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Die Erfindung betrifft einen Hauptsicherungs-Schaltautomat,
umfassend in einem Gehäuse angeordnet
ein Schaltwerk mit drehbeweglichem Doppelkontakt-Schlagstück, wobei
dieses über
eine thermische, eine magnetische oder eine mechanische Betätigung auslösbar ist,
ein Federwerk zum Schließen
des Kontakts nach Kurzschlußabschaltung,
eine Spule mit einem Tauchanker zur magnetischen Betätigung sowie
eine Bimetallanordnung zur thermischen Betätigung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Aus der
DE 30 23 512 A1 ist ein
Niederspannungs-Selbstschalter bzw. Leitungsschutzschalter mit zwei
festen und einem, um einen Drehpunkt drehbaren beweglichen Doppelkontaktstück vorbekannt. Dieser
Selbstschalter umfaßt
einen magnetischen und einen thermischen Überstrom-Auslöser sowie zwei
Funkenlöschkammern.
Weiterhin ist ein Griff, ein Schaltschloß, ein Hilfsschalter sowie
ein Fernauslöserelais
nebst Anschlußklemmen
vorgesehen.
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Derartige Selbstschalter sind äußerst kompakt
aufgebaut und besitzen geringere Abmessungen als ein Sicherungselement
mit üblichen
Schraubsicherungen. Die Anforderungen an die Abschaltleistung derartiger
Schalter sind durch starke Vermaschung der Netze und einen höheren Energiebedarf pro
m2 Gebäudefäche, insbesondere
bei der Verwendung in Hochhäusern,
die häufig
einen eigenen Speisetransformator besitzen, sehr hoch.
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Daher weisen bekannte Selbstschalter
Kurzschlußmoment-Auslöser auf,
die eine Tauchspule mit Schlaganker besitzen, um eine schnelle Schalterauslösung zu
erreichen. Die Kräfte,
die bei einem Überstrom
auf die mechani schen Bauelemente einwirken, sind sehr hoch, da aufgrund
der in Deutschland gültigen
VDE-Vorschriften bereits beim fünffachen
Nennstrom eine Schnellabschaltung innerhalb eines Zeitraums von
5 ms erfolgen soll, was bei hohen Kurzschlußströmen, die mehrere tausend Ampere
betragen können,
zu einer erheblichen Belastung insbesondere des Schaltschlosses
führt.
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Weiterhin gehören Hauptsicherungs-Automaten
zum Stand der Technik, die einen sogenannten Quickadapter zur schnellen
und einfachen Montage auf Sammelschienen besitzen. Hier sei beispielsweise
auf den Sicherungsautomat S 700 der ABB Stotz-Kontakt verwiesen.
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Derartige Sicherungsautomaten sind
auch für
den Laien betätigbar
und schaffen eine höchste Verfügbarkeit
von elektrischer Energie. Beim Auslösen muß ein Bereitschaftsdienst der
Energieversorgungsunternehmen nicht bemüht werden.
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Die Funktionselemente des Haupt-Sicherungsautomaten
S 700 bestehen aus bewährten elektromechanischen
Bauteilen. Zur Überlast-Auslösung dient
ein Thermobimetall. Die Kontaktstücke werden für eine wirkungsvolle
Kurzschlußbegrenzung
sehr schnell durch einen Kurzschluß-Schlaganker getrennt. Nach
Kurzschlußabschaltung
durch das nachgeschaltete Schutzorgan schließen sich die Kontaktstücke. Dies
erfolgt unabhängig
von einer Hilfsspannung durch ein einfaches Federsystem. Wenn der
Kurzschluß länger ansteht,
sorgt ein Selektivschutzauslöser
für die
verzögerte
Kurzschlußauslösung. Der
Selektivschutzauslöser
oder der Überlastauslöser entklinken
das Schaltwerk und bewirken die bleibende Öffnung der Kontaktstücke. Die
Strombegrenzung und Löschung
des Lichtbogens erfolgt überlicherweise über eine
Löschkammer
mit z.B. Deionplatten.
