DE4330369A1 - Leitungsschutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Leitungsschutzschalter sind an sich bekannt. Bei strombegrenzenden Leitungsschutzschaltern wird dabei der Kurzschlußstrom durch einen möglichst schnell einset­ zenden und steilen Lichtbogenspannungsanstieg stark be­ grenzt, so daß der sog. prospektive Kurzschlußstrom nicht erreicht wird. Dazu sind die Magnetauslöser in der Regel als Schlaganker in Form von Klappanker- oder Tauchanker­ magnetsystemen ausgeführt, mit denen ggf. unabhängig von der Erklinkung des Schaltmechanismus der bewegliche Schaltkontakt stark beschleunigt und so eine schnelle Kontaktöffnung und ein schnelles Ablaufen des Lichtbogens von der Kontaktstelle erreicht wird. Bei dem Schalter S2 der Firma ABB Stotz-Kontakt GmbH ist der Magnetauslöser oberhalb der Lichtbogenlöschkammer und in der Nähe der Kontaktstelle angeordnet, wobei die Windungen der Magnet­ spule in einer Ebene senkrecht zur Lichtbogenebene lie­ gen. Dadurch wird die Wirkung des Schlagankers in beson­ ders günstiger Weise beeinflußt; das Magnetfeld der Spule wird aber kaum zur Lichtbogenbewegung genutzt. Die Licht­ bogenbewegung wird vielmehr durch eine bestimmte Zuord­ nung des beweglichen Kontaktes mit dem Kontakthebel zu dem festen Kontaktstück beeinflußt.

Bei bestimmten Zuordnungen von Magnetauslöser zu Kontakt­ stelle anderer Schaltgeräte kann der Lichtbogen in seiner vorgegebenen Laufrichtung sogar behindert werden, insbe­ sondere dann, wenn eine Blaswirkung senkrecht zur Lauf­ richtung erfolgt.

Es ist ein Leitungsschutzschalter bekannt geworden, bei dem der Magnetauslöser als Klappankersystem mit einem ge­ ringen Platzbedarf ausgeführt ist. Die Magnetspule ist zwar auch in der Lichtbogenebene oder in der Ebene, in der sich der bewegliche Kontakthebel bewegt, gewickelt, so daß die Wickelachse senkrecht dazu verläuft; durch die gewählte Zuordnung zum Kontakt- und Löschsystem wird je­ doch eine Blaswirkung auf den Schaltlichtbogen nicht er­ reicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, für einen strombegrenzenden Leitungsschutzschalter eine Zuordnung von Magnetsystem, Kontakt- und Löscheinrichtung zueinander zu finden, die ein hohes Strombegrenzungsvermögen garantiert und zur weiteren Verringerung der Schalterabmessungen beiträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß wird also der Magnetauslöser, der als Klappankersystem ausgeführt ist, mit einer in der Licht­ bogenebene, also in der Ebene, in der sich auch das be­ wegliche Kontaktstück oder der bewegliche Kontakthebel bewegt, gewickelten Spule so zur Lichtbogenkammer und zur Kontaktstelle zugeordnet, daß das Magnetfeld der Spule gleichzeitig als Blasspule wirkt und eine die Kon­ takttrennung und den Lichtbogenlauf beschleunigte Kraft ausübt. Insbesondere wird dies erreicht, in dem man die Lichtbogenlauf schienen, Löschbleche in ihrer Lage und ggf. Form an die Spulenwindungen der Magnetspule angepaßt und entsprechen zugeordnet, was auch für die Kontakte, d. h. für den beweglichen Kontakthebel als auch für das feste Kontaktstück gilt. Die Kontaktstelle kann als Ein­ fach- oder Doppelkontaktunterbrechung ausgebildet sein.

Wenn die Wicklung wegen des umwickelten Steges eine Rechteckform besitzt, dann können insbesondere die Licht­ bogenlauf schiene und der Kontakthebel parallel zu den Ge­ raden, parallel zum Steg verlaufenden Windungsabschnitten der Magnetspule verlaufen. Wenn die Wicklung kreisförmig spiralförmig gewickelt ist, könnte die Lichtbogenleit­ schiene auch eine bogenförmige Gestalt annehmen, wobei die Bogenform der Windungsform angepaßt ist. Die Lichtbo­ genlöschbleche und die andere Lichtbogenleitschiene wären dann an diese Bogenform anzupassen.

