EP2030216B1

EP2030216B1 - Schutzschalter

Info

Publication number: EP2030216B1
Application number: EP06805854A
Authority: EP
Inventors: Markus Birner; Klaus Loos
Original assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Current assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: US20090160586A1; EP2030215B1; EP2030215A1; DE202006021096U1; CA2654002C; JP2009540516A; US20090146766A1; CA2656061A1; CA2656061C; CA2653649C; AU2006344591A1; CN101461021B; US20090145882A1; JP5244791B2; WO2007144016A1; AU2006344590A1; JP2009540515A; ES2391295T3; PL2030216T3; CN101461021A

Abstract

Es wird ein insbesondere in Hinblick auf eine besonders rasche Löschung von Schaltlichtbögen besonders geeigneter Schutzschalter (1) angegeben. Der Schutzschalter (1) umfasst mindestens ein einpoliges Schutzschaltermodul (2). Das Schutzchaltermodul (2) umfasst ein Gehäuse (3), einen einen Bewegkontakt (84) tragenden Schaltarm (43), der zwischen einer Schliessstellung und einer Öffnungsstellung gegen einen Festkontakt (85) schwenkbeweglich ist, sowie eine Löscheinrichtung (41) zur Löschung eines Schaltlichtbogens. Die Löscheinrichtung (41) umfasst eine Löschkammer (63) mit einem Einlass (102) und einem Auslass (106) für den Lichtbogen, eine erste Laufschiene (65), die den Festkontakt (85) mit einer ersten Seitenwand der Löschkammer (63) verbindet, und eine zweite Laufschiene (66), die eine Anschlagfläche (97), an welcher der Bewegkontakt (84) in der Öffnungsstellung des Schaltarms (43) anliegt, mit einer zweiten Seitenwand der Löschkammer (63) verbindet. An den Auslass (106) der Löschkammer (63) ist dabei ein sich im Wesentlichen von Seitenwand zu Seitenwand erstreckender Trennsteg (107) angeformt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Schutzschalter ist aus JP 54-57173 A bakannt.
Ein weiterer Schutzschalter ist beispielsweise aus FR 2 661 776 A1 bekannt. Die Auslösemechanik des bekannten Schutzschalters umfasst einen elektromagnetischen Auslöser sowie einen bimetallischen Auslöser. Als Auslösebedingungen detektiert der elektromagnetische Auslöser einen Kurzschluss, der bimetallische Auslöser einen Überlastzustand. Bei Eintritt der jeweiligen Auslösebedingung wirkt der entsprechende Auslöser auf einen Auslösearm, der wiederum den Schaltarm entkllnkt und damit die Rückstellung des Schaltarms In die Öffnungsstellung auslöst.
Ein Schutzschalter der oben genannten Art soll generell bei Eintritt der Auslösebedingung eine möglichst rasche Trennung der zwischen dem Bewegkontakt und dem Festkontakt gebildeten elektrischen Verbindung herbeiführen, um einen dem Schutzschalter nachgeschaiteten Stromkreis effektiv gegen einen Kurzschluss und/oder Überlastschaden abzusichern. Dabei soll insbesondere ein Schaltlichtbogen, wie er bei dem Schaltvorgang zwischen dem Bewegkontakt und dem Festkontakt unweigerlich entsteht, möglichst rasch gelöscht werden, um den Stromfluss zum Erliegen zu bringen und ein Abbrennen des Kontaktmaterials nach Möglichkeit zu vermeiden. Die rasche Löschung des Schaltlichtbogens ist insbesondere im Kurzschluss- und Überlastfall von besonderer Wichtigkeit, zumal in diesen Fällen der Schaltlichtbogen infolge des hohen Stromflusses eine besonders starke zerstörerische Wirkung entfaltet. Ein Schutzschafter soll dabei gleichzeitig aber aus herstellungstechnischen Gründen möglichst einfach aufgebaut und preisgünstig herstellbar sein.
Schutzschalter der oben genannten Art werden sowohl in einpoligen als auch mehrpoligen Ausführungen hergestellt. Im Sinne einer kostensparenden Herstellung ist es dabei üblich, mehrpolige Schutzschalter modular aus jeweils einpoligen Schutzschaltermodulen zu realisierten, wobei die Schutzschaltermodule zur Realisierung eines mehrpoligen Schutzschalters stirnseitig aneinandergereiht werden. Ein derartiger modularer Schutzschalter ist beispielsweise aus EP 0 538 149 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vor dem vorstehend beschriebenen Hintergrund, insbesondere im Hinblick auf eine rasche Lösung von Schaltlichtbögen besonders geeigneten Schutzschalter anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen. Der erfindungsgemäße Schutzschalter ist mit einer Löscheinrichtung zur besonders ratschen Löschung eines Schaltlichtbogens ausgestattet. Die Löscheinrichtung umfasst eine Löschkammer, die einen Einlass und einen Auslass für den Lichtbogen und dazu etwa senkrecht verlaufende Seitenwände aufweist. Die Löscheinrichtung umfasst ferner zwei Laufschienen, die dazu dienen, den Schaltlichtbogen von den Kontakten in die Löschkammer zu leiten. Eine erste Laufschiene verbindet hierbei den Festkontakt mit einer ersten Seitenwand der Löschkammer. Die zweite Laufschiene verbindet eine Anschlagfläche, an welcher der Bewegkontakt in der Öffnungsstellung des Schaltarms anliegt, mit der zweiten Seitenwand der Löschkammer.
An den Auslass der Löschkammer ist erfindungsgemäß ein Trennsteg angeformt, der sich im Wesentlichen von Seitenwand zu Seitenwand der Löschkammer erstreckt und dabei den Auslass der Löschkammer in zwei etwa gleiche Teilflächen trennt. Der Trennsteg ist dabei etwa senkrecht zu den Löschblechen eines Löschblechpakets der Löschkammer ausgerichtet und überragt den Auslass der Löschkammer. Der Trennsteg teilt hierdurch den die Löschkammer verlassenden Gasstrom in zwei Teilströme und verringert hierdurch das Risiko, dass der Lichtbogen durchschlägt, d.h. nach Durchlaufen der Löschkammer rückzündet. Der sich erfindungsgemäß von Seitenwand zu Seitenwand der Löschkammer erstreckende Trennsteg zieht sich damit insbesondere in Längsrichtung über den Löschkammerquerschnitt. Dies ermöglicht es, die Löschkammer bei hinreichend gutem Löschverhalten besonders flach auszubilden. Hierdurch wird wiederum eine besonders flache Schutzschalterkonstruktion ermöglicht. So ist für den erfindungsgemäßen Schutzschalter ohne Weiteres eine Breite von etwa 12mm realisierbar, während vergleichbare Schutzschalter üblicherweise bisher eine Breite von etwa 18mm aufweisen.
Die zweite Laufschiene ist mit einer Stromzuführung kontaktiert, über welche die zweite Laufschiene mit dem Bewegkontakt kurzgeschlossen ist, so dass der Bewegkontakt und die zweite Laufschiene stets auf dem gleichen elektrischen Potenzial liegen. Die zweite Laufschiene ist dabei vorteilhafterweise derart mit der Stromzuführung kontaktiert, dass die Kontaktstelle zwischen Laufschiene und Stromzuführung - von dem Bewegkontakt aus in Richtung des Kontakthebels gesehen - hinter der Anschlagfläche des Schaltarms liegt, oder dass mit anderen Worten die Anschlagfläche des Schaltarms an der zweiten Laufschiene zwischen der Kontaktstelle dieser Laufschiene mit der Stromzuführung und der Löschkammer liegt. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird erreicht, dass die geometrische Charakteristik der Stromführung innerhalb des Schutzschalters auch beim Übergang des Lichtbogens von den Kontakten auf die angrenzenden Laufschienen (auch als Kommutierung bezeichnet) erhalten bleibt. Insbesondere bleibt eine durch den Strompfad bewirkte Induktionswirkung, durch die der Lichtbogen aufgrund der elektrodynamischen Wechselwirkung in Richtung der Löschkammer getrieben wird, bei dem Kommutierungsprozess dem Vorzeichen nach erhalten, so dass der Lichtbogenlauf nicht bei der Kommutierung gebremst wird.
In einer konstruktiv einfachen und preisgünstigen Ausführung, die gleichzeitig im Hinblick auf ihre mechanische Stabilität und eine symmetrische Stromführung vorteilhaft ist, sind die zweite Laufschiene und die Stromzuführung aus demselben Blechstreifen gebildet, wobei die Laufschiene nach Art einer Lasche mittig aus diesem Blechstreifen freigeschnitten und herausgebogen ist.
