DE3611338C2 - Elektrisches Schaltgerät für Schaltanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei handelt es sich um ein Schaltgerät, das sowohl die Funktion eines überstrombegren­ zenden Schutzschalters als auch die Funktion eines Last­ schalters wahrnimmt.

Aus der US-PS 4 001 743 (DE-AS 25 04 594) ist ein Schutz­ schalter mit Isoliergehäuse bekannt, der nur eine geringe Größe hat, aber trotzdem auch zum Abschalten hoher Überströme in der Lage ist, was auf seiner hohen Abschaltgeschwindigkeit beruht. Allerdings handelt es sich dabei eben um einen reinen Schutzschalter, der nicht als Lastschalter konzipiert ist.

Die Tendenz zu automatischer Schaltsteuerung erfordert Systeme, die außer der Leitungsschutzfunktion auch normale Schaltfunktionen zum wahlweisen Ein- und Ausschalten von Stromkreisen durch ferngesteuerte Betätigung von zugeordneten Steuerorganen ermöglichen. Dabei ist es wünschenswert, diese Funktionen in einem einzigen Gerät zu realisieren.

Ein Schaltgerät der eingangs genannten Gattung geht aus der DE-OS 30 01 077 hervor, wobei es sich um einen Trennschalter handelt. Bei diesem bekannten Schaltgerät ist die fernge­ steuert umschaltbare elektromagnetische Betätigungseinrich­ tung als Solenoid mit direkt mit dem beweglichen Schaltkon­ taktarm verbundenem Tauchkolben ausgebildet. Eine solche Anordnung läßt sich nur schwer in kompakter Konfiguration in einem möglichst kleinen Gehäuse unterbringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schaltgerät, das die Funktionen eines Schutzschalters und eines Lastschalters gleichzeitig ausführt, im Hinblick auf eine möglichst kompakte und raumsparende Anordnung zur Unter­ bringung in einem möglichst kleinen Gehäuse auszubilden.

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

Durch diese Konstruktion kann die elektromagnetische Betäti­ gungseinrichtung des Schaltgeräts in einem Raum zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung und einem hinteren Wandteil des Schaltgerätegehäuses angeordnet werden, derart, daß die Längsachse des Tauchens etwa parallel zu dem hinteren Wand­ teil verläuft, während der bewegliche Schaltkontakt und der diesen mit dem Tauchkern der Betätigungseinrichtung verbin­ dende Hebel etwa in Vorwärts-Rückwärtsrichtung im Gehäuse verlaufen kann, was eine kompakte Konstruktion ergibt.

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

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Schaltgerät nach der Erfindung in der Kontaktschließstellung; und

Fig. 2 eine ähnliche Schnittdarstellung des Schaltgeräts in der Kontakt­ öffnungsstellung.

Das in den Zeichnungen dargestellte, allgemein mit 11 bezeichnete Schaltgerät weist ein Gehäuse 13 und einen darin untergebrachten Schaltmechanismus 15 und mit einem fest­ stehenden Schaltkontakt 17 und einem beweglichen Schalt­ kontakt 19 auf. Weiter weist das Schaltgerät 11 Betätigungs­ organe, nämlich einen manuell betätigbaren Handgriff 21, eine elektromagnetische Auslöseeinrichtung 23, eine thermische Auslöseeinrichtung in Form eines Bimetall­ elements 26, und eine Lichtbogenlöscheinrichtung 27 mit einem Stapel magnetisierbarer Platten 89 zum Löschen von zwischen den Schaltkontakten 17 und 19 bei deren Trennung gezogenen Lichtbogen auf.

Das Gehäuse 13 ist aus geeignetem Isolierwerkstoff hergestellt, beispielsweise aus Epoxyharz, und besteht aus einem Sockelteil 31 und einem nicht dargestellten, daran mittels Schrauben oder Nieten oder anderweitig befestigten Deckel. Im Sockelteil 31 sind ein Netzanschluß 35, der in einer Öffnung 36 am einen Gehäuseende sitzt, und ein Last­ anschluß 37 befestigt, der am entgegengesetzten Gehäuseende sitzt.

