WO2010099903A1

WO2010099903A1 - Mehrpoliger elektrischer selbstschalter

Info

Publication number: WO2010099903A1
Application number: PCT/EP2010/001212
Authority: WO
Inventors: Jozef Smrkolj; Peter Flohr
Original assignee: Jozef Smrkolj; Peter Flohr
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2010-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen elektrischer Selbstschalter, insbesondere einen mehrpoligen Leitungsschutzschalter, mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Selbstschaltern, von denen jeder eine Reihenschaltung (10) aus einem Hauptstrompfad (16), einem normalerweise geschlossenen ersten Schalter (12) und einer elektromagnetischen Auslösevorrichtung (13), die zwischen einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss (14, 15) geschaltet ist, eine elektrothermischen Auslösevorrichtung (11), die parallel zu dem einen normalerweise geschlossenen zweiten Schalter (17) aufweisenden Hauptstrompfad (16) geschaltet ist, so dass die elektrothermische Auslösevorrichtung (11) normalerweise von dem Hauptstrompfad (16) überbrückt ist, und ein Schaltschloss (18) zum Öffnen des ersten Schalters (12) und zum Betätigen eines Mitnehmers (25) umfasst, der die Schaltbewegungen des Schaltschlosses (18) des einen Selbstschalters auf das Schaltschloss (18) des anderen Selbstschalters überträgt. Die elektromagnetischen Auslösevorrichtung (13) weist einen ersten Anker (A1) zum Öffnen des zweiten Schalters (17) bei Erreichen eines ersten Schwellenstroms und einen zweiten Anker (A2) zum Öffnen des ersten Schalters (12) und zum Betätigen des Schaltschlosses (18) bei Erreichen eines zweiten Schwellenstroms auf, der größer als der ersten Schwellenstrom ist.

Description

Mehrpoliger elektrischer Selbstschalter

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen elektrischen Selbstschalter, insbesondere einen mehrpoligen Leitungsschutzschalter.

Mehrpolige elektrische Selbstschalter werden heutzutage fabrikmäßig durch Zusammensetzen einpoliger Schutzschaltgeräte in Schmalbauweise hergestellt. Derartige Schutzschaltgeräte umfassen üblicher Weise eine Reihenschaltung aus einem Schalter, einem Bimetall als elektrothermische Auslösevorrichtung, die als Über- stromauslöser dient, und einer Spule mit zugehörigem Anker als elektromagnetische Auslösevorrichtung, die als Kurzschlussauslöser dient. Diese Reihenschaltung wird zwischen den Eingangs- und den Ausgangsanschluss des Schutzschaltgeräts geschaltet. Da der Betriebsstrom immer durch das Bimetall und die Spule fließt, tritt in derartigen Schutzschaltgeräten eine Verlustleistung von l%o der zu schützenden Leistung auf, wobei das Bimetall mit 2/3 an den gesamten Verlusten beteiligt ist. Darüber hinaus werden derartige Schutzschaltgeräte in ihrer Schutzfunktion stark von der Umgebungstemperatur am Einbauort beeinflusst. Insbesondere bei engen Platzverhältnissen in elektrischen Verteilerkästen und bei deren maximaler Bestückung mit Selbstschaltern ist dies wegen der gegenseitigen Beeinflussung der Auslösecharakteristik in Folge von unerwünschter Erwärmung nachteilig, die insbesonde- re durch den Stromfluss durch das Bimetall bewirkt wird. Um die Betriebssicherheit dennoch aufrechtzuerhalten, ist in derartigen Anlagen häufig eine Fremdbelüftung zum Abführen der Verlustwärme der Selbstschalter erforderlich.

Bei mehrpoligen Selbstschaltern, die durch das kraftschlüssige Zusammenfügen einpoliger Geräte als Baueinheit erhalten werden, ist die wechselseitige thermische Beeinflussung besonders schädlich, da insbesondere für den mittleren Selbstschalter bei einem dreipoligen Selbstschalter praktisch keine Möglichkeit besteht, die vom Bimetall erzeugte Verlustwärme abzuführen. Er erwärmt sich daher besonders.

Diesen bekannten Eigenschaften wird bei der Herstellung mehrpoliger elektrischer Selbstschalter durch unterschiedliche Justierung der thermischen Auslöser in den einzelnen Polen, also in den einzelnen Schaltgeräten des zusammengesetzten Selbstschalters entgegengewirkt.

Diese Maßnahmen fuhren sowohl in der Serienfertigung als auch bei der Lagerhaltung zu erhöhtem Aufwand, da einerseits die Selbstschalter unterschiedlich justiert werden müssen, und zum anderen nach ihrem unterschiedlichen thermischen Auslöseverhalten getrennt gelagert werden müssen.

Aus der DE 103 54 505 Al ist ein elektrischer Selbstschalter bekannt, bei dem der elektrothermische Überstromauslöser im normalen Betrieb überbrückt wird. Tritt ein Überstrom auf, so wird durch ein erstes Magnetsystem der Überstromauslöser in den Stromweg des Selbstschalters eingeschaltet, so dass er ein Schaltschloss entklinkt, wenn der Überstrom über eine gewisse Zeit besteht. Tritt ein Kurzschluss auf, so unterbricht ein zweites Magnetsystem, das vorzugsweise die gleiche Spule benutzt, wie das erste Magnetsystem, den Hauptschaltkontakt unmittelbar.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen mehrpoligen elektrischen Selbstschalter zu schaffen, dessen Auslöseverhalten durch die Temperatur am Einbauort nicht beeinträchtigt und dessen Eigenverbrauch, also dessen Verlustleistung beim Normalbetrieb gegen Null geht.

