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Die
Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschalter
mit einem durch ein Schaltschloß verklinkbaren
Kontaktsystem, das pro Phase mindestens einen bewegbaren Kontakthebel
und einen festen Gegenkontaktaufweist, bei dem der bewegliche Kontakthebel
bei auftretenden hohen Strömen,
zum Beispiel bei Kurzschlüssen,
infolge elektrodynamischer Kräfte
entgegen der Wirkung einer Kontaktkraftfeder abhebt.
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Bei
strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschaltern werden extrem
kurze Auslösezeiten
von wenigen Millisekunden angestrebt. Die normalen Auslösezeiten
bei Leistungsschaltern sind länger,
denn beim klassischen Aufbau eines dynamisch festen, oder selektiv
staffelbaren Leistungsschalters ist das Kontaktsystem in sich völlig starr. Die
Kontakte bleiben geschlossen, bis sie an anderer Stelle freigegeben
werden. Der Auslösemagnet
muß zum
Ansprechen gebracht werden, was eine verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch
nimmt und es muß dazu
eine komplette Schaltmechanik freigegeben werden, in der eine relativ
große
Anzahl von Teilen bewegt werden muß. Daraus resultiert aber auch, daß der Schalter
bezüglich
der Stromführungsfähigkeit
die hohe Belastung aushalten muß und
nicht vorher durch Überhitzung
beschädigt
oder zerstört
wird. Das kann dadurch umgangen werden, daß die elektrodynamischen Stromkräfte selbst
zur Kontaktöffnung
ausgenutzt werden. Dafür
gibt es eine Reihe unterschiedlicher Prinzipien. Eines besteht darin,
zu bewirken, daß die
abhebenden Kontaktkräfte bei
hohen Strömen
zur Wirkung kommen können,
bevor eine normale mechanische Verklinkung im Schalterantrieb freigegeben
wird. Das beruht darauf, daß jeder
stumpf aufeinander treffende Kontakt durch die Stromengekräfte eine
abstoßende
Wirkung erfährt und
wenn die Kontakte nicht durch Fremdkräfte zusammengehalten werden,
heben sie bei einer bestimmten Stromstärke ab. Der auftretende Schaltlichtbogen
wirkt dabei als strombegrenzender Widerstand. Mit dem Öffnen der
Kontakte muß dann
auch der Schaltmechanismus in die Ausschaltstellung gebracht und
der Kontaktträger
mit dem Schaltmechanismus wieder verriegelt werden.
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Die
FR-PS 721 451 beschreibt einen Gleichspannungs-Schnellschalter, bei dem die Stromkräfte durch
einen vom Kontaktsystem getrennten, bei einer Stromerhöhung ansprechenden
elektromechanischen Wandler erzeugt werden. Durch die AT-PS 250 479
ist ein strombegrenzender Schalter bekannt geworden, dessen beweglicher
Schalthebel in der Einschaltstellung durch eine Verklinkung gehalten
ist, die sowohl mittels einer durch elektrodynamische Kräfte hervorgerufenen
Bewegung des beweglichen Schalthebels als auch durch einen elektromagnetischen Überstromauslöser lösbar ist.
Die Übertragung der
Auslösebewegung
des Überstromauslösers auf die
Verklinkungsstelle geschieht dabei durch mehrere Zwischenglieder.
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In
der DE-PS 1 801 071 ist ein Niederspannungs-Leistungsschalter mit
einer schleifenförmigen Strombahn,
die auseinandertreibende kontaktöffnende
Kräfte
erzeugt, dargestellt, bei dem durch die, bei besonders hohen Überströmen auftretenden,
elektrodynamischen Kräfte
im Kontaktsystem der Schalthebel entgegen der Kraft einer Feder
bewegt wird. Am bewegbaren Kontakthebel ist eine Stange vorgesehen,
die sich mit einer Rolle an einem Sperrglied abstützt. Durch
dieses Sperrglied, das seinerseits gegen Federkraft verschiebbar
ist und eine Rolle wird ein Klinkenhebel verschoben und freigegeben,
wodurch der Schalthebel in die Ausschaltlage gebracht werden kann.
