Hintergmnd der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft gekapselte Schutzschalter, und insbesondere betrifft sie eine
Schnellwechselanordnung, um die Hauptstromwandler schnell und einfach vor Ort auszuwechseln,
und ferner eine Anordnung zum Verkürzen der Zeit, die zum schlagartigen Öffnen der
trennbaren Hauptkontakte bei einem vorbestimmten Überstrompegel erforderlich ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Gekapselte Schutzschalter sind im allgemeinen sein langem in der Technik bekannt. Beispiele
solcher Schutzschalter sind in US-A-4 489 295, offenbart. Solche Schutzschalter werden dazu
benutzt, elektrische Schaltungen vor Schäden zu schützen, die von einem zu großen Strom
herrühren, wie z.B. einer Überlastung oder einem Kurzschluß mit relativ hohem Pegel. Ein
Überlastzustand liegt bei etwa 200 - 300 % des Nennstromes des Schutzschalters vor. Bei
einem Hochpegel-Kurzschlußzustand können 1000 % und mehr des Nennstromes des
Schutzschalters auftreten.
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Gekapselte Schutzschalter weisen mindestens zwei trennbare Kontakte auf, die entweder
manuell mittels eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Schalthebels oder automatisch in
Abhängigkeit von einem Überlaststromzustand betätigt werden können. Bei der
automatischen Betätigungsart können die Kontakte durch einen Betätigungsmechanismus oder durch
ein magnetisches Repulsionsglied geöffnet werden. Das magnetische Repulsionsglied
bewirkt, daß sich die Kontakte bei relativ hochpegeligen Kurzschlußbedingungen trennen.
Insbesondere ist das magnetische Repulsionsglied zwischen einem schwenkbar montierten
Kontaktarm und einem stationären Leiter angeschlossen. Das magnetische Repulsionsglied ist ein
generell V-förmiges Bauteil, das einen Bogen und zwei abstehende Schenkel aufweist, die
einen parallelen Strompfad bestimmen. Während einem Hochpegel-Kurzschlußzustand
werden infolge des in unterschiedlichen Richtungen in dem parallelen Strompfad fließenden
Stromes magnetische Abstoßungskräfte zwischen den abstehenden Schenkein des
magnetischen Repulsionsglieds erzeugt, die wiederum bewirken, daß sich der schwenkbar montierte
Kontaktarm öffnet.
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Bei einem mehrpoligen Schutzschalter, wie z.B. einem dreipoligen Schutzschalter, sind drei
getrennte Kontaktanordnungen mit magnetischen Repulsionsgliedern vorgesehen; eine für
jeden Pol. Die Kontaktarmanordnungen werden mittels der magnetischen Repulsionsglieder
unabhängig voneinander betrieben. Zum Beispiel werden bei einem Hochpegel-Kurzschluß an
der Phase A nur die Kontakte der Phase A von ihren entsprechenden magnetischen
Repulsionsgliedern schlagartig geöffnet. Die magnetischen Repulsionsglieder für die Phasen B und
C würden von der Betätigung der Kontaktanordnung für die Phase A unberührt bleiben. in
solch einem Fall wird der Schutzschalter-Betätigungsmechanismus dazu benutzt, die anderen
beiden Pole auszulösen. Dies geschieht, um einen als einphasigen Betrieb bezeichneten
Zustand zu verhindern, der bei Schutzschaltern auftreten kann, die mit Drehlasten, wie z.B.
Motoren, verbunden sind. Solange nicht alle Phasen ausgelöst sind, kann der Motor in solch
einem Fall als ein Generator wirken und die Störung fördern.
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In der anderen automatischen Betriebsart werden die Kontaktanordnungen für alle drei Pole
über eine Stromerfassungsschaltung und einen mechanischen Betätigungsmechanismus
gemeinsam ausgelöst. Insbesondere sind innerhalb des Schutzschaltergehäuses Stromwandler
vorgesehen, um Überlaststrombedingungen zu erfassen. Wenn ein Überlaststromzustand
erfaßt wird, liefern die Stromwandler ein Signal an eine elektronische Auslöseeinheit oder eine
elektro-mechanische Auslöseeinheit, die den Betätigungsmechanismus aktiviert, um das
Trennen der Kontakte zu bewirken.
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Oftmals ist es notwendig, einen Stromwandler zu entfernen, nachdem der Schutzschalter
zusarnmengebaut wurde. Es gibt zahlreiche Gründe für den Austausch eines Stromwandlers. Ein
Grund besteht darin, daß der ursprünglich installierte Stromwandler schadhaft sein kann. Ein
weiterer Grund für das Auswechseln eines Stromwandlers wäre, daß der falsche
Stromwand-1er installiert wurde. Außerdem kann es zum Ändern des Nennstromes von einem Wert auf
einen anderen eines Zweibereichs-Schutzschalters, für z.B. 1600/2000 Ampere, erforderlich
sein, den Stromwandler auszuwechseln. Schließlich können einige Schutzschalter als ein
Schalter benutzt werden, wodurch die Notwendigkeit für das Vorhandensein eines
Stromwandlers aufgehoben wird.
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Bei konventionellen Schutzschaltern ist der Austausch eines Stromwandlers vor Ort eine
schwierige und zeitraubende Angelegenheit. insbesondere erfordert der Austausch das
kostspielige Auseinanderbauen des Schutzschalters vor Ort, was zu relativ hohen Arbeitskosten
und kostenintensiven Ausfallzeiten führt.
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Ein weiteres Problem bei bekannten Schutzschaltern liegt in der Notwendigkeit, die zum
Öffnen der trennbaren Kontakte erforderliche Zeit zu verkurzen.. Bei manchen bekannten Schutz
schaltern ist ein generell V-förmiges magnetisches Repulsionsglied oder ein Shunt, das/der
zwei Schenkel bestimmt, zwischen dem beweglichen Kontakt und dem lastseitigen Leiter
angeschlossen. Der V-förmige Shunt ist flexibel und wirkt als eine Feder.
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Während einem Kurzschlußzustand mit relativ hohen Pegel werden infolge des durch die
abstehenden Schenkel des Shunts in unterschiedlichen Richtungen fließenden Stromes
magnetische Abstoßungskräfte zwischen den Schenkein erzeugt. Diese magnetischen
Abstoßungskräfte sind eine Funktion des Abstandes zwischen den abstehenden Schenkein des Shunts und
der Stärke des durch diese fließenden elektrischen Stromes. Um ausreichende magnetische
Abstoßungskräfte zwischen zwei abstehenden Schenkein des Shunts zu erzeugen, ist es
notwendig, daß der Shunt komprimiert wird (z.B. daß der Abstand zwischen den abstehenden
Schenkel verringert wird), um ausreichend magnetische Abstoßungskräfte zwischen zwei
abstehenden Schenkel des Shunts zu erzeugen, um den schwenkbar montierten Kontaktarm zu
öffnen. Der Shunt wird durch magnetische Abstoßungskräfte komprimiert, die zwischen dem
abstehenden Schenkel benachbart dem lastseitigen Leiter des Shunts und dem lastseitigen
Leiter erzeugt werden. Diese Kompressionskräfte bringen die abstehenden Schenkel näher
zueinander, um zu ermöglichen, daß ausreichend magnetische Abstoßungskräfte zwischen
zwei abstehenden Schenkein erzeugt werden, um den schwenkbar montierten Kontaktarm
schlagartig zu öffnen. Daher wird das schlagartige Öffnen des schwenkbar montierten
Kontaktarmes verzögert, bis ausreichend Kompressionskräfte zwischen dem lastseitigen Leiter
und dem abstehenden Schenkel des Shunts benachbart dem lastseitigen Leiter entwickelt
werden. Es wird auf die bekannte Druckschrift EP-A-0 212 258 Bezug genommen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schutzschalter mit einem
Stromwandler zu schaffen, mittels dem die dem Stand der Technik anhaftenden Probleme vermieden
werden.
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Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schutzschalter zu schaffen, der
einen Stromwandler aufweist, welcher nach der Fabrikation des Schutzschalters schnell und
leicht ausgewechselt werden kann.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, um die
zum schlagartigen Öffnen des schwenkbar montierten Kontaktarms erforderliche Zeit zu
verkürzen.
