DE2940692C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Überstrom­ selbstschalter einer Bauart, wie sie aus der DE-OS 21 28 633 bekannt ist.

Der aus der DE-OS 21 28 633 bekannte Überstromselbstschalter weist einen kippbar im Schaltergehäuse angeordneten Schalt­ arm auf, der einen mit einem Gegenkontakt zusammenwirkenden beweglichen Kontakt trägt. Die Leiterführung innerhalb des Schalters ist so angeordnet, daß bei Stromdurchfluß eine in Öffnungsrichtung wirkende elektromagnetische Kraft auf den Schaltarm erzeugt wird. Im normalen Betrieb ist diese in Öff­ nungsrichtung wirkende elektromagnetische Kraft kleiner als die durch Federkraft erzeugte Kontaktdruckkraft, so daß die Schaltkontakte sicher geschlossen bleiben. Bei hohen Über­ strömen, wie beispielsweise im Kurzschlußfall, wächst aber die überstrominduzierte elektromagnetische Kraft auf den Schaltarm schlagartig auf einen so hohen Wert an, daß der Schaltarm in Öffnungsrichtung vom Gegenkontakt weggeschleu­ dert wird. Am Schaltarm greift ein federbelastetes Element in Form eines Stiftes an, der in eine Schaltarmbohrung ein­ greift und so zwei die Federbelastung erzeugende Sprungfedern mit dem Schaltarm derart verbindet, daß ein bistabiles Sprung­ werk entsteht, das in der Schließstellung des Schaltarms die Kontaktdruckkraft erzeugt, indem dann die Sprungfedern den Schaltarm in Schließrichtung spannen, während bei einer Öff­ nungsbewegung ein neutraler Totpunkt mit maximaler Streckung der Federn überschritten wird und danach die sich wieder zu­ sammenziehenden Federn den Schaltarm in Öffnungsrichtung spannen. Dabei wirkt in der Schließstellung des Schaltarms ein erster Umfangsabschnitt des Stiftes mit einem ersten Umfangsabschnitt der Schaltarmbohrung und in der Offenstel­ lung ein zweiter Umfangsabschnitt des Stiftes mit einem zwei­ ten Umfangsabschnitt der Schaltarmbohrung zusammen, um den Schaltarm in seiner Schließstellung bzw. in seiner Offenstel­ lung zu arretieren.

Bei der schnellen Überstrombedingten Öffnungsbewegung des Schaltarms tritt aber das Problem auf, daß eben wegen der großen Schnelligkeit der Bewegung ein Rückprellen des Schalt­ arms in Schließrichtung erfolgen kann, das mit der Größe des Überstroms und damit mit der Heftigkeit der Öffnungsbewegung zunimmt und dazu führen kann, daß nach Überwinden des Sprung­ werktotpunkts in Öffnungsrichtung beim Zurückprellen der Tot­ punkt nochmals in Schließrichtung überwunden werden kann und dann ein unerwünschtes Wiederschließen des Schalters erfolgt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen strom­ begrenzenden Überstromselbstschalter der in Rede stehenden Art dahingehend zu verbessern, daß nach einer Schnelltrennung der Schaltkontakte in Folge eines hohen Überstroms der Schalt­ arm im geöffneten Zustand derart verriegelt wird, daß auch bei Einwirkung einer in Schließrichtung wirkenden Rückprell­ kraft oder dgl. eine erneute Schließbewegung des Schaltarms nicht möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im An­ spruch 1 gekennzeichnete Ausbildung des Überstromselbst­ schalters gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen strom­ begrenzenden Überstromselbstschalter nach der Erfindung,

Fig. 2 den Schaltmechanismus im Schließzu­ stand des Schalters,

Fig. 3 den Schaltmechanismus im normalen Öffnungszustand des Schalters,

Fig. 4 den Schaltmechanismus in der Auslöse­ stellung, d. h. nach einer Überstrom­ bedingten Schnelltrennung der Schaltkontakte, und