Die Löscheinrichtung ist in bevorzugter Ausführung dahingehend optimiert, dass ein Schaltlichtbogen schnell und effektiv in die Löschkammer "eingesaugt" wird, ohne die Löschkammer zu durchlaufen und am Auslass rückzuzünden oder an der Löschkammer abzuprallen und vor deren Einlass rückzuzünden. Diese Optimierung wird zum einen durch eine ausgewogene Verdämmung des Auslasses der Löschkammer gegenüber dem Einlass erreicht, die zweckmäßigerweise in einem Bereich von 35% bis 50%, bevorzugt etwa 40% bis 45% und insbesondere zu etwa 42% gewählt ist. Als Verdämmung wird dabei das Verhältnis der freien Auslassfläche zu der freien Einlassfläche bezeichnet. Eine geeignete Verdämmung wird insbesondere durch eine entsprechende Dimensionierung des Trennstegs erreicht.
Zusätzlich zu dem Trennsteg ist am Ausgang der Löschkammer vorzugsweise mindestens ein Leitblech angeordnet, durch welches der die Löschkammer verlassende Gasstrom geteilt und in Richtung einer Gehäuseöffnung umgelenkt wird. Es hat sich herausgestellt, dass das Leitblech bzw. die Leitbleche die Druck- und Strömungsverhältnisse am Ausgang der Löschkammer signifikant verbessern und somit das Risiko einer Rückzündung des Lichtbogens vor dem Auslass bzw. Einlass der Löschkammer weiter verringern. Vorzugsweise sind über die Bereiche des Auslasses (d.h. von Seitenwand zu Seitenwand) und gegebenenfalls beidseitig des Trennstegs, mehrere Leitbleche vorgesehen. Das oder jedes Leitblech besteht insbesondere aus Kunststoff und ist in einer fertigungstechnisch vorteilhaften Variante der Erfindung an die Innenseite des Gehäuses angeformt.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist ein zwischen den Laufschienen gebildeter Lichtbogenlaufraum zumindest zu einer Gehäusestirnseite hin von einer Abdeckplatte begrenzt.
Die oder jede Abdeckplatte ist ihrerseits mit Abstand zu dem Gehäuse angeordnet, so dass zwischen der Abdeckplatte und dem Gehäuse ein Kanal gebildet ist, der in etwa parallel zu dem Lichtbogenlaufraum geführt ist. Dieser Ausbildung der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Lichtbogen auf seinem Weg entlang der Laufschienen durch plötzliche Lufterhitzung eine Druckwelle vor sich herschiebt, die den Einlauf des Lichtbogens in die Löschkammer behindern kann, während andererseits im Bereich der Kontakte ein Unterdruck entsteht, der unter Umständen den Lichtbogen unerwünschterweise in den Kontaktbereich zurücksaugen kann. Dieses Problem wird durch den jenseits der oder jeder Abdeckplatte geführten Kanal vermieden, zumal durch diesen Kanal während des Lichtbogenlaufs ein Druckausgleich stattfinden kann. Um diesen Druckausgleich zu fördern, ist die oder jede Abdeckplatte bevorzugt derart ausgebildet, dass der von dieser Abdeckplatte begrenzte Druckausgleichkanal einerseits zu dem Einlass der Löschkammer und andererseits zu einem den Kontakten zugewandten Ende des Lichtbogenlaufraums hin geöffnet ist.
Vorzugsweise umfasst der Schutzschalter einen Kurzschlussauslöser, der dazu ausgebildet ist, im Falle eines Kurzschlusses als Auslösebedingung den Auslöseschieber zu betätigen. Der Kumschlussauslöser umfasst eine Magnetspule, ein Magnetjoch sowie einen Magnetanker, der mit einem zum Vorschub des Auslöseschlebers vorgesehenen Stößel verbunden ist.
In weiterer konstruktiver Vereinfachung des Schutzschalters ist die erste Laufschiene bevorzugt integral mit dem Magnetjoch des Kurzschlussauslösers, d.h. als Teil desselben oder mit diesem einstückig mechanisch zusammenhängend, ausgeführt. Um hierbei die geometrische Charakteristik des Stromlaufs innerhalb das Schutzschalters bei der Kommutierung des Lichtbogens auf die Laufschienen zu erhalten, ist dabei das Magnetjoch zweckmäßigerwelse in einem an den Auslass der Löschkammer angrenzenden Bereich durch einen Spalt unterbrochen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1: In einer perspektivischen Explosionsdarstellung einen einpoligen Schutzschalter mit einem Schutzschaltermodul und austauschbaren Blinddeckeln zur teilweisen Abdeckung der Stirnseiten des Schutzschaltermoduls.
Fig. 2: in perspektivischer Ansicht den Schutzschalter gemäß Fig. 1 mit einer ersten Art von Blinddeckeln,
Fig. 3: in Darstellung gemäß Fig. 2 den Schutzschalter mit einer zweiten Art von Blinddeckeln,
Fig. 4 bis 6: den Schutzschalter gemäß Fig. 2 in unterschiedlichen Seitenansichten,
Fig. 7: in einer perspektivischen Explosionsdarstellung ein Gehäuse sowie die in dem Gehäuse gehalterten Funktionsteile des Schutzschalters gemäß Fig. 2,
Fig. 8: iIn einer perspektivischen Ansicht die in Fig. 7 gezeigten Funktionsteile des Schutzschalters gemäß Fig. 2 in zusammengebautem Zustand,
Fig. 9: in gegenüber Fig. 8 um etwa 180° gedrehter perspektivischer Ansicht die Funktionsteile des Schutzschalters gemäß Fig. 2 in zusammengebautem Zustand,
Fig. 10 bis 13: in vergrößerter (und teils leicht gedrehter) Detallansicht aus Fig. 9 ein Schaltspiel des Schutzschalters gemäß Fig. 2 beim Auslösevorgang in sukzessive aufeinanderfolgenden Momentaufnahmen,
Fig. 14: in einem schematisch vereinfachten Längsschnitt eine Löscheinrichtung des Schutzschalters gemäß Fig. 2,
Fig. 15 und 16: in perspektivischer Darstellung (die im Wesentlichen einer Detailansicht aus Fig. 8 entspricht) eine Justageeinrichtung zur Einstellung der Ansprechschwelle eines bimetallischen Überlastauslösers des Schutzschalters gemäß Fig. 2,
Fig. 17: in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine zweipolige Ausführung des Schutzschalters mit zwei Schutzschaltermodulen gemäß Fig. 2,
Fig. 18: in perspektivischer Darstellung den Schutzschalter gemäß Fig. 17 in zusammengebautem Zustand, und
Fig. 19 bis 21: eine fünfpolige Ausführungsform des Schutzschalters, bei der fünf Schutzschaltermodule nach Art eines Stromverteilers miteinander verschaltet sind.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in den nachfolgenden Figuren beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen nach Art eines Baukastensystems modular aufgebauten Schutzschalter 1, der durch Kombination einer Anzahl von Komponenten in ein- oder mehrpoliger Bauweise realisierbar ist. Die Kernkomponente dieses Baukastensystems ist ein Schutzschaltermodul 2, das für sich gesehen bereits einen vollständig funktionsfähigen einpoligen Schutzschalter bildet.
Einpolige Bauformen des Schutzschalters 1, wie sie insbesondere in den Fig. 1 bis 6 dargestellt sind, werden entsprechend im Wesentlichen durch ein einziges Schutzschaltermodul 2 gebildet. Mehrpolige Bauformen des Schutzschalters 1, wie sie in den Fig. 17 bis 21 dargestellt sind, werden durch Aneinanderreihung einer der Polzahl des Schutzschalters 1 entsprechenden Anzahl von Schutzschaltermodulen 2 gebildet.
