EP1146534B1 - Schaltmechanik für einen Schutzschalter - Google Patents

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EP1146534B1
EP1146534B1 EP00890116A EP00890116A EP1146534B1 EP 1146534 B1 EP1146534 B1 EP 1146534B1 EP 00890116 A EP00890116 A EP 00890116A EP 00890116 A EP00890116 A EP 00890116A EP 1146534 B1 EP1146534 B1 EP 1146534B1
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EP
European Patent Office
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switching
ratchet
contact
rotation
rotational axis
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00890116A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1146534A1 (de
Inventor
Alfred Ing. Nyzner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Felten & Guilleaume KG
Original Assignee
Felten & Guilleaume KG
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Filing date
Publication date
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Priority to DK00890116T priority patent/DK1146534T3/da
Priority to ES00890116T priority patent/ES2170047T3/es
Priority to EP00890116A priority patent/EP1146534B1/de
Priority to AT00890116T priority patent/ATE211581T1/de
Application filed by Felten & Guilleaume KG filed Critical Felten & Guilleaume KG
Priority to SI200030010T priority patent/SI1146534T1/xx
Priority to DE50000092T priority patent/DE50000092D1/de
Publication of EP1146534A1 publication Critical patent/EP1146534A1/de
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    • H01H71/002—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00 with provision for switching the neutral conductor
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    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/22—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact
    • H01H1/221—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member
    • H01H2001/223—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member using a torsion spring
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    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/52—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever
    • H01H71/526—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever the lever forming a toggle linkage with a second lever, the free end of which is directly and releasably engageable with a contact structure

Definitions

  • the invention relates to a switching mechanism for a circuit breaker, the two together has switching switching paths, each of which is movable, on a switching bridge Have fixed contact, with a mechanical axis of rotation fixed to the housing pivotally mounted carrier is provided, which is a normal to the mechanical axis of rotation has extending partition, on the two side surfaces of which a cylinder, a system stop concentric to the mechanical axis of rotation and a leg rest It is molded onto which cylinder the switching bridges with their bores and torsion springs are placed with their windings, so that the longitudinal axes of the switching bridge axes of rotation form, the first leg of the torsion springs on the switching bridges and the second legs rest on the leg supports, with which the switching bridges are constantly in Direction of the investment strokes, which have different strengths are, one at the upper end of the intermediate wall opposite the cylinders Is formed on which the first end of a helical compression spring is placed, the second end of which is supported on the housing, furthermore a
  • a switching mechanism of this type has become known from EP-B1-696 041 .
  • This granted patent teaches or expressly states in its claim 1 that the mechanical axis of rotation is aligned coaxially to the switching bridge axis of rotation.
  • this is achieved in that the switching bridge axes of rotation in the direction the movable contacts are offset from the mechanical axis of rotation.
  • the re-ignition voltage of two arcs lying in series to one another is significantly higher than the re-ignition voltage of a single arc, so that the simultaneous opening of the two switching paths according to the invention means that the short-circuit current can be finally interrupted earlier than if, as in EP-B1-696 041 , only one initially of the two switching sections is opened.
  • a second factor, which is essential for the rapid extinguishing of an arc driven by an alternating voltage, is to open the arc running distance as quickly as possible over great length. Since with the design of the switching mechanism according to the invention a simultaneous disconnection of the short-circuit circuit at two points - and thus the formation of two arcs in series - is achieved, the entire arc running distance is from the outset twice as long as when the circuit is opened at only one point. During the opening movement of the movable contact pieces, two arcing paths are opened at the same time, which means that the entire arcing path to be bridged by the current to be switched off is opened twice as fast as in the case of a switching mechanism according to EP-B1-696 041, where initially only one Arc is formed.
  • the moving contacts must move at such an angle during the opening movement be pivoted relative to the fixed contacts, that in the OFF position movable from the fixed contacts in one a puncture-proof Interruption-ensuring distance are arranged.
  • switching bridge axis of rotation is arranged coaxially to the mechanical axis of rotation, as in EP-B1-696 041 , it is associated with the fact that the switching bridges extend over the entire distance between the movable contacts and the mechanical axis of rotation.
  • the switching bridge axes of rotation in the direction of the movable contacts offset from the mechanical axis of rotation, so are the switching bridges are significantly shorter.
  • the switching mechanism shown in this document like the switching mechanism according to the invention, has a carrier tab 4 on which a switching bridge 5, a jack support 6 and a jack 3 are rotatably mounted.
  • the entire mechanism is mounted so as to be pivotable about a mechanical axis of rotation 11 fixed to the housing.
  • the pawl support 6 can also be pivoted about this axis of rotation 11 relative to the carrier bracket 4.
  • the switching bridge 5 can be pivoted about the axis of rotation 12 relative to the carrier bracket 4, this axis of rotation 12 being spaced apart from the axis of rotation 11 of the mechanical system, ie the axes of rotation 12 and 11 are arranged offset to one another.
  • AT-B-404 648 can therefore not suggest that in order to achieve this advantageous effect in a two-pole switching device, the switching bridge axes of rotation are offset from the mechanical axis of rotation of this two-pole switching device.
  • the system stops as different, spaced apart components are formed from the leg supports.
  • the forces exerted on the switching bridges by the torsion springs can thus be greatly increased simply by changing the distance between the leg supports and the system stops to adjust.
  • the pawl axis of rotation spaced from the System stops and the leg supports is arranged.
  • the pawl can thus be independent of the other components of the switching mechanism and can therefore be attached to the carrier with little technical effort.
  • Fig. 1 the housing of a circuit breaker is shown, which two Switching paths, namely one for the phase conductor L of a single-phase AC circuit and one for the associated neutral conductor N.
  • Each of these switching paths comprises a connecting terminal 2 for the supply line and one Terminal 3 for the discharge (see Fig. 3).
  • first terminal 2 is one Busbar 4 connected to the first winding end of an impact armature 5th connected.
