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.Switch lock for electrical circuit breakers, especially for fault current circuit breakers
The invention relates to a switch lock for electrical circuit breakers, in particular
for residual current circuit breakers, with one in the on position by means of a toggle lever system
secured position when unlocking by means of an electromagnetic
Trigger under the action of the unlockable, from a spring-loaded pawl
existing energy storage device reaches the switch-off position. When switching on
such a switch lock is the toggle system consisting of several links
brought into an over-center position, when it is switched off, one strikes under spring force
standing pawl one of the hinge points of the toggle system from the dead center position
out. Here, the force of the spring loading the pawl must be greater than that
Force that keeps the pivot point in its over-center position. The power to unlock
apart from leverage, the pawl is by the factor of the coefficient of friction
smaller and is applied by an electromagnetic release, its magnet armature
is about twice as long as the arm actuating the latch, so that a relatively
large working stroke and a correspondingly large electrical power at the release are required
are. This force for unlocking the pawl is determined by given dimensions
of the residual current circuit breaker selected as an example, the sensitivity of the same
or, with a given sensitivity, the dimensions, since this force over one of
an electromagnetic release controlled by a summation current transformer is applied,
both of which must be dimensioned accordingly.
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.In an arrangement that has already been proposed, that of the electromagnetic acts
Trigger for unlocking applied force on a rotatable pawl. To be safe
To unlock, the pawl must turn a certain degree of angle. Through this
is also the leverage between the armature and the one actuating the pawl
Arm set. An increase in the leverage is limited for reasons of
Spatial conditions of the switch and also because of the influence of the position of the switch
not possible.
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.In order to be able to manage with lower trigger energies, it was proposed that
a centrally mounted release lever influenced by the electromagnetic release
to act on a latch latching a switch-on plunger and at the same time
the arrangement of the bearing point of the release lever and of the bearing and application point
to choose a resilient member acting on this so that these points approximate
lie on a straight line, so that the at the latch point between a trigger element
and the pressure occurring on the trip lever is small, which triggers the circuit breaker
available energy, however, as the angle of rotation of the release lever increases
grows strongly. This arrangement has the disadvantage that the trip time of the switch
is relatively long and that the arrangement takes up a lot of space.
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.According to the invention is used to unlock the energy storage device from the electromagnetic
Trigger force to be applied is significantly reduced by the fact that between the unlockable,
the energy storage mechanism acting on the toggle lever system and the electromagnetic release
several spring-loaded pawls with towards the electromagnetic trigger
lower gear ratio than 1 are switched in succession, of which
one triggers the other. To essentially only frictional forces for the latching
apply, the interlocked levers of the spring-loaded are still available
Pawls perpendicular to each other. The magnet armature of the electromagnetic release
is advantageously given a smaller lever arm towards the magnetic pole than towards
the handle. In particular, the lever arms of the armature are in the unloaded position
State in equilibrium. Furthermore, all pawls are arranged so that they are at
when the switch is turned on, it is automatically brought into the locking position
will.
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.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
It shows F i g. 1 is a plan view of a residual current circuit breaker with a switch lock
and release device when switched on,
F i g. 2 is a plan view
like F i g. 1, but in the switched-off state, FIG. 3 a partial drawing in the direction
of arrow I of FIG. 1, Fig. 4 shows a kinematic representation of the forces
the toggle system and the pawls.
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.The residual current circuit breaker according to FIG. 1 to 3 contains a slide switch, whose longitudinally movable switching element 1 has four current bridges 2, 3, 4, '5' for switching the mains phases R, S, T, MP and 'another current bridge 6 in the test circuit PP. On the terminals The consumer device is connected to U, V, W, M. A compression spring 7 presses the switching element 1 against the toggle lever system consisting of three articulated links 8, 9, 10. The articulated link 8 is connected to the manually operable axis of rotation 11, while the articulated link 10 with; the switching element 1 is in an articulated connection. - .._ An electromagnetic release 12 is used to trigger the switch, the magnet armature 13 of which is rotatably mounted in the pivot point 14. The longer lever arm of the magnet armature 13 presses under the action of the tension spring 15 against the nose 16 of a pawl 18 which is rotatable about the axis 17 and which is loaded by a tension spring 19. The pawl 18 works via an angle lever 21 loaded by the tension spring 20 with which we act as a striking member kenden pawl 22 together. The latter carries a cam 23 and is loaded by the tension spring 24. -If the electromagnetic release 12 pulls the armature 13 as a result of a fault current occurring in the consumer device or a test current replacing the fault current (Fig. 2), the pawl 18 comes free of the armature 13 and rotates together with the angle lever 21 by one certain amount, whereby the pawl 22 Berit = is locked. As a result, the cam 23 of the pawl 22 strikes against a joint of the toggle system and kinks the latter. As a result, the movable switching element 1 arrives under the pressure of the compression spring 7 in the switch-off position.
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.In the following, on the basis of the schematic representation according to FIG. 4 shows how the inventive: Switching mechanism: the force to be applied by the electromagnetic release is reduced. The trace ABCD represents the switched-on position it (g F i. 1) toggle lever system to the hinge members 8, 9, 10. The pivot points B and C are in top dead center position and of the force Q in -. Retained this position. In addition to, Q: the force P is also determined by four geometrical positions of the joint members 8, 9, 10, in particular from the over-center position of the joint point C with respect to the connecting line of the joint points B and D. It is chosen so large that the toggle system remains vibration-proof and should be assumed to be constant.
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.The force P1 of the lever arm EF of the pawl 22 must be greater than P by a safety factor k1; so that, when triggered, point C is safely brought into the articulated position. It is: thus Pl = kl P.
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.The pull-off force P2 necessary for triggering the pawl 22 at F on the lever FGH is determined by the coefficient of friction, u1 and the lever transmission ratio EI-EF = ü1, so that P2 = ü1. @1. P1 = ü1. g1. k1. P will.
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.Since the angle lever 21 has the same lever arms F @ G = .GH , the same force P2 is also required at point H. The lever arm GK of the pawl 18 engages at H. The force at point H must be greater than P2 by a safety factor k2, so that, taking into account the lever transmission ratio ü2 = GH: GK, a force P3 results. Here, P3 = ü2 , k2 , p2 = Ü2- ü1 -1U1, k1, k2 -p-The withdrawal force P4 on the lever arm MK at K of the magnet armature 13 becomes _ _ p4 - ß2. P3 - ü1. ü2. y1 -1U2 . k1 . k2 . p and thus the attraction force PS required on the lever arm LM of the magnet core 13, taking into account the lever transmission ratio The required anchor spacing S is reduced to a 3-fold value by the transmission ratio 1: ü3. With the reduction of the air gap S between: the magnet armature 13 and the core of the magnetic release 12, the tensile force of the electromagnet increases exponentially, so that: the required attraction force of the electromagnetic release PM and thus also the electrical power required for the required excitation by about 32 gets smaller. The result for the attraction force on the magnet armature is 3.3 PM = ül'ü2'ü3'.1U1-ß2-kl'k2-p.-The extension of the release distance requires only a linear increase in the release force while the release path remains the same. This results in a gain in tensile force of the electromagnetic release 12, which results in greater sensitivity of the switch. On the other hand, if the sensitivity is not to be increased, the triggering can take place with lower electrical power. In this way, for example, the dimensions of the summation current transformer and thus also of the circuit breaker can be reduced.