Diese Aufgabe wird durch den mehrpoligen elektrischen Selbstschalter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also ein mehrpoliger elektrischer Selbstschalter aus zumindest zwei nebeneinander angeordneten Selbstschaltern aufgebaut, von denen jeder eine Reihenschaltung aus einem Hauptstrompfad, einem normalerweise geschlossenen ersten Schalter und einer elektromagnetischen Auslösevorrichtung, die zwi- sehen einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss geschaltet ist, eine elektrothermischen Auslösevorrichtung, die von dem einen normalerweise geschlossenen zweiten Schalter aufweisenden Hauptstrompfad überbrückt ist, und ein Schaltschloss umfasst, das zum Öffnen des ersten Schalters und zum Betätigen eines Mitnehmers dient, der die Schaltbewegungen des Schaltschlosses des einen Selbstschalters auf das Schaltschloss des anderen Selbstschalters überträgt. Die elektromagnetische Auslösevorrichtung weist einen ersten Anker zum Öffnen des zweiten Schalters bei Erreichen eines ersten Schwellenstroms und einen zweiten Anker zum Öffnen des ersten Schalters und zum Betätigen des Schaltschlosses bei Erreichen eines zweiten Schwellenstroms auf, der größer als der ersten Schwellenstrom ist. Die elektrothermische Auslösevorrichtung ist hier so ausgebildet, dass sie das Schaltschloss zum Öffnen des ersten Schalters nach einer vorgegebenen Zeit beaufschlagt, wenn sie von einem Überstrom, der gleich oder höher als der erste Schwellenstrom ist, durchflössen wird.

Erfindungsgemäß wird also ein modernes, energieeffizientes, mehrpoliges elektrisches Schutzschaltgerät bereitgestellt, bei dem grundsätzlich auf ein im Normalbetrieb stromdurchflossenes Thermobimetall als Überstromauslöser verzichtet wird, so dass verglichen mit herkömmlichen Selbstschaltern die Verlustleistung auf weniger als die Hälfte reduziert werden kann. Da somit auch die Wärmeentwicklung in dem mehrpoligen elektrischen Selbstschalter, also in den Selbstschaltern der einzelnen Pole, aus denen der mehrpolige Schalter aufgebaut ist, deutlich reduziert ist, kann die Überstromauslösecharakteristik jedes Pols die selbe sein, so dass die Herstellung in der Serienfertigung ohne Sonderjustierung auskommt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der drehbar gelagerte Mitnehmer eine zu seiner Drehachse koaxiale Verbindungswelle aufweist, die drehfest im Mitnehmer angeordnet ist. Hierdurch wird eine einfache Übertragung der Schaltbewegung der Schaltschlösser zwischeneinander ermöglicht, so dass ein schaltendes Schaltschloss jeweils auch das oder die anderen Schaltschlösser entklinkt, und somit alle Pole eines mehrpoligen Schalters praktisch gleichzeitig unter- brochen werden.

Um den Aufbau eines mehrpoligen elektrischen Schalters weiter zu vereinfachen ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass jeder Selbstschalter einen schwenkbar gelagerten Schaltgriff umfasst, der eine zur Schwenkachse des Schaltgriffs koaxiale Verbindungswelle aufweist, die drehfest im Schaltgriff angeordnet ist. - A -

Um die Montage des mehφoligen elektrischen Selbstschalters weiter zu vereinfachen, ist es zweckmäßig, wenn die Verbindungswelle sowohl im Mitnehmer als auch im Schaltgriff axial verschiebbar gelagert ist. Hierdurch wird erreicht, dass ein mehrpoliger elektrischer Selbstschalter erfindungsgemäß einfach aus einpoligen Schaltern von jedem Durchschnittsfachmann ohne Zuhilfenahme von Spezialein- richtungen und Spezialwerkzeugen aufgebaut werden kann, da die Verbindungswelle, die vorher üblicherweise nicht aus dem Mitnehmer oder Schaltgriff herausragt einfach mittels eines Schraubenziehers oder dergleichen so axial verschoben werden kann, dass sie seitlich von dem einen Selbstschalter vorsteht und damit in eine ent- sprechende Aufnahme für die Verbindungswelle im benachbarten Mitnehmer bzw. Schaltgriff eingreifen kann, so dass die Drehbewegung der Mitnehmer und der Schaltgriffe über die Verbindungswelle synchronisiert ist.

Um eine verzögerungsfreie Übertragung der Schaltbewegungen eines Schaltschlosses von einem auf die anderen Selbstschalter zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungswelle ein unrundes Profil, insbesondere ein im Wesentlichen dreieckiges Profil aufweist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der dem Schaltschloss zugeordnete Mitnehmer einen ersten Hebelarm, der von einem Schalthebel des Schaltschlosses beaufschlagbar ist, und einen zweiten Hebel- arm aufweist, der eine Klinke des Schaltschlosses betätigt.