Wenn ein Schalter mit einer Doppelunterbrechung verwendet wird, dann kann der Magnetauslöser in zwei baugleiche Teilsysteme aufgelöst sein, wobei jedes Teilsystem mit einer Kontaktstelle eines Doppelkontaktes zusammenwirkt. Durch die damit möglichen vollsymmetrischen Verhältnisse werden optimale Bedingungen für das magnetische Blasfeld auf die Teillichtbögen erreicht, ebenso für den mechani­ schen Bewegungsablauf von Anker und Kontaktstück, wie auch für die elektrodynamischen Abstoßkräfte zwischen den Kontaktstücken, die noch durch das vereinigte Blasfeld verstärkt werden. Als Magnetanker können zwei getrennte, isoliert voneinander angeordnete Klappanker vorgesehen sein oder die Klappanker können zur Bildung einer Art durchgehenden Ankertraverse an ihren freien Stellen mit­ einander verbunden sein, so daß der durchgehende Gesamt­ klappanker quer zu seiner Längsrichtung verschiebbar ist. Der Klappanker bzw. die Ankertraverse entklinken dann das Schaltschloß und beschleunigen den Schaltkontakt bzw. die Kontaktbrücke, wobei die Kontaktöffnung durch die elek­ trodynamischen Abstoßkräfte zwischen den Kontaktstücken und zusätzlich durch das Feld der Magnetspule unterstützt wird. Dieses Magnetfeld sorgt durch die radiale Anordnung in der weiteren Folge für ein rasches Ablaufen des Licht­ bogens aus dem Kontaktspalt und entlang der Lichtbogen­ schienen für ein schnelles Einlaufen in die parallel lie­ genden Bleche der Löschkammer.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung so­ wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserun­ gen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Kontaktsy­ stem mit Magnetauslöser,

Fig. 2 eine Aufsicht gemäß Pfeilrichtung II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf eine weitere Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 4 und 5 eine Aufsicht auf zwei weitere Aus­ führungsformen der Erfindung.

Ein elektrischer Leitungsschutzschalter, in dem die An­ ordnung gemäß Fig. 1 und 2 eingesetzt werden kann, be­ sitzt eine Kontaktstelle 10 mit einem beweglichen Kon­ taktstück 11 und einem damit zusammenwirkenden festen Kontaktstück 12, welches an einer ersten Lichtbogenleit­ schiene 13 befestigt ist. Parallel zu dieser Lichtbogen­ leitschiene 13 ist eine zweite Lichtbogenleitschiene 14 vorgesehen, zwischen denen Lichtbogenlöschbleche 15 zur Bildung eines Lichtbogenlöschblechpaketes 16 angeordnet sind. Das bewegliche Kontaktstück 11 ist an einem um eine Achse 17 schwenkbar gelagerten Kontakthebel 18 an dem der Lagerstelle 17 entgegengesetzten Ende befestigt. Die Längserstreckung des Kontakthebels 18 ist parallel zur ersten Lichtbogenleitschiene im eingeschalteten Zustand ausgerichtet. Der Leitungsschutzschalter besitzt einen als Thermobimetall ausgebildeten thermischen Auslöser 19, der mit einer Anschlußklemme 20 einerseits und mit seinem anderen Ende über eine Litzenleitung 21 mit dem Kontakt­ hebel 18 verbunden sind.

