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Die vorliegende Erfindung betrifft einen automatischen
Ausschalter, der im Vergleich zu heutigen, für gleiche oder
ähnliche Zwecke verwendeten Ausschaltern eine ganze Reihe
wichtiger Vorteile und wichtiger Neuerungen aufweist.
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Konkreter gesagt, der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Ausschaltervorrichtung zu schaffen, die durch
Strombegrenzung abzuschalten vermag.
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Zur Zeit und unter Bezugnahme auf den derzeitigen Stand der
Technik muß festgestellt werden, daß verschiedene
Ausschalter-Arten bestehen, bei denen die große Anzahl Bauteile und
eine übermäßig komplizierte Arbeitsweise zu großem Verbrauch
und zu vielen Störungen sowie zu überhöhten Kosten führen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile hat die Anmelderin eine neue
Art Ausschalter erfunden, dessen einfacher Aufbau und
einfache Arbeitsweise die Kosten dieses Gerätetyps beträchtlich
senken und zur gleichen Zeit ein Funktionieren garantieren,
das im Vergleich zu derzeit verwendeten Ausschaltern
beachtliche technische Verbesserungen aufweist.
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Der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende
automatische Ausschalter ist im wesentlichen zusammengesetzt aus
Einrichtungen, die das normale Schließen und Öffnen des
Ausschalters, das Öffnen durch thermische Auslösung, das Öffnen
durch magnetische Auslösung und das Öffnen durch Kurzschluß
ausführen.
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Die Einrichtung für den normalen Ein- und Ausschaltbetrieb
des Ausschalters ist nur von fünf Bauteilen gebildet:
Handhabe, Handhabefeder, Kuppelstück, Vorrichtungsfeder und
bewegliches Schaltstück.
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In DE-A-36 19 239 ist ein automatischer Ausschalter
entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 dargestellt.
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Der erfindungsgemäße Ausschalter unterscheidet sich von ihm
durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten
Merkmale.
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Die Verriegelung der Einrichtung für den normalen Ein- und
Ausschaltbetrieb des Ausschalters geschieht zwischen dem
freien Ende des Kuppelstückes und einem Ende der
Vorrichtungsfeder (Abstützstelle).
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Diese Verriegelung ist von zwei Stücken metallischen Drahtes
gebildet, bei denen die Erzeugenden parallel sind, wobei der
Querschnitt der beiden Stücke beliebig, nämlich zylindrisch,
quadratisch, rechteckig usw. sein kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, in die genannte Vorrichtung eine
flexible Welle einzugliedern, die Teil der Handhabe bildet.
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Durch Verformung und Lageänderung übt diese Welle einen Druck
auf das Kuppelstück aus, wobei eine Federwirkung auf dieses
entsteht, um es unabhängig von der Einbaulage des Schalters
in einer Voreinschaltstellung zu halten.
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Die Federwirkung bleibt bei Beginn des Einschaltvorgangs des
Gerätes erhalten, wobei sie danach wiederauftritt, nachdem
das Kuppelstück begonnen hat, sich an der Vorrichtungsfeder
abzustützen.
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Dieses Verriegelungs- und Rückstellsystem ist bei den
derzeitigen Ausschaltern unbekannt, und seine Verwendung ermöglicht
den Einbau der Verriegelungsfunktion in die Baugruppen
Kuppelstück-Feder, wobei auf diese Weise die Anzahl der Bauteile
verringert und der Einstandspreis gesenkt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist bei der
elektromagnetischen Öffnungsvorrichtung neu, daß das feste
Schaltstück auch die Funktionen eines magnetischen Gestells
erfüllt, indem es den magnetischen Kreis der magnetischen
Auslöseeinrichtung schließt. Außerdem sind dank seiner
Dickenabmessung und der vorgesehenen Aufnahme für die Spule die
Wicklungen dieser Spule im Zwischenraum zwischen dem Gestell und
dem beweglichen Kern konzentriert, was es ermöglicht, eine
magnetische Auslöseeinrichtung ohne festen Kern zu erhalten,
wodurch wichtige technische und wirtschaftliche Vorteile
gegenüber den derzeitigen Ausschaltern geschaffen werden.
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Die Vorrichtungsfeder, die in der Einrichtung für den
normalen Ein- und Ausschaltbetrieb des Ausschalters enthalten ist,
bietet die Neuheit, daß sie allein die nachstehend
angegebenen Funktionen erfüllt:
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Kontaktdruckfeder, ausgeführt durch Abstützstellen auf
dem beweglichen Schaltstück und auf dem freien Ende des
Kuppelstücks,
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Öffnungsfeder der Einrichtung, ausgeführt durch die
Abstützstellen auf dem Gestell und dem beweglichen Schaltstück,
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Verriegelungsfeder der Ausschalteinrichtung durch
thermisches und/oder elektromagnetisches Öffnen, durch die Anlage
zwischen der Vorrichtungsfeder und dem freien Ende des
Kuppelstücks.