Um die Herstellung und Montage mehrpoliger elektrischer Selbstschalter weiter zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass die zumindest zwei nebeneinander angeordneten Selbstschalter durch die Verbindungswellen der Mitnehmer und der Schaltgriffe gegeneinander ausgerichtet sind, wobei die zumindest zwei nebeneinander angeord- neten Selbstschalter miteinander flächig, vorzugsweise mit doppelseitigem Klebeband verklebt sind.

Um die gewünschte Verzögerung der Unterbrechung des Stromkreises bei einer Überstromauslösung zu erhalten, ist vorgesehen, dass die elektrothermische Auslösevorrichtung eine Bimetallbetätigereinrichtung mit einem zwischen dem ersten Anschluss und dem ersten Schalter gelegenen ersten Bimetall aufweist, dessen Ar- beitstemperatur höher als 150⁰C ist und insbesondere bei etwa 200°C liegt. Hierdurch ist die Überstromauslösung von Schwankungen der Umgebungstemperatur weitgehend unabhängig.

Einen besonders einfachen inneren Aufbau des Selbstschalters erhält man, wenn die elektromagnetische Auslösevorrichtung eine gemeinsame Spule zur Betätigung des ersten und des zweiten Ankers aufweist.

Weiter sind erfindungsgemäß folgende Ausgestaltungen eines elektrischen Selbstschalteraufbaus der Erfindung vorgesehen:

elektrischer Selbstschalteraufbau mit Doppelunterbrechung, dessen thermi- scher Auslöser im Normalbetrieb nicht vom Betriebsstrom durchflössen wird und dessen Magnetauslöser zwei unabhängig voneinander auf einen gemeinsamen An- kerstössel wirkenden Magnetanker beinhaltet, welche von einer gemeinsamen Induktionsspule erregt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstössel 117 bei Überstrom mit seinem Auftreffen auf die unsymmetrisch ausgebildete Kontakt- brücke 104 zunächst nur die erste Kontaktstelle 103 unterbricht;

elektrischer Selbstschalteraufbau mit Doppelunterbrechung, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstössel 117 bei Kurzschlussströmen mit seinem Auftreffen auf die Kontaktbrücke 104 zusätzlich die zweite Kontaktstelle 105 öffnet und dabei gleichzeitig über das Ende 121 der Kontaktbrücke das Schaltschloss entklinkt.

elektrischer Selbstschalteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstössel 117 nahe der ersten Kontaktstelle 103 zwischen dieser und der zweiten Kontaktstelle 105 auf die Kontaktbrücke 104 trifft, und dass sich der Angriffspunkt der Kontaktdruckfeder 111 zwischen dem Berührungspunkt des Ankerstössels 117 und der zweiten Kontaktstelle 105 befindet;

elektrischer Selbstschalteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke 104 in der Wirkungsrichtung der Kontaktkraft auf die erste Kontaktstelle 103 in deren Nähe dreh- und verschiebbar auf dem Stift 1 10 ortsfest gelagert ist, und dass bei der Öffnung der ersten Kontaktstellt die zweite Kontaktstelle 105 den Drehpunkt bei dieser Bewegung im Gegenuhrzeigersinn für die Kontaktbrücke bildet.

elektrischer Selbstschalteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke 104 bei ihrer Bewegung im Gegenuhrzeigersinn zunächst mit ihrem Ende 121 auf die im Schalthebel 112 gelagerte Klinke 115 trifft diese im Uhrzeigersinn dreht und dann an dem ortsfesten Stift 110 anschlägt, wodurch die Kontaktbrücke ihre Drehrichtung umkehrt und die zweite Kontaktstelle 105 geöffnet wird.

elektrischer Selbstschalteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke 104 mit der Klemme 101 flexibel, elektrisch leitend durch die Litze 118 ver- bunden ist, so dass der thermische Auslöser 109 durch diese Verbindung sowohl in der EIN- als auch in der AUS-Stellung elektrisch kurzgeschlossen wird.

elektrischer Selbstschalteraufbau, mit einem Schaltschloss, dessen Schalthebel 112 die Kontaktdruckfeder 111 trägt, so dass diese während der manuellen Betätigung des Schutzschalters ihren Angriffspunkt auf der ortsfest gelagerten Kontakt- brücke 104 gegenüber dem Steuernocken 120 des Schalthebels derart verändert, dass in der AUS-Stellung die erste Kontaktstelle 103 geschlossen bleibt und diese damit den Drehpunkt auf dem Gegenkontakt 102 für die Kontaktbrücke beim Schließen der zweiten Kontaktstelle 105 gegen den Lichtbogenkontakt 106 zum Einschalten des Schutzschalters bildet.

elektrischer Selbstschalteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkontakt 102 der ersten Kontaktstelle 103 der Kontaktbrücke galvanisch mit der Klemme 101 verbunden ist, und dass der Lichtbogenkontakt 106 als Gegenkontakt der zweiten Kontaktstelle 105 mit abbrandfestem Werkstoff beschichtet ist.

elektrischer Selbstschalteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Normalbetrieb kurzgeschlossene Thermobimetall des thermischen Auslösers 109 im gestörten Betrieb für seine Funktion eine Arbeitstemperatur > 80⁰K benötigt.

elektrischer Selbstschalteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußpunkt des thermischen Auslösers 109 sowohl mit der Lichtbogenlaufschiene 122 als auch mit der Klemme 101 galvanisch verbunden ist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die Zeichnung, näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Schaltbild des Strompfads durch einen Pol eines mehrpoligen Schalters;

Figur 2 eine schematische vereinfachte Darstellung eines Schaltschlosses mit zugeordnetem Mitnehmer;

Figur 3a eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines dreipoligen elektrischen Selbstschalters gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 3b eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen mehrpoligen Selbstschalters.

