelzweige denselben Widerstandswert auf, erfolgt diese Aufteilung
gleichmäßig. Gerade dies ist aber in der
Praxis bei den Übergangswiderständen
an der Kontaktstelle eines jeden Schutzschalters erfahrungsgemäß nicht der Fall.
Nicht zu kalkulierende Schwankungen des Übergangswiderstandes ergeben sich bereits
konstruktionsbedingt aus unterschiedlichen Kontaktfeder-Andruckkräften und Stromübergangsflächen
durch unregelmäßige Formgebung des Schwenk- bzw. Festkontaktstückes. Weiterhin verändert
sich der Übergangswiderstand an einer Kontaktstelle durch das Abbrandverhalten des
Schaltlichtbogens und verschmutzende Rückstände an der Kontaktstelle. Versuche haben
gezeigt, daß bei Schutzschaltern gleicher Nennstromstärke Schwankungen des Gesamtinnenwiderstandes
des Strompfades von mehr als 20% regelmäßig auftauchen.
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Sind nun beispielsweise zur Absicherung eines Nennstromes von 100
A vier 25 A-Schutzschalter parallel zu einem Hochampere-Überstromschutzschalter
vereinigt und weisen die einzelnen Schutzschalter gegeneinander die genannte Widerstandsschwankung
auf, so wird derjenige Schutzschalter bei der Nennstromstärke von beispielsweise
100 A mit dem höchsten Strom belegt, der den geringsten Innenwiderstandswert aufweist.
Der Stromwert übertrifft dabei dessen Nennstromstärke von 25 A und nach einer gewissen
Zeit erfolgt die Überlastauslösung durch die Bimetallauslösevorrichtung, obwohl
der Hochampere-Überstromschutzschalter keine Strom stärke bewältigen mußte, die
seinen Nennstrom übertraf. Es erfolgt also eine fehlerhafte Abschaltung des geschützten
Stromkreises.
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Durch die erfindungsgemäße elektrisch leitende Querverbindung der
einzelnen Strompfade der Schutzschalter an Strompfadpunkten zwischen deren bimetallgesteuerter
Überlastauslösevorrichtung und der jeweiligen Schwenkkontakteinrichtung ist der
Schutzschalter hingegen so aufgebaut, daß eine unterschiedliche 'Stromverteilung
durch
abweichende Übergangswiderstände an den Kontaktstellen nur in den Schaltkontakten
selbst, jedoch nicht an den Bimetallauslösevorrichtungen auftritt.
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Die Schwankungsbreite von deren Innenwiderständen ist demgegenüber
so klein, daß sie keine negativen Auswirkungen auf die gleichmäßige Stromverteilung
des hochamperigen Nennstromes auf die einzelnen Strompfade hervorruft. Damit ist
also eine zuverlässige Abschaltung nur im Überstromrali gewährleistet.
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Gemäß dem Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 2 ist die elektrisch
leitende Querverbindung mittels einer Verbindungslitze, -draht od.dgl. hergestellt
und damit konstruktiv sehr einfach. Die Kennzeichnungsmerkmale der Ansprüche 3 und
4 lehren weitere konstruktiv einfache, bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes,
durch den der Hochampere-Überstromschutzschalter besonders stabil und robust aufgebaut
ist. Da die einzelnen Schutzschalter senkrecht zur Schwenkebene der Schwenkkontakte
sehr schmal bauen, wird durch die zueinander parallele Anreihung in dieser Richtung
ein Hochampere-Überstromschutzschalter geschaffen, der vergleichsweise kompakt ausgebildet
ist. Insbesondere durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 4 können herkömmliche
Schutzschalter relativ einfach derart manipuliert werden, daß sie als Baustein für
den erfindungsgemäßen Hochampere-Überstromschutzschalter dienen können. Es reicht
nämlich aus, daß die aneinanderliegenden Gehäusewandungen der Schutzschalter jeweils
eine fluchtende Durchgangsöffnung aufweisen, durch die die Verbindungslitze im wesentlichen
in einer zur Schwenkebene der Schwenkkontakte senkrechten Richtung geführt ist.
