DE3726675A1 - Elektrisches installationsschaltgeraet, insbesondere leitungsschutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Installations­ schaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, mit zwei eine Kontaktstelle bildenden Kontaktstücken, mit einem thermischen und/oder elektromagnetischen Auslöser, die auf die Kontaktstelle zu deren Öffnung einwirken.

Ein Schaltgerät, bei dem die Kontaktstücke der Kontakt­ stelle an bewegbaren Kontakthebeln angeformt sind, ist aus der DE-AS 10 40 647 bekanntgeworden. Die Kontakthe­ bel sind dabei in einer Öffnung im Gehäuse geführt und werden zur Trennung der Kontaktstücke linear verschoben.

Aus der DE-AS 14 13 972 ist ein Selbstschalter bekannt­ geworden, der ein bewegliches Kontaktstück, das an einem drehbar aufgelagerten Kontakthebel angeformt ist und ein weiteres Kontaktstück, welch letzteres als sogenannter Lamellenkontakt bezeichnet ist, aufweist. Die Konstruk­ tion hier ist recht aufwendig, so daß sie sich im Prin­ zip für Leitungsschutzschalter nicht durchgesetzt hat.

Bei allen diesen bekannten Einrichtungen ist es nicht oder nur unvollkommen möglich, die Kontaktstücke bei Kurzschluß aufzuschlagen und damit beschleunigt zu öff­ nen.

Ein weiteres Problem der bekannten Schaltgeräte liegt darin, daß das oft nicht vermeidbare Verschweißen der Kontaktstücke dazu führt, daß die Kontaktstücke bei ei­ nem Kurzschluß- oder Überlastungsstrom-Fall nicht mehr geöffnet werden können. Was dieses für Folgen hat, braucht hier nicht mehr erläutert zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Kontaktstücke auch bei Verschweißen leicht geöffnet werden können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, das Abkommutieren der Lichtbogenfußpunkte von den unmittelbaren Kontakt­ stellen zu beschleunigen und damit ein schnelles Ein­ laufen des Lichtbogens in das Lichtbogenlöschsystem zur Erhöhung der Kurzschlußstrombegrenzung und des Schalt­ vermögens zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Kontaktstücke an je einem drehbar gelagerten Kontakthebel befestigt sind, daß die Längen der Kontakt­ hebel einander gleich sind und ihre Drehachsen parallel zueinander angeordnet sind.

Demgemäß bewegen sich die Kontaktstücke beim Öffnen infolge Beaufschlagung durch den Auslöser bzw. durch dessen Schlaganker jeweils auf Kreisbahnen auseinander.