Fig. 5 den Schaltmechanismus und die Schalt­ kontakte während eines Überstrom­ bedingten Schnelltrennvorgangs in der Strombegrenzungsstellung.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Teile bezeichnen, zeigt Fig. 1 einen Längs­ schnitt durch einen strombegrenzenden Überstromselbst­ schalter 10 nach der Erfindung. Der Überstromselbstschalter 10 weist ein spritzgegossenes isolierendes Gehäuse 12 mit einem isolierenden Deckel 14 auf. Zwei miteinander zusammen­ wirkende Kontakte 16 und 18 sind an einem oberen Kontakt­ arm (Schaltarm 20) bzw. einem unteren Kontaktarm 22 angeordnet. Der obere Kontaktarm 20 ist mit Hilfe eines allgemein mit 24 bezeichneten Schaltmechanismus bewegbar, zu dessen Hand­ betätigung ein Knebel 26 dient. Das automatische Öffnen bei normalen, überlastbedingten Überströmen erfolgt über einen entriegelbaren Schwinghebel 28, der bei geschlossenem Schalter normalerweise durch ein Sperrelement 29 einer Aus­ löseeinrichtung 30 verriegelt ist. Die Auslöseeinrichtung 30 kann thermische, magnetische und Nebenschlußstrom-Auslöse­ mechanismen üblicher Bauart enthalten und wird hier nicht näher im einzelnen beschrieben. Beim Auftreten von niedrigen bis mittleren Überströmen bewirkt das Ansprechen der Auslöse­ einrichtung 30 eine Bewegung des Sperrelements 29 im Sinne einer Entriegelung des Schwinghebels 28, so daß der Kontakt­ arm 20 nach oben in seine Öffnungsstellung kippen kann.

Zum äußeren Anschluß des Schalters 10 in den zu schützenden Stromkreis dienen Anschlüsse 32 und 34. Ein von dem Anschluß 32 ausgehender elektrischer Leiter 36 ist über ein Kontaktelement 37 elektrisch mit dem unteren Kon­ taktarm 22 verbunden. Ein flexibler Leiter 40 verbindet den oberen Kontaktarm 20 mit einem Leiter 38, der zum Anschluß 34 führt. Bei gemäß Fig. 1 geschlossenem Schalter 10 verläuft daher der elektrische Stromkreis vom Anschluß 32 über den Leiter 36, das Kontaktelement 37, den unteren Kontaktarm 22, den unteren Schaltkontakt 18, den oberen Schaltkontakt 16, den oberen Kontaktarm 20, den flexiblen Leiter 40 und den Leiter 38 zum Anschluß 34.

Ein geschlitztes Magnetjoch 42 trägt zur schnellen Kontakttrennung durch Auseinanderbewegen der beiden Kontakt­ arme 20 und 22 bei starken Überströmen bei, wie nachstehend mehr im einzelnen erläutert wird. Zur Löschung eines bei der Trennung der Schaltkontakte 16 und 18 gezogenen Lichtbogens dienen Platten 43 einer Funkenlöscheinrichtung.