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In Anspruch 5 ist der erfindungsgemäße Hochampere-Überstromschutzschalter
aus zwei oder mehreren Schutzschaltern gängiger Nennstromstärke gemäß der
DE-33
47 097 aufgebaut. Wenn hier auf diesen ganz speziellen Schutzschalter Bezug genommen
wurde, dann nur deswegen, weil sich sein innerer Aufbau besonders gut für die Anbringung
der elektrisch leitenden Querverbindung eignet. Gemäß dem Kennzeichen dieses Anspruches
soll eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes die Anordnung der
Verbindungsstelle von Verbindungslitze und Strompfad an der jeweiligen Litze dieses
Schutzschalters umfassen, die das Schwenkende der Bimetallauslösevorrichtung mit
dem Schwenkkontakt verbindet. Hier ist eine sehr einfache Möglichkeit gegeben, die
Verbindungslitze anzubringen, jedoch ist auch denkbar, daß andersartige Schutzschalter
ähnlichen inneren Aufbaues hierzu geeignete Anbringungspunkte aufweisen.
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Besonders vorteilhaft bei einem erfindungsgemäßen Hochampere-Überstromschutzschalter
ist gemäß dem Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 6 die Möglichkeit, die Verbindungslitze
mit dem Freiende des Lichtbogenleitbleches und/oder der Litze eines solchen Schutzschalters
gemäß DE-33 47 097 zu verlöten, verschweißen od.dgl. Bei diesem Schutzschalter ist
nämlich das Freiende des Lichtbogenleitbleches ein gehäusefester Punkt. Wird nun
an dieser Stelle die Verbindungslitze befestigt, so ist sie unverrückbar an definierter
Stelle fixiert und die Gefahr wesentlich reduziert, daß durch deren fehlerhafte
Montage oder durch Hin-und Herschwenkbewegungen der Kontakteinrichtung die Auslösung
der Schutzschalter durch eine Behinderung durch die Verbindungslitze gestört wird.
Die beschriebene Fixierung der Verbindungslitze am Freiende des Lichtbogenleitbleches
wird durch ihre Befestigung in einer Ausnehmung im Freiende des Lichtbogenleitbleches
gemäß Anspruch 7 weiter verbessert.
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Die Kennzeichnungsmerkmale der Ansprüche 8 und 9 beschreiben weitere
konstruktive Vereinfachungen für die Montage der Verbindungslitze in einem erfindungsgemäßen
Hochampere-Überstromschutzschalter. Insbesondere durch das Kennzeichnungsmerkmal
des Anspruches 9 wird für die Querverbindung ein Bereich des Schutzschalters gemäß
der DE-33 47 097 genützt, der einfach zugänglich ist und sich vergleichsweise entfernt
von den bewegenden Teilen des Schaltschlosses befindet.
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Die Verbindungslitze ist gemäß den Kennzeichnungsme smalen der Ansprüche
5 bis 9 also zuverlässig befestigt, sauber von einem zum anderen Schutzschalter
geführt und zudem relativ einfach zu montieren.
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Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 10 wird dem erfindungsgemäßen
Hochampere-Überstromschutzschalter auch nach außen hin die Erscheinungsform eines
einheitlichen Installationsgerätes gegeben, trotzdem er quasi baukastenartig aufgebaut
ist. Die Ansprüche 11 und 12 betreffen diesbezüglich vorteilhafte Weiterbildungen
für das Brückenteil, das die Handhaben der einzelnen Schutzschalter mechanisch koppelt.
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Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 13 wird ein einheitlicher
Anschlußpunkt für die eingangs- bzw.
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ausgangsseitigen Stromzuführungen geschaffen. Es wird also eine Fehlerquelle
beseitigt, zudem ist es möglich, je nach Richtung der an den Hochampere-Überstromschutzschalter
herangeführten Leitung die bestgelegenste Schraubklemme für den Anschluß zu wählen
bzw. die großen Kabelquerschnitte bei Stromstärken von 100 A zuverlässig festzulegen.
