DE3540055A1 - Elektrisches schaltgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei handelt es sich insbesondere um einen elektrischen Schutzschalter, der als normales Schaltgerät benutzbar und zur fernbetätigten Schaltsteuerung von Stromkreisen in der Energieverteilung, für Prozeßsteuerungen, Motorsteuerungen, Beleuchtungssteuerungen und dgl, geeignet ist,

In den letzten Jahren sind die Kosten elektrischer Energie in einem Maße gestiegen, das zu beträchtlichen Anstrengungen zur Energieeinsparung Veranlassung gibt. Gleichzeitig sind durch Fortschritte in der elektronischen Technik, insbesondere in der Minicomputertechnik, komplizierte überwachungs- und Steuerungseinrichtungen verfügbar geworden, die zur Förderung energiesparender Maßnahmen eingesetzt werden können.

Eine Möglichkeit zur Einsparung elektrischer Energie besteht darin, eine Steuerschaltung einzurichten, welche bestimmte elektrische Verbraucher während gewählter Zeitperioden abschaltet. Ein einfaches Beispiel dieser

Möglichkeit ist das Abschalten von Bürobeleuchtungen während der arbeitsfreien Zeit, wobei es sich um eine weithin angewandte Praxis handelt, bei v/elcher das Abschalten an einer Schalttafel erfolgt und daher mit entsprechenden Nachteilen behaftet ist. Zunächst ist die manuelle Betätigung von Schaltern an Schalttafeln eine ziemlich unflexible und teure Angelegenheit. Außerdem sind gewöhnliche Schutzschalter, obwohl sie mit Handgriffen zum manuellen öffnen und Schließen ihrer Kontakte ausgerüstet sind, nicht für einen Einsatz als Ein-Aus-Schalter zum regelmäßigen Schalten der Stromkreise ausgelegt, und wenn sie trotzdem als derartige Ein-Aus-Schalter benutzt werden, führt dies zu einer beträchtlichen Verkürzung ihrer Lebensdauer, da ihre für wenige automatische Betriebsvorgänge gebauten federbelasteten Betätigungsmechanismen bei jeder manuellen Ein-Aus-Schaltbetätigung bewegt und mechanisch beansprucht werden und dadurch verschleißen.

Um dieses Problem abzumildern, werden Schutzschalter üblicherweise in Kombination mit damit in Reihe geschalteten elektromagnetischen Schützen eingesetzt, wobei der Schutzschalter in dieser Kombination zum Schutz des Stromkreises gegen überströme dient, während das Schütz für die Ein-Aus-Schaltvorgänge benutzt wird. Der Nachteil dieser Anordnung liegt aber darin, daß zur Herstellung des Überstromschutzes und der Schaltbarkeit des Stromkreises zwei gesonderte Schaltgeräte, nämlich ein Schutzschalter und ein Gchaltschütz, erforderlich sind, was sich in verhältnismäßig hohen Kosten auswirkt und unterschiedliche Montagetechniken sowie eine teurere und kompliziertere Leitungsführung erfordert und dadurch eine Steigerung des Kompliziertheitsgrades der Anlage und der Kosten bedingt.

Daher wäre eine zweckmäßigere Lösung erstrebenswert, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche zweckmäßigere Lösung in Form eines gleichzeitig die Schutzfunktion und die Stromkreisschaltfunktion übernehmenden Schaltgeräts zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst,