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Kurz gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen gekapselten Schutzschalter mit einer
Schnellwechsel-Stromwandleranordnung. Der Stromwandler wird dazu benutzt,
Überlaststrombedingungen zu erfassen und ein Signal an eine elektronische Auslöseanordnung
anzulegen,
um den Schutzschalter auszulösen. Die Schnellwechselanordnung beinhaltet eine
isolierte abnehmbare Platte, die benachbart einer offenen Höhlung in dem Gehäuse angeordnet
ist, in welchem der Stromwandler angeordnet ist. Der Stromwandler ist ringförmig um einen
lastseitigen Leiter ausgebildet, der an dem Rahmen des Schutzschalters starr befestigt ist. Der
Stromwandler und der lastseitige Leiter sind in einseitig offenen Höhlungen angeordnet, die
einstückig in dem Rahmen des Schutzschalters ausgebildet sind. Zum Auswechseln eines
Stromwandlers wird die abnehnibare Platte entfernt. Sodann wird der lastseitige Leiter gelöst
und von dem Schutzschaltergehäuse in einer Richtung parallel zu der Längsachse des Leiters
abgenommen. Dann wird der Stromwandler aus dem Schutzschaltergehäuse
herausgenommen. Um einen neuen Stromwandler zu installieren werden die Arbeitsschritte umgekehrt. Die
vorliegende Erfindung beinhaltet außerdem einen kraftübertragenden Abstandhalter, der
zwischen einem Bogen eines V-förmigen Shunts angeordnet ist, welcher zwischen einem
schwenkbar montierten Kontaktarm und einem lastseitigen Leiter angeschlossen ist. Der
kraftübertragende Abstandhalter überträgt zwischen dem lastseitigen Leiter und dem abstehenden
Schenkei des Shunts benachbart dem lastseitigen Leiter erzeugte Abstoßungskräfte auf den
anderen abstehenden Schenkel des Shunts. Dadurch, daß der kraftübertragende Abstandhaiter
benachbart dem Bogen des Shunts angeordnet ist, wird die zwischen den abstehenden
Schenkein des Shunts erforderliche Kompressionswirkung beseitigt und somit die Zeit zum
schlagartigen Öffnen wesentlich verkürzt.
Beschreibung der Zeichnungen
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres
unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen offenbar,
wobei:
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FIG. 1 eine Aufsicht eines gekapselten Schutzschalters gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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FIG. 2 eine Querschnittansicht entlang Linie 2-2 von FIG. 1 ist;
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FIG. 3 eine Querschnittansicht entlang Linie 3-3 von FIG. 1 ist, die einen Außenpol
veranschaulicht;
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FIG. 4 eine Querschnittansicht entlang Linie 4-4 von FIG. 2 ist;
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FIG. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teils der für Außenpole benutzten Stoßdämpfer-
Anordnung ist;
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FIG. 6 eine Querschnittansicht entlang Linie 6-6 von FIG. 3 ist;
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FIG. 7 eine Querschnittansicht entlang Linie 7-7 von FIG. 4 ist;
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FIG. 8 eine Längsschnittansicht entlang Linie 8-8 von FIG. 7 ist;
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FIG. 9 eine vergrößerte Querschnittansicht entlang Linie 9-9 von FIG. 8 ist;
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FIG. 10 eine auseinandergezogene Perspektive der Nocken-Walzen-Stift-Anordnung ist;
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FIG. 11 eine auseinandergezogene Perspektive der laminierten Kupferanordnung ist;
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FIG. 12 eine auseinandergezogene Perspektive der Kreuzschienenanordnung ist;
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FIG. 13 eine Aufsicht von unten entlang Linie 13-13 von FIG. 2 ist;
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FIG. 14 eine Querschnittansicht entlang Linie 14-14 von FIG. 2 ist;
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FIG. 15 eine Längsschnittansicht entlang Linie 15-15 von FIG. 14 ist;
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FIG. 16 eine Längsschnittansicht entlang Linie 16-16 von FIG. 14 ist;
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FIG. 17 eine Querschnittansicht entlang Linie 17-17 von FIG. 1 ist;
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FIG. 18 eine auseinandergezogene Perspektive der modularen Optionsdeckanordnung ist;
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FIG. 19 eine Ansicht ähnlich FIG. 7 ist, die den kraftübertragenden Abstandhaiter gemäß der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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FIG. 20 eine Querschnittansicht entlang Linie 20-20 von FIG. 19 ist;
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FIG. 21 eine Ansicht ähnlich FIG. 19 ist, die den Schutzschalter in einer Stellung nach dem
schlagartigen Öffnen zeigt; und
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FIG. 20 eine weitere fragmentarische Schnittansicht eines Teils von FIG. 19 ist, die eine
alternative Ausführungsform veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
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Ein gekapselter Schutzschalter, der allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, weist
ein elektrisch isoliertes Gehäuse 21 mit einem geformten Unterteil 22 und einem koextensiven
geformten Oberteil 24 auf, die entlang einer Trennlinie 26 zusammengefügt sind. Die innere
Höhlung des Unterteils 22 ist als ein Rahmen 28 ausgebildet, der dazu dient, die
verschiedenen Teile des Schutzschalters zu tragen. Wie hier veranschaulicht und beschrieben ist, wird
ein gekapselter R-Frame Schutzschalter der Serie C von Westinghouse beschrieben. Jedoch
sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten von gekapselten
Schutzschaltern anwendbar.
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In dem Gehäuse 21 ist mindestens ein Paar trennbarer Kontakte 30 untergebracht.
insbesondere ist ein Paar Hauptkontakte 30 vorgesehen, das einen festen Hauptkontakt 32 und einen
bewegbaren Hauptkontakt 34 beinhaltet. Der feste Hauptkontakt 32 ist elektrisch mit einem
netzseitigen Leiter 36 verbunden, der mit einer Mehrzahl von Befestigungselementen 38 an
dem Rahmen 28 befestigt ist. Ein T-förmiges Bauteil 40 ist mit einer Mehrzahl von
Befestigungselementen 42 an dem netzseitigen Leiter 36 befestigt. Ein abstehender Schenkel 44 des
Bauteils 40 erstreckt sich vom hinteren Teil des Schutzschaltergehäuses 21 nach außen.
Dieser abstehende Schenkel 44 ist dafür ausgelegt, in einen netzseitigen Leiter eingesteckt zu
werden, der auf einem Bedienfeld (nicht gezeigt) angebracht ist.
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In gleicher Weise ist der bewegbare Hauptkontakt 34 elektrisch mit einem lastseitigen Leiter
46 verbunden, der mit einer Mehrzahl von Befestigungselementen 48 an dem Rahmen 28
befestigt ist. Ein weiteres T-förmiges Bauteil 50 ist mit einer Mehrzahl von
Befestigungselementen 52 mit dem lastseitigen Leiter 46 verbunden. Ein abstehender Schenkel 53 des
Bauteils 50, der sich vom hinteren Teil des Schutzschaltergehäuses 21 nach außen erstreckt, ist
daftir ausgelegt, in einen lastseitigen Leiter auf einem Bedienfeld eingesteckt zu werden.
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Ein ringförmiger Stromwandler 54 ist um den lastseitigen Leiter 46 angeordnet. Dieser
Stromwandler 54 wird dazu benutzt, einen durch den Schutzschalter 20 fließenden Strom zu
erfassen und ein Signal an eine elektronische Auslöseeinheit (nicht gezeigt) zu liefern, um den
elektrischen Schutzschalter 20 unter bestimmten Bedingungen, wie z.B. einem
Überlastzustand, auszulösen. Die elektronische Auslöseeinheit ist nicht Bestandteil der vorliegenden
Erfindung.
Betätigungsmechanismus
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Zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte 30 ist ein Betätigungsmechanismus 58
vorgesehen. Der Betätigungsmechanismus beinhaltet eine Kipphebelanordnung 60, die zwei obere
Hebelschwingen 62 und zwei untere Hebelschwingen 64 beinhaltet. Jede der oberen
Hebelschwingen 62 ist an einem Ende schwerikbar um einen Drehpunkt 66 mit einer unteren
Hebelschwinge 64 verbunden. Jede der unteren Hebelschwingen 64 ist an einem Drehpunkt 70
schwenkbar mit einem Kontaktarmträger 68 verbunden. Der Kontaktarmträger 68 stellt ein
Teil einer Kreuzschienenanordnung 72 dar. Die oberen Hebelschwingen 62 sind jeweils an
einem Drehpunkt 76 mit abstehenden Schenkeln 73 einer Gabel 74 verbunden. Zwischen dem
Drehpunkt 66 und einem Schalthebel 80 ist eine Vorspannfeder 78 eingehängt. Die
Vorspannfeder 78 spannt die Kipphebelanordnung 60 vor, um ein Zusammenklappen derselben immer
dann zu bewirken, wenn eine S chnappanordnung 82 die Gabel 74 aus der eingeschnappten
Stellung herausbewegt, was bewirkt, daß sich die bewegbaren Hauptkontakte 34 um einen
Drehpunkt 83 drehen, um ein Trennen der Hauptkontakte 30 zu bewirken.
