EP1797577B1 - Elektrischer schutzschalter mit schutzfunktion - Google Patents

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EP1797577B1
EP1797577B1 EP06776595A EP06776595A EP1797577B1 EP 1797577 B1 EP1797577 B1 EP 1797577B1 EP 06776595 A EP06776595 A EP 06776595A EP 06776595 A EP06776595 A EP 06776595A EP 1797577 B1 EP1797577 B1 EP 1797577B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
double
shaft
drive shaft
trip unit
actuating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP06776595A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1797577A1 (de
Inventor
Klaus Dauer
Günter Baujan
Anke JÜLICH
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.)
Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
Kloeckner Moeller GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moeller GmbH, Kloeckner Moeller GmbH filed Critical Moeller GmbH
Publication of EP1797577A1 publication Critical patent/EP1797577A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1797577B1 publication Critical patent/EP1797577B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • 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
    • H01H71/56—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by rotatable knob or wheel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/321—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements
    • H01H71/322—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements with plunger type armature

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit breaker with protection function in case of failure.
  • Such circuit breakers include a switch drive mechanism, separable contact current paths, an electromagnetic trip unit, an electromagnetic control module that controls a fault, and a manual operation unit for turning on and off and resetting the trip unit after a trip.
  • the trip unit mechanically acts on the switch drive mechanism (to open a biased latch, or contacts) in response to an OFF switch command.
  • Circuit breakers of this type can be designed as a motor protection switch or as a circuit breaker, which are used for switching on and off a load and have a protective function by disconnecting or interrupting the load in case of electrical faults. Electrical faults can be short circuits, overcurrents or undervoltage. Typical circuit breakers are also FI-switches (eg DE 4106652 A1 ), which are not used to turn ON and OFF loads.
  • the trip unit can be of the usual type, for example, as well as in the GB 1,558,785 described.
  • the magnetic mechanism consists of a magnet coil in a linearly movable, designed as a trigger tappet magnet armature, which is movable against the force of a storage pressure spring on a permanent magnet, and is held by this when the solenoid is de-energized.
  • the actuating unit is designed as a rotating device; this has a drive shaft, which is for turning on and off with the switch drive mechanism in Wikharm. Between the drive shaft and the trip unit there is a mechanical operative connection, by means of which upon actuation of the drive shaft from the OFF position in the opposite direction to the ON shift rotational movement, the reset. (Reset) of the magnetic mechanism of the trip unit, takes place.
  • the invention has for its object to make the operative connection between the actuating unit and trip unit so that both the switching mechanism and the mechanical energy storage can be actuated with it.
  • the switch concept is the principle of the energetically self-powered tripping concept. That is, the trip unit is in the activated position without a power supply, and with a relatively low current surge is able to strike the switch latch to open the contacts. To ensure this task, the trip unit is designed as a mechanical energy storage device. After a release action, the mechanical energy storage device must be reset manually. From the OFF position, the circuit breaker can not be switched to the ON position unless the trip unit is reset beforehand.
  • the reset movement of the trip unit by rotational movement of the drive shaft with an angular distance of 20 ° to 30 ° in the opposite direction to the ON-shift rotational movement.
  • the operative connection between actuating unit and trip unit triggering lever is a Doppelarmhebel whose first arm is acted upon by at least one entrainment means on the drive shaft, and the second arm causes the reset movement of the trip unit.
  • the second arm guides the magnet armature of the energy accumulator to the permanent magnet, the magnet armature (trigger plunger) being held by the holding force of the permanent magnet.
  • the triggering takes place by power surge through a magnetic circuit whose generated power flow overcomes the holding force of the permanent magnet.
  • the movement of the armature to the release position mechanically moves the switch mechanism and the drive shaft, actuating the lock and opening the switch mechanism and rotationally (in the OFF position) the drive shaft
  • the inventive arrangement can be used in a single-pole as well as multi-pole circuit breaker.
  • a significant advantage of the invention is that the mechanical actuator can be placed on the top of a circuit breaker, whereby the switch is only increased in height (vertical); in the horizontal dimension (in the installation dimensions) no change occurs.
  • the geometry of the involved manual actuating unit and its assignment to the trip unit is designed so that the double arm is mounted parallel to the axis of the drive shaft (actuating shaft) and the armature perpendicular to the double arm.
  • a mechanical operative connection between the drive shaft and the magnet mechanism is provided such that a rotation of the drive shaft is converted into a counter rotation of the double-armed lever, and the rotation of the double-arm lever is converted into a linear movement of the armature.
  • the armature moves by approx. 2.5 mm.
  • the mechanical design is that the second arm of the double-armed lever is designed as a fork and the armature is provided for engagement of the fork with a groove.
  • the drive shaft is made by assembling an actuating shaft and a slip-on shaft. This will be explained in detail in the description of the figures.
  • a, preferably colored mark can be attached on one of the arms of the double-arm lever.
  • a window in the housing of the circuit breaker is provided such that in the window, the mark either at the reset and the triggered position of the trip unit is visible from the outside. This allows an operator to immediately determine whether the circuit breaker can be turned ON - without resetting, or whether a reset of the trip unit must be made before the ON-circuit.
  • Trained as a knob actuating knob 42 is attached to the end of a drive shaft 40 and projects beyond the housing of the circuit breaker, not shown.
  • the drive shaft 40 is a multi-piece assembly of actuating shaft 44 and slip-on shaft 60. The assembly is separate and detailed in FIG Fig. 2 shown and described.
  • the trip unit 10 In the switched-off state of the circuit breaker (switch lock / contacts open), it is not possible to immediately put the circuit breaker in the on state.
  • the trip unit 10 operates as a mechanical energy storage and this must be curious for the time being.
  • the trigger unit 10 has a pot-shaped magnetic circuit and works with permanent magnetic holding force.