Das Schaltgerät nach der Erfindung kann als Ein-Aus-Schalter benutzt werden, ohne den Schutzschalter-Betätigungsmechanismus bei jedem Schaltvorgang mitzubewegen und dadurch zu beanspruchen, so daß dieser also keinem zusätzlichem Verschleiß ausgesetzt wird. Da ein Kontaktschluß zwischen den beiden Schaltkontakten nur dann möglich ist, wenn der mit dem Betätigungsmechanismus verbundene Schaltkontakt sich in seiner Schließstellung befindet, lassen sich die Schaltkontakte mittels des Handbetätigungsorgans tatsächlich nicht mehr schließen, wenn ein Fehlerstromzustand den Stromkreis gegeben ist, da die Auslöseeinrichtung, sobald die beiden Schaltkontakte miteinander in Kontakt kommen, sofort auf den Fehlerstrom anspricht und den Betätigungsmechanismus veranlaßt, den damit verbundenen Schaltkontakt in seine Offenstellung zu bewegen und dadurch von dem davon unabhängig bewegbaren anderen Schaltkontäkt zu trennen,

Das Betätigungsorgan für den unabhängig bewegbaren Schaltkontakt ist vorzugsweise eine elektromagnetische Vorrichtung mit einer Spule oder Wicklung, die zwischen zwei Erregungszuständen umschaltbar ist, nämlich einen die Kontaktschließung und einem die Kontaktöffnung des unabhängig bewegbaren Schaltkontakts bewirken. Diese Anordnung eignet sich auch für eine ferngesteuerte Betätigung, beispielsweise durch Erregung der Spule

bzw. Wicklung über eine geeignete Energiequelle mittels Schaltraitteln, die durch angelegte Signale, beispielsweise unter Steuerung durch einen Computer, zwischen einera leitenden und einem nichtleitenden Zustand umschaltbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt: 10

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine

herkömmliche Schaltgeräteanordnung zum Schalten von Stromkreisen,

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein

Schaltgerät nach der Erfindung, das sowohl den überlastschutz als auch der Schaltbarkeit eines Stromkreises dient,

Fig. 3 das Schaltgerät nach der Erfindung

im Vertikalschnitt, und

Fig. 4 die elektromagnetische Betätigungs-

einrichtung des Schaltgeräts nach

Fig. 3in auseinandergezogener isometrischer Darstellung,

Die in Fig. 1 scheraatisch dargestellte herkömmliche Anordnung umfaßt einen Schutzschalter 15 und ein Schaltschütz 17, die zwischen einem Netzanschluß 11 und einem Lastanschluß 13, bei denen es sich um Anschlüsse einer nicht dargestellten Schalttafel oder dgl. handeln kann, in Reihe geschaltet sind.

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Der Schutzschalter 15, der einen beweglichen Schaltkontakt 19 mit einem ihm zugeordneten Betätigungsmechanismus 21 aufweist, erfüllt hauptsächlich die Funktion des Schutzes des Stromkreises gegen überstromzustände, beispielsweise durch Überlastungen, Fehlerströme und Kurzschlußströme, und dieser Schutzschalter ist nicht dafür ausgelegt, als Ein-Aus-Schalter zum bedarfsweisen öffnen und Schließen des Stromkreises benutzt zu werden. Diese letztere Funktion kommt dem Schaltschütz 17 zu. Das Schaltschütz 17 ist natürlich seinerseits nicht in der Lage, den Stromkreis gegen überstromzustände zu schützen. Mit anderen Worten: Der Schutzschalter 15 und das Schaltschütz 17 dieser herkömmlichen Anordnung stellen gesonderte Schaltgeräte dar, die jeweils eine spezielle Funktion erfüllen, und die beiden Schaltgeräte ergeben zusammen die gewünschte Summe von Funktionen. Diese herkömmliche Schaltungsanordnung hat die schon oben erläuterten Nachteile,