Der Aufbau des Schaltmechanismus 24 ist in Fig. 2 mehr im einzelnen gezeigt. Am Gehäuse 12 ist ein Rahmen 44 mit zwei Seitenplatten mittels einer Schraube 45 be­ festigt. Der entriegelbare Schwinghebel 28 ist mittels eines Zapfens 46 drehbar zwischen den Seitenplatten 44 ge­ lagert. Ein aus einem oberen Kniehebelglied 50 und einem unteren Kniehebelglied 52 bestehender Kniehebel ist oben am Schwinghebel 28 und unten an einem den oberen Kontakt­ arm 20 kippbar lagernden Drehzapfen (Kippachse 48) angelenkt. Die beiden Kniegelenkglieder 50 und 52 sind durch einen Knie­ gelenkzapfen 54 gelenkig miteinander verbunden, an welchem eine mit ihrem unteren Ende am Knebel 26 befestigte Spann­ feder 56 eingehängt ist. Ein U-förmiger Kontaktarmträger 58 ist mittels eines Zapfens 60 kippbar zwischen den beiden Seitenplatten des Rahmens 44 gelagert. Dieser Kontaktarm­ träger trägt auch den den oberen Kontaktarm 20 kippbar lagernden Drehzapfen 48. Im normalen (nicht strombegrenzenden) Betrieb ist daher der obere Kontaktarm 20 zusammen mit dem U-förmigen Kontaktarmträger 58 als eine Einheit gemeinsam um den Zapfen 60 herum kippbar. Da das untere Kniehebel­ glied 52 durch den Kontaktarmträger 58 hindurchragt und am Drehzapfen 48 des oberen Kontaktarms angelenkt ist, be­ wirkt eine Streckung bzw. ein Einknicken des Kniehebels 50, 52 eine Kippung des Kontaktarmträgers 58 um den Zapfen 60 herum. Die Kippbewegbarkeit des Kontaktarmträgers 58 ist durch Führungsschlitze 62 in den Seitenplatten 44 des Rahmens be­ schränkt, in welchen die Enden des Drehzapfens 48 geführt sind. Am Kontaktarmträger 58 ist eine Querschiene 64 starr befestigt, welche den Kontaktarmträger der dargestellten mittleren Poleinheit mit den gleichartigen Kontaktarm­ trägern der beiden nichtdargestellten seitlichen Pol­ einheiten des dreipoligen Überstromselbstschalters verbindet.

Zwei verhältnismäßig schwache Zugfedern (Federkraft 66) verbinden beiderseits des oberen Kontaktarms 20 einen an diesem befestigten Zapfen 67 mit dem Drehzapfen 60 des Kontakt­ armträgers. Zwischen dem Kontaktarmträger 58 und einem in bogenförmigen Führungsschlitzen 72 der Seitenplatten des Rahmens 44 bewegbaren Verriegelungsstift 70 sind verhältnis­ mäßig starke Zugfedern (Federbelastung 68) angeordnet. Bei gemäß Fig. 2 in der Schließstellung befindlichem Schalter wird der Verriegelungsstift 70 durch die Zugfeder 68 gegen eine Sperrfläche 74 des hinteren Endes des oberen Kontaktarms 20 gespannt. Der obere Kontaktarm 20 wird also im Schließzu­ stand in einer Gleichgewichtsstellung gehalten, die durch das Gleichgewicht zwischen der Kontaktdruckkraft, der Kraft der beiden gespannten Zugfedern 66 und 68 und der vom Kontakt­ armträger 58 auf den Drehzapfen 48 des Kontaktarms ausge­ übten Reaktionskraft bestimmt ist.

Dem unteren Kontaktarm 22 ist ein federbelasteter Führungsmechanismus 76 angeordnet, der zwei Druckfedern 78, einen Führungskörper 80 und einen Anschlagstift 82 auf­ weist. Die Druckfedern 78 erzeugen bei in der Schließ­ stellung stehenden Kontaktarmen 20 und 22 den Kontakt­ druck.

Wird der Schalter von Hand mittels des Knebels 26 geöffnet, nimmt der Schaltmechanismus die in Fig. 3 ge­ zeigte Stellung ein. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Kniehebel mit den beiden Kniehebelgliedern 50 und 52 eingeknickt, und die Federn 56 haben den Kontaktarmträger 58 im Uhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 60 herum gedreht. Dabei ist der obere Kontaktarm 20 zusammen mit dem Kontakt­ armträger 58 in die Offenstellung gekippt, so daß die beiden Kontakte 16 und 18 voneinander getrennt sind. Die auf den oberen Kontaktarm 20 wirkenden schwachen Zugfedern 66 ziehen sein hinteres Ende nach oben gegen einen am Kontakt­ armträger 58 angeordneten Anschlagkörper 84. Der Verriegelungs­ stift 70, über welchen die starken Zugfedern 68 bei geschlossenem Schalter am oberen Kontaktarm 20 angreifen, sind in ihrer Bewegbarkeit durch das obere Ende der Führungsschlitze 72 begrenzt und stehen daher nicht mehr mit der Sperrfläche des Kontakt­ arms 20 in Berührung, so daß die starken Zugfedern 68 keine Kraft mehr auf den oberen Kontaktarm ausüben. Der untere Kontaktarm 22 hat sich unter dem Druck der Druckfedern 78 etwas mit Bezug auf seine in Fig. 2 gezeigte Schließstellung in die in Fig. 3 gezeigte Stellung angehoben. Die obere Grenze der Bewegbarkeit des unteren Kontaktarms 22 ist durch den Anschlag des Anschlagstiftes 82 an der Seiten­ fläche des Magnetjochs 42 bestimmt.