  • the magnetic armature 14, which is displaceable in the magnetic circuit, is in magnetic interaction with a permanent magnet 16 at one end and is designed as a trigger tappet at the other end.
  • the armature 14 is acted upon by a storage pressure spring 17.
  • the axis HA of the actuating shaft sits very close to the housing 11 of the trip unit 10 (see also FIG. 3 and FIG. 4 ).
  • the double-arm lever 30 is mounted axially parallel to the actuating shaft 44 and the armature 14 perpendicular to the Doppelarmhebel 30.
  • the activation of the trip unit is done by manual Unkswooung D1 of the toggle 42 (the drive shaft 40) about the axis HA of the drive shaft 40 from the OFF position by about 20 ° to 30 °; So in the opposite direction to the ON-switching movement. About this manual operation of the mechanical energy storage is transferred to the switch-on position.
  • two driving lugs 61 ', 61 are in operative connection with the first arm 32 of the trigger lever 30 designed as a double-arm lever.
  • Locking and releasing the switching mechanism is accomplished via a loaded with a return spring pawl 80.
  • the pawl 80 is rotatably mounted as a two-armed lever in the circuit breaker about an axis KA.
  • the pawl 80 is actuated against the force of the return spring with a driver element 36 at the lower end of the double-armed lever.
  • a dome 82 is present on the upper lever arm, which is acted upon by the driver element 36.
  • the triggering occurs at sufficiently high current to the winding of the trigger coil 12.
  • the magnetic attraction of the permanent magnet 16 is weakened and the armature 14 dissolves supported by the force the accumulator pressure spring 17 from (with movement L2).
  • Armature and Doppelarmhebel 30 are in positive operative connection via the groove 15 on the trigger plunger and the fork 35 on the double arm, so that the movement of the magnet armature is always transmitted to the Doppelarmhebel 30.
  • the linear path of the magnet armature is a few millimeters.
  • the rotational movement (H1, H2) of the double-arm lever 30 connected to the linear movement (L1, L2) is approximately 25 ° to 30 °.
  • a driver 36 is arranged below the plane of the double arm 30, which interacts with the pawl 80 of the switching mechanism (opening the contacts).
  • the movement L2 of the magnet armature 14 causes the opening of the contact system via the switching mechanism.
  • the drive shaft 40 is connected via an axially identical, positive-locking plug-in connection with catch means, not shown, with the switching mechanism in operative connection. With the movement of the drive shaft 40 via drive axle 115, the actuation of the switch lock (for ON and for OFF) is caused in both directions of rotation.
  • the trip unit 10 is housed in a plastic housing 11 in which substantially the magnetic coil 12 is mounted.
  • the housing 11 is on the top 110 of the switch arranged, in the embodiment, the housing via at least one fastening means (screw, plug or clamping means) (here a Tomsetzzylinder 19) with mounting counter means (here openings 119 on the top 110) is fixed.
  • the spatial assignment of the Aufsetzzylinders 19 is reproduced with the opening 119 through the line AA.
  • the main axis MA of the tripping unit 10 and thus also the axis of the tripping element designed as a magnet armature 14 is horizontal.
  • the drive shaft 40 has a vertical position in the circuit breaker. The longitudinal axis of the armature is thus 90 ° to the drive shaft 40th
  • a bearing SS for the Doppelarmhebel 30 is parallel to the axis HA of the drive shaft 40 is present.
  • the double-arm lever 30 is rotatably mounted in the bearing SS via the pin 20.
  • the drive shaft 40 is formed in two parts by placing an actuating shaft 44 and a slip-on shaft 60 past one another.
  • the knob 42, the actuating shaft 44, the slip-on shaft 60, and the switch drive lie in one axis.
  • the slip-on shaft 60 is hollow at the bottom and has a pin for placing the knob in the upper area.
  • a driving spike 62 and two driving lugs 61 ', 61 are formed on the plug-in shaft approximately at 180 °, and the driving spike 62 engages with the actuating shaft 44 in a driver segment 45 formed there Edge of Mitauerstachels 62 is in abutment in Mit videsegment 45. In the ON-switching movement thus the actuating shaft 44 is taken directly.
  • the aforementioned torsion spring 67 is used, which serves after the tensioning of the release unit of the provision of the slip-on against the actuating shaft and the drive shaft and in particular the knob in a unique OFF position.
  • the spring wire of the torsion spring 67 is bent outwardly at its one end 67 'and bears against the driving spike 62.
  • second end 67 'of the torsion spring 67 is bent inwards and summarizes in an axially parallel groove 44' of the actuating shaft 44.
  • the actuating shaft 44 has at the upper end a pin which comes to lie in the cavity of the slip-on shaft 60, and au lower end a hole for mounting on and for fixing to the drive axle 115 of the circuit breaker
  • the interdigitation of the driver pin 62 with the driver segment 45 is in Fig. 3 also recognizable.
  • the driver segment 45 has approximately a free circle segment angle of 50 °; the driving spike 62 has a free mobility between the stops of the driver segment of about 30 ° (spring travel of the torsion spring 67). This corresponds to the angular travel needed by the tensioning movement for the trip unit.
  • the distance between the individual parts is chosen to be particularly small.
  • the housing of the trip unit sits particularly close to the actuating shaft. Therefore, two driving lugs are attached to the operating shaft (slip-on shaft 60); one follower lug 61 'may pass above and another follower lug 61 "may pass below the trigger housing.
  • the slip-on shaft 60 engages the first arm 32 of the double-armed lever 30 in operative connection.
  • the second arm 34,35 of the double-armed lever 30 is in close operative connection with the magnet armature 14. This is realized in the embodiment such that the second arm 34 of the double-arm lever 30 as a fork 35 and the plunger-like or bolt-shaped magnet armature 14 aussenendig with a groove 15th is trained.
  • the fork 35 of the second arm 34 of the double-arm lever is non-positively in the groove of the armature.