Der Schaltmechanismus 15 umfaßt einen Freigabe­ mechanismus 39 mit einem Betätigungshebel 43 und einem Lösehebel 45, die beide drehbar auf einem Stift 47 gelagert sind. Der Lösehebel 45 greift in eine Aussparung des Betätigungshebels 43 ein und ist mittels einer Torsions­ feder 49 im Uhrzeigersinn vorgespannt. Ein Drahtbügel 51 verbindet den Lösehebel 45 mit dem Betätigungshandgriff 21.

Der bewegliche Schaltkontakt 19 ist als längliches Bauteil ausgebildet und mit seinem unteren Ende in einer den Dreh­ punkt 41 bildenden Öffnung drehbar eingesetzt, die in einer Lichtbogen­ führungsschiene 85 gebildet ist. Das obere Ende des beweglichen Schaltkontakts 19 ist über einen flexiblen Leiter 50 mit dem oberen Ende des Bimetallelements 26 verbunden, der seinerseits mit seinem unteren Ende an einem zum Lastanschluß 37 verlaufenden Leiterstreifen befestigt ist. Auf den beweglichen Schaltkontakt 19 wirkt eine Sprungfederanordnung 53, die einen Federführungs­ bügel 57, der bei 59 am beweglichen Schaltkontakt 19 angelenkt und an seinem oberen Ende durch einen Teil 103 des Betätigungshebels 43 gehaltert ist, und eine Schrauben­ feder 55 umfaßt, die zwischen dem Teil 103 des Betätigungs­ hebels 43 und einer Schulter bzw. einem Stift 105 des Führungsbügels 57 teilweise zusammengedrückt gehalten wird. Die Federanordnung 53 wirkt als Sprungwerk zur Bewegung des beweglichen Schaltkontakts 19 zwischen seiner Schließ­ stellung (Fig. 1) und seiner Offenstellung (Fig. 2).

Das Bimetallelement 26 ist über eine Kuppelstange 63 derart mit dem Lösehebel 45 wirkungsmäßig verbunden, daß, wenn ein über das Bimetallelement fließender Überstrom seine Ausbiegung im Uhrzeigersinn bewirkt, das Bimetall­ element die Kuppelstange 63 nach rechts bewegt und dadurch den Lösehebel 45 im Gegenuhrzeigersinn um den Stift 47 schwenkt, wodurch der Lösehebel den Drahtbügel 51 freigibt und damit auch der Betätigungshebel 43 freigesetzt und der Wirkung der Feder 55 ausgesetzt wird, die folglich den Betätigungshebel 43 im Gegenuhrzeigersinn schwenkt, wodurch sein unteres Ende 67 gegen den beweglichen Schalt­ kontakt 19 schlägt und diesen vom feststehenden Schalt­ kontakt 17 weg in seine Offenstellung bewegt. Während dieser Bewegung des beweglichen Schaltkontaktes 19, die aufhört, wenn der Betätigungshebel 43 gegen einen Anschlag 71 im Gehäusesockel 31 schlägt, bewegt sich die Sprungfederanordnung 53 mit dem Kniegelenk 59 über ihre Neutralstellung hinüber und hält demzufolge danach den beweglichen Schaltkontakt wiederum unter Vorspannung in seiner Offenstellung, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

Eine mit dem Drahtbügel 51 verbundene Feder 73 bewirkt, daß der Drahtbügel der Bewegung des Lösehebels 45 im Gegen­ uhrzeigersinn folgt und dadurch den Handgriff 21 im Uhr­ zeigersinn in seine Aus-Stellung (Fig. 2) schwenkt, um anzuzeigen, daß eine Schutzschalterauslösung des Schalt­ geräts stattgefunden hat. Das Schaltgerät arbeitet mit Freiauslösung, d. h. das Auslösen in die Offenstellung erfolgt auch dann ungehindert, wenn der Handgriff 21 in seiner Ein-Stellung (Fig. 1) festgehalten wird, während der Betätigungshebel 43 für eine Schwenkung im Gegen­ uhrzeigersinn unter der Einwirkung der Feder 55 freige­ geben wird. In diesem Fall kann der entriegelte Draht­ bügel 51 einfach auf die obere Kantenfläche 69 des Betätigungshebels 43 aufgleiten, so daß der Betätigungs­ hebel 43 ungehindert im Gegenuhrzeigersinn schwenken kann, und wenn der Handgriff 21 dann losgelassen wird, wird er unter der Wirkung der Feder 73, die eine Zugkraft auf den Drahtbügel 51 ausübt, in seine in Fig. 2 gezeigte Aus-Stellung zurückgestellt.