Figur 4 einen elektrischen Selbstschalteraufbau eingeschaltet;

Figur 5 den elektrischen Selbstschalteraufbau bei Überlast;

Figur 6 den elektrischen Selbstschalteraufbau bei Kurzschluss; und

Figur 7 den elektrischen Selbstschalteraufbau ausgeschaltet.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile und Schaltungselemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist ein Pol, also ein einpoliger elektrischer Selbstschalter eines mehrpoligen elektrischen Selbstschalters gemäß der Erfindung als Schaltbild in der Einschaltstellung dargestellt. Der Pol umfasst eine Reihenschaltung 10 aus einem Hauptstrompfad 16, einem ersten Schalter 12, der geschlossen ist, und einer Spule 13 einer elektromagnetischen Auslösevorrichtung, die zwischen einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss 14, 15 geschaltet ist. Parallel zum Hauptstrompfad 16 ist ein Bimetall 1 1 als eiektrothermische Auslösevorrichtung für die Überstromauslösung geschaltet. Der Hauptstrompfad 16, der einen geschlossenen zweiten Schalter 17 aufweist, überbrückt also im störungsfreien Betrieb das Bime- tall 11. Die elektromagnetische Auslösevorrichtung weist in nicht näher dargestellter Weise einen Anker Al auf, der - wie die entsprechende Wirklinie in Figur 1 an- deutet - den zweiten Schalter 17 im Hauptstrompfad 16 im Überstromfall öffnet, so dass das Bimetall 11 dann, wenn der Strom durch den Pol einen ersten Schwellenwert übersteigt, in den Strompfad durch den Pol geschaltet wird. Das Bimetall 1 1 entriegelt dann nach einer durch Konvention festgelegten Zeit ein Schaltschloss 18, welches den ersten Schalter 12 öffnet, und damit den Stromfluss durch den entsprechenden Pol unterbricht. Die elektromagnetische Auslösevorrichtung weist ferner für die Unterbrechung des Stroms im Kurzschlussfall einen zweiten, nicht näher gezeigten Anker A2 auf, der, wie die beiden entsprechenden, in Figur 1 dargestellten Wirklinien andeuten, zum einen den ersten Schalter 12 unmittelbar öffnet und zum anderen das Schaltschloss 18 entriegelt. Dem ersten Schalter 12 ist eine Deion- kammer 19 zugeordnet, um den beim Abschalten des gefährdeten Stromkreises auftretenden Abschaltlichtbogen am öffnenden Schaltkontakt des ersten Schalters in bekannter Weise zu löschen.

Im Normalbetrieb fließt der Strom über die geschlossenen Kontakte des ersten und zweiten Schalters 12, 17 und durch die Spule 13 zum elektrischen Verbraucher. Dabei ist das Bimetall 11 durch den Hauptstrompfad 16 mit dem zweiten Schalter 17 überbrückt, so dass praktisch kein Strom durch das Bimetall fließt. Die Spule 13 erregt das Magnetsystem der elektromagnetischen Auslösevorrichtung mit den beiden Ankern Al und A2 mit unterschiedlichem Ansprechstrom.

Erreicht im Fehlerfall der Strom durch die Spule 13 den Schwellenwert des für die Leitung schädlichen Überstromes, dann zieht der Anker Al an und öffnet direkt den Kontakt des zweiten Schalters 17 und hält diesen offen. Dadurch wird das Bimetall 11 in den gefährdeten Stromkreis geschaltet.

Das vom Überstrom durchflossene Bimetall 1 1 entklinkt dann nach einer durch Konvention und/oder Normung festgelegten Zeit das Schaltschloss 18, welches, wie die Wirkungslinie SS zeigt, den Kontakt des ersten Schalters 12 öfthet und so den gefährdeten Stromkreis endgültig vom Netz trennt.

Entspricht der Strom in der Spule 13 jedoch dem zweiten Schwellenwert eines

Kurzschlussstromes, dann wird zusätzlich der zweite Anker A2 angezogen, der den Kontakt des ersten Schalters 12 direkt und unverzögert öffnet und gleichzeitig das Schaltschloss 18 entklinkt. Der Abschaltlichtbogen wird dabei in bekannter Weise in der Deionkammer 19 gelöscht. Damit ist der gefährdete Stromkreis abgeschaltet.

Wie in Figur 2 schematisch dargestellt ist, weist das Schaltschloss 18 eine Klinke 20 auf, die einen Schalthebel 21 mit ersten und zweiten Betätigungsarmen 22, 23 gegen die Kraft einer Schaltfeder 24 in seiner normalen Betriebsstellung hält. Dem Schaltschloss 18 ist ein Mitnehmer 25 zugeordnet, der um eine senkrecht zur Zeichen ebene liegende Achse 26 drehbar gelagert ist. Der Mitnehmer 25 weist einen ersten Hebelarm 27 auf, der mit einem am in der Figur 2 oberen oder zweiten Betätigungsarm 23 des Schalthebels 21 vorgesehenen Steuernocken 28 zusammenwirkt. Ein zweiter Hebelarm 29 des Mitnehmers 25 wirkt mit der Klinke 20 zusammen.