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Bei den derzeitigen Ausschaltern wird jede der genannten
Funktionen von einem verschiedenen Bauteil ausgeführt, und
das Verriegeln geschieht durch zwei Bauteile. Bei der
üblichen Ausführung wird diese Funktion durch wenigstens vier
Bauteile ausgeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der
erfindungsgemäße Ausschalter ein Druckteil, das mehrere Funktionen
ausführt, die bei derzeitigen Ausschaltern durch eine größere
Anzahl Bauteile ausgeführt werden, was einen beachtlichen
Vorteil sowohl vom Preis als auch von der Einfachheit der
Ausführung her bringt.
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Die vom Druckteil ausgeführten Funktionen sind folgende:
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bei der Einrichtung zum elektromagnetischen Öffnen hält
das Druckteil den beweglichen Kern in seiner Ruhestellung,
ohne daß eine magnetische Feder benötigt wird,
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bei der Einrichtung zum Öffnen durch thermische
Auslösung überträgt das Druckteil die Bewegung des Bimetallteils
auf den Hauptteil des Druckteils über einen Hebel zum
thermischen Öffnen.
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Ein besseres Verständnis weiterer bevorzugter Merkmale und
Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der Lektüre der
nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, von denen
die Fig. 1 und 2 zwei Darstellungen des Ausschalters in
seiner Ein- bzw. Ausschaltstellung zeigen.
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In den Figuren ist zu erkennen, daß das Gerät ein Gehäuse
umfaßt mit einem Gestell 1 und einem Deckel 2 aus
isolierendem Werkstoff, einer Bauteile-Gruppe, die ein System zur
Unterbrechung des elektrischen Stroms bilden und die manuell
mit einer Handhabe M betätigt werden, die aus dem Gehäuse
nach außen herausragt, und einem Kurzschluß-Löschsystem 3,
das im wesentlichen von einer Lichtbogenblaskammer 4 und
einer Lichtbogenstrecke 5 gebildet ist.
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Das System zur Unterbrechung des elektrischen Stroms ist eine
Einrichtung, die sich aus fünf kinematischen Ketten
zusammensetzt.
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Die erste Kette A ist gebildet von der Handhabe M, die sich
um eine Teil des Gestells 1 bildende Achse 10 dreht, von
ei
nem Kuppelstück 11, von dem ein Ende in ein Loch 12
eingreift, das in der Handhabe M ausgebildet ist und in dem es
sich frei drehen kann, wobei das andere Ende frei ist, und
von einer Feder 14 zum Rückstellen der Handhabe.
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Die zweite kinematische Kette B ist gebildet vom beweglichen
Schaltstück CM, das ein Bauteil aus elektrisch leitfähigem
Werkstoff ist, das sich um die Teil des Gestells 1 bildende
Achse 20 dreht, und von einer Vorrichtungsfeder 21 mit vier
Abstützstellen, von denen sich die erste Abstützstelle 28 (in
der in Fig. 1 dargestellten Stellung des geschlossenen
Schalters) auf dem freien Ende 13 des Kuppelstücks 11 und auf dem
beweglichen Schaltstück CM befindet, eine Abstützstelle 22
auf dem beweglichen Schaltstück CM, und eine weitere
Abstützstelle 27 auf dem Gestell 1.
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Die dritte kinematische Kette C ist gebildet von einer
Einrichtung zum magnetischen Auslösen, die auf
elektromagnetischem Wege auf einen Überstrom in dem Kreis reagiert, in dem
der Ausschalter angeordnet ist. Diese Kette ist gebildet von
einem beweglichen Kern 30, der im Innern einer Spulenachse 31
verschieblich ist.
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Die vierte Baugruppe D setzt sich zusammen aus einer
Bimetall-Lamelle 40, die auf thermischem Wege auf den Überstrom
reagiert, der in dem Kreis fließt, in dem der Ausschalter
angeordnet ist, wobei sie auf diese Weise das System zum
thermischen Auslösen bildet.
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Die letzte kinematische Kette E ist gebildet von dem
Druckteil 50, das aus einem Stück isolierendem Werkstoff
hergestellt ist, das sich um die Teil des Gestells 1 bildende
Achse 51 dreht, und von einem thermischen Kuppelstück 55. Das
Druckteil hat vier Hauptarbeitsstellen: die Stelle
magnetischer Öffnung 52, den Drehpunkt des thermischen Kuppelstücks
55, die dritte Arbeitsstelle ist der Auslösehebel 56, und
schließlich die externen Auslösepunkte 57.