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Die Schnappanordnung 82 läßt die Gabel 74 und die Kipphebelanordnung 60 einsehnappen.
Die Schnappanordnung 82 beinhaltet zwei Schnappschwingen 84 und 86, die mit ihren Enden
an einem Drehpunkt 88 drehbar miteinander verbunden sind. Das freie Ende der unteren
Schnappschwinge 84 ist über einen Drehpunkt 90 schwenkbar mit dem Rahmen 28
verbunden. Das freie Ende der oberen Schnappschwinge 86 ist schwenkbar um einen Drehpunkt 94
mit einem Schnapphebel 92 verbunden. Das andere Ende des Schnapphebels 92 ist
schwenkbar um einen Drehpunkt 96 mit dem Rahmen 28 verbunden.
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Der Betrieb der Schnappanordnung 82 wird von einer Auslösestange 98 gesteuert, die einen
nach außen abstehenden Hebel 100 aufweist. Wenn die Schnappanordnung 82 in einer
eingeschnappten Stellung steht, tritt der abstehende Hebel 100 in Eingriff mit einer Nockenfläche
102, die an dem schwenkbar verbundenen Ende der oberen Schnappschwinge 86 ausgebildet
ist. Bei einem Überlastzustand wird die Auslösestange 98 im Uhrzeigersinn gedreht, um den
abstehenden Hebel 100 von der Nockenfläche 102 wegzubewegen. Wenn sich der
Schnapphebel 92 von der Nockenfläche 102 gelöst hat, bewirkt eine zwischen der unteren
Schnappschwinge 84 und dem Rahmen 28 eingehängte Vorspannfeder 104, daß die untere
Schnappschwinge 84 nach links kippt und den Schnapphebel 92 im Uhrzeigersinn dreht, wodurch die
Gabel 74 freigegeben wird. Wenn die Gabel 74 von der Schnappanordnung 82 freigegeben
wurde, dreht sich die Gabel 74 unter dem Einfluß der Vorspannfeder 78 gegen den
Uhrzeigersinn. Dies bewirkt ein Zusammenklappen der Kipphebelanordnung 60, was wiederum
bewirkt, daß sich die Hauptkontakte 30 trennen. Durch Umlegen des Schalthebels 80 in die
Schließstellung wird der Stromkreis wiederaufgenommen. Der Schalthebel 80 ist einstückig
mit einem Betätigungshebel 106 ausgebildet, der die Form eines umgekehrten U hat und der
um einen Drehpunkt 108 verschwenkt werden kann.
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Die Auslösestange 98 wird von einer elektronischen Auslöseeinheit gesteuert, die einen (nicht
gezeigten) Elektromagneten betätigt, der einen hin- und herbewegbaren Stößel aufweist,
welcher mit dem Hebel 100 in Eingriff tritt, was wiederum bewirkt, daß sich die Auslösestange
98 im Uhrzeigersinn dreht, um die Schnappanordnung 82 aus der eingeschnappten Stellung
herauszubewegen. Die elektronische Auslöseeinheit betätigt den Elektromagneten in
Abhängigkeit davon, ob eine Überlaststrombedingung von dem Stromwandler 54 erfaßt wurde.
Laminierte Kontaktanordnung
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Eine laminierte Kontaktanordnung 109 ist aus einer Mehrzahl einzelner beweglicher
Hauptkontaktanordnungen 110 ausgebildet. Die einzelnen Kontaktanordnungen 110 sind aneinander
befestigt, um die laminierte Kontaktanordnung 109 zu bilden. Die einzelnen
Kontaktanordnungen 110 beinhalten einen elektrischen Leiterabschnitt 111 und einen Kontaktarmabschnitt
114. Einige der Kontaktarmabschnitte 114 tragen die bewegbaren Hauptkontakte 34, während
andere benutzt werden, um Lichtbogenkontakte 116 zu tragen. Die Kontaktarmabschnitte 114
sind mit den stationären Leiterabschnitten 111 mittels Repulsionsgliedern oder flexiblen
Shunts 118 verbunden.
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Für die Ausbildung der Kontaktanordnung 109 werden verschiedene Arten einzelner Kontakt
anordnungen 110 benutzt. Bei einer ersten Art 119 ist ein L-förmiger Leiterabschnitt 111
vorgesehen, der einen bogenförmigen Schlitz oder ein Schlüsselloch 122 aufweist, das an einem
Ende eines kurzen Arms 124 des L-förmigen Leiters 111 angeordnet ist. Das Schlüsselloch
122 wird benutzt, um ein Ende des magnetischen Repulsionsglieds 118 aufzunehmen. Die
Anordnung 110 weist ferner einen Kontaktarm 114 mit unregelmäßiger Form auf, um an
einem Ende entweder einen bewegbaren Hauptkontakt 34 oder einen Lichtbogenkontakt 116
zu tragen. Ein weiterer(s) in dem Kontaktarmabschnitt 114 ausgebildeter(s) bogenförmiger
Schlitz oder Schlüsselloch 122, der (das) an einem Ende angeordnet ist, das dem bewegbaren
Hauptkontakt 34 oder dem Lichtbogenkontakt 116 gegenüberliegt, wird dazu benutzt, das
andere Ende des magnetischen Repulsionsglieds 118 aufzunehmen. Die Enden der magnetischen
Repulsionsglieder 118 werden gecrimpt bevor sie in die Schlüssellöcher 122 eingeführt
werden. Ein oberer Rand 128 des Kontaktarmabschnitts 114 ist mit einer rechteckigen
Ausnehmung 129 versehen, um eine Vorspannfeder 130 aufzunehmen. Das andere Ende der Feder
130 stutzt sich gegen einen schwenkbar montierten Träger 132 ab. Der obere Rand 128 des
Kontaktarmabschnitts 114 beinhaltet außerdem einen einstückig ausgebildeten Anschlag 134.
Der Anschlag 134 wird benutzt, um die Bewegung des Kontaktarms 114 mit Bezug auf den
schwenkbar montierten Träger 132 zu begrenzen.
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Die Feder 130 übt einen nach unten gerichteten Druck oder eine Kraft auf den
Kontaktarmabschnitt 114 aus, um ihn gegen den festen Hauptkontakt 32 zu drängen. Diese Kraft kann
etwa 1,18 bis 2,27 kg (4 bis 5 Pfund) betragen. Der Kontaktdruck der Feder 130 steuert
gemeinsam mit den magnetischen Abstoßungskräften, die infolge des in dem magnetischen
Repulsionsglied oder dem Shunt 118 fließenden Stromes erzeugt werden, das
Widerstaridsvermogen des Schutzschalters. Das Widerstandsvermogen eines Schutzschalters ist der Strom,
bei dem sich die Hauptkontakte 30 zu trennen beginnen. Da die durch das magnetische
Repulsionsglied 118 erzeugte Abstoßungskraft eine Funktion des durch das magnetische
Repulsionsglied 118 fließenden Stromes ist, werden die Vorspannfedern 130 dazu benutzt,
jener Kraft entgegenzuwirken, um das Widerstandsvermögen des Schutzschalters unter
bestimmten Bedingungen zu steuern.
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Jeder Kontaktarmabschnitt 114 ist mit einer Öffnung 136 zu Aufnahme eines Stifts 139
versehen, um die Kontaktarmabschnitte 114 miteinander zu verbinden, wodurch sich ein
Drehpunkt für die Kontaktanordnung 109 ergibt. Der stationäre Leiterabschnitt 111 jeder einzelnen
Kontaktanordnung 110 ist mit drei in Abstand voneinander liegenden Öffnungen 137 zur
Aufnahme einer Mehrzahl von Nieten oder Befestigungselementen 138 versehen, um die
stationären Leiterabschnitte 111 zusammenzuhalten.
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Dem Verfahren zum Verbinden der Kontaktanordnung 109 mit dem Unterteil 22 des
Schutzschaltergehäuses 21 sollte Beachtung geschenkt werden. Bei herkömmlichen Schutzschaltern
werden die Kontaktanordnungen 109 am Unterteil des Schutzschalters dadurch befestigt, daß
in einen unteren Abschnitt der Kontaktanordnung Löcher gebohrt und diese mit Gewinden
versehen werden. Dann werden in die mit Gewinden versehenen Löcher
Befestigungselemente eingeschraubt, um die Kontaktarmanordnung an dem Unterteil des Schutzschalters zu
befestigen. Bei solch einer Anordnung können die mit Gewinden versehenen Löcher jedoch
mit der Zeit aufgrund von innerhalb des Schutzschalters wirkenden dynamischen Kräfte
ausleiern. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird dieses Problem
dadurch gelöst, daß in dem unteren Teil der Kontaktarmanordnung T-förmige Schlitze
ausgebildet werden, um Vierkantschrauben aufzunehmen, die in der Anordnung 109 befestigt sind.