Wird nun im Fehlerfall die Klinke 20 entweder durch das Bimetall 11 oder durch den zweiten Anker A2, wie in Figur 2 durch den Pfeil A2, Bi angedeutet ist, im Uhrzeigersinn gedreht, so gibt die Klinke 20 den Schalthebel 21 frei, so dass dieser durch die Schaltfeder 24 im Uhrzeigersinn um sein Lager 31 geschwenkt wird. Da- bei öffnet der in Figur 2 untere erste Betätigungsarm 22 des Schalthebels 21 den Schalter 12 und schaltet damit, wie oben beschrieben, den gefährdeten Stromkreis ab. Bei dieser Bewegung des Schalthebels 21 trifft der Steuernocken 28 auf den ersten Hebelarm 27 des drehbar gelagerten Mitnehmers 25, wodurch dieser eine Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn ausfuhrt.

Um die Bewegung des Mitnehmers 25 auf entsprechende Mitnehmer 25 in den benachbarten Selbstschaltern zu übertragen, ist in diesem eine axial verschiebbare profilierte Verbindungswelle 32 angeordnet, die ihrerseits in die Mitnehmer 25 benachbarter Pole oder Selbstschalter eingreift, so dass sich in dem Fall, dass ein Schaltschloss 18 entriegelt wird, die Mitnehmer 25 aller Selbstschalter des mehrpoligen elektrischen Selbstschalters synchron miteinander drehen. Hierbei gelangt der zweite Hebelarm 29 des Mitnehmers 25 in Eingriff mit der Klinke 20 der noch nicht entklinkten Schaltschlösser 18 benachbarter Pole, so dass alle Schaltschlösser 18 des mehrpoligen elektrischen Selbstschalters entklinkt werden und so den Strom in allen Phasen unterbrechen. Der beschriebene Ablauf ist ausgehend von jedem beliebigen Pol sichergestellt, so dass die Forderung erfüllt wird, dass bei mehrpoligen Selbstschaltern eine allpolige Trennung erfolgen muss, selbst dann, wenn z.B. bei Drehstromverbrauchern die Überlastung nur in einer Phase auftritt.

Wie in Figur 3a und 3b dargestellt ist, weisen nicht nur die den Schaltschlössern 18 der einzelnen Pole zugeordneten Mitnehmer 25 entsprechende Verbindungswellen auf, sondern auch die manuellen Schaltgriffe 33. Somit wird auch eine manuelle, simultane Schaltbewegung durch Betätigung nur eines Schaltgriffs 33 bei mehrpoligen elektrischen Selbstschaltern möglich.

Wird beispielsweise ein dreipoliger Selbstschalter, wie in Figur 3a und 3b dargestellt aus einzelnen Selbstschaltern zusammengesetzt, so erfolgt die Positionierung der einzelnen Selbstschalter zueinander über die Verbindungswellen 32, 32', die jeweils in entsprechende Ausnehmungen zweier benachbarter Mitnehmer 25 bzw. zweier benachbarter Schaltgriffe 33 eingreifen, wie dies in Figur 3a zu erkennen ist. Die Verschiebung der Verbindungswellen 32, 32' in die in Figur 3a gezeigte Stellung kann dabei einfach mit Hilfe eines Schraubendrehers, eines Stiftes oder dergleichen erfolgen. Die unlösbare Verbindung der Selbstschalter erfolgt üblicher Weise mittels doppelseitigem Klebeband 34.

Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, dass das Zusammenfügen einpoliger, serienmäßig hergestellter Selbstschalter zu mehrpoligen elektrischen Selbstschaltern ohne Zuhilfenahme von Spezialwerkzeugen von jedem Monteur auf der Baustelle ausgeführt werden kann, wodurch nicht nur die Lagerhaltung in den Fabriken, sondern auch die Verfügbarkeit auf der Baustelle wesentlich dadurch vereinfacht wird, das nur einpolige Selbstschalter entsprechend der abzusichernden Leistung vor- gehalten werden müssen.

Wesentlich hierfür ist es, dass die einzelnen Selbstschalter, aus denen sich der mehrpolige Selbstschalter zusammensetzt, durch Überbrückung des Bimetalls im Normalfall eine geringe Verlustleistung und damit auch eine geringe, verglichen mit der Heizwirkung der Bimetalle 11 im Störfall vernachlässigbare Heizwirkung besit- zen, so dass sich die Selbstschalter auch bei enger Montage thermisch nicht beein- flussen. Die Überbrückung des Bimetalls 1 1 im Normalfall ermöglicht es ferner, seine Arbeitstemperatur frei zu wählen, so das sie auf Werte höher als 150°C und insbesondere auf Werte von etwa 200⁰C eingestellt werden kann, so dass die Über- stromauslösecharakteristik praktisch unabhängig von der Umgebungstemperatur ist.

Im Folgenden soll nun eine weitere Ausgestaltung der Erfindung in Gestalt eines Selbstschalteraufbaus beschrieben werden.

