DE3637913A1 - Strombegrenzendes elektrisches schaltgeraet - Google Patents

Description

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

In Schaltgeräten mit strombegrenzender Charakteristik werden möglichst kurze Ausschaltverzugszeiten (z.B. 2 ms oder weniger) gefordert. Diese Zeiten können mit den üblichen Schloßkonstruk­ tionen (Ein-/Ausschaltmechanismus, Schnellauslösevorrichtung mittels magnetischem Auslöser) aufgrund der zu beschleunigen­ den Massen und der zu durchfahrenden Hebelwege nicht erreicht werden.

Der Kurzschlußstrom selbst muß deshalb zur beschleunigten Öff­ nung der Schaltglieder beitragen (dynamische Öffnung). Die elektrodynamische Wirkung auf die Kontaktarme ist im allge­ meinen im Nennstrom- und Überlastbereich relativ klein, im Kurzschlußfall ergeben sich aber durch die quadratische Strom­ abhängigkeit nutzbare Kräfte. Problematisch sind Ströme, deren Amplitude zwar ein Abheben und eine geringe Öffnung der Kontakt­ stücke bewirken, aber für eine weitere Beschleunigung der Kon­ taktarmmassen zu klein sind. Hier kann es zum erneuten Schließen der Kontakte bzw. zu unerwünschten Prellvorgängen kommen.

Um dieses zu verhindern, sind Konstruktionen bekannt, die mit so­ genannten "Übertotpunktfedern" arbeiten. Im eingeschalteten Zu­ stand der Kontakte wirkt eine Kraftkomponente der Feder zusätz­ lich zur Kontaktkraft und verhindert vorzeitiges dynamisches Abheben in kritischen Bereichen. Beim Öffnen ergibt sich durch Änderung der Federlage (Übertotpunkt) eine Kraftkomponente, welche die Kontakte in Richtung Offenstellung beschleunigt. Ein derartiges Schaltgerät ist beispielsweise aus der US-PS 45 28 531 bekannt.

Weiterhin sind Verklinkungen in der Offenstellung bzw. in der statischen Anschlagstellung bekannt (vgl. Druckschrift der Fa. Square D. "I-Limiter, Current limiting Circuit Breakers" September 1985). Bei einem mechanischen "Fangmechanismus" in der Endstellung wird im allgemeinen ein Hebel durch den Anschlag des beweglichen Kontakt­ armes betätigt. Dieser umschließt den Kontaktarm und hält ihn in der Endstellung fest. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist es, daß vor einer erneuten Einschaltung die Fangeinrichtung ge­ löst werden muß, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schaltgerät der eingangs er­ wähnten Art derart zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln eine Arretierung des beweglichen Schaltkontaktarmes nach einer dyna­ mischen Öffnung und die Aufhebung der Arretierung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 an­ gegebenen Merkmale gelöst.

Die besonderen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß mit relativ wenigen Konstruktionsteilen die zusätzliche Schalt­ funktion integriert werden kann, und die Lichtbogenlöschung bei erhöhter Sicherheit für das Schaltsystem und die nachge­ ordneten und zu schützenden Elemente verbessert wird. Der Schloßauslösemechanismus kann einfacher gestaltet werden, da dessen mechanische Verzugszeit nicht mehr kritisch für das Ausschaltverhalten ist. Je nach Schaltgerätetyp und Stromstärke kann ein Mindestkontaktabstand eingestellt werden, bei dem es frühestens zur Offenhaltung nach dem dynamischen Abheben kommt. Die Erfindung zeigt eine Alternative zu bisherigen Lösungen, bei denen Übertotpunktfedern im wesentlichen nur polare Kon­ taktarmpositionen zulassen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 eine Kontakteinrichtung in drei Schaltstellungen mit einer Verzahnung am beweglichen Kontaktarm und einer Feder im Gehäuseboden,

Fig. 2 die Kontakteinrichtung mit einer Auflauffläche am Kon­ taktarm und einer Reibrolle am Gehäuseboden, ebenfalls in drei Schaltstellungen,

Fig. 3 eine Verzahnung in einer Gehäusewand, die mit einem Bolzen im Kontaktarm zusammenwirkt,

Fig. 4 eine Schaltwelle mit Verzahnung, in die eine federbe­ lastete Rolle im Kontaktarm eingreift, und

Fig. 5 eine Variante mit Nocken in gegenüberliegenden Gehäuse­ wandungen, die mit einem Nocken am Kontaktarm zusammen­ wirken.

