DE60124439T2

DE60124439T2 - Schnellauslöser eines Schutzschalters mit einem durch den magnetischen Kreis einer Auslöseelektronik geführten Hauptleiter

Info

Publication number: DE60124439T2
Application number: DE60124439T
Authority: DE
Inventors: Edward Louis Colgate WI 53011 Wellner; Paul Jason Milwaukee WI 53221 Rollmann; Peter Klaus Cascade WI 53011 Moldovan; Mark Allan New Berlin WI 53146 Juds
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: EP1126492A3; CA2336754A1; DE60124439D1; EP1126492B1; EP1126492A2; US6307453B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Schalter bzw. Schutzschalter der Bauart mit einem Auslösemotor, der durch eine Auslöseschaltung erregt wird, und zwar ansprechend auf ausgewählte Fehlerzustände, die Überströme erzeugen, deren Größe kleiner ist als Kurzschlussströme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Schutzschalter, der den durch Kurzschlussströme erzeugten Magnetfluss in die Magnetschaltung des Auslösemotors koppelt, um den Schutzschalter zu öffnen, und zwar unabhängig von der Erregung der Auslösemotorspule durch die Auslöseschaltung. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft zum Vorsehen einer augenblicklichen Auslösefunktion für Subminiatur-Schutzschalter, kann aber auch bei größeren Schaltern bzw. Schutzschaltern verwendet werden.
Hintergrundinformation
Eine Verwendung von Subminiatur-Schutzschaltern ist in elektrischen Systemen von Flugzeugen, um nicht nur Überstromschutz vorsehen, sondern auch als Schalter zum Ein- und Ausschalten der Geräte zu dienen. Insofern sind sie starkem Gebrauch ausgesetzt und müssen in der Lage sein, zuverlässig über zahlreiche Betriebszyklen hinweg zu arbeiten. Sie müssen auch klein genug sein, um den hochdichten Layout der Schutzschalterplatten zu ermöglichen, wobei dieser die Schutzschalter für zahlreiche Schalter für den Benutzer zugänglich macht. Subminiatur-Schutzschalter können in einer Umgebung verwendet werden, wo sie Vibrationen ausgesetzt sind. Der Schutzschalter muss in beständiger Weise innerhalb eines Toleranzbereichs auslösen, darf aber nicht durch Vibration oder Schlagbelastung ausgelöst werden.
Typische Subminiatur-Schutzschalter sahen nur Schutz gegenüber beständigen Überströmen vor, und zwar implementiert durch eine Verriegelung, ausgelöst durch ein Bimetall, welches auf das I²R-Erhitzen infolge des Über stroms anspricht. Einige Flugzeugsysteme sahen ebenfalls Erdfehlerschutz vor, aber durch die Verwendung zusätzlicher Vorrichtungen, und zwar Stromtransformatoren, die in einigen Fällen gegenüber dem Schutzrelais entfernt angeordnet sind. Es besteht wachsendes Interesse daran, zusätzlichen Schutz vorzusehen, und zwar am aller wichtigsten Bogenfehlerschutz. Derzeit verfügbare Subminiatur-Schaltungsunterbrecher oder -Schutzschalter sprechen nicht auf Bogenfehler an, die typischerweise Hochimpedanzfehler sind, und die intermittierend auftreten können. Nichtsdestoweniger können Bogenfehler ein Feuer zur Folge haben. Schließlich besteht ein Interesse daran, eine augenblickliche Auslösung, ansprechend auf sehr hohe Überströme, vorzusehen, wie diese bei einem Kurzschluss auftreten würden.
Obwohl größere Schutzschalter, selbst die "Miniatur"-Schutzschalter, die in Wohnungsanwendungsfällen verwendet werden, Mehrfachschutzfunktionen vorsehen, besitzen die derzeit verfügbaren Subminiatur-Schutzschalter keine derartigen kombinierten Merkmale. Es besteht wiederum die Herausforderung darin, alternativen Schutz mit einer sehr geringen Packungsgröße vorzusehen, wobei zuverlässiger Betrieb bei starker Benutzung über eine lang gezogene Zeitperiode gewährleistet sein muss. Eine Vorrichtung, die alle obigen Kriterien erfüllt und automatisch zusammenbaubar ist, ist außerordentlich erwünscht.