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Eine
andere Möglichkeit
zur schnellen Kontaktöffnung
auf Grund von Stromkräften
ist in der
DE-OS 14 63 312 beschrieben.
Hier wird der durch einen auftretenden hohen Strom aufgeschleuderte, in
einem fliegenden Drehpunkt gelagerte Kontakt durch eine Verklinkungsmechanik
in der geöffneten Stellung
festgehalten und über
einen Hebelmechanismus die normale Kraftspeicher-Auslösewelle
betätigt,
wodurch der Schalter in seine endgültige Ausschaltlage gebracht
wird.
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Die
DE-OS 15 13 341 beschreibt
einen weiteren derartigen Leistungsschalter, bei dem bei einem hohen
Kurzschlußstrom
infolge der elektrodynamischen Kräfte eine abstoßende Wirkung
zwischen den beiden Kontaktelementen zustande kommt. Dabei löst sich
beim Schwenken des Kontaktträgers
mit dem bewegbaren Kontakt in einer Verriegelungseinrichtung die
Verriegelung des Kontaktträgers
mit dem Schaltmechanismus und ein Traghebel wird gedreht. Über zwei
weitere, als Doppelhebel wirkende Hebel, wird die Auslösewelle
gedreht, die eine Entklinkung des Schaltschlosses bewirkt.
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Eine
andere Lösung
zur strombegrenzenden Abschaltung zeigt die DE-PS 1 463 311. Bei
dieser Bauart ist das bewegliche Kontaktstück auf einem schwenkbaren Hebel
gelenkig gelagert. Im Kurzschlußfall
wird durch die Bewegung des beweglichen Kontaktstücks infolge
elektromechanischer Kräfte eine
Kontaktstücksperre
gelöst,
so daß die
Kontaktfeder entspannt und das bewegliche Kontaktstück in die
Aus-Stellung geschleudert wird.
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Die
DE-OS 25 11 948 beschreibt
einen gattungsgemäßen Schalter,
bei dem durch eine elektrodynamische Öffnungsbewegung des beweglichen Kontaktstücks sofort
nach der Kontaktöffnung
und bei ansteigender Kontaktfederkraft eine Hebelanordnung zur direkten
Entklinkung des Schaltschlosses betätigt wird. Dazu ist das bewegliche
Kontaktstück auf
einem Träger
drehbar gelagert und in der Einschaltstellung von einer sich am
Träger
abstützenden Kontaktkraftfeder
gegen das Fest-kontaktstück
gepresst. Der Träger
ist an einem ortsfesten Drehpunkt gelagert und im Einschaltzustand
vom Schaltschloß starr
verriegelt. Die Öffnungsbewegung
des beweglichen Kontaktstücks
zur Entriegelung des Trägers wird über eine
Hebelanordnung auf das Schaltschloss und auf die Verriegelung des
Trägers
geleitet.
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Die
Druckschrift
US 3,786,382
A beschreibt einen elektrischen Schalter mit thermischem
Auslöser,
der bei unzulässig
hohen Strömen
auf eine Verklinkung einer durch eine Feder in Strecklage gehaltenen
Kniehebelverbindung zwischen einem Handhebel und einem beweglichen
Kontakt wirkt.
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Die
Druckschrift
US 3,646,488
A beschreibt einen elektrischen Schalter, bei dem ein Handhebel mittels
einer Knickhebelverbindung mit einem beweglichen Kontakt verbunden
ist. Der bewegliche Kontakt weist einen Fortsatz 27 auf, der beim
Abheben des beweglichen Kontaktes auf die Verbindungsstelle der
Knickhebelverbindung wirkt und damit die Knickhebelverbindung zum
Einknicken bringt.