Der Leitungsschutzschalter besitzt ein Magnetsystem 22, welches ein U-förmiges Magnetjoch 23 aufweist, um dessen im Querschnitt rechteckigen Steg 24 herum eine Magnet­ spule 25 spiralförmig herumgewickelt ist, wobei die Wick­ lungsebene mit der Bewegungsebene des Kontakthebels 18 übereinstimmt. Mit anderen Worten: der Steg 24 verläuft senkrecht zu dieser Bewegungsebene, wobei die Stegebene parallel zu der Ebene der Lichtbogenleitschiene 13 bzw. 14 verläuft. Aufgrund der rechteckigen Form des Steges 24 erhält die Wicklung der Magnetspule 25 ebenfalls eine rechteckige, an die Form des Steges 24 angepaßte Form, wobei Teilabschnitte 25a, 25b der Magnetspule 25 parallel zum Steg 24 verlaufen. Damit verlaufen diese Teilab­ schnitte ebenfalls parallel zur Lichtbogenleitschiene 13. An dem Steg 24 sind zwei Schenkel 23a und 23b angeformt, die nun wieder parallel zu der Bewegungsebene des Kon­ takthebels verlaufen. Senkrecht dazu ist ein Klappanker 27 angeordnet, der die freien Enden der beiden Schenkel 23a und 23b überdeckt. Der Steg in Verbindung mit den beiden Schenkeln besitzt eine Verlängerung 28, an der ein Anschlußelement 29 für einen Anschlußleiter vorgesehen ist; an der Verlängerung 28 ist ein Führungs- oder Lager­ element 30 vorgesehen, an dem der Klappanker 27 um eine Achse schwenkbar ist, die parallel zu der Drehachse 17 verläuft; das freie Ende 31 des Klappankers, welches der Drehachse 30 entgegengesetzt liegt, wirkt direkt auf den Kontakthebel 18, was durch einen senkrecht zum Kontakthe­ bel und zum Klappanker 27 verlaufenden Pfeil 32 angedeu­ tet ist. Die Kontaktstelle 10 befindet sich auf der den Schenkeln 23a, 23b abgewandten Seite des Steges 24, und zwar im Bereich der Stegkante, die der Lagerstelle des Klappankers 27 abgewandt ist. Die erste Lichtbogenleit­ schiene 13 verläuft in einem Abstand zur Außenfläche der Magnetspule 25 in Richtung zur Lagerstelle des Klappan­ kers 27. Das Lichtbogenlöschblechpaket 16 befindet sich etwa im Bereich der anderen, der Lagerstelle des Klappan­ kers 27 zugewandten Stegkante. Das innere Ende 25c der Wicklung 25 ist am Steg 24 angeschlossen und das äußere Ende 25c an der Lichtbogenleitschiene 13 im Bereich des festen Kontaktstückes 12. Damit bildet die Lichtbogen­ leitschiene 13 eine Art Fortsetzung der Wicklung 25.

Die in der Lichtbogenebene gewickelte Magnetspule oder Wicklung 25 und ihre Zuordnung zur Kontaktstelle 10 sowie zu dem Lichtbogenlöschblechpaket 16 bewirkt eine starke magnetische Blasung auf einerseits den Kontakthebel 18 zu dessen Öffnung und andererseits den entstehenden Lichtbo­ gen, wodurch dieser von der Kontaktstelle 10 bzw. von dem festen bzw. beweglichen Kontaktstück 11, 12 schnell in das Lichtbogenlöschblechpaket 16 hineingetrieben wird.

In der Ausführung nach Fig. 3 sind zwei Kontaktstellen 35, 36 vorgesehen, wobei die beweglichen Kontaktstücke 37 und 38 an einer Kontaktbrücke 39 befestigt sind, die pa­ rallel zu ihrer Längserstreckung verschiebbar ist. Das dem beweglichen Kontaktstück 38 zugeordnete feste Kon­ taktstück 40 ist an einer U-förmigen Schiene 41 ange­ formt, deren offene Seite von dem Magnetsystem 22 wegwei­ send gerichtet ist, wobei der das Kontaktstück 40 tra­ gende Schenkel 42 der U-förmigen Schiene eine Lichtbogen­ leitschiene bildet, die zusammen mit einer Lichtbogen­ leitschiene 44 ein Lichtbogenlöschblechpaket 43 begrenzt. Die Lichtbogenleitschiene 44 überdeckt dabei auch die Kontaktstelle 35 und zusammen mit der Leitschiene 13 (siehe auch Fig. 1) begrenzt sie das Lichtbogenlösch­ blechpaket 16. An der Leitschiene 44 sind Ausformungen 45 und 46 vorgesehen, die zusammen mit den beweglichen Kon­ taktstücken 37, 38 eine bessere Kommutierung des Lichtbo­ gens von den beweglichen Kontaktstücken 37, 38 auf die Lichtbogenleitschiene 44 unterstützen. Der andere Schen­ kel 47 der U-förmigen Schiene 41 trägt das Bimetall 19, das über eine Litze 48 mit der Anschlußklemme oder dem Anschluß 20 verbunden ist.

