DE3540055C2 - Elektrisches Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Einsatzgebiet der Erfindung kommen Anwendungen in Betracht, wo Stromkreise gegen Überströme geschützt und sowohl manuell wie auch ferngesteuert motorisch schaltbar sein sollen, wobei das erfindungsgemäße Schaltgebiet dieser Funktionen in einem einzigen Gerät zusammenfaßt.

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schaltgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung, wie es aus der FR 2 405 552 bekannt ist. Das dort beschriebene Schaltgerät weist zwei miteinander zusammenwirkende Schaltkontakte auf, die aus einer gemeinsamen Schließstellung jeweils für sich allein und unabhängig vom jeweils anderen Schaltkontakt in eine andere Offenstellung bringbar sind, und wobei jedem der beiden Schaltkontakte ein eigener Betätigungsantrieb zugeordnet ist. Hierbei ist der Betätigungsantrieb für den einen Schaltkontakt durch eine elektromagnetische Überstromauslöseeinrichtung gebildet, während der Betätigungsantrieb für den anderen Schaltkontakt durch einen üblichen handbetätigbaren Schaltmechanismus gebildet ist. Das bekannte Gerät vereinigt dabei in sich die Funktionen eines Überstromschutzschalters und eines manuell betätigbaren Ausschalters, wobei die Ausschalterfunktion unabhängig vom Mechanismus der Überstromauslöseeinrichtung ist und diesen kein Verschleiß entsteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Schaltgerät außerdem mit einer Schaltschützfunktion auszubilden, so daß also ein manuelles Schalten des Schaltgeräts und auch ein davon unabhängiges ferngesteuertes motorisches Schalten des Stromkreises unter Beibehalten der Überstromschutzfunktion möglich ist. Damit soll die Notwendigkeit eines mit einem Schutzschalter in Reihe geschalteten gesonderten Schützes zur Verminderung der Kosten und des Installationsaufwands vermieden werden, das bisher für solche Funktionen notwendig ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 angegebene und in den Unteransprüchen weiter ausgestaltete Schaltgerät gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät ist dem einen Schaltkontakt der normale handbetätigbare Schaltmechanismus zugeordnet, der seinerseits mit einer Überstromauslöseeinrichtung versehen ist, die aber nicht auf den Kontakt selbst, sondern auf den Schalterbetätigungsmechanismus wirkt. Dem anderen Schaltkontakt ist ein weiterer normaler Schalterbetätigungsmechanismus in Form einer elektromagnetischen Schaltvorrichtung mit einem Schaltschlitten zugeordnet, um ein elektrisches Schütz zu bilden.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät stellt eine vorteilhafte, wirtschaftliche und kompakte Kombination von drei Funktionen in einem einzigen Schaltgerät dar. Sie trägt auch dem Umstand Rechnung, daß in der Praxis ein häufiges ferngesteuertes, beispielsweise auch automatisch zeitgesteuertes Schalten des Stromkreises stattfindet, während eine manuelle Betätigung meist nur zur Sicherheitsabschaltung des Stromkreises benutzt wird. Der für manuelle Betätigung vorgesehene und auch durch die Überstromauslöseeinrichtung auslösbare Schalterbetätigungsmechanismus braucht daher nicht für häufige Betätigung ausgelegt zu sein und erfährt durch automatische Schaltvorgänge über den als Schaltschütz dienenden zweiten Betätigungsmechanismus keinen Verschleiß.

Tauchkolben als Komponenten von elektromagnetischen Schalterantrieben sind selbstverständlich an sich bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 30 01 077, wo ein Tauchkolben im Zusammenhang mit einem Trennschalterantrieb beschrieben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine herkömmliche Schaltgeräteanordnung zum Schalten von Stromkreisen,

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Schaltgerät nach der Erfindung, das sowohl den Überlastschutz als auch der Schaltbarkeit eines Stromkreises dient,

Fig. 3 das Schaltgerät nach der Erfindung im Vertikalschnitt, und

Fig. 4 die elektromagnetische Betätigungseinrichtung des Schaltgeräts nach Fig. 3 in auseinandergezogener isometrischer Darstellung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte herkömmliche Anordnung umfaßt einen Schutzschalter 15 und ein Schaltschütz 17, die zwischen einem Netzanschluß 11 und einem Lastanschluß 13, bei denen es sich um Anschlüsse einer nicht dargestellten Schalttafel oder dgl. handeln kann, in Reihe geschaltet sind.