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Entsprechend weist eine zweite Art einzelner Kontaktanordnung 140 einen T-förmigen
Schlitz 142 auf, der in einem unteren Rand 144 des stationären Leiterabschnitts 111
ausgebildet ist. Dieser T-förmige Schlitz 142 wird dazu benutzt, eine Vierkantschraube 147
aufzunehmen. Der Kontaktarmabschnitt 114 der Anordnung 140 sowie das magnetische
Repulsionsglied 118 sind ähnlich jenen, die bei der Kontaktanordnung 110 benutzt werden. Da die
Kontaktanordnungen 140 mit den T-förmigen Schlitzen zwischen zwei benachbarten
Kontaktarmanordnungen angeordnet sind, bei denen kein solcher T-förmiger Schlitz 142 im
unteren Rand ausgebildet ist, wird die Vierkantschraube 147 nach der Montage in dem T-förmigen
Schlitz 142 gefangen.
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Bei einer anderen Art einer einzelnen Kontaktanordnung 146 ist der stationäre Leiterabschnitt
111 ähnlich demjenigen, der bei der Kontaktanordnung 119 vorgesehen ist. Der wesentliche
Unterschied zwischen den einzelnen Kontaktanordnungen 119 und 146 besteht darin, daß die
Kontaktarmabschnitte 114 bei der Anordnung 146 Lichtbogenkontakte 116 tragen anstelle
von Hauptkontakten 30, die einen Lichtbogenkontaktarm 148 bestimmen. Diese
Lichtbogenkontakte 116 loschen den Lichtbogen, der bei der Trennung der Hauptkontakte 30 entsteht.
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Innerhalb des Schutzschaltergehäuses 21 ist eine Lichtbogenlöschanordnung 152 vorgesehen,
um das Löschen des Lichtbogens zu erleichtern. in jedem der Lichtbogenkontaktarme 148 ist
eine rechteckige Ausnehmung 129' ausgebildet, um einen Träger 156 aufzunehmen, der zwei
parallel abstehende Arme 158 aufweist. Der Träger 156 wird in den rechteckigen
Ausnehmungen 129' aufgenommen. Der Träger 156 weist außerdem eine nach oben gerichtete
Ausstülpung 160 auf, die zur Aufnahme einer Feder 162 benutzt wird, die zwischen dem Träger
156 und der Unterseite 163 des schwenkbar montierten Trägers 132 angeordnet ist. Die
Lichtbogenkontaktarme 148 sind in gleicher Weise wie die Hauptkontaktarmabschnitte 114
schwenkbar um den Drehpunkt 139.
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Die verschiedenen Arten einzelner Kontaktanordnungen 119, 140 und 146 werden so
aufeinander gestapelt, daß die Öffnungen 137 in den L-förmigen Leiterabschnitten 111 zueinander
ausgerichtet sind. Dann werden Nieten oder Befestigungseiemente 138 in die Öffnungen 137
eingeführt, um alle L-förmigen Leiterabschnitte 111 zusammenzuhalten. Ein einen Drehpunkt
139 bestimmender Stift oder eine Niete wird durch die Öffriungen 136 in den
Kontaktarmabschnitten 114 und den Lichtbogenkontaktarmen 148 eingeführt, um alle
Kontaktarmabschnitte 114 gemeinsam mit dem schwenkbaren Träger 132 zu verbinden. Zwischen den
stationären Leiterabschnitten 111 der einzelnen Kontaktanordnung und den Shunts 118 sind
Sperren 166 eingesetzt. Sperren 166 werden ebenfalls zwischen den einzelnen
Kontaktarmabschnitten 114 und 148 eingesetzt. Die vervollständigte Anordnung bildet die
Kontaktanordnung 109.
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Der Shunt oder das magnetische Repulsionsglied 118 ist ein laminiertes Bauteil, das aus
kontinuierlichen dünnen Streifen eines elektrisch leitenden Werkstoffes, wie z.B. Kupfer,
schablonengewickelt ist, so daß ein laminiertes magnetisches Repulsionsglied gebildet wird. Der
schablonengewickelte Shunt 118 hat die Form eines V-förmigen Bauteils, das zwei Schenkel
168 und 170 bestimmt. Ein durch die Schenkel 168 und 170 fließender Strom bewirkt, daß
magnetische Kräfte erzeugt werden, so daß sich die Schenkel 168 und 170 voneinander
abstoßen. Oberhalb eines bestimmten Pegels des Überlaststromes (z.B. über dem
Widerstandsvermögen) werden die entwickelten magnetischen Abstoßungskräfte ausreichend groß sein, um
die Hauptkontakte 30 recht schnell schlagartig zu öffnen. Die Vorspannfedern 130 wirken den
von dem magnetischen Repulsionsglied 118 erzeugten magnetischen Abstoßungskräften
entgegen, um zu ermöglichen, daß bei Überlaststrombedingungen unterhalb dem Widerstands
vermogen des Schutzschalters der Stromwandler 54 und die elektronische Ausloseeinheit den
Überlaststromzustand erfassen, um die Kontakte mittels des Betatigungsmechanismus 58
auszulösen oder zu trennen.
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Um die Flexibilität des magnetischen Repulsionsglieds zu verbessern, ist der Scheitelbereich
172 des Bauteils 118 in eine bimenähnliche Form gepreßt oder deformiert, wie am besten aus
FIG. 7 ersichtlich ist. Die abstehenden Schenkel 168 und 170 des Bauteils 118 sind gecrimpt
und in die Schlüssellöcher 122 in dem stationären Leiterabschnitt 111 und den
Kontaktarmabschnitten 114 der einzelnen Haupt- und Lichtbogen-Kontaktarmanordnungen eingeführt.
Wenn die Enden der Shuntarme in die Schlüssellöcher 122 eingeführt sind, wird die
Anordnung auf beiden Seiten verkerbt. Der Verkerbungsprozeß erzeugt in den Anordnungen
benachbart den Schlüssellöchern 122 eine Nut (nicht dargestellt), um eine Dochtwirkung für das
Lot zu verhindern, das bei dem Befestigen der Shuntarme 168 und 170 an den stationären
Leiterabschnitten 110 und den Kontaktarmabschnitten 114 oder 148 benutzt wird.
Nocken-Walzen-Stift-Anordnung
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Die Nocken-Walzen-Stift-Anordnung 176 dient zwei Zwecken, und zwar einerseits die Kraft
zwischen dem bewegbaren Kontakt 34 und dem stationären Kontakt 32 unter bestimmten
Bedingungen aufrechtzuerhalten, und andererseits bei dem Eintritt eines schlagartigen
Öffnens die Trennung dieser Kontakte beizubehalten, bis der Schutzschalter mittels des
mechanischen Betätigungsmechanismus 58 auslöst. Während des normalen Betriebes wenn der
Überlaststrom unter dem Widerstandsvermögen des Schutzschalters 20 liegt, steht ein Nocken-
Walzen-Stift 178 gegen eine Nockenfläche 180 an, die einstückig in dem schwenkbar
montierten Träger 132 ausgebildet ist, der einen Teil der Kontaktarmanordnung 109 bildet.
Dadurch wird die Kreuzschienenanordnung 72 mit der Kontaktarmanordnung 109 gekoppelt. Da
die Kipphebelanordnung 60 mit der Kreuzschienenanordnung 72 gekoppelt ist, kann der
Betrieb der Hauptkontakte 30 durch den mechanischen Betätigungsmechanismus 58 gesteuert
werden. Wie zuvor erwähnt, bewirken die Vorspannfedern 130 in der Kontaktanordnung 109
einen nach unten gerichteten Druck oder eine Kraft auf den bewegbaren Kontakt 34 gegen den
festen Hauptkontakt 32. Bei Überlaststrombedingungen unterhalb des Widerstandsvermögens
des Schutzschalters 20 werden die Kontaktarme 114 und 148 um den Stift 139 schwenken.
Während solch eines Überlaststromzustandes werden die von den abstehenden Schenkein 168
und 170 des magnetischen Repulsionsglieds 118 erzeugten magnetischen Abstoßungskrafte
bewirken, daß sich die Kontaktarme 114 und 148 gegen den Uhrzeigersinn um den Stift 139
drehen, wodurch die Hauptkontakte 30 zusammengedrangt werden, um zu ermoglichen, daß
der Betatigungsmechanismus 58 den Schutzschalter auslost. Aufgrund der Schwenkbewegung
der Kontaktarme 114 und 148 um den Stift 139 werden in dieser Situation die Hauptkontakte
30 durch die magnetischen Repulsionsglieder 118 geschlossen oder "schlagartig
eingeschaltet".