Gemäß Fig. 1 umfasst das zunächst in Ansicht von außen dargestellte Schutzschaltermodul 2 ein Gehäuse 3 aus Isoliermaterial. Das Schutzschaltermodul 2 ist nach Art eines Reiheneinbaugerätes ausgebildet. Das Gehäuse 3 weist entsprechend die für solche Geräte charakteristische, symmetrisch zu einer Frontseite 4 abgestufte Formgebung auf. An einem herausragenden Mittelteil 5 der Frontseite 4 ragt zur Betätigung des Schutzschaltermoduls 2 ein Handgriff 6 eines Schwenkhebels 7 aus dem Gehäuse heraus. An einer der Frontseite 4 gegenüberliegenden Rückseite 8 ist das Schutzschaltermodul 2 mit einer für Reiheneinbaugeräte typischen Aufnahme zum Aufrasten des Schutzschaltermoduls 2 auf eine Tragschiene, insbesondere Hutschiene, versehen. Zur Fixierung des Schutzschaltermoduls 2 auf der Tragschiene ist ein Rastschieber 10 vorgesehen, der in einer Führung 11 des Gehäuses 3 verschiebbar geführt ist. Der Rastschieber 10 ist mit seitlich angespritzten Federarmen 12 versehen, die mit einer - vereinfacht - sägezahnartigen Kontur der Führung 11 derart zusammenwirken, dass der Rastschieber 10 im Montagezustand in der Führung unverlierbar fixiert und bistabil zwischen einer Raststellung, in der eine Rastnase 13 des Rastschiebers 10 in die Aufnahme 9 ragt, und einer Freigabestellung, in der die Rastnase 13 aus der Aufnahme 9 zurückgezogen ist, verschiebbar ist. In Folge der bistabilen Führung verbleibt der Rastschieber 10 in der Freigabestellung, wenn er von einem Benutzer insbesondere zur Demontage des Schutzschaltermoduls 2 manuell aus der Rastposition zurückgezogen wird, so dass das Schutzschaltermodul 2 einfach von der Tragschiene abgehoben werden kann. Die bistabile Verrastung des Rastschiebers 10 in der Freigabestellung ist dabei insbesondere vorteilhaft, um mehrere zusammenhängende oder miteinander verdrahtete Schutzschaltermodule 2 gemeinsam von einer Tragschiene abnehmen zu können, ohne die Rastschieber 10 jedes Schutzschaltermoduls 2 gleichzeitig betätigen zu müssen. Andererseits ist der Rastschieber 10 in der Rastposition durch Zusammenwirkung der Federarme 12 mit der sägezahnartigen Kontur der Führung 11 federnd geführt, so dass das Schutzschaftermodul 2 durch einfaches Aufstecken auf die Tragschiene auf diese aufgeschnappt werden kann.
In der einpoligen Ausführung des Schutzschalters 1 ist auf jede Stirnfläche 14a, 14b des Gehäuses 3 ein Blinddeckel 15a oder 15b aufgeschnappt, der das Gehäuse 3 im Bereich des Schwenkhebels 7 nach außen hin abschließt. Jeder Blinddeckel 15a, 15b ist mit drei Haltevorsprüngen 16 in korrespondierende Aufnahmen 17 des Gehäuses 3 eingeschnappt. Wie aus den Fig. 2 und 3 erkennbar ist, überdeckt jeder Blinddeckel 15a, 15b in seiner Mantagstellung insbesondere eine in jeder Stirnfläche 14a,14b des Gehäuses 3 vorgesehene Eingriffsöffnung 18, über die das Schutzschaltermodul 2 (wie nachfolgend näher erläutert wird) in mehrpoligen Ausführungsformen des Schutzschalters 1 mit benachbarten Schutzschaltermodulen 2 koppelbar ist.
Fig. 1 zeigt zwei Arten von Blinddeckeln 15a bzw. 15b, die alternativ zueinander auf das Gehäuse 3 aufschnappbar sind. Die Blinddeckel 15b unterscheidet sich von den Blinddeckeln 15a dadurch, dass sie zusätzlich mit einer Reling 19 versehen ist, die im Montagezustand (vgl. Fig. 3) den Schwenkbereich des Handgriffs 6 flankiert und hierdurch als Schutz gegen eine versehentliche Betätigung des Schutzschaltermoduls 2 wirkt. Fig. 2 zeigt das Schutzschaltermodul 2 mit den darauf montierten Blinddeckeln 15a. Fig. 3 zeigt in entsprechender Darstellung das Schutzschaltermodul 2 mit darauf montierten Blinddeckeln 15b.
Wie Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, umfasst der Schutzschalter 1 weiterhin Beschriftungsschilder 20, die an den Rändern der Frontseite 4 beidseitig in korrespondierende Aufnahmen 21 des Gehäuses 3 einsetzbar sind.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen das beispielhaft mit Blinddeckeln 15a versehene Schutzschaltermodul 2 in Draufsicht auf die Stirnfläche 14a (Fig. 5) bzw. auf die angrenzenden Seitenflächen 22a (Fig. 4) und 22b (Fig. 6) des Gehäuses 3.
In der Seitenfläche 22a ist eine Gehäuseöffnung 23 vorgesehen, über welche ein Einspeisungsanschluss 24 zum Anschließen eines elektrischen Versorgungsleiters zugänglich ist. Die gegenüberliegende Seitenfläche 22b ist mit einer weiteren Gehäuseöffnung 25 versehen, über welche ein Lastanschluss 26 zugänglich ist. Jede Seitenfläche 22a, 22b ist zusätzlich mit je einer Gehäuseöffnung 27a bzw. 27b versehen, über die ein jeweils korrespondierender Signalanschluss 28a bzw. 28b zugänglich ist. Dem Einspeisungsanschluss 24 ist ein Koppelkontakt 29 parallel geschaltet. Der Koppelkontakt 29 ist über einen Gehäuseschlitz 30 von außen her zugänglich gemacht. Der Gehäuseschlitz 30 erstreckt sich über die gesamte Gehäusebreite, d.h. von der Stirnfläche 14a bis zu einer gegenüberliegenden Stirnfläche 14b und ist zu beiden Stirnflächen 14a und 14b hin offen. Ebenso ist jedem Signalanschluss 28a und 28b ein weiterer Koppelanschluss 31 a bzw. 31 b parallel geschaltet, wobei jeder der Koppelanschlüsse 31 a und 31 b über einen weiteren Gehäuseschlitz 32a bzw. 32b zugänglich ist.
Jeder Gehäuseschlitz 30,32a,32b ist derart dimensioniert, dass der jeweils darin angeordnete Koppelkontakt 29 bzw. 31a,31b fingersicher verborgen ist und dass die erforderlichen Kriechstrecken zu der Gehäuseoberfläche eingehalten sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gehäuseschlitze besonders eng und tief ausgebildet sind. Die Schlitztiefe beträgt im Fall des Gehäuseschlitzes 30 etwa 20 mm, im Falle der Gehäuseschlitze 32a,32b etwa 10 mm. Die freie Schlitzweite beträgt im Fall des Gehäuseschlitzes 30 etwa 4 mm und ist im hinteren Bereich durch Führungsstege 134, die den Koppelkontakt 29 beidseitig flankieren, nach außen hin auf etwa 1 mm reduziert. Im Falle der Gehäuseschlitze 32a,32b beträgt die freie Schlitzweite etwa 3 mm und ist im hinteren Bereich nach außen hin auf etwa 1 mm reduziert.
In Fig. 7 ist das Schutzschaltermodul 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in der insbesondere die in dem Gehäuse 3 aufgenommenen Funktionsteile des Schutzschaltermoduls 2 in gesonderter Darstellung sichtbar sind.
Die Funktionsteile des Schutzschaltermoduls 2 gliedern sich im Wesentlichen in ein Schaltschloss 40 und eine Löscheinrichtung 41. Das Schaltschloss 40 lässt sich wiederum gliedern in drei funktionale Untergruppen, nämlich eine Handbetätigungsmechanik 42, einen Schaltarm 43 sowie eine Auslösemechanik 44.
Die Handbetätigungsmechanik 42 ist im Wesentlichen gebildet durch den Schwenkhebel 7 sowie eine Koppelstange 45, deren Freiende zur Bildung eines Mitnehmers 46 etwa rechtwinklig abgebogen ist. Die Handbetätigungsmechanik 42 umfasst ferner eine Torsionsfeder 47.
Der Schaltarm 43 ist zweigliedrig ausgebildet und umfasst einen Kontakthebel 48 und einen Klinkenhebel 49, der an einem rückwärtigen Hebelende 50 eine mit dem Mitnehmer 46 zusammenwirkende Klinke 51 aufweist. Der Schaltarm 43 wird durch eine Zugfeder 52 vorgespannt.
Die Auslösemechanik 44 umfasst einen Auslöseschieber 53, einen im Wesentlichen aus einem Bimetallstreifen 54 gebildeten Überlastauslöser 55 sowie einen elektromagnetischen Kurzschlussauslöser 56, der eine Magnetspule 57 mit einem aus zwei Kemscheiben 58 gebildeten Magnetkern, ein Magnetjoch 49 und einen Magnetanker 60 umfasst. Der Magnetanker 60 ist dabei mit einem stabförmigen Stößel 61 aus Kunststoff verbunden und wird durch eine Druckfeder 62 vorgespannt.
Die Löscheinrichtung 41 umfasst eine Löschkammer 63 mit einem darin eingesetzten Paket von zueinander parallel angeordneten Löschblechen 64 sowie eine erste Laufschiene 65 und zweite Laufschiene 66. Die Laufschiene 65 ist dabei integral mit dem Magnetjoch 59 ausgebildet. Die Laufschiene 66 ist zusammen mit einer Stromzuführung 67 als einstückig zusammenhängendes Blechteil gebildet, wobei die Stromzuführung 67 gleichzeitig einen Träger für den Bimetallstreifen 54 bildet. Die Löscheinrichtung 41 umfasst des Weiteren zwei Abdeckplatten 68a und 68b sowie Leitbleche 69, die einstückig an die Innenwand des Gehäuses 3 angeformt sind.