Der Schutzschalter 15, der einen beweglichen Schaltkontakt 19 mit einem ihm zugeordneten Betätigungsmechanismus 21 aufweist, erfüllt hauptsächlich die Funktion des Schutzes des Stromkreises gegen Überstromzustände, beispielsweise durch Überlastungen, Fehlerströme und Kurzschlußströme, und dieser Schutzschalter ist nicht dafür ausgelegt, als Ein-Aus-Schalter zum bedarfsweisen Öffnen und Schließen des Stromkreises benutzt zu werden. Diese letztere Funktion kommt dem Schaltschütz 17 zu. Das Schaltschütz 17 ist natürlich seinerseits nicht in der Lage, den Stromkreis gegen Überstromzustände zu schützen. Mit anderen Worten: Der Schutzschalter 15 und das Schaltschütz 17 dieser herkömmlichen Anordnung stellen gesonderte Schaltgeräte dar, die jeweils eine spezielle Funktion erfüllen, und die beiden Schaltgeräte ergeben zusammen die gewünschte Summe von Funktionen. Diese herkömmliche Schaltungsanordnung hat die schon oben erläuterten Nachteile.

Fig. 2 zeigt nun in entsprechender Weise ein schematisches elektrisches Schaltbild des Schaltgeräts 23 nach der Erfindung, das einen beweglichen Schaltkontakt 25 mit einem ihn zugeordneten federbelasteten Schaltmechanismus 27 sowie einen weiteren, von dem Schaltkontakt 25 unabhängig beweglichen Schaltkontakt 29 aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät sind also im Gegensatz zu der bekannten Anordnung nicht zwei verschiedene gesonderte Schaltgeräte zur Erfüllung der beiden genannten Funktionen erforderlich, sondern das erfindungsgemäße Schaltgerät 23 erfüllt sowohl die Funktion des Überstromschutzes des Stromkreises als auch die Funktion der Schaltbarkeit des Stromkreises, auch durch Fernsteuerung, mittels des dem unabhängig vom Schaltkontakt 25 beweglichen Schaltkontakt 29 zugeordneten Betätigungsantrieb 33. Der eine bewegliche Schaltkontakt 25 mit dem ihm zugeordneten Schaltmechanismus 27 erfüllt bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät also die Funktion des Schutzschalters 15 der bekannten Anordnung, während der davon unabhängig bewegbare andere Schaltkontakt 29 mit dem ihm zugeordneten Betätigungsantrieb 33 der erfindungsgemäßen Anordnung die Funktion des Schaltschützes 17 der bekannten Anordnung erfüllt.

In Fig. 3 ist das Schaltgerät 23 mit dem als Schaltarm ausgebildeten oberen Schaltkontakt 25, dem zugehörigen Schaltmechanismus 27, dem unteren, ebenfalls als Schaltarm ausgebildeten Schaltkontakt 29 und dem zugehörigen Betätigungsantrieb 33 mehr im einzelnen dargestellt. Das erfindungsgemäße Schaltgerät kann selbstverständllich als ein- oder mehrphasiges Schaltgerät für Wechsel- oder Gleichstrom ausgebildet sein.

Das Schaltgerät 23 weist ein Gehäuse 39 auf, aus dessen Frontseite (in der Zeichnung ist dies die Oberseite) ein Handgriff 41 zum manuellen Schalten des Schutzschalter-Schaltkontakts 25 zwischen seiner Ein- und seiner Aus-Stellung herausragt. In Fig. 3 sind die beiden Schaltkontakte 25 und 29 mit ihren Kontaktstücken 35 und 37 in der Schließstellung dargestellt, wobei der Stromkreis vom Netzanschluß 11 über einen Leiter 43, einen flexiblen Leiter 45, den unteren Schaltkontakt 29 mit dem Kontaktstück 37, den oberen Schaltkontakt 25 mit dem Kontaktstück 35, einen weiteren flexiblen Leiter 47, ein Bimetall 49 und einen Leiter 51 zum Lastanschluß 13 verläuft.

