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Die Erfindung betrifft einen elektrischen selektiven Selbstschalter, insbesondere einen Schutzschalter. Sie betrifft besonders einen elektrischen selektiven Schutzschalter mit geringen Leistungsverlusten.
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Ein elektrischer Selbstschalter ist beispielsweise aus der
DE 103 54 505 A1 bekannt. Trifft bei diesem bekannten elektrischen Selbstschalter der Stössel des Magnetankers in Betätigungsrichtung auf die Kontaktbrücke auf, so erfolgt durch den sich ergebenen elastischen Stoß nicht nur eine Unterbrechung des Hauptstrompfads, sondern auch eine kurzzeitige Unterbrechung des Hilfstrompfads. Dies kann dazu führen, dass die Funktion der Hilfsauslösevorrichtung nicht zuverlässig gewährleistet ist.
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Aus der
DE 28 54 616 C2 ist eine Selektivschutzeinrichtung bekannt, die zur selektiven Abschaltung von Verbrauchern, ggf. mit einer vorgeschalteten Hauptsicherung dient. Hierbei ist im Strompfad eines Hauptleitungsschutzschalters eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, welche bei Auftreten eines Kurzschlussstroms den Strom zumindest teilweise auf einen mit einem Magnetauslöser versehenen Parallelzweig umschaltet, wobei der Parallelzweig eine Einrichtung enthält, welche nach Durchgang eines vorgegebenen Wertes eines zeitlichen Stromquadratintegrals den Strom durch die Spule des Magnetauslösers soweit erhöht, dass dieser ein Schaltschloss auslöst, welches eine Trennstelle im Strompfad des Hauptleitungsschutzschalters endgültig öffnet.
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Aus der
DE 41 183 77 A1 ist ein Schutzschalter vorbekannt, der bei Kurzschluss erst nur vorläufig ausschaltet und wartet, ob ein nachgeschalteter Schutzschalter den Kurzschluss abtrennt. In diesem Fall schaltet er wieder ein, andernfalls schaltet er endgültig ab. Hierzu ist ein Leistungsschutzschalter vorgesehen, in dessen Hauptstromweg ein auf Überstrom ansprechender thermischer Auslöser wie beispielsweise ein Bimetall, ein auf Kurzschluss ansprechender Magnetmechanismus und eine von dem thermischen Auslöser sowie von dem Magnetmechanismus betätigte Trennstelle angeordnet sind. Der Magnetmechanismus und die Trennstelle sind überbrückt durch einen Nebenstromweg, in welchem ein zweiter thermischer Auslöser wie beispielsweise ein zweites Bimetall, ein elektrischer Widerstand und eine zweite Trennstelle angeordnet sind. Hinter den Trennstellen zweigt ein weiterer Stromweg über einen zweiten Magnetmechanismus zum Nullleiter ab, er führt hinter dem zweiten Magnetmechanismus über zwei Parallelleitungen mit jeweils einer dritten Trennstelle und einer vierten Trennstelle, wobei der erste Stromzweig noch einen zweiten Widerstand aufweist.
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Die
DE 38 20 993 A1 offenbart einen Schutzschalter gegen Überstrom und Kurzschluss mit einem Hauptstromweg, der mittels eines auf Kurzschluss ansprechenden schnelleren Bewegungsmechanismus sowie mittels eines auf Überstrom ansprechenden langsameren Bewegungsmechanismus trennbar ist und eine Trennstelle aufweist. Hierbei ist die Trennstelle des Hauptstromwegs durch einen Nebenstromweg mit einem elektrischen Widerstand und einer zweiten Trennstelle überbrückbar. Weiterhin ist eine Einrichtung zum Schließen der Trennstelle im Hauptstromweg bei Wegfall des Kurzschlusses vor dem Öffnen der zweiten Trennstelle vorgesehen, die einen von einem Nebenstrom abzweigenden Stromweg mit einem weiteren Trennschalter umfasst.
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Die
DE 10 2006 037 233 A1 offenbart einen Schutzschalter, der eine Schalteinrichtung aufweist, die zwischen einem ersten und einem zweiten elektrischen Anschluss geschaltet ist. Die selektive Abschaltung von Überströmen wird in Abhängigkeit zweier Schwellenströme ermöglicht. Bei Überschreitung des ersten Schwellenstroms kommt es zu einer kurzzeitigen Betätigung der Schalteinrichtung. Wird der zweite Schwellstrom überschritten, so wird mittels einer Auslöseeinrichtung die Schalteinrichtung dauerhaft betätigt.