  • the second winding end of the anchor trigger 5 is with a connected to further busbar 6, which carries a fixed contact 7.
  • This switching bridge 9 is flexible Conductor rope 10 with the free end of a bimetallic strip 11 in connection. That immobile relative to the housing held second end of this bimetallic strip 11 is via a Busbar 12 connected to the second terminal 3.
  • This busbar 12 is connected to a spark horn 13, which with the busbar 6 one to the contacts 7.8 adjoining spark gap forms a spark quenching chamber in the end area 14, consisting of a plurality of mutually parallel quenching plates, is arranged.
  • Arcs are extinguished in this quenching chamber 14, which 7.8 in when the contacts open at a different time from the zero crossing between them and along the busbar 6 and the spark horn 13 run into the extinguishing chamber 14.
  • Anchor trigger 5 and bimetallic strip 11 are from the current to this switching path connected phase conductor and are used to monitor the height of this Current. Both components act when there is an impermissible amount of this current a switching mechanism 15 and can thus turn off the circuit breaker, that is Lift off the movable contact 8 from the fixed contact 7, which initiate Shutdown is carried out by the switching mechanism 15.
  • the striking anchor trigger 5 is used in a manner known per se to detect a short-term occurring (short circuit) current which exceeds the nominal value by a multiple and the bimetallic trigger 11 for detection of just a little above the nominal value current that is present for a long time (overload).
  • the switching path of the neutral conductor N which is not shown in the drawing figures, is so constructed like the phase conductor switching path just discussed, but it has none Anchor trigger and no bimetallic strip, so the current flowing through it not monitored.
  • the switching bridge 9 'of the neutral conductor switching path is common moved with the switching bridge 9 of the phase conductor switching path, so that the neutral conductor switching path is always switched with the phase conductor switching path.
  • the housing of the circuit breaker is still two full switching paths in it are housed, only one division unit (18mm) wide.
  • the present invention relates to the structural design of the Switching mechanism 15. This first includes the two switching bridges 9,9 'of the two Switching paths of the circuit breaker, each of which carries a movable contact 8,8 '.
  • the switching mechanism 15 has three main components, namely the carrier 17, the Pawl support 29 and the pawl 33 (see Fig. 4).
  • the carrier 17 is pivotable about a mechanical axis of rotation 16 in the housing stored, which is realized in the form that a pin is fixed in the housing and the carrier 17 has a bore corresponding to the outer diameter of this pin, with which it is stuck over this pen.
  • the carrier 17 has a normal to the mechanical axis of rotation 16 extending intermediate wall 18, on the two side surfaces of some components, namely, cylinders 19, 19 ', contact stops 26, 26' and leg supports 25, 25 'are formed are.
  • the cylinders 19, 19 ' serve for the rotatable mounting of the switching bridges 9, 9' on the carrier 17, thus form switching bridge axes of rotation 36.
  • the abutment stops 26, 26 ' preferably also have a cylindrical shape and are with Distance from the cylinders 19, 19 'and concentric to the mechanical axis of rotation 16 at the Partition 18 integrally formed.
  • the switching bridge axes of rotation 36 are thus in the direction the movable contacts 8, 8 'are arranged offset from the mechanical axis of rotation 16.
  • these torsion springs 21, 21 'with their windings 22, 22' are on the cylinders 19,19 'placed, their first legs 23,23' are in the area of the movable contacts 8.8 'on the switching bridges 9.9' and their second legs 24.24 'are on the Leg supports 25, 25 '(see Fig. 3).
  • the switching bridges 9,9 ' have exactly the same dimensions, so they are congruent executed.
  • the system stops 26, 26 ' are in alignment with one another and concentric with the Mechanism axis of rotation 16 arranged, but their strengths or diameters are so far different from each other than the diameter of the neutral conductor switching path assigned system stop 26 'smaller than the diameter of the phase conductor switching path assigned system stop 26 (see FIG. 6). It follows that the two movable contacts 8,8 'when looking at the switching mechanism 15 in the direction of Mechanism axis of rotation 16 - in the state lifted from the fixed contacts 7, 7 'to one another are angularly offset by the amount a (see Fig. 7).
  • the pawl support designated 29 has a bore 30 with which it on the System stop 26 is placed and thus rotatably mounted on the carrier 17.
  • this pawl support 29 has a Shoulder 31 on which a pawl 33 can attach.
  • This pawl 33 is a U-shaped component, preferably bent from a thin sheet, which has holes 38 in its legs for receiving a hollow rivet 39.
  • the upper end of the intermediate wall 18 of the carrier 17 is also a bore 40 introduced through which the hollow rivet 39 is passed.
  • the pawl 33 is thus at the upper end of the intermediate wall 18 rotatably mounted about a pawl axis of rotation 32.
  • the pawl 33 has a projection at its end opposite the bores 38 37 on who can sit on the shoulder 31. Is - as shown in Fig. 2 and 3 - the Pawl 33 locked in this way with the pawl support 29, the three main components of the Switch mechanism 15 (carrier 17, pawl support 29 and pawl 33) form-fitting with each other connected and the switching mechanism 15 can by means of the actuating lever 35, which has a Bracket 34 is coupled to the pawl 33, moved, i.e. from their ON position (Fig. 2) to their OFF position (Fig. 3) and vice versa.
  • Competent residual current detection component impact armature trigger 5 or bimetallic strip 11
  • Competent residual current detection component impact armature trigger 5 or bimetallic strip 11
  • the Impact anchor 50 of the impact anchor trigger 5 is struck directly on this section 41; the free, in the event of impermissible heating due to impermissibly high continuous current in the direction the second terminal 3 moving end of the bimetallic strip 11 takes one Drawbar 42 with which is connected to section 41 via a tubular rivet 43.
  • This pivoting is carried out by a helical compression spring 28, the first end of which is placed on a pin 27, the upper on the cylinders 19, 19 'opposite End of the intermediate wall 18 of the carrier 17 is formed.
