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Dokumentenidentifikation DE2940706C2 02.11.1989
Titel Überstromselbstschalter mit elektromagnetischer Auslöseeinrichtung
Anmelder Westinghouse Electric Corp., Pittsburgh, Pa., US
Erfinder Wafer, John A., Beaver, Pa., US;
Beatty jun., William Ellsworth, Beaver Falls, Pa., US
Vertreter Holzer, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8900 Augsburg
DE-Anmeldedatum 08.10.1979
DE-Aktenzeichen 2940706
Offenlegungstag 24.04.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.11.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.11.1989
IPC-Hauptklasse H01H 73/36

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Überstromselbstschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei handelt es sich um einen strombegrenzenden Überstromselbstschalter mit elektromagnetischer Auslösung.

Die dem steigenden Bedarf an elektrischer Energie Industrie, Haushalt und Gewerbe angepaßte hohe Kapazität des elektrischen Netzes hat zur Folge, daß im Kurzschlußfall extrem starke Kurzschlußströme durch Verteiler- und Verbraucherkreise fließen können. Gewöhnliche Leitungsschutzschalter reichen in diesem Fall nicht mehr zum zuverlässigen Schutz nachgeschalteter elektrischer Geräte aus. Daher sind strombegrenzende Überstromselbstschalter entwickelt worden, die auch dann ausreichenden Schutz bieten, wenn der abgesicherte Stromkreis an ein auch sehr starke Kurzschluß- bzw. Fehlerströme zulassendes Netz angeschlossen ist.

Ein Überstromselbstschalter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 36 46 488 bekannt. Die Praxis zeigt, daß bei solchermaßen aufgebauten Überstromselbstschaltern zwar eine beträchtliche Strombegrenzung erreicht wird, die aber bei extrem hohen Überströmen nicht immer schnell genug wirksam wird, um erhebliche Schäden im Verbraucherstromkreis bzw. in nachgeschalteten elektrischen Geräten zu verhindern. Die Ursache hierfür liegt natürlich wesentlich in der mechanischen Trägheit des Schaltmechanismus, der eine gewisse zeitliche Verzögerung bis zum Eintritt der strombegrenzenden Wirkung bedingt. Für eine Verbesserung der Strombegrenzungsfähigkeit kommt es also wesentlich auf die Beschleunigung der Abschaltwirkung an. Die Schnelligkeit des Abschaltvorgangs und damit des Eintritts der strombegrenzenden Wirkung hängt aber nicht nur davon ab, wie schnell die Kontakttrennung erfolgt, sondern sie hängt auch von der Ansprechzeit der Schaltmechanismus-Entriegelung und der dadurch bedingten Verzögerung bis zum Beginn der Schalteröffnungsbewegung ab.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Überstromselbstschalter der in Rede stehenden Gattung eine Verkürzung der Ansprechzeit für die Schaltmechanismus-Entriegelung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Ausbildung eine Überstromselbstschalters der genannten Gattung gelöst.

Die Erfindung geht zunächst von der Tatsache aus, daß die erreichbare Geschwindigkeit der Entriegelung des Schaltmechanismus von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher der bewegliche Anker des Magnetjoches der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung angezogen werden kann, und diese Anziehungsgeschwindigkeit wiederum von der erreichbaren Anziehungskraft abhängig ist. Diese findet ihre Grenze dann, wenn der magnetische Kreis der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung den Sättigungszustand erreicht, d. h. nach Erreichen des Sättigungszustands bewirkt auch eine höhere Überstromstärke keine Steigerung des magnetischen Flusses und somit keine Steigerung der Anziehungskraft mehr. Mit der Erfindung wird erreicht, daß nach Eintritt der Sättigung im Magnetjoch dennoch eine weitere Steigerung der Anziehungskraft auf den Anker dadurch erzielt wird, daß der Anker infolge seiner verdickten Ausbildung das vom elektrischen Leiter auch in Luft erzeugte Feld im Anker konzentriert. Dies kann konstruktiv durch die dickere Ankerausbildung ohne nennenswerte Vergrößerung der Abmessungen des Mechanismus bewerkstelligt werden, wohingegen einer Vergrößerung des Querschnitts des gesamten magnetischen Kreises in der Praxis an den Raumverhältnissen in den hinsichtlich ihrer Außenabmessungen genormten Schaltergehäusen eine Grenze findet, die eine Steigerung der Ankeranziehungskraft und damit eine Beschleunigung der Auslösebewegung nicht in dem Maße zuläßt, wie dies nach dem Erfindungsgedanken möglich ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen mehrpoligen strombegrenzenden Überstromselbstschalter nach der Erfindung,