US 5 886 860 offenbart einen Schutzschalter in dem Kontakte 101 darauffolgend auf einen Überstrom, beispielsweise einen Kurzschluss, geöffnet werden, wobei ein Magnetfeld im Kern 121 durch die Spule 107 erzeugt wird.
Das Öffnen der Kontakte wird auch durch einen Erdfehler, der die Spule 127 erregt, bewirkt. Die Kontakte sind im Öffnungszustand darauffolgend auf einen Fehler durch das Anziehen des Permanentmagneten 113 verriegelt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Schalter bzw. Schutzschalter, der miniaturisiert werden kann, aber doch Mehrfachschutzfunktionen vorsieht. Der Schutzschalter besitzt einen Hauptstromleiter, verbunden in Serie mit den trennbaren Kontakten, und angeordnet zur Induktion von Magnetfluss in einem Auslösemotor, der gesondert durch eine elektronische Auslöseschaltung erregt werden kann, um ein Verriegelungsglied eines verriegelbaren Betätigungsmechanismus zu betätigen, um die trennbaren Kontakte des Schutzschalters zu öffnen. Ein Überstrom durch den Hauptstromleiter von mindestens einer vorbestimmten Größe, wie er beispielsweise beim Kurzschluss auftreten würde, betätigt das Verriegelungsglied unabhängig von der Erregung der Auslösemotorspule, um eine augenblickliche Auslösefunktion für den Schutzschalter vorzusehen.
Der Schutzschalter weist insbesondere ein Gehäuse auf, sowie trennbare im Gehäuse angebrachte Kontakte, einen verriegelbaren Betriebsmechanismus einschließlich eines Verriegelungsgliedes, das dann, wenn es betätigt ist, entriegelt wird um die trennbaren Kontakte zu öffnen, und ferner ist ein Auslösemotor vorgesehen, der das Verriegelungsglied bei Erregung betätigt. Der Schutzschalter weist ferner eine Überstromanordnung auf, die einen Hauptstromleiter umfasst, und zwar verbunden in Serie mit den trennbaren Kontakten und derart geführt, dass Magnetfluss in der Magnetschaltung des Auslösemotors induziert wird, um das Verriegelungsglied, ansprechend auf einen Überstrom durch den Hauptstromleiter mit mindestens einer vorbestimmten Größe zu betätigen. Schließlich weist der Schutzschalter eine Auslöseschaltung auf zur Erregung des Auslösemotors, ansprechend auf vorbestimmte Stromzustände unterhalb des Überstroms der vorbestimmten Größe. Vorzugsweise können diese vorbestimmten Stromzustände oder Strombedingungen beispielsweise ein Bogenfehler sein.
Der Auslösemotor weist eine Spule und eine Magnetschaltung auf, wobei der Hauptstromleiter derart geführt ist, dass er mindestens teilweise durch diese Magnetschaltung geht, so dass durch den Strom im Hauptstromleiter erzeugter Magnetfluss in die Magnetschaltung gekoppelt wird, wodurch das Verrie gelungsglied betätigt wird. Vorzugsweise ist der Hauptleiter ein flexibler Leiter und der Auslösemotor weist ferner einen Bügel auf, der die Magnetschaltung des Auslösemotors mindestens teilweise um den flexiblen Leiter herum erstreckt. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet ein Rahmen, der den verriegelbaren Betriebsmechanismus trägt, mit dem Bügel zusammen, um den flexiblen Leiter durch die Magnetschaltung des Auslösemotors zu führen. Der Bügel ist magnetisch permeabel, um die Magnetkopplung des Flusses zu erhöhen, der in dem flexiblen Shunt in dem Magnetkreis des Auslösemotors erzeugt wird. Vorzugsweise bildet das Verriegelungsglied des verriegelbaren Betriebsmechanismus den Anker des Auslösemotors, der durch den Fluss angezogen wird, der in der Magnetschaltung erzeugt wird, und zwar entweder durch Erregung der Auslösespule oder durch einen Strom von mindestens der vorbestimmten Größe in dem Hauptstromleiter.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein volles Verständnis der Erfindung gewinnt man aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt:
1 eine isometrische Endansicht, wobei die zwei geformten Abschnitte des Gehäuses getrennt sind.
2 eine perspektivische Ansicht des Schutzschalter-Tragrahmens.
3 eine perspektivische Ansicht von der Vorderseite des zusammengebauten verriegelbaren Betriebsmechanismus, der einen Teil des Schutzschalters bildet.
4 eine perspektivische Ansicht der Anordnung der 3 von hinten.