  • the second end of this Helical compression spring 28 is supported on the housing.
  • the first end is one another torsion spring 45 set.
  • Your free leg 46 sits on section 41 of the Pawl support 29, whereby the pawl support 29 from this torsion spring 45 in Is biased clockwise.
  • This bias causes that after the latching of latch projection 37 and shoulder 31 has been released, the latch support 29 against the Pivoted clockwise and thus the shoulder 31 is moved towards the pawl 33.
  • the operating lever 35 has been brought into the OFF position (which is automatic by a spring built into it), so that the pawl projection 37 can again System come on shoulder 31.

Landscapes

  • Breakers (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Switches With Compound Operations (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltmechanik für einen Schutzschalter, der zwei gemeinsam zu schaltende Schaltstrecken hat, welche jeweils einen beweglichen, auf einer Schaltbrücke festgelegten Kontakt aufweisen, wobei ein um eine gehäusefeste Mechanik-Drehachse verschwenkbar gelagerter Träger vorgesehen ist, der eine normal zur Mechanik-Drehachse verlaufende Zwischenwandung aufweist, an deren beiden Seitenflächen jeweils ein Zylinder, ein zur Mechanik-Drehachse konzentrischer Anlageanschlag sowie eine Schenkelauflage angeformt ist, auf welche Zylinder die Schaltbrücken mit ihren Bohrungen sowie Drehfedern mit ihren Windungen aufgesetzt sind, sodaß die Längsachsen der Zylinder Schaltbrücken-Drehachsen bilden, wobei die ersten Schenkel der Drehfedern an den Schaltbrücken und die zweiten Schenkeln an den Schenkelauflagen anliegen, womit die Schaltbrücken ständig in Richtung der voneinander verschiedene Stärken aufweisenden Anlageanschlägen belastet sind, wobei am den Zylindern gegenüberliegenden oberen Ende der Zwischenwandung ein Zapfen angeformt ist, auf welchen das erste Ende einer Schraubendruckfeder aufgesetzt ist, dessen zweites Ende am Gehäuse abgestützt ist, wobei weiters eine Klinkenauflage vorgesehen ist, die mit ihrer Bohrung auf den Anlageanschlag aufgesetzt ist und im Bereich des oberen Endes der Zwischenwandung eine Schulter aufweist, an der ein Vorsprung einer Klinke eingreifen kann, welche Klinke am oberen Ende der Zwischenwandung um eine Klinken-Drehachse drehbar gelagert ist und wobei ein Bügel vorgesehen ist, der die Klinke mit einem Betätigungshebel kuppelt.
Eine Schaltmechanik dieser Art ist durch die EP-B1-696 041 bekannt geworden. Dieses erteilte Patent lehrt bzw. hält in seinem Anspruch 1 ausdrücklich fest, daß die Mechanik-Drehachse koaxial zur Schaltbrücken-Drehachse ausgerichtet ist.
Es wurden Schaltversuche mit Schutzschaltern durchgeführt, deren Schaltmechaniken den in der EP-B1-696 041 dargelegten konstruktiven Aufbau, insbesondere eine zur Schaltbrücken-Drehachse koaxiale Mechanik-Drehachse aufwiesen. Dabei hat sich gezeigt, daß beim Abschalten die beiden beweglichen Kontakte nicht gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt von den ihnen zugeordneten feststehenden Kontakten abgehoben werden. In Spalte 2, Zeilen 14 und 15 der EP-B1-696 041 wird dieses zeitlich versetzte Abheben der beiden beweglichen Kontakte auch dezidiert angeführt.
Zu bedenken ist, daß ein in Rede stehendes zweipoliges Schaltgerät einem einpoligen Wechselstromkreis vorgeschalten ist, wobei die erste Schaltstrecke in die Zuleitung (=Phasenleiter) und die zweite Schaltstrecke in die Ableitung (=Neutralleiter) dieses Stromkreises geschalten ist. Beide Schaltstrecken sind daher vom selben Strom durchflossen bzw. müssen -im Kurzschlußfall- denselben Strom unterbrechen.
Wenn nun -so wie von der EP-B1-696 041 gelehrt (vgl. Spalte 2, Zeilen 14,15 dieses Dokumentes) bzw. so wie bei einer Schaltmechanik ausgeführt nach der EP-B1-696 041 tatsächlich vorgesehen- die beiden beweglichen Kontakte zeitlich zueinander versetzt von den feststehenden Kontakten abgehoben werden, so entsteht während der ersten Phase des Öffnungsvorganges, in welcher der erste bewegliche Kontakt bereits abgehoben hat, der zweite bewegliche Kontakt aber noch auf dem ihm zugeordneten feststehenden Kontakt anliegt, ein Lichtbogen nur zwischen den Kontaktstücken der ersten Schaltstrecke.
Da dieser Lichtbogen von einem Kurzschlußstrom durchflossen ist, wird in ihm eine sehr große Energiemenge freigesetzt, welche in den Kontaktstücken der ersten Schaltstrecke in entsprechend große Wärmemengen umgesetzt wird.
Die starke Erwärmung der Kontaktstücke hat einen relativ starken Verschleiß dieser Kontaktstücke (Kontaktabbrand) zur Folge. Dieser starke Kontaktabbrand führt zu einer geringen Lebensdauer der ersten Schaltstrecke -und damit natürlich des gesamten Schaltgerätes. Soll eine wirtschaftlich vertretbare Lebensdauer der ersten Schaltstrecke und damit des gesamten Schaltgerätes erreicht werden, müssen zur Kompensation des starken Kontaktabbrandes die Kontaktstücke der ersten Schaltstrecke mit entsprechend großem Volumen ausgebildet werden.