Der federbelastete, auslösbare Schaltmechanismus 27 ähnelt gleichartigen Mechanismen herkömmlicher Schaltgeräte, wie beispielsweise in der US-PS 4 030 060 beschrieben, so daß sich eine detailliertere Beschreibung erübrigt. Grundsätzlich handelt es sich bei dem Schaltmechanismus 27 um ein Kniehebel-Sprungwerk mit einem Metalljoch 53, einem freigebbaren Hebel 55, einem Kniehebel mit Kniehebelgliedern 57 und 59, die durch ein Kniegelenk 61 miteinander verbunden sind, und nicht dargestellten Spannfedern, die zwischen dem Gelenkzapfen 61 und dem oberen Teil des Joches 53 verlaufen. Das untere Kniehebelglied 59 ist gelenkig mit dem oberen Schaltkontakt 25 verbunden. Ein Anschlagstift 63 sperrt eine Bewegung des Joches 53 im Gegenuhrzeigersinn, wenn der Handgriff 41 in der Ein-Stellung steht.

Eine Auslöseeinrichtung 65 umfaßt ein Bimetall 49, eine drehbare gelagerte Auslösestange 69 mit einem Arm 67, und ein Sperrglied 71. Außerdem weist die Auslöseeinrichtung einen Magneten 73 und einen Anker 75 auf. Der Anker und das Bimetall 49 wirken mit dem Arm 67 zusammen, um die Auslösestange 69 zu drehen und dadurch das Sperrglied 71 aus seiner Sperrposition mit Bezug auf den freigebbaren Hebel 55 herauszubewegen. Der obere Schaltkontakt 25 wird entweder durch Freigabe des Hebels 55 oder durch manuelle Bewegung des Handgriffes 41 in die strichpunktiert eingezeichnete Öffnungsstellung in seine ebenfalls strichpunktiert angedeutete Offenstellung 25a bewegt. Während der Schaltkontakt 25 sich aus seiner Schließstellung in seine Offenstellung bewegt, bewegt er sich durch eine Lichtbogenlöscheinrichtung 77 zum Löschen eines zwischen den Kontaktstücken 35 und 37 etwa gezogenen elektrischen Lichtbogens hindurch.

Der untere Schaltkontakt 29 ist durch eine Schraubenfeder 79, die sich an der Rückwand 81 des Gehäuses 39 abstützt, in seine Schließstellung mit dem Schaltkontakt 29 vorgespannt.

Die beiden Schaltkontakte 25 und 29 verlaufen etwa parallel zueinander, so daß sich nach dem bekannten Prinzip bei starken Überströmen gegenseitig abstoßende Magnetfelder um die Schaltkontakte entwickeln, welche die Schaltkontakte schnell voneinander trennen und dadurch das Schaltgerät vor Schaden schützen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der untere Schaltkontakt 29 als um einen Drehzapfen 31 herum drehbaren doppelarmigen Hebel ausgebildet, dessen rückwärtiger Hebelarm als Kupplungsansatz 83 durch eine Öffnung 85 in der Rückwand 81 des Gehäuses 39 hindurchragt. Auf diese Weise ist der untere Schaltkontakt durch Betätigung seines Kupplungsansatzes 83 zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung beweglich, wozu der elektromagnetische Betätigungsantrieb 33 dient.

Das elektromagnetische Betätigungsorgan 33 weist eine Führung 87 und einen beweglichen Schlitten 89 auf, die beide in einem Gehäuse 91 untergebracht sind, das mittels durch Bohrungen eines Flansches 92 oder 93 hindurchgeführte Schrauben oder dgl. an der Rückwand des Gehäuses 39 befestigt ist. Die Führung 87 ist als U-artiges Bauteil mit Schenkeln 93 und 95 ausgebildet, welche zwei Führungsschienen 97 haltern. Diese Führung 87 trägt eine elektromagnetische Vorrichtung, nämlich einen Elektromagneten 101 mit einem Eisenkern 103, einer Wicklung 105 und einem Tauchkolben 107. Das außenliegende Ende des Tauchkolbens 107 weist zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten Ösen auf, zwischen denen ein Stift 109 verläuft, um den Tauchkolben mit zwei entsprechenden Ösen 111 (Fig. 4) des Schlittens 89 zu verbinden.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, trägt der Schlitten 89 ein Betätigungsorgan 113 zum Bewegen des unteren Schaltkontaktes 29 zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung. Dieses Betätigungsorgan 113 ist als vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material hergestellter Mitnehmer ausgebildet, der starr auf der Oberseite des Schlittens 89 befestigt ist. Dieser Mitnehmer 113 weist eine Aussparung 115 auf, in welcher ein Druckstück 117 gleitend verschiebbar ist, der mittels einer Schraubendruckfeder 119 gegen den rückwärtigen Hebelarm 83 des Schaltkontaktes 29 vorgespannt ist. Das dem Druckstück 117 gegenüberliegende Federende stützt sich an einem Stift 121 ab.