5 eine Vorderansicht des Schutzschalter, wobei eine Hälfte der Abdeckung entfernt ist, und der Schutzschalter in dem Aus-Zustand gezeigt ist.
6 eine Ansicht ähnlich 5, wobei aber hier der Schutzschalter in dem Ein-Zustand gezeigt ist.
7 eine Ansicht ähnlich 5, wobei aber hier der Schutzschalter in dem ausgelösten Zustand gezeigt ist.
8 einen Teillängsschnitt durch den Schutzschalter, wobei die Handgriffanordnung veranschaulicht ist.
9 eine perspektivische Explosionsansicht von Teilen der Handgriffanordnung.
10 eine perspektivische Explosionsansicht des Auslösemotors und der Verriegelung, die Teil des Schutzschalters bilden.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird angewandt auf einen Subminiatur-Schaltungsunterbrecher oder -Schutzschalter beschrieben. Diese Schutzschalter können in Flugzeugwechselstromsystemen verwendet werden, die typischerweise mit 400 Hz betrieben werden, können aber auch in Gleichstromsystemen verwendet werden. Es wird sich ferner zeigen, dass die Erfindung auch bei anderen Schutzschaltern anwendbar ist, einschließlich denjenigen, die in Wechselstromsystemen mit anderen Frequenzen oder in größeren Schutzschaltern verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 1 sei bemerkt, dass der Schutzschalter 1 ein Gehäuse 3 aufweist, und zwar gebildet durch erste und zweite Abschnitte 3a und 3b, geformt aus einem isolierenden Kunstharz und verbunden entlang einer Passungsebene 5, um eine Umschließung 7 aus aufeinander zuweisenden Hohlräumen 7a und 7b zu bilden. Das Gehäuse 3 des exemplarischen Schutzschalters besitzt eine metallische Oberwand 9, obwohl alternativ diese obere Wand auch ein Teil der geformten Abschnitte 3a und 3b sein könnte.
Die funktionellen Komponenten des Schutzschalters 1 weisen eine trennbare Kontaktanordnung 11 auf, ferner einen Kippmechanismus 13, eine Handgriffanordnung 15, eine Verriegelungsanordnung 17 und eine Überstromanordnung 19. Der Kippmechanismus 13 und die Verriegelungsanordnung 17 bilden zusammen einen verriegelbaren Betriebsmechanismus 18. Im Hinblick auf 2 sei bemerkt, dass ein Metallblechrahmen 21 vorgesehen ist, der, wie man erkennt, viele dieser funktionellen Komponenten trägt, und in dem Hohl raum 7a in dem geformten Abschnitt 3a durch Befestigungslöcher 23 angebracht ist, die mit geformten Stiften im Gehäuseabschnitt 3a in Eingriff kommen, wie man ohne weiteres erkennt. Der Schutzschalter 1 weist auch einen Leitungsanschluss 25 und einen Lastanschluss 27 auf, und zwar getragen im Boden des geformten Gehäuses und mit Auslegerabschnitten, die sich außerhalb des Gehäuses erstrecken, und zwar zur Verbindung mit den Leitungsleitern bzw. Lastleitern (nicht gezeigt).
Wie man am Besten in den 5 bis 7 erkennt, weist die trennbare Kontaktanordnung 11 einen festen Kontakt 29, befestigt an dem Leitungsanschluss 25 und einen beweglichen Kontakt 31, getragen durch einen Kontaktarm 33, auf. Der feste Kontakt 29 und der bewegliche Kontakt 31 bilden zusammen trennbare Kontakte 35. Der Kontaktarm 33 ist schwenkbar an einem geformten Stift 37 angebracht, der sich durch eines der Befestigungslöcher 23 im unteren Teil der Rahmens 21 erstreckt. Eine Mutter 39 hält den Kontaktarm auf dem geformten Stift 37. Eine Schraubendruckfeder 40 formt eine Hauptfeder, welche den Kontaktarm gemäß den 5 bis 7 entgegen dem Uhrzeigersinn zur Öffnung der trennbaren Kontakte 35 vorspannt.