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Darüber hinaus sind Haupt-Sicherungsautomaten nach E DIN VDE 0645 bekannt, bei welchem in einem Hauptstrompfad eine erste thermische Auslösevorrichtung wie ein Bimetall, ein Hauptschalter und eine magnetische Auslösevorrichtung in Reihe geschaltet sind, wobei der Hauptschalter durch einen Nebenschluss überbrückt ist, in welchem ein Selektivwiderstand, eine zweite thermische Auslösevorrichtung zur Selektivauslösung und ein Nebenschalter in Reihe geschaltet sind, wobei die erste thermische Auslösevorrichtung und die zweite thermische Auslösevorrichtung auf ein Schaltwerk einwirkt, welches den Hauptschalter und den Nebenschalter öffnet, und wobei die magnetische Auslösevorrichtung auf den Hauptschalter einwirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen selektiven Selbstschalter zu schaffen, bei dem einerseits zuverlässig sichergestellt ist, dass bei einer Betätigung der Hauptauslösevorrichtung, also bei einer Unterbrechung des Hauptstrompfads, ein ununterbrochener Stromfluss im Hilfsstrompfad gewährleistet ist, und dass gleichzeitig die Leistungsverluste im Normalbetrieb minimiert sind.
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Diese Aufgabe wird durch den elektrischen selektiven Selbstschalter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Insbesondere ist erfindungsgemäß ein elektrischer selektiver Selbstschalter, insbesondere ein. Schutzschalter vorgesehen, mit einer Reihenschaltung aus einer Hilfsauslösevorrichtung, einem normalerweise geschlossenen ersten Schalter, einem Widerstand und einer Hauptauslösevorrichtung, die zwischen einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss geschaltet ist, einem Nebenschlussstrompfad, der mit Hauptauslösevorrichtung in Reihe zwischen den ersten und den zweiten elektrischen Anschluss geschaltet ist und der einen im störungsfreien Fall geschlossenen zweiten Schalter sowie einen normalerweise geschlossenen dritten Schalter aufweist, der zum zweiten Schalter in Reihe geschaltet ist, und einer Strombrücke, die einen Eingangskontakt des ersten Schalters mit einem Verbindungskontakt zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter verbindet, wobei die Hauptauslösevorrichtung so ausgebildet ist, dass bei Erreichen eines ersten Schwellenstroms der zweite Schalter und bei Erreichen eines zweiten Schwellenstroms, der größer als der ersten Schwellenstrom ist, zusätzlich der dritte Schalter geöffnet wird, und wobei die Hilfsauslösevorrichtung so ausgebildet ist, dass der erste und der dritte Schalter bei geöffnetem zweiten Schalter nach Ablauf einer ersten Zeitdauer geöffnet wird, während bei geöffnetem zweiten und dritten Schalter der erste Schalter nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer geöffnet wird, die kürzer als die erste Zeitdauer ist.
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Es ist also mit anderen Worten erfindungsgemäß ein elektrischer selektiver Selbstschalter vorgesehen, welcher insbesondere als Schutzschalter verwendet werden kann, welcher einen ersten und einen zweiten Parallelschaltkreis, die miteinander und mit einer Hauptauslösevorrichtung in Reihe geschaltet sind, aufweist. Hierbei weist der erste Parallelschaltkreis in seinem ersten Zweig eine Hilfauslösevorrichtung und einen dazu in Reihe geschalteten normalerweise geschlossenen ersten Teilschalter eines Doppelschalters auf, wobei sein zweiter Zweig einen Nebenschluss mit einem normalerweise geschlossenen ersten Schalter bildet. Der zweite Parallelschaltkreis weist in seinem ersten Zweig einen normalerweise geschlossenen zweiten Teilschalter des Doppelschalters sowie einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand auf, wobei sein zweiter Zweig einen Nebenschluss mit einem normalerweise geschlossenen zweiten Schalter bildet. Die Hauptauslösevorrichtung ist so ausgebildet, dass bei Erreichen eines ersten Schwellenstroms der erste Schalter und bei Erreichen eines zweiten Schwellenstroms, der größer als der erste Schwellenstrom ist, zusätzlich der zweite Schalter geöffnet wird. Die Hilfsauslösevorrichtung ist so ausgebildet, dass der erste und zweite Teilschalter des Doppelschalters sowie der zweite Schalter bei einem geöffneten ersten Schalter nach Ablauf einer ersten Zeitdauer und bei einem geöffneten zweiten Schalter nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer, die kürzer als die erste Zeitdauer ist, geöffnet wird.
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In einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Strombrücke durch eine Kontaktbrücke gebildet wird, die im Betriebszustand einen ersten und einen zweiten Festkontakt des ersten Schalters sowie einen dritten Festkontakt des dritten Schalters elektrisch miteinander verbindet.