  • the mechanical operative connection between magnet armature 14 and switching mechanism and the mechanical operative connection between actuating shaft 44 and magnet armature 14 is accomplished via a plug-in shaft 60 suitably designed for both functions.
  • the Fig. 3 shows a horizontal section through the arrangement.
  • the drive shaft 40 is in the OFF position. In this figure, the good space utilization of the arrangement is clearly visible.
  • the drive shaft is in the OFF position of the circuit breaker.
  • FIG. 4 shows one with the Fig. 3 comparable view of the trip unit, the double arm and the drive shaft 40.
  • the double arm 30 is shown here in its two end positions.
  • the drive shaft 40 is in the ON position of the circuit breaker and thus by 90 ° clockwise rotation relative to the position in Fig. 3 ,
  • the two clamping positions of the torsion spring 67 can be seen.
  • the first end 67 'of the torsion spring is by the entrainment of the Mit predominantlystachels 62 not shown (see Fig. 2 ) has been moved from a - dashed line - position in the position shown pulled through. Visible is still the groove 44 'of the actuating shaft (see also here Fig. 2 ). In this groove, the second end is 67 ° of the torsion spring 67th
  • the FIG. 4 also shows a creative way to visualize the position of the double-armed lever.
  • On an arm 34 of the double-armed lever 30 may be a color Mark 35 'be attached. Since the double lever is in a rigid relationship to the armature, it can be made to see if the trip unit is in reset position.
  • the mark on the trigger side (34) of the double-armed lever 30 is present.
  • the double arm lever is shown in two positions (dashed, drawn drawn).
  • a window F above the position of the arm 34 of the double-armed lever 30 is provided.
  • a green or red mark 35 ' may be provided.
  • the marking is visible or not visible. In the window can thus be made visible with the marker 35 'either the tripped (red mark) or the reset position (green mark) of the tripping unit from the outside. The operator can thus immediately detect whether the circuit breaker can be switched ON - without reset, or whether a reset must be made before the ON-circuit.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schutzschalter mit Schutzfunktion für den Fehlerfall. Solche Schutzschalter weisen einen Schalterantriebsmechanismus, Strompfade mit trennbaren Kontakten, eine elektromagnetische Auslöseeinheit, ein in einem Fehlerfall steuerndes elektromagnetisches Steuermodul, und eine manuelle Betätigungseinheit zum Ein- und Ausschalten und zur Rückstellung (Reset) der Auslöseeinheit nach einer Auslösung auf. Die Auslöseeinheit agiert als Antwort auf einen AUS-Schaltbefehl mechanisch auf den Schalterantriebsmechanismus (zur Öffnung eines vorgespannten Schaltschlosses, bzw. der Kontakte).
  • Schutzschalter dieser Gattung können als Motorschutzschalter oder als Leitungsschutzschalter ausgebildet sein, die zum Ein- und Ausschalten einer Last eingesetzt werden und eine Schutzfunktion haben durch Abtrennen bzw. Unterbrechen der Last bei elektrische Fehler. Elektrische Fehler können Kurzschlüsse, Überströme oder auch Unterspannungen sein. Typische Schutzschalter sind auch FI-Schalter (z.B. DE 4106652 A1 ), die jedoch nicht zum EIN- und AUS-Schalten von Lasten verwendet werden.
  • Ein Beispiel eines gattungsgemäßen Schutzschalters ist in der DE 198 36 549 A1 dargestellt Die Auslöseeinheit kann vom üblichen Typ sein, beispielsweise wie auch in der GB 1,558,785 beschrieben. Hierbei besteht der Magnetmechanismus aus einem in einer Magnetspule linear bewegliche, als Auslösestößel ausgebildeten Magnetanker, der gegen die Kraft einer Speicherdruckfeder auf einen Permanentmagneten hin bewegbar ist, und von diesem bei stromloser Magnetspule festgehalten wird.
  • Bei vielen Schutzschaltern ist der Raum für die installation einer Auslöseinheit klein. Für eine Anwendung Im Kfz-Bereich ist dies wegen des geringen Spannungsniveaus ein wirtschaftliche Lösung ( DE 197 41 919 C1 ). Für Niederspannungsanwendungen müssen jedoch höhere Isolationsanforderungen und höhere Schaltleistungen aufgebracht werden.
  • Aus einem weiteren Stand der Technik ( GB 1550 485 A ) ist eine Betätigungseinheit bzw. ein Betätigungsmechanismus und eine Auslöseeinheit für einen Schutzschalter zu entnehmen. Die dort gezeigte Auslöseeihheit weist im Wesentlichen auf:
    • einen in Auslöserichtung von einer Speicherdruckfeder belasteten, in der Auslösespule einliegenden, als Auslösestößel ausgebildeten Magnetanker,
    • einen ohne Bestromung der Auslösespule den Magnetanker in EIN-Steilung des Schalterantriebsmechanismus und rückgsetztem Zustand der Auslöseeinheit haltenden Permanentmagneten, und
    • eine vom Magnetanker drehbaren, auf den Schalterantriebsmechanismus wirkenden Auslösehebel.
  • Die Betätigungseinheit ist als Drehvorrichtung ausgebildet; diese weist eine Antriebswelle auf, welche zum Ein- und Ausschalten mit dem Schalterantriebsmechanismus in Wikverbindung steht. Zwischen der Antriebswelle und der Auslöseeinheit ist eine mechanische Wirkverbindung vorhanden, mittels der bei Betätigung der Antriebswelle aus der AUS-Stellung heraus in Gegenrichtung zur EIN-Schaltdrehbewegung das Rücksetzen. (Reset) des Magnetmechanismus der Auslöseeinheit, erfolgt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkverbindung zwischen Betätigungseinheit und Auslöseeinheit so zu gestalten, dass mit ihr sowohl das Schaltschloss als auch der mechanische Kraftspeicher betätigbar wird.
