EP2036107A1

EP2036107A1 - Verfahren und vorrichtung zum sicheren betrieb eines schaltgerätes

Info

Publication number: EP2036107A1
Application number: EP06761747A
Authority: EP
Inventors: Robert Adunka; Peter Hartinger; Bardo Koppmann; Norbert Maschke; Norbert Mitlmeier; Ludwig Niebler; Fritz Pohl; Thomas Rölke; Alf Wabner; Norbert Zimmermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2009-03-18
Also published as: DE112006004016A5; WO2008000200A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine korrespondierende Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes (1) mit zumindest einem ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt (4) und mit zumindest einem Schaltantrieb (2) mit einem beweglichen Anker (5). Der Hauptkontakt (4) weist feststehende Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke (41) auf. Der Anker (5) wirkt beim Ein- und Ausschalten derart mittels eines Kontakt Schiebers (3) auf die Kontaktbrücke (41), dass der entsprechende Hauptkontakt (4) geschlossen bzw. geöffnet wird. Der Kontaktschieber (3) umfasst zumindest Teile eines kraft- und/oder weggesteuerten Auslösemechanismus. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Erkennen, ob nach dem Ausschalten ein vorgegebener Kraft wert und/oder eine vorgegebene Wegstrecke (dX) überschritten worden ist und b) Unterbrechung des weiteren Betriebs des Schaltgerätes (1)durch Auslösen des Auslösemechanismus im Falle einer Überschreitung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schaltgerät zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Schaltgerät mit einer derartigen Vorrichtung.

Mit Schaltgeräten, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, lassen sich die Strombahnen zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung und Verbrauchern und damit deren Be- triebsströme schalten. Das heißt, indem vom Schaltgerät

Strombahnen geöffnet und geschlossen werden, lassen sich die angeschlossenen Verbraucher sicher ein- und ausschalten.

Ein elektrisches Niederspannungsschaltgerät, wie beispiels- weise ein Schütz, ein Leistungsschalter oder ein Kompaktstarter, weist zum Schalten der Strombahnen einen oder mehrere so genannte Hauptkontakte auf, die von einem oder auch mehreren Steuermagneten gesteuert werden können. Prinzipiell bestehen die Hauptkontakte aus einer beweglichen Kontaktbrücke und festen Kontaktstücken, an die der Verbraucher und die Versorgungseinrichtung angeschlossen sind. Zum Schließen und Öffnen der Hauptkontakte wird ein entsprechendes Ein- oder Ausschaltsignal an die Steuermagnete gegeben. Die Steuermagnete wirken mittels ihres Ankers derart auf die beweglichen Kon- taktbrücken ein, dass die Kontaktbrücken eine Relativbewegung in Bezug auf die festen Kontaktstücke vollziehen und entweder die zu schaltenden Strombahnen schließen oder öffnen.

Zur besseren Kontaktierung zwischen der\ Kontaktstücken und den Kontaktbrücken sind an Stellen, an denen beide aufeinander treffen, entsprechend ausgebildete Kontaktflächen vorgesehen. Diese Kontaktflächen bestehen aus Materialien, wie beispielsweise Silberlegierungen, die an diesen Stellen so- wohl auf die Kontaktbrücke als auch die Kontaktstücke aufgebracht sind und eine bestimmte Dicke aufweisen.

Die Materialien der Kontaktflächen sind bei jedem der Schalt- Vorgänge einem Verschleiß unterworfen. Faktoren, die diesen Verschleiß beeinflussen können, sind:

^■ zunehmender Kontaktabbrand oder Kontaktabrieb mit steigender Anzahl von Ein- und Ausschaltvorgängen,

■ zunehmende Verformungen,

■ zunehmende Kontaktkorrosion durch Lichtbogeneinwirkung und

■ Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Dämpfe oder Schwebstoffe usw..

Als Folge davon werden die Betriebsströme nicht mehr sicher geschaltet, was zu Stromunterbrechungen, zu Kontaktaufheizungen oder zu Kontaktverschweißungen führen kann.

Daher wird sich insbesondere mit zunehmendem Kontaktabbrand die Dicke der an den Kontaktflächen aufgebrachten Materialien verringern. Der Schaltweg zwischen den Kontaktflächen der

Kontaktbrücke und der Kontaktstücke wird länger, was letztendlich die Kontaktkraft beim Schließen verringert. Als Folge davon werden mit zunehmender Anzahl von Schaltvorgängen die Kontakte nicht mehr richtig schließen. Durch die daraus re- sultierenden Stromunterbrechungen oder aber auch durch ein verstärktes Einschaltprellen kann es dann zu einer Kontaktaufheizung kommen. Als Folge davon kann es zu einem zunehmenden Aufschmelzen des Kontaktmaterials kommen, was zu einem Verschweißen der Kontaktflächen der Hauptkontakte führen kann.

Ist ein Hauptkontakt des Sσhaltgerätes verschlissen oder sogar verschweißt, kann das Schaltgerät den Verbraucher nicht mehr sicher ausschalten, obwohl ein Ausschaltbefehl der Ansteuerung vorliegt. So wird gerade bei einem verschweißten Kontakt trotz des Ausschaltsignals zumindest die Strombahn mit dem verschweißten Hauptkontakt weiter ström- beziehungs- weise spannungsführend bleiben. Der Verbraucher wird folglich nicht vollständig von der Versorgungseinrichtung getrennt. Da der Verbraucher in einem nicht sicheren Zustand verbleibt, stellt das Schaltgerät eine potentielle Fehlerquelle dar.