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Bei Überlaststrombedingungen unterhalb dem Widerstandsvermögen des Schutzschalters wird
der Nocken-Walzen-Stift 176 in der Nockenfläche 180 gefhhrt, um die Kontaktanordnung 109
mechanisch mit der Kreuzschienenanordnung 72 zu verkuppeln. in dieser Situation wird der
Stromwandler 54 einen Überlaststromzustand erfassen und ein Signal an eine elektronische
Auslöseeinheit liefern, die wiederum bewirkt, daß der Betätigungsmechanismus 58 den
Schutzschalter auslöst und die Hauptkontakte 30 öffnet. Bei einem relativ höheren
Überlaststromzustand über dem Widerstandsvermögen wird sich der Drehpunkt für die
Kontaktarmanordnungen 109 ändern, um zu ermöglichen, daß sich die Kontaktanordnungen 109
schlagartig öffnen. insbesondere werden die von dem magnetischen Repulsionsglied 118 erzeugten
magnetischen Abstoßungskräfte bewirken, daß sich der Nocken-Walzen-Stift 178 weg von
der Nockenfläche 180 zu einer zweiten Nockenfläche 182 bewegt, um der bewegbaren
Kontaktanordnung 109 zu ermöglichen, sich um eine andere Achse 183 zu drehen. in dieser
Situation öffnen die von dem magnetischen Repulsionsglied erzeugten magnetischen
Abstoßungskräfte schlagartig die Hauptkontakte 30. Wenn nach dem schlagartigen Öffnen der
Nocken-Walzen-Stift 178 die Nockenfläche 182 erreicht, wird sie die Hauptkontakte 30
voneinander getrennt halten. Wenn der Überlaststromzustand beendet ist, gäbe es sonst keine
magnetischen Abstoßungskräfte, um die Hauptkontakte 30 voneinander getrennt zu halten.
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An jedem Ende des Nocken-Walzen-Stifts 176 gibt es auf den äußeren Polen zwei
Kontaktstellen. Eine Kontaktstelle 184 ist dazwischenliegend am Ende angeordnet. Es ist die Stelle,
wo der Nocken-Walzen-Stift 178 entlang den Nockenflächen 180 und 182 des schwenkbar
montierten Trägers 132 geführt wird. Die andere Kontaktstelle 186 liegt an den Enden des
Nocken-Walzen-Stifts 178, wo dieser in zwei Schlitzen 188 in einer elektrisch isolierten
Hülse aufgenommen wird, die einen Teil der Kreuzschienenanordnung 72 darstellt. Wenn der
Zustand des schlagartigen Öffnens eintritt, können die Kontaktstellen 184 und 186 in
entgegengesetzten Richtungen rotieren. in solch einer Situation werden relativ große Torsions- und
Reibungskräfte an dem Nocken-Walzen-Stift 176 erzeugt, die bewirken können, daß die
Offnungsgeschwindigkeit gesenkt wird, oder die möglicherweise bewirken, daß der Schalter nach
dem schlagartigen Offnen nicht auslöst. Bei der beschriebenen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist ein Nocken-Walzen-Stift 178 vorgesehen, der für jede der
Kontaktstellen 184 und 186 unabhängig voneinander drehbare Abschnitte an jedem Ende aufweist, um
Reibungs- und Torsionskräfte zu senken, die während einem Zustand des schlagartigen
Öffnens erzeugt werden können.
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Der Nocken-Walzen-Stift 176 beinhaltet einen zylindrischen Abschnitt 192, von dessen
Enden sich jeweils Achsen 194 weg erstrecken. Auf jeder Achse 194 sind eine kleine Walze
196 und eine große Walze 198 angeordnet. Nachdem die Walzen 196 und 198 auf die Achse
194 plaziert wurden, wird ein Rückhaltering 197 benutzt, um die Walzen 196 und 198 auf der
Achse 194 zu halten. Die kleine Walze 196 wird benutzt, um mit den Nockenflächen 180 und
182 auf dem sehwenkbar montierten Träger 132 in Eingriff zu treten, während die größere
Walze 198 innerhalb des Schlitzes 188 in der elektrisch isolierten Hülse 190 aufgenommen
wird. Da für jede der Kontaktstellen einzelne Walzen benutzt werden, die auf einer
gemeinsamen Achse getragen werden, können sich die beiden Walzen unabhängig voneinander
drehen. In Situationen, in denen die Kontaktstellen zu einer Drehung in unterschiedlichen
Richtungen gezwungen werden, wie z.B. während dem Zustand des schlagartigen Öffnens, werden
daher die Reibungskräfte erheblich vermindert, woraus ein gleichmäßigerer Betrieb des
Schutzschalters 20 resultiert.
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Die Nocken-Walzen-Stift-Anordnung 176 ist über eine Mehrzahl von Federn 200 mit dem
Stift 230 gekoppelt, um den sich der schwenkbar montierte Träger 132 dreht. in dem
zylindrischen Abschnitt 192 der Nocken-Walzen-Stift-Anordnung 176 sind Radialnuten ausgebildet,
die hakenförmige Enden der Federn 200 aufriehmen. Ähnlich geartete Nuten (nicht gezeigt)
können an dem Stift 230 ausgebildet sein, um das andere Ende der Federn 200 aufzunehmen,
um eine axiale Bewegung der Federn 200 zu verhindern und die
Nocken-Walzen-Stift-Anordnung 176 mit dem Stift 230 zu verkoppeln.
Kreuzschienenanordnung
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Die Kreuzschienenanordnung 72 ist mittels Nocken-Walzen-Stift-Anordnungen 176 mit den
Kontaktanordnungen 109 für jeden der Pole gekoppelt. insbesondere beinhaltet die
Kreuzschienenanordnung 72 eine langgestreckte Welle 206, die einen rechteckigen Querschnitt
aufweisen kann. Die langgestreckte Welle 206 wird eingesetzt, um ein Paar Kontaktarmträger 68
abzustützen, die mit den unteren Hebelschwingen 64 der Kipphebelanordnung 60 gekoppelt
sind. in einem mehrpoligen Schutzschalter 20 sind benachbart dem zentralen Pol zwei
Kontaktarmträger 68 vorgesehen. Jeder Kontaktarmträger 68 ist im wesentlichen L-förmig und
weist in einem kurzen Schenkel 212 eine Öffnung 210 auf. Die Öffnung 210 hat eine
rechteckige Form, und sie ist etwas größer als die Querschnittsfläche der Welle 206, so daß die
Kontaktarmträger 68 gleitend auf der Welle 206 aufgenommen werden und sich mit dieser
drehen können.
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Der Kontaktarmträger 68 ist eine laminierte Anordnung, die aus zwei L-förmigen Trägern 214
gebildet ist, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, um die untere Hebelschwinge
64 der Kipphebelanordnung 60 aufzunehmen. Die Öffnungen in den unteren Hebelschwingen
64 (die den Drehpunkt 70 bestimmen) sind mit Öffnungen 215 in den L-förmigen Bauteilen
214 ausgerichtet. Durch die Öffnungen werden Metallstifte 216 eingesteckt, um eine
Drehverbindung zwischen den Kontaktarmträgern 68 und den unteren Hebelschwingen 64
auszubilden. isolierte Hülsen 218 mit einer Bohrung mit generell rechtwinkligem Querschnitt
werden gleitend auf den Enden der Kreuzschienenwelle 206 aufgenommen. Diese isolierten
Hülsen 218 sind benachbart den Außenpolen angeordnet. Gegenüberliegend angeordnete
Plattenabschnitte 220 und 222 sind einstückig mit der isolierten Hülse 218 aus elektrisch
isolierendem Material ausgebildet. Die Plattenabschnitte 220 und 222 sind an gegenüberliegenden
Enden der isolierten Hülse 218 angeordnet, und sie weisen zwei nach innen weisende
rechteckige Schlitze 188 auf. Die beiden nach innen weisenden Schlitze 188 werden dazu benutzt,
die Walzen 198 des Nocken-Walzen-Stifts 176 aufzunehmen. Die gegenüberliegend
angeordneten Plattenabschnifte 220 und 222 sind ferner mit zwei ausgerichteten Öffnungen 226
versehen. Die Öffnungen 226 sind mit Öffnungen 228 in dem schwenkbaren Träger 132
ausgerichtet. Ein Stift 230 wird in den Öffnungen aufgenommen, um für eine Drehverbindung
zwischen dem drehbaren Träger 132 und den einstückig ausgebildeten isolierten
Hülsenanordnungen 218 zu sorgen.