Die Fig. 4 zeigt eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 3. Sie besitzt einerseits das Magnetsystem 22 und ande­ rerseits ein Magnetsystem 50, das genauso ausgebildet und aufgebaut ist wie das Magnetsystem 22 und spiegelbildlich dem Magnetsystem 22 zugeordnet ist. Es besitzt wie das Magnetsystem 22 ein U-förmiges Magnetjoch 52 mit zwei Schenkeln 53, wobei um den Steg 54 des Magnetjoches 52 eine Wicklung 55 herumgewickelt ist. Das äußere Ende 55a der Wicklung 55 schließt an eine Lichtbogenleitschiene 13a an, die spiegelbildlich in gleicher Linie und in ent­ gegengesetzte Richtung wie die Lichtbogenleitschiene 13 verläuft (sie hat die Bezugsziffer 13a erhalten, um die Ähnlichkeit darzustellen). Die beiden Schenkel sind von einem Klappanker 51 überdeckt, der zusammen mit dem Klappanker 27 bei Auftreten eines Kurzschlußstromes gemäß Pfeilrichtung 56 auf die bewegliche Kontaktbrücke 39 ein­ wirkt. Die Wirkungslinie ist dabei so, daß sie zwischen den beiden Magnetsystemen 22 und 50 verläuft; an dem Joch 52 des Magnetsystems 50 ist das Thermobimetall 19 befe­ stigt, welches mit der Litze 48 mit der Anschlußstelle 20 verbunden ist. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie der der Fig. 1.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 5 ist der den beiden ge­ meinsame Anker 22 und 50 als Ankertraverse 60 ausgebil­ det; die beiden Anker sind mittels eines Zwischenstückes 61 aus- Isolierstoff miteinander verbunden, so daß sich die Ankertraverse quer zu ihrer Längserstreckung in Pfeilrichtung P₅ bewegen kann, wodurch über einen An­ triebsstößel entsprechend der Pfeilrichtung P₅ die Kon­ taktbrücke 39 in Ausschaltstellung verbringbar ist. Abge­ sehen von der Verbindung der beiden Klappanker 22 und 50 zu einer Ankertraverse 60 ist der Aufbau der gleiche wie der gemäß Fig. 4.

Während bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 das Magnetsystem 22 allein zur Kontaktöffnung und zum besse­ ren Ablauf des Lichtbogens in die Lichtbogenlöschblechpa­ kete einwirkt, wirken bei den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 jeweils beide Magnetsysteme 22 und 50 gemein­ sam auf die Doppelkontaktstelle mit der Kontaktbrücke 39.

Bei allen Ausführungen ist das innere Ende der Magnet­ spule 25 am Steg 24 befestigt.

Die Wicklung kann dabei aus Wicklungsdraht oder einem Flachbandleiter gebildet sein.

Claims (6)

1. Leitungsschutzschalter mit wenigstens einem Ma­ gnetauslöser, wenigstens einer Magnetspule, wenigstens einem Magnetjoch und wenigstens einem Klappanker, mit we­ nigstens einer, je ein bewegliches und je ein festes Kon­ taktstück aufweisenden Kontaktstelle und je einem jeder wenigstens einen Kontaktstelle zugeordneten Lichtbogen­ löschblechpaket, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnet­ joch (23, 52) eine U-Form aufweist, um deren senkrecht zur Bewegungsebene des beweglichen Kontaktstückes (11, 38) verlaufenden Steg (24, 54) die Spule (25, 55) so ge­ wickelt ist, daß ihre Wickelebene in der Bewegungsebene des beweglichen Kontaktstückes (11, 38) liegt, daß der Klappanker (27, 51) die Enden der Schenkel (23, 53) über­ deckt und daß die den Festkontakt (12, 40) tragende Lichtbogenleitschiene (13) in Abstand und in etwa in tan­ gentialer Richtung zur Spule (25, 55) verläuft.

2. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, mit einem das bewegliche Kontaktstück tragenden Kontaktträger, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (18, 39) in seiner Längserstreckung im eingeschalteten Zustand etwa parallel zu der das Festkontaktstück (12; 35, 40) tragen­ den Lichtbogenleitschiene (13, 41) verläuft.

3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (23, 53) mit einer Anschlußklemme verbunden und das innere Ende der Spulen­ wicklung elektrisch leitend am Steg (24, 54) angeschlos­ sen sind.

4. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Doppelkontaktstelle (35, 36) mit zwei mittels einer Kontaktbrücke (39) verbindba­ ren Festkontaktstücken vorgesehen ist, daß jeder Kontakt­ stelle ein Magnetauslöser (22, 50) zugeordnet ist und daß die Klappanker (27, 51) beider gemeinsam auf die Kontakt­ brücke (39) wirken.

5. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappanker (22, 51) um je eine Achse drehbar gelagert sind, die parallel zueinander ver­ laufen und daß die freien Enden auf die Kontaktbrücke wirken

6. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappanker (22, 60) an ihren be­ nachbarten Enden miteinander verbunden, gegeneinander isoliert und quer zu ihrer Längserstreckungsrichtung be­ wegbar geführt sind.