Dadurch kann beispielsweise bei Kompaktstartern nach der

IEC 60 947-6-2, bei denen beim betriebsmäßigen Schalten ein zusätzlicher Schutzmechanismus auf dieselben Hauptkontakte wirkt wie der Steuermagnet, die Schutzfunktion blockiert werden.

Zum sicheren Betrieb von Schaltgeräten und damit zum Schutz des Verbrauchers und der elektrischen Anlage sind solche Fehlerquellen zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche potentiellen Fehlerquellen zu erkennen und entsprechend darauf zu reagieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkma- len des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den

Merkmalen des Anspruchs 11. Im Anspruch 21 ist ein geeignetes Schaltgerät zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Im Anspruch 22 ist ein geeignetes Schaltgerät mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. In den Untersprüchen 2 bis 10, 12 bis 20 und 23 sind Verfahrens- und Vorrichtungsvarianten enthalten.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht mit geringem Aufwand, eine Kontaktverschweißung beim Ausschalten und damit einen nicht mehr sicheren Betrieb des Schaltgerätes zu erkennen und entsprechend darauf zu reagieren. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes weist das Schaltgerät zumindest einen ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt und zumindest einen Schaltantrieb mit einem beweglichen Anker auf. Der Hauptkon- takt weist feststehende Kontaktstücke und eine bewegliche

Kontaktbrücke auf. Der Anker wirkt beim Ein- und Ausschalten mittels eines Kontaktschiebers derart auf die Kontaktbrücke, dass der entsprechende Hauptkontakt geschlossen bzw. geöffnet wird. Weiterhin weist der Kontaktschieber zumindest Teile ei- nes kraft- und/oder weggesteuerten Auslösemechanismus auf.

Erfindungsgemäß wird nach dem Ausschalten erkannt, ob ein vorgegebener Kraftwert und/oder eine vorgegebene Wegstrecke überschritten worden ist. Im Fall einer Überschreitung wird der weitere Betrieb des Schaltgerätes durch Auslösen des Kontaktaufbrechmittels durch den Auslösemechanismus unterbrochen.

Eine Überschreitung des vorgegebenen Kraftwerts bzw. der vor- gegebenen Wegstrecke liegt insbesondere dann vor, wenn der

Anker den Kontaktschieber nach dem Ausschalten nicht mehr soweit zurückbewegen kann, dass die Hauptkontakte sich öffnen lassen. In diesem Fall liegt eine Verschweißung zumindest eines Hauptkontakts vor. Die Kontaktöffnungsfeder des Schaltan- triebs drückt mit voller Federkraft über den Anker und über den Kontaktschieber auf den verschweißten Hauptkontakt. Durch die voll einwirkende Kontaktöffnungskraft des Schaltantriebs löst der kraft- und/oder weggesteuerte Auslösemechanismus aus. Daraufhin kann der Betrieb des Schaltgerätes aktiv un- terbrochen werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der sichere Betrieb eines Schaltgerätes, wie zum Beispiel eines Schützes, eines Leistungsschalters oder eines Kompaktabzweigs, und insbesondere der sichere Betrieb eines dreipoligen Schaltgerätes gewährleistet. Vorzugweise stellt im Auslösungsfall ein speziell zum Aufbrechen eines verschweißten Hauptkontaktes ausgebildetes Mittel eine im Vergleich zur Kontaktöffnungskraft der Rückstellfeder des Schaltantriebs erheblich größere Kontaktaufbrechkraft zur Verfügung. Es kann mit hoher Wahrscheinlichkeit der verschweißte Hauptkontakt aufgebrochen und ein sicherer Betrieb des Schaltgerätes wieder hergestellt werden.

Die Auslösung des Kontaktaufbrechmittels kann auf rein mecha- nischem Wege erfolgen, in dem z.B. mechanisch ein Federspeicher als Kraftspeicher durch den Auslösemechanismus des Kontaktschiebers entriegelt wird.

In einer weiteren Ausführungsform wird bei Überschreiten des vorgegebenen Kraftwertes und/oder der vorgegebenen Wegstrecke ein Schaltkontakt betätigt, welcher das Kontaktaufbrechmittel freigibt. In diesem Fall kann der Auslösemechanismus des Kontaktschiebers vorteilhaft kompakt ausgeführt werden, um sicher den Schaltkontakt, wie z.B. einen Mikroschalter, betäti- gen zu können.

In einer weiteren Ausführungsform wird über den Schaltkontakt ein Freigabemittel in Form eines Hub- oder Tauchmagneten oder allgemein eines Aktors zur Auslösung des Kontaktaufbrechmit- tels erregt bzw. entregt. Das Freigabemittel kann auf den

Entriegelungsmechanismus des Kontaktaufbrechmittels einwirken.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Kontaktschieber als Teile des Auslösemechanismus zwei Schieberelemente auf, die sich in Betätigungsrichtung des Schaltantriebs, das heißt in Öffnungs- und Schließrichtung der Kontaktbrücke, relativ zueinander gegen ein Federelement bewegen können. Das Federelement ist insbesondere vorgespannt. Nach dem Ausschalten und im Falle zumindest eines verschweißten Hauptkontaktes löst das Federelement das Kontaktaufbrechmittel bzw. den Schaltkontakt zur Freigabe des Kontaktauf- brechmittels gemäß der Erfindung aus.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Ausschalten und im Falle zumindest eines verschweißten Hauptkontaktes das Federelement derart zusammengepresst, dass ein im Kontaktschieber beweglich angebrachter Riegel oder Schwenkhebel quer zur Betätigungsrichtung ausgelenkt wird. Dadurch wird das

Kontaktaufbrechmittel freigegeben bzw. der Schaltkontakt zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels ausgelöst.