Bei niedrigen bis mittleren, überlastbedingten Über­ strömen betätigt die Auslöseeinrichtung 30 das Sperr­ element 29 derart, daß dieses den Schwinghebel 28 ent­ riegelt. Der Schalter nimmt in diesem Fall die in Fig. 4 gezeigte Stellung ein, in welcher der Schwinghebel 28 unter dem Einfluß der Feder 56 im Gegenuhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 46 herum gedreht ist. Diese Drehung des Schwinghebels bewirkt das Einknicken des Kniehebels 50, 52, so daß der Kontaktarmträger 58 im Uhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 60 herum kippen kann. Durch diesen Auslösevor­ gang wird der Knebel 26 in die in Fig. 4 gezeigte Mittel- bzw. Auslösestellung bewegt, und die zusammen mit dem Kontaktarmträger 58 kippende Querschiene 64 bewirkt die Kontakttrennung in sämtliche Poleinheiten des Schalters gleichzeitig. Alle übrigen Teile des Schalters nehmen die gleiche Stellung wie beim normalen gewollten Öffnen des Schalters mittels des Knebels 26 ein, die in Fig. 3 dargestellt ist.

Wenn starke, beispielsweise kurzschlußbedingte Überströme über den Schalter 10 fließen, entstehen starke, auf die beiden Kontaktarme 20 und 22 wirkende elektro­ dynamische Kräfte, welche die beiden Kontaktarme ausein­ anderdrängen und in entgegengesetzten Richtungen zu kippen suchen. Eine zusätzliche, die Kontakttrennung unter­ stützende Kraft wird durch den Stromfluß durch den Leiter 36 und den unteren Kontaktarm 22 erzeugt, der im Magnetjoch 42 einen starken magnetischen Fluß induziert, der den unteren Kontaktarm 22 nach unten zum Boden des in dem Magnetjoch gebildeten Schlitzes zieht. Da der entriegelbare Schwing­ hebel 28 und der Kniehebel 50, 52 aus Trägheitsgründen nicht sofort betätigt werden, bleiben sie und der Kontaktarm­ träger 58 zunächst noch in der in Fig. 2 gezeigten Stellung stehen. Die auf den oberen Kontaktarm 20 wirkende elektro­ dynamische Kraft kippt daher den oberen Kontaktarm um seinen ihn am Kontaktarmträger anlenkenden Drehzapfen 48. Während der Anfangsphase dieser Kippbewegung drängt die mit dem Verriegelungsstift 70 zusammenwirkende Sperrfläche 74 des hinteren Endes des oberen Kontaktarms den Verriegelungs­ stift in seinen Führungsschlitzen 72 entgegen der Kraft der Zugfedern 68 nach unten, wobei sich natürlich die Spann­ kraft der Zugfeder 68 proportional mit der Verschiebung des Verriegelungsstifts bzw. der Kippbewegung des oberen Kontakt­ arms 20 erhöht und der durch den Überstrom erzeugten elektro­ dynamischen Kraft entgegenwirkt. Damit dadurch die strom­ begrenzende Schnelltrennung der beiden Kontaktarme nicht wesentlich beeinträchtigt wird, sind die Führungsschlitze 72 so geformt, daß sich der Verriegelungsstift 70 vom Kontakt­ arm 20 weg nach hinten verschiebt, und nach Durchlaufen etwa des halben Kippweges durch den oberen Kontaktarm, somit also vor einer wesentlichen Dehnung der Zugfedern 68, gleitet der Verriegelungsstift 70 von der Sperrfläche 74 herunter, so daß die Zugfedern 68 den Verriegelungsstift in den Führungs­ schlitzen 72 wieder nach oben in seine ursprüngliche Stellung ziehen können. Die genaue Stelle, an welcher der Kontaktarm 20 und der Verriegelungsstift 70 außer Sperr­ eingriff miteinander kommen, kann natürlich durch geeignete Konstruktion der Führungsschlitze 72 gewählt werden.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, greift der Verriegelungs­ stift 70, nachdem er wieder bis zum oberen Ende der Führungs­ schlitze 72 zurückbewegt worden ist, an einer weiteren Sperr­ fläche 86 des Kontaktarms 20 an. Infolgedessen wird ver­ hindert, daß der obere Kontaktarm 20 unter dem Einfluß der schwachen Zugfedern 66 wieder im Gegenuhrzeigersinn in seine Schließstellung zurückkippen kann.