Großvolumige Kontaktstücke haben aber notwendigerweise größere Abmessungen, welche letztendlich zu einer Vergrößerung des gesamten Schaltgerätes führen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltmechanik der eingangs angeführten Art anzugeben, welche bei möglichst kleinem Volumen der Kontaktstücke beider Schaltstrecken -und damit bei kleinen Schaltgerät-Abmessungen- und bei hoher Lebensdauer dieser Schaltstrecken eine besonders schnell ablaufende Unterbrechung von Kurzschlußströmen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Schaltbrücken-Drehachsen in Richtung der beweglichen Kontakte versetzt gegenüber der Mechanik-Drehachse angeordnet sind.
Durch diese versetzte Anordnung der Drehachsen wird erreicht, daß die beiden beweglichen Kontaktstücke gleichzeitig von den ihnen zugeordneten feststehenden Kontaktstücken abgehoben werden. Aus dieser gleichzeitigen Öffnung ergibt sich, daß der abzuschaltende Kurzschlußstrom schon bei Beginn des Abschaltvorganges an zwei Stellen gleichzeitig unterbrochen wird. Es werden in beiden Schaltstrecken Lichtbögen ausgebildet, womit die Energie des Kurzschlußstromes in zwei Lichtbögen freigesetzt werden kann.
Die innerhalb jedes Lichtbogens freigesetzte Energie beträgt damit nur die Hälfte der im einzigen Lichtbogen einer Schaltmechanik gemäß der EP-B1-696 041 freiwerdende und an die Kontaktstücke abgegebene Energie. Hieraus ergibt sich ein deutlich geringerer Kontaktabbrand und damit eine höhere Lebensdauer sämtlicher Kontaktstücke und damit des gesamten Schaltgerätes.
Bei der Auftrennung eines Wechselstromes durch Beabstandung zweier Kontaktstücke läuft diese Beabstandungs-Bewegung der Kontaktstücke verglichen mit der Frequenz des Wechselstromes (50Hz) langsam ab. Während der Öffnungsbewegung der Kontaktstücke durchläuft der Wechselstrom daher einige Perioden, während derer er auch zu Null wird, wobei der Lichtbogen erlischt. Eine Neuzündung des Lichtbogens nach einem solchen Nulldurchgangs-bedingten Erlöschen kann nur dann stattfinden, wenn die den Kurzschlußstrom treibende Spannung die Neuzündungsspannung des Lichtbogens übersteigt.
Die Neuzündungsspannung zweier in Serie zueinander liegender Lichtbögen ist deutlich höher als die Neuzündungsspannung eines einzigen Lichtbogens, sodaß durch die erfindungsgemäß erreichte gleichzeitige Öffnung der beiden Schaltstrecken der Kurzschlußstrom früher endgültig unterbrochen werden kann, als wenn wie bei der EP-B1-696 041 zunächst nur eine der beiden Schaltstrecken geöffnet wird.
Damit kann die gesamte bei einem Abschaltvorgang im Schaltgerät erzeugte Wärme verringert werden, womit das gesamte Schaltgerät weniger temperaturbeständig, insbesondere mit kleineren Abmessungen, ausgeführt werden kann.
Ein zweiter, zum raschen endgültigen Erlöschen eines von einer Wechselspannung getriebenen Lichtbogens wesentlicher Faktor ist das möglichst rasche Aufziehen der Lichtbogen-Laufstrecke auf große Länge. Da mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schaltmechanik ein gleichzeitiges Auftrennen des Kurzschlußstromkreises an zwei Stellen - und damit die Ausbildung zweier in Serie liegender Lichtbögen- erreicht wird, ist die gesamte Lichtbogen-Laufstrecke von vornherein doppelt so lang wie bei Öffnung des Stromkreises an nur einer Stelle. Bei der Öffnungsbewegung der beweglichen Kontaktstücke werden gleichzeitig zwei Lichtbogen-Laufstrecken aufgezogen, womit die gesamte, vom abzuschaltenden Strom zu überbrückende Lichtbogen-Laufstrecke doppelt so schnell aufgezogen wird, als bei einer Schaltmechanik gemäß der EP-B1-696 041, wo ja zunächst nur ein Lichtbogen ausgebildet wird.
Die beweglichen Kontakte müssen bei der Öffnungsbewegung um einen solchen Winkel gegenüber den feststehenden Kontakten verschwenkt werden, daß in der AUS-Stellung die beweglichen von den feststehenden Kontakten in einem eine durchschlagsichere Unterbrechung gewährleistenden Abstand angeordnet sind.
Wird die Schaltbrücken-Drehachse so wie in der EP-B1-696 041 koaxial zur Mechanik-Drehachse angeordnet, so ist damit verbunden, daß sich die Schaltbrücken über den gesamten Abstand zwischen den beweglichen Kontakten und der Mechanik-Drehachse erstrecken.
Wenn hingegen in erfindungsgemäßer Weise die Schaltbrücken-Drehachsen in Richtung der beweglichen Kontakte, versetzt gegenüber der Mechanik-Drehachse angeordnet sind, so sind die Schaltbrücken deutlich kürzer ausgebildet.
Durch diese kürzere Ausbildung der Schaltbrücken weisen diese geringere Massen auf, womit das Massenträgheitsmoment der gesamten Schaltmechanik herabgesetzt ist. Dieses verringerte Massenträgheitsmoment führt dazu, daß die Schaltmechanik besonders rasch von der EIN- in die AUS-Stellung gebracht werden kann.
Zusammenfassend führt die erfindungsgemäße Versetzung der Schaltbrücken-Drehachse gegenüber der Mechanik-Drehachse in Richtung der beweglichen Kontakte in dreierlei Hinsicht zu einer schnelleren, mit einem geringeren Kontaktabbrand und einer geringeren Wärmeentwicklung im Schaltgerät verbundenen Abschaltung eines Kurzschlußstromes:
  • Durch die gleichzeitige Ausbildung zweier in Serie liegender Lichtbögen wird die vom Kurzschlußstrom erzeugte Energie auf beide Schaltstrecken aufgeteilt, woraus sich in beiden Schaltstrecken jeweils eine relativ geringe Belastung der Kontaktstücke, d.h. ein geringer Kontaktabbrand ergibt.