Die elektromagnetische Auslöseeinrichtung 23 besteht aus einer Spule 75 und einem Anker 77, die beide in einem im Gehäusesockel 13 montierten Rahmen 79 gehaltert sind. Fließt ein Fehlerstrom oder ein Kurzschlußstrom aber das Schaltgerät, d. h. von dessen Netzanschluß 35 über einen Leiter 29, die Spule 75, einen den feststehenden Kontakt 17 enthaltenden Leiter 81, den beweglichen Schaltkontakt 19, den flexiblen Leiter 51, und das Bimetallelement 26 zum Lastanschluß 37, steigt die Erregung der Spule 75 scharf an und der Anker 77 wird augenblicklich gegen den Löse­ hebel 45 vorgeschleudert, der dadurch im Gegenuhrzeiger­ sinn geschwenkt wird und infolgedessen einen Kontakt­ öffnungsvorgang auslöst, der in der oben schon im Zusammen­ hang mit einer thermischen Auslösebetätigung des Auslöse­ hebels durch Ausbiegung des Bimetallelements 26 beschrie­ benen Weise abläuft.

Bei einer Trennung der Schaltkontakte 17 und 19 unter Last wird ein elektrischer Lichtbogen 83 (Fig. 2) zwischen ihnen gezogen, der dann schnell von seinem Entstehungs­ bereich zwischen den sich trennenden Schaltkontakten zur Lichtbogenlöscheinrichtung 27 und in diese hinein wandert. Dabei wird der Lichtbogen gestreckt und zwischen der unteren Lichtbogenleitschiene 85 und einer oberen Lichtbogenleit­ schiene 87 verlängert, wie bei 83a, 83b und 83c dargestellt ist, so daß die Lichtbogenspannung steil ansteigt und der zu unterbrechende Überstrom wirksam begrenzt wird.

Das bis hierher beschriebene Schaltgerät 11 entspricht im wesentlichen demjenigen nach der eingangs erwähnten US-PS 4 001 743.

Gemäß der Erfindung ist das Schaltgerät 11 außerdem mit einer Schalteinrichtung ausgestattet, die es zusätzlich zur Schutzschalterfunktion für eine normale Schaltfunktion geeignet macht. Genauer gesagt: das Schaltgerät 11 ist mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung in Form eines Elektromagneten 25 ausgestattet, der eine Erregerspule 93 und einen darin beweglichen Tauchkern 95 aufweist. Der Elektromagnet 25 ist im Gehäuse 13 unter­ gebracht, und zwar in einem Raum, der zwischen der Licht­ bogenlöscheinrichtung 27 und der rückwärtigen Gehäusewand gebildet ist, wobei die Längsachse des Tauchkerns 95 etwa parallel zur hinteren Gehäusewand verläuft. Der Tauchkern 95 ist über einen Hebel 96 und ein Kuppelglied 61 wirkungsmäßig mit dem beweglichen Schaltkontakt 19 verbunden. Der Hebel 96, der etwa in Vorwärts-Rückwärts-Richtung mit Bezug auf das Gehäuse 13 angeordnet und auf einem Gelenk­ stift 115 drehbar gelagert ist, ist mit einem unteren Ende gelenkig mit dem Tauchkern 95 verbunden, während sein oberes Ende an dem Kuppelglied 61 angelenkt ist, das seinerseits gelenkig mit dem beweglichen Schaltkontakt 19 verbunden ist, nämlich mit dem Kniegelenk 59, das zwischen dem beweglichen Schaltkontakt 19 und der Sprungfeder­ anordnung 53 gebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel ist der Tauchkern im Ruhezustand, also bei nicht erregter Spule 93, mittels einer Zugfeder 97 in Kontakt­ schließrichtung vorgespannt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Bei Erregung der Spule 93, die beispielsweise ferngesteuert erfolgt, wird der Tauchkern 95 in die Spule 93 tiefer hineingezogen, wodurch der Hebel 96 entgegen der Vor­ spannung der Feder 97 im Uhrzeigersinn um seinen Gelenk­ stift 115 geschwenkt wird und über das Kuppelglied 61 den beweglichen Schaltkontakt 19 vom feststehenden Schalt­ kontakt 17 wegbewegt (siehe Fig. 2). Bei dieser Bewegung des beweglichen Schaltkontakts 19 in seine Offenstellung durchläuft die Sprungfederanordnung 53 ihre Neutralstellung in Richtung nach rechts (in der Neutralstellung verläuft die Wirkungslinie der Feder 55 durch den Drehpunkt 41 des beweglichen Schaltkontakts 19 und gleichzeitig durch das Kniegelenk 59), so daß sich das Kniegelenk 59 dann rechts von einer zwischen dem Drehpunkt 41 des beweglichen Schaltkontakts 19 und der Gelenkverbindung der Sprung­ federanordnung 53 mit dem Betätigungshebel 43 verlaufenden Linie liegt.