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Die
Druckschrift
DE 19
33 576 C2 beschreibt einen Strombegrenzungsschalter mit
einem sperrbaren Kontaktsystem, das einen bewegbaren Kontakthebel
und einen festen Gegenkontakt aufweist und bei dem der bewegliche
Kontakthebel bei auftretenden hohen Strömen infolge elektrodynamischer
Kräfte
entgegen der Wirkung einer Kontaktkraftfeder abhebt. Bei diesem
bekannten Strombegrenzungsschalter ist als Verbindung zwischen einem
den Kontakthebel tragenden Kontakthebelträger und einer Schaltwelle des
Schalters eine Knickhebelverbindung vorgesehen, die durch miteinander
gelenkig verbundene Teillaschen und einem eine Druckfeder und einen
Anschlag aufnehmenden Führungsgehäuse gebildet
ist, wobei die Teillaschen durch die Feder zur Einnahme einer Strecklage
beaufschlagt sind. Der Kontakthebelträger ist durch ein Schwenklager mit
einem Stützhebel
verbunden und der bewegbare Kontakthebelträger weist eine Anschlagfläche zur Einwirkung
auf eine der Teillaschen durch eine Schwenkbewegung des Kontakthebelträgers derart auf,
dass die Teillaschen durch diese Anschlagfläche aus ihrer Strecklage auslenkbar
sind. Die Anschlagfläche
ist dabei von einem an eine der Teillaschen angelenkten Arm des
Kontakthebelträgers
gebildet.
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Alle
vorgenannten Schalter haben gemeinsam den Nachteil, daß für die Realisierung
der Strombegrenzung eine Vielzahl zu bewegender Teile, teilweise
auch nur für
die Strombegrenzung zusätzlich
erforderliche Bauelemente, vorhanden sind. Das ist mit hohem mechanischem
und fertigungstechnischem Aufwand verbunden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend von einem strombegrenzenden
Niederspannungs-Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 (
DE-OS-25 11 948 )
folglich darin, einen strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschalter
vorzuschlagen, der ohne wesentlichen konstuktiven und fertigungstechnischen
Aufwand aus einem normalen serienmäßigen Schalter abgeleitet werden
kann, ohne daß an
diesem wesentliche Veränderungen
vorgenommen werden müssen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei
als Verbindung zwischen einem den zumindest einen Kontakthebel tragenden
bewegbaren Kontakthebelträger
und der Schaltwelle eine Knickhebelverbindung vorgesehen ist, die
durch miteinander gelenkig verbundene Teillaschen gebildet ist,
die durch eine Feder derart beaufschlagt sind, daß sie eine
gestreckte Lage einnehmen. Der bewegbare Kontakthebelträger ist
dabei nicht, wie bisher üblich,
starr, sondern durch ein, vorzugsweise durch eine Welle gebildetes,
Schwenklager mit seinen Stützhebeln
verbunden, so daß er
eine Schwenkbewegung ausführen
kann, wobei der bewegbare Kontaktträger eine Tasche zur Aufnahme und
Verbindung der an ihm angelenkten Teillasche der Knickhebelverbindung
mit dem bewegbaren Kontakthebelträger mittels eines Koppelbolzens
aufweist und wobei eine Kante der Tasche die Anschlagfläche zur
Einwirkung des Kontakthebelträgers
durch seine Schwenkbewegung auf eine der Teillaschen bildet.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß ihre Verwirklichung überwiegend
mit vorhandenen Elementen möglich
ist und ein vergleichsweise geringer Gestaltungsaufwand erforderlich
ist. Es werden keine grundsätzlich
neuen Schalterteile benötigt, sondern
nur abgewandelte Elemente in Form der Teillaschen. Es ist deshalb
möglich,
mit dem gleichen Grundschalter je eine Baureihe für strombegrenzende
und selektiv staffelbare Schalter zu realisieren. Die Knickhebelverbindung
besteht vorteilhaft aus drei Teillaschen, von denen die erste mittels
eines Koppelbolzens in der Tasche des Kontakthebelträgers, deren
obere Fläche
die Anschlagfläche
bildet, gelenkig gelagert ist. Über
ein Mittelgelenk, das durch einen Gelenkbolzen gebildet ist, sind
zwei parallele zweite Teillaschen angelenkt, die an ihrer entgegengesetzten
Seite am Schaltwellenhebel gelenkig gelagert sind. Auf dem Gelenkbolzen
ist eine Drehfeder angeordnet, deren Schenkel die erste und die
zweiten Teillaschen so beaufschlagen, daß die in der Tasche des bewegbaren
Kontaktträgers
befindliche Teillasche gegen die Anschlagfläche in der Tasche des Kontakthebelträgers gedrückt wird,
wodurch die am anderen Ende am Schaltwellenhebel befestigten Teillaschen
eine gestreckte Lage zueinander einnehmen, die einer starren Verbindung
zwischen dem Kontakthebelträger
und der Schaltwelle gleichkommt. Die Knickhebelverbindung kann selbstverständlich auch
umgekehrt angeordnet sein, so daß die Doppelteillasche in der
Tasche des bewegbaren Kontaktträgers
an diesem angelenkt ist.