  • Durch die gleichzeitige Ausbildung zweier Lichtbögen ist die gesamte, vom Kurzschlußstrom zu überbrückende Lichtbogen-Laufstrecke größer als bei nur einpoliger Unterbrechung bzw. wird verglichen mit einer einpoligen Unterbrechung- doppelt so schnell aufgezogen. Die Neuzündungsspannung ist damit höher bzw. steigt während der Öffnungsbewegung doppelt so schnell an wie bei nur einpoliger Unterbrechung.
  • Das durch die kleineren Schaltbrücken erreichbare kleinere Massenträgheitsmoment der gesamten Mechanik erlaubt eine schnellere Bewegung derselben.
Ein weiterer Effekt, der sich aus der Versetzung der Schaltbrücken-Drehachsen gegenüber der Mechanikdrehachse ergibt, liegt darin, daß es während der Einschaltbewegung zu einer Reinigung der in der EIN-Stellung aneinander anliegenden Abschnitte der beweglichen und der feststehenden Kontakte kommt:
Bei der Verschwenkung des Trägers und damit der auf diesem festgelegten Schaltbrücken in die EIN-Stellung kommen die beweglichen Kontakte an den feststehenden Kontakten zur Anlage.
Sobald im Zuge dieser Einschaltbewegung ein beweglicher den ihm zugeordneten feststehenden Kontakt berührt, wird eine weitere, synchron mit dem Träger erfolgende Verschwenkung des betreffenden beweglichen Kontaktes verhindert.
Bei weiter fortschreitender Verschwenkung der Kontaktbrücke wird diese gegen den Druck der Drehfeder entgegen der Träger-Verschwenkrichtung um die Schaltbrückendrehachse verdreht. Das dem beweglichen Kontakt gegenüber liegende Ende der Schaltbrücke wird dabei vom Anschlaganschlag abgehoben (vgl. Fig.2).
Während dieser Verdrehung der Schaltbrücke wird der bewegliche Kontakt tangential gegenüber dem feststehenden Kontakt verschoben, wobei die an einander anliegenden Flächen des feststehenden und des beweglichen Kontaktes aneinander reiben. Auf diesen Flächen befindliche Verunreinigungen werden bei diesem Aneinander-Reiben entfernt, womit stets ein besonders widerstandsarmer Übergang vom feststehenden auf den beweglichen Kontakt sichergestellt ist.
Das versetzte Anordnen der Mechanik-Drehachse gegenüber der Schaltbrückendrehachse ist im Zusammenhang mit einem einpoligen Schutzschalter bereits aus der AT-B-404 648 bekannt (vgl. deren Patentanspruch 1): Die in diesem Dokument gezeigte Schaltmechanik weist so wie die erfindungsgemäße Schaltmechanik eine Trägerlasche 4 auf, auf welcher eine Schaltbrücke 5, eine Klinkenauflage 6 und eine Klinke 3 drehbar gelagert sind. Die gesamte Mechanik ist um eine gehäusefeste Mechanikdrehachse 11 verschwenkbar gelagert. Um diese Drehachse 11 ist auch die Klinkenauflage 6 gegenüber der Trägerlasche 4 verschwenkbar. Die Schaltbrücke 5 ist um die Drehachse 12 gegenüber der Trägerlasche 4 verschwenkbar, wobei diese Drehachse 12 von der Mechanikdrehachse 11 beabstandet ist, die Drehachsen 12 und 11 also zueinander versetzt angeordnet sind.
Da die AT-B-404 648 ausschließlich einpolige Schalter beschreibt, kann sie keinerlei Hinweise darauf geben, das Prinzip der Versetzung der Schaltbrücken- gegenüber der Mechanik-Drehachse bei zweipoligen Schaltern anzuwenden. Darüberhinaus kann bei einpoligen Schaltern niemals die Notwendigkeit entstehen, zwei bewegliche Kontaktstücke gleichzeitig von feststehenden Kontaktstücken abzuheben.
Die AT-B-404 648 kann daher nicht anregen, zur Erreichung dieses bei einem zweipoligen Schaltgerät vorteilhaften Effektes die Schaltbrücken-Drehachsen gegenüber der Mechanik-Drehachse dieses zweipoligen Schaltgerätes zu versetzen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Anlageanschläge als von den Schenkelauflagen verschiedene, voneinander beabstandete Bauteile ausgebildet sind.
Die von den Drehfedern auf die Schaltbrücken ausgeübten Kräfte lassen sich damit sehr einfach durch Änderung des Abstandes der Schenkelauflagen von den Anlageanschlägen einstellen.
Weiters kann vorgesehen sein, daß die Klinken-Drehachse beabstandet von den Anlageanschlägen und den Schenkelauflagen angeordnet ist.
Die Klinke kann dadurch unabhängig von den übrigen Bauteilen der Schaltmechanik und deshalb mit geringem technischen Aufwand verbunden am Träger festgelegt werden.
Als günstig hat es sich erwiesen, daß eine weitere zylindrische Anformung an den Träger angeformt ist und daß eine weitere Drehfeder vorgesehen ist, deren erstes Ende an dieser Anformung festgelegt ist und deren freier Schenkel sich am Abschnitt der Klinkenauflage ansetzt.