Fig. 2 zum Vergleich einen Querschnitt durch eine elektromagnetische Auslöseeinrichtung herkömmlicher Bauart, und

Fig. 3 ein nähere Einzelheiten zeigender Querschnitt durch die elektromagnetische Auslöseeinrichtung des erfindungsgemäßen Schalters.

Fig. 1 zeigt einen dreipoligen Überstromselbstschalter 3 mit einem isolierenden Gehäuse 5 und einem darin angeordneten Hochgeschwindigkeits-Schaltmechanismus 7. Das Gehäuse 5 besteht aus einem isolierenden Sockel 9 mit im wesentlichen ebener Grundplatte und aus einem an dem Sockel befestigten isolierenden Deckel 11. Das Innere des Gehäuses ist durch isolierende Trennwände in drei nebeneinander liegende, jeweils eine Schalterpoleinheit aufnehmende Kammern unterteilt.

Der Schaltmechanismus 7 weist einen einzigen, in der mittleren Poleinheit angeordneten Spannmechanismus 13 und einen einzigen, ebenfalls in der mittleren Poleinheit angeordneten Verriegelungsmechanismus 15, weiter in jeder der drei Poleinheiten angeordnete gesonderte thermische Auslöseeinrichtungen 16 und ebenfalls in jeder der drei Poleinheiten angeordnete gesonderte elektromagnetische Hochgeschwindigkeits-Auslöseeinrichtungen 17 auf.

Jede Poleinheit des Schalters weist zwei miteinander zusammenwirkende Schaltkontakte 19 und 21 auf, die an einem oberen kippbaren Kontaktarm 20 und einem unteren kippbaren Kontaktarm 22 angeordnet sind. Außerdem enthält jede Poleinheit eine Funkenlöscheinrichtung 23. Der obere Schaltkontakt 19 ist über den oberen Kontaktarm 20, der aus elektrisch leitendem Werkstoff besteht, mit einem flexiblen Leiter 24 verbunden, der seinerseits über einen Leiterstreifen 25, die thermische Auslöseeinrichtung 16 und die elektromagnetische Auslöseeinrichtung 17 mit einem äußeren Anschluß 26 verbunden ist. Der untere Schaltkontakt 21 ist über den unteren, ebenfalls als elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden Kontaktarm 22, einen flexiblen Leiter 27 und einen Leiterstreifen 28 mit einem weiteren äußeren Anschluß 29 verbunden. Bei geschlossenem Schalter verläuft demgemäß der elektrische Strompfad vom Anschluß 26 über den Leiterstreifen 25, den flexiblen Leiter 24, den oberen Kontaktarm 20, den oberen Schaltkontakt 19, den unteren Schaltkontakt 21, den unteren Kontaktarm 22, den flexiblen Leiter 27 und den Leiterstreifen 28 zum anderen Anschluß 29.