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Um sicherzustellen, dass der erste Schalter grundsätzlich nur durch die Hilfsauslösevorrichtung geöffnet wird, um einen ununterbrochenen Stromfluss im Hilfsstrompfad zu gewährleisten, ist es hierbei von Vorteil, wenn der dritte Festkontakt einerseits und der erste und zweite Festkontakt andererseits auf voneinander abgewandten Seiten der Kontaktbrücke gelegen sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hilfsauslösevorrichtung eine Bimetallbetätigereinrichtung mit einem zwischen dem ersten Anschluss und dem ersten Schalter gelegenen ersten Bimetall auf, wobei die Bimetallbetätigereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie auf ein die Kontaktbrücke mechanisch beaufschlagendes Schaltschloss einwirkt, und wobei die vom Schaltschloss auf die Kontaktbrücke ausgeübte Auslösekraft in Öffnungsrichtung der Kontaktierung zwischen dem dritten Festkontakt und der Kontaktbrücke und den Öffnungsrichtungen der Kontaktierung zwischen dem ersten Festkontakt und der Kontaktbrücke sowie dem zweiten Festkontakt und der Kontaktbrücke wirkt.
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Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Bimetallbetätigereinrichtung ein zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Anschluss gelegenes zweites Bimetall aufweist, welches so ausgebildet ist, dass es unabhängig vom ersten Bimetall mittels der Bimetallbetätigereinrichtung ein Auslösen des Schaltschlosses bewirkt.
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Vorzugsweise ist dabei die Anordnung des ersten Festkontakts und des zweiten Festkontakts und/oder die Gestaltung der Kontaktbrücke derart, dass die Kontaktbrücke beim Auslösen des Schaltschlosses, nachdem der dritte Festkontakt geöffnet worden ist, zuerst vom zweiten Festkontakt und dann vom ersten Festkontakt getrennt wird. Diese Ausgestaltungsform bewirkt eine zuverlässige konsekutive Trennung zunächst des zweiten Festkontakts von der Kontaktbrücke und danach des ersten Festkontakts von der Kontaktbrücke.
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Für eine mechanisch sichere und einfache Ausführung der Erfindung ist es besonders von Vorteil, wenn die Hauptauslösevorrichtung eine mechanisch auf die Kontaktbrücke wirkende Magnetbetätigereinrichtung mit einem ersten in Betätigungsrichtung bewegbaren Magnetanker und eine zwischen den Nebenschlusspfad und den zweiten Anschluss geschaltete Spule aufweist, wobei die in Betätigungsrichtung des ersten Magnetankers gerichtete, vom ersten Magnetanker ausgeübte Auslösekraft in Öffnungsrichtung der Kontaktierung zwischen dem dritten Festkontakt und der Kontaktbrücke und in Schließrichtung der Kontaktierung zwischen dem ersten Festkontakt und der Kontaktbrücke sowie zwischen dem zweiten Festkontakt und der Kontaktbrücke wirkt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet eine Verbindungslinie zwischen dem ersten Festkontakt und dem zweiten Festkontakt eine Schwenkachse für die Kontaktbrücke, wenn die Auslösekraft des ersten Magnetankers auf die Kontaktbrücke aufgebracht wird.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn der Wirkpunkt der vom ersten Magnetanker ausgeübten Auslösekraft zwischen dem dritten Festkontakt einerseits und dem ersten und zweiten Festkontakt andererseits liegt.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn eine Kontaktfeder vorgesehen ist, die im Betriebszustand gleichzeitig Kontaktkräfte zwischen dem dritten Festkontakt und der Kontaktbrücke, zwischen dem ersten Festkontakt und der Kontaktbrücke sowie zwischen dem zweiten Festkontakt und der Kontaktbrücke in der jeweiligen Schließrichtung der Festkontakte erzeugt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktfeder an einem vom zweiten Festkontakt abgewandten, den ersten und zweiten Festkontakt überragenden Abschnitt der Kontaktbrücke auf diese einwirkt.
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Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn der zweite Schalter einen beweglichen Kontakt aufweist, der im störungsfreien Fall den ersten Anschluss mit der Kontaktbrücke elektrisch verbindet, wobei vorzugsweise der bewegliche Kontakt in Betätigungsrichtung des bewegbaren Magnetankers hinter der Kontaktbrücke angeordnet und mittels einer Schwenkvorrichtung schwenkbar gelagert ist, wobei die Schwenkachse der Schwenkvorrichtung im Wesentlichen parallel zu der Schwenkachse der Kontaktbrücke verläuft.