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Die bei den bekannten Hauptsicherungs-Schaltautomaten
vorgesehene Betätigung
mittels Schlaganker ist grundsätzlich
für den
maximalen, auch impulsartigen Überstromfall
ausgelegt. Bei kleineren Kurzschlußströmen wird daher in an sich nicht notwendiger
Weise mit einer hohen mechanischen Energie und Belastung des Schaltwerks
gearbeitet, was es zu vermeiden gilt.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher
Aufgabe der Erfindung, einen weitergebildeten Hauptsicherungs-Schaltautomaten,
umfassend in einem Gehäuse
angeordnet ein Schaltwerk mit drehbeweglichem Doppelkontakt-Schlagstück anzugeben,
das eine hohe Abschaltleistung mit sehr kurzer Abschaltzeit aufweist,
ohne daß die
Beanspruchung der mechanischen Bauelemente zu einer vorzeitigen
Abnutzung führt,
wobei die Abschaltung bis zu 1,5 kA mit einer vorgebenen Verzögerung,
insbesondere von 300 ms, erfolgen soll.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung
erfolgt mit der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei
die Unteransprüche
mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen darstellen.
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Demgemäß besteht der Grundgedanke
der Erfindung darin, zwei getrennte Tauchanker vorzusehen, die aber
auf einen gemeinsamen Schlagbolzen einwirken. Diese beiden Tauchanker
sind innerhalb einer stromdurchflossenen Spule angeordnet.
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Beim Überschreiten eines bestimmten Stromwerts
wird mit vorgebbarer Verzögerung
zunächst
auf das Auslöseelement
und erst im Anschluß eine
Kraftwirkung auf das bewegliche Kontaktstück erreicht.
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Mit dem erfindungsgemäßen Schalter
ist es möglich,
durch entsprechende Dimensionierung der Rückstellfeder des ersten Tauchankers
und des Dauermagneten beim zweiten Tauchanker zu erreichen, daß der mit
dem Dauermagnet versehene Tauchanker erst bei einem größeren, impulsartigen
Stromwert aktiviert wird, da der zweite Tauchanker die Fesselungskraft
des Dauermagneten eben erst bei solchen höheren Strömen überwindet, dann aber schlagartig auf
das Auslöseelement
bzw. das Kontaktstück
einwirkt.
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Die gewünschte Verzögerung wird durch den Dauermagnet,
dessen Dimensionierung bzw. die Trägheit der Abschaltmechanik
selbst erreicht.
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Bei dauerhaft kleinen Überströmen bewirkt
in an sich bekannter Weise das Bimetall das Entarretieren und Auslösen des
Schaltwerks bzw. Schaltschlosses.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung
ist das bewegliche Kontaktstück
drehbar und es wird der Angriffspunkt einer Kontaktfeder für das Kontaktstück gegenüber dem
Angriffspunkt des Schlagbolzens gewählt.
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Durch die spezielle Ausbildung des
Doppelkontakt-Schlagstücks
als Wiege ergibt sich ein reduziertes Massenträgheitsmoment und damit eine
Verkürzung
der Ansprechzeit.
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Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal
ist der Drehpunkt des Doppelkontaktstücks quasi im Schwerpunkt desselben
angeordnet. Weiterhin sind die Masse der Tauchanker plus Schlagbolzen
mit der auf den Angriffspunkt des Tauchankers bezogenen Masse des
beweglichen Kontaktstücks
in Bezug gesetzt, so daß ein
nahezu vollständiger Übergang
der im Tauchanker bzw. Schlagbolzen enthaltenen kinetischen Energie
prellfrei auf das bewegliche Kontaktschlagstück bzw. den Kontakt selbst
erreichbar ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine Feder
auf das Schaltschloß einwirkt,
welche sich an einem Oberteil des Gehäuses abstützt. Durch diese Feder wird
das Schaltschloß im
Falle einer automatischen Notauslösung, aber auch im regulären Betrieb
nach unten gedrückt,
wodurch der bewegliche Kontakt vom festen Kontaktstück getrennt
und der Abstand von beweglichen und festen Kontaktstücken vergrößert ist.
Im manuellen Betrieb wird das Schaltschloß und damit der bewegliche
Kontakt mit einem Griff in Bewegung gesetzt und der Automat ein-
oder ausgeschaltet.
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Zum Rückstellen des Auslöseelements
bzw. Griffes ist eine entsprechende Drehfeder vorgesehen.
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In Ausgestaltung der Erfindung laufen
die Kontaktteile des drehbeweglichen Kontaktstücks in zwei hornförmig nach
hinten abgebogene Leiterstücken
aus. Eine der beiden Anschlußklemmen
ist über mindestens
ein, oberhalb einer Funkenkammer verlaufendes Leiterstück mit dem
stromzuführenden
festen Kontaktstück
verbunden. Dieses und das weitere stromführende Kontaktstück weisen
zwei Funkenablaufbahnen auf, die um etwa 45° abgewinkelt zu den festen Kontaktstücken verlaufen
und anschließend nochmals
abgewinkelt eine Orientierung parallel zu Löschblechen in der Löschkammer
besitzen. Die eigentliche Schalt- und die Löschkammer oder mehrere Löschkammern
sind voneinander abgeschottet und räumlich getrennt.