Fig. 2 zeigt nun in entsprechender Weise ein schematisches elektrisches Schaltbild des Schaltgeräts nach der Erfindung, das einen beweglichen Schaltkontakt mit einem ihn zugeordneten federbelasteten Betätigungsmechanismus 27 sowie einen weiteren, von dem Schaltkontakt 25 unabhängig bewegliehen Schaltkontakt 29 aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät sind also im Gegensatz zu der bekannten Anordnung nicht zwei verschiedene gesonderte Schaltgeräte zur Erfüllung der beiden genannten Funktionen erforderlich, sondern das erfindungsgemäße Schaltgerät 23 erfüllt sowohl die Funktion des überstromschutzes des Stromkreises als auch die Funktion der Schaltbarkeit des Stromkreises, auch durch Fernsteuerung, mittels des dem unabhängig vom Schaltkontakt 25 beweglichen Schaltkontakt 29 zugeordneten Betätigungsorgan 33, Der eine bewegliche Schaltkontakt mit dem ihm zugeordneten Betätigungsmechanismus 27

erfüllt bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät also die Funktion des Schutzschalters 15 der bekannten Anordnung, während der davon unabhänig bewegbare andere Schaltkontakt 29 mit dem ihn zugeordneten Betätigungsorgan der erfindungsgemäßen Anordnung die Funktion des Schaltschützes 17 der bekannten Anordnung erfüllt.

In Fig. 3 ist das Schaltgerät 2 3 mit dem als Schaltarm ausgebildeten oberen Schaltkontakt 25, dem zugehörigen Betätigungsmechanismus 27, dem unteren, ebenfalls als Schaltarm ausgebildeten Schaltkontakt 29 und dem zugehörigen Betätigungsorgan 33 mehr im einzelnen dargestellt. Das erfindungsgemäße Schaltgerät kann selbstverständlich als ein oder mehrphasiges Schaltgerät für Wechsel- oder Gleichstrom ausgebildet sein.

Das Schaltgerät 23 weist ein Gehäuse 39 auf, aus dessen Frontseite (in der Zeichnung ist dies die Oberseite) ein Handgriff 41 zum manuellen Schalten des Schutzschalter-Schaltkontakts 25 zwischen seiner Ein- und seiner Aus-Stellung herausragt. In Fig. 3 sind die beiden Schaltkontakte 25 und 29 mit ihren Kontakts'tücken und 37 in der Schließstellung dargestellt, wobei der Stromkreis vom Netzanschluß 11 über einen Leiter 43, einen flexiblen Leiter 45, den unteren Schaltkontakt 29 mit dem Kontaktstück 37_f den oberen Schaltkontakt 25 mit dem Kontaktstück 35, einen weiteren flexiblen Leiter 47, ein Bimetall 49 und einen Leiter 51 zum Lastanschluß 13 verläuft.

Der federbelastete, auslösbare Betätigungsmechanismus ähnelt gleichartigen Mechanismen herkömmlicher Schalt*· geräte, wie beispielsweise in der US-PS 4 030 060 beschrieben, so daß sich eine detailliertere Beschreibung erübrigt. Grundsätzlich handelt es sich bei dem Mechanismus 27 um ein Kniehebel-Sprungwerk mit einem

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Metalljoch 53, einem freigebbaren Hebel 55, einem Kniehebel mit Kniehebelgliedern 57 und 59, die durch ein Kniegelenk 61 miteinander verbunden sind_f und nicht dargestellten Spannfedern, die zwischen dem Gelenkzapfen 61 und dem oberen Teil des Joches 53 verlaufen. Das untere Kniehebelglied 59 ist gelenkig mit dem oberen Schaltkontakt 25 verbunden. Ein Anschlagstift 63 sperrt eine Bewegung des Joches 53 im Gegenuhrzeigersinn, wenn der Handgriff 41 in der Ein-Steilung steht,

Eine Auslöseeinrichtung 65 umfaßt ein Bimetall 49, eine drehbare gelagerte Auslösestange 69 mit einem Arm 67, und ein Sperrglied 71. Außerdem weist die Auslöseeinrichtung einen Magneten 73 und einen Anker 75 auf. Der Anker und das Bimetall 49 wirken mit dem Arm 67 zusammen, um die Auslösestange 69 zu drehen und dadurch das Sperrglied 71 aus seiner Sperrposition mit Bezug auf den freigebaren Hebel 55 herauszubewegen. Der obere Schaltkontakt 25 wird entweder durch Freigabe des Hebels 55 oder durch manuelle Bewegung des Handgriffes in die strichpunktiert eingezeichnete Üffnungsstellung in seine ebenfalls strichpunktiert angedeutete Of'fenstellung 25a bewegt. Während der Schaltkontakt 25 sich aus seiner Schließstellung in seine Offenstellung bewegt, bewegt er sich durch eine Lichtbogenlöscheinrichtung 77 zum Löschen eines zwischen den Kontaktstücken 35 und 37 etwa gezogenen elektrischen Lichtbogens hindurch.