Der obere Kontaktarm 20 ist mittels eines Zapfens 30 kippbar an einem seinerseits kippbaren Kontaktarmträger 32 angelenkt, der mittels einer Klammer 34 starr auf einer isolierenden Querschiene 35 befestigt ist. Eine zwischen dem hinteren bzw. in der Zeichnung linken Ende des oberen Kontaktarms 20 und einem am Kontaktarmträger 32 befestigten Winkel 37 angeordnete Zugfeder 36 drängt den oberen Kontaktarm 20 in die in Fig. 1 gezeigte Relativstellung mit Bezug auf den Kontaktarmträger 32. Normalerweise sind daher der obere Kontaktarm 20 und der Kontaktarmträger 32 mit der Querschiene 35 als eine Einheit gemeinsam kippbar.

Der in der mittleren Poleinheit des Schalters angeordnete Spannmechanismus 13 ist zwischen zwei in der mittleren Poleinheit mit gegenseitigem Abstand am Gehäusesockel 9 befestigten starren metallenen Rahmenplatten 41 angeordnet. Ein Betätigungshebel 43 in Form eines kopfstehenden U ist mit seinen beiden in V-förmige Einschnitte 56 der Rahmenplatten 41 eingreifenden Schenkelenden drehbar auf den Rahmenplatten gelagert.

Der Betätigungshebel 43 trägt eine Nase 44, die in eine Aussparung einer Schiebeplatte 46 eingreift, die mittels einer Führungsplatte 47 verschiebbar im Gehäusedeckel 11 geführt ist. An der Schiebeplatte 46 ist mittels einer Schraube 48 ein als Handbetätigungselement zum manuellen Öffnen und Schließen des Schalters dienender Knebel 49 befestigt.

Der obere Kontaktarm 20 der mittleren Poleinheit ist über einen aus einem oberen Kniehebelglied 53 und einem unteren Kniehebelglied 55 bestehenden Kniehebel mit einem entriegelbaren Schwinghebel 57 gekuppelt, der mittels eines Drehzapfens 59 drehbar zwischen den Rahmenplatten 41 gelagert ist. Die beiden Kniehebelglieder 53 und 55 sind durch einen Kniegelenkzapfen 61 gelenkig miteinander verbunden. Das obere Kniehebelglied 53 ist mittels eines Gelenkzapfens 63 am Schwinghebel 57 und das untere Kniehebelglied 55 mittels eines Gelenkzapfens 65 am Kontaktarmträger 32 der mittleren Poleinheit angelenkt. Zwischen dem Kniegelenkzapfen 61 und dem U-Bügel des Betätigungshebels 43 sind als Zugfedern ausgebildete Spannfedern 67 gespannt.

Der untere Kontaktarm 22 ist mittels eines Zapfens 18 gelenkig am Gehäusesockel 9 montiert. Eine Feder 31 drängt den unteren Kontaktarm 22 im Gegenuhrzeigersinn um den Zapfen 18 herum, und der mögliche Kippweg des unteren Kontaktarms im Gegenuhrzeigersinn ist durch einen an ihm angeordneten Anschlagstift 40 begrenzt, der mit einer Anschlagfläche an einem später noch beschriebenen Magnetjoch 110 zusammenwirkt. Da die bei geschlossenem Schalter im Uhrzeigersinn auf den oberen Kontaktarm 20 wirkende Kraft größer als die im Gegenuhrzeigersinn auf den unteren Kontaktarm 22 wirkende Kraft ist, bewegt sich der obere Kontaktarm 20 beim Schließen des Schalters um ein gewisses Maß über die Stelle hinaus, an welcher die beiden Schaltkontakte gerade miteinander in Berührung kommen und drängt dabei den unteren Kontaktarm etwas nach unten. Damit wird auch dem Kontaktverschleiß Rechnung getragen.

Die beiden Schaltkontakte 19 und 21 können von Hand getrennt werden, indem der Knebel 49 aus seiner in Fig. 1 gezeigten Ein-Stellung nach links in die Aus-Stellung verschoben wird. Dabei dreht die Schiebeplatte 46 den Betätigungshebel 43 im Gegenuhrzeigersinn, so daß die Wirkungslinie der Spannfedern 67 so weit nach links verlagert wird, daß der Kniehebel 53, 55 einknickt, wodurch die Querschiene 35 im Gegenuhrzeigersinn gekippt wird und dabei die oberen Kontaktarme 20 aller drei Poleinheiten des Schalters gleichzeitig in die Offenstellung kippt.