In Fig. 7 sind weiterhin erkennbar der als Schraubklemmkontakt ausgebildete Einspeiseanschluss 24, der über eine starre Stromschiene 70 dem Koppelkontakt 29 parallel geschaltet ist sowie der ebenso als Schraubklemmanschluss ausgeführte Lastanschluss 26.
Das Schutzschaltermodul 2 umfasst ferner eine Signalkontakteinrichtung, die im Wesentlichen durch ein mit den Signalanschlüssen 28a und 28b und den jeweils parallel geschalteten Koppelkontakten 31 a und 31 b verschaltetes Signalrelais 71 gebildet ist.
Aus Fig. 7 wird ferner deutlich, dass das Gehäuse 3 aus zwei Teilen, nämlich einer Gehäuseschale 73 und einem auf diese aufsetzbaren Gehäusedeckel 74, besteht. Die Gehäuseschale 73 und der Gehäusedeckel 74 sind im Montagezustand durch Nieten 75 oder Schraubverbindungen aneinander unverlierbar fixiert.
In den Fig. 8 und 9 sind die vorstehend beschriebenen Funktionsteile des Schutzschaltermoduls 2 in zusammengebautem Zustand dargestellt, wobei Fig. 8 eine Vorderansicht der Funktionsteile darstellt, wie sie sich in einem Blick durch den Gehäusedeckel 74 hindurch auf die in die Gehäuseschale 73 eingelegten Funktionsteile ergäbe. Fig. 9 zeigt die Funktionsteile in einer Rückansicht, wie sie sich bei einem Blick durch den Boden der Gehäuseschale 73 hindurch ergäbe. Die Gehäuseschale 73 und der Gehäusedeckel 74 sind in den Fig. 8 und 9 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit weggelassen.
Im Montagezustand ist der Klinkenhebel 49 des Schaltarms 43 um eine gehäusefeste Drehachse 80 schwenkbar gelagert. Der Kontakthebel 48 ist wiederum an einem Drehgelenk 81 an dem Klinkenhebel 49 angelenkt, so dass der Schaltarm 43 in sich eine gewisse Flexibilität aufweist. Die Relativbeweglichkeit des Kontakthebels 48 bezüglich des Klinkenhebels 49 wird begrenzt durch ein Langloch 82 an einem rückwärtigen Ende 83 des Kontakthebels 84, durch das die Drehachse 80 hindurchsteht.
Das dem rückwärtigen Ende 83 entgegengesetzte Freiende des Kontakthebels 48 bildet einen Bewegkontakt 84, der mit einem Festkontakt 85 zusammenwirkt, um einen Stromkreis zu schalten. Der Festkontakt 85 ist an einer Oberseite des Magnetjochs 59 am Ansatz der mit diesem integral verbundenen Laufschiene 65 aufgebracht.
Die Fig. 8 und 9 zeigen das Schutzschaltermodul 2 in einem Schließzustand des Schaltarms 43, in dem das den Bewegkontakt 84 bildende Ende des Kontakthebels 48 an dem Festkontakt 85 anliegt. In diesem Schließzustand ist zwischen dem Einspeisungsanschluss 24 bzw. Koppelkontakt 29 und dem Lastanschluss 26 eine elektrisch leitende Verbindung geschaffen, die über die Stromschiene 70, die Magnetspule 57, das Magnetjoch 59, den Festkontakt 85, den Kontakthebel 48 mit dem Bewegkontakt 84, den Bimetallstreifen 54 und eine daran anschließende Stromschiene 86 führt. Die elektrische Verbindung zwischen dem rückwärtigen Ende 83 des Kontakthebels 48 und dem Bimetallstreifen 54 sowie zwischen dem Bimetallstreifen 54 und der Stromschiene 86 ist jeweils durch eine Litzenverbindung 87a, 87b geschlossen, die in den Fig. 8 und 9 lediglich schematisch angedeutet ist.
Die (in Fig. 9 ebenfalls nur schematisch angedeutete) Zugfeder 52 greift an dem Kontakthebel 48 an einem zwischen dem Drehgelenk 81 und dem Langloch 82 (und damit auch zwischen dem Drehgelenk 81 und der Drehachse 80) angeordneten Position an. Das entgegengesetzte Ende der Zugfeder 52 ist an dem Gehäuse 3 wiedergelagert. Der Schaltarm 43 ist damit durch die Zugfeder 52 insgesamt in einer Drehrichtung, die in der Darstellung gemäß Fig. 8 einer Drehung des Schaltarms 43 im Uhrzeigersinn, in der Darstellung gemäß Fig. 9 einer Drehung des Schaltarms 43 entgegen dem Uhrzeigersinn entspricht, in Richtung auf eine Öffnungsstellung vorgespannt. Infolge des zwischen dem Drehgelenk 81 und der Drehachse 80 gelegenen Angriffspunkts der Zugfeder 52 ist dagegen der Kontakthebel 48 relativ zu dem Klinkenhebel 49 in die entgegengesetzte Drehrichtung, d.h. in Richtung auf die Schließstellung vorgespannt. Der Schaltarm 43 wird gegen die Rückstellkraft der Zugfeder 52 durch Verklinkung der Klinke 51 mit dem Mitnehmer 46 in der Schließstellung gehalten.
Die Stellung des Klinkenarms 49 in dieser Schließstellung ist dabei derart gewählt, dass der Schaltarm 43 beim Schließen in gewissen Umfang "durchgedrückt" wird, dass also der Kontakthebel 48 gegenüber dem Klinkenhebel 49 verspannt wird. Durch diese Vierspannung wird erreicht, dass der Bewegkontakt 84 in der Schließstellung stets unter Vorspannung an dem Festkontakt 85 anliegt, wobei ein sukzessiv zunehmender Verbrauch an Kontaktmaterial im Zuge der Lebenszeit des Schutzschaltermoduls 2 durch die Nachgiebigkeit des Kontakthebels 48 ausgeglichen wird.
Der Schwenkhebel 7 ist an der Gehäuseschale 73 zwischen einer in Fig. 7 dargestellten ersten Schwenkstellung und einer in den Fig. 8 und 9 dargestellten zweiten Schwenkstellung schwenkbar um eine gehäusefeste Schwenkachse 88 gelagert, wobei - wie den Fig. 8 und 9 entnehmbar ist - die zweite Schwenkstellung des Schwenkhebels 7 mit der Schließstellung des Schaltarms 43 korrespondiert. Die Koppelstange 45 ist mit einem Festende 89 schwenkbar und bezüglich des Schwenkhebels 7 radial beweglich in einer Radialführung 90 des Schwenkhebels 7 geführt. Das Festende 89 ist andererseits in einer Kulissenführung 91 geführt, die an die Innenwand der Gehäuseschale 73 und des Gehäusedeckels 74 angeformt und in den Fig. 8 und 9 lediglich schematisch angedeutet ist. Die Kulissenführung 91 läuft nach Art eines Spiralsegments auf die Schwenkachse 88 zu, wobei für jede Stellung des Schwenkhebels 7 zwischen der ersten und der zweiten Schwenkstellung ein Kreuzungspunkt der Linearführung 90 und der Kulissenführung 91 existiert, der eine dieser Stellung des Schwenkhebels 7 entsprechende Position des Festendes 89 der Koppelstange 45 definiert. Entlang der Kulissenführung 91 befindet sich das Festende 89 der Koppelstange 45 an seinem radial äußersten Punkt bezüglich der Schwenkachse 88, wenn sich der Schwenkhebel 7 in der zweiten Schwenkstellung befindet, und an seinem radial innersten Punkt, wenn sich der Schwenkhebel 7 in der ersten Schwenkstellung befindet. Die Koppelstange 45 wird dabei durch das Zusammenwirken der Radialführung 90 mit der Kulissenführung 91 bei einer Verschwenkung des Schwenkhebels 7 hauptsächlich linear geführt.