Der Kontaktarm 33 ist zwischen offenen und geschlossenen Positionen der trennbaren Kontakte 35 schwenkbar, und zwar durch den Kippmechanismus 13. Dieser Kippmechanismus 13 weist ein zweigabeliges erstes Kippgelenk 41 auf, und zwar schwenkbar verbunden mit einem ersten oder unteren Ende 43 des Kontaktarms 23, wobei die Verbindung durch einen Stift 45 erfolgt. Ein zweigabeliges zweites Kippgelenk 47 ist schwenkbar an einem ersten Ende 49 durch einen Stift 51 mit einem Verriegelungshebel 53 verbunden, der seinerseits schwenkbar durch einen geformten Stift 55 gelagert ist, der sich durch eines der Befestigungslöcher 23 im Rahmen 21 und in einem Loch 57 in einem Flansch 59 am Rahmen 21 erstreckt. Zweite Enden 61 und 63 des ersten Kippgelenks 41 bzw. zweiten Kippgelenks 47 sind schwenkbar mit einem Kniestift 65 verbunden. Der Kippmechanismus 13 weist ferner eine Antriebsverbindung 67 auf, die den Kippmechanismus 13 mit der Handgriffanordnung 15 kuppelt.
Wie man in 8 erkennt, weist die Handgriffanordnung 15 ein Handgriffglied 69 auf, und zwar mit einem Schaft 69s, der schwenkbar mit der Antriebsverbindung 67 des Kippmechanismus 13 durch einen Stift 71 verbunden ist. Das Handgriffglied 69 wird für eine lineare Hin- und Herbewegung durch eine Einfassung 73 getragen, der in dem Ende der oberen Wand 9 sitzt, und durch eine Anzeigehülse 75. Das Handgriffglied 69 wird durch einen Handgriffrückhaltestift 77 eingefangen, der sich quer durch die Einfassung 73 und einen Schlitz 79 im Handgriffschaft 69s erstreckt. Eine schraubenförmige Handgriffdruckfeder 81 am Handgriffschaft 69s liegt an einer Unterlegscheibe 83 an, die auf dem Handgriffrückhaltestift 77 sitzt.
Die Verriegelungsanordnung 17 weist zusätzlich zu dem Verriegelungshebel 53 ein Verriegelungsglied 85 auf. Wie man in 8 erkennt, besitzt das Verriegelungsglied 85 einen Finger 87, der in einem Haken 89 endet, welcher eine Verriegelungsoberfläche 91 bildet. Das Verriegelungsglied 85 besitzt einen flachen Ankerabschnitt 93, und zwar mit einer nach oben gerichteten Verlängerung 95, von der der Verriegelungsfinger 87 sich unter rechten Winkeln wegerstreckt. Ein Flansch 97 erstreckt sich ebenfalls rechtwinkelig gegenüber der nach oben gerichteten Verlängerung parallel zu dem Kontaktfinger 87. Ein Verriegelungsstift 99 erstreckt sich durch den Flansch 97 und den Verriegelungsfinger 87, um das Verriegelungsglied schwenkbar zu lagern, und zwar zwischen dem ersten Flansch 101 und einem zweiten gegenüberliegenden Flansch 103 am Rahmen 21 (vgl. 2). Wie man in 3 erkennen kann, schwenken sich die Kippverbindungen 41 und 47 in einer ersten Ebene 105, während das Verriegelungsglied 85 sich in einer zweiten Ebene 107 verschwenkt, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Ebene 105 verläuft. Man erkennt, dass der Kontaktarm 33, der Verriegelungshebel 53 und das Handgriffglied 69 sich auch in der ersten Ebene bewegen. Zudem erkennt man, dass die erste Ebene 105 im Wesentlichen parallel zur Passebene 5 der geformten Abschnitte 3a und 3b des Gehäuses verläuft.
Die Verriegelungsoberfläche 91 am Verriegelungsglied 85 kommt mit dem freien Ende 53f am Verriegelungshebel 53 in Eingriff, der in einem Schlitz 106 im Flansch 103 am Rahmen 21 geführt ist (vgl. die 2 und 3). Eine Verriegelungshebelfeder 108 spannt den Verriegelungshebel 53 zur verriegelten Position hin am unteren Ende des Schlitzes 106 vor.
Die Überstromanordnung 19 weist ein schraubenförmiges Bimetallelement 109 auf, welches an einem Ende mit dem Lastanschluss 27 befestigt ist. Das freie Ende 109f des schraubenförmigen Bimetallelements ist mit einem Hauptleiter in der Form eines flexiblen Shunts 111 verbunden, und zwar mit dem Kontaktarm 33. Auf diese Weise läuft der Laststrom, der durch die trennbaren Kontakte 35 fließt, auch durch das schraubenlinienförmige Bimetall 109. Dies bewirkt eine I²R-Erhitzung des schraubenlinienförmigen Bimetalls 109, was ein Abwickeln des freien Endes 109f zur Folge hat.