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Die
Welle des Schwenklagers des bewegbaren Kontaktträgers ist zweckmäßig so positioniert, daß ihre Achse
auf einem Kreisbogen um die Achse der Welle des Stützhebels
durch die Kontakthebelwelle angeordnet ist. Sie kann sich aber auch
außerhalb
oder innerhalb dieses Kreisbogens befinden.
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Beim
Einwirken elektrodynamischer Kräfte auf
die bewegbaren Kontakthebel, werden diese gegen den schwenkbaren
Kontakthebelträger
gedrückt und
verursachen eine Schwenkbewegung desselben. Dadurch wirkt der Kontakthebelträger mittels seiner
Anschlagfläche
auf die Knickhebelverbindung entgegen der Beaufschlagung durch die
Feder ein. Wenn die auf die Kontakthebel wirkenden und von diesen
auf den Kontakt hebelträger übertragenen elektrodynamischen Öffnungskräfte die
Kraft der Feder überwinden,
knickt die Knickhebelverbindung ein und die Kontakte des Schalters
können
sich öffnen. Der
in dieser nicht stabilen Phase des Abschaltvorganges auftretende
Abschaltlichtbogen zwischen den bewegbaren Kontakthebeln und den
feststehenden Gegenkontakten wirkt dabei als strombegrenzender Widerstand.
Wenn im weiteren Verlauf des Abschaltvorganges der elektromagnetische
Schnellauslöser
den Schalter endgültig
abschaltet, wird durch die sich drehende Schaltwelle und ihren Schaltwellenhebel
die Knickhebelverbindung wieder in die gestreckte Lage gebracht,
in der sie nun durch die Feder fixiert wird, was wieder dem quasistarren
Zustand entspricht. Damit ist der Schalter wieder einschaltbereit.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Die 1 zeigt
schematisch einen Pol eines mehrpoligen strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschalters
mit der erfindungsgemäßen Lösung im
eingeschalteten Zustand.
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Die 2 zeigt
die Anordnung gemäß der 1 in
der Übergangsphase
der strombegrenzenden Abschaltung, mit einer durch gestrichelte
Linien angedeuteten endgültigen
Ausschaltstellung des Systems.
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Die 3 zeigt
schematisch einen Kontakthebelträger
gemäß der vorliegenden
Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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Die 4 zeigt
die Ansicht X aus der 3.
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Die 5 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform
der Knickhebelverbindung.
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In
der 1 ist schematisch ein Pol eines mehrpoligen strombegrenzenden
Niederspannungs-Leistungsschalters mit der erfindungsgemäßen Lösung im
eingeschalteten Zustand dargestellt, wobei aus Gründen einer
besseren Übersicht
und Verständlichkeit
konstruktive Details, die nicht erfindungswesentlich sind, weggelassen
wurden. Als Verbindung zwischen dem bewegbaren Kontakthebelträger und
dessen Schaltwelle dient eine Knickhebelverbindung 1 in
Form miteinander gelenkig verbundener Teillaschen 2 und 3,
die durch eine nur schematisch als Funktionselement dargestellte
Feder 4 in Richtung des Pfeils 23 derart beaufschlagt
sind, daß sie
eine gestreckte Lage einnehmen. Der teilweise in einer Schnittdarstellung
gezeigte Kontakthebelträger 5 ist
durch ein, durch eine Welle 6 gebildetes Schwenklager mit
einem Stützhebel 7 verbunden,
so daß er
eine Schwenkbewegung ausführen
kann. Er weist eine Anschlagfläche 8 auf,
die durch eine Schwenkbewegung des Kontakthebelträgers 5 zur Einwirkung
auf die erste Teillasche 2 gebracht wird. Dadurch werden
die Teillaschen 2 und 3 aus ihrer Strecklage ausgelenkt
und das zunächst
starre Hebelsystem eingeknickt. Diese nicht stabile Phase des Abschaltvorganges
ist in der 2 dargestellt.