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Der Abstand zwischen den gegenüberliegend angeordneten Plattenabschnitten 220 der
isolierten Hülsen 218 ist so gewählt, daß darin der schwenkbar montierte Träger 132 gefangen wird.
Daher wird jede aufgrund eines Überlaststromzustandes zwischen den
Kontaktarmanordnungen erzeugte magnetische Abstoßungskraft ein Abstoßen der Kontaktarmanordnungen 109
bewirken, wodurch wiederum die isolierten Hülsenabschnitte 218 von der Welle 206 gedrängt
werden würden. Da die magnetischen Abstoßungskräfte eine Bewegung der Kontaktarmträger
68 entlang der Welle 206 bewirken können, werden diese Kontaktarmträger 68 an der Welle
206 angeschweißt. Die isolierten Hülsenanordnungen 218 können entweder an der Welle 206
angeformt sein, oder sie können getrennt geformt und mittels eines Klebers, wie z.B. Epoxid,
an der Welle 206 befestigt und mittels einem oder mehreren Metallstiften 232, die quer in
Öffnungen in den Hülsen 218 und der Welle 206 eingeschoben werden, mit der Welle 206
verzapft werden, um eine axiale Bewegung der Hülsen 218 gegenüber der Welle 206 zu
verhindern. Die Metallstifte 232 werden bündig in (nicht gezeigte) Öffnungen in den isolierten
Hülsen 218 eingeführt, und sie können mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff überdeckt
werden.
Gummianschläge und Außenpole
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Aufjedem der Außenpole ist eine Gummianschlaganordnung 234 vorgesehen, um Schäden an
dem Oberteil 24 des Schutzschalters zu verhindern, wenn die Kontaktanordnungen 109 von
dem festen Hauptkontakt 32 getrennt werden. Bei einem relativ hohen Überlaststrom,
insbesondere
wenn die Kontaktarmanordnung 109 schlagartig von dem magnetischen
Repulsionsglied 118 geöffnet wird, wird eine beträchtliche Kraft erzeugt. Bei herkömmlichen
Schutzschaltern werden stoßdämpfende Werkstoffe auf die Innenseite des Obertei]s aufgeklebt, um
zu verhindern, daß die Kontaktanordnung 109 gegen das Oberteil 24 schlägt. in manchen
Fällen erleidet das Oberteil 24 dennoch Schäden. Die Gummianschlaganordnungen 234 für die
Außenpole werden benutzt, um zu verhindern, daß die Kontaktanordnungen 109 gegen das
Oberteil 24 schlagen, wobei jede derselben einen in Abstand von dem Oberteil 24 des
Schutzschaltergehäuses 21 angeordneten Stoßdämpfer 236 beinhaltet. indem der Stoßdämpfer 236 in
Abstand von dem Oberteil 24 angeordnet ist, werden Schäden an dem Oberteil 24 verhindert.
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Ein wichtiger Aspekt der Gummianschlaganordnung 234 ist, daß sie einen zwei Zwecken
dienenden Träger 238 aufweist, der zwei parallele Sätze von in Abstand angeordneten
abstehenden Armen 240 und 242 beinhaltet. Die relativ längeren Arme 240 weisen ausgerichtete
Öffnungen 243 an dem freien Ende 244 auf, um einen Stift 246 aufzunehmen. Der Stoßdämpfer
236 hat eine generell zylindrische Form, und er weist eine Mittelbohrung mit einem
Durchmesser auf, die es ihm erlaubt, gleitend auf dem Stift 246 aufgenommen zu werden. Der Stift
246 ist etwas länger als der zylindrische Stoßdämpfer, so daß die Enden des Stifts aus den
Armen 240 herausragen. Dieser überstehende Abschnitt des Stifts wird in einer Bohrung 248
aufgenommen, die einstückig in dem Rahmen 28 ausgebildet ist, um für zusätzliches
Abstützen der Gummianschlaganordnung 234 zu sorgen. Der relativ kürzere Satz von abstehenden
Armen 242 wird dazu benutzt, eine Drehverbindung für die Kreuzschienenanordnung 72 zu
bilden.
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Ein Bogen 219 des Trägers 238 ist mit Öffnungen 250 versehen. Eine Sperrplatte 252 mit
zwei vorstehenden Ohren 254 ist mit zwei Öffnungen 256 versehen, die zu den Öffnungen
250 in dem Träger 238 ausgerichtet sind. Die Öffnungen 250 und 256 nehmen (nicht gezeigte)
Befestigungsmittel auf, um die Gummianschlaganordnung 234 an dem Rahmen des
Schutzschalters zu befestigen.
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Da der Betätigungsmechanismus 58 einschließlich der Kipphebelanordnung 60 benachbart
dem Zentralpol angeordnet ist, wird für den Zentralpol eine unterschiedliche
Gummianschlaganordnung 257 benutzt. Insbesondere ist ein langgestreckter Metallstab 258 zum Tragen eines
Stoßdämpfers 260 vorgesehen. Der Stoßdämpfer 260 ist ein generell L-förmiges Bauteil, das
an dem langgestreckten Metallstab 258 befestigt ist. Die Länge des langgestreckten
Metallstabes ist so gewählt, daß er über den Stoßdämpfer 260 hinausragt und in (nicht gezeigten)
Schlitzen in gegenüberliegend angeordneten Seitenplatten 262 aufgenommen wird, die
benachbart dem Zentralpol angeordnet und starr an dem Rahmen 28 befestigt sind. Die Montage
der Zentralpolanordnung 257 erfolgt derart, daß diese in Abstand von dem
Betätigungsmechanismus
58 liegt, um zu verhindern, daß die Zentralpol-Kontaktanordnung 109 mit ihr in
Kontakt tritt.
Stromwandler-Schnellwechselanordnung
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Die Stromwandler-Schnellwechselanordnung 264 erlaubt, den Hauptstromwandler 54 recht
schnell und leicht entweder in der Fabrik oder vor Ort auszutauschen. Die Stromwandler-
Schnellwechselanordnung 264 vereinfacht den Austausch des Stromwandlers 54, ohne daß
der Schutzschalter übermäßig zerlegt werden muß. Ein Grund für einen Austausch des
Stromwandlers 54 läge vor, wenn der Stromwandler 54 versagt. Ein weiterer Grund für einen
Austausch des Stromwandlers 54 ist der Wechsel von einem Nennstrom auf einen anderen
Nennstrom eines Zweibereichs-Schutzschalters, wie z.B. bei einem Schutzschalter, bei dem der
Nennstrom 1600/2000 Ampere beträgt. insbesondere wäre ein Stromwandler 54, der mit dem
Schutzschalter mit einem Nennstrom von 1600 Ampere benutzt wird, nicht geeignet für einen
Gebrauch bei einem Nennstrom von 2000 Ampere.
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Die Stromwandler-Schnellwechselanordnung 264 beinhaltet den um einen lastseitigen Leiter
46 angeordneten Hauptstromwandler 54 sowie eine abnehmbare Platte 266. Der
Stromwandler 54 ist ein ringtörmiger Stromwandler, bei dem der lastseitige Leiter 46 als die
Primärwicklung benutzt wird.
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Der Hauptstromwandler 54 ist in einer einstückig in dem Rahmen 28 ausgebildeten Höhlung
267 angeordnet, die an einer Seite offen ist, um das Herausnehmen aus dem Gehäuse 21 zu
gestatten. Der lastseitige Leiter ist in einer einstückig in dem Rahmen 28 ausgebildeten
Höhlung 269 untergebracht, um das Entfernen des lastseitigen Leiters 46 aus dem Gehäuse 21 in
einer Richtung parallel zu seiner Längsachse zu erlauben. Wenn der Stromwandler 54 aus
dem Gehäuse 21 hergenommen werden soll, wird die abnehmbare Platte 266 entfernt.
Nachdem die Platte 266 entfernt wurde, müssen sechs Befestigungselemente 48 gelöst werden, um
den lastseitigen Leiter 46 abzukoppeln. Nachdem diese Schrauben entfernt wurden, müssen
vier weitere Befestigungselemente 49 entfernt werden, um das Bauteil 50 von dem lastseitigen
Leiter 46 abzukoppeln. Nachdem das Bauteil 50 von dem lastseitigen Leiter 46 abgekoppelt
wurde, kann der Leiter 46 in einer Richtung parallel zu seiner Längsachse herausgezogen
werden. Nach Entfernen des Leiters 46 kann dann der Stromwandler 54 aus dem
Schutzschaltergehäuse 21 herausgenommen und durch einen anderen Stromwandler ersetzt werden. Um
den Stromwandler 54 zu ersetzen, werden die Schritte einfach umgekehrt. Es ist somit
offensichtlich, daß eine Schnellwechselanordnung offenbart wurde, die für ein schnelles und
leichtes Auswechseln von Stromwandlern vor Ort sorgt.