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Es besitzt also der erfindungsgemäß weitergebildete
magnetische Kurzschlußstrom-Auslöser innerhalb
seines Spulenkörpers
einen ersten und einen zweiten Tauchanker, die quasi in Reihe geschaltet
sind. Der erste Tauchanker ist über
eine Rückstellfeder
und der zweite Tauchanker über
einen Dauermagnet vorgespannt.
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Beide Tauchanker wirken kraftseitig
auf einen gemeinsamen Schlagbolzen ein. Die Bewegung des ersten
Tauchankers kann jedoch unabhängig von
derjenigen des zweiten Tauchankers erfolgen.
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Um eine Kraftübertragung vom zweiten Tauchanker
auf den ersten Tauchanker zu erreichen, ist im ersten Tauchanker
eine Bohrung vorgesehen, die einen Stift aufnimmt, welcher im zweiten Tauchanker
verankert wurde.
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Wie bereits dargelegt, wirken beide Tauchanker
kraftseitig auf einen gemeinsamen Schlagbolzen ein. Der Schlagbolzen
schlägt
bei Bewegung des ersten Tauchankers im Falle eines geringen Überstroms
an einen Arm des Schaltwerks an und entarretiert letzteres, um ein
Auslösen
herbeizuführen.
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Im Falle eines größeren, impulsartigen Überstroms
erfolgt ein schlagartiges Ansprechen beider Tauchanker unter Überwindung
der Dauermagnet-Haltekraft, so daß der Schlagbolzen einerseits
in einem ersten Schritt das Schaltwerk entarretiert und andererseits
unmittelbar auf das kontaktferne Ende des drehbeweglichen Doppelkontaktstücks einwirkt, um
den Stromfluß schnell
zu unterbrechen und in sehr kurzer Zeit eine sehr große Trennstrecke
zwischen festem und beweglichem Kontaktstück zu bilden.
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Das Schaltwerk weist ein zweiarmiges
Auslöseelement
auf, welches um einen Drehpunkt gelagert ist.
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Ein erster Arm ist von der Bimetall-Auslöseanordnung
und ein zweiter Arm vom Schlagbolzen betätigbar. Weiterhin wirkt das
Auslöseelement über eine
Kulissenführung
auf das Schaltschloß ein,
um dieses im Auslösefall
zu entriegeln, wodurch federkraftunterstützt ein Schaltschloß-Fortsatz
mit dem kontaktseitigen Bereich des Doppelkontakt-Schlagstücks in Verbindung
tritt, so daß dieses
in den geöffneten
Zustand übergeht.
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Um das Schaltschloß über den
von außen betätigbaren
Griff manuell zu betätigen,
ist ein entsprechendes Kurbelgetriebe vorhanden.
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Ergänzend ist es möglich, im
Gehäuse
ein Relais zur Fernauslösung
und/oder eine Einrichtung zur Fernüberwachung vorzusehen.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand
eines Ausführungsbeispiels
sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine
Darstellung des Sicherungsautomaten im eingeschalteten Zustand und
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2 eine
Darstellung ähnlich
wie 1, jedoch im ausgeschalteten
Zustand.
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In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 1 das
bewegliche und mit dem Bezugszeichen 2 das feste Kontaktstück bezeichnet.
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Das bewegliche Kontaktstück 1,
d.h. der Doppelkontakt, weist etwa im Schwerpunkt eine Bohrung 1A auf,
mit der eine Lagerung in der Kulisse 17 erfolgt.
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Mit dem Bezugszeichen 4 ist
ein Auslöseelement
bezeichnet, das einen ersten Arm 4.1 und einen zweiten
Arm 4.2 besitzt.
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Das Auslöseelement 4 besitzt
am ersten Armende 4.1 eine Aussparung, mit der eine Verbindung zum
Bimetall-Auslöser 5 gewährleistet
ist.
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Das Schaltschloß 3 ist in der U-förmig aufgebauten
Kulisse 17 gelagert und über einen Griff 6 durch
einen Bügel 6B betätigbar.
Der Griff 6 wiederum ist in einer Aufnahme 10E gelagert
und schwenkbar. Griff 6 und Bügel 6B stellen ein
Kurbelgetriebe dar.