Wenn die Wicklung 105 beispielsweise von einer entfernten Stelle aus erregt wird, bewegt der Kolben 107 den Schlitten 89 nach links, bezogen auf die Fig. 3 und 4, so daß das Druckstück 117 den hinteren Hebelarm 83 mitnimmt und dadurch den Schaltkontakt 29 in seine Schließstellung bringt. Wird die Wicklung 105 entregt, bewegen die auf den Führungsschienen 97 angeordneten Schraubenfedern 123 den Schlitten nach rechts, wobei der Mitnehmer 113 den hinteren Hebelarm 83 nach rechts mitnimmt und dadurch den Schaltkontakt 29 entgegen der Feder 79 in seine Offenstellung bringt.

Der federbelastete Kolben 117 und die Feder 79 erbringen in der Schließstellung des Schaltkontakts 29 eine für einen niedrigen Übergangswiderstand ausreichende Kontaktkraft. Die auf das Druckstück 117 wirkende Feder 119 ergibt eine elastische Abstützung des Druckstück 117, die ein vollständiges Hineinziehen des Tauchkolbens 107 des Elektromagneten in die Wicklung 105 ermöglicht. Außerdem gibt die durch die Feder 119 bewirkte elastische Abstützung des Druckstücks 117 die Möglichkeit, im Falle hoher Überströme eine Kontaktöffnung unter der Wirkung der dann entstehenden elektromagnetischen Abstoßungskräfte entgegen der Kraft der Feder 119 herbeizuführen.

Die Anordnung des Elektromagneten 101 und der Federn 123 kann natürlich auch so umgekehrt werden, daß bei Erregung eine Kontaktöffnung anstatt eine Kontaktschließung herbeigeführt wird. In diesem Fall wirken die Federn 123 ebenso wie die Feder 79 in Kontaktschließrichtung. Außerdem kann das elektromagnetische Betätigungsorgan, wie in Fig. 4 dargestellt ist, auch für einen dreipoligen Schaltbetrieb ausgebildet sein.

Claims (3)

1. Elektrisches Schaltgerät mit zwei miteinander zusammenwirkenden Schaltkontakten (25, 29), wobei jedem der beiden Schaltkontakte ein gesonderter Betätigungsmechanismus (27, 33) zugeordnet ist, um die beiden Schaltkontakte jeweils unabhängig voneinander zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den einen Schaltkontakt (25) wirkende Betätigungsmechanismus ein handbetätigbarer Schaltmechanismus (27) ist, dem eine vom Schalterstrom durchflossene Überstromauslöseeinrichtung (65) zugeordnet ist, die beim Auftreten bestimmter Überstromzustände den Schaltmechanismus im Sinne der Einleitung einer Schaltkontaktöffnungsbewegung auslöst, und daß der auf den anderen Schaltkontakt (29) wirkende Betätigungsmechanismus ein elektromagnetischer Betätigungsantrieb (33) mit einem Schaltschlitten (89) ist, der über einen mit einer elektrisch erregbaren Wicklung (105) zusammenwirkenden Tauchkolben (107) antreibbar und mit dem anderen Schaltkontakt (29) gekoppelt ist.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkontakte (25, 29) miteinander eine Rückstromschleife bilden, in welcher bei Überströmen eine die Schaltkontakte auseinandertreibende elektromagnetische Abstoßungskraft erzeugt wird, und daß der genannte andere Schaltkontakt (29) über ein in Schließrichtung wirkendes federbelastetes (119) Druckstück (117) mit dem Schaltschlitten (89) gekuppelt ist.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkontakte (25, 29), der handbetätigbare Schaltmechanismus (27) und die Überstromauslöseeinrichtung (65) in einem Isoliergehäuse (39) untergebracht sind, aus welchem ein Kupplungsansatz (83) des anderen Schaltkontakts (29) durch eine Gehäuseöffnung (85) herausragt, und daß der elektromagnetische Betätigungsantrieb (33) zur Betätigung des anderen Schaltkontakts (29) an das Isoliergehäuse (39) angebaut ist.