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Für eine einfache mechanische Umsetzung des zweiten und dritten Schalters des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters ist es besonders von Vorteil, wenn die Magnetbetätigereinrichtung einen sich durch ein Durchgangsloch der Kontaktbrücke erstreckenden Stift mit einer in Betätigungsrichtung des bewegbaren Magnetankers vor der Kontaktbrücke befindlichen Aufweitung aufweist, wobei ein Ende des Stiftes der Magnetbetätigereinrichtung geeignet ist, in Öffnungsrichtung des beweglichen Kontakts auf diesen einzuwirken und die Aufweitung geeignet ist, in Öffnungsrichtung der Kontaktbrücke auf diese einzuwirken.
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Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Magnetbetätigereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass bei einer Betätigung des ersten Magnetankers die Kontaktierung zwischen der Kontaktbrücke und dem beweglichen Kontakt vor der Kontaktierung zwischen dem dritten Festkontakt und der Kontaktbrücke geöffnet wird.
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Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Magnetbetätigereinrichtung einen Kern aufweist, der mit einem dem ersten Magnetanker zugewandten Kurzschlussring versehen ist, wird durch die im Kurzschlussring entstehenden Wirbelströme in einem Störfall oder bei Betrieb mit Wechselstrom eine Vibration der Magnetanker vermieden. Schließlich wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform die Betriebssicherheit dadurch erhöht, dass die Magnetbetätigereinrichtung einen zweiten in Betätigungsrichtung bewegbaren Magnetanker aufweist, der vorzugsweise eine größere Masse besitzt, als der erste Magnetanker, und der bei einer erhöhten Induktion in der Magnetbetätigereinrichtung zusätzlich zum ersten Magnetanker eine beschleunigte Bewegung in Betätigungsrichtung bewirkt. Durch das Vorsehen des zusätzlichen zweiten Magnetankers wird im Falle eines Kurzschlusses, also bei hoher Induktion in der Magnetbetätigereinrichtung in Folge eines hohen Überstroms die Kontaktierung zwischen der Kontaktbrücke und dem dritten Festkontakt schlagartig soweit geöffnet, dass ein dort entstehender Lichtbogen auch bei dem in diesen Fehlerfall erhöhten Stromfluss zuverlässig und schnell gelöscht wird.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn die Hilfsauslösevorrichtung derart ausgestaltet ist, dass bei einem manuellen Einschalten zunächst der zweite Schalter, dann der erste Schalter und darauf folgend der dritte Schalter geschlossen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt
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1A eine Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters und eine detaillierte Ansicht der in der Richtung A hintereinander liegenden ersten und zweiten Festkontakte;
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1B ein Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im störungsfreien Betrieb;
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2A eine Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im Falle eines Überstroms;
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2B ein Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im Falle eines Überstroms;
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3A eine Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im Falle eines Kurzschlussstroms;
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3B ein Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im Falle eines Kurzschlussstroms;
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4A eine Funktionsskizze des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im abgeschalteten Zustand;
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4B ein Schaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im abgeschalteten Zustand;
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5A eine Funktionsskizze einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im störungsfreien Fall; und
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5B ein Schaltbild der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im störungsfreien Fall.
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In 1A und 1B sind der Aufbau des schematisch dargestellten elektrischen selektiven Selbstschalters gemäß der Erfindung im eingeschalteten Betriebszustand sowie ein zugehöriges Ersatzschaltbild gezeigt. Wie in 1B gezeigt, weist der erfindungsgemäße Selbstschalter einen ersten elektrischen Anschluss 2 und eine zweiten elektrischen Anschluss 4 auf, zwischen die eine Hilfsauslösevorrichtung 6, ein erster Schalter 8, ein Widerstand 10 und eine Hauptauslösevorrichtung 12 in Reihe geschaltet sind. Ferner weist der erfindungsgemäße elektrische selektive Selbstschalter einen Nebenschlussstrompfad auf, der mit der Hauptauslösevorrichtung 12 in Reihe zwischen den ersten Anschluss 2 und den zweiten Anschluss 4 geschaltet ist und der einen im störungsfreien Fall geschlossenen zweiten Schalter 14 sowie einen normalerweise geschlossenen dritten Schalter 16 aufweist, der zum zweiten Schalter 14 in Reihe geschaltet ist. Des weiteren ist der Eingangskontakt des ersten Schalters 8 durch eine Strombrücke mit einem Verbindungskontakt 18 zwischen dem zweiten Schalter 14 und dem dritten Schalter 16 verbunden.