  • Die Lösung findet sich im Kennzeichen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen formuliert.
  • Bei dem Schalterkonzept handelt es sich um das prinzip des energetisch selbstversorgten Auslösekonzepts. Das heißt, die Auslöseeinheit befindet sich ohne Stromversorgung in der aktivierten Stellung, und ist mit einem relativ geringen Stromstoss in der Lage, das Schaltschloss anzustoßen, um die Kontakte zur öffnen. Um diese Aufgabe sicherzustellen, ist die Auslöseeinheit als mechanischer Kraftspeicher ausgebildet Nach einer Auslöseaktion muss der mechanische Kraftspeicher manuell wieder rückgesetzt werden. Aus der AUS-Stellung kann der Schutzschalter nicht in die EIN-Stellung überführt werden, wenn nicht zuvor die Auslöseeinheit rückgesetzt ist.
  • Vorgeschlagen wird, dass die Rücksetzbewegung der Auslöseeinheit durch Drehbewegung der Antriebswelle mit einem Winkelweg von 20° bis 30° in gegenläufiger Richtung zur EIN-Schaltdrehbewegung erfolgt. Gemäß Erfindung ist der die Wirkverbindung zwischen Betätigungseinheit und Auslöseeinheit darstellende Auslösehebel ein Doppelarmhebel, dessen erster Arm von mindestens einem Mitnehmermittel auf der Antriebswelle beaufschlagt wird, und dessen zweiter Arm die Rücksetzbewegung der Auslöseeinheit bewirkt.
  • Der zweite Arm führt unter Aufbringen von Verformungsarbeit der Speicherdruckfeder den Magnetanker des Kraftspeichers an den Permanentmagneten heran, wobei der Magnetanker (Auslösestößel) durch die Haltekraft des Permanentmagnets festgehalten wird.
  • Das Auslösen erfolgt durch Stromstoß durch einen Magnetkreis, dessen dabei erzeugter Kraftfluss die Haltekraft des Permanentmagnets überwindet. Durch die Bewegung des Magnetankers in die Ausgelöststellung wird der Schaltermechanismus und die Antriebswelle mechanisch bewegt, wobei das Schloss betätigt wird und der Schaltermechanismus öffnet und die Antriebswelle eine Drehbewegung (in AUS-Position) erfährt
  • Die erfinderische Anordnung kann in einem einpoligen als auch mehrpoligen Schutzschalter verwendet werden.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die mechanische Betätigungseinheit auf der Oberseite eines Schutzschalters angeordnet werden kann, wodurch der Schalter nur in der Höhe (vertikal) vergrößert wird; in der horizontalen Ausdehnung (in den Einbauabmessungen) tritt keine Änderung auf.
  • Die Geometrie der beteiligten manuellen Betätigungseinheit und ihre Zuordnung zur Auslöseeinheit ist so gestaltet, dass der Doppelarmhebel achsparallel zur Antriebswelle (Betätigungswelle) und der Magnetanker senkrecht zum Doppelarmhebel gelagert ist. Hierbei ist eine mechanische Wirkverbindung zwischen Antriebswelle und Magnetmechanismus derart geschaffen, dass eine Drehung der Antriebswelle in eine Gegendrehung des Doppelarmhebels umgesetzt wird, und die Drehung des Doppelarmhebels in eine Linearbewegung des Magnetankers überführt wird. Bei Drehbewegung der Antriebswelle für die Rücksetzbewegung um ca. 25° bewegt sich der Magnetanker um ca. 2.5 mm. Die mechanische Ausgestaltung liegt darin, dass der zweite Arm des Doppelarmhebels als Gabel ausgebildet ist und der Magnetanker zum Eingriff der Gabel mit einer Nut versehen ist.
  • Die Antriebswelle wird durch den Zusammenbau einer Betätigungswelle und einer Aufsteckwelle hergestellt. Dies wird ausführlich in der Figurenbeschreibung erläutert.
  • Auf einem der Arme des Doppelarmhebels kann eine, vorzugsweise farbliche Markierung angebracht sein. Dabei ist ein Fenster im Gehäuse des Schutzschalters derart vorgesehen, dass in dem Fenster die Markierung entweder bei der rückgesetzen und der ausgelösten Position der Auslöseeinheit von außen sichtbar wird. Dies erlaubt einem Bediener unmittelbar die Feststellung, ob der Schutzschalter EIN geschaltet werden kann - ohne Rücksetzung, oder ob vor der EIN-Schaltung noch eine Rücksetzung der Auslöseeinheit vorgenommen werden muss.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung wird in den Figuren dargestellt, welche im Einzelnen zeigen:
    • Fig. 1
    Einzelteile in Explosionsdarstellung,
    Fig. 2
    den Zusammenbau der Antriebswelle,
    Fig. 3
    einen horizontalen Schnitt durch die Anordnung,
    Fig. 4
    einen weiteren horizontalen Schnitt durch die Anordnung.
  • Der als Knebel ausgebildete Betätigungsdrehknopf 42 ist am Ende einer Antriebswelle 40 befestigt und überragt das nicht weiter dargestellte Gehäuse des Schutzschalters. Die Antriebswelle 40 ist ein mehrteiliger Zusammenbau aus Betätigungswelle 44 und Aufsteckwelle 60. Der Zusammenbau ist gesondert und ausführlich in Fig. 2 dargestellt und beschrieben.
