Damit Leistungsschalter Leitungen gegen Kurzschlussströme schützen können, ist eine Auslösevorrichtung vorgesehen, die ein magnetisches System verwendet. In solchen Systemen wird mit dem zu überwachenden Strom ein Magnetfeld erzeugt, das eine Magnetkraft auf einen Anker ausübt. Wenn die Magnetkraft groß genug wird, bewegt sich der Anker in eine Auslösestellung und betätigt eine Abschaltvorrichtung, die die Kontakte des Leistungsschalters trennt.

Bei sehr großen Stromspitzen kann es jedoch vorkommen, dass die magnetische Auslösung nicht schnell genug erfolgt. Dadurch kann es zu Beschädigungen des Leistungsschalters selbst sowie der nachgeordneten Einrichtungen kommen.

Ferner gibt es Leistungsschalter, die mit Kontakten zur Schnellabschaltung durch elektrodynamische Abstoßung im Kurzschlussfall ausgerüstet sind. Im Fall der Schnellabschaltung entsteht ein zwischen den Kontakten gezogener Lichtbogen, der einen schnellen Druckanstieg in dem die Kontakte aufnehmenden Gehäuse bewirkt. Mit dem Gehäuse ist eine Druckkammer

verbunden, die mit einem bewegbaren Kolben verschlossen ist. Dem Druckanstieg im Gehäuse und der Druckkammer folgend wird der Kolben verschoben und wirkt bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks auf eine Abschalteinrichtung ein, die den Leistungsschalter abschaltet.

Der Druckanstieg durch den Lichtbogen ist sehr schnell, jedoch erfordert die Gestaltung einer Druckkammer mit einem dichtenden und verschiebbaren Kolben einen entsprechenden technischen Aufwand für die Einhaltung erforderlicher Maßtoleranzen, größere Gehäuseabmessungen und ein entsprechend druckfestes Gehäuse.

Demgegenüber besteht ein Bedarf an einer Auslösevorrichtung für einen Leistungsschalter, die einen einfachen Aufbau hat und ein sehr schnelles und zuverlässiges Abschalten des Leistungsschalters ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einer Auslösevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung hat eine