Durch die erfindungsgemäße Zuordnung von Auslösespule bzw. der Spule des Schlagankersystems zu den beweglichen Kontakthebeln wird zum einen eine optimale magnetische Beblasung des Lichtbogens erreicht, weil die Spule senkrecht zum Lichtbogen angeordnet ist. Durch Verwen­ dung einer luftgeschlossenen Spule im Kontaktbereich läßt sich dort die magnetische Beblasung des Lichtbogens weiter optimieren. Daneben erfolgt in bekannter Weise bei einem Kurzschluß eine Aktivierung des Auslösers des Selbstschalters, welcher das Schaltwerk entklinkt und so indirekt die Kontaktstücke betätigt; vielmehr wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Kontaktstelle unmittelbar durch den Schlaganker aufgeschlagen und so gleichzeitig die strombegrenzende Wirkung der erfin­ dungsgemäßen Anordnung unterstützt.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestal­ tung ist darin zu sehen, daß beim Öffnen der Kontakt­ stelle die Kontaktstücke sich synchron voneinander ent­ fernen, um in die Schaltposition "offen" zu gelangen. Hierdurch verringert sich der Zeitbedarf für den Öff­ nungsvorgang erheblich. Ferner hat man so die Möglich­ keit, die Kontaktanordnung wesentlich kompakter zu ge­ stalten, wobei die Abstände der Drehachsen der beiden Kontakthebel praktisch nur dem Kriterium "ausreichende Luftstrecke" zur Vermeidung von Entladungserscheinungen zwischen den Kontakten unterliegen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Schlaganker des Kurzschlußauslösers unmittelbar die Kontaktstelle beaufschlagt und auf diese Weise eine möglicherweise erfolgte Verschweißung direkt mechanisch aufbricht; auch dies führt zu einer Reduzierung der anderenfalls erfor­ derlichen Schaltzeit, da so die Übertragung der Auslöse­ kraft über entsprechende Schaltglieder, die ggf. zu­ nächst elastische Verformungen erfahren, bevor die Kraftübertragung stattfindet vermieden wird.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip, die Kontakt­ stücke jeweils auf divergierenden Kreisbahnen anzuord­ nen, führt zu einem zusätzlichen Vorteil, der darin be­ steht, daß sich die Öffnungsgeschwindigkeit, das ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Kontakte auseinander bewegen, während des Öffnungsvorgangs erhöht. Dies re­ sultiert daraus, daß sich die Kontakttrennung zunächst quasi linear auf einer Tangente an die Kreisbahnen vollzieht, daß jedoch sehr bald die Richtungsdivergenz der Kreisbahnen dominiert, und die Kontaktstücke auseinander streben.

Die vorbeschriebenen Merkmale und Bewegungsabläufe sind kennzeichnend für ein sehr verschweißungssicheres elek­ trisches Schaltgerät, das durch zuverlässige und sehr rasche Kontaktöffnung eine erheblich verbesserte Strom­ begrenzung erzielt und dadurch sehr kurzschlußsicher ist, was zu einer deutlichen Entlastung der übrigen Betriebsmittel beiträgt.

Es besteht die Möglichkeit, die Lichtbogenhörner, die an den Enden der Kontaktstücke angeformt sind, in der Ebene nach außen abzubiegen, die parallel zu der Ebene, die durch die beiden Drehachsen verläuft, angeordnet ist. Dadurch wird auch ein verbesserter Ablauf des Lichtbo­ gens bewirkt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht die Mög­ lichkeit, die Magnetspule für das Schlagankersystem oder den elektromagnetischen Auslöser unmittelbar neben der Kontaktstelle anzuordnen. Dadurch wird das Blasfeld der Magnetspule viel besser ausgenutzt werden können, wodurch sich die Kommutierung des Lichtbogens auf die vorgesehenen Lichtbogenleitbleche erheblich verbessert.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver­ besserungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Einsicht in ein erfindungsgemäßes Schalt­ gerät von der Seite,

Fig. 2 eine Schnittansicht in das Schaltgerät, von oben,

Fig. 3 und 4 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung in ähnlicher Darstellungsweise wie in den Fig. 1 und 2,

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Schaltgeräts,

Fig. 6 die Funktionsweise der Kontakthebel.

Das elektrische Schaltgerät ist ein Sicherungsautomat 10, der ein Gehäuse 11 aufweist, das in an sich bekann­ ter Weise aus zwei schalenförmig einander zugeordneten Gehäuseteilen (nicht näher dargestellt) zusammengesetzt ist. Auf der Unterseite des Gehäuses 11 ist eine Aus­ nehmung 12 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise eine feststehende Nase 13 und eine bewegbare Nase 14 be­ sitzt, mit der das Schaltgerät 10 an einer gestrichelt eingezeichneten Hutprofilschiene 15 aufgeschnappt werden kann. Der untere Bereich des Gehäuses 11 ist als Sockel 16 gestaltet, an dem Kontaktklemmen 17 und 18 angeordnet sind, die zum Anschluß des Leitungsschutzschalters 10 an einen Leitungszug dienen. Ferner besitzt der Leitungs­ schutzschalter 10 im Sockel 16 eine Lichtbogenkammer 19, die aus einzelnen Lichtbogenlöschblechen 20 zusammenge­ setzt ist. An der Rückseite der Lichtbogenlöschkammer 19 befindet sich ein Auslaßraum 21, von dem aus die Licht­ bogenlöschgase durch abgewinkelte Kanäle 22 und 23 nach außen strömen können. Der abgewinkelte Verlauf der Kanä­ le 22, 23 soll verhindern, daß durch die Kanäle 22, 23 elektrisch leitende Substanzen ins Innere des Schalters 10 eingeführt werden können.