Der Schwenkhebel 7 ist durch die Torsionsfeder 47 in Richtung auf die erste Schwenkstellung vorgespannt, so dass er in der zweiten Schwenkstellung entgegen dem Federdruck der Torsionsfeder 47 ausgelenkt ist. Die Kulissenführung 91 ist dabei derart angelegt, dass in der zweiten Schwenkstellung die über die Koppelstange 45 vermittelte Wirkverbindung zwischen dem Mitnehmer 46 und dem Festende 89 oberhalb (d.h. auf der dem Handgriff 6 zugekehrten Seite) der Schwenkachse 88 verläuft, so dass der Schwenkhebel 7 durch die Verrastung des Mitnehmers 46 mit der Klinke 51 des Rastarms 43 gegen die Rückstellkraft der Torsionsfeder 47 in der zweiten Schwenkstellung gehalten wird. Die Handbetätigungsmechanik 42 und der Schaltarm 43 sind somit über die Verklinkung des Mitnehmers 46 mit der Klinke 51 derart miteinander gekoppelt, dass sie sich gegen die jeweilige Rückstellkraft der Zugfeder 52 und der Torsionsfeder 47 gegenseitig in der Schließstellung bzw. der zweiten Schwenkstellung stabilisieren.
Kembestandteil der Auslösemechanik 42 ist der Auslöseschieber 53, der sowohl von dem Bitmetallstreifen 54 des Überlastauslösers 55 als auch von dem Stößel 61 des Kurzschlussauslösers 56 betätigt wird, und der unter Betätigung durch einen der Auslöser 55 oder 56 die Rückstellung des Schaltarms 43 von der Schließstellung in die Öffnungsstellung bewirkt. Der Auslöseschieber 53 beeinflusst diesen Rückstellungsprozess in zweifacher Weise, indem er zum einen den Schaltarm 53 von dem Mitnehmer 46 entklinkt, und damit den automatischen Rückstellungsprozess des Schaltarms 43 unter Wirkung der Zugfeder 52 in Gang setzt, und indem er zum anderen den Schaltarm 43 "anschiebt", ihm also ein Impulsstoß versetzt, um die Trägheit des Schaltarms 43 bei der Rückstellung schneller zu überwinden und somit den Schaltprozess zu beschleunigen.
Für den Kurzschlussfall ist der Auslösevorgang in den Fig. 10 bis 13 nach Art von Momentaufnahmen verdeutlicht.
Fig. 10 zeigt in vergrößerter Darstellung den Schaltarm 43 nochmals in seiner Schließstellung, in der die unter anderem durch die Magnetspule 57 geführte elektrische Verbindung zwischen dem Einspeisungsanschluss 24 und dem Lastanschluss 26 geschlossen ist. Ein Kurzschluss in einem an die Anschlüsse 24 und 16 angeschlossenen Stromkreis führt zu einem sprunghaften Anstieg des durch die Magnetspule 57 fließenden Stroms auf einen Spitzenwert, der im Falle des abgebildeten Schutzschalters bestimmungsgemäß bis zu ca. 6 kA betragen kann. Der starke Stromanstieg bewirkt einen proportionalen Anstieg des durch die Magnetspule 57 erzeugten Magnetfeldes, in Folge dessen der Magnetanker 60 entgegen der durch die Druckfeder 62 bewirkten Rückstellkraft gegen die im Inneren der Magnetspule 57 angeordneten Kernscheiben 58 angezogen wird.
Jede der Kernscheiben 58 ist mit einer Längsnut versehen. Die Kemscheiben 58 sind dabei derart aneinander angesetzt, dass sich die Längsnuten zu einer Durchführung ergänzen, in der der Stößel 61 gleitend einliegt. Der Stößel 61 ist mit dem Magnetanker 60 verbunden und wird bei dessen Bewegung gegen den Auslöseschieber 53 vorgeschoben. Dabei schlägt er an einer Anschlagfläche 92 des Auslöseschiebers 53 an und hebt unter fortgesetztem Vorschub den Auslöseschieber 53 aus der in Fig. 9 dargestellten Bereitschaftsstellung an.
Zur Entklinkung des Mitnehmers 46 von der Klinke 51 weist der Auslöseschieber 53 eine Entklinkungskontur 93 auf. Die Entklinkungskontur 93 ist mit einer Ausnehmung 94 versehen, in die die Koppelstange 45 mit dem Mitnehmer 46 eingreift, so dass durch den Vorschub des Auslöseschiebers 53 der Mitnehmer 46 von der Klinke 51 des Klingenhebels 49 abgezogen wird.
Der Auslöseschieber 53 ist des Weiteren mit einem Vorsprung versehen, der als Anschlag 95 zur Beaufschlagung des Schaltarms 43 dient. Dieser (erster) Anschlag 95 schlägt gleichzeitig oder unmittelbar nach der Entklinkung des Schaltarms 43 gegen diesen an und beschleunigt den Schaltarm 43 in Richtung auf dessen Öffnungsstellung. Die Geometrie des Auslöseschiebers 53 ist insbesondere derart bemessen, dass der Anschlag 95 an dem Schaltarm 43 zu einem Zeitpunkt zur Anlage kommt, zu dem sich der Schaltarm 43 noch nicht entspannt hat. Der Schaltarm 43 ist wiederum derart gestaltet, dass der Anschlag 95 gegen den Kontakthebel 48 (und nicht gegen den Klinkenhebel 49) anschlägt. Durch die Reibung des Kontakthebels 48 mit dem Anschlag 95 wird die Drehbeweglichkeit des Kontakthebels 48 blockiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der Schaltarm 43 vor dem Abheben des Bewegkontakts 84 von dem Festkontakt 85 entspannt. Vielmehr wird der Kontakthebel 48 unmittelbar mit dem Anschlagen des Auslöseschiebers 53 angehoben (s. Fig. 11), wodurch wiederum der Bewegkontakt 84 sofort von dem Festkontakt 85 getrennt und der Kurzschlussstrom bereits in der Anstiegsphase wirksam begrenzt wird.
Der Auslöseschieber 53 ist insbesondere derart angeordnet, dass der Anschlag 95 im Bereich des Drehgelenks 81 auf den Schaltarm 43 trifft, so dass durch den Anschlag 95 auf den Kontakthebel 48 kein Drehmoment relativ zu dem Klinkenhebel 49 übertragen wird. Der Kontakthebel 48 überragt im Bereich des Drehgelenks 81 den Klinkenhebel 49 in radialer Richtung, so dass gewährleistet ist, dass der Anschlag 95 auf den Kontakthebel 48 trifft.
Wie in Fig. 12 gezeigt, kommt in einer nachfolgenden Auslösephase der Vorschub des Stößels 61, und in Folge dessen auch der Vorschub des Auslöseschiebers 53 auf Grund des begrenzten Hubs des Kurschlussauslösers 56 zum Erliegen. Unter Wirkung der Zugfeder 52 bewegt sich der Schaltarm 43 weiterhin in Richtung der Öffnungsstellung und hebt sich dadurch von dem Anschlag 95 ab. Hierdurch wird auch die Drehfixierung des Kontakthebels 48 aufgehoben, so dass sich der Schaltarm entspannt (Die Lage des Kontakthebels 48 in entspannten Zustand des Schaltarms 43 ist in Fig. 12 gestrichelt angedeutet).
Bevor der Kontakthebel 43 die Öffnungsstellung erreicht, schlägt er, wiederum im Bereich des Drehgelenks 81 an einen zweiten Anschlag 96 des Auslöseschiebers 53 an und nimmt diesen unter fortgesetztem Zurückweichen in die Öffnungsstellung mit.
Fig. 13 zeigt den Endzustand des Auslösevorgangs, in dem der Bewegkontakt 48 an einer Anschlagfläche 97 anliegt, die einen dem Festkontakt 85 mit Abstand gegenüberliegenden Ansatz der zweiten Laufschiene 66 bildet. Der Auslöseschieber 53 ist durch die Wechselwirkung des zweiten Anschlags 96 mit dem Schaltarm 43 in eine Auslösestellung gehoben, in der die Entklinkungskontur 93 des Auslöseschiebers 53 die Klinke 51 des Schaltarms 43 mit einer Aufgleitschräge 98 flankiert.
Nachdem im Zuge des Auslöseprozesses der Mitnehmer 46 mit der Klinke 51 entklinkt ist, ist auch der Schwenkhebel 7 nicht länger in der zweiten Schwenkstellung gehalten und kehrt unter Wirkung der Torsionsfeder 47 in die erste Schwenkstellung zurück. Dabei wird der Mitnehmer 46 aus der Ausnehmung 94 der Entklinkungskontur 93 herausgeschoben und gleitet die Aufgleitschräge 98 herab, bis er hinter der Klinke 51 wieder verrastet. Das Einrasten des Mitnehmers 46 hinter der Klinke 51 wird durch eine Federlasche 72 (Fig. 8) sichergestellt, die an den Schwenkhebel 7 einstückig angespritzt ist und die Koppelstange 45 in der zweiten Schwenkstellung des Schwenkhebels 7 gegen die Aufgleitschräge 98 drückt. Der Schaltarm 43 ist hierdurch wieder mit der Handbetätigungsmechanik 42 gekoppelt und kann durch manuelle Verschwenkung des Schwenkhebels 7 in die Schließstellung gemäß Fig. 9 zurückgestellt werden. Dabei wird durch Wechselwirkung des Mitnehmers 46 mit der Aufgleitschräge 98 gleichzeitig der Auslöseschieber 53 in die Bereitschaftsstellung gemäß Fig. 9 zurückverschoben, sofern der Verschiebung des Auslöseschiebers 53 kein Hindernis entgegen steht. Andemfalls, z.B. wenn die Auslösebedingung noch besteht und entsprechend einer der Auslöser 55 oder 56 einer Verschiebung des Auslöseschiebers in die Bereitschaftsstellung entgegensteht, gleitet der Mitnehmer 46 an der Aufgleitschräge 98 aufwärts und wird dadurch wiederum von der Klinke 51 abgehoben.