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Die Arbeitsweise des Hauptstromkreises und der verschiedenen,
den Ausschalter bildenden Einrichtungen ist folgende:
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Wenn sich der Ausschalter in eingeschaltetem Zustand befindet
(Fig. 1), fließt der Strom in den Ausschalter über die
Einführungsklemme 60 ein, die auf dem Gestell 1 angeordnet ist.
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Der elektrische Strom fließt durch die Zunge 61, die mit
einem Ende 62 der elektromagnetischen Spule 32 durch Schweißen
verbunden ist. Von der Spule 32 fließt der Strom über das
Abbrandstück 33 zum festen Schaltstück CF. Vom festen
Schaltstück CF fließt er über die Berührungsstelle 34 zum
beweglichen Schaltstück CM. Für diese Berührungsstelle können zwei
Ausführungsarten vorgesehen sein: eine, bei der das feste
Schaltstück CF mit dem beweglichen Schaltstück CM in direkte
Berührung kommt, und eine andere, bei der diese Berührung
über ein Abbrandstück 33 erfolgt.
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Vom beweglichen Schaltstück CM fließt der Strom zum
Bimetallstück 40 über eine Litze 45, die an einem Ende mit dem
beweglichen Schaltstück CM und am anderen Ende mit dem
Bimetallstück 40 durch Schweißen verbunden ist.
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Der Strom gelangt über das Bimetallteil 40 und eine zweite
Litze 42 zur Durchführungsklemme 63.
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Die verschiedenen, den Ausschalter bildenden Einrichtungen
entsprechen fünf Betriebsarten: normales Schließen des
Ausschalters, normales Öffnen des Ausschalters, Öffnen durch
thermisches Auslösen, Öffnen durch magnetisches Auslösen, und
Öffnen durch Kurzschluß.
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Die Einrichtung zum normalen Ein- und Ausschalten des
Ausschalters ist von den Ketten A und B gebildet.
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Das normale Schließen geschieht durch Drehen der Handhabe M
aus der Ausschaltstellung (Fig. 2) in die Einschaltstellung
(Fig. 1). Beim Drehen der Handhabe M um die Achse 10 wird das
freie Ende 13 des Kuppelstücks 11, das durch die flexible
Welle 15 der Handhabe vorgespannt ist, verstellt, bis es mit
der Abstützstelle 28 der Vorrichtungsfeder 21 in Berührung
kommt. Sobald die Bewegung begonnen hat, drängt das
Schaltstück das Ende der Feder 28 weiter zurück, indem er sie mit
dem Ende 13 des Kuppelstücks 11 verschiebt und indem er durch
die Abstützstelle 28 der Feder 21 auf das bewegliche
Schaltstück CM wirkt. Es entsteht eine Drehung dieses beweglichen
Schaltstücks um die Achse 20, derart, daß das Ende 29 des
beweglichen Schaltstücks CM auf das feste Schaltstück CF
trifft, wobei der elektrische Kontakt hergestellt wird,
wogegen bei weiterem Drehen der Handhabe M bis zu ihrem Wegende,
das vom freien Kuppelstück-Ende 13 definiert ist, die Feder
21 zusammengedrückt wird, wodurch eine Berührungsdruckkraft
an der Stelle 24 erzeugt wird.
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Das normale Öffnen geschieht durch Drehen der Handhabe M aus
der Einschaltstellung (Fig. 1) in die Ausschaltstellung (Fig.
2).
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Die Einrichtung zum normalen Ausschalten ist dieselbe wie zum
Einschalten und ist von den kinematischen Ketten A und B
gebildet.
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Die Arbeitsweise ist entgegengesetzt zu der für das normale
Einschalten beschriebenen.
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Das Öffnen durch thermische Auslösung geschieht, wenn der
Ausschalter von einem Überstrom durchflossen wird.
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Bei dieser Öffnung sind die kinematischen Ketten D und E
beteiligt, welche die Einrichtung zum thermischen Auslösen
bilden, welche das Öffnen der von den Ketten A und B gebildeten
Ausschalteinrichtung hervorruft.
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Wenn im Normalbetrieb ein Ausschalter geschlossen wird,
erzeugt der durch das Bimetallteil 40 fließende Strom eine
allmähliche Erwärmung desselben, bis eine
Normalbetriebs-Temperatur erreicht ist.