Kombinierte Sperr- und Hilfsstromwandler-Platine
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Es ist eine kombinierte Sperr- und Hilfsstromwandler-Platine 268 vorgesehen. Diese Platine
268 dient mehreren Zwecken. Ein Zweck besteht darin, eine Sperre zu schaffen, um einen
Kontakt mit den inneren Komponenten des Schutzschalters zu verhindern. insbesondere
schließt die Platine 268 einen offenen Bereich 271 des Gehäuses 21. Ein weiterer Zweck liegt
darin, eine Möglichkeit für die Montage eines Hilfsstromwandlers 270 zu schaffen. Ein dritter
Zweck besteht darin, eine Anordnung zum Verbinden der Hilfsstromwandler 270 an den
Hauptstromwandler 54 und die elektronische Auslöseeinheit zu schaffen. Und schließlich
schafft die kombinierte Sperr- und Hilfsstromwandler-Platine 268 ein Mittel, um innerhalb
des Schutzschalters 20 erzeugte Wärme an die Atmosphäre abzuführen.
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Die kombinierte Sperr- und Hilfsstromwandler-Platine 268 besteht aus einer E-förmigen
gedruckten Schaltungsplatine 272. Die gedruckte Schaltungsplatine 272 wird in
gegenüberliegend angeordneten Schlitzen 274 aufgenommen, die in den Seitenwänden 276 des Unterteils
22 ausgebildet sind. Die Unterseite der gedruckten Leiterplatte 272 sitzt auf der Oberseite von
senkrecht stehenden Schenkelabschnitten 278 des Rahmens 28. Die E-förmige gedruckte
Schaltungsplatine 272 ist zwischen der Schnappanordnung 82 und dem offenen Bereich 271
des Gehäuses 21 angeordnet. Die gedruckte Schaltungsplatine 272 weist zwei in Abstand
voneinander angeordnete Schlitze 282 auf, die deren E-Form bestimmen. Die Schlitze 282
sind zur Aufnahme von senkrecht stehenden Seitenwänden 284 ausgelegt, die in dem Rahmen
28 ausgebildet sind.
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Es sind drei Hilfsstromwandler 270 vorgesehen, einer für jeden Pol. Die Hilfsstromwandler
270 haben volle Primär- und volle Sekundärwicklungen, und sie werden dazu benutzt, den an
die elektronische Auslöseeinheit angelegten Strom herunterzutransformieren. insbesondere ist
die Sekundärwicklung von jedem der Hauptstromwandler 54 an die Primärwicklung eines
entsprechenden Hilfsstromwandlers 270 angelegt. Die Sekundärwicklungen der
Hilfsstromwandler 270 werden dann an die elektronische Auslöseeinheit angelegt.
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Die gedruckte Schaltungsplatine 272 wird benutzt, um einen Kabelbaum zwischen den
Hilfsstromwandlern 270 und der elektronischen Auslöseeinheit zu ersetzen. insbesondere ist auf
der gedruckten Schaltungsplatine 272 eine elektrische Schaltung vorgesehen, welche die
erforderlichen Verbindungen zwischen den Primärwicklungen der Hilfsstromwandler 270 und
den Sekundärwicklungen des Hauptstromwandlers 54 bereitstellt. Die elektrische Schaltung
wird in konventioneller Weise auf der gedruckten Schaltungsplatine 272 ausgebildet. An der
oberen rechten Ecke der gedruckten Schaltungsplatine 272 ist ein Hauptverbinder 286
vorgesehen. Dieser Verbinder 286 ist mittels der auf der gedruckten Schaltungsplatine 272 ausge
bildeten elektrischen Schaltkreise mit den Sekundarwicklungen des Hilfsstromwandlers 270
elektrisch verbunden. Dann wird ein Kabelbaum benutzt, der an beiden Enden einen
Verbinder aufweist (nicht gezeigt), um die gedruckte Schaltungsplatine 272 mit der elektronischen
Auslöseeinheit zu verbinden. Die Hilfsstromwandler 270 sind direkt auf der gedruckten
Schaltungsplatine 272 montiert. Benachbart zu jedem der Hilfsstromwandler 270 sind auf der
gedruckten Schaltungsplatine 272 Sekundärverbinder 288 angeordnet. Diese
Sekundärverbinder 288 sind mit den Primärwicklungen der Hilfsstromwandler 270 verbunden. Um jede der
Primärwicklungen der Hilfsstromwandler 270 mit den Sekundärwicklungen der
Hauptstromwandler 54 zu verbinden, ist ein weiteres Kabel vorgesehen (nicht gezeigt), das an einem
Ende einen Verbinder aufweist, der die Hauptstromwandler 54 mit der Platine 272 verbindet.
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In den abstehenden Schenkelbereichen 292 der gedruckten Schaltungsplatine 272 sind
Lüftungslöcher 290 vorgesehen. Diese Lüftungslöcher erlauben das Abführen von in dem
Gehäuse 21 erzeugter Wärme an die Atmosphäre.
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Die kombinierte Sperr- und Hilfsstromwandler-Platine 268 erleichtert somit den
Zusammenbau eines Schutzschalters, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden und das innere
Verkabeln des Schutzschalters 20 erleichtert wird.
Modulare Optionsdeckanordnung
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Es ist eine modulare Optionsdeckanordnung vorgesehen, welche die Montage von
verschiedenen optionalen Bauteilen erleichtert, wie z.B. eines Unterspannungs-Freigabemechanismus,
eines Shuntauslösers und verschiedener anderer optionaier Bauteile des Schutzschalters. Ein
Unterspannungs-Freigabemechanismus dient dazu, die Hauptkontakte 30 automatisch zu
öffnen, wenn die Netzspannung unter einen vorbestimmten Wert sinkt. Dies erfolgt, um zu
verhindern, daß bestimmte Lasten, wie z.B. Motoren, bei einer verminderten Spannung betrieben
werden, was ein Überhitzen des Motors verursachen kann. Ein Beispiel für einen
Unterspannungs-Freigabemechanismus ist in US-A-4 489 295 offenbart, wobei dieses Patent auf den
Anmelder der vorliegenden Erfindung überschrieben ist und auf dieses in vollem Umfang
Bezug genommen wird. Eine Shuntauslöseanordnung (nicht gezeigt) besteht im wesentlichen
aus einem Elektromagneten, der einen hin- und herbewegbar montierten Stößel aufweist, der
benachbart der Auslösestange 98 angeordnet ist. Die Shuntauslöseanordnung ermöglicht es,
den Schutzschalter 20 fernauszulösen. Weder der Unterspannungs-Freigabemechanismus
noch die Shuntauslöseanordnung werden für alle Schutzschalter 20 benötigt. Diese
Baugruppen sind kundenspezifische Baugruppen, die im allgemeinen im Werk installiert werden. Um
die Herstellungszeit zu verkurzen und die Kosten für den zusätzlichen Einbau dieser
Baugruppen in die Schutzschalter 20 wahrend der Herstellung zu senken, ist eine
Optionsdeckanordnung
294 vorgesehen. Die Optionsdeckanordnung 294 beinhaltet eine unter dem
Schutzschalter-Oberteil 24 angeordnete rechtwinkelige Platte, die von dem Rahmen 28 getragen
wird, und die eine Öffnung 296 aufweist, um mit der Auslösestange 98 zusammenzuwirken.
Die Platte 294 beinhaltet ferner eine Mehrzaahl von Sätzen von Schlitzen 298 zur Aufnahme
einer Mehrzahl von nach unten abstehenden L-förmigen Armen 300, die einteilig mit einem
Träger 302 ausgebildet sind. Die Schlitze 298 in der Platte 294, die mit den L-förmigen
Armen 300 zusamnienwirken können, sorgen dafür, daß die verschiedenen optionalen Bauteile
an der rechtwinkeligen Platte 294 befestigt werden können, um eine Bewegung in einer zu der
Ebene der Platte 294 senkrechten Richtung zu verhindern und für eine Ausrichtung mit der
Auslösestange 98 zu sorgen. Die L-förmigen Arme 300 sind an diametral gegenüberliegenden
Bereichen des Trägers 302 angeordnet. Der Träger 302 ist dafür ausgelegt, in einem
beliebigen Satz von diametral gegenüberliegenden Schlitzen 304, 306 oder 308 aufgenommen zu
werden, um beispielsweise bis zu drei optionale Bauteile in einen gegebenen Schutzschalter
20 einzubauen.