Die Überstromanordnung 19 weist auch ein auslegerartiges Umgebungskompensator-Bimetall 113 auf. Ein Ende dieses Umgebungskompensator-Bimetalls ist am Verriegelungsglied des Ankerabschnitts 93, beispielsweise durch Punktschweißen befestigt. Dieses auslegerartige Umgebungskompensator-Bimetall 113 besitzt eine Versetzung um den Verriegelungsstift 99 (vgl. 3) herum und erstreckt sich nach oben, um in einem freien Ende 113f zu enden, welches benachbart zum freien Ende 109f des schraubenförmigen Bitmetalls 109 (vgl. 4) liegt. Eine flache Verriegelungsfeder 115 ist zur Bildung einer Klammer oder Klemme 117 (vgl. 10) gebogen, und zwar am unteren Ende, welches die Verriegelungsfeder am Rahmen 21, wie in den 3 und 4 gezeigt, befestigt. Das freie Ende 115f dieser Verriegelungsfeder besitzt eine Einstellung, die bewirkt, dass diese am Bimetall anliegt, um das Verriegelungsglied 85 mit dem Verriegelungsfinger 87 nach vorne vorzuspannen. Unter normalen Betriebsbedingungen besteht hier ein schmaler Spalt zwischen dem freien Ende 109 des schraubenförmigen Bimetalls und dem freien Ende 115f des Umgebungskompensator-Bimetalls.
Der thermische Auslöser kann durch eine Eichschraube 118 geeicht werden, die in das freie Ende eines der Bimetalle 109, 113 eingeschraubt ist, und zu dem anderen hinragt. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Eichschraube 118 in dem freien Ende 113f des Umgebungskompensator-Bimetalls 113 sitzend angeordnet, wie man am Besten in 4 erkennt.
Die Überstromanordnung 19 weist ferner einen Auslösemotor oder einen Elektromagneten 119 auf. Wie in der Explosionsansicht der 10 dargestellt, weist dieser Auslösemotor 119 einen magnetisch permeablen Motorkern 121 auf, der in eine Spulenhülse 122 innerhalb der Spule 123 passt. Diese Unteranordnung ist in einer magnetisch permeablen Motorschale 127 angeordnet, die zusammen mit dem magnetisch permeablen Kern 121 eine Magnetschaltung bzw. einen Magnetkreis bildet, und zwar repräsentiert durch die Pfeile 124 in 3. Ein Stifthalter 129 ragt seitlich durch einen Schlitz in der Motorschale nach außen und trägt einen Verbinder 131 mit Stiften 133 für die Spule 121. Die Spulenschale besitzt eine Schulter 135, die in einer Öffnung 137 des Rahmens 21 (vgl. 2) sitzt, wobei der Motorkern 121 auf den Ankerabschnitt 93 des Verriegelungsglieds 85 hinweist. Der Auslösemotor 119 wird durch elektrische Stifte 133 durch eine elektronische Auslöserschaltung 139, vorgesehen auf einer gedruckten Schaltungsplatte 141, gemäß 1, erregt. Diese Auslöseschaltung 139 sieht beispielsweise einen Bogenfehlerschutz vor. Wenn die Spule 123 erregt wird, so wird der Anker 93 des Verriegelungsglieds 85 zum Kern 121 hin angezogen, wodurch der Kontaktfinger 87 nach hinten in eine Entriegelungsposition verdreht wird.