Der untere Schaltkontakt 29 ist durch eine Schraubenfeder 79, die sich an der Rückwand 81 des Gehäuses 39 abstützt, in seine Schließstellung mit dem Schaltkontakt vorgespannt.

Die beiden Schaltkontakte bzw. Schaltarme 25 und 29 verlaufen etwa parallel zueinander, so daß sich nach dem bekannten Prinzip bei starken überströmen gegenseitig

abstoßende Magnetfelder im die Schaitkontakte entwickeln, welche die Schaltkontakte schnell voneinander trennen und dadurch das Schaltgerät vor Schaden schützen,

Gemäß der Erfindung ist der untere Schaltkontakt als um einen Drehzapfen 31 herum drehbaren doppelarmigen Hebel ausgebildet, dessen rückwärtiger Hebelarm 83 durch eine öffnung 85 in der Rückwand 81 des Gehäuses 39 hindurchragt. Auf diese Weise ist der untere Schaltkontakt durch Betätigung seines rückwärtigen Hebelarms 83 zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung beweglich, wozu das elektromagnetische Betätigungsorgan 33 dient.

Das elektromagnetische Betätigungsorgan 33 weist eine Führung 87 und einen beweglichen Schlitten 89 auf, die beide in einem Gehäuse 91 untergebracht sind, das mittels durch Bohrungen eines Flansches 93 hindurchgeführte Schrauben oder dgl, an der Rückwand des Gehäuses befestigt ist. Die Führung 87 ist als U-artiges Bauteil mit Schenkeln 9 3 und 95 ausgebildet, welche zwei Führungsschienen 97 haltern. Diese Führung 87 trägt eine elektromagnetische Vorrichtung_f nämlich einen Elektromagneten 101 mit einem Eisenkern 103, einer Wicklung 105 und einem Tauchkolben 107, Das außenliegende Ende des Tauchkolbens 107 weist zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten ösen auf, zwischen denen ein Stift verläuft, um den Tauchkolben mit zwei entsprechenden ösen 111 (Fig. 4) des Schlittens 89 zu verbinden.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, trägt der Schlitten 89 ein Betätigungsorgan 113 zum Bewegen des unteren Schaltkontaktes 29 zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung, Dieses Betätigungsorgan ist als vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material hergestellter Mitnehmer ausgebildet, der starr auf der Oberseite des Schlittens 89 befestigt ist. Dieser Mit-

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nehmer Π3 weist eine Aussparung 115 auf, in welcher ein Kolben 117 gleitend verschiebbar ist, der mittels einer Schraubendruckfeder 119 gegen den rückwärtigen Hebelarm 83 des Schaltkontaktes 29 vorgespannt ist. Das dem Kolben 117 gegenüberliegende Federende stützt sich an einem Stift 121 ab.

Wenn die Wicklung 105 beispielsweise von einer entfernten Stelle aus erregt wird, bewegt der Kolben den Schlitten 89 nach links, bezogen auf die Fig, 3 und 4, so daß der Kolben 117 den hinteren Hebelarm 83 mitnimmt und dadurch den Schaltkontakt 29 in seine Schließstellung bringt. Wird die Wicklung 105 entregt, bewegen die auf den Führungsschienen 9 7 angeordneten Schraubenfedern 123 den Schlitten nach rechts, wobei der Mitnehmer 113 den hinteren Hebelarm 83 nach rechts mitnimmt und dadurch den Schaltkontakt 29 entgegen der Feder 79 in seine Offenstellung bringt.