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Der Träger 302 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 310 versehen, um die optionalen
Bauteile mittels einer Mehrzahl von Befestigungseiementen (nicht gezeigt) an dem Träger 302 zu
befestigen. in der Platte 294 sind Nuten 312 vorgesehen, die zu den Öffnungen 310 in dem
Träger 302 ausgerichtet sind. Diese Nuten 312 schaffen Raum für die zur Befestigung des
optionalen Bauteils auf dem Träger 302 benutzten Befestigungselemente, um es zu ermöglichen,
daß der Träger 302 gleitend auf der Platte 294 aufgenommen wird.
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Die verschiedenen optionalen Bauteile haben jeweils einen nach unten abstehenden Hebel
(nicht gezeigt), der dafür ausgelegt ist, mit der Ausiösestange 98 in Eingriff zu treten, um den
Schutzschalter 20 auszulösen. Nachdem das optionale Bauteil auf dem Träger 302 montiert
wurde, erstreckt sich der nach unten abstehende Hebel von dem hinteren Rand des Trägers
302 nach unten durch die Öffnung 296, um mit der Auslösestange 98 zusammenzuwirken. Die
Träger 302 werden dann an der betreffenden Stelle befestigt. Daher sollte es klar ersichtlich
sein, daß die Optionsdeckanordnung ermöglicht, einen Schutzschalter recht einfach und
schnell an Kundenwünsche anzupassen.
Kraftübertragender Abstandhalter
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Um die Zeit zu verkürzen, die zum schlagartigen Öffnen der schwenkbar montierten Kontakt
anordnungen 109 bei relativ hohen Überstrombedingungen erforderlich ist, ist ein
kraftübertragender Abstandhalter 400 benachbart dem Bogen 402 des Shunts 118 angeordnet. Es wird
ein kraftübertragender Abstandhalter 400 je Pol benutzt. Somit wirkt jeder kraftübertragende
Abstandhalter mit all den einzelnen Shunts zusammen, die für eine Kontaktanordnung 109
benutzt werden, so daß alle die einzelnen Shunts 118 in der Kontaktanordnung 109 relativ der
gleichen Kraft von dem kraftübertragenden Abstandhalter 400 ausgesetzt sind.
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Die während Bedingungen eines relativ hohen Überlaststromes zum schlagartigen Öffnen der
Kontaktarmanordnung 109 benötigte Zeit ist eine Funktion der magnetischen
Abstoßungskräfte, die zwischen Schutzschalterbauteilen erzeugt werden, welche parallele Strompfade
bestimmen. Bei Schutzschaltern wie dem hier beschriebenen Schutzschalter, bei welchem
V-förmige flexible Shunts 118 zwischen dem bewegbaren Kontakt 34 und dem stationären
Leiterabschnitt 111 benutzt werden, wird die Zeitdauer zum schlagartigen Öffnen um die für
die Kompression des Shunts 118 erforderliche Zeit verlängert. insbesondere sind die
erzeugten magnetischen Abstoßungskräfte eine Funktion des Abstandes zwischen den Leiterbahnen,
die zwischen den abstehenden Schenkein 168 und 170 der Shunts 118 und zwischen dem
abstehenden Schenkel 170 und den stationären Leiterabschnitten 111 der Kontaktanordnungen
110 bestimmt sind. Wie in FIG. 19 gezeigt ist, fließt während Bedingungen eines relativ hohen
Überlaststromes ein elektrischer Strom in entgegengesetzten Richtungen, wie durch die Pfeile
angedeutet ist. Folglich werden magnetische Abstoßungskräfte zwischen dem stationären
Leiterabschnitt 111 und dem abstehenden Schenkel 170 des Shunts 118 erzeugt, was zu einer
Kompression des Shunts 118 führt. Aufgrund des Abstandes zwischen den abstehenden
Schenkein 168 und 170 des Shunts 118 ist die Kompression des Shunts 118 erforderlich,
bevor eine ausreichende magnetische Abstoßungskraft zwischen den abstehenden Schenkein
168 und 170 erzeugt wird, um einen Zustand des schlagartigen Öffnens auszulösen. Wenn die
Schenkel 168 und 170 des Shunts 118 um einen vorbestimmten Betrag komprimiert sind,
wird der Abstand zwischen den beiden abstehenden Schenkein 168 und 170 so groß sein, daß
magnetische Abstoßungskräfte zwischen den beiden abstehenden Schenkein 168 und 170 des
Shunts 118 erzeugt werden, um ein schlagartiges Öffnen der Kontaktarmanordnung 119 zu
bewirken.
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Um diese Kompressionszeit zu beseitigen oder zu verkürzen ist ein kraftübertragender
Abstandhalter 400 benachbart dem Bogen 402 des Shunts 118 angeordnet. Der kraftübertragende
Abstandhalter 400 kann aus einem relativ steifen dielektrischen Werkstoff gefertigt sein. Um
die Federwirkung des Shunts 118 und somit die Kompressionsdauer im wesentlichen zu
beseitigen, sollte der kraftübertragende Abstandhalter 400 während Normalbedingungen (z.B.
bei elektrischen Strompegeln, die unter jenen Pegeln liegen, die normalerweise zu einem
schlagartigen Offnen führen) mit beiden abstehenden Schenkein 168 und 170 des Shunts 118
in Eingriff stehen. Bei dieser Anordnung wird die zwischen dem abstehenden Schenkel 170
und dem stationaren Leiterabschnitt 111 der Kontaktanordnungen 110 entwickelte
magnetische
Abstoßungskraft auf den abstehenden Schenkel 168 übertragen. Diese Wirkung verkürzt
die zum schlagartigen Öffnen der Kontaktarmanordnung 110 erforderliche Zeit, da jene
Verzögerung im wesentlichen beseitigt wird, die aus dem Warten auf die Kompression des Shunts
118 resultiert. Folglich wird der Stromdurchsatz bei Bedingungen eines relativ hohen
Überlaststromes wesentlich herabgesetzt, wodurch die stromab liegende Ausrüstung vor Schäden
bewahrt wird.
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In manchen Situationen kann es erwünscht sein, die Federwirkung des Shunts 118 nicht
vollständig aufzuheben. In solchen Situationen kann der kraftübertragende Abstandhalter 400 bei
Normalbedingungen mit einem oder keinem der beiden abstehenden Schenkel 168 oder 170 in
Kontakt stehen. Alternativ kann der kraftübertragende Abstandhalter aus einem etwas
federnden Werkstoff gefertigt sein. in diesen Fällen würde die Kompression des Shunts 118 ohne
einen kraftübertragenden Abstandhalter 400 auf einen Teil des erforderlichen Betrages
gesenkt werden. Somit würden nach einer Teilkompression des Shunts 118 die Schenkel 168
und 170 des Shunts 118 mit dem kraftübertragenden Abstandhalter 400 in Eingriff treten, um
magnetische Abstoßungskräfte auf den abstehenden Schenkel 168 übertragen zu können.
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Obschon davon ausgegangen wird, daß verschiedene Ausführungsformen des
kraftübertragenden Abstandhalters 400 innerhalb der Prinzipien der Erfindung liegen, wurde der
kraftübertragende Abstandhalter 400 zu Zwecken der Beschreibung als ein Bauteil beschrieben
und veranschaulicht, welches einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser hat,
der im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den abstehenden Schenkeln 168 und 170
des Shunts 118 an einer vorbestimmten Stelle benachbart dem Bogen 402 ist.
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Fachleuten versteht sich, daß es verschiedene Mittel und Methoden gibt, um den
kraftübertragenden Abstandhalter 400 mit Bezug an dem Bogen der Shunts 118 zu befestigen. Wie am
besten in den FIG. 19 und 20 zu sehen ist, kann beispielsweise ein Band 404 benutzt werden.
Es kann ein Band 404 je Pol benutzt werden. Solch ein Band ist generell lotrecht zu den
abstehenden Schenkeln 170 der Shunts 118 und generell parallel zu der Achse des
kraftübertragenden Abstandhalters 400 angeordnet. Aufgrund der relativen Bewegung der abstehenden
Schenkel 168 mit Bezug auf die abstehenden Schenkel 170 der Shunts 118 sollte der
kraftübertragende Abstandhalter 400 an nur einem der abstehenden Schenkel 168 oder 170
befestigt sein. Außerdem sollte der kraftübertragende Abstandhalter 400 ausreichend befestigt
sein, um eine Bewegung mit Bezug auf den Shunt 118 sowohl in der axialen als auch der
transversalen Richtung zu verhindern.
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Es ist offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden
Erfindung im Rahmen der anhängenden Ansprüche möglich sind.