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Der mit dem Bezugszeichen 9 dargestellte magnetische
Kurschluß-Momentauslöser besteht aus
einem U-förmigen
Gestell 9M, einer Erregerspule 9S, einem ersten
Tauchanker 9T1 und einem zweiten Tauchanker 9T2,
die mit zwei unabhängigen
Bolzen 9B1 und 9B2 miteinander verbunden sind.
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Weiterhin ist eine Rückstellfeder 9F und
ein Dauermagnet DM vorgesehen.
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Zwischen dem unteren Ende des Bügels 6B und
einem Angriffspunkt des Auslöseelements 4 ist eine
Klinke 4.3 vorgesehen, die als Sperre wirkt und den Bügel 8B hält.
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Diese Klinke 4.3 wird mit
einem Stift am Auslöseelement
gehalten.
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Zwischen dem zweiten Arm 4.2 des
Auslöseelements 4 und
dem oberen Ende des Bolzens 9B1 ist ein Abstand von ca.
0,8 mm und zwischen dem Angriffspunkt 1P des beweglichen
Kontaktstücks 1 ein
Abstand von etwa 1,5 mm im eingeschalteten Zustand vorgesehen, d.h.
dann, wenn die kontaktgebenden Teile des Doppelkontaktstücks an den festen
Kontaktstücken 2 anliegen.
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Bei Dauerüberschreitung wirkt der thermische
Auslöser
bzw. das Bimetall 5 auf den Angriffspunkt des ersten Arms 4.1 des
Auslöseelements 4. Bei
Dauerüberschreitung
eines bestimmten Stromwerts drückt
er den Arm 4.1 seitlich weg und vermittelt dadurch eine öffnende
Bewegung. Infolge dessen wird die Klinke 4.3 verdreht und
der Bügel 6B kommt frei.
Das Schaltschloß wird
infolge von der Schenkelfeder 3.1 nach unten gedrückt, so
daß sich
das bewegliche Kontaktstück 1 in
einen "offenen" Zustand bewegt.
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Mit Abkühlung des Bimetalls wird die
Klinke 4.3 in ihre Grundposition zurückgeschoben und es wird die
Ausgangsposition des Bügels 6B erreicht,
so daß ein
Wiedereinschalten möglich
ist.
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Für
den Einschaltvorgang wird der Griff 6 nach links bewegt.
Ein Ausschalten erfolgt durch eine Rechtsbewegung, wobei hier das
Schaltschloß von der Feder 3.1 und
vom Griff 6 nach unten gedrückt wird und hierbei ein Wegdrehen
des beweglichen Kontaktstücks 1 erfolgt.
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Beim Auftreten eines kleinen Überstroms wird
der erste Tauchanker 9T1 nach Überwindung der Fesselungskraft
der Druckfeder 9F in die Spule 9S hineingezogen
und durch einen Schlag des Bolzens 9B1 auf den Angriffspunkt
am zweiten Arm 4.2 die Abschaltmechanik freigegeben.
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Bei kleineren Überströmen wird der Bolzen 9B1,
der durch die Federkräfte
gefesselt ist, in die Lage versetzt, diese Kräfte zu überwinden. Als Fesselungsfeder
wirkt hier ergänzend
die Feder 4F, die mit ihrem einen Ende an einer Nase der
Kulisse und mit ihrem anderen Ende am zweiten Arm 4.2 des Auslöseelements 4 anliegt.
Der zweite Arm 4.2 dreht die Klinke 4.3 weg und
gibt den Bügel 6B frei,
welcher das Schaltschloß 3 aktiviert,
das wiederum unter Wirkung der Feder 3.1 das bewegliche
Kontaktstück 1 nach
unten bewegt.
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Die Feder 3.1 ist einerseits
an einer Stelle 3.2 am Gehäuse 10 und andererseits
an einem Anschlag 3.3 des Schaltschlosses 3 gelagert.
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Wie bereits erwähnt, wird bei einem geringen Überstrom über einen
längeren
Zeitraum der thermische Auslöser,
d.h. der Bimetallstreifen 5, der vom Betriebsstrom indirekt
durchflossen ist, aktiviert und nach links ausgelenkt unter Mitnahme
des ersten Arms 4.1.
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Bei einem großen Überstrom, d.h. einem Wert etwa
ab dem 10-fachen Nennstrom, werden die Tauchanker 9T1 und 9T2 schlagartig
angehoben und mit ihren Bolzen 9B1 und 9B2 gemeinsam
auf den Angriffspunkt des zweiten Arms 4.2 des Auslöseelements 4 bewegt.