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1A zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters im eingeschalteten Betriebszustand. Hierbei verbindet eine schwenkbar bewegliche Kontaktbrücke 20 einen ersten Festkontakt 22, welcher den Eingangskontakt des ersten Schalters 8 bildet, einen zweiten Festkontakt 24, welcher mit dem Widerstand 10 verbunden ist, und einen dritten Festkontakt 26, welcher über den Nebenschlussstrompfad mit der Hauptauslösevorrichtung 12 in Verbindung steht, elektrisch miteinander. Hierzu liegt die Kontaktbrücke 20 mit einer Kontaktstelle 28 an ihrem ersten Ende 30 am zweiten Festkontakt 26 an und stellt eine elektrische Verbindung zwischen Hauptauslösevorrichtung 12 und erstem Anschluss 2 über den zweiten Schalter 14 her. In der Nähe ihres anderen Endes 32 stützt sich die Kontaktbrücke 20 über eine Druckfeder 34 gegen ein an einem Schaltschloss 36 vorgesehenes Widerlager 38 ab. Das Widerlager 38 und der dritte Festkontakt 26 liegen auf derselben Seite der Kontaktbrücke 20. Auf der von dieser Seite abgewandten Seite der Kontaktbrücke 20 liegt diese in einem zwischen dem Angriffspunkt der Druckfeder 34 und dem dritten Festkontakt 26 an dem ersten Festkontakt 22 und dem zweiten Festkontakt 24 an und stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten, zweiten und dritten Festkontakt 22, 24 und 26 her. Wie in der Detaildarstellung der 1A gezeigt, welche die räumliche Anordnung des ersten Festkontakts 22 und des zweiten Festkontakts 24 in der Richtung A senkrecht zur Zeichnungsebene zeigt, liegt der erste Festkontakt 22 auf derselben Seite der Kontaktbrücke 20 wie der zweite Festkontakt 24. Hierbei kann der zweite Festkontakt 24 jedoch etwas weiter vom Widerlager 38 beabstandet sein als der erste Festkontakt 22. Im Betriebszustand stützt sich die erste Kontaktbrücke 20 vom Druck der Feder 34 beaufschlagt gegen den ersten Festkontakt 22 und den dritten Festkontakt 24 ab und wird von der Kraft der Feder 34 um eine den ersten Festkontakt 22 und dem zweiten Festkontakt 24 verbindende Schwenkachse X in der Detaildarstellung der 1A entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt, sodass das erste Ende 30 der Kontaktbrücke 20 mit der Kontaktstelle 28 gegen den dritten Festkontakt 26 gedrückt wird. Die Druckfeder 34 bringt somit an allen drei Festkontakten 22, 24 und 26 eine erforderliche Andruckkraft auf, die die erste Kontaktbrücke 20 gegen die Festkontakte 22, 24 und 26 zur festen Anlage bringt.
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Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße elektrische selektive Selbstschalter einen beweglichen Kontakt 40 auf, der im störungsfreien Fall den ersten Anschluss 2 mit der Kontaktbrücke 20 elektrisch verbindet. Der bewegliche Kontakt 40 ist mit seinem ersten Ende 42 in einem Schwenklager 44 gelagert und liegt mit einer Kontaktstelle 46 an seinem zweiten Ende 48 an der Kontaktbrücke 20 an. Die Schwenkachse des Schwenklagers 44 liegt dabei im Wesentlichen parallel zu der Schwenkachse X der Kontaktbrücke 20. Der bewegliche Kontakt 40 ist auf derselben Seite der Kontaktbrücke 20 wie der erste Festkontakt 22 und der zweite Festkontakt 24 angeordnet, wobei der bewegliche Kontakt 40 gegen die Kontaktbrücke 20 über eine Druckfeder 50 gedrückt wird, welche sich an einem Widerlager 52 abstützt. Der bewegliche Kontakt 40 verbindet somit im störungsfreien Fall den ersten Anschluss 2 mit der Kontaktbrücke 20 und bildet somit den geschlossenen zweiten Schalter 14. Dem dritten Festkontakt 26 gegenüberliegend ist ein gehäusefester Anschlag 54 vorgesehen, an welchen das erste Ende 30 der Kontaktbrücke 20 bei einer Bewegung der Kontaktbrücke 20 im Uhrzeigersinn gegen die Kraft der Druckfeder 34 stößt, um eine Auslenkung der Kontaktbrücke 20 zu beschränken.