Um eine augenblickliche Auslösung vorzusehen, weist die Überstromanordnung 19 eine Anordnung auf, und zwar zum Führen oder Leiten des Hauptleiters, gebildet durch den flexiblen Shunt 111 durch die Magnetschaltung 124 des Auslösemotors 119, wie dies in den 3, 5 bis 7 und 10 gezeigt ist. Zu diesem Zweck ist die Magnetschaltung durch einen magnetisch permeablen Bügel oder ein Polstück 143 verlängert oder erstreckt, welches mindestens teilweise den flexiblen Shunt 111 umgibt, so dass der durch den Strom im flexiblen Shunt 111 erzeugte Magnetfluss durch den Bügel 143, den Kern 121 und die Magnetschale 135 und den Anker 93 des Verriegelungsglieds 85 fließt. Bei Kurzschlussbedingungen erzeugt der sehr hohe, durch den flexiblen Shunt 111 zirkulierende Strom ein Magnetfeld, welches in die Magnetschaltung 124 des Auslösemotors gekoppelt ist, und zieht das Verriegelungsglied 85 an, um den Verriegelungsfinger 87 in die entriegelte Position zu bewegen. Der Bügel 143 arbeitet mit einem Tragfinger 144 am Metallrahmen 21 (vgl. 2) zusammen, um den flexiblen Shunt an seinem Platz festzulegen. Die Magnetkopplung ist derart vorgesehen, dass sehr hohe Ströme von mindestens einer vorbestimmten Größenordnung, wie beispielsweise solche wie sie mit Kurzschlüssen auftreten, ausreichen, um das Verriegelungsglied 85 zubetätigen, und zwar ohne Erregung der Spule 123 durch die Auslöseschaltung 139.
Der Schutzschalter 1 arbeitet in der folgenden Art und Weise. In der Aus-Position gemäß 5 ist das Handgriffglied 69 oben, wobei die Anzeigehülse 75 sichtbar ist, um den Aus-Zustand anzuzeigen. Der Verriegelungshebel 53 ist durch Eingriff seines freien Endes 53a durch die Verriegelungsoberfläche 91 am Verriegelungsglied 85 verriegelt. Der Kniestift 65 des Kippmechanismus 13 liegt links von einer imaginären Linie zwischen den Stiften 45 und 51. Die Hauptfeder 40 hat den Kontaktarm 33 entgegen dem Uhrzeigersinn gegen den geformten Anschlag 145 verdreht, so dass die trennbaren Kontakte 35 offen sind. Dies ist die Kipp-Offen-Position des Kippmechanismus 13.
Der Schaltungsunterbrecher wird eingeschaltet, und zwar durch Niederdrücken des Handgriffglieds 69, welches sich linear nach unten zur Position gemäß 6 bewegt. Die Antriebsverbindung 67 stößt den Kniestift 65 nach unten, was eine Drehung im Uhrzeigersinn des Kontaktarms entgegen der Hauptfeder 40 durch das erste Kippgelenk oder die erste Kippverbindung 41 bewirkt. Wenn das obere Ende des zweiten Kippgelenks oder der zweiten Kippverbindung stationär gehalten wird, und zwar durch den Sitz des Verriegelungshebels 53 am Boden des Schlitzes 106, so führt der Kniestift 65 eine Translationsbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn aus, bis er durch eine imaginäre Linie zwischen den Stiften 45 und 51 läuft, wobei an diesem Punkt die Hauptfeder, die nach oben gegen die Verbindung 41 drückt, den Kniestift 45 weiter entgegen dem Uhrzeigersinn treibt, bis die Kippverbindung an dem geformten Anschlag 147 sitzt, und zwar in der in 6 gezeigten geschlossenen Kippvorrichtungsposition. Diese letztgenannte Bewegung tritt während der Drehung des Kontaktarms 33 im Uhrzeigersinn auf, und zwar um die geschlossenen Kontakte durch die geschlitzte Öffnung 149, durch die der Kontaktarm schwenkbar am Stift 37 gelagert ist. Wenn die Kontakte in dieser Weise geschlossen sind, so sieht die Hauptfeder 40 einen Kontaktdruck an den brennbaren Kontakten 35 vor, und vermeidet Abrieb.
Der Schutzschalter 1 kann manuell aus der in 6 gezeigten Ein-Position in die in 5 gezeigte Aus-Position, geöffnet werden und zwar durch Anheben des Handgriffglieds 69. Dies bewirkt die Translationsbewegung des Kniestifts 65 entgegen dem Uhrzeigersinn durch die Antriebsverbindung 67. Anfänglich wird eine nach unten gerichtete Kraft an den Kontaktarm durch das erste Kippgelenk oder die erste Kippverbindung 41 angelegt, wenn aber der Kniestift durch die Mittellinie zwischen den Stiften 45 und 51 verläuft, bricht die Kippverbindung und die Hauptfeder 40 dreht den Kontaktarm 33 entgegen dem Uhrzeigersinn bis dieser an dem geformten Anschlag 145 sitzt, wobei die getrennten Kontakte 35 geöffnet sind. Wenn sich der Kniestift 65 im Uhrzeigersinn bewegt, so steigt der Handgriff 69 zu der in 5 gezeigten Aus-Position hin an.