Das Schließen der Schaltkontakte von Hand erfolgt durch umgekehrte Bewegung des Knebels 49 aus der Aus-Stellung nach rechts in die Ein-Stellung, wobei infolge der nun im Uhrzeigersinn stattfindenden Drehung des Betätigungshebels 43 die Wirkungslinie der Spannfedern 67 wieder nach rechts in die in Fig. 1 gezeigte Position verlagert wird, so daß die Spannfedern 67 den Kniehebel 53, 55 strecken und demzufolge die Querschiene 35 im Uhrzeigersinn gekippt wird, wodurch die oberen Kontaktarme 20 aller drei Poleinheiten in die Schließstellung gekippt werden.

Der entriegelbare Schwinghebel 57 ist in der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung des Schalters durch den Verriegelungsmechanismus 15 verriegelt. Dieser Verriegelungsmechanismus 15 weist ein Verriegelungsglied 71 und einen isolierenden Entriegelungshebel 73 auf, der mittels eines Zapfens 70 drehbar zwischen den Rahmenplatten 41 gelagert ist. Das Verriegelungsglied 71 besteht aus einem etwa U-förmigen Verriegelungshebel 75 und einer Rolle 77, die in zwei in den beiden Schenkeln des Verriegelungshebels 75 gebildeten Führungsschlitzen begrenzt verschiebbar ist. Eine Torsionsfeder 81 spannt die Rolle 77 in Richtung zum einen Ende der Führungsschlitze hin vor. Das Verriegelungsglied 71 ist mittels eines Drehzapfens 83 drehbar zwischen den Rahmenplatten 41 gelagert. Das freie Ende des Schwinghebels 57 ist in einem Schlitz des Bügelteils des Verriegelungshebels 75 beweglich. Der Entriegelungshebel 73 ist ein spritzgegossenes isolierendes Bauteil und trägt ein Sperrelement 89, das mit dem Bügelteil des Verriegelungshebels 75 des Verriegelungsglieds 71 in Sperreingriff bringbar ist, um den Verriegelungshebel in der in Fig. 1 gezeigten Stellung zu verriegeln. Der Schwinghebel 57 weist einen Hakenteil 58 auf, der im Zusammenwirken mit der Rolle 77 den Schwinghebel 57 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung verriegelt.

Eine zwischen dem Verriegelungsglied 71 und dem Entriegelungshebel 73 angeordnete Druckfeder 72 spannt das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 83herum vor. Sobald der Entriegelungshebel 73 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, so daß er mit seinem Sperrelement 89 den Verriegelungshebel 75 freigibt, dreht daher die Druckfeder 72 das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn und bringt dadurch die Rolle 77 außer Sperreingriff mit dem Hakenteil des Schwinghebels 57.

In jeder Poleinheit ist eine gesonderte elektromagnetische Hochgeschwindigkeits-Auslöseeinrichtung 17 angeordnet. Diese elektromagnetische Auslöseeinrichtung 17 weist ein etwa U-förmiges Magnetjoch 95 und einen beweglichen Anker 101 auf. Das Magnetjoch 95 umgreift den den Schalterstrom führenden Leiter 25, der eine um die Magnetjochbasis herumführende eingängige Windung bildet. Ein Ankerträger 97 ist drehbar im Gehäuse 5 gelagert und ist mit dem geschichteten Anker 101 und einem Betätigungselement (Element 103) verbunden. Die Ankerkörperschichten sind so orientiert, daß ihre Hauptebenen etwa parallel zur Hauptebene der Jochbasis verlaufen. Die Dicke der dem Magnetjoch 95 nächstgelegenen Ankerkörperschicht ist etwa gleich der Dicke des Magnetjochs.