Im Zuge des vorstehend beschriebenen Auslösevorgangs entsteht zwischen dem Festkontakt 85 und dem sich von diesem abhebenden Bewegkontakt 84 ein Schaltlichtbogen, der zu einer starken Erhitzung und langfristig zu einem Abbrennen der Kontakte 84 und 85 führt. Die Löscheinrichtung 41 dient hierbei zur schnellen effektiven Löschung des Lichtbogens.
Beim Öffnen der Kontakte 84 und 85 wirkt der Stromfluss innerhalb des Kontakthebels 48, der Lichtbogenstrecke und der dem Kontakthebel 48 gegenüberliegenden Strecke des Magnetjochs 59 als Stromschleife. Dieses Stromschleife übt auf den Lichtbogen eine Induktionskraft aus, die den Lichtbogen in Richtung auf die Löschkammer 63 treibt.
Mit dem Anschlagen des Schaltarms 43 an der Anschlagfläche 97 wird die leitende Verbindung zwischen dem Bimetallstreifen 54, der Litzenverbindung 87a (Fig. 8 und 9) und dem Kontakthebel 48 über die Stromzuführung 67 kurzgeschlossen. Durch die Formgebung des Blechstreifens, aus dem die Stromzuführung 67 und die Laufschiene 66 integral gebildet sind, wird sichergestellt, dass die Induktionswirkung des Stromflusses auf den Lichtbogen bei diesem Vorgang dem Vorzeichen nach erhalten bleibt: Die Laufschiene 66 ist - wie insbesondere aus Zusammenschau der Figuren 10 bis 13 erkennbar ist - aus der Stromzuführung 67 derart freigeschnitten, dass die Laufschiene 66 im Bereich der Anschlagfläche 97 an dem in seiner Öffnungsstellung hieran anliegenden Kontakthebel 48 entlanggeführt ist, und - von dem Bewegkontakt 84 aus entlang des Kontakthebels 48 gesehen - erst hinter dem Bewegkontakt 84 in die Stromzuführung 67 übergeht. Der von dem Festkontakt 85 über die Lichtbogenstrecke zum Bewegkontakt 84 geführte Strom muss somit, auch wenn der Kontakthebel 48 bereits an der Anschlagfläche 97 anliegt, wie vor dem Anschlagen des Kontakthebels 48 innerhalb des Kontakthebels 48 oder der Laufschiene 66 eine gewisse Strecke in Richtung auf das rückwärtige Hebelende 83 fließen, bis er über die Stromzuführung 67 in entgegengesetzter Richtung abgeleitet wird. Die Laufschiene 66 ist dabei mittig aus der Stromzuführung 67 ausgeschnitten, um im Übergangsbereich einen symmetrischen Stromfluss zu gewährleisten.
Mit Rücksicht auf die elektrodynamische Wirkung des Strompfades ist auch das Magnetjoch 59, in das die Laufschiene 65 integriert ist, nicht kreisförmig um die Magnetspule 57 herum geschlossen. Vielmehr ist das Magnetjoch 59 an einer dem Magnetanker 60 zugewandeten Unterseite durch einen engen Luftspalt 99 (Figuren 8 und 9) unterbrochen. Der Luftspalt 99 ist derart bemessen, dass er den Magnetfluss innerhalb des Magnetjochs 59 nicht signifikant beeinträchtigt, aber einen Stromfluss über die Spaltstrecke wirksam unterbindet. Es wird vielmehr innerhalb des Magnetjochs 59 stets ein von einem Ausgang 100 (Fig. 8) der Magnetspule 57 in Richtung auf den Festkontakt 85 und gegebenenfalls über diesen hinaus gerichteter Strompfad erzwungen (die Richtung des Strompfades wird im Rahmen dieser Beschreibung unabhängig von der tatsächliche Stromflussrichtung als ausgehend von dem Einspeisungsanschluss 24 bzw. Koppelkontakt 29 und ausgerichtet auf den Lastanschluss 26 angegeben).
Insgesamt bleibt die geometrische Charakteristik des Stromflusses innerhalb des Schutzschaltermoduls 2 und die hierdurch hervorgerufene Induktionswirkung, über den gesamten Auslösevorgang bis zum Erlöschen des Lichtbogens erhalten.
Unter der Induktionswirkung löst sich der Lichtbogen nach dem Anschlagen des Kontakthebels 48 an der Anschlagfläche 97 von den Kontakten 84 und 85 ab und geht auf die angrenzenden Laufschienen 65 und 66 über. Dieser Vorgang wird als Kommutierung bezeichnet. Der Lichtbogen wandert anschließend - weiterhin unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kräfte - entlang der Laufschienen 65 und 66 in einem zwischen diesen gebildeten Lichtbogenlaufraum 101 (Fig. 13) auf einen Einlass 102 (Fig. 13) der Löschkammer 63 zu.
Über den Einlass 102 tritt der Lichtbogen in die Löschkammer 63 ein und wird durch die Löschbleche 64 in eine Anzahl von Teillichtbögen aufgeteilt. Die Löschbleche 64 begünstigen die Löschung des Lichtbogens in an sich bekannter Weise, indem die über die gesamte Lichtbogenstrecke abfallende Gesamtspannung vervielfacht und der Lichtbogen gekühlt wird.
Durch den Lichtbogen wird die Luft lokal stark erhitzt, wodurch im Lichtbogenlaufraum 101 eine Druckwelle entsteht, die der Lichtbogen während der Propagation in Richtung auf die Löschkammer 63 vor sich herschiebt. Um zu verhindern, dass diese Druckwelle den Einlauf des Lichtbogen in die Löschkammer 63 behindert oder dass der nach dem Abkühlen der Luft entstehende Unterdruck den Lichtbogen in den Bereich der Kontakte 84 und 85 zurücksaugt, ist die Löscheinrichtung 41 mit einem Luftausgleichssystem versehen, dessen Funktion in Fig. 14 schematisch verdeutlicht ist.
Fig. 14 zeigt die Löscheinrichtung 41 in einem schematischen Schnitt durch die Löschkammer 63 und den Lichtbogenlaufraum 101 entlang einer Schnittlinie, die in etwa mit der Laufschiene 66 zusammenfällt. In dieser Darstellung wird deutlich, dass der Lichtbogenlaufraum 101 zu beiden Stirnseiten hin durch die Abdeckplatten 68a und 68b abgeschlossen wird. Jede Abdeckplatte 68a,68b ist wiederum mit Abstand zu der angrenzenden Wand des Gehäuses 3 angeordnet, so dass zwischen den Abdeckplatten 68a,68b und dem Gehäuse 3 beidseitig des Lichtbogenlaufraums 101 und parallel zu diesem je ein Druckausgleichkanal 103a bzw. 103b gebildet ist. Jeder Druckausgleichkanal 103a, 103b korrespondiert über eine erste Öffnung 104 mit einem dem Einlass 102 benachbarten Bereich des Lichtbogenlaufraums 101 und mit einer in die jeweilige Abdeckplatte 68a,68b eingelassenen zweiten Öffnung 105 mit einem die Kontakte 84,85 umgebenden Bereich des Lichtbogenlaufraums 101. Unter Wirkung der sich mit dem Lichtbogen in dessen Propagationsrichtung P fortpflanzenden Druckwelle kommt es in den Druckausgleichkanälen 103a, 103b zu einer Rückströmung R, durch die ein Überdruck am Einlass der Löschkammer 63 abgebaut und die Entstehung eines Unterdrucks im Bereich der Kontakte 84 und 85 vermieden wird.
An dem dem Einlass 102 gegenüberliegenden Ende weist die Löschkammer 63 einen Auslass 106 (Fig. 14) auf. Die Verdämmung dieses Auslasses 106, d.h. das Verhältnis der freien Querschnittsfläche des Auslasses 106 zu der freien Querschnittsfläche des Einlasses 102, beträgt etwa 42%. Diese Querschnittsverengung hat sich als besonders geeignet erwiesen, um einerseits die Propagation des Lichtbogens in der Löschkammer 63 abzubremsen, um zu vermeiden, dass der Lichtbogen die Löschkammer 63 einfach durchläuft und am Auslass 106 rückzündet, um andererseits aber die Löschkammer hinreichend durchlässig zu halten, so dass der Lichtbogen schnell in die Löschkammer 63 einläuft.