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Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 14 werden die vor der
Auslieferung des Hochampere-Überstromschutzschalters notwendigen Justierarbeiten
vereinfacht. Werden nämlich bis auf mindestens eine der
Bimetallauslösevorrichtungen
der Schutzschalter diese durch Ersatzwiderstände ersetzt, so beschränken sich die
Justierarbeiten auf die noch vorhandenen Bimetallauslösevorrichtungen. Der Justieraufwand
reduziert sich also beispielsweise bei einem Hochampere-Überstromschutzschalter
mit 100 A Nennstromstärke, aufgebaut aus vier parallelgeschalteten Schutzschaltern
geringer Bauart mit 25 A Nennstromstärke auf ein Viertel, wenn bei drei der Schutzschaltern
die Bimetal lauslösevorrichtung durch den entsprechenden Ersatzwiderstand ersetzt
ist.
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Der Erfindungsgegenstand wird in einem Ausführungsbeispiel an Hand
der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der
Funktionsteile eines einzelnen Schutzschalters des Hochampere-Überstromschutzschalters
(teilweise im Schnitt), Fig. 2 eine Ansicht eines aus zwei Schutzschaltern aufgebauten
Hochampere-Überstromschutzschalters aus Pfeilrichtung A in Fig. 1 (teilweise geschnittene
Darstellung) und Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für die Widerstandsverhältnisse in
einem Hochampere-Überstromschutzschalter.
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Der Hochampere-Überstromschutzschalter ist im wesentlichen aus zwei
Schutzschaltern 1,1' aufgebaut, aus deren Schaltergehäuse an der Oberseite 3,3'
jeweils eine als Drehhebel ausgebildete Handhabe 4,4' zur manuellen Betätigung der
Schutzschalter 1,1' vorsteht.
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In ihrem Innenraum 5 weisen die Schutzschalter 1,1' jeweils ein Schaltschloß
6 auf, das unmittelbar unter ihrer Oberseite 3,3' angeordnet ist. Weiterhin sind
jeweils eine Magnetauslösevorrichtung 7,7' sowie jeweils eine Bimetallauslösevorrichtung
8,8' vorgese-
hen. An der Gehäuseaußenseite befinden sich darüber
hinaus Anschlußelemente in Form von Schraubklemmen 9,9', 10,10', wobei die Schraubklemmen
9,9' jeweils elektrisch mit den Bimetallauslösevorrichtungen 8,8' und die Schraubklemmen
10,10' mit den Magnetauslösevorrichtungen 7,7' verbunden sind.
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Über eine Litze -1,11', mit der das Freiende 12,12' des Lichtbogenleitbleches
13,13' elektrisch und mechanisch verbunden ist, ist das Schwenkende 14 der Bimetallauslösevorrichtung
8 mit dem Bewegungskontaktarm 15 verbunden. Dieser bildet zusammen mit dem Festkontakt
16 die jeweilige Kontaktstelle 17,17' eines Schutzschalters 1,1'. Der Festkontakt
16 seinerseits ist mit der Magnetauslösevorrichtung 7,7' elektrisch verbunden. Der
geschlossene Strompfad jeweils eines Schutzschalters 1 bzw. 1' läuft somit von der
Schraubklemme 9 bzw. 9' über die Bimetallauslösevorrichtung 8 bzw. 8', Litze 11
bzw. 11', Bewegungskontaktarm 15 bzw. 15', Festkontakt 16, Magnetauslösevorrichtung
7,7' und Schraubklemme 10 bzw. 10'. Um die Bewegung des Kontaktarmes 15,15' zu steuern,
ist dieser mit seinem Befestigungsende 18,18' am Schaltschloß 6 angebracht.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht der Hochampere-Überstromschutzschalter
aus zwei gleichartigen Schutzschaltern 1,1' gängiger Nennstromstärke (beispielsweise
32 A, ergibt 64 A Nennstromstärke für die Gesamtanordnung), die elektrisch parallel
geschaltet und baulich parallel nebeneinanderliegend angeordnet sind.
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Bei Aufbau aus drei und mehreren Schutzschaltern 1 werden diese senkrecht
zur Schwenkebene S parallel aneinandergereiht. Durch eine entsprechende, gegenseitige
Befestigung (nicht dargestellt) ist der Hochampere-Überstromschutzschalter blockartig
ausgebildet.