Weiter weist jede Poleinheit eine gesonderte thermische Auslöseeinrichtung 16 mit einem am Leiterstreifen 25 angeschweißten Bimetallelement 105 auf. Das obere Ende des Bimetallelements 105 trägt eine Einstellschraube 107.

Ist der Schaltmechanismus in der Schließstellung verriegelt, spannen die über das obere Kniehebelglied 53 und den Gelenkzapfen 63 am Schwinghebel 57 angreifenden Spannfedern 67 den Schwinghebel im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 59 vor. Eine Drehung des Schwinghebels 57 im Uhrzeigersinn wird aber durch den Eingriff seines Hakenteils 58 mit der Rolle 77 des Verriegelungsglieds 71 gesperrt. Der Schwinghebel 57 spannt zwar unter dem Einfluß der auf ihn wirkenden Spannfedern 67 das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 83 vor, jedoch wird eine solche Drehung des Verriegelungsglieds 71 im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 83 durch den Sperreingriff des Sperrelements 89 des Entriegelungshebels 73 mit dem Verriegelungshebel 75 verhindert. Die Wirkungslinie der vom Verriegelungsglied 71 auf das Sperrelement 89 des Entriegelungshebels 73 ausgeübten Kraft verläuft durch die Kippachse des Entriegelungshebels 73, so daß durch die eine Drehung des Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn sperrende Kraft kein Kippen des Entriegelungshebels 73 um dessen Achse bewirken kann.

Falls in einer der Poleinheiten des Schalters ein einen vorgegebenen Grenzwert übersteigender hoher Überstrom auftritt, wird der Anker 101 von dem Magnetjoch 95 angezogen, so daß der Anker samt Ankerträger 97 im Uhrzeigersinn kippt, bis der Luftspalt zwischen dem Magnetjoch 95 und dem Ankerkörper geschlossen ist und der Anker die beiden Schenkel des Magnetjochs 95 überbrückt. Während der Kippbewegung des Ankers im Uhrzeigersinn schlägt das Betätigungselement 103 gegen das untere Ende 79 des Entriegelungshebels 73 und dreht diesen dadurch im Gegenuhrzeigersinn, so daß sein Sperrelement 89 außer Eingriff mit dem Verriegelungshebel 75 bewegt wird. Die vom Schwinghebel 57 auf die Rolle 77 ausgeübte, nach oben gerichtete Kraft kann nun das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn drehen, bis sich die Rolle 77 vom Hakenteil 58 des Schwinghebels 57 herunterbewegt und den Schwinghebel freigegeben hat, so daß dann die über den Kniegelenkzapfen 61, das obere Kniehebelglied 53 und den Gelenkzapfen 63 am Schwinghebel 57 angreifende Kraft der Spannfedern 67 den Schwinghebel im Uhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 59 drehen kann, bis sich der obere Gelenkzapfen 63 über die Wirkungslinie der Spannfedern 67 hinaus verlagert hat, wonach das Einknicken des Kniehebels 53, 55 unter der Kraft der Spannfedern 67 und demzufolge ein gleichzeitiges Kippen der Kontaktarmträger 32 mit den Kontaktarmen 20 aller drei Poleinheiten des Schalters in die Offenstellung erfolgt, wie oben mit Bezug auf das Öffnen des Schalters von Hand schon beschrieben worden ist. Dabei wird der Knebel 49 in an sich bekannter Weise in eine zwischen seiner Ein-Stellung und seiner Aus-Stellung gelegene Auslöse-Stellung bewegt und liefert dadurch eine sichtbare Anzeige dafür, daß der Schalter ausgelöst worden ist.

Bei Überströmen im Bereich des 10- bis 16-fachen des Nennstroms, der üblicherweise als magnetischer Auslösestrombereich angesehen wird, wächst die auf den Anker 101 wirkende Anziehungskraft mit steigender Stromstärke an.