Die Erfindung betrifft weiter einen Selbstschalteraufbau zum Schutz vor elektrischer Überlastung von Leitungen und Motoren dessen thermischer Auslöser bei Normalbetrieb nicht vom Betriebsstrom durchflössen wird. Eine erste Kontaktstelle der Kontaktbrücke wird beim Auftreten eines Überstroms durch den ersten Anker des Magnetsystems geöffnet und so lange offen gehalten, bis der nunmehr strom- durchflossene, thermische Auslöser das Schaltschloss entklinkt und den gefährdeten Stromkreis unterbricht. Bei Kurzschluss öffnet der zweite Anker des Magnetsystems zusätzlich schlagartig die zweite Kontaktstelle der Kontaktbrücke und entklinkt da- bei gleichzeitig das Schaltschloss zur schnellen Unterbrechung des Stromkreises. Durch die Neuerung wird der Eigenverbrauch der Schutzschalter, die so genannte Verlustleistung, bei ungestörtem Betrieb um mehr als die Hälfte gegenüber bekannten Anordnungen reduziert. Die Erfindung erfüllt somit die Forderung an die „aktive Energieeffizienz" gemäß der Ökodesign Richtlinie der EU.

Der erfindungsgemäße Selbstschalteraufbau weist geringe elektrische Energieverluste im Normalbetrieb und Doppelunterbrechung bei gestörtem Betrieb auf.

Ein ähnlicher Selbstschalteraufbau ist aus der deutschen Patentschrift 514807 bekannt. Bei dieser Anordnung wird bei Eintritt des Gefahrenzustandes zunächst durch ein elektromagnetisches Auslöseorgan das bimetallische Auslöseorgan in den zu schützenden Stromkreis geschaltet und dann das Sperrorgan aus der Sperrstellung gedrückt. Diese Ausführung scheiterte in der Praxis z.B. daran, dass beim Einschalten von größeren Glühlampengruppen eine unnötige Auslösung erfolgte, so dass keine Betriebssicherheit zu erreichen war und die an sich richtige Erkenntnis der Vermeidung von Fehlauslösungen durch gegenseitige thermische Beeinflussung durch Verlustwärme bei Selbstschaltern seitdem nicht realisiert wurde. Aus der DE 103 54 505 ist ein elektrischer Selbstschalteraufbau bekannt, dessen bei bestimmungemäßem Betrieb kurzgeschlossenes Thermobimetall erst im Fehlerfall in den Hauptstromkreis geschaltet wird, so dass das Sperrorgan nur durch das sich ausbiegende Bimetell entklinkt werden kann. Damit wird eine kurz verzögerte Ab- Schaltung erreicht und Selektivität zum nachgeschalteten Leitungsschutzschalter gewährleistet. Derartige selektiv schaltende Einrichtungen, auch als Hauptsicherungsautomaten bekannt, werden anstelle von Schmelzsicherungen zentral im Haus- anschluss nahe der Messeinrichtung eingesetzt. Durch den an der Einbaustelle zu erwartenden hohen Betriebsstrom sind diese Schutzschalter von großem Gewicht und Abmessung. Sie sind deshalb auch wegen ihrem kurz verzögerten Abschaltverhalten als Selbstschalter in der Unterverteilung zum Schutz von z.B. Steckdosenstromkreisen wenig geeignet.

Erfindungsgemäß ist ein elektrischer Selbstschalteraufbau mit geringen eigenen Energieverlusten geschaffen, welcher mit niedrigen Herstellungskosten in der Mas- senfertigung bei seinem Einsatz in Haus- und Industrieverteilungen zum Schutz von Leitungen und Motoren in seinem Auslöseverhalten unabhängig von der Umgebungstemperatur an seinem Einbauort funktioniert.

Derzeit werden EU übergreifend Anforderungen an die „aktive Energieeffizienz" von Elektrogeräten gestellt und es ist sogar ein Verbot ineffizienter Stand-by- Schaltungen vorgesehen. Diesem Vorhaben trägt die Neuerung Rechnung, indem die Verlustleistung von elektrischen Selbstschaltern um bis zu 50% gegenüber dem Stand der Technik gesenkt wird. So könnten z.B. allein in Deutschland bei einem Bruttostromverbrauch von van 600 x 10⁹ kWh/a und einem Eigenverbrauch konventioneller Schutzschaltgeräte von derzeit ca. 1,8 x 10⁹ kWh/a diese Verluste durch die Erfindung auf die Hälfte gesenkt werden, was einem Jahresstromverbrauch von 200.000 Hauhalten gleichkommt.

Der elektrische Selbstschalteraufbau mit geringen Energieverlusten und Doppelunterbrechung ist in seinen Abmessungen und seiner für die Funktion erforderlichen Anzahl der Einzelteile mit bekennten Schutzschaltern vergleichbar. Er verfügt wie diese, neben den Klemmen für den Leitungsanschluss, einer Löschkammer zur Strombegrenzung, einem Schaltschloss zur manuellen Betätigung, einem thermi- schen Überstromauslöser und einem Kurzschlussauslöser, über ein Kontaktsystem, bestehend aus einer Kontaktbrücke mit zwei Kontaktstellen.