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Im Folgenden soll die Hauptauslösevorrichtung 12 genauer beschrieben werden. Diese weist eine Spule 56 auf, welche zwischen den zweiten Anschluss 4 und den Nebenschlussstrompfad mit dem zweiten Schalter 14 und dem dritten Schalter 16 in Reihe geschaltet ist. Die Hauptauslösevorrichtung 12, die als Magnetbetätigereinrichtung oder Magnetsystem ausgebildet ist, weist ferner einen innerhalb der Spule 56 gelegenen Spulenkern 58, einen Stift 60 sowie einen ersten Magnetanker 62 auf. Zusätzlich ist ein zweiter Magnetanker 64 vorgesehen, der ebenfalls in Auslöserichtung B innerhalb der Spule 56 verschiebbar ist und auf den Stift 60 einwirkt. Im Ruhezustand stützt sich der zweite Magnetanker 64 unter der Kraft einer Druckfeder 66 gegen einen gehäusefesten Anschlag 68 ab. Des weiteren ist der Kern 58 an seiner zum ersten Magnetanker 62 weisenden Stirnseite mit einem Kurzschlussring 70 versehen, wobei sich in dem Kurzschlussring 70, der aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff hergestellt ist, Wirbelströme ausbilden, die das Entstehen von Schwingungen in der Hauptauslösevorrichtung 12 unterbinden, sodass es nicht zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommt. Dies ist insbesondere bei Wechselstrombetrieb vorteilhaft, da dann der Anker auf während der Auslösung des Selbstschalters vibrationsfrei am Kern 58 gehalten wird.
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Der Stift 60 ist innerhalb des Kerns 58 in Auslöserichtung A axial verschiebbar gelagert und ist von der Druckfeder 66 entgegen der Auslöserichtung B vorgespannt. Das vordere Ende des Stifts 60 steht axial aus dem Kern 58 in Richtung auf die Kontaktbrücke 20 und den beweglichen Kontakt 40 hervor und bildet einen Schlagstift zur Betätigung des beweglichen Kontakts 40, wobei der Wirkpunkt des Stifts 60 zwischen dem Schwenklager 44 des beweglichen Kontakts 40 und der Druckfeder 50 liegt. Hierbei erstreckt sich der Stift 60 durch ein Durchgangsloch 72 der Kontaktbrücke 20, wobei an dem vorderen Ende des Stifts 60 in der Betätigungsrichtung B des ersten Magnetankers 62 vor der Kontaktbrücke 20 eine Aufweitung oder ein Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser 74 angeordnet ist, die größer als das Durchgangsloch 72 der Kontaktbrücke 20 ist. Bei einer Bewegung des Stifts 60 in Betätigungsrichtung B des Magnetankers 62 stößt die Aufweitung 74 gegen die Kontaktbrücke 20, um diese um die Schwenkachse X, die durch den ersten und zweiten Festkontakt 22 und 24 gebildet wird, gegen die Kraft der Druckfeder 34 gegen den Uhrzeigersinn zu bewegen und um den Kontakt der Kontaktbrücke 20 mit dem dritten Festkontakt 26 zu öffnen. Die Aufweitung 74 ist so an dem Stift 60 angeordnet, dass zuerst der Kontakt zwischen dem beweglichen Kontakt 40 und der Kontaktbrücke 20 geöffnet wird, bevor der Kontakt zwischen der Kontaktbrücke 20 und dem dritten Festkontakt 26 geöffnet wird.
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Das hintere Ende des Stifts 60 stützt sich in einer Sacklochbohrung des zweiten Magnetankers 64 gegen den ersten Magnetanker 62 ab. Der Stift 60 durchdringt dabei eine axiale Bohrung im ersten Magnetanker 62. Der erste Magnetanker 62 ist innerhalb der Sacklochbohrung des zweiten Magnetankers 64 axial verschiebbar geführt und stützt sich auf seiner vom Magnetanker 64 abgewandten Seite gegen einen Bund 75 eines Abschnitts des Stifts 60 mit vergrößertem Durchmesser ab.
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Im Folgenden soll nun die Hilfsauslösevorrichtung 6 beschrieben werden. Diese weist eine Bimetallbetätigereinrichtung mit einem ersten Bimetall 76 auf, welches zwischen den ersten Anschluss 2 und den ersten Festkontakt 22 des ersten Schalters 8 geschaltet ist. Bei einem durch den Hilfsstrompfad fließenden Strom wird das erste Bimetall 76 erwärmt und biegt sich damit aus, woraufhin in bekannter Weise das Schaltschloss 36 nach einer mit der Stromstärke korrelierten Verzögerungszeit ausgelöst wird. Im Falle der Auslösung des Schaltschlosses 36 bewegt sich das Schaltschloss 36 in Richtung des in 4A gezeigten Pfeils C, wobei das zweite Ende 32 der Kontaktbrücke 20 im Uhrzeigersinn um die Achse X schwenkt, bis das erste Ende 30 zur Anlage an dem gegenüber dem dritten Festkontakt 26 gelegenen gehäusefesten Anschlag 54 gerät. Bei dieser Bewegung des Schaltschlosses 36 wird auch das Widerlager 38 mit in die Richtung des Pfeils C bewegt, sodass die Schwenkbewegung der Kontaktbrücke 20 ohne eine Kompression der Feder 34 erfolgt, also die Kraft der Feder 34 nicht zusätzlich ansteigt.