  • Von außen ist am Schutzschalter nur der Knebel 42 sichtbar, der eine AUS- und eine EIN-Stellung einnehmen kann, die um 90° zueinander gedreht sind. In der EIN-Stellung sind die Kontakte geschlossen und die Auslöseeinheit kann aktiviert werden. Aus dieser Stellung können die Kontakte des Schutzschalters manuell durch Linksdrehung D1 der Antriebswelle 40 über den Knebel 42 geöffnet werden. Die Antriebswelle löst im Schalterantriebsmechanismus das Schloss und öffnet die Kontakte. Zur manuellen Ausschaltung reicht eine kurze Drehung in D1-Richtung, um das Schloss zu betätigen. Eine Drehung um 90° ist hierzu nicht erforderlich. Beim automatischen Ausschalten im Fehlerfall und Öffnen der Kontakte wird zwangsweise die Antriebswelle 40 mitbewegt.
  • Im ausgeschalteten Zustand des Schutzschalters (Schaltschloss/Kontakte offen) ist es nicht möglich, unmittelbar den Schutzschalter In den eingeschalteten Zustand zu versetzen. Die Auslöseeinheit 10 arbeitet als mechanischer Kraftspeicher und dieser muss vorerst gespannt werden. Die Auslösereinheit 10 hat einen topfförmigen Magnetkreis und arbeitet mit permanentmagnetischer Haltekraft. Der im Magnetkreis verschiebbare Magnetanker 14 steht einerends in magnetischer Wechselwirkung mit einem Permanentmagneten 16 und ist andemends als Auslösestößel ausgebildet. Der Magnetanker 14 wird von einer Speicherdruckfeder 17 beaufschlagt.
  • Die Achse HA der Betätigungswelle sitzt sehr nahe am Gehäuse 11 der Auslöseeinheit 10 (siehe auch Fig. 3 und Fig. 4). Der Doppelarmhebel 30 ist achsparallel zur Betätigungswelle 44 und der Magnetanker 14 senkrecht zum Doppelarmhebel 30 gelagert.
  • Die Aktivierung der Auslöseeinheit geschieht durch manuelle Unksdrehung D1 des Knebels 42 (der Antriebswelle 40) um die Achse HA der Antriebswelle 40 aus der AUS-Position um etwa 20° bis 30°; also in Gegenrichtung zur EIN-Schaltbewegung. Über diese manuelle Betätigung wird der mechanische Kraftspeicher in die Einschalt-Stellung überführt. Bei der Drehung in zur EIN-Schaltbewegung gegenläufigen Richtung (D1) treten zwei Mitnehmemasen 61', 61" in Wirkverbindung mit dem ersten Arm 32 des als Doppelarmhebel ausgebildeten Auslösehebels 30. Die Drehung der Betätigungswelle wird in eine Drehung in Gegenrichtung (Bezugszeichen H1, H2) des Doppelarmhebels umgesetzt. Diese Betätigung hat die Wirkungskette Knebel 42, Antriebswelle 40, Mitnehmemase(n) 61', 61", Doppelhebelarm 30, Gabel 35, Magnetanker 14, Permanentmagnet 16. Der Magnetanker 14 wird an den Permanentmagneten herangeführt und dort magnetisch gehalten.
  • Es wurde schon angesprochen, dass das Einschalten des Schaltschlosses ohne Betätigung des Kraftantriebs nicht möglich ist. Sperren und Freigeben des Schaltschlosses wird über eine mit einer Rückstellfeder belastete Sperrklinke 80 bewerkstelligt. Die Sperrklinke 80 ist als zweiarmiger Hebel im Schutzschalter um eine Achse KA drehbar gelagert. Beim Spannen der Auslöseeinheit wird mit einem Mitnehmerelement 36 am unteren Ende des Doppelarmhebels die Sperrklinke 80 gegen die Kraft der Rückstellfeder betätigt. An der Sperrklinke 80 ist am oberen Hebelarm eine Kalotte 82 vorhanden, die vom Mitnehmerelement 36 beaufschlagt wird. Nach dem Spannen der Auslöseinheit steht der Doppelarmhebel gemeinsam mit dem Mitnehmerelement 36 in fester Position, wobei die Sperrklinke 80 aus der Ruhestellung herausgehebelt ist. In dieser Stellung hat der zweite Hebelarm 84 der Sperrklinke eine solche Wechselwirkung mit dem Schaltschloss, dass das Schaltschloss in die EIN-Stellung überführbar ist.
  • Die Auslösung (Fehleröffnung durch das elektromagnetische Steuermodul, möglicherweise in Verbindung mit einem nicht näher zu beschreibenden elektronischen Modul) geschieht bei ausreichendend hoher Bestromung der Wicklung der Auslösespule 12. Die magnetische Anziehung des Permanentmagneten 16 wird geschwächt und der Magnetanker 14 löst sich unterstützt durch die Kraft der Speicherdruckfeder 17 ab (mit Bewegung L2).
  • Magnetanker und Doppelarmhebel 30 stehen in formschlüssiger Wirkverbindung über die Nut 15 am Auslösestößel und der Gabel 35 am Doppelarmhebel, so dass die Bewegung des Magnetankers jeweils immer auf den Doppelarmhebel 30 übertragen wird. Der lineare Weg des Magnetankers ist einige Millimeter. Die mit der linearen Bewegung (L1, L2) verbundene Drehbewegung (H1, H2) des Doppelarmhebels 30 ist etwa 25° bis 30°. Unterhalb der Zeichenebene ist am Doppelarmhebel 30 ein Mitnehmermittel 36 angeordnet der mit der Sperrklinke 80 des Schaltschlosses wechselwirkt (Öffnen der Kontakte).
  • Durch die Bewegung L2 des Magnetankers 14 wird über das Schaltschloss die Öffnung des Kontaktsystems veranlasst.
  • Die Antriebswelle 40 steht über eine achsidentische, formschlüssige Steckverbindung mit nicht dargestellten Mitnehmermitteln mit dem Schaltschloss in Wirkverbindung. Mit der Bewegung der Antriebswelle 40 über Antriebsachse 115 wird in beiden Drehrichtungen die Betätigung des Schaltschlosses (für EIN und für AUS) veranlasst.