Mittels dieser weiteren Drehfeder wird die Schulter der Klinkenauflage in Richtung der Klinke bewegt, womit nach einer Auslösung die Klinke wieder mit der Schulter der Klinkenauflage verrasten kann. Damit ist eine Wiedereinschaltung der Schaltmechanik mit Hilfe des Betätigungshebels ermöglicht.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigt:
  • Fig.1 einen zweipoligen Leitungsschutzschalter im Schrägriß;
  • Fig.2 die Phasenleiter-Schaltstrecke eines mit einer erfindungsgemäßen Schaltmechanik 15 ausgestatteten Leitungsschutzschalter im eingeschalteten Zustand im Grundriß;
  • Fig.3 die Phasenleiter-Schaltstrecke des Leitungsschutzschalters der Fig.2 in derselben Darstellung im ausgeschalteten Zustand im Grundriß;
  • Fig.4 eine Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen Schaltmechanik 15;
  • Fig.5 und 6 den Träger 17 einer erfindungsgemäßen Schaltmechanik 15 mit aufgesetzten Schaltbrücken 9,9' im Schrägriß, jeweils aus einem unterschiedlichen Betrachtungswinkel und
  • Fig.7 das in Fig.5,6 Dargestellte bei Betrachtung in Richtung der Mechanik-Drehachse 16.
    • In Fig. 1 ist das Gehäuse eines Leitungsschutzschalters dargestellt, welcher zwei Schaltstrecken, nämlich eine für den Phasenleiter L eines einphasigen Wechselstromkreises und eine für den zugehörigen Neutralleiter N aufweist.
    Jede dieser Schaltstrecken umfaßt eine Anschlußklemme 2 für die Zuleitung und eine Anschlußklemme 3 für die Ableitung (vgl. Fig.3). Mit der ersten Anschlußklemme 2 ist eine Stromschiene 4 verbunden, die an das erste Wicklungsende eines Schlagankerauslösers 5 angeschlossen ist. Das zweite Wicklungsende des Schlagankerauslösers 5 ist mit einer weiteren Stromschiene 6 verbunden, welche einen feststehenden Kontakt 7 trägt.
    Der im eingeschalteten Zustand auf diesem feststehenden Kontakt 7 anliegende bewegliche Kontakt 8 ist auf einer Schaltbrücke 9 festgelegt. Diese Schaltbrücke 9 steht über ein flexibles Leiterseil 10 mit dem freien Ende eines Bimetallstreifens 11 in Verbindung. Das unbeweglich gegenüber dem Gehäuse gehaltene zweite Ende dieses Bimetallstreifens 11 ist über eine Stromschiene 12 mit der zweiten Anschlußklemme 3 verbunden. Diese Stromschiene 12 ist mit einem Funkenhorn 13 verbunden, welches mit der Stromschiene 6 eine an die Kontakte 7,8 anschließende Funkenlaufstrecke bildet, in deren Endbereich eine Funkenlöschkammer 14, bestehend aus einer Vielzahl zueinander paralleler Löschbleche, angeordnet ist.
    In dieser Löschkammer 14 werden Lichtbögen gelöscht, die beim Öffnen der Kontakte 7,8 in einem vom Nulldurchgang verschiedenen Zeitpunkt zwischen diesen entstehen und entlang der Stromschiene 6 und dem Funkenhorn 13 in die Löschkammer 14 hineinlaufen.
    Schlagankerauslöser 5 und Bimetallstreifen 11 sind vom Strom des an diese Schaltstrecke angeschlossenen Phasenleiters durchflossen und dienen zur Überwachung der Höhe dieses Stromes. Beide Bauteile wirken bei Vorliegen einer unzulässigen Höhe dieses Stromes auf eine Schaltmechanik 15 ein und können somit eine Abschaltung des Schutzschalters, also ein Abheben des beweglichen Kontaktes 8 vom feststehenden Kontakt 7 einleiten, welche Abschaltung von der Schaltmechanik 15 durchgeführt wird.
    Dabei dient der Schlagankerauslöser 5 in an sich bekannter Weise zur Detektion eines kurzfristig auftretenden, den Nennwert um ein Vielfaches übersteigenden (Kurzschluß)Stromes und der Bimetallauslöser 11 zur Detektion eines nur wenig über dem Nennwert liegenden, aber längere Zeit anstehenden (Überlast-)Stromes.
    Die in den Zeichnungsfiguren nicht näher dargestellte Schaltstrecke des Neutralleiters N ist so aufgebaut, wie die eben erörterte Phasenleiter-Schaltstrecke, sie weist aber keinen Schlagankerauslöser und keinen Bimetallstreifen auf, der sie durchfließende Strom wird also nicht überwacht. Die Schaltbrücke 9' der Neutralleiter-Schaltstrecke wird aber gemeinsam mit der Schaltbrücke 9 der Phasenleiter-Schaltstrecke bewegt, sodaß die Neutralleiter-Schaltstrecke stets mit der Phasenleiter-Schaltstrecke mitgeschaltet wird.
    Das Gehäuse des Leitungsschutzschalters ist trotzdem zwei vollwertige Schaltstrecken in ihm untergebracht sind, nur eine Teilungseinheit (18mm) breit ausgeführt.
    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die konstruktive Ausgestaltung der Schaltmechanik 15. Diese umfaßt zunächst die beiden Schaltbrücken 9,9' der beiden Schaltstrecken des Schutzschalters, welche jeweils einen beweglichen Kontakt 8,8' tragen.
    Daneben weist die Schaltmechanik 15 drei Hauptbauteile, nämlich den Träger 17, die Klinkenauflage 29 und die Klinke 33 auf (vgl. Fig.4).
    Der Träger 17 ist um eine gehäusefeste Mechanik-Drehachse 16 verschwenkbar im Gehäuse gelagert, was in der Form realisiert ist, daß im Gehäuse ein Stift festgelegt ist und der Träger 17 eine dem Außendurchmesser dieses Stiftes entsprechende Bohrung aufweist, mit welcher er über diesen Stift gesteckt ist. Der Träger 17 weist eine zur Mechanik-Drehachse 16 normal verlaufende Zwischenwandung 18 auf, an deren beiden Seitenflächen einige Bauteile, nämlich Zylinder 19,19', Anlageanschläge 26,26' sowie Schenkelauflagen 25,25' angeformt sind.