Bei Überstromselbstschaltern bekannter Bauart mit einer zum Vergleich in Fig. 2 gezeigten elektromagnetischen Auslöseeinrichtung herkömmlicher Art kommt das Magnetjoch 95 nahe der oberen Grenze des magnetischen Auslösestrombereichs in die Sättigung und ein weiteres Ansteigen der Überstromstärke über diese Grenze bringt dann keine weitere Steigerung der auf den Anker 101 wirkenden Anziehungskraft mehr, so daß die Geschwindigkeit, mit welcher die elektromagnetische Auslöseeinrichtung den Schaltmechanismus zur Einleitung einer automatischen Kontakttrennung entriegeln kann, durch das Erreichen der Sättigung begrenzt ist, wobei es keine Rolle mehr spielt, wie weit die Überstromstärke noch über die der Sättigung des Magnetjochs entsprechende Stromstärke hinaus ansteigt.

Bei der erfindungsgemäßen, in Fig. 3 näher gezeigten elektromagnetischen Auslöseeinrichtung ist dagegen die Steigerung der Ansprechgeschwindigkeit mit steigender Überstromstärke nicht durch das Erreichen der Sättigung des Magnetjochs 95 begrenzt. Bei Überstromstärken, die über der, der Sättigung des Magnetjochs entsprechenden Stromstärke liegen, wirkt auf den Anker 101 eine zusätzliche Anziehungskraft, die von der elektrodynamischen Wirkung des in den äußeren Ankerkörperschichten von dem Stromfluß durch den Leiter 25 induzierten magnetischen Fluß hervorgerufen wird. Der Ankerkörper wird daher bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur vom Magnetjoch 95, sondern auch unmittelbar noch von dem Leiter 25 selbst angezogen.

Obwohl der Ankerkörper bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Schichten aufweist, kann auch eine größere Anzahl von Ankerschichten Anwendung finden. Die Gesamtdicke des Ankerkörpers muß gemäß der Erfindung jedoch wesentlich größer als die Gesamtdicke des Magnetjochs (einschließlich etwa daran befestigter weiterer Magnetkernteile) sein. Vorzugsweise ist der Ankerkörper mindestens doppelt so dick wie das Magnetjoch. Obwohl es nicht erforderlich ist, daß die Ankerschichten elektrisch voneinander isoliert sind, sollten die Ankerschichten jedoch nur entweder durch Punktschweißung, Nieten oder Kleben und nicht elektrisch leitend durch Weich- oder Hartlöten miteinander verbunden sein, da die letztere Art der Verbindung eine beträchtliche Verschlechterung der Leistungsfähigkeit bei starken Überströmen mit sich bringen würde.

Bevor der Schalter nach einer automatischen überstrombedingten Auslösung wieder von Hand eingeschaltet werden kann, muß der Schaltmechanismus zurückgestellt und verriegelt werden. Die Rückstellung erfolgt durch Verschieben des Knebels aus seiner in der Mitte gelegenen Auslöse- Stellung bis ganz in die Aus-Stellung. Dabei dreht die Schiebeplatte 46 den Betätigungshebel 43 über dessen Nase 44 im Gegenuhrzeigersinn, wobei ein Ansatz 45 des Betätigungshebels 43 den Schwinghebel 57 mitnimmt und in ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 59 dreht.