Ein Teil des Entriegelungsmechanismus des Kontaktaufbrechmit- tels oder des Schaltkontaktes zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels kann im Betätigungsweg des erfindungsgemäßen Kontaktschiebers angeordnet sein. Im ordnungsgemäßen Betrieb ist der Riegel oder Schwenkhebel nicht ausgefahren, so dass er nicht mit dem zuvor genannten Entriegelungsmechanismus in eine mechanische Wirkverbindung treten kann. Im Fehlerfall, das heißt insbesondere bei Vorliegen eines verschweißten Hauptkontaktes, nimmt der ausgefahrene bzw. ausgelenkte Hebel oder Riegel den Entriegelungsmechanismus des Kontaktaufbrechmittels bzw. den Riegel des Schaltkontaktes zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels mit.

Im Besonderen ist die Federkraft des Federelements kleiner als die Kontaktöffnungskraft des Schaltantriebs. Dadurch kann die Rückstellfeder beim Ausschalten des Schaltantriebs die Federkraft des Federelements im Kontaktschieber überwinden.

Es lassen sich dann beide Schieberelemente gegeneinander verschieben. Die Federkraft ist so bemessen, dass insbesondere nur im Fall eines verschweißten Hauptkontakts die Feder deutlich zusammengepresst wird.

Weiterhin ist im Besonderen die Federkraft des Federelements größer als die Summe der Federkräfte der Kontaktlastfedern. Dadurch werden der erfindungsgemäße Kontaktschieber bzw. die beiden Schieberelemente des Kontaktschiebers beim ordnungsgemäßen Öffnen der Hauptkontakte nicht zusammengedrückt.

Des Weiteren ist das Kontaktaufbrechmittel gemäß der Erfin- düng ein Schaltschloss oder ein Federspeicher.

Im ersten Fall kann ein entsprechend kräftemäßig dimensioniertes Schaltschloss zum Aufbrechen eines verschweißten Hauptkontaktes verwendet werden. Dies ist insbesondere in den Fällen vorteilhaft, in denen ein separates Schaltschloss z.B. zum Schutz gegenüber einem Kurzschluss oder einem Überstrom eingesetzt wird.

Im zweiten Fall ist das Kontaktaufbrechmittel ein Federspei- eher. Die Federkraft des Federspeichers ist im Vergleich zur Kontaktöffnungskraft des Schaltantriebs deutlich größer, um möglichst zuverlässig einen verschweißten Hauptkontakt aufbrechen zu können.

Das Freigabemittel kann derart ausgebildet sein, dass das

Kontaktaufbrechmittel im elektrisch erregten Zustand ausgelöst wird. In diesem Fall wirkt das Freigabemittel mechanisch auf das Kontaktaufbrechmittel ein und entklinkt bzw. entriegelt dieses.

Das Freigabemittel kann derart ausgebildet sein, dass dieses aktiv eine Entriegelung bzw. eine Entklinkung des Kontaktaufbrechmittels zurückhält. Erst im Fehlerfall, d.h. nach Erkennen eines verschweißten Hauptkontaktes, wird das Freigabemit- tel durch Unterbrechung der Stromzufuhr entregt, so dass dieses zurückfällt und dabei das Kontaktaufbrechmittel entriegelt.

In einer weiteren Ausführungsform wird der weitere Betrieb des Schaltgerätes unterbrochen, indem ein in Reihe mit dem Hauptkontakt in der Strombahn angeordnetes Schaltelement geöffnet wird. Dies ist insbesondere bei hochsicherheitsrele- vanten Schaltgeräten erforderlich. In diesem Fall wird bei Auftreten eines verschweißten Hauptkontakts davon ausgegangen, dass das Ende der Lebensdauer des Schaltgerätes erreicht ist.

Bei weniger hohen sicherheitstechnischen Anforderungen kann dagegen eine vorgegebene Anzahl von weiteren Schalthandlungen, wie z.B. von 100 oder 1000 Schalthandlungen, nach Auftreten und Behebung eines verschweißten Hauptkontaktes noch zugelassen werden.

Im Besonderen wird der weitere Betrieb unterbrochen, indem zumindest eine Steuerleitung zum Steuern des Schaltantriebs unterbrochen wird. Dadurch wird ein Wiedereinschalten des Schaltantriebs unmöglich gemacht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft in einem Schaltgerät durchgeführt werden.

Des Weiteren kann eine zum Verfahren korrespondierende Vor- richtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes in ein derartiges Schaltgerät integriert sein.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät, das zum sicheren Schalten von Verbrauchern das erfindungsgemäße Verfahren durchführt oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, ist insbesondere ein Schütz, ein Leistungsschalter, ein Kompaktabzweig oder ein Kompaktstarter.

Insbesondere ist das Schaltgerät ein dreipoliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen mit einem Schaltantrieb.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Vorrichtung innerhalb eines Kompaktstarters, bei dem sowohl die Kontaktöffnung beim betriebsmäßigen Schalten als auch eine Abschaltung bei Überstrom durch dieselben Kontakte erfolgt. Hier wird eine Schutzfunktion auch bei Erreichen des Endes der Lebensdauer erreicht. Der Kunde, der diese Schaltvorrichtung einsetzt, braucht keine zusätzlichen Schutzvorkehrungen, wie z.B. einen extern verdrahteten Spiegelkontakt oder ein vorgeschaltetes Schutzorgan, vorzusehen.