Der federbelastete Kolben 117 und die Feder 79 erbringen in der Schließstellung des Schaltkontakts 29 eine für einen niedrigen übergangswiderstand ausreichende Kontaktkraft. Die auf den Kolben 117 wirkende Feder 119 ergibt eine elastische Abstützung des Kolbens 117, die ein vollständiges Hineinziehen des Tauchkolbens 107 des Elektromagneten in die Wicklung 105 ermöglicht. Außerdem gibt die durch die Feder 119 bewirkte elastische Abstützung des Kolbens 117 die Möglichkeit, im Falle hoher Überströme eine Kontaktöffnung unter der Wirkung der dann entstehenden elektromagnetischen Abstoßungskräfte entgegen der Kraft der Feder 119 herbeizuführen.

Die Anordnung des Elektromagneten 101 und der Federn 123 kann natürlich auch so umgekehrt werden, daß bei Erregung eine Kontaktöffnung anstatt eine Kontaktschließung herbeigeführt wird. In diesem Fall wirken

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die Federn 123 ebenso wie die Feder 79 in Kontaktschließrichtung. Außerdem kann das elektromagnetische Betätigungsorgan, wie in Fig. 4 dargestellt ist, auch für einen dreipoligen Schaltbetrieb ausgebildet sein.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Elektrisches Schaltgerät mit zwei miteinander zusammenwirkenden Schaltkontakten, einem mit dem einen Schaltkontakt wirkungsmäßig verbundenen Betätigungsmechanismus und mit einer Auslöseeinrichtung zum Auslösen des Betätigungsmechanismus in Abhängigkeit vorgegebener überstromzustände zum Herbeiführen einer Bewegung des einen Schaltkontaktes aus seiner Schließstellung in seine Offenstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Schaltkontakt (29) unabhängig von dem Betätigungsmechanismus (27) beweglich ist, und daß diesem anderen Schaltkontakt (29) ein Betätigungsorgan (33) zugeordnet ist, mittels dessen dieser andere Schaltkontakt wahlweise und unabhängig von dem einen Schaltkontakt (25) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar

15 ist.

2, Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkontakte (25, 29) miteinander eine Rückstromschleife bilden, derart, daß bei überströmen eine die beiden Schaltkontakte auseinandertreibende elektromagnetische Abstoßungskraft erzeugt wird, und daß das Betätigungsorgan (33) derart elastisch mit dem genannten anderen Schaltkontakt (29) gekuppelt ist, daß dieser andere Schaltkontakt (29) bei einer bestimmten überstrominduzierten Abstoßungskraft in seine Offenstellung bewegt werden kann.

3, Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (33) einen mit einer

elektrisch erregbaren Wicklung (105) zusammenwirkenden Tauchkolben (107) aufweist, der zwischen zwei der Offen- und der Schließstellung des anderen Schaltkolbens (29) entsprechenden Stellungen bewegbar ist, 5

4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (107) mit einem Schlitten (89) verbunden ist, der eine mit einem Betätigungsansatz (83) des genannten anderen Schaltkontakts (29) gekuppelte Kupplungsbaugruppe (113 bis 119) trägt.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsbaugruppe zur elastischen Kupplung mit dem Betätigungsansatz (83) des Schaltkontakts (29) ein bewegliches federbelastetes (19) Druckstück (117) aufweist.

6. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkontakte (25, 29), der dem einen Schaltkontakt (25) zugeordnete Betätigungsmechanismus (27) und die Auslöseeinrichtung (65) in einem Isoliergehäuse (39) untergebracht sind, aus welchem ein Betätigungsansatz (83) des anderes Schaltkontakts (29) durch eine Gehäuseöffnung (85) herausragt, und daß das dem anderen Schaltkontakt (29) zugeordnete Betätigungsorgan (33) an das Isoliergehäuse (39) angebaut ist.