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Bei anomalem Betrieb, bei dem ein Überstrom entsteht, der den
Ausschalter und das Bimetallteil 40 durchfließt, wird eine
stärkere Erwärmung hervorgerufen, wodurch das freie Ende des
Bimetallteils weiter verstellt wird und mit dem thermischen
Kuppelstück 55 in Berührung kommt. Diese Verstellung
verursacht das Drehen des Druckteils 50 um die Achse 51, wodurch
der Auslösehebel 56 verstellt wird, der seinerseits das Ende
13 des Kuppelstücks 11 verstellt und aus der Berührung mit
der Abstützstelle 28 der Vorrichtungsfeder 21 löst; folglich
wird die kinematische Verbindung der Ketten A und B
unterbrochen.
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Wenn die kinematische Kette unterbrochen ist, kehren die
beiden Einrichtungen unter der Wirkung der Vorrichtungsfeder 21
in ihre stabile Lage zurück, die dem Ausschaltzustand
entspricht.
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Sobald ihre Berührungsstelle 28 mit dem Kuppelstück-Ende 13
aufgehoben ist, verursacht die Feder 21 die Drehung des
beweglichen Schaltstücks CM um die Achse 20 als Folge des
Nachlassens der im Hauptteil der Feder 21 beim Schließen
erzeugten Kompression. Die Feder 14 stellt die Handhabe zurück,
wobei sie die Handhabe M bis in ihre Ausschaltstellung dreht.
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Die Öffnung durch elektromagnetische Auslösung geschieht bei
übergroßem Überstrom im Hauptstromkreis.
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An diesem Öffnen sind die Ketten C und E beteiligt, welche
die Einrichtung zum elektromagnetischen Auslösen bilden und
das Öffnen der Ein- und Ausschalteinrichtung des
Ausschalters, die von den Ketten A und B gebildet ist, hervorrufen.
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Wenn das Gerät bei Normalbetrieb die Einschaltstellung (Fig.
1) einnimmt, hält das Druckteil 50 den beweglichen Kern 30 in
der Normalbetriebsstellung, ohne daß eine Feder erforderlich
ist.
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Beim Einfließen in die Spule 32 erzeugt der elektrische Strom
einen Magnetfluß innerhalb des vom feststehenden Schaltstück
CF (das die Aufgabe des magnetischen Gestells erfüllt) und
vom beweglichen Kern 30 gebildeten Kreises.
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Beim Durchfließen des beweglichen Kerns 30 erzeugt der
Magnetfluß in diesem Kern eine elektromagnetische Kraft, die
bestrebt ist, ihn im Innern seiner Führung 31 (Spulenachse)
gleitend in Richtung zum Druckteil 50 vorzuschieben.
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Besteht ein Überstrom, der ausreicht, den beweglichen Kern 30
zu verstellen, gleitet dieser im Innern der Führung 31, bis
er an die Stelle magnetischer Öffnung 52 anschlägt, wobei er
auf diese Weise das Druckteil 50 um die Achse 51 dreht.
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Die Drehung des Druckteils 50 ruft die Verstellung des
Auslösehebels 56 hervor, wobei das Abheben der Schaltstücke auf
gleiche Weise wie beim Öffnen durch thermische Auslösung
verursacht wird.
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Bei einem Kurzschluß wird eine Überstärke erzeugt, die
normalerweise mehr als fünfzigmal größer als der Normalstrom und
sehr viel größer als die übergroße Überstärke ist, die für
den Fall der Öffnung durch elektromagnetische Auslösung
angegeben worden ist. In diesem Falle ist das Abheben der
Schaltstücke, das durch die Ein- und Ausschalteinrichtung A und B
ausgeführt wird, welche die Schaltstücke in den beiden
vorstehend beschriebenen Öffnungsverfahren öffnet, für diesen
Fehlertyp nicht ausreichend rasch.
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Bei einem Überstrom infolge Kurzschluß ist die Kraft, die den
beweglichen Kern 30 verschiebt, sehr viel größer als im Falle
des Öffnens durch elektromagnetische Auslösung. Diese Kraft
wird auf das Druckteil 50 übertragen, wobei sie ihn um die
Achse 51 dreht. Über den Auslösehebel 56 des Druckteils 50
wirkt diese Drehung auf die Ein- und Ausschalteinrichtung A
und B des Ausschalters in derselben Weise wie bei der
thermischen und der magnetischen Öffnung.
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Wenn die Ketten A und B freigegeben worden sind, dreht sich
das Druckteil 50 weiter, derart, daß der Abzugpunkt 70 sich
an das bewegliche Schaltstück CM anlegt, diesem dabei einen
Impuls überträgt, der es um die Achse 20 dreht.
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Diese Abhebung findet vor dem Zeitpunkt statt, in dem sie
unter der Wirkung der normalen Betätigung der Ein- und
Ausschalteinrichtungen A und B eintreten würde.