Weitere vorteilhafte Ausführungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher be- schrieben. Es zeigen:

FIG 1 ein vereinfachtes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

FIG 2 beispielhaft eine Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes gemäß der Erfindung,

FIG 3 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung bei ordnungsgemäß geschlossenen Haupt- kontakten eines Schaltgerätes,

FIG 4 die erste Ausführungsform der Vorrichtung bei ordnungsgemäß geöffneten Hauptkontakten des Schaltgerätes,

FIG 5 die erste Ausführungsform der Vorrichtung mit verschweißten Hauptkontakten des Schaltgerätes und Auslösung eines Schaltkontaktes gemäß der Erfindung und

FIG 6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Wie in FIG 1 dargestellt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem Ausschaltsignal im Wesentlichen die beiden folgenden Schritte durchgeführt: Schritt a) Erkennen, ob nach dem Ausschalten ein vorgegebener Kraftwert und/oder eine vorgegebene Wegstrecke (dX) des Auslösemechanismus überschritten worden ist, und

Schritt b) Unterbrechung des weiteren Betriebs des

Schaltgerätes (1) durch Auslösen des Kontaktaufbrechmittels (10) im Falle einer Überschreitung.

Es wird nach dem betriebsmäßigen Ausschalten, das heißt insbesondere nach einem Ausschaltsignal zum Öffnen der drei Hauptkontakte eines dreipoligen Schaltgerätes, überprüft, ob alle Hauptkontakte des Schaltgerätes geöffnet wurden. Erfin- dungsgemäß erfolgt dies dadurch, ob ein vorgegebener Kraftwert und/oder eine vorgegebene Wegstrecke des Auslösemechanismus überschritten worden ist. Ist dies der Fall, so kann von einer Kontaktverschweißung ausgegangen werden. Der weitere Betrieb des Schaltgerätes wird dann unterbrochen bzw. nur noch für eine vorgegebene Anzahl von Schalthandlungen zugelassen. Die Anzahl der Schalthandlungen kann z.B. in einem Bereich von 100 bis 1000 liegen.

Die Erfassung des vorgegebenen Kraftwertes bzw. der vorgege- benen Wegstrecke im ausgeschalteten Zustand erfolgt vorzugsweise auf rein mechanischem Wege mittels eines im Kontaktschieber integrierten Federsystems. Die Erfassung der auf den Kontaktschieber und entgegen der Betätigungsrichtung einwirkenden Kraft bzw. die Änderungen der äußeren Abmessungen des Kontaktschiebers um die Wegstrecke in Betätigungsrichtung kann auch auf optischem, magnetischem, induktivem oder kapazitivem Wege erfolgen. Entsprechende Sensoren, wie Kraftsensoren, Lichtschranken und dergleichen, sind zur messtechnischen Erfassung hinreichend bekannt.

FIG 2 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes 1 gemäß der Erfindung. Das Schaltgerät 1 weist zumindest einen ein- und ausschaltbaren Haupt- kontakt 4 und einen Schaltantrieb 2 mit einem beweglichen Anker 5 auf. Der Hauptkontakt 4 weist feststehende Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke auf. Der Anker 5 wirkt beim Ein- und Ausschalten mittels eines Kontaktschiebers 3 derart auf die Kontaktbrücke, dass der entsprechende Hauptkontakt 4 schließbar und offenbar ist. Der Kontaktschieber 3 umfasst zumindest Teile eines kraft- und/oder weggesteuerten Auslösemechanismus. Das Kontaktaufbrechmittel ist nach dem Ausschalten und bei Überschreitung eines vorgegebenen Kraft- werts und/oder einer vorgegebenen Wegstrecke dX durch den Auslösemechanismus zur Unterbrechung des weiteren Betriebs des Schaltgerätes 1 auslösbar. Zur Veranschaulichung ist eine vom Kontaktschieber 3 zu einem Freigabemittel 11 als Teil des Auslösemechanismus verlaufende gestrichelte Wirklinie in FIG 2 eingezeichnet.

Im Beispiel der FIG 2 ist die Wegstrecke dX eingezeichnet. Um diese Strecke dX würde der Kontaktschieber 3 bei Vorliegen eines verschweißten Hauptkontakts 4 zusammengedrückt werden.

Im vorliegenden Beispiel ist der Kontaktschieber 3 Teil des Auslösemechanismus. Der Auslösemechanismus umfasst im Beispiel der FIG 2 zudem das Freigabemittel 11 in Form einer Verklinkung, welches ein Kontaktaufbrechmittel 10 freigeben kann. Das Kontaktaufbrechmittel 10 bricht bei Auslösung dann zumindest einen verschweißten Hauptkontakt 4 auf.

Die Ein- und Ausschaltsteuersignale zum Ein- und Ausschalten der Hauptkontakte 4 werden über Klemmen Al und A2 und über eine Steuereinrichtung 6 an den Schaltantrieb 2 angelegt.

Beim Ausschalten wird der Schaltantrieb 2 über die Steuereinrichtung 6 entregt. Der Schaltantrieb 2 ist z.B. ein elektromagnetischer Antrieb oder ein sogenannter Steuermagnet. Als Folge davon wirkt über einen Anker 5 des Schaltantriebs 2, über den Kontaktschieber 3 und entgegen der Kontaktlastfeder 9 eine Kraft auf die Kontaktbrücke. Die Kraft wird über eine im Schaltantrieb 2 nicht weiter dargestellte Kontaktöffnungsfeder aufgebracht. Die Kontaktöffnungsfeder weist eine Feder- kraft auf, die erheblich größer ist als die Federkraft der Kontaktlastfedern 9. Die Hauptkontakte 4 werden geöffnet, und damit der gezeigte Verbraucher M von der Versorgungseinrichtung, hier durch die drei Leitungen bzw. Strombahnen L1-L3, gekennzeichnet, getrennt.