Der Schutzschalter 1 kann in die Öffnungsposition gemäß 7 unter mehreren Bedingungen ausgelöst werden. Wenn ein beständiger Überstrom auftritt, so verdreht sich das freie Ende 109f des schraubenförmigen Bimetalls 109 im Gegenuhrzeigersinn, wie in 4 gezeigt, um mit dem freien Ende 113f des Umgebungskompensations-Bitmetalls in Eingriff zu kommen und stößt dieses in die gleiche Richtung zur Rotation des Verriegelungsgliedes 85 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Verriegelungsstift 99. Dies führt zum Außereingriffbringen der Verriegelungsoberfläche 91 und zur Freigabe des Verriegelungshebels 53, der im Uhrzeigersinn um den geformten Stift 55 angetrieben wird, und zwar durch die Hauptfeder, die den Kontaktarm 33 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, und zwar zum Öffnen der trennbaren Kontakte 35 und ferner durch die Kippverbindungen 41 und 47. Wenn dies auftritt, so zieht die Handgrifffeder 81 den Kniestift 65 durch die Mittellinie zwischen den Stiften 45 und 51.
Der Schaltungsunterbrecher oder Schutzschalter 1 wird aus dem in 7 gezeigten Auslösezustand durch die Verriegelungshebelfeder 108 zurückgesetzt, welche den Verriegelungshebel 53 entgegen dem Uhrzeigersinn zieht, und zwar mit Hilfe der Verriegelungshebelfeder 108 bis das freie Ende 53f des Verriegelungshebels mit der Nockenoberfläche 151 am Verriegelungsfinger 87 in Eingriff kommt, um den Verriegelungsfinger nach hinten zu bewegen. Wenn das freie Ende 53f des Verriegelungshebels 53 unter die Verriegelungsoberfläche 91 läuft, so verdreht die Verriegelungsfeder 115 das Verriegelungsglied 85 zurück im Uhrzeigersinn zur Verriegelung des Verriegelungshebels 53. Umgebungstemperaturbedingungen bewirken, dass das freie Ende 109f des schraubenlinienförmigen Bimetalls und das freie Ende 113f des Umgebungskompensator-Bimetalls sich in der gleichen Richtung bewegen, und dadurch einen entsprechenden Spalt aufrechterhalten zwischen den zwei bimetallfreien Enden, um die Effekte von Änderungen der Umgebungstemperatur zu eliminieren.
Zum Schutz gegenüber Bogenfehlern überwacht die elektronische Auslöseschaltung 139 den Strom hinsichtlich Charakteristika derartiger Fehler und erregt die Spule 123 des Auslösemotors 119. Der durch die Erregung der Spule 123 erzeugte Magnetfluss zieht den Ankerabschnitt 93 des Verriegelungsglieds an, und zwar zum Motorkern 121 hin, um die Verriegelungsoberfläche 91 von der Spitze 53f des Verriegelungshebels 53 herabzugleiten, wodurch der Schutzschalter 1 in der oben für eine thermische Auslösung beschriebenen Art und Weise geöffnet wird.
Im Falle eines sehr hohen Überstroms von mindestens einer vorbestimmten Größenordnung, wie er beispielsweise im Zusammenhang mit einem Kurz schluss auftreten könnte, erzeugt der flexible Shunt 111 ein Magnetfeld, welches in den Bügel 143, die Spulenschale 135 und den Auslösemotorkern 121 gekoppelt ist, um wiederum den Ankerabschnitt 93 anzuziehen, und das Verriegelungsglied 85 zu verdrehen, um den Verriegelungshebel freizugeben und den Schutzschalter in der oben beschriebenen Art und Weise auszulösen.