Gemäß Fig. 1a befindet sich der Schalter in der Schaltstellung "Ein". Das Kontaktstück 1 am beweglichen Kontaktarm 2 liegt auf dem festen Kontaktstück 3, das auf einer schleifenförmigen Strom­ zuführung 4 angeordnet ist. Das Schaltschloß 5 ist in verriegel­ ter Stellung. Durch die Hebelmechanik und eine Feder 6 ist eine bestimmte Kontaktkraft vorgegeben. An einem Teil des Kontakt­ armes 2 ist eine Verzahnung 7 angebracht, die mit einer im Gehäuseboden angeordneten Feder 8 zusammenwirkt. Am Kontakt­ arm 2 sind der untere Kniegelenkhebel 9 des Schaltschlosses 5 und die Schaltwelle 10 über einen Hebel 11 mittels eines Bolzens 12 angelenkt. Bei einem hohen Kurzschlußstrom wird der bewegliche Kontaktarm 2 entgegen der Kraft der Feder 6 durch Stromengekräfte und die Kräfte, die durch die schleifenförmige Gestaltung der Stromzuführung entstehen, abgestoßen und dreht um eine Achse A (Bolzen 12) auf einer Kreisbahn a (Fig. 1b Schalter dynamisch geöffnet). Ist die Abstoßungskraft insgesamt so stark, daß die Feder 8 zumindest in die erste Verzahnung 7 einrastet, ist ein erneutes Schließen bzw. Zurückprallen der Kontakte nicht mehr möglich. Der Lichtbogen zwischen den Kon­ taktstücken muß schnellstens von diesen auf Laufschienen oder direkt in ein Löschsystem kommutieren. Das inzwischen entrie­ gelte Schaltschloß 5 wirkt kurze Zeit später auf den Kontakt­ arm 2 und hebt diesen auf einen anderen Weg b um den Drehpunkt B, wobei die Verrastung aufgehoben wird. Der Arm wird auf dem Weg b bis zur Endposition geführt (Fig. 1c Schalter offen).

In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird eine kontinuierliche Hemmung dadurch erreicht, daß der Kontaktarm 2 statt einer Verzahnung wie im Beispiel nach Fig. 1 einen mit einem Radius r abgerundeten Teil 13 aufweist, der mit einer mit einer Feder 14 belasteten Reibrolle 15 im Gehäuseboden zusammenwirkt. In Richtung des Pfeiles 16 kann der Kontaktarm 2 entlang der Rolle 15 bewegt werden. In der Gegenrichtung (Schließen der Kontakte) verkeilt die Rolle 15 den Kontaktarm 2 mit dem Gehäuseboden. Die Hemmung wird wieder aufgehoben, wenn das mechanische Schaltschloß 5 vom Weg a mit dem Drehpunkt A auf den Weg b mit dem Drehpunkt B hebt und in Richtung Ausschaltstellung, Fig. 2c bewegt. Die Fig. 2b zeigt die dynamische Offenstellung, in der der Kontaktarm 2 durch die Reibrolle 15 am Rücklauf gehindert wird.

Die Variante nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungs­ form nach Fig. 1 prinzipiell dadurch, daß die Nocken 17 zur Ver­ klinkung bzw. Verrastung Teil einer Gehäuse- oder Schottwand 18 sind oder als besonderes Bauteil in diese eingefügt werden kön­ nen. Das Gegenstück für die Nocken 17 kann ein Bolzen 19 im Kontaktarm 2 sein. Bei einer dynamischen Öffnung der Kontakt­ stücke wird der Kontaktarm 2 um die Achse A auf einer Kreis­ bahn a bewegt und in einer durch die elektrodynamischen Kräfte und die Kraft der Feder 6 bestimmten Stellung verrastet. Die Nockenreihe 17 ist so gestaltet, daß sie in ihrem Radius der Kreisbahn a entspricht. Die Verrastung wird wieder durch die nachfolgende Drehung der Schaltwelle 10 (Achse B mit der Kreis­ bahn b) aufgehoben.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante dargestellt, die in ein­ facher Weise die Funktionen entsprechend Fig. 1 bzw. Fig. 2 realisiert. Die Feder 6 wirkt einerseits als "Übertotpunkt­ feder" und drückt andererseits eine Rolle 20, welche in einem Langloch 21 des beweglichen Kontaktarmes 2 geführt wird, gegen die Nocken 22 an der Schaltwelle 10. Die Verrastung beim dy­ namischen Öffnen geschieht wie in den vorherigen Beispielen. Die Aufhebung der Verrastung tritt ein, wenn das Schaltschloß 5 den Kontaktarm 2 bis zur Anschlagstellung 23 bewegt hat und anschließend die Schaltwelle 10 weiterdreht. Die Rolle 20 be­ wegt sich bis zur Anfangsstellung und dem dortigen Anschlag zurück.