Zwischen dem Schaltantrieb 2 und dem Kontaktschieber 3 befindet sich ein Anschlag 8, der die überschüssige Kraft des Schaltantriebs 2 abstützt. Auf den Kontaktschieber 3 wirkt nur die Federkraft, die der Höhe der Federkraft der Kontaktlastfedern 9 entspricht. In der Praxis ist der Anschlag bereits im Schaltantrieb integriert.

Wird an den Steuerklemmen Al, A2 eine SteuerSpannung ange- legt, so wird diese z.B. über die Steuereinrichtung 6 zum

Schaltantrieb 2 weitergeleitet. Der Schaltantrieb 2 zieht an. Auch der Schieber oder Anker 5 und der Kontaktschieber 3 werden in Einschaltrichtung, das heißt im Beispiel der FIG 2 nach rechts, bewegt. Die Kontaktlastfedern 9 drücken die be- weglichen Schaltstücke des Hauptkontaktes 4 gegen die feststehenden Schaltstücke und schließen den Hauptstromkreis.

Wird der Schaltantrieb 2 wieder ausgeschaltet und liegt ein verschweißter Hauptkontakt 4 vor, wirkt die gesamte Öffnungs- kraft des Schaltantriebs 2 auf den Kontaktschieber 3. Der

Teil des Auslösemechanismus im Kontaktschieber 3 erkennt gemäß der Erfindung die erhöhte Kraft und öffnet die Verklin- kung, wie z.B. eine Schaltschlossverklinkung oder die Ver- klinkung 11 des Kontaktaufbrechmittels 10. Das Kontaktauf- brechmittel 10 kann z.B. ein Federkraftspeicher sein. Solche Federkraftspeicher 10 können zum Beispiel bereits von Leistungsschaltern oder Kompaktstartern bekannte Schaltschlösser sein. Das Schaltschloss bzw. das Kontaktaufbrechmittel 10 wird ausgelöst und schlägt mit einer sehr hohen Kraft auf den oder auf die verschweißten Hauptkontakte 4 auf. Um dabei eine möglichst sichere Aufbrechung zu erreichen, muss die Kraft des Kontaktaufbrechmittels 10 entsprechend groß dimensioniert sein. Im Falle eines Federspeichers als Kontaktaufbrechmittel 10 bleibt dieses in der ausgeklinkten Stellung und kann nicht mehr zurückgesetzt werden. Der Federspeicher 10 kann alternativ eine Mechanik aufweisen, mittels der die Feder des Federspeichers wieder gespannt und die Entriegelungsmechanik 11 wieder verklinkt werden kann. Vorzugsweise erfolgt das Zurücksetzen der gesamten Mechanik 10, 11 manuell. Die Rücksetzung kann auch ferngesteuert erfolgen. Ein Anwender wird so auf den Störfall aufmerksam gemacht und muss entsprechend, beispielsweise durch einen Austausch des Schaltgerätes 1, darauf reagieren.

FIG 3 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei ordnungsgemäß geschlossenen Hauptkontakten 4 eines Schaltgerätes 1. Im oberen Bereich der FIG 3 ist eine Kontaktbrücke 41 zu sehen, welche durch eine Rückstellfeder 9 gegen die feststehenden Schaltstücke im Schaltgerät 1 gedrückt wird. Mit dem Bezugszeichen 42 sind Kontakte bezeichnet, welche sich im Beispiel der vorliegenden FIG 3 im Neuzustand befinden. Im gezeigten EIN-Zustand des Schaltgerätes 1 ist ein Stromfluss durch die Strombahnen L1-L3 möglich. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Pol des Hauptkontaktes 4 dargestellt. Die Bezeichnung der Strombahnen L1-L3 zeigt dabei an, dass es sich bei dem vorliegenden Schaltgerät 1 um ein dreipoliges Schaltmittel handelt.

Im mittleren Bereich der FIG 3 ist ein Kontaktschieber 3 dargestellt. Im gezeigten eingeschalteten Zustand liegt der Kontaktschieber 3 nicht an der Kontaktbrücke 41 an, so dass auf den Kontaktschieber 3 selbst keine äußere Kraft einwirkt. Der Kontaktschieber 3 weist zwei Schieberelemente 31, 32 auf, die in Betätigungsrichtung des Schaltantriebs 2 relativ zueinander gegen ein insbesondere vorgespanntes Federelement 33 bewegbar sind. Die Schieberelemente 31, 32 werden durch das zwischen den Schieberelementen 31, 32 eingebrachte Federele- ment 33 auseinander gehalten. Das erste Schieberelement 31 ist im zweiten Schieberelement 32 axial und teleskopartig verschiebbar geführt. Durch einen internen mechanischen An- schlag im Kontaktschieber kann dafür Sorge getragen werden, dass die Länge des Kontaktschiebers begrenzt bleibt.

Nach dem Ausschalten und im Falle zumindest eines verschweiß- ten Hauptkontakts 4 ist das Kontaktaufbrechmittel oder, wie im Beispiel der vorliegenden FIG 3 gezeigt, ein Schaltkontakt 20 mittels des Federelements 33 zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels auslösbar. Das Federelement 33 kann eine Ring-, Teller- oder Zylinderfeder, insbesondere aus Metall, sein. Das Federelement 33 kann auch ein aus einem elastischen Werkstoff wie Gummi oder Silikon gefertigtes Bauteil sein. Ein solches Bauteil kann insbesondere zylindrisch ausgeführt sein.