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Im
Kontakthebelträger 5 sind,
wie in den 3 und 4 dargestellt,
Aussparungen 24 vorgesehen, damit die an dieser Stelle
normalerweise durch diesen hindurchtretende Kontakthebelwelle 25 seine
Schwenkbewegung nicht behindert. Die 5 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform
der Knickhebelverbindung. Diese besteht vorteilhaft aus drei Teil laschen,
von denen die erste Teillasche 2 erfindungsgemäß mittels
eines Koppelbolzens 16 in einer Tasche 17 des
Kontakthebelträgers 5,
deren obere Fläche
die Anschlagfläche 8 bildet,
gelenkig gelagert ist. Über
ein Mittelgelenk 18, das durch einen Gelenkbolzen 19 gebildet
ist, sind zwei parallele zweite Teillaschen 3 und 3a angelenkt,
die an ihrer entgegengesetzten Seite am Schaltwellenhebel 20 mittels
eines Verbindungsbolzens 21 gelenkig gelagert sind. Auf dem
Gelenkbolzen 19 ist die Drehfeder 22 angeordnet,
deren Schenkel 22a und 22b die erste und die zweiten
Teillaschen 2; 3 und 3a so beaufschlagen, daß sie gegen
die Anschlagfläche 8 in
der Tasche 17 des Kontakthebelträgers 5 gedrückt werden,
wodurch sie eine gestreckte Lage zueinander einnehmen, die einer
starren Verbindung zwischen dem Kontakthebelträger und der Schaltwelle gleichkommt.
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Wenn
nun eine Öffnungskraft
auf das System wirkt, indem elektrodynamische Kräfte auf die Kontakthebel 9 einwirken,
werden diese gegen die Auflagefläche 10 des
Kontakthebelträgers 5 gedrückt und
verursachen, zusätzlich
mittels ihrer Kontaktkraftfedern 11, eine Schwenkbewegung
desselben, wie es durch den Pfeil 12 in der 2 angedeutet
ist. Dadurch bewirkt der Kontakthebelträger 5 mittels seiner
Anschlagfläche 8 eine
Knickwirkung auf die aus den Teillaschen 2 und 3 bestehende
Knickhebelverbindung 1. Wenn die auf die Kontakthebel 9 wirkende und
von diesen auf den Kontakthebelträger 5 übertragene
elektrodynamische Öffnungskraft
die Kraft der Feder 4 überwindet,
knickt die Knickhebelverbindung 1 ein und die Kontakte
des Schalters können
sich öffnen.
Der in dieser nicht stabilen Phase des Abschaltvorganges auftretende
Abschaltlichtbogen 14 zwischen den bewegbaren Kontakthebeln 9 und
dem festen Gegenkontakt 13 wirkt dabei als strombegrenzender
Widerstand. Wenn im weiteren Verlauf des Abschaltvorganges ein elektromagnetischer Schnellauslöser den
Schalter endgültig
abschaltet, wird durch die sich drehende Schaltwelle 15 und
ihren Schaltwellenhebel 20 die Knickhebelverbindung 1 wieder
in die gestreckte Lage gebracht, in der sie nun durch die Feder 4 fixiert
wird und der Schalter ist wieder einschaltbereit. Dieser Zustand
ist in der 2 mittels gestrichelter Linien
angedeutet.