    Die Zylinder 19,19' dienen zur drehbaren Lagerung der Schaltbrücken 9,9' am Träger 17, bilden also Schaltbrücken-Drehachsen 36. Die Schaltbrücken 9,9' sind mit Bohrungen 20,20' versehen, deren Durchmesser den Außendurchmessern der Zylinder 19 entsprechen. Die Schaltbrücken 9,9' sind mit diesen Bohrungen 20,20' auf die Zylinder 19 aufgesetzt (vgl. Fig.5,6).
    Die Anlageanschläge 26,26' haben vorzugsweise ebenfalls zylindrische Gestalt und sind mit Abstand von den Zylindern 19,19' und konzentrisch zur Mechanik-Drehachse 16 an die Zwischenwandung 18 angeformt. Die Schaltbrücken-Drehachsen 36 sind damit in Richtung der beweglichen Kontakte 8,8' versetzt gegenüber der Mechanik-Drehachse 16 angeordnet.
    Die Schaltbrücken 9,9' sind durch die Drehfedern 21,21' ständig in Richtung der Anlageanschläge 26,26' belastet bzw. werden mit ihren, den beweglichen Kontakten 8,8' gegenüberliegenden Enden 90,90' elastisch an diese Anlageanschläge 26,26' angedrückt. Zu diesem Zweck sind diese Drehfedern 21,21' mit ihren Windungen 22,22' auf die Zylinder 19,19' aufgesetzt, ihre ersten Schenkel 23,23' liegen im Bereich der beweglichen Kontakte 8,8' an den Schaltbrücken 9,9' und ihre zweiten Schenkel 24,24' liegen an den Schenkelauflagen 25,25' an (vgl. Fig.3).
    Die Schaltbrücken 9,9' weisen genau dieselben Abmessungen auf, sind also deckungsgleich ausgeführt. Die Anlageanschläge 26,26' sind zwar fluchtend zueinander und konzentrisch zur Mechanik-Drehachse 16 angeordnet, ihre Stärken bzw. Durchmesser sind aber insofern voneinander verschieden, als der Durchmesser des der Neutralleiter-Schaltstrecke zugeordneten Anlageanschlages 26' kleiner als der Durchmesser des der Phasenleiter-Schaltstrecke zugeordneten Anlageanschlages 26 ist (vgl. Fig.6). Daraus ergibt sich, daß die beiden beweglichen Kontakte 8,8' bei Betrachtung der Schaltmechanik 15 in Richtung der Mechanik-Drehachse 16 -im von den feststehenden Kontakten 7,7' abgehobenen Zustandzueinander um den Betrag a winkelversetzt sind (vgl. Fig.7).
    Dieser Winkelversatz führt dazu, daß beim Übergang der Schaltmechanik von ihrem in Fig.3 dargestellten geöffneten Zustand in den in Fig.2 dargestellten geschlossenen Zustand zunächst nur die Neutralleiter-Schaltstrecke, die Phasenleiter-Schaltstrecke hingegen erst etwas später geschlossen wird. Diese Voreilung der Neutralleiter-Schaltstrecke ist gemäß den auf Schutzschalter anzuwendenden Normen zwingend vorzusehen.
    Zur Bewegung des Trägers 17 bzw. der auf ihm festgelegten Schaltbrücken 9,9' sind die übrigen Komponenten der Schaltmechanik 15 notwendig:
    Die mit 29 bezeichnete Klinkenauflage weist eine Bohrung 30 auf, mit welcher sie auf den Anlageanschlag 26 aufgesetzt und somit drehbar am Träger 17 gelagert ist.
    Im Bereich des oberen Endes der Zwischenwandung 18 weist diese Klinkenauflage 29 eine Schulter 31 auf, an welchem sich eine Klinke 33 ansetzen kann.
    Diese Klinke 33 ist ein U-förmiger, vorzugsweise aus einem dünnen Blech gebogener Bauteil, der in seinen Schenkeln Bohrungen 38 zur Aufnahme eines Hohlnietes 39 aufweist. Im oberen Ende der Zwischenwandung 18 des Trägers 17 ist ebenfalls eine Bohrung 40 eingebracht, durch welche der Hohlniet 39 hindurchgeführt wird. Die Klinke 33 wird damit am oberen Ende der Zwischenwandung 18 um eine Klinken-Drehachse 32 drehbar gelagert.
    Die Klinke 33 weist an ihrem den Bohrungen 38 gegenüberliegenden Ende einen Vorsprung 37 auf, der sich an der Schulter 31 ansetzen kann. Ist -wie in Fig.2 und 3 dargestellt- die Klinke 33 derart mit der Klinkenauflage 29 verrastet, sind die drei Hauptbauteile der Schaltmechanik 15 (Träger 17, Klinkenauflage 29 und Klinke 33) formschlüssig miteinander verbunden und die Schaltmechanik 15 kann mithilfe des Betätigungshebels 35, der über einen Bügel 34 mit der Klinke 33 gekuppelt ist, bewegt, d.h. von ihrer EIN-Stellung (Fig.2) in ihre AUS-Stellung (Fig.3) und umgekehrt verschwenkt werden.
    Bei der Verschwenkung in die EIN-Stellung kommen die beweglichen Kontakte 8,8' (zeitlich versetzt) an den feststehenden Kontakten 7,7' zur Anlage. Da ab diesem Zeitpunkt eine weitere, synchron mit dem Träger 17 erfolgende Verschwenkung der beweglichen Kontakte 8,8' verhindert wird, werden die Kontaktbrücken 9,9' gegen den Druck der Drehfedern 21,21' entgegen der Träger-Verschwenkrichtung verdreht und dabei von den Anlageanschlägen 26,26' abgehoben (vgl. Fig.2).
    Dabei werden die beweglichen Kontakte 8,8' radial gegenüber den feststehenden Kontakten 7,7' verschoben, wobei die Kontaktflächen der feststehenden 7,7' und der beweglichen Kontakte 8,8' aneinander gerieben und dort befindliche Verunreinigungen entfernt werden.
