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Schaltschloß für elektrische Selbstschalter, insbesondere für Fehlerstrom-.Schutzschalter
Die Erfindung betrifft ein Schaltschloß für elektrische Selbstschalter, insbesondere
für Fehlerstrom-Schutzschalter, mit einer in der Einschaltstellung durch ein Kniehebelsystem
gesicherten Stellung, das bei der Entriegelung mittels eines elektromagnetischen
Auslösers unter der Wirkung des entriegelbaren, aus einer federbelasteten Klinke
bestehenden Kraftspeichers in die Ausschaltstellung gelangt. Bei der Einschaltung
eines solchen Schaltschlosses wird das aus mehreren Gliedern bestehende Kniehebelsystem
in eine übertotpunktlage gebracht, bei der Ausschaltung schlägt eine unter Federkraft
stehende Klinke einen der Gelenkpunkte des Kniehebelsystems aus der Totpunktlage
heraus. Hierbei muß die Kraft der die Klinke belastenden Feder größer sein als die
Kraft, die den Gelenkpunkt in seiner übertotpunktlage hält. Die Kraft zum Entriegeln
der Klinke ist, abgesehen von Hebelübersetzungen, um den Faktor des Reibungskoeffizienten
kleiner und wird von einem elektromagnetischen Auslöser aufgebracht, dessen Magnetanker
etwa doppelt so lang ist wie der die Klinke betätigende Arm, so daß ein verhältnismäßig
großer Arbeitshub und eine entsprechend große elektrische Leistung am Auslöser erforderlich
sind. Dieser Kraft zum Entriegeln der Klinke bestimmt bei vorgegebenen Baumaßen
des als Beispiel gewählten Fehlerstrom-Schutzschalters die Empfindlichkeit desselben
bzw. bei vorgegebener Empfindlichkeit die Baumaße, da diese Kraft über einen von
einem Summenstromwandler gesteuerten elektromagnetischen Auslöser aufgebracht wird,
die beide entsprechend dimensioniert sein müssen.
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In einer bereits vorgeschlagenen Anordnung wirkt die vom elektromagnetischen
Auslöser zum Entriegeln aufgebrachte Kraft auf eine drehbare Klinke. Zur sicheren
Entriegelung muß sich die Klinke um einen gewissen Winkelgrad drehen. Hierdurch
ist auch die Hebelübersetzung zwischen dem Magnetanker und dem die Klinke betätigenden
Arm festgelegt. Eine Vergrößerung der Hebelübersetzung ist aus Gründen der beschränkten
Raumverhältnisse des Schalters und auch wegen des Einflusses der Lage des Schalters
nicht möglich.
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Es wurde, um mit kleineren Auslöseenergien auskommen zu können, vorgeschlagen,
einen vom elektromagnetischen Auslöser beeinflußten, mittig gelagerten Auslösehebel
auf eine einen Einschaltstößel verrastende Klinke einwirken zu lassen und dabei
die Anordnung des Lagerpunktes des Auslösehebels und von Lager- und Angriffspunkt
eines auf diesen einwirkenden federnden Gliedes so zu wählen, daß diese Punkte annähernd
auf einer Geraden liegen, so daß der an der Verklinkungsstelle zwischen einem Auslöseorgan
und dem Auslösehebel auftretende Druck klein ist, die zur Auslösung des Schutzschalters
zur Verfügung stehende Energie jedoch mit zunehmendem Drehwinkel des Auslösehebels
stark anwächst. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Auslösezeit des Schalters
verhältnismäßig lang wird und daß die Anordnung viel Raum beansprucht.
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Erfindungsgemäß wird die zum Entriegeln des Kraftspeichers vom elektromagnetischen
Auslöser aufzubringende Kraft dadurch wesentlich verringert, daß zwischen dem entriegelbaren,
auf das Kniehebelsystem wirkenden Kraftspeicher und dem elektromagnetischen Auslöser
mehrere federbelastete Klinken mit in Richtung auf den elektromagnetischen Auslöser
kleinerem Übersetzungsverhältnis als 1 nacheinander geschaltet sind, von welchen
die eine die andere auslöst. Um im wesentlichen nur Reibungskräfte für die Verklinkung
anzuwenden, stehen weiterhin die miteinander verklinkten Hebel der federbelasteten
Klinken jeweils senkrecht aufeinander. Der Magnetanker des elektromagnetischen Auslösers
erhält vorteilhaft zum Magnetpol hin einen kleineren Hebelarm als in Richtung auf
die Klinke. Insbesondere befinden sich die Hebelarme des Magnetankers im unbelasteten
Zustand im Gleichgewicht. Ferner sind sämtliche Klinken so angeordnet, daß sie bei
der Einschaltung des Schalters selbsttätig in die Verriegelungsstellung gebracht
werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Fehlerstrom-Schutzschalter mit Schaltschloß
und Auslösevorrichtung im Einschaltzustand,
F i g. 2 eine Draufsicht
wie F i g. 1, jedoch im Ausschaltzustand, F i g. 3 eine Teilzeichnung in Richtung
des Pfeiles I der F i g. 1, F i g. 4 eine kinematische Darstellung der Kräfte an
dem Kniehebelsystem und an den Klinken.