Der elektrische Schalter 10 besitzt ferner eine Kontakt­ stelle 24, die zwei Kontaktstücke 25 und 26 aufweist, welche an Kontakthebeln 27 und 28 befestigt sind, die wiederum um eine Drehachse 29 und 30 schwenkbar sind. Man erkennt aus der Fig. 2, daß die Kontakthebel 27 und 28 L-förmig gebogen sind, wobei der eine Schenkel 31 bzw. 32 auf den Achsen 29 bzw. 30 aufgelagert ist, woge­ gen der andere Schenkel 33, 34 parallel zu der Ebene verläuft, die durch die beiden Drehachsen 29 und 30 auf­ gespannt wird. Bei geschlossenem Kontakt bildet sich dadurch eine U-Form aus, wenn man in Richtung der Dreh­ achsen 29 bzw. 30 blickt. An den freien Enden im Bereich der Kontaktstücke 29 und 30 setzen sich beide Kontakthe­ bel 27, 28 in Lichtbogenhörnern 35, 36 fort, die in Richtung der beiden Schenkel 33 und 34 abgebogen sind.

Zwischen den beiden Drehachsen 29 und 30 befindet sich ein elektrischer Auslöser 37 mit einem zylindrischen Jochkörper 38 mit einem nach innen gebördelten Rand, der eine Wicklung 39 umgibt, die selbst wiederum auf einem zylindrischen Spulenkörper 40 aufgewickelt ist. Der Spu­ lenkörper 40 und das Joch 38 sind fest miteinander ver­ bunden. Im Inneren des Spulenkörpers 40 befindet sich ein ortsfester Magnetkern 41, der mit dem Spulenkörper 40 fest verbunden ist und ein Magnetanker 42, der mit­ tels einer Druckfeder 43 von dem Magnetanker 41 wegge­ drückt wird. Mit dem Magnetanker 42 ist ein Schlagstift 44 verbunden, der beidseitig den Magnetauslöser 37 über­ ragt. Auf der in der Fig. 2 unten liegenden Seite be­ sitzt der Schlagstift 44 eine Verbreiterung 45, mit der der Stift 44 gegen die Kontaktstelle 24 geschlagen wird, wodurch der Kontakthebel 27 entgegen dem Uhrzeigersinn und der Kontakthebel 28 mit dem Uhrzeigersinn um die Drehachsen 29 bzw. 30 verdreht wird. Die Fig. 6 zeigt in dick ausgezogenen Linien die geschlossene Stellung der Kontaktstücke bzw. der Kontaktstelle 24 und gestri­ chelt die geöffnete Stellung der Kontaktanordnung; dabei erkennt man, daß die Kontaktöffnungsbreite sich gegen­ über einer herkömmlichen Kontaktanordnung mit nur einem beweglichen Kontakthebel verdoppelt, so daß schon des­ halb die Kontaktöffnungsgeschwindigkeit erheblich ver­ größert wird. Darüber hinaus ist auch die Kraft, die in Richtung P auf einen Verschweißungsbatzen in der Kon­ taktstelle 24 einwirkt, erheblich vergrößert.

Der Schlaganker mit dem Schlagstift 44 bewegt sich zum Öffnen der Kontakte also in Pfeilrichtung P und diese Öffnungsrichtung ist senkrecht zu der Ebene, in der die beiden Schenkel 33 und 34 bzw. zu der Ebene, in der die beiden Drehachsen 29 und 30 liegen.