Bei dieser Drehung des Schwinghebels 57 bewegt sich sein Hakenteil 58 in dem im Bügelteil des Verriegelungshebels 75 des Verriegelungsglieds 71 gebildeten Schlitz nach unten, bis er mit der Rolle 77 in Berührung kommt. Dabei verdrängt der Hakenteil 58 die Rolle 77 zunächst entgegen der Kraft der auf sie wirkenden Torsionsfeder 81seitwärts und gleitet an ihr vorbei, wonach die Torsionsfeder 81 die Rolle 77 zurück in Eingriff mit dem Hakenteil 58 des Schwinghebels drängt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Während der Drehung des Schwinghebels 57 im Uhrzeigersinn drängt der Schwinghebel 57 mit seinem Hakenteil 58 außerdem das Verriegelungsglied 71 entgegen der Kraft der Druckfeder 72 in seine ursprüngliche, in Fig. 1 gezeigte Stellung zurück. Wenn das Verriegelungsglied 71 diese Stellung wieder erreicht, gleitet die obere Bügelkante des Verriegelungshebels 75 wieder hinter die Hakennase des Sperrelements 89 des Entriegelungshebels 73, und die Feder 72 drängt den Verriegelungshebel 75 in Sperreingriff mit dem Sperrelement 89 und verriegelt das Verriegelungsglied 71 dadurch in der in Fig. 1 gezeigten Stellung. Wird nach dieser Rückstellung der Knebel 49 losgelassen, spannen die Spannfedern 67 über das obere Kniehebelglied 53 den Schwinghebel 57 im Uhrzeigersinn, bis sein Hakenteil 58 an der Rolle 77 anliegt und er dadurch in der in Fig. 1 gezeigten Stellung verriegelt ist. Danach kann der Knebel 49 von Hand zwischen der Aus-Stellung und der Ein-Stellung hin- und hergeschoben werden, um die Schaltkontakte zu schließen oder zu öffnen.

Wenn bei geschlossenem Schalter und gemäß Fig. 1 verriegeltem Schaltmechanismus ein niedriger Überstrom durch irgendeine Poleinheit fließt, biegt sich das Bimetallelement 105 der betreffenden Poleinheit durch die überstrombedingte Wärmeentwicklung nach rechts, bis schließlich die Einstellschraube 107 gegen das untere Ende 79 des Entriegelungshebels 73 stößt und diesen im Gegenuhrzeigersinn kippt, wodurch der Schwinghebel 57 entriegelt und folglich die automatische Kontakttrennung in allen drei Poleinheiten des Schalters eingeleitet wird, wie oben mit Bezug auf die magnetische Auslösung beschrieben wurde.

Wie aus Fig. 1 weiter hervorgeht, weist der Überstromselbstschalter auch ein geschlitztes Magnetjoch 110 auf, das aus einem Paket im wesentlichen U-förmiger Lamellen besteht, die in ein isolierendes Gehäuse 112 eingesetzt sind. Durch den von dem Magnetjoch 110 gebildeten Schlitz ragen die beiden Kontaktarme 20 und 22 hindurch und sind darin beweglich.

Ein Puffer 120 dient zur Begrenzung des Kippweges des oberen Kontaktarms 20 bei einer strombegrenzenden Kontaktschnelltrennung. Der Puffer 120 besteht aus stoßabsorbierendem Material wie beispielsweise Polyurethan oder Butylkautschuk, das eine sehr starke elastische Hysterese besitzt und deshalb ein Maximum an Energie absorbieren kann, so daß das Rückprellen auf ein Minimum herabgesetzt ist.

Ein ähnlicher, im Gehäusesockel 9 angeordneter Puffer 121 ist dem unteren Kontaktarm 22 zugeordnet.

Bei Kurzschlüssen fließen extrem starke Überströme über den Schalter 3. Dieser über den unteren Kontaktarm 22 und den Leiter 28 fließende starke Überstrom induziert in dem geschlitzten Magnetjoch 110 einen starken magnetischen Fluß. Dieser Magnetfluß und der Stromfluß durch den unteren Kontaktarm 22 erzeugen eine starke elektrodynamische Kraft, welche den unteren Kontaktarm 22 aus seiner in Fig. 1 mit Vollinien gezeichneten Schließstellung nach unten zum Boden des Schlitzes 118 hin drängen. Außerdem erzeugt der Stromfluß durch den oberen Kontaktarm 20 und den unteren Kontaktarm 22 aufgrund der entgegengesetzten Stromflußrichtungen in den beiden Kontaktarmen eine starke elektrodynamische Abstoßungskraft zwischen diesen Kontaktarmen, die sich beim Auftreten eines Kurzschlußstroms extrem schnell aufbaut und den oberen Kontaktarm 20 im Gegenuhrzeigersinn entgegen der Vorspannkraft der Zugfeder 36 um seinen Zapfen 30 herum aus der in Fig. 1 mit Vollinien gezeichneten Schließstellung in die gestrichelt gezeichnete Strombegrenzungsstellung kippt. Dabei wird der obere Kontaktarm 20 mit starker Kraft gegen den Puffer 120 geschleudert, der ein Zurückprellen des oberen Kontaktarms 20 weitgehend verhindert. Ein Zurückprellen wäre natürlich unerwünscht, da es bei stärkerem Ausmaß zum Wiederzünden des elektrischen Lichtbogens führen kann, der bei der Kontakttrennung zwischen den beiden Schaltkontakten gezogen und durch die Funkenlöscheinrichtung 23 gelöscht wird.