Die Verdämmung wird im Wesentlichen durch einen Trennsteg 107 aus Isoliermaterial bewirkt, der an den Auslass 106 der Löschkammer 63 angeformt ist und von dort in Propagationsrichtung P absteht. Dieser Trennsteg 107 bewirkt des Weiteren eine Trennung des die Löschkammer 63 verlassenden Gasstroms in zwei Teilströme und erschwert somit weiter eine Rückzündung des Lichtbogens.
Eine weitere Unterteilung in (schematisch angedeutete) Teilströme T1 bis T8 erfährt der Gasstrom durch die an das Gehäuse 3 angeformten Leitbleche 69, von denen jeweils drei den Trennsteg 107 beidseitig flankieren. Die Leitbleche 69 lenken die Teilströme T1 bis T8 des Weiteren in Richtung der Seitenfläche 22b (d.h. in der Darstellung gemäß Fig. 14 etwa auf den Betrachter zu) um und vermeiden damit einen Druckstau am Auslass 106 der Löschkammer 63, der die Rückzündung des Lichtbogens begünstigen würde.
In Überlastfall erfolgt die Auslösung in prinzipiell gleicher Weise wie in dem vorstehend beschriebenen Kurzschlussfall. Jedoch wird der Auslöseschieber 53 in diesem Fall nicht von dem Stößel 61 des Kurzschlussauslösers 56, sondern von dem Bimetallstreifen 54 des Überlastauslösers 55 vorgeschoben, der sich aufgrund des Überlaststroms erhitzt und dabei derart ausbiegt, dass sein Freiende 110 (Fig. 15) gegen einen Vorsprung des Auslöseschiebers 53, der nachfolgend als Angriff 111 bezeichnet ist, anschlägt.
Um die Auslöseschwelle des Schutzschaltermoduls 2 im Überlastfall zu justieren, ist der Angriff 111 zweiteitig ausgebildet und umfasst eine an den Auslöseschieber 53 angeformte Halterung 112 (Fig. 15), auf der ein Exzenter 113 (Fig. 16) drehbar aufgesetzt ist. Die Halterung 112 ist hierbei mit einem Zahnkranz 114 (Fig. 15) versehen, der es in Zusammenwirkung mit einem korrespondierenden Rastzahn 115 (Fig. 16) des Exzenters 113 ermöglicht, den Exzenter 113 in mehreren definierten Drehstellungen gegenüber der Halterung 112 zu verrasten. Durch Verdrehung des Exzenters 113 gegenüber der Halterung 112 kann hierbei der Abstand, den der Angriff 111 in der Bereitschaftsstellung des Auslöseschiebers 53 zu dem Freiende 110 des Bimetallstreifens 54 einnimmt, variiert werden (Dieser Effekt ist in Fig. 16 anhand von zwei Drehstellungen, in denen der Exzenter 113 beispielhaft mit durchgezogenen bzw. gestrichelten Linien dargestellt ist, verdeutlicht).
Zu Betätigung des Signalrelais 71 umfasst der Auslöseschieber 53 ferner einen Ausleger 116 (Fig. 9). Der Ausleger 116 ist derart ausgebildet, dass er das Signalrelais 71 betätigt, wenn der Auslöseschieber 53 sich in der Bereitschaftsstellung befindet. Wie aus Zusammenschau der Figuren 10 bis 13 entnehmbar ist, gibt der Ausleger 116 das Signalrelais 71 bei seiner Bewegung in die Auslösestellung frei. Über den Schaltzustand des Signalrelais 71 kann somit die Stellung des Auslöseschiebers 53, und mithin der Zustand der Auslösemechanik 44 abgefragt werden.
Die Figuren 17 und 18 zeigen zwei Schutzschaltermodule 2 der vorstehend beschriebenen Art, die zu einer zweipoligen Bauform des Schutzschalters stirnseitig 1 zusammengesetzt sind. Zwischen beiden Schutzschaltermodulen 2 ist dabei ein Koppelstück 120 eingesetzt. Das Koppelstück 120 umfasst einen Körper 121, der mit je zwei Fixiervorsprüngen 122 versehen ist. Die Fixiervorsprünge 122 sind in korrespondierende Aufnahmen 17 an den angrenzenden Stirnseiten 14a bzw. 14b des jeweils angrenzenden Schutzschaltermoduls 2 einschnappbar, so dass über das Koppelstück 120 auch die aneinandergesetzten Schutzschaltermodule 2 miteinander mechanisch fixiert sind.
An diesen Körper 121 ist einerseits eine Griffkopplung 123 und andererseits eine Auslösekopplung 124 angeformt. Die Griffkopplung 123 ist über ein Filmscharnier 125 schwenkbar an dem Körper 121 angespritzt und greift in einem in Fig. 18 abgebildeten Montagezustand zu beiden Seiten in die Handgriffe 6 der angrenzenden Schutzschaltermodule 2 ein, so dass die Schwenkhebel 7 dieser Schutzschaltermodule 2 in stets fluchtender Schwenkstellung miteinander gekoppelt sind. Die Auslösekopplung 124 ist über einen mäanderartig gebogenen Federarm 126 flexibel an den Körper 121 angespritzt und greift in dem Montagezustand zu beiden Seiten durch die Eingriffsöffnung 18 der jeweils anliegenden Gehäusewand hindurch auf einen Koppelvorsprung 127 (Figuren 8 bis 10) des Auslöseschiebers 53 des jeweiligen Schutzschaltermoduls 2 zu. Hierdurch sind die Auslöseschieber 53 beider Schutzschaltermodule 2 derart gekoppelt, dass durch die Auslösung eines Schutzschaltermoduls 2 das jeweils andere Schutzschaltermodul 2 mit ausgelöst wird.
Durch das Koppelstück 120 wird somit mittels eines einstückigen Bauteils sowohl eine mechanische Fixierung der Schutzschaltermodule 2 als auch eine dynamische Kopplung sowohl der Handbetätigungsmechanik 42 und der Auslösemechanik 44 beider Schutzschaltermodule 2 erreicht
Zur Verstärkung der mechanischen Fixierung werden die Schutzschaltermodule 2 zusätzlich durch Klammern 128 an den Seitenflächen 22a, 22b und der Rückseite 8 miteinander verbunden.
Die jeweils außenliegenden Stirnseiten 14a, 14b der Schutzschaltermodule 2 werden durch je einen Blinddeckel 15a (bzw. 15b) abgedeckt. Weitere Frontabdeckungen 129 schließen den jeweils um den Schwenkhebel 7 herum angeordneten Bereich der Frontseite 4 zwischen den Schutzschaltermodulen 2 ab.
Die Figuren 19 bis 21 zeigen eine fünfpolige Bauform des Schutzschalters 1, in der dieser nach Art eines Stromverteilers verschaltet ist. Bei einem Stromverteiler ist üblicherweise eine gemeinsame Stromeinspeisung vorgesehen, von der Zweigleitungen zur Versorgung einer der Polzahl entsprechenden Anzahl von Lastkreisen über ein jeweils separates Schutzschaltermodul 2 abgezweigt sind.
Eine dynamische Kopplung der einzelnen Schutzschaltermodule 2 ist bei einem Stromverteiler in der Regel nicht erwünscht. Die Schutzschaltermodule 2 sind gemäß Fig. 19 daher (im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Schutzschalters 1) ohne zwischengelagerte Koppelstücke 120 aneinandergesetzt. Für eine gemeinsame Einspeisung aller Schutzschaltermodule 2 ist eine Stromschiene 130, die sich als Profilteil im Wesentlichen über die Gesamtbreite der aneinandergereihten Schutzschaltermodule 2 erstreckt, in die fluchtenden Gehäuseschlitze 30 eingeschoben, so dass die Koppelkontakte 29 der Schutzschaltermodule 2 über die Stromschiene 130 kurzgeschlossen sind. Der Anschluss der Schutzschaltermodule 2 an eine externe Versorgungsleitung erfolgt dabei bestimmungsgemäß über den Einspeisungsanschluss 24 eines Schutzschaltermoduls 2.