  • Die Auslöseeinheit 10 ist in einem Kunststoffgehäuse 11 untergebracht, in dem im wesentlichen die Magnetspule 12 gelagert ist. Das Gehäuse 11 ist auf der Oberseite 110 des Schalters angeordnet, wobei in dem Ausführungsbeispiel das Gehäuse über mindestens ein Befestigungsmittel (Schraub-, Steck- oder Klemmmittel) (hier ein Aufsetzzylinder 19) mit Befestigungsgegenmitteln (hier Öffnungen 119 auf der Oberseite 110) fixiert wird. In der Figur ist die räumliche Zuordnung des Aufsetzzylinders 19 mit der Öffnung 119 durch die Linie AA wiedergegeben.
  • Gemäß Ausführungsbeispiel liegt die Hauptachse MA der Auslöseeinheit 10 und damit auch die Achse des als Auslösestößel ausgebildeten Magnetankers 14 waagerecht. Die Antriebswelle 40 hat im Schutzschalter eine senkrechte Lage. Die Längsachse des Magnetankers liegt somit 90° zur Antriebswelle 40.
  • Am Gehäuse der Auslöseeinheit ist parallel zur Achse HA der Antriebswelle 40 ein Lager SS für den Doppelarmhebel 30 vorhanden. Der Doppelarmhebel 30 ist drehbar im Lager SS über den Stift 20 befestigt.
  • In Fig. 2 ist gemäß Ausführungsbeispiel die Antriebswelle 40 durch Aufeinanderstecken einer Betätigungswelle 44 und einer Aufsteckwelle 60 zweiteilig ausgebildet. Der Knebel 42, die Betätigungswelle 44, die Aufsteckwelle 60, und der Schalterantrieb (in der Figur durch den Achs-Zapfen 115 angedeutet) liegen in einer Achse. Die Aufsteckwelle 60 ist im unteren Bereich hohl ausgebildet und hat im oberen Bereich einen Zapfen zum Aufsetzen des Knebels. An der Aufsteckwelle sind etwa um 180° gegenüberliegend ein Mitnehmerstachel 62 und zwei Mitnehmernasen 61', 61" ausgebildet. Der Mitnehmerstachel 62 greift nach dem Zusammenbau mit der Betätigungswelle 44 in ein dort ausgebildetes Mitnehmersegment 45. Die bei Rechtsdrehung (EIN-Schaltbewegung) vorn liegende Kante des Mitnehmerstachels 62 liegt in Anschlag im Mitnehmersegment 45. Bei der EIN-Schaltbewegung wird somit die Betätigungswelle 44 unmittelbar mitgenommen.
  • Die bei Linksdrehung vom liegende Kante des Mitnehmerstachels 62 ist das Mitnehmermittel (Anschlag im Mitnehmersegment 45) für die manuelle AUS-Schaltbetätigung, wobei hier zuerst ein Federweg der Drehfeder 67 von ca. 30° überwunden wird, bis die Mitnahme der Betätigungswelle 44 erfolgt. Hier liegt also ein Freilauf zwischen der Aufsteckwelle 60 und der Betätigungswelle 44 vor, der bei der Rücksetzbewegung D1 der Aufsteckwelle 60 die Betätigungswelle 44 außer Eingriff lässt.
  • Zwischen beiden Wellen (44, 60) ist die angesprochene Drehfeder 67 eingesetzt, die nach dem Spannen der Auslöseeinheit der Rückstellung der Aufsteckwelle gegenüber der Betätigungswelle dient und die Antriebswelle und insbesondere den Knebel in eine eindeutige AUS-Stellung stellt. Der Federdraht der Drehfeder 67 ist an seinem einen Ende 67' nach außen abgebogen und liegt dem Mitnehmerstachel 62 an. Das (in Fig. 2 nicht sichtbare, in Fig. 4 dargestellte) zweite Ende 67" der Drehfeder 67 ist nach innen gebogen und fasst in eine achsparallele Nut 44' der Betätigungswelle 44. Die Betätigungswelle 44 hat am oberen Ende einen Zapfen, der in dem Hohlraum der Aufsteckwelle 60 zu liegen kommt, und au unteren Ende eine Bohrung zum Aufsetzen auf und zum Befestigen an der Antriebsachse 115 des Schutzschalters. Das Ineinanderfassen des Mitnehmerstachels 62 mit dem Mitnehmersegment 45 ist in Fig. 3 ebenfalls erkennbar. Das Mitnehmersegment 45 hat etwa einen freien Kreissegmentwinkel von 50°; der Mitnehmerstachel 62 hat eine freie Beweglichkeit zwischen den Anschlägen des Mitnehmersegments von etwa 30° (Federweg der Drehfeder 67). Dies entspricht dem Winkelweg, der von der Spannbewegung für die Auslöseeinheit gebraucht wird.
  • Um den vorhandenen Raum möglichst optimal zu nutzen, ist der Abstand der Einzelteile zureinander besonders klein gewählt. Das Gehäuse der Auslöseeinheit sitzt besonders nahe an der Betätigungswelle. Daher sind an der Betätigungswelle (Aufsteckwelle 60) zwei Mitnehmemasen angebracht; eine Mitnehmemase 61' kann oberhalb und eine andere Mitnehmemase 61" kann unterhalb des Auslösegehäuses vorbeistreichen.
  • Die Aufsteckwelle 60 tritt mit dem ersten Arm 32 des Doppelarmhebels 30 in Wirkverbindung. Der zweite Arm 34,35 des Doppelarmhebels 30 steht in enger Wirkverbindung mit dem Magnetanker 14. Dies ist im Ausführungsbeispiel derart realisiert, dass der zweite Arm 34 des Doppelarmhebels 30 als Gabel 35 und der stößel- oder bolzenartig ausgebildete Magnetanker 14 aussenendig mit einer Nut 15 ausgebildet ist. Die Gabel 35 des zweite Arms 34 des Doppelarmhebels liegt kraftschlüssig in der Nut des Magnetankers.