Im Beispiel der FIG 3 ist auf einer Außenseite des ersten

Schieberelements 31 eine Kulisse 39 aufgebracht. Die Kulisse 39 weist eine Schräge auf. Die Schräge läuft bei einer Relativbewegung des ersten Schieberelements 31 zum zweiten Schieberelement 32 gegen einen im zweiten Schieberelement 32 quer zu Betätigungsrichtung des Kontaktschiebers 3 angeordneten Riegel 30 an.

Das Federelement 33 ist beim Ausschalten und im Falle zumindest eines verschweißten Hauptkontakts 4 derart zusammen- pressbar, dass der im oder am Kontaktschieber 3 beweglich angebrachte Riegel 30 oder Schwenkhebel quer zur Betätigungsrichtung auslenkbar ist, so dass das Kontaktaufbrechmittel freigebbar bzw. der Schaltkontakt 20 zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels auslösbar ist. Im rechten unteren Teil der FIG 3 ist der elektrische Schaltkontakt 20 dargestellt. Der Schaltkontakt 20 weist zwei elektrische Anschlüsse 25, 26 auf, über welche im Falle einer geschlossenen Schaltkontaktbrücke 24 ein elektrischer Strom geführt werden kann. Über die beiden elektrischen Anschlüsse 25, 26 ist vorzugsweise die Stromzufuhr für ein Freigabemittel zur Auslösung eines Kontaktaufbrechmittels geführt. Über die beiden Anschlüsse 25, 26 kann alternativ auch ein Schaltsignal eingelesen werden, welches von einer Steuereinrichtung des Schaltgerätes ausgewertet werden kann. Der Schaltkontakt 20 weist beispielhaft einen Kontaktbügel 21 auf, der mittels einer Bügelrückstellfeder 22 in der gezeigten Position gehalten wird. Das untere Ende des Kontaktbügels 21 ist als Rastzahn ausgebildet, der in einen Steg der Schaltkontaktbrücke 24 greift und somit die mittels einer Schaltkontaktbrücken- rückstellfeder 23 vorgespannte Schaltkontaktbrücke 24 daran hindert, die geschlossenen Kontakte des Schaltkontakts 20 zu öffnen.

Der Schaltkontakt 20 ist vorzugsweise so in einem Schaltgerät

1 angeordnet, dass der Kontaktbügel 21 quer zur Betätigungsrichtung des Kontaktschiebers 3 liegt. Im gezeigten AUS- Zustand des Schaltgerätes 1 steht der Schaltkontakt 20 nicht in einer mechanischen Wirkverbindung mit dem Kontaktschie- ber 3.

Die beiden Schieberelemente 31 und 32, das Federelement 33, der Riegel 30, die Kulisse 39 sowie die Bauteile 21-26 des Schaltkontakts 20 gehören zum Auslösemechanismus.

FIG 4 zeigt die erste Ausführungsform der Vorrichtung bei ordnungsgemäß geöffneten Hauptkontakten 4 des Schaltgerätes 1.

Im Vergleich zur FIG 3 ist nun der Anker 5 des Schaltantriebs

2 nach oben gerückt. Dabei nimmt der Anker 5 auch den Kontaktschieber 3, insbesondere das zweite Schieberelement 32, mit. Über das Federelement 33 wird die vom Anker 5 wirkende Kontaktöffnungskraft des Schaltantriebs 2 auf das erste Schieberelement 31 übertragen. Das erste Schieberelement 31 wirkt schließlich auf die Kontaktbrücke 41 und öffnet den zugehörigen Hauptkontakt 4. Die Federkraft des hier vorgespann- ten Federelements 33 ist größer als die Summe der Federkräfte der Kontaktlastfedern 9. Dadurch werden die Hauptkontakte 4 vollständig um den Weg geöffnet, um den der Anker 5 auf den Kontaktschieber 3 einwirkt. Das Federelement 33 wird dabei nicht zusammengedrückt.

Auch im gezeigten AUS-Zustand des Schaltgerätes 1 steht der Schaltkontakt 20 nicht in einer mechanischen Wirkverbindung mit dem Kontaktschieber 3, so dass der Schaltkontakt 20 nicht ausgelöst wird.

FIG 5 zeigt die erste Ausführungsform der Vorrichtung mit verschweißten Hauptkontakten 4 des Schaltgerätes 1 und Auslösung des Schaltkontaktes 20 gemäß der Erfindung. Wie die vorliegende FIG 5 zeigt, sind die Schaltkontakte 42 des Haupt- kontaktes 4 verschlissen. Dies hat häufig zur Folge, dass die Schaltkontakte 42 zumindest eines der Hauptkontakte 4 miteinander verschweißen. Da die Federkraft des Federelements 33 kleiner ist als die Kontaktöffnungskraft des Schaltantriebs 2, werden nun zwangsweise die beiden Schieberelemente 31, 32 des Kontaktschiebers 3 zusammengedrückt. Dadurch werden die beiden Schieberelemente 31, 32 relativ zueinander verschoben. Die Schräge der Kulisse 39 des ersten Schieberelements 31 läuft nun gegen den Riegel 30 an und lenkt diesen seitlich, das heißt quer zu Betätigungsrichtung des KontaktSchiebers 3, aus. Dies hat zur Folge, dass der seitlich ausgelenkte Riegel 30 nun mechanisch auf den „im Weg" stehenden Kontaktbügel 21 des Schaltkontaktes 20 einwirken kann. Der Kontaktbügel 21 entriegelt nachfolgend die Schaltkontaktbrücke 24, so dass die elektrische Verbindung über die Anschlüsse 25, 26 unter- brochen wird.

