DE3637913A1 - Strombegrenzendes elektrisches schaltgeraet - Google Patents
Strombegrenzendes elektrisches schaltgeraetInfo
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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.
Priority Applications (4)
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