Oberhalb der Spule und im Frontbereich des Schaltgerätes 10 befindet sich ein nicht näher gezeigtes Schaltschloß 50, daß so ausgebildet ist, daß es im Falle eines Über­ laststroms gleichzeitig auf die beiden Schenkel 31 und 32 einwirkt, um die Kontaktstelle 24 zu öffnen.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der Anordnung gemäß der Fig. 1 und 2. Die beiden Kontakthebel bzw. die Schenkel 33 und 34 sind mit Kontaktstücken 51 und 52 versehen und im Bereich der Kontaktstücke sind an die Kontakthebel 33 Litzen 53 und 54 angeschlossen. Weiter gegen die Lichtbogenlöschbleche hin erkennt man zwei Lichtbogenleitbleche 55 und 56, auf die ein zwischen den beiden Kontaktstücken 51 und 52 gezogener Lichtbogen kommutiert und von dort auf die beiden äußeren Lichtbo­ genleitbleche des Lichtbogenlöschblechpaketes 19 läuft. Die elektrische Funktionsweise dieser Anordnung ist aus der Fig. 5 näher ersichtlich.

Die Fig. 4 zeigt den Querschnitt durch ein Schaltgerät wie es in Fig. 3 im Längsschnitt gezeigt ist. Dort ist bereits der wesentliche Unterschied gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung beschrieben und erläu­ tert worden.

Da sich dieser Unterschied im wesentlichen auf die Aus­ gestaltung der Kontaktstücke 51, 52 bezieht, und der übrige Aufbau praktisch identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten übereinstimmt, sind für gleiche Teile auch gleiche Bezugsziffern verwendet.

Die Darstellung in Fig. 4 entspricht demgemäß nahezu deckungsgleich der Darstellung in Fig. 2 mit Ausnahme der hammerartig ausgebildeten Kontaktstücke 51, 52, die ihrerseits jedoch an gleichartig gestalteten drehbeweg­ lichen Kontakthebeln 33, 34 angeformt sind.

In Fig. 5 schließlich ist ein Ersatzschaltbild für die elektrische Anordnung in einem erfindungsgemäßen Schalt­ gerät gezeigt. Der Strom fließt im eingeschalteten Zu­ stand von der Klemme 18 über ein in den Fig. 1 und 2 nicht mehr dargestelltes Thermobimetall 57, über die Kontaktstücke 25 und 26 zu der Spule des Auslösers 39 und von dort zur Klemme 17. Parallel zu dem Thermobime­ tall 57 und der Spule 39 und den beiden Kontaktstücken 25 und 26 sind die Lichtbogenleitstücke 55 und 56 ge­ schaltet, die eine deutliche Trennstrecke zwischen sich haben. Wenn sich die beiden Kontaktstücke bzw. Kontakt­ hebel um die beiden Drehachsen 29 und 30 verdrehen, zün­ det hier ein Lichtbogen, der problemlos auf die beiden Lichtbogenleitbleche 55 und 56 kommutiert und von diesen zum Löschblechpaket 19. Hierdurch werden die Auslöser, nämlich das Thermobimetall 57 und die Spule 39, aus dem Stromkreis herausgeschaltet und so vor Überlastung geschützt.

Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen befindet sich das Auslösesystem bzw. das Schlagankersystem in unmittelbarer Nähe der Kontaktstelle 24. Dadurch wird das magnetische Blasfeld, das durch das Schlagankersy­ stem bzw. durch den elektromagnetischen Auslöser erzeugt wird, in unmittelbarem Bereich der Kontaktstelle und kann damit voll auf einen eventuell gezogenen Lichtbogen einwirken. Dadurch wird erreicht, daß der Lichtbogen schneller in die Lichtbogenlöschbleche hineinwandert, wodurch die Strombegrenzungseigenschaften des Schalters besonders gut sind.