  • Mit jeder linearen Bewegung L1, L2 des Magnetankers 14 wird der zweite Arm 34 des Doppelarmhebels mitgenommen und versetzt den Doppelarm in Drehung. Bei dieser kraftschlüssige Wirkverbindung ist kein Freilauf vorhanden. Durch die Bewegung des Magnetankers 14 wird der Doppelarmhebel in Drehung versetzt und umgekehrt: durch Drehung des Doppelarmhebels setzt sich der Magnetanker in Bewegung.
  • Erfindungsgemäß wird die mechanische Wirkverbindung zwischen Magnetanker 14 und Schaltschloss und die die mechanische Wirkverbindung zwischen Betätigungswelle 44 und Magnetanker 14 über ein für beide Funktionen geeignet gestaltete Aufsteckwelle 60 bewerkstelligt.
  • Die Fig. 3 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die Anordnung. Die Antriebswelle 40 steht in der AUS-Position. In dieser Figur ist die gute Raumausnutzung der Anordnung deutlich erkennbar. Die Antriebswelle steht in AUS-Stellung des Schutzschalters.
  • Die Betätigungsgriffe, bzw. Drehbewegungen werden hier noch einmal zusammengestellt.
    • In der Funktion "manuell Einschalten" wird die Antriebswelle 40 mit 90° Rechtsdrehung aus der Stellung AUS in Richtung D2 bewegt, wobei der Doppelarmhebel die Bewegung H2 vollführt. Hierbei wird der Anker linear mit L2 bewegt.
    • In der Funktion "manuell Ausschalten" wird die Antriebswelle 40 mit 90° Linksdrehung aus der Stellung EIN in Richtung D1 bewegt, wobei der Doppelarmhebel die Bewegung H1 vollführt Hierbei wird der Anker linear mit L1 bewegt.
    • In der Funktion "Auslöseeinheit spannen" wird die Antriebswelle 40 mit 25° Linksdrehung aus der Stellung AUS In Richtung D1 bewegt, wobei der Doppelarmhebel die Bewegung H1 vollführt.
  • Die letztbeschriebene Drehbewegung ist In Fig. 3 durch die beiden Lagen des Mitnehmerelements 61' zu erkennen. In der gestrichelten Position ist die Aufsteckachse 60 mit dem Mitnehmerelement 61' durch die Drehfeder in Ruheposition. Die durchgezogen dargestellte Position ist jene, in der das Mitnehmerelement 61' den Doppelarmhebel 30 betätigt hat (nach Drehung D1) und den Magnetanker an den Permanentmagneten herangeführt hat (mit Bewegung L1).
  • Die Figur 4 zeigt eine mit der Fig. 3 vergleichbaren Ansicht auf die Auslöseeinheit, den Doppelarmhebel und die Antriebswelle 40. Der Doppelarmhebel 30 Ist hier in seinen beiden Endpositionen dargestellt. Die Antriebswelle 40 steht In EIN-Stellung des Schutzschalters und damit um 90° Rechtsdrehung gegenüber der Stellung in Fig. 3. Die beiden Spannlagen der Drehfeder 67 sind erkennbar. Das erste Ende 67' der Drehfeder ist durch die Mitnahme des nicht dargestellten Mitnehmerstachels 62 (vergleiche Fig. 2) von einer - gestrichelt gezeichneten - Position in die durchgezogen dargestellte Position bewegt worden. Sichtbar ist weiterhin die Nut 44' der Betätigungswelle (vergleiche auch hier Fig. 2). In dieser Nut liegt das zweite Ende 67° der Drehfeder 67.
  • Die Figur 4 zeigt darüber hinaus eine gestalterische Möglichkeit zur Sichtbarmachung der Lage des Doppelarmhebels. Auf einem Arm 34 des Doppelarmhebels 30 kann eine farbliche Markierung 35' angebracht sein. Da der Doppelarmhebel in starrer Beziehung zum Magnetanker steht, kann damit erkennbar gemacht werden, ob sich die Auslöseinheit in Rücksetzposition befindet. Gemäß der Fig. 4 ist die Markierung auf der Auslöserseite (34) des Doppelarmhebels 30 vorhanden. Der Doppelarmhebel ist in zwei Stellungen dargestellt (gestrichelt, ausgezogen gezeichnet). Im in der Figur nicht dargestellten Gehäuse des Schutzschalters ist ein Fenster F oberhalb der Lage des Arms 34 des Doppelarmhebels 30 vorgesehen. Je nach beabsichtigter Funktion kann eine grüne oder eine rote Markierung 35' vorgesehen sein. Je nach Stellung des, Doppelarmhebels 30 ist entweder die Markierung sichtbar oder nicht sichtbar. In dem Fenster kann somit mit der Markierung 35' entweder die Ausgelöst-(rote Markierung) oder die rückgesetzte Position (grüne Markierung) der Auslöseinheit von außen sichtbar gemacht werden. Der Bediener kann somit unmittelbar erkennen, ob der Schutzschalter EIN geschaltet werden kann - ohne Rücksetzung, oder ob vor der EIN-Schaltung noch eine Rücksetzung vorgenommen werden muss.