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Der Fehlerstrom-Schutzschalter nach F i g. 1 bis 3 enthält einen Schiebeschalter,
.dessen längsbewegliches Schaltglied 1 vier Strombrücken 2, 3, 4,'5 für' die Schaltung
der Netzphasen R, S, T, MP und"eine weitere im Prüfstromkreis P-P liegende
Strombrücke 6 besitzt. An den Klemmen U, V, W, M, ist das Verbrauchergerät
angeschlossen. Eine Druckfeder 7 drückt -das Schaltglied 1 gegen das aus drei Gelenkgliedern
8, 9, 10 bestehende Kniehebelsystem. Das Gelenkglied 8 ist mit der von Hand bedienbaren
Drehachse 11 verbunden, während das Gelenkglied 10 mit ;dem Schaltglied 1 in ,gelenkiger
Verbindung steht. - .._ Zur Auslösung des Schalters dient ein elektromagnetischer
Auslöser 12, dessen Magnetanker 13- im Drehpunkt 14 drehbeweglich gelagert ist.
Der längere Hebelarm des Magnetankers 13 drückt unter - der Wirkung der Zugfeder
15 gegen die Nase 16 einer um die Achse 17 drehbaren Klinke 18, die
durch eine Zugfeder 19 belastet ist. Die Klinke 18 arbeitet über einen von der Zugfeder
20 belasteten Winkelhebel 21 mit der als Schlagglied wirkenden Klinke 22 zusummen.
Letztere trägt einen Nocken 23 und wird von der Zugfeder 24 belastet. -Zieht der
elektromagnetische Auslöser 12 den Magnetanker 13 infolge eines im Verbrauchergerät
auftretenden Fehlerstromes oder eines den Fehlerstrom ersetzenden Prüfstromes an
(F i g. 2), so kommt die Klinke 18 von dem Magnetanker 13 frei und dreht sich zusammen
mit dem Winkelhebel 21 um einen gewissen Betrag, wobei auch die Klinke 22 Berit=
riegelt wird. Infolgedessen schlägt .der Nocken 23 der Klinke 22 gegen ein Gelenk
des Kniehebelsystems und knickt letzteres aus. Das bewegliche Schaltglied 1 gelangt
dadurch unter .dem Druck der Druckfeder 7 in die Ausschaltstellung.
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Nachfolgend soll an Hand der schematischen Darstellung nach F i g.
4 gezeigt -werden, wie das erfindungsgemäße :Schaltschloß :die vom elektromagnetischen
Auslöser aufzubringende Kraft verkleinert. Der Linienzug A B C D stellt die
Einschaltstellung es Kniehebelsystems mit den Gelenkgliedern 8, 9, 10 (F i g. 1)
dar. Die Gelenkpunkte B und C befinden sich in Übertotpunktlage und werden von der
Kraft Q in -dieser Lage gehalten. Die Kraft P wird außer von,Q :auch von
vier geometrischen Lage der Gelenkglieder 8, 9, 10, insbesondere von der
übertotpunktlage des Gelenkpunktes C gegenüber der Verbindungslinie der Gelenkpunkte
B und D bestimmt. Sie wird so groß gewählt, daß das Kniehebelsystem erschütterungssicher
bleibt und soll als konstant vorausgesetzt werden.
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Die Kraft P1 des Hebelarmes EF der Klinke 22
muß um einen Sicherheitsfaktor
k1 größer sein als P; damit bei Auslösung der Punkt C sicher in die Knickstellung
gebracht wird. Es ist :also Pl=kl P.
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Die für die Auslösung der Klinke 22 notwendige Abzugskraft P2 bei
F an dem Hebel F G H wird durch den an dieser Stelle gültigen Reibungskoeffizienten
,u1 und das Hebelübersetzungsverhältnis EI-EF = ü1 bestimmt, so daß P2
= ü1. @1. P1 = ü1. g1. k1. P
wird.
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Da der Winkelhebel 21 gleiche HebelarmeF@G = .GH
besitzt, wird
die gleiche Kraft P2 auch im Punkt H benötigt. Der Hebelarm GK der Klinke 18 greift
bei H an. Die Kraft an der Stelle H muß um einen Sicherheitsfaktor
k2 größer sein als P2, so daß sich unter Berücksichtigung des Hebelübersetzungsverhältnisses
ü2 = GH: GK eine Kraft P3 ergibt. Hierbei ist P3 = ü2 , k2
, p2 = Ü2- ü1 -1U1 , k1 , k2 -p-Die Abzugskraft P4 am Hebelarm M K bei K
des Magnetankers 13 wird _ _ p4 - ß2 . P3 - ü1 . ü2 . y1 -1U2 . k1
. k2 . p und damit die am Hebelarm L.M des Magnetkerns 13 notwendige
Anzugskraft PS unter Berücksichti= gung des Hebelübersetzungsverhältnisses
Durch .das - Übersetzungsverhältnis 1:ü3 wird der benötigte Ankerabstand S auf den
ü3-fachen Wert verkleinert. Mit der Verringerung des Luftspaltes S zwischen :dem
Magnetanker 13 und dem Kern des magnetischen Auslösers 12 nimmt die Zugkraft des
Elektromagneten exponential zu, so daß :die benötigte Anzugskraft des elektromagnetischen
Auslösers PM und damit auch die für die erforderliche Erregung notwendige elektrische
Leistung etwa um ü32 kleinerwird. Es ergibt sich somit für die Anzugskraft am Magnetanker
3.3 PM = ül'ü2'ü3'.1U1-ß2-kl'k2-p.-Die Verlängerung des Auslöseafmes verlangt
bei gleichbleibendem Auslöseweg nur eine lineare Vergrößerung der Auslösekraft.
Damit resultiert ein Gewinn an Zugkraft des elektromagnetischen Auslösers 12, was
eine größere Empfindlichkeit des Schalters zur Folge hat. Andererseits kann, falls
die Empfindlichkeit nicht gesteigert werden soll, die Auslösung mit geringerer elektrischer
Leistung erfolgen. Hierdurch können beispielsweise die Abmessungen des Summenstromwandlers
und damit auch des Schutzschalters verkleinert werden.