Erfindungsgemäß wird, je nachdem, ob ein Überstrom oder ein Kurzschi uss in der gestörten Anlage ansteht, nur eine oder beide Kontaktstellen durch den Ankerstössel geöffnet. Der Ankerstössel wird seinerseits durch zwei unabhängig voneinander wirkende Magnetanker angetrieben, welche in bekannter Weise bei unterschiedlichen Stromschwellwerten durch die gemeinsame Spule reagieren.

Anhand der Zeichnung, in der das Ausführungsbeispiel des Selbstschalteraufbaus dargestellt ist, wird dessen Wirkungsweise näher erläutert.

Bei der Darstellung wurde auf Bauteile des Selbstschalteraufbaus, welche für das Verständnis des Erfindungsgedankens von untergeordneter Bedeutung und bekannt sind, verzichtet.

In Figur 4 fließt der Betriebsstrom von der Klemme 101 über den Gegenkontakt 102 der ersten Kontaktstelle 103, über diese durch die Kontaktbrücke 104 zur zweiten Kontaktstelle 105, über diese zum Lichtbogenkontakt 106, welcher den Gegenkontakt zur zweiten Kontaktstelle 105 bildet, über die Spule 107 des Magnetauslösers zur Klemme 108.

Der thermische Auslöser 109 ist dabei kurzgeschlossen. Die Kontaktbrücke 104 ist auf dem im Gehäuse ortsfest angebrachten Stift 110 dreh- und verschiebbar gela- gert. Sie wird durch die Kontaktdruckfeder 1 11, welche auf dem ortsfest drehbar gelagerten Schalthebel 112 positioniert ist, an den Gegenkontakt 102 bzw. and den Lichtbogenkontakt 106 der Kontaktstellen 103 und 105 gedrückt. Der Schalthebel 112 wird dabei über die Koppel 113 durch den ortsfest drehbar gelagerten Schaltgriff 114 und die Klinke 115, welche auf dem Schalthebel 112 drehbar gelagert ist, in der Einschaltsieliung gehalten. In dieser Position ist die am Schalthebel angelenkte Schaltfeder 116 gespannt.

In Figur 5 ist die Funktionsweise bei dem Störfall „Überlast" dargestellt. Dabei wird der durch den erhöhten Strom angetriebene erste Anker des Magnetauslösers über den Ankerstössel 117 die erste Kontaktstelle 103 der Kontaktbrücke 104 entgegen der Kraft der Kontaktdruckfeder 111 von dem Gegenkontakt 102 soweit entfernt, bis der erste Anker seinen Anschlag am ortsfesten Magnetkern des Ma- gnetauslösers gefunden hat.

Bei dieser Bewegung der Kontaktbrücke 104 im Gegenuhrzeigersinn dient die zweite Kontaktstelle 105 als Drehpunkt auf dem als Gegenkontakt ausgebildeten Lichtbogenkontakt 106. Der Stromfluss erfolgt in dieser Position der Kontaktbrücke von der Klemme 101 über den thermischen Auslöser 109, die flexible Litze 118 und die zweite Kontaktstelle 105 zum Lichtbogenkontakt 106 und über die Spule 107 zur Klemme 108.

Der Überlaststrom erwärmt den thermischen Auslöser 109 und hält die Kontaktbrücke mittels Ankerstössel 1 17 so lange in ihrer Position, bis der thermische Auslöser über den Schieber 119 durch seine Ausbiegung die Klinke 1 15 im Uhrzeiger- sinn dreht und den Schalthebel 112 freigibt.

Unter der Wirkung der Schaltfeder 116 dreht der Schalthebel um Uhrzeigersinn und öffnet über den Steuernocken 120 die zweite Kontaktstelle 105 der Kontaktbrücke. Der gestörte Stromkreis ist unterbrochen.

Die Figur 6 zeigt den funktionellen Vorgang im Kurzschlussfall.

Als Vielfaches des Überlaststromes bringt der Kurzschlussstrom zusätzlich den zweiten Anker des Magnetauslösers zum Ansprechen, so dass der Ankerstössel 117 seine Bewegung fortsetzt und die erste Kontaktstelle 103 der Kontaktbrücke 104 weiter vom Gegenkontakt 102 entfernt. Dabei bleibt der Drehpunkt der zweiten Kontaktstelle 105 auf dem Lichtbogenkontakt 106 zunächst erhalten. Bei dieser Bewegung trifft jedoch das Ende 121 der Kontaktbrücke 104 auf die Klinke 1 15, welche sich dadurch im Uhrzeigersinn dreht und den Schalthebel 112 freigibt. Kurz danach schlägt die Kontaktbrücke 104 mit ihrer ersten Kontaktstelle 103 an den ortsfesten Stift 110 an. Dieser wird nun zum neuen Drehpunkt für die Kontaktbrücke, wodurch diese ihre Bewegungsrichtung umkehrt, so dass sich die zweite Kontaktstelle 105 schlagartig vom Lichtbogenkontakt 106 entfernt und sie damit die Strombegrenzung einleitet. Die Bewegung ist beendet, wenn der zweite Anker auf den ortsfesten Magnetkern des Magnetauslösers auftrifft. Praktisch gleichzeitig hat sich der Schalthebel 112 unter der Wirkung der Schaltfeder 116 im Uhrzeigersinn gedreht und über den Steuernocken 120 die Kontaktbrücke in der Endlage „AUS" positioniert. Die Strombegrenzung erfolgt bei der Kurzschlussabschaltung in bekannter Weise mittels Löschkammer.