    Tritt ein unzulässiger und deshalb abzuschaltender Fehlerstrom auf, so wirkt der jeweils zuständige Fehlerstrom-Detektionsbauteil (Schlagankerauslöser 5 oder Bimetallstreifen 11) auf den unterhalb der Bohrung 30 liegenden Abschnitt 41 der Klinkenauflage 29 ein: Der Schlaganker 50 des Schlagankerauslösers 5 wird direkt auf diesen Abschnitt 41 angeschlagen; das freie, sich bei unzulässiger Erwärmung durch unzulässig hohen Dauerstrom in Richtung der zweiten Anschlußklemme 3 bewegende Ende des Bimetallstreifens 11 nimmt einen Zugbügel 42 mit, der über einen Rohrniet 43 mit dem Abschnitt 41 verbunden ist.
    In beiden Fällen wird die Klinkenauflage 29 um die Mechanik-Drehachse 16 geringfügig gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt, wodurch die Schulter 31 außer Eingriff mit dem Klinkenvorsprung 37 gebracht wird. Damit ist die formschlüssige Verbindung zwischen Klinke 33, Träger 17 und Klinkenauflage 29 bzw. dieser drei Bauteile mit dem Betätigungshebel 35 gelöst, sodaß der Träger 17 und mit ihm die Schaltbrücken 9,9' in die AUS-Stellung verschwenkt werden können.
    Diese Verschwenkung wird von einer Schraubendruckfeder 28 ausgeführt, deren erstes Ende auf einen Zapfen 27 aufgesetzt ist, der am den Zylindern 19,19' gegenüberliegenden oberen Ende der Zwischenwandung 18 des Trägers 17 angeformt ist. Das zweite Ende dieser Schraubendruckfeder 28 ist am Gehäuse abgestützt.
    An einer weiteren zylindrischen Anformung 44 des Trägers 17 ist das erste Ende einer weiteren Drehfeder 45 festgelegt. Ihr freier Schenkel 46 setzt sich am Abschnitt 41 der Klinkenauflage 29 an, womit die Klinkenauflage 29 von dieser Drehfeder 45 im Uhrzeigersinn vorgespannt wird. Diese Vorspannung bewirkt, daß nachdem die Verrastung von Klinkenvorsprung 37 und Schulter 31 gelöst worden ist, die Klinkenauflage 29 gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt und damit die Schulter 31 auf die Klinke 33 zu bewegt wird. Sobald der Betätigungshebel 35 in die AUS-Stellung gebracht worden ist (was automatisch durch eine in ihm eingebaute Feder erfolgt), kann damit der Klinkenvorsprung 37 wieder zur Anlage an der Schulter 31 kommen.

    Claims (4)

    1. Schaltmechanik (15) für einen Schutzschalter, der zwei gemeinsam zu schaltende Schaltstrecken hat, welche jeweils einen beweglichen, auf einer Schaltbrücke (9,9') festgelegten Kontakt (8,8') aufweisen, wobei
      ein um eine gehäusefeste Mechanik-Drehachse (16) verschwenkbar gelagerter Träger (17) vorgesehen ist, der
      eine normal zur Mechanik-Drehachse (16) verlaufende Zwischenwandung (18) aufweist,
      an deren beiden Seitenflächen jeweils ein Zylinder (19,19'), ein zur Mechanik-Drehachse (16) konzentrischer Anlageanschlag (26,26') sowie eine Schenkelauflage (25,25') angeformt ist, auf welche Zylinder (19,19') die Schaltbrücken (9,9') mit ihren Bohrungen (20,20') sowie Drehfedern (21,21') mit ihren Windungen (22,22') aufgesetzt sind, sodaß die Längsachsen der Zylinder (19,19') Schaltbrücken-Drehachsen (36) bilden, wobei die ersten Schenkel (23,23') der Drehfedern (21,21') an den Schaltbrücken (9,9') und die zweiten Schenkeln (24,24') an den Schenkelauflagen (25,25') anliegen, womit die Schaltbrücken (9,9') ständig in Richtung der voneinander verschiedene Stärken aufweisenden Anlageanschlägen (26,26') belastet sind, wobei
      am den Zylindern (19,19') gegenüberliegenden oberen Ende der Zwischenwandung (18) ein Zapfen (27) angeformt ist, auf welchen das erste Ende einer Schraubendruckfeder (28) aufgesetzt ist, dessen zweites Ende am Gehäuse abgestützt ist, wobei weiters
      eine Klinkenauflage (29) vorgesehen ist, die mit ihrer Bohrung (30) auf den Anlageanschlag (26) aufgesetzt ist und im Bereich des oberen Endes der Zwischenwandung (18) eine Schulter (31) aufweist, an der ein Vorsprung (37) einer Klinke (33) eingreifen kann, welche Klinke (33) am oberen Ende der Zwischenwandung (18) um eine Klinken-Drehachse (32) drehbar gelagert ist und wobei
      ein Bügel (34) vorgesehen ist, der die Klinke (33) mit einem Betätigungshebel (35) kuppelt, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Schaltbrücken-Drehachsen (36) in Richtung der beweglichen Kontakte (8,8') versetzt gegenüber der Mechanik-Drehachse (16) angeordnet sind.
    2. Schaltmechanik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageanschläge (26,26') als von den Schenkelauflagen (25,25') verschiedene, voneinander beabstandete Bauteile ausgebildet sind.
    3. Schaltmechanik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken-Drehachse (32) beabstandet von den Anlageanschlägen (26,26') und den Schenkelauflagen (25,25') angeordnet ist.
    4. Schaltmechanik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere zylindrische Anformung (44) an den Träger (17) angeformt ist und daß eine weitere Drehfeder (45) vorgesehen ist, deren erstes Ende an dieser Anformung (44) festgelegt ist und deren freier Schenkel (46) sich am Abschnitt (41) der Klinkenauflage (29) ansetzt.
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