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Liegt das erste Ende 30 der Kontaktbrücke 20 am Anschlag 54 an, so führt die weitere Bewegung des Schaltschlosses 36 in Richtung des Pfeils C dazu, dass sich die Kontaktbrücke 20 vom ersten Festkontakt 22 und vom zweiten Festkontakt 24 löst, sodass der erste Schalter 8 geöffnet wird. Hierbei kann bei einer in Auslöserichtung C versetzten Positionierung des ersten Festkontakts 22 und des zweiten Festkontakts 24 zunächst der zweite Festkontakt 24 von der Kontaktbrücke 20 gelöst werden, wobei danach die Lösung des ersten Festkontakts 22 von der Kontaktbrücke 20 erfolgt, sodass der Stromkreis endgültig getrennt ist.
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Nun soll die Funktion des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters genauer beschrieben werden.
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Tritt in einem Störfall ein Überstrom zwischen dem ersten Anschluss 2 und dem zweiten Anschluss 4 über den niederohmigen Nebenschlussstrompfad auf, so induziert die Spule 56 eine Magnetkraft auf den ersten Magnetanker 62, die diesen in Auslöserichtung B gegen die Kraft der Feder 66 gegen den Bund 75 des Stifts 60 bewegt und dann den Stift 60 gegen die Kraft der Feder 66 in Auslöserichtung B gegen den beweglichen Kontakt 40 in deren Wirkpunkt schlägt, wodurch der Kontakt zwischen beweglichem Kontakt 40 und Kontaktbrücke 20 geöffnet wird, wie in 2A und 2B gezeigt. Hierbei ist die Ausweitung 74 an dem Stift 60 so angebracht, dass die Kontaktbrücke 20 nach wie vor einen Kontakt mit dem dritten Festkontakt 26 bildet und nicht geöffnet wird. Für das in 2B gezeigte Ersatzschaltbild bedeutet dies, dass der zweite Schalter 14 geöffnet ist, während der erste Schalter 8 und der dritte Schalter 16 geschlossen bleiben. Somit wird im Überstromfall das Bimetall 76 der Bimetallbetätigereinrichtung der Hilfsauslösevorrichtung 6 in Reihe zu der Spule 56 der Hauptauslösevorrichtung 12 und einem Parallelkreis aus Widerstand 10 und einem Nebenschlussstrompfad mit dem dritten Schalter 16 geschaltet, wobei der Widerstand 10 durch diesen Nebenschlussstrompfad kurzgeschlossen wird. Hierbei führt der durch das erste Bimetall 76 fließende Strom zu einer Erwärmung des ersten Bimetalls 76, wodurch nach einer ersten Zeitdauer das Schaltschloss 36 in der oben beschriebenen Art geöffnet wird. Hierbei entspricht der Überstrom einem ersten Schwellenstrom, welcher apparativ (beispielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung des Verhältnisses zwischen Federkraft der Feder 66 und der Kraft der Spule 56) durch den elektrischen selektiven Selbstschalter einstellbar ist.
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Im Falle eines kurzzeitigen Überschreitens des ersten Schwellenstroms unterhalb der ersten Zeitdauer wird der Kontakt zwischen dem beweglichen Kontakt 40 und der Kontaktbrücke 20 wieder geschlossen, wodurch das erste Bimetall 76 wieder durch den Nebenschlussstrompfad mit dem ersten Schalter 14 kurzgeschlossen wird. Somit kommt es bei einer nur kurzzeitigen Erhöhung des Betriebsstroms nicht zu einem Auslösen des Schaltschlosses 36. Diese Funktion hat den Zweck, dass der elektrische selektive Selbstschalter als Hauptschalter vorgesehen werden kann, wobei ein Auftreten eines Überstroms zunächst durch nach dem Hauptschalter liegenden Sicherungen von Endverbrauchern beseitigt werden kann, ohne dass der als Hauptschalter arbeitende elektrische selektive Selbstschalter die Gesamtversorgung einer Vielzahl von Endverbrauchern abtrennt.