Hierdurch wird die Schaltmechanik geöffnet. Im Anschluß erfolgt
eine Fortsetzung der Bewegung gegen den Angriffspunkt 1P des
beweglichen Kontaktstücks 1,
mit der Folge, daß die
kontaktgebenden Teile des beweglichen Kontaktstücks 1 sofort mit großer Geschwindigkeit
von den festen Kontaktstücken 2 abgehoben
werden, so daß in
sehr kurzer Zeit ein großer
Kontaktabstand gebildet wird.
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Nach Zurücklegen der kurzen Wegstrecke von
etwa 0,8 mm treffen also die Bolzen 9B1 und 9B2 auf
das untere Teil des Auslöseelements 4 am
unteren Arm auf, wodurch letztere eine Schwenkung um den Drehpunkt 4G entgegen
dem Uhrzeigersinn ausführt.
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Infolge dessen aktiviert der erste
Arm 4.1 mittels der Klinke 4.3 den Bügel 6B des
Schaltschlosses und führt
zu einem Ausklinken. Unter Wirkung der Feder 3.1 dreht
sich der bewegliche Kontakt 1 nach unten, wobei gleichzeitig
der Griff 6 in die "Aus"-Position zurückkehrt.
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Bei der Drehung des beweglichen Kontaktstücks 1 nach
unten wird der Abstand zwischen festem und beweglichem Kontaktstück weiter
vergrößert.
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Die Eingangs- und Ausgangsklemmen
sind mit den Bezugszeichen 12 und 22 bezeichnet. 18 ist ein
Anschlußbügel für den Bimetallstreifen 5.
Der Anschlußarm
für das
feste Kontaktstück
trägt das
Bezugszeichen 15. Ein Relais zur Fernauslösung ist
mit 23 und ein Überwachungsschaltkontakt
mit 24 bezeichnet. 25 ist die Rückstellfeder
des Griffs 6.
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Eine Verdoppelung des Öffnungswegs
der Kontaktstücke
ergibt sich dadurch, daß der
Betriebsstrom von der stromzuführenden
Schiene mit einem Kontaktstück
des Doppelkontaktstücks
aufgenommen wird und mit dem anderen Kontaktstück an die stromwegführende Schiene
eine Weiterleitung erfolgt.
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Das Magnetgestell 9M des
Kurzschlußstrommoment-Auslösers 9 ist
von der stromdurchflossenen Spule 9S weitestgehend isoliert.
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Der thermische Auslöser 5 besteht
aus einem Bimetall mit Stromwechsler, welcher zwischen der einen
Anschlußklemme
und einer Verbindungslitze zum Stromwechsler angeordnet und mit
dem unteren Teil über
den U-förmigen
Leiter 18 in Verbindung mit der weiteren Klemme des Stromwechslers steht,
so daß sich
der gewünschte
indirekte Betriebsstrom-Durchfluß ergibt. Der Uförmige Leiter 18 kann gleichzeitig
als Bimetallhalterung wirken und ist vom Magnetgestell 9M elektrisch
isoliert. Die Stromversorgung des Bimetalls erfolgt indirekt, und
zwar durch Verwendung des Stromwechslers, welcher primärseitig
zwischen der Anschlußklemme 22 und
einer festen Verbindung zur Spule 9S1 angeordnet ist. Die
Sekundärseite
des Stromwechslers ist mit dem Bimetall elektrisch fest verbunden.
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Die Kulisse 17 des Kurzschlußmoment-Auslösers 9 kann
U-förmig
ausgebildet sein. Diese Kulisse ist bei einer Ausführungsform
Bestandteil des Magnetgestells 9M. Die zweiarmige Ausführungsform des
Auslöseelements 4 besitzt
bei der zeichnerisch dargestellten Variante eine Z-Form und es erfolgt eine
Lagerung um den Punkt 4G. Bei thermischer oder magnetischer
Auslösung
erfolgt, wie vorstehend kurz umrissen, ein Verdrehen der Klinke 4.3,
so daß das
Schaltschloß 3 frei
wird und der bewegliche Kontakt in die "Aus"-Position übergeht.
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Die Lagerung des beweglichen Kontaktstücks erfolgt
derart, daß eine
unmittelbare Krafteinwirkung des Schlagbolzens realisierbar ist,
um die Öffnungsgeschwindigkeit
der Schalteinrichtung unabhängig
von der Trägheit
der übrigen
Mechanik zu halten.