In der FIG 5 ist weiterhin die Wegstrecke dX im Bereich des Federelements 33 dargestellt. Dazu ist gestrichelt das Feder- element 33 im entlasteten Zustand gemäß FIG 3 eingezeichnet. In FIG 5 wird der Auslösemechanismus mit Erreichung der eingezeichneten vorgegebenen Wegstrecke dX ausgelöst.

Ist nun eine Stromversorgungsleitung eines Freigabemittels oder Aktors über die elektrischen Anschlüsse 25, 26 geführt, so wird dieses bzw. dieser entregt. Das Freigabemittel kann z.B. einen Hub- oder Tauchmagneten aufweisen. Dadurch kann z.B. eine Verklinkung aus einem Kontaktaufbrechmittel zurück- gefahren werden, wodurch dieses den zumindest einen Hauptkontakt 4 mittels eines Aufbrechstößels aufbrechen kann.

FIG 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere eine Detailansicht eines Kontakt- Schiebers 3' . Mit dem Bezugszeichen 31' ist ein erstes Kontaktschieberelement als erstes Schieberelement und mit dem Bezugszeichen 32' ein zweites Kontaktschieberelement als zweites Schieberelement bezeichnet. Zwischen den beiden Kontaktschieberelementen 31' , 32' sind beispielhaft vier Druck- federn 33' als Federelement eingespannt. Ein Bolzen 35 ist im ersten Kontaktschieberelement 31' gelagert und greift in eine Kulisse 35 eines Schwenkhebels 34. Der Schwenkhebel 34 ist im zweiten Kontaktschieberelement 32' gelagert.

Bewegen sich aufgrund einer Kontaktverscheißung die beiden Kontaktschieberelemente 31' , 32' relativ aufeinander zu, so verfährt der Bolzen 35 in Bewegungsrichtung des ersten Kontaktschieberelements 31' . Gleichzeitig bringt der Bolzen 35 den Schwenkhebel 34 zum Auslenken entsprechend der einge- zeichneten Querbewegung Q. Durch die Auslenkbewegung Q trifft der Schwenkhebel 34 auf den Auslöseschieber 11' , der wiederum mit einer Schaltschlossverklinkung oder mit einem Kontaktaufbrechmittel mechanisch gekoppelt sein kann. Der Auslöseschieber 11' weist hierzu eine oder mehrere Streben 38 auf, in die ein abgewinkeltes Endstück 37 des Schwenkhebels 34 bei Auslenkung zur Auslösung des Kontaktaufbrechmittels bzw. des Schaltschlosses eingreifen kann. Aus Gründen der Übersicht- lichkeit ist das Schaltschloss bzw. das Kontaktaufbrechmittel selbst nicht dargestellt.

Gemäß einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform kann der Schwenkhebel auch im ersten Kontaktschieberelement gelagert sein. Das zweite Kontaktschieberelement weist einen Steg auf, der dem Schwenkhebel zugeordnet ist. Bewegen sich die beiden Kontaktschieberelemente aufgrund einer Kontaktver- schweißung relativ aufeinander zu, so kann der Steg den Schwenkhebel in eine Auslöseposition drücken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes ist inhärent sicher bis zum Ende der Lebensdauer. Im Fehlerfall geht das Schaltgerät in einen sicheren Zu- stand über.

Der weitere Betrieb des Schaltgerätes 1 kann auch unterbrochen werden, wenn ein in Reihe mit dem Hauptkontakt 4 in der Strombahn L1-L3 angeordnetes Schaltelement geöffnet worden ist oder wenn zumindest eine Steuerleitung zum Steuern des Schaltantriebs 2 unterbrochen worden ist.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät 1, das zum sicheren Schalten von Verbrauchern M das erfindungsgemäße Verfahren durchführt oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, ist insbesondere ein Schütz, ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig.

Insbesondere ist das Schaltgerät ein dreipoliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten 4 zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen L1-L3 mit einem Schaltantrieb 2.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Vorrichtung innerhalb eines Kompaktstarters, bei dem sowohl die Kontaktöff- nung beim betriebsmäßigen Schalten als auch eine Abschaltung bei Überstrom durch dieselben Kontakte erfolgt. Hier wird eine Schutzfunktion auch bei Erreichen des Endes der Lebensdauer erreicht. Der Kunde, der diese Schaltvorrichtung einsetzt, braucht keine zusätzlichen Schutzvorkehrungen, wie z.B. einen extern verdrahteten Spiegelkontakt oder ein vorgeschaltetes Schutzorgan vorzusehen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes (1) mit zumindest einem ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt (4) und zumindest einem Schaltantrieb (2) mit einem beweglichen Anker (5), wobei der Hauptkontakt (4) feststehende Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke (41) aufweist, wobei der Anker (5) beim Ein- und Ausschalten mittels eines Kontaktschiebers (3) derart auf die Kontaktbrücke (41) wirkt, dass der entsprechende Hauptkontakt (4) geschlossen bzw. geöffnet wird, und wobei der Kontaktschieber (3) zumindest Teile eines kraft- und/oder weggesteuerten Auslösemechanismus für ein Kontaktaufbrechmittel (10) zum Aufbrechen zumindest eines verschweißten Hauptkontakts (4) umfasst, mit den Schritten: a) Erkennen, ob nach dem Ausschalten ein vorgegebener Kraftwert und/oder eine vorgegebene Wegstrecke (dX) des Auslösemechanismus überschritten worden ist und b) Unterbrechung des weiteren Betriebs des Schaltgerätes (1) durch Auslösen des Kontaktaufbrechmittels (10) im Falle einer Überschreitung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vorgegebenen Kraftwertes und/oder der vorgegebenen Wegstrecke (dX) ein Schaltkontakt (20) betätigt wird, welcher das Kontaktaufbrechmittel (10) freigibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass über den Schaltkontakt (20) ein Freigabemittel (11) in Form eines Hub- oder Tauchmagneten zur Auslösung des Kontaktaufbrechmittels (10) erregt bzw. entregt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktschieber (3) zwei Schieberelemente (31, 32) aufweist, die sich in Betätigungsrichtung des Schaltantriebs (2) relativ zueinander gegen ein Federelement (33) bewegen können, wobei das Federelement (33) nach dem Ausschalten und im Falle zumindest eines verschweißten Hauptkontakts (4) das Kontaktaufbrechmittel (10) bzw. den Schaltkontakt (20) zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels (10) auslöst.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausschalten und im Falle zumindest eines verschweißten Hauptkontakts (4) das Federelement (33) derart zu- sammengepresst wird, dass ein im Kontaktschieber (3) beweglich angebrachter Riegel (30) oder Schwenkhebel (34) quer zur Betätigungsrichtung ausgelenkt wird, so dass das Kontaktaufbrechmittel (10) freigegeben bzw. der Schaltkontakt (20) zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels (10) auslöst wird.

β. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Federelements (33) kleiner ist als die Kontaktöffnungskraft des Schaltantriebs (2).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Federelements (33) größer ist als die Summe der Federkräfte der Kontaktlastfedern (9) .

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktaufbrechmittel (10) ein Schaltschloss oder ein Federspeicher ist.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Betrieb unterbrochen wird, indem ein in Reihe mit dem Hauptkontakt (4) in der Strombahn (L1-L3) angeord- netes Schaltelement geöffnet wird.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Betrieb unterbrochen wird, indem zumindest eine Steuerleitung zum Steuern des Schaltantriebs (2) unterbrochen wird.

11. Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes (1) mit zumindest einem ein- und ausschaltbaren Hauptkontakt (4) und zumindest einem Schaltantrieb (2), wobei der Hauptkontakt (4) feststehende Kontaktstücke und eine bewegliche Kontaktbrücke (41) aufweist, wobei der bewegliche Anker (5) beim Ein- und Ausschalten mittels eines Kontaktschiebers (3) derart auf die Kontaktbrücke (41) wirkt, dass der entsprechende Hauptkontakt (4) schließbar und offenbar ist, wobei der Kontaktschieber (3) zumindest Teile eines kraft- und/oder weggesteuerten Auslösemechanismus für ein Kontaktaufbrechmittel (10) zum Aufbrechen zumindest eines verschweißten Hauptkontakts (4) umfasst, und wobei das Kontaktaufbrechmittel (10) nach dem Ausschalten und bei Überschreitung eines vorgegebenen Kraftwerts und/oder einer vorgegebenen Wegstrecke (dX) durch den Auslösemechanismus zur Unterbrechung des weiteren Betriebs des Schaltgerätes (1) auslösbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vorgegebenen Kraftwertes und/oder der vorgegebenen Wegstrecke (dX) ein Schaltkontakt (20) betätigbar ist, welcher das Kontaktaufbrechmittel (10) freigibt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass über den Schaltkontakt (20) ein Freigabemittel (11) in Form eines Hub- oder Tauchmagneten zur Auslösung des Kontakt- aufbrechmittels (10) erregbar bzw. entregbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktschieber (3) zwei Schieberelemente (31, 32) aufweist, die in Betätigungsrichtung des Schaltantriebs (2) relativ zueinander gegen ein Federelement (33) bewegbar sind, wobei nach dem Ausschalten und im Falle zumindest eines verschweißten Hauptkontakts (4) mittels des Federelements (33) das Kontaktaufbrechmittel (10) bzw. der Schaltkontakt (20) zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels (10) auslösbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) beim Ausschalten und im Falle zu- mindest eines verschweißten Hauptkontakts (4) derart zusammenpressbar ist, dass ein im Kontaktschieber (3) beweglich angebrachter Riegel (30) oder Schwenkhebel (34) quer zur Betätigungsrichtung auslenkbar ist, so dass das Kontaktaufbrechmittel (10) freigebbar bzw. der Schaltkontakt (20) zur Freigabe des Kontaktaufbrechmittels (10) auslösbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Federelements (33) kleiner ist als die Kontaktöffnungskraft des Schaltantriebs (2) .

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Federelements (33) größer ist als die Summe der Federkräfte der Kontaktlastfedern (9) .

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktaufbrechmittel (10) ein Schaltschloss oder ein Federspeicher ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Betrieb unterbrechbar ist, wenn ein in Reihe mit dem Hauptkontakt (4) in der Strombahn (L1-L3) angeordne- tes Schaltelement geöffnet worden ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Betrieb unterbrechbar ist, wenn zumindest eine Steuerleitung zum Steuern des Schaltantriebs (2) unterbrochen worden ist.

21. Schaltgerät, das zum sicheren Schalten von Verbrauchern das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt, wobei das Schaltgerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.

22. Schaltgerät zum sicheren Schalten von Verbrauchern mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei das Schaltgerät ein Schütz oder ein Leistungsschalter oder ein Kompaktabzweig ist.

23. Schaltgerät nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät ein dreipoliges Schaltgerät mit drei Hauptkontakten (4) zum Ein- und Ausschalten von drei Strombahnen (L1-L3) mit einem Schaltantrieb (2) ist.