Ebenfalls zum Zwecke der Verhinderung einer Lichtbogenwiederzündung ist die elektromagnetische Hochgeschwindigkeits- Auslöseeinrichtung 17 so ausgelegt, daß sie den Verriegelungsmechanismus 15 im Sinne einer Entriegelung des Spannmechanismus 13 betätigt, bevor die Kontaktarme 20 und 22 sich wieder zurückbewegen können. Dabei kippt der entriegelte Spannmechanismus 13 nach einer strombegrenzenden Kontaktschnelltrennung den Kontaktarmträger 32 im Gegenuhrzeigersinn und hebt dadurch die durch den Zapfen 30 gebildete Kippachse des oberen Kontaktarms 20 an, bevor die Zugfeder 36 den oberen Kontaktarm 20 in seine Ruhestellung mit Bezug auf den Kontaktarmträger 32 zurückkippen kann.

Obwohl die erfindungsgemäße elektromagnetische Hochgeschwindigkeits-Auslöseeinrichtung 17 insbesondere für den Einsatz in strombegrenzenden Überstromselbstschaltern geeignet ist, kann sie auch bei anderen Arten von Selbstschaltern Anwendung finden, bei denen eine extrem schnelle Kontakttrennung verlangt wird. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß beim Ersatz der üblichen elektromagnetischen Auslöseeinrichtung eines handelsüblichen Überstromselbstschalters mit einem Nennstrom von 150 A durch eine erfindungsgemäße elektromagnetische Hochgeschwindigkeits- Auslöseeinrichtung die Öffnungszeit von 5 ms auf 3 ms reduziert werden konnte. Daraus geht hervor, daß die elektromagnetische Hochgeschwindigkeits-Auslöseeinrichtung nach der Erfindung eine beträchtliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Überstromselbstschalters bringt.


Anspruch[de]
  1. 1. Überstromselbstschalter mit

    einem bei geschlossenen Schaltkontakten (19, 21) gespannten und verriegelten Schaltmechanismus (7), der bei Entriegelung die Schaltkontakte öffnet,

    und einer auf Überströme ansprechenden elektromagnetischen Auslöseeinrichtung (17) zum Entriegeln des Schaltmechanismus (7), die ein U-förmiges, einen den Schalterstrom führenden elektrischen Leiter (25) umgreifendes Magnetjoch (95) und einen beweglichen Anker (101) aufweist, der mit den U-Schenkelstirnflächen des Magnetjoches (95) zusammenwirkt und ein mechanisch im Sinne einer Entriegelung auf den Schaltmechanismus (7) wirkendes Element (103) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (101) als quer zur Orientierung der U-Schenkel des Magnetjoches (95) geschichtetes Paket ausgebildet ist, dessen Dicke wesentlich größer als die Dicke des Magnetjochs ist.
  2. 2. Überstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Ankers (101) mindestens das Zweifache der Dicke des Magnetjochs (95) beträgt.
  3. 3. Überstromselbstschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dem Magnetjoch (95) nächstgelegenen Schicht des Ankerpakets etwa gleich der Dicke des Magnetjochs (95) ist.






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