Wenn die beiden Kontaktarme 20 und 22 bei der Schnell­ trennung in die in Fig. 5 gezeigte Strombegrenzungsstellung bewegt werden, wird ein Lichtbogen zwischen den beiden Schaltkontakten 16 und 18 gezogen. Obwohl dieser Licht­ bogen gegen die Platten 43 der Funkenlöscheinrichtung gedrängt und ziemlich schnell gelöscht wird, fließt der Überstrom lange genug über den Schalter, damit die Auslöse­ einrichtung 30 anspricht und den Schwinghebel 28 entriegelt. Durch die Entriegelung des Schwinghebels 28 kann der Kontaktarmträger 58 im Uhrzeigersinn gekippt werden, so daß die Sperrfläche 86 des oberen Kontaktarms nach oben über den Verriegelungs­ stift 70 hinweggleitet, bis sie außer Berührung mit ihm kommt. Nachdem der Kontaktarmträger 58 so weit gekippt worden ist, daß die weitere Sperrfläche 86 von dem Ver­ riegelungsstift 70 heruntergeglitten ist, kippen die schwachen Zugfedern 66 den oberen Kontaktarm 20 im Gegen­ uhrzeigersinn zurück, bis die weitere Sperrfläche 86 an dem Anschlagkörper 84 anstößt. Sodann befindet sich der Schalter in der in Fig. 3 gezeigten Stellung.

Die Größe der Kontaktdruckkraft bei im normalen Betrieb geschlossenem Schalter kann durch geeignete Wahl der Federcharakteristik der Zugfedern 68 gewählt werden. Diese Kraft kann dann bei der strombegrenzenden Schnelltrennung der Kontaktarme durch entsprechende Anordnung und Gestaltung der Führungsschlitze 72 an jeder beliebigen Stelle des Kippweges des oberen Kontaktarms von diesem weg genommen werden. Durch frühe wirkungsmäßige Trennung des Kontakt­ arms 20 und der Zugfedern 68 kann die der Schnelltrennbe­ schleunigung des oberen Kontaktarms 20 entgegenwirkende Kraft minimal gehalten werden, da die Zugfedern 68 dann nicht wesentlich gespannt werden. Damit wird nicht nur die Strom­ begrenzungswirkung des erfindungsgemäßen Selbstschalters verbessert, sondern auch die während der Schnelltrennung auf den oberen Kontaktarm wirkende mechanische Beanspruchung desselben. Da starke Federn Anwendung finden, die nicht stark gestreckt zu werden brauchen, ist auch die Bean­ spruchung der Federn selbst gering, wodurch die Zuver­ lässigkeit und die Lebensdauer der Federn groß sind. Außerdem wird der Schaltmechanismus aufgrund der Verwendung gemeinsamer Federn zur Kontaktdruckerzeugung bei ge­ schlossenem Schalter und zur Öffnungsverriegelung nach einer Kontaktschnelltrennung vereinfacht. Der erfindungsgemäße strombegrenzende Überstromselbstschalter verfügt daher über einen verbesserten Schaltmechanismus, der sich durch größere Leistungsfähigkeit und geringere Herstellungs­ kosten auszeichnet.