Nachzutragen ist, daß jeder der Schalter in seinem obe­ ren Bereich einen Schaltknebel 71 aufweist, mit dem der Schalter manuell aus bzw. nach einer Ausschaltung manu­ ell eingeschaltet werden kann.

Fig. 6 zeigt die bereits aus Fig. 2 bis 4 bekannten Kontakte 27, 28, welche jeweils in den Drehpunkten 29, 30 schwenkbar gelagert sind. Die Kontaktstücke 27, 28, die in dieser Darstellung jeweils als rechte Winkel mit ungleicher Schenkellänge erkennbar sind, besitzen in der gemeinsamen Kontaktstelle 24 je eine weitere Abwicklung, die hier verdeckt ist und als Lichtbogenhorn 35, 36 dient.

Durch einen Stoß (Pfeilrichtung P) des hier nicht gezeigten Schlagstifts 44 gegen die Kontaktfläche 24 werden die Kontaktarme 27, 28 jeweils um die Drehpunkte 29, 30 schwenkend, auseinanderbewegt und nehmen dann die gestrichelt dargestellte Position ein.

Claims (8)

1. Elektrisches Schaltgerät, insbesondere Leitungs­ schutzschalter, mit zwei eine Kontaktstelle bildenden Kontaktstücken, mit einem thermischen und/oder elektro­ magnetischen Auslöser, die auf die Kontaktstelle zu de­ ren Öffnung einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontaktstücke (25, 26; 51, 52) an je einem drehbar gela­ gerten Kontakthebel (27, 28; 33, 34) befestigt sind, daß die Längen der Kontakthebel (27, 28, 33, 34) einander gleich sind und ihre Drehachsen (29, 30) parallel zuein­ ander angeordnet sind.

2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, mit einem Schlaganker, der entweder Teil des elektromagneti­ schen Auslösers oder Teil eines eigenen Schlagankersy­ stems ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagne­ tische Auslöser oder das Schlagankersystem (37) im Be­ reich zwischen den beiden Drehachsen (29, 30) angeordnet ist, daß der Schlaganker gleichzeitig auf beide Kontakt­ stücke (25, 26, 51, 52) zur Öffnung der Kontaktstelle (24) schlägt, und daß die Schlagankerbewegungsrichtung senkrecht zu den beiden Drehachsen (29, 30) verläuft.

3. Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Aus­ löser bzw. das Schlagankersystem unmittelbar neben dem Kontaktstück (25, 26, 51, 52) zwischen den beiden Dreh­ achsen (29, 30) angeordnet ist.

4. Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Kontakthe­ bel (27, 28) Lichtbogenhörner (35, 36) angeformt sind, die in der Ebene der Kontakthebel (27, 28) parallel zu der Ebene, in der die Drehachsen (29, 30) liegen, aufge­ bogen sind.

5. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Kon­ takthebel (33, 34) hammerkopfartig ausgebildet sind, wobei die Hammerkopfformen Doppel-Lichtbogenhörner bil­ den.

6. Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Lichtbogenhörnersystem (35, 51, 52) Lichtbogenlöschblechpakete (19) zugeordnet sind.

7. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenhörner (51, 52) durch einseitig und unsymmetrisch zu den Kontakthe­ beln (33, 34) an diesen befestigte Kontaktstücke (51, 52) gebildet sind und daß den Kontaktstücken (51, 52) zusätzliche Lichtbogenhörner (55, 56) zugeordnet sind, die die beiden Lichtbogenfußpunkte bei einer Ausschalt­ handlung hin zu dem Lichtbogenlöschblechpaket (19) füh­ ren.

8. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Kommutieren des Lichtbogens von den geöffneten Kontakten (25, 26, 51, 52) über die Lichtbogenhörner (35, 36) auf die Lichtbogen­ leitschienen (55, 56) in die Löscheinrichtung (19) die Auslöser (37, 57) stromlos und so vor Überlastung ge­ schützt sind.