Während die Spule 93 erregt ist, verhindert der zurückgezogene Tauchkern 95 eine Schwenkung des Hebels 96 im Uhrzeigersinn und sperrt demzufolge eine Bewegung des beweglichen Schaltkontakts 19 in Schließrichtung selbst dann, wenn versucht werden sollte, durch manuelles Betätigen des Handgriffs 21 aus seiner Aus-Stellung (Fig. 2) im Gegenuhrzeigersinn in seine Ein-Stellung (Fig. 1) die Schaltkontakte zu schließen. Ein solcher Versuch hätte lediglich zur Folge, daß der Betätigungshebel 43 im Uhrzeigersinn geschwenkt und dadurch die Feder 55 der Sprungfederanordnung 53 stärker zusammengedrückt würde, was aber aus den oben angegebenen Gründen trotzdem nicht zu einer Kontaktschließung führen kann.

Bei Entregung der Erregerspule 93 wird der Tauch­ kern 95 durch die Zugfeder 97 wieder in seine Ruhestellung (Fig. 1) zurückgeholt, wodurch der Hebel 96 im Gegenuhr­ zeigersinn geschwenkt und der bewegliche Schaltkontakt 19 folglich wieder in seine Kontaktschließstellung bewegt wird. Während dieser Bewegung des beweglichen Schalt­ kontakts 96 in Schließrichtung bewegt sich die aus dem beweglichen Schaltkontakt und der Sprungfederanordnung 53 bestehende Kniehebelanordnung in Schließrichtung über ihre Neutralstellung hinüber. Mit der Kniehebelanordnung wirkt ein im Gehäuse 13 gebildeter Vorsprung 101 als Anschlag zusammen, der den Weg der Sprungfederanordnung 53 in Kontaktöffnungsrichtung begrenzt. Wenn sich der Tauch­ kern 95 in seiner Ruhestellung gemäß Fig. 1 befindet (entspricht der Kontaktschließstellung), ist der Hebel 96 unabhängig vom Tauchkern 95 schwenkbar, um ein Öffnen und Schließen des beweglichen Schaltkontakts 19 durch manuelle Betätigung des Handgriffs 21 und auch ein Öffnen der Schaltkontakte durch Ansprechen des Bimetall­ elements 26 oder der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung 23 auf einem Überstrom zu ermöglichen. Zum Zwecke dieser freien Bewegbarkeit des Hebels 96 ist die Verbindung zwischen dem Tauchkern 95 und dem am Hebel 96 angeordneten Gelenkstift durch ein ausreichend langes Langloch 99 gebildet.

Schließlich weist das Schaltgerät eine Anzeige­ einrichtung zur Herstellung einer Sichtanzeige darüber auf, ob die Schaltkontakte geöffnet oder geschlossen sind. Die Anzeigeeinrichtung weist ein längliches, hebel­ artiges Anzeigeelement 109 auf, das mit seinem einen Ende bei 113 (Fig. 2) mit dem Gelenkstift 115 des Hebels 96 verkeilt und zusammen mit dem Hebel 96 bewegbar ist und an seinem anderen Ende eine Fahne 107 trägt, die sich im Bereich einer in einem Frontwandteil des Gehäuses 13 gebildeten Sichtöffnung 111 befindet. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß das Anzeigeelement 109 bei einem Kontaktöffnungsvorgang so bewegt wird, daß die Fahne 107 sichtbar unter die Sichtöffnung 111 zu liegen kommt (Fig. 2), und daß das Anzeigeelement 109 bei einem Kontakt­ schließvorgang so bewegt wird, daß die Fahne 107 unter der Sichtöffnung 111 wegbewegt wird und unsichtbar ist (Fig. 1).