    • Bezugszeichen
    • 110
    Oberseite Schalter
    115
    Betätigungsachse für Schalterantrieb
    119
    Aufsetzöffnung
    F
    Fenster im Schaltergehäuse
    10
    Auslöseeinheit
    11
    Kunststoffgehäuse (Halter) für Auslöseeinheit
    12
    Auslösespule (Tauchankerspule)
    MA
    Magnetankerachse
    14
    Magnetanker
    15
    Nut auf Magnetanker
    16
    Permanentmagnet
    17
    Speicherdruckfeder
    18
    Lager für Stift 20
    19
    Aufsetzzylinder
    20
    Achsstift
    AA
    Befestigungsachse
    L1, L2
    Linearbewegung des Magnetankers
    30
    Doppelarmhebel (Auslösehebel)
    SS
    Achse des Doppelarmhebels
    32
    erster Arm des Doppelarmhebels
    33
    Ende des ersten Arms (Antriebsseite)
    34
    zweiter Arm des Doppelarmhebels (Auslöserseite)
    35
    Mitnehmergabel
    36
    Mitnehmer für Schloss
    HA
    Achse der Betätigungswelle
    40
    Antriebswelle
    42
    Betätigungsdrehknopf
    44
    Betätigungswelle
    44'
    Nut
    45
    Mitnehmersegment
    46
    Anschlag/Mitnehmer
    D1, D2
    Drehbewegung der Antriebswelle (EIN, AUS)
    H1, H2
    Drehrichtung des Doppelarmhebels
    60
    Aufsteckwelle
    61', 61"
    Mitnehmernase(n)
    62
    Mitnehmerstachel
    63
    Betätigungsnase/Schloss
    64
    Anschlag/Mitnehmer
    67
    Drehfeder auf Aufsteckwelle
    67' 67"
    Federdraht-Ende(n)
    80
    Sperrklinke
    82
    Kalotte
    84
    Mitnehmer an Sperrklinke
    KA
    Achse für Klinke

Claims (7)

  1. Elektrischer Schutzschalter mit Schutzfunktion für den Fehlerfall, der aufweist
    - einen Schalterantriebsmechanismus,
    - Strompfade mit trennbaren Kontakten,
    - eine elektromagnetische Auslöseeinheit (10), welche als Antwort auf einen AUS-Schaltbefehl mechanisch auf den Schalterantriebsmechanismus einwirkt,
    - eine Auslösespule (12),
    - ein in dem Fehlerfall steuerndes elektromagnetisches Steuermodul,
    - eine manuelle als Drehvorrichtung ausgebildete Betätigungseinheit zum Ein- und Ausschalten und zur Rücksetztbewegung der Auslöseeinheit (10) nach einer Auslösung,
    wobei die Auslöseeinheit (10) weiterhin aufweist:
    - einen in Auslöserichtung (L2) von einer Speicherdruckfeder (17) belasteten, in der Auslösespule (12) einliegenden als Auslösestößel ausgebildeten Magnetanker (14),
    - einen ohne Bestromung der Auslösespule (12) den Magnetanker (14) in EIN-Stellung des Schalterantriebsmechanismus und rückgesetztem Zustand der Auslöseeinheit (10) haltenden Permanentmagneten (16),
    - und einen vom Magnetanker (14) drehbaren, auf den Schateantriebsmechanismus wirkenden Auslösehebel (30),
    - und die Betätigungseinheit eine Antriebswelle (40) aufweist, welche zum Ein- und Ausschalten (D1, D2) mit dem Schalterantriebsmechanismus in Wirkverbindung steht, und zwischen der Antriebswelle (40) und der Auslöseeinheit (10) eine mechanische Wirkverbindung vorhanden ist, mittels der bei Betätigung der Antriebswelle (40) aus der AUS-Stellung heraus in Gegenrichtung (D1) zur EIN-Schaitdrehbewegung (D2) das Rücksetzen des Magnetmechanismus (12,14,16, 17) der Auslöseeinheit (10) erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der die Wirkverbindung zwischen Betätigungseinheit und Auslöseeinheit (10) darstellende Auslösehebel ein Doppelarmhebel (30) ist, dessen erster Arm (32) von mindestens einem Mitnehmermittel (61) auf der Antriebswelle (40) beaufschlagt wird, und dessen zweiter Arm (34) die Rücksetzbewegung der Auslöseeinheit (10) gewirkt.
  2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Wirkverbindung zwischen Antriebswelle (40) und Magnetmechanismus (12, 14, 16, 17) derart ist, dass eine Drehung der Antriebswelle (40) in eine Gegendrehung des Doppelarmhebels (30) umgesetzt wird, und die Drehung des Doppelarmhebels (30) in eine Linearbewegung des Magnetankers (14) überführt wird.
  3. Schutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arm (34) des Doppelarmhebels (30) als Gabel (35) ausgebildet ist und dass der Magnetanker (14) zum Eingriff der Gabel (35) mit einer Nut (15) versehen ist.
  4. Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelarmhebel (30) achsparallel zur Betätigungswelle (44) gelagert ist und der Magnetanker (14) senkrecht zum Doppelarmhebel (30) gelagert ist.
  5. Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen Betätigungseinheit und Auslöseeinheit (10) geometrisch und mechanisch so gestaltet ist, dass eine Drehbewegung (D1) der Antriebswelle (40) von einem Winkelweg von 20° bis 30° für eine Rücksetzbewegung ausreicht.
  6. Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (40) zweiteilig ausgebildet ist, und zwar aus einer auf den Schalterantriebsmechanismus aufgebrachten, mit mindestens einem Mitnehmer (61) für den Doppelarmhebel (30) ausgebildeten Aufsteckwelle (60) und aus einer starr auf den Schaltermechanismus wirkenden Betätigungswelle (44), wobei zwischen der Aufsteckwelle (60) und der Betätigungswelle (44) ein Freilauf vorhanden ist, der bei der Rücksetzbewegung (D1) der Aufsteckwelle (60) die Betätigungswelle (44) außer Eingriff lässt.
  7. Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem der Arme (32,34) des Doppelarmhebels (30) eine Markierung (35) angebracht ist, und dass ein Fenster im Gehäuse des Schutzschalters vorgesehen ist, in dem die Markierung (35') entweder bei der rückgesetzten oder der ausgelösten Position der Auslöseeinheit (10) von außen sichtbar ist.
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