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Im Falle eines Kurzschlussstroms ist der elektrische selektive Selbstschalter jedoch dazu vorgesehen, innerhalb einer sehr kurzen Zeit, also einer zweiten Zeitdauer, die wesentlich kürzer als die erste Zeitdauer ist, das Schaltschloss 36 zu betätigen. Dieser Fall ist in den 3A und 3B gezeigt. Aufgrund eines Kurzschlussstroms, der einen zweiten Schwellenstrom, bei welchem neben dem beweglichen Kontakt 40 auch mittels der Ausweitung 74 die Kontaktbrücke 20 in Betätigungsrichtung B bewegt und somit der Kontakt zwischen Kontaktbrücke 20 und dritten Festkontakt 26 geöffnet wird, kommt es zu einem Öffnen des zweiten Schalters 14 als auch des dritten Schalters 16, wie im Ersatzschaltbild in 3B gezeigt ist. Somit fließt der Kurzschlussstrom über das erste Bimetall 76, den ersten Schalter 8 und den strombegrenzenden Widerstand 10 über die Spule 56 zu dem zweiten Anschluss 4. Der Kurzschlussstrom bewirkt eine schlagartige Erwärmung des ersten Bimetalls 76, wodurch das Schaltschloss 36 sofort betätigt wird. Hierbei hat der zweite Magnetanker 64 im Falle einer Kurzschlussabschaltung die Aufgabe, den dritten Festkontakt 26 schlagartig direkt um einen Kontaktöffnungsweg zu öffnen und zwar ohne Zwischenschaltung irgendwelcher Kinematikteile, der ausreicht, um den am dritten Festkontakt 26 wirkenden Lichtbogenstrom wirkungsvoll zu begrenzen, sodass der Lichtbogen sicher gelöscht wird. Im Falle des Auftretens eines hohen Kurzschlussstroms wird daher auch der zweite Magnetanker 64 in Auslöserichtung B schlagartig bewegt und wirkt über die Anlage des hinteren Endes des Stiftes 60 unmittelbar auf den Stift 60 ein und verschiebt diesen in Auslöserichtung schlagartig gegen die Kontaktbrücke 20.
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In den 5A und 5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen selektiven Selbstschalters dargestellt. Hierbei weist die Hilfsauslösevorrichtung 6 eine Bimetallbetätigereinrichtung auf, die neben dem ersten Bimetall 76 ein zweites Bimetall 78 aufweist, welches so ausgebildet ist, dass es unabhängig vom ersten Bimetall 76 mittels der Bimetallbetätigereinrichtung ein Auslösen des Schaltschlosses 36 bewirkt. Das zweite Bimetall 78 ist hierbei zwischen den zweiten Festkontakt 24 und die Spule 56 geschaltet. Das zweite Bimetall 78 wird somit also nur im Kurzschlussfall oder bei Überschreiten eines zweiten Schwellenstroms aktiv, da unterhalb eines zweiten Schwellenstroms das zweite Bimetall 78 und der Widerstand 10 durch den Nebenschlussstrompfad mit dem dritten Schalter 16 kurzgeschlossen ist. Hierbei hat das zweite Bimetall 78 die Funktion, dass es mit einer Zeitkonstante das Schaltschloss 36 öffnet, die wesentlich kleiner ist als die Zeitkonstante des ersten Bimetalls 76.
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Die vorliegende Erfindung schafft also einen elektrischen selektiven Selbstschalter, welcher selektiv im Falle eines Auftretens eines Überstroms nach einer Zeitdauer öffnet, die so bemessen ist, dass nachfolgende elektrische Selbstschalter von Endverbrauchern abschalten können, bevor der als elektrische selektive Selbstschalter arbeitende Hauptschalter abschaltet, und welcher im Falle eines Kurzschlussstroms schlagartig den Kontakt zwischen dem ersten Anschluss 2 und zweiten Anschluss 4 trennt. Hierbei hat der erfindungsgemäße elektrische Selbstschalter den Vorteil, dass im Normalbetrieb der Strom zwischen erstem Anschluss 2 und zweitem Anschluss 4 im Wesentlichen nur durch die Spule 56 der Hauptauslösevorrichtung 12 fließt, da das erste Bimetall 76 oder das zweite Bimetall 78 durch den Nebenschlussstrompfad mit dem zweiten Schalter 14 und dem dritten Schalter 16 kurzgeschlossen sind. Somit ist der Leistungsverbrauch des elektrischen selektiven Selbstschalters gemäß der vorliegenden Erfindung minimiert. Des weiteren besitzt der elektrische selektive Selbstschalter der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass vor einem Abschalten durch das Schaltschloss 36 ein ununterbrochener Stromfluss in einem Hilfsstrompfad zur Steuerung des Schaltschlosses 36 gewährleistet wird, wodurch ein Fehler in der Funktion der Hilfsauslösevorrichtung vermieden wird.