Claims (7)

1. Strombegrenzender Überstromselbstschalter mit folgenden Merkmalen:

• a) einem kippbar im Schaltergehäuse angeordneten Schaltarm (20), der einen mit einem Gegenkontakt (18) zusammenwirken­ den beweglichen Kontakt (16) trägt,
• b) einer bei Stromdurchfluß eine in Öffnungsrichtung wirkende elektromagnetische Kraft auf den Schaltarm (20) erzeugenden Leiterführung innerhalb des Schalters, einem am Schaltarm angreifenden federbelasteten (68) Verriegelungselement (70), das in der Schließstellung des Schaltarms an einer ersten Sperrfläche (74) am Schaltarm angreift und so einen Kontakt­ druck erzeugt und nach einer durch die elektromagnetische Kraft bewirkten überstrombedingten Öffnungsbewegung des Schaltarms diesen in seiner Offenstellung arretiert, indem es an einer zweiten Sperrfläche (86) am Schaltarm angreift, und
• c) einer gehäusefesten Führung (72), welche das Verriege­ lungselement (70) relativ zum Schaltarm (20) beweglich der­ art führt, daß es in der Offenstellung des Schaltarms zwischen der zweiten Sperrfläche (86) und einem Ende der gehäuse­ festen Führung (72) zu liegen kommt.

2. Überstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verriegelungselement (70) als Verriegelungs­ stift ausgebildet ist, dessen Längsachse im wesentlichen parallel zu der Kippachse (48) des Schaltarms (20) verläuft.

3. Überstromselbstschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltarm aus einem in einem Rahmen (44) kippbar gelagerten, zwischen einer Offenstellung und einer Schießstellung kippbaren Kontaktarmträger (58) und einem daran seinerseits kippbar gelagerten Kontaktarm (20) be­ steht, an welch letzterem der eine Kontakt (16) sowie die mit dem Verriegelungselement (70) zusammenwirkenden Sperrflächen (74, 86) angeordnet sind.

4. Überstromselbstschalter nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federbelastung (68) zwischen dem Verrie­ gelungselement (70) und dem Kontaktarmträger (58) wirkt.

5. Überstromselbstschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (44) einen Anschlag zur Be­ grenzung des Kippbewegungsweges des Kontaktarmträgers (58) aufweist.

6. Überstromselbstschalter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rahmen (44) Führungsschlitze (62) aufweist, in denen ein durch den Kontaktarmträger hindurchverlaufender, gleichzeitig den Kontaktarm (20) am Kontaktarmträger anlen­ kender Stift (48) geführt ist.

7. Überstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarmträger (58), der Kontaktarm (20) und das bewegliche Verriegelungselement (70) sowie die am Kontaktarm gebildeten Sperrflächen (74, 86) der­ art relativ zueinander angeordnet sind, daß, wenn das Ver­ riegelungselement den überstrombedingt in seine Offenstel­ lung gekippten Kontaktarm im Zusammenwirken mit dessen zweiter Sperrfläche (86) in der Offenstellung verriegelt, das Kippen des Kontaktarmträgers in die Offenstellung diese zweite Sperrfläche (86) wieder außer Eingriff mit dem Ver­ riegelungselement (70) bringt und eine zwischen dem Kontakt­ arm und dem Rahmen wirkende Federkraft (66) den Kontaktarm relativ zum Kontaktarmträger zurückkippt, und daß ein an­ schließendes Kippen des Kontaktarmträgers (58) in die Schließ­ stellung wieder die erste Sperrfläche (74) des Kontakt­ arms (20) in Zusammenwirkung mit dem Verriegelungselement (70) bringt.