Eine andere Lösung des Problems ist in Fig. 5 dargestellt. Da­ nach sind Nocken 24 in gegenüberliegenden Gehäusewandungen 25 angebracht. Eine Beschränkung auf bestimmte Radien ist nicht erforderlich. Die Verrastung geschieht durch einen elastischen Nocken 26 am beweglichen Kontaktarm 2. Die Kraft in Öffnungs­ richtung bewirkt ein "Überratschen" der Nocken bis zum Still­ stand des Kontaktarmes 2. Die Bewegung des Armes zurück oder auch in volle Offenstellung des Schaltgerätes erfordert min­ destens eine Kraft F zur Überwindung weiterer Nocken. Diese Kraft muß vom entriegelten Schaltschloß zur Öffnung, bzw. von der mechanischen oder elektrischen Betätigungseinheit (Feder­ speicher, Spule/Anker, motorischen Antrieb, manuelle Bedienungs­ einrichtung) aufgebracht werden.

Claims (13)

1. Elektrisches Schaltgerät mit zwei Kontaktstücken je Polbahn, von denen mindestens eines an einem beweglichen Schaltkontaktarm gela­ gert ist, der sowohl durch mechanische Betätigung als auch durch elektrodynamische Öffnungskräfte bewegt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Schaltkontaktarm (2) während oder nach einer dynamischen Öffnung um einen ersten Drehpunkt (A) schwenkber und in jeder Zwischenposition verriegelber ist, und den die Verriegelung bei Auslösung durch des Schaltschloß (5) über einen zweiten Drehpunkt (B) aufhebbar ist, wodurch der Schaltkontaktarm (2) in die normale Offenstellung gelangt.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des beweglichen Schaltkontaktarmes (2) mit Nuten, Verzah­ nungen o.ä. (7) versehen ist, die mit einem entsprechend ausge­ bildeten Gegenstück (8) ein Einrasten oder Verklinken des Schalt­ kontaktarmes in beliebigen Positionen gestatten.

3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten, Verzahnungen o.ä. (7) im Schaltkontaktarm (2) mit einer Feder (8) im Gehäuseboden zusammenwirken.

4. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verriegelung des Schaltkontaktarmes (2) Vertiefungen oder Verformungen (17) in einer Gehäuse- oder Schottwand (18) vor­ gesehen sind, die mit einem Gegenstück (19) im Schaltkontakt­ arm (2) zusammenwirken.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungen oder Vertiefungen in in die Gehäuse- oder Schottwand (18) einfügbaren Einsätzen vorgesehen sind.

6. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenstück für die Verriegelung ein im Schaltkontaktarm (2) eingesetzter Bolzen (19) dient.

7. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung des Schaltkontaktarmes (2) in jeder Zwischen­ position durch einen Reibrollenmechanismus bewirkt wird.

8. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine federbelastete Reibrolle (14, 15) im Gehäuseboden vorge­ sehen ist, die mit einer Auflauffläche (13) des beweglichen Schaltkontaktarmes (2) zusammenwirkt.

9. Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Gestaltung der Auflauffläche (13) jede beliebige An­ fangsposition realisierbar ist.

10. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen oder Verformungen (22) in eine Fläche der Schaltwelle (10) eingearbeitet sind, die mit einem federbelaste­ ten, in einem Langloch (21) im Schaltkontaktarm (2) geführten Bolzen (20) zusammenwirken.

11. Schaltgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Bolzen (20) belastende Feder (8) zugleich zur Einstel­ lung der Kontaktkraft dient, in dem sie im eingeschalteten Zustand des Schalters in Richtung des Gegenkontaktstückes und bei der Aus­ schaltung über einen Totpunkt hinweg den Schaltkontaktarm (2) zu­ sätzlich in Öffnungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt.

12. Elektrisches Schaltgerät mit zwei Kontaktstücken, von denen mindestens eines an einem beweglichen Schaltkontaktarm gelagert ist, der sowohl durch mechanische Betätigung als auch durch elektrodynamische Öffnungskräfte bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Schaltkontaktarm (2) mit einem elastischen Nocken (26) versehen ist, der mit an beiden Gehäuseinnenwandungen (25) angeordneten Nocken (24) derart zu­ sammenwirkt, daß bei der dynamischen Öffnung des Schaltkontakt­ armes (2) dessen elastischer Nocken (26) die festen Gegennocken (24) bis zum Stillstand überläuft, wobei die zur Bewegung des Schaltkontaktarmes (2) in die normale Offenstellung bzw. in die Einschaltstellung erforderliche Kraft (F) zur Überwindung der Nockenreibkraft von der mechanischen oder elektrischen Betäti­ gungseinheit des Schalters aufzubringen ist.

13. Elektrisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgerät auch ein Vorkontaktsystem sein kann.