Der Schutzschalter 1 ist ein einfacher zuverlässiger Mechanismus, der selektiv Mehrfachschutzfunktionen vorsieht und auch als ein Ein-/Ausschalter dient. Da der Kippmechanismus 13 und die Verriegelung 85 in senkrechten Ebenen arbeiten, besitzt der Schutzschalter 1 eine erhöhte Immunität gegenüber Schwingungen, die typischerweise auf eine einzige Ebene beschränkt sind. Diese Anordnung kann von Natur aus in automatisierten Anordnungen verwendet werden. Der geformte Abschnitt 3a des Gehäuses 3 ist auf einer flachen Oberfläche platziert, und die Teile sind alle von oberhalb eingesetzt. Der Rahmen 21, der Mechanismus 13, die Handgriffanordnung 15, die Verriegelungsanordnung 17 und die Bimetalle 109, 113 passen alle in den Hohlraum 7a in diesem Abschnitt 3a des Gehäuses 3. Der Auslösemotor 119 sitzt in der Öffnung 137 im Rahmen 21 und die gedruckte Schaltungsplatte 141 ist mit den elektrischen Stiften 133 verbunden. Der Auslösemotor 119 und die gedruckte Schaltungsplatte 141, die sodann über den geformten Abschnitt 3a hinausragen, erstrecken sich in den Umschließungsteil 7a des zweiten geformten Abschnitts 3b, der über dem Abschnitt 3a angeordnet und daran durch Nieten (nicht gezeigt) befestigt ist.
Obwohl spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen dieser Details im Lichte der gesamten Lehre der Offenbarung entwickelt werden können. Demgemäß sollen die speziellen Anordnungen, die hier offenbart sind, nicht einschränkend verstanden werden, wobei die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche hinsichtlich ihrer Breite definiert ist.

Claims

Ein Schutzschalter, der Folgendes aufweist: ein Gehäuse (3); trennbare in dem Gehäuse angeordnete Kontakte (29, 31); einen verriegelbaren Betätigungsmechanismus (18) einschließlich eines Verriegelungsgliedes (85), das dann wenn es betätigt ist, zum Öffnen der trennbaren Kontakte entriegelt; und eine Überstromanordnung (19), die Folgendes aufweist: einen Auslösemotor (119), der das Verriegelungsglied betätigt, wenn erregt und mit einem Magnetkreis; einen Hauptstromleiter (111), in Serie geschaltet mit den trennbaren Kontakten und geführt zur Induzierung eines Magnetflusses in dem Magnetkreis des Auslösemotors, und zwar zur Betätigung des Verriegelungsgliedes ansprechend auf einen Überstrom durch den Hauptstromleiter von mindestens einer vorbestimmten Größe; und eine Auslöseschaltung (123) zur Erregung des Auslösemotors ansprechend auf vorbestimmte Stromzustände unterhalb des erwähnten Überstroms der vorbestimmten Größe.
Schutzschalter nach Anspruch 1, wobei die Auslöseschaltung, den Auslösemotor ansprechend auf vorbestimmte Zustände wie beispielsweise einen Bogenfehler erregt.
Schutzschalter nach Anspruch 1, wobei der erwähnte Hauptleiter mindestens teilweise durch den Magnetkreis geführt ist, um den durch den Strom im Hauptleiter erzeugten Magnetfluss in den Magnetkreis zu koppeln.
Schutzschalter nach Anspruch 3, wobei der Hauptleiter ein flexibler Leiter ist und wobei der Auslösemotor ferner einen magnetisch permeablen Bügel umfasst, der mindestens teilweise den flexiblen Leiter umgibt und den Magnetkreis um den flexiblen Leiter herum streckt.
Schutzschalter nach Anspruch 3, wobei der Auslösemotor einen magnetisch permeablen Bügel aufweist, der ein Polstück bildet, welches den durch den Strom im flexiblen Leiter erzeugten Magnetfluss in dem Magnetkreis konzentriert.
Schutzschalter nach Anspruch 5, wobei das Gehäuse einen Rahmen aufweist, der den verriegelbaren Betätigungsmechanismus trägt und der mit dem erwähnten Bügel zusammenarbeitet, um den flexiblen Leiter mindestens teilweise durch den Magnetkreis zu führen.
Schutzschalter nach Anspruch 6, wobei das Verriegelungsglied magnetisch permeabel ist und einen Anker des Auslösemotors bildet, der durch Fluss in dem Magnetkreis angezogen wird, um den verriegelbaren Betriebsmechanismus zu entriegeln und die trennbaren Kontakte zu öffnen.
Schutzschalter nach Anspruch 3, wobei der Auslösemotor ferner eine Spule aufweist und wobei das Verriegelungsglied magnetisch permeabel ist und einen Anker des Auslösemotors bildet, der durch den Magnetfluss in dem Magentkreis angezogen wird, und zwar erzeugt entweder durch Erregung der Auslösespule durch den Auslösekreis oder durch Magnetfluss, erzeugt durch den Strom von mindestens der erwähnten vorbestimmten Größe in dem Hauptleiter.