Claims (9)

1. Elektrisches Schaltgerät für Schaltanlagen, mit

• - einem Isoliergehäuse (13),
• - einem darin angeordneten feststehenden Schaltkontakt (17),
• - einem zwischen einer Offenstellung und einer Schließstel­ lung schwenkbaren beweglichen länglichen Schaltkontakt (19),
• - einem Schaltmechanismus (15) zum Öffnen und Schließen des beweglichen Schaltkontakts,
• - mindestens einer auf Überströme ansprechende Auslöseein­ richtung (23) zum automatischen Einleiten der Kontaktöffnung,
• - einer Lichtbogenlöscheinrichtung (27),
• - einer ferngesteuert zwischen einem erregten Zustand und einem entregten Zustand umschaltbaren elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (25) mit einem Tauchkern (95), der zwischen einer dem entregten Zustand entsprechenden Ruhe­ stellung und einer dem erregten Zustand entsprechenden Ar­ beitsstellung verschiebbar ist,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Tauchkern (95) mit einem drehbar gelagerten Hebel (96) und dieser mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) gekuppelt ist,
• - und der Tauchkern (95) derart mit dem Hebel (96) gekuppelt ist, daß der Hebel bei in der Ruhestellung befindlichem Tauchkern frei zwischen seinen der Kontaktöffnungsstellung und der Kontaktschließstellung entsprechenden Stellungen bewegbar ist, daß er aber bei in der Arbeitsstellung befind­ lichem Tauchkern zwangsweise in seiner der Kontaktöffnungs­ stellung entsprechenden Stellung gehalten wird.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung (25) zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung (27) und dem rückwärtigen Wandteil des Isoliergehäuses (13) derart angeordnet ist, daß die Längsachse des Tauchkerns (95) etwa parallel zur rückwärtigen Gehäusewand verläuft, und daß der den Tauchkern mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) kuppelnde Hebel (96) etwa in Vorwärts-Rückwärts-Richtung im Gehäuse angeordnet ist.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (96) über einen in einem Langloch (99) verschiebbaren Gelenkstift gelenkig mit dem Tauchkern (95) verbunden ist.

4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkern (95) durch eine Feder (97) in seine Ruhestellung vorgespannt ist und bei Erregung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (25) magnetisch in seine Arbeitsstellung gezogen wird.

5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmechanismus (15) einen schwenkbar gelagerten Betätigungshebel (43), und eine zwischen dem Betätigungshebel und dem beweglichen Schaltkontakt (19) angeordnete und den Betätigungshebel in Kontaktöffnungsrichtung vorspannende Sprungfederanordnung (53) aufweist, und daß die Sprungfederanordnung (53) zusammen mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) eine Kniehebelanordnung bildet und mit diesem durch ein Kniegelenk (59) verbunden ist, wobei diese Kniegelenkanordnung beim Umschalten des beweglichen Schaltkontakts zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung jeweils durch ihre Neutralstellung hindurchbewegt wird.

6. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (96) über ein Kuppelglied (61) mit dem beweglichen Schaltkontakt (19) verbunden ist, wobei das Kuppelglied (61) mit dem Kniegelenk (59) der Kniehebelanordnung verbunden ist.

7. Schaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse ein Anschlag (101) gebildet ist, der mit der Sprungfederanordnung (53) zusammenwirkt und den Bewegungsweg der Kniehebelanordnung in Kontaktöffnungsrichtung begrenzt.

8. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Gehäuse (13) in seinem Frontwandbereich eine Sichtöffnung (111) aufweist und ein Anzeigeelement (109) vorgesehen ist, das bei einem Umschalten des beweglichen Schaltkontakts (19) zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung betätigt wird und eine durch die Sichtöffnung (111) wahrnehmbare Sichtanzeige der jeweiligen Schaltstellung des beweglichen Schaltkontakts liefert.

9. Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (109) ein längliches Bauteil mit einer an seinem freien Ende angeordneten Fahne (107) ist, das mit seinem anderen Ende mit dem Hebel (96) verbunden und mit diesem zusammen bewegbar ist, derart, daß in der einen Schaltstellung des beweglichen Schaltkontakts die Fahne (107) durch die Sichtöffnung (111) hindurch sichtbar und in der anderen Schaltstellung die Fahne nicht sichtbar ist.