Die Stromschiene 130 ist mit einem Rückenüberzug 131 aus Isoliermaterial versehen. In eingeschobenem Zustand steht nur dieser Rückenüberzug 131 an der Seitenfläche 22a hervor und schließt den Gehäuseschlitz 30 zu dieser Seitenfläche 22a berührungssicher ab (Figuren 20, 21). Zu den außenliegenden Stirnseiten 14a, 14b der Schutzschaltermodule 2 wird die Stromschiene 130 durch Abschlussstreifen 132 abgedeckt
Jeder Abschlussstreifen 132 ist mit einer seinen Rand umlaufenden Führungsnut 133 versehen. Mit dieser Führungsnut 133 ist der Abschlussstreifen 132 auf einen Führungssteg 134 aufgeschoben, der den Rand des Gehäuseschlitzes 30 an jeder Stimseite 14a,14b umläuft. Je ein Abschlussstreifen 132 ist bevorzugt über eine Sollbruchstelle an der Rückseite 8 des Gehäuses 3 eines jeden Schutzschaltermoduls 2 angespritzt, so dass er bei Bedarf abgebrochen und in den Gehäuseschlitz 30 eingeschoben werden kann.
In den Figuren 19 bis 21 sind des Weiteren Stromschienenstücke 135a und 135b abgebildet, die auf gleiche Weise wie die Stromschiene 130 in die Gehäuseschlitze 32a oder 32b einschiebbar sind, um die Koppelkontakte 31 a, 31 b der Signalanschlüsse 28a,28b zu koppeln. Die Figuren 19 bis 21 zeigen eine erste Art der Stromschienenstücke 135a, die jeweils nur die Koppelkontakte 31 a oder 31 b zweier unmittelbar benachbarter Schutzschaltermodule 2 kurzschließt. Eine in den Figuren 19 und 21 dargestellte weitere Art von Stromschienenstücken 135b ist aus Profilmaterial gebildet und kann (analog zu der Stromschiene 130) nach Wunsch abgelängt werden, um eine beliebige Anzahl von Koppelkontakten 31 a oder 31 b kurzzuschließen.
Die Stromschienenstücke 135a und 135b können alternativ oder in beliebiger Kombination verwendet werden, um die Signalkreise der Schutzschaltermodule 2 miteinander zu verschalten.

Bezugszeichenliste

1: Schutzschalter
2: Schutzschaltermodul
3: Gehäuse
4: Frontseite
5: Mittelteil
6: Handgriff
7: Schwenkhebel
8: Rückseite
9: Aufnahme
10: Rastschieber
11: Führung
12: Federarm
13: Rastnase
14a,b: Stirnfläche
15a,b: Blinddeckel
16: Haltevorsprung
17: Aufnahme
18: Eingrifföffnung
19: Reling
20: Beschriftungsschild
21: Aufnahme
22a,b: Seitenfläche
23: Gehäuseöffnung
24: Einspeisungsanschluss
25: Gehäuseöffnung
26: Lastanschluss
27a,b: Gehäuseöffnung
28a,b: Signalanschluss
29: Koppelkontakt
30: Gehäuseschlitz
31a,b: Koppelkontakt
32a,b: Gehäuseschlitz

40: Schaltschloss
41: Löscheinrichtung
42: Handbetätigungsmechanik
43: Schaltarm
44: Auslösemechanik
45: Koppelstange
46: Mitnehmer
47: Torsionsfeder
48: Kontakthebel
49: Klinkenhebel
50: Hebelende
51: Klinke
52: Zugfeder
53: Auslöseschieber
54: Bimetallstreifen
55: Überlastauslöser
56: Kurzschlussauslöser
57: Magnetspule
58: Kemscheibe
59: Magnetjoch
60: Magnetanker
61: Stößel
62: Druckfeder
63: Löschkammer
64: Löschblech
65: Laufschiene
66: Laufschiene
67: Stromzuführung
68a,b: Abdeckplatte
69: Leitblech
70: Stromschiene
71: Signalrelais
72: Federlasche
73: Gehäuseschale
74: Gehäusedeckel
75: Niete
80: Drehachse
81: Drehgelenk
82: Langloch
83: (rückwärtiges) Hebelende
84: Bewegkontakt
85: Festkontakt
86: Stromschiene
87a,b: Litzenverbindung
88: Schwenkachse
89: Festende
90: Radialführung
91: Kulissenführung
92: Anschlagfläche
93: Entklinkungskontur
94: Ausnehmung
95: (erster) Anschlag
96: (zweiter) Anschlag
97: Anschlagfläche
98: Aufgleitschräge
99: Luftspalt
100: Ausgang
101: Lichtbogenlaufraum
102: Einlass
103a,b: Druckausgleichkanal
104: Öffnung
105: Öffnung
106: Auslass
107: Trennsteg
110: Freiende
111: Angriff
112: Halterung
113: Exzenter
114: Zahnkranz
115: Rastzahn
116: Ausleger
120: Koppelstück
121: Körper
122: Fixiervorsprung
123: Griffkopplung
124: Auslösekopplung
125: Filmscharnier
126: Federarm
127: Koppelvorsprung
128: Klammer
129: Frontabdeckung
130: Stromschiene
131: Rückenüberzug
132: Abschlussstreifen
133: Führungsnut
134: Führungssteg
135a,b: Stromschienenstück

P: Propagationsrichtung
R: Rückströmung
T1-T8: Teilstrom

Claims

Schutzschalter (1) mit mindestens einem einpoligen Schutzschaltermodul (2), umfassend ein Gehäuse (3), ein einen Bewegkontakt (84) tragenden Schaltarm (43), der zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung gegen einen Festkontakt (85) schwenkbeweglich ist, eine Handbetätigungsmechanik (42) zur manuellen Verstellung des Schaltarms (43) zwischen der Schließetellung und der Öffnungsstellung, eine Auslösemechanik (44) zur automatischen Rückstellung des Schaltarms (43) in die Öffnungsstellung bei Eintritt einer Auslösebedingung, sowie eine Löscheinrichtung (41) zur Löschung eines Schaltlichtbogens,
- mit einer Löschkammer (63), die einen Einlass (102) und einen Auslass (106) für den Lichtbogen umfasst,

- mit einer ersten Laufschiene (65), die den Festkontakt (85) mit einer ersten Seitenwand der Löschkammer (63) verbindet, und

- mit einer zweiten Laufschlene (66), die eine Anschlagfläche (97), an welcher der Bewegkontakt (84) in der Öffnungsstellung des Schaltarms (43) anliegt, mit einer zweiten Seitenwand der Löschkammer (63) verbindet,
wobei an den Auslass (106) der Löschkammer (63) ein sich im Wesentlichen von Seitenwand zu Seitenwand erstreckender Trennsteg (107) angeformt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Auslass (106) der Löschkammer (63) gegenüber dem Einlass (102) um 35% bis 50% verdämmt Ist.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Laufschiene (66) derart mit einer Stromzuführung (67) kontaktiert ist, dass die Kontaktstelle dieser Laufschiene (66) mit der Stromzuführung (67), von dem Bewegkontakt (84) aus entlang des Schaltarms (43) gesehen, hinter der Anschlagfläche (97) des Schaltarms (43) an der zweiten Laufschiene (66) liegt.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Laufschiene (66) nach Art einer Lasche mittig aus der Stromzuführung (67) freigeschnitten und herausgebogen ist.
Schutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Auslass (106) der Löschkammer (63) gegenüber dem Einlass (102) um etwa 40% bis 45%, insbesondere etwa 42% verdämmt ist.
Schutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Auslass (106) der Löschkammer (63) mindestens ein Leitblech (69) zur Umlenkung einer die Löschkammer (63) verlassenden Gasströmung vorgesehen ist.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das oder jedes Leitblech (69) einstückig an das Gehäuse (3) angeformt ist.
Schutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein zwischen den Laufschienen (65,66) gebildeter Lichtbogenlaufraum (101) zu mindestens einer Gehäusestirnseite hin von einer Abdeckplatte (68a,68b) begrenzt ist, wobei zwischen der Abdeckplatte (68a,68b) und dem Gehäuse (3) ein Druckausgleichkanal (103a,103b) gebildet ist.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die oder jede Abdeckplatte (68a,68b) derart ausgebildet ist, dass der von dieser Abdeckplatte (68a,68b) begrenzte Druckausgleichkanal (103a,103b) einerseits zu dem Einlass (102) der Löschkammer (63) und andererseits zu einem den Kontakten (84,85) zugewandten Ende des Lichtbogenlaufraums (101) hin geöffnet ist.
Schutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch
einen Kurzschlussauslöser (56) mit einer Magnetspule (57), einem Magnetjoch (59) und einem Magnetanker (60), der mit einem Stößel (61) zum Vorschub eines Auslöseschiebers (53) der Auslösemechanik (44) verbunden ist, wobei die erste Laufschiene (65) integral mit dem Magnetjoch (59) ausgeführt ist.
Schutzschalter (1) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Magnetjoch (59) in einem an den Auslass (106) der Löschkammer (63) angrenzenden Bereich durch einen Spalt (99) unterbrochen ist.