In der Figur 7 ist die Schaltstellung ..AUS" dargestellt. Man erkennt, dass sich der Angriffspunkt der Kontaktdruckfeder zwischen dem Steuernocken 120 und der ersten Kontaktstelle 103 befindet. Demzufolge kontaktiert auch im ausgeschalteten Zustand die erste Kontaktstelle mit dem Gegenkontakt 102, so dass auch bei manueller Betätigung des Selbstschalters nur der Lichtbogenkontakt 106 die Schaltarbeit verrichtet und die erste Kontaktstelle dabei den Drehpunkt des Kontaktbrücke 104 auf dem Gegenkontakt 102 bildet.

Durch seinen einfachen Aufbau und die geringe Teilezahl sowie durch den Wegfall von jeglichem Justieraufwand ist der elektrische Selbstschalteraufbau für die mechanisierte Massenfertigung sehr gut geeignet.

Für den Praktiker sind insbesondere das präzise Einhalten konventioneller Vorgaben bezüglich Leitungs- und Motorschutz sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen am Einbauort wesentlich.

Die signifikante Senkung des Eigenverbrauchs und damit die Reduzierung der weltweit durch Selbstschalter verschwendeten Verlustleistung unterstützen nachhal- tig die Klimaziele der EU, den CO₂-Ausstoß bis 2020 um 40% zu verringern. Die Neuerung bietet somit gravierende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.

Claims

Patentansprüche

1. Mehrpoliger elektrischer Selbstschalter, insbesondere mehrpoliger Leitungsschutzschalter, mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Selbstschaltern, von denen jeder eine Reihenschaltung (10) aus einem Hauptstrompfad (16), einem normalerweise geschlossenen ersten Schalter (12) und einer elektromagnetischen Auslösevorrichtung (13), die zwischen einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss (14, 15) geschaltet ist, eine elektrothermischen Auslösevorrichtung (11), die parallel zu dem einen normalerweise geschlossenen zweiten Schalter (17) aufweisenden Hauptstrompfad (16) geschaltet ist, so dass die elektrothermische Auslösevorrichtung (11) normalerweise von dem Hauptstrompfad (16) überbrückt ist, und ein Schaltschloss (18) zum Öffnen des ersten Schalters (12) und zum Betätigen eines Mitnehmers (25) umfasst, der die Schaltbewegungen des Schaltschlosses (18) des einen Selbstschalters auf das Schaltschloss (18) des anderen Selbstschalters überträgt, wobei die elektromagnetische Auslösevorrichtung (13) einen ersten Anker (Al) zum Öffnen des zweiten Schalters (17) bei Erreichen eines ersten Schwellenstroms und einen zweiten Anker (A2) zum Öffnen des ersten Schalters (12) und zum Betätigen des Schaltschlosses (18) bei Erreichen eines zweiten Schwellenstroms aufweist, der größer als der ersten Schwellenstrom ist, und die elektrothermische Auslösevorrichtung (11) so ausgebildet ist, dass sie das Schaltschloss (18) zum Öffnen des ersten Schalters (12) nach einer vorgegebenen Zeit beaufschlagt, wenn sie von einem Überstrom, der gleich oder höher als der erste Schwellenstrom ist, durchflössen wird.

2. Selbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbar gelagerte Mitnehmer (25) eine zu seiner Drehachse (26) koaxiale Verbindungswelle (32) aufweist, die drehfest im Mitnehmer (25) angeordnet ist.

3. Selbstschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zumindest zwei nebeneinander angeordneten Selbstschalter einen schwenkbar gelagerten Schaltgriff (33) umfasst, der eine zur Schwenkachse des Schaltgriffs (33) koaxialen Verbindungswelle (32') aufweist, die drehfest im Schaltgriff (33) angeordnet ist.

4. Selbstschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungswelle (32, 32') axial verschiebbar im Mitnehmer (25), bzw. im Schaltgriff (33) gelagert ist.

5. Selbstschalter nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungswelle (32, 32') ein unrundes Profil, insbesondere ein im Wesentlichen dreieckiges Profil aufweist.

6. Selbstschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Schaltschloss (18) zugeordnete Mitnehmer (25) einen ersten Hebelarm (27), der von einem Schalthebel (21) des Schaltschlosses (18) beaufschlagbar ist, und einen zweiten Hebelarm (29) aufweist, der eine Klinke (20) des Schaltschlosses (18) betätigt.

7. Selbstschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei nebeneinander angeordneten Selbstschalter durch die Verbindungswellen (32, 32') der Mitnehmer (25) und der Schaltgriffe (33) gegeneinander ausgerichtet sind.

8. Selbstschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei nebeneinander angeordneten Selbstschalter miteinander flächig, vorzugsweise mit doppelseitigem Klebeband verklebt sind.

9. Selbstschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrothermische Auslösevorrichtung eine Bimetallbetätigereinrichtung mit einem zwischen dem ersten Anschluss (14) und dem ersten Schalter (12) gelegenen ersten Bimetall (11) aufweist, dessen Arbeitstemperatur höher als 150⁰C ist und insbesondere bei etwa 200⁰C liegt.

10. Selbstschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Auslösevorrichtung (13) eine gemeinsame Spule zur Betätigung des ersten und des zweiten Ankers (Al, A2) aufweist.