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Die elektrisch leitende Querverbindung der Strompfade der beiden Schutzschalter
1 bzw. 1' untereinander wird durch die Verbindungslitze 19 hergestellt, deren beide
Freienden 20,21 jeweils in einer Bohrung 22,22' der Freienden 12,12' der Lichtbogenleitbleche
13,13' fixiert sind. Elektrisch befindet sich diese Verbindungsstelle von Strompfad
und Verbindungslitze 19 zwischen der Bimetallauslösevorrichtung 8,8' und der Kontaktstelle
17,17' des jeweiligen Schutzschalters 1,1'. Die Befestigung der Verbindungslitze
19 an den Freienden 12,12' der Lichtbogenleitbleche 13,13' erfolgt durch Verlötung,
die sich auch auf die Litzen 11,11' erstreckt. Die Durchführung der Verbindungslitze
19 durch die Gehäusewandungen 23,23' der Schutzschalter 1,1' erfolgt durch die Bohrung
24, die sich außerhalb des Überdeckungsbereiches der Druckfedern 25,25' im Randbereich
der Gehäusewandungen 23,23' befindet. Durch die gehäusefeste Lage der Lichtbogenleitbleche
13,13' und die Herumführung der Verbindungslitze 19 um die Druckfedern 25,25' auf
der dem Schaltmechanismus abgewandten Seite ergibt sich die beschriebene einfache
Montage und Zuverlässigkeit des Hochampere-Überstromschutzschalters gemäß der Erfindung.
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In Fig. 2 ist die Koppelung der Handhaben 4,4' der einzelnen Schutzschalter
1,1' mittels des Brückenteiles 26 dargestellt. Das Brückenteil 26 ist ein im Profil
U-förmiges Metall- oder Kunststoff-Formteil, das auf die Freienden 27 der Handhaben
4,4' aufgeschoben ist. Zu dessen sicherer Fixierung weisen die an den U-Schenkelfreienden
gelegenen Kanten 28 des Brückenteiles 26 jeweils eine einwärts gebogene Rastnase
29 auf, die in gegenüberliegende Rastausnehmungen 30 in den Handhaben 4,4 eingreifen.
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In Fig. 3 ist mit durchgezogenen Linien ein Ersatzschaltbild für einen
Hochampere-Überstromschutzschalter gezeigt, der aus zwei Schutzschaltern 1,1' besteht.
Gestrichelt ist die weitere Anbaumöglichkeit eines dritten Schutzschalters 1" dargestellt.
Zu erkennen ist die jeweilige Serienschaltung von Bimetallauslösevorrichtung 8,8',
Kontaktstelle 17,17' und Magnetauslösevorrichtung 7,7'. Diese sind jeweils repräsentiert
durch die Widerstände Bimetall' RKontakt und RSpule Durch die elektrisch leitende
Querverbindung 31 wirken sich Unsymmetrien in den beiden Parallelzweigen RKontakt
- ule nicht auf die Stromverteilung im Parallelzweig RBimetall aus. Damit werden
die Bimetallauslösevorrichtungen 8,8' jeweils entsprechend den gering voneinander
abweichenden Widerstandswerten RBimetall von quasi dem gleichen Teilstrom durchflossen.
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Bezugszeichenliste 1,7' = Schutzschalter 2,2' = Schaltergehäuse 3,3'
= Oberseite 4,4' = Handhabe 5 = Innenraum 6 = Schaltschloß 7,7' = Magnetauslösevorrichtung
8,8' = Bimetallauslösevorrichtung 9,9' = Schraubklemme 10,10' = Schraubklemme 11,11'
= Litze 12,12' = Freiende 13,13' = Lichtbogenleitblech 14 = Schwenkende 15,15' =
Bewegungskontaktarm 16 = Festkontakt 17,17' = Kontaktstelle 18,18' = Befestigungsende
19 = Verbindungslitze 20 = Freiende 21 = Freiende 22,22' = Bohrung 23,23' = Gehäusewandung
24 = Bohrung 25,25' = Druckfeder 26 = Brückenteil 27 = Freiende 28 = Kante 29 =
Rastnase 30 = Rastausnehmung 31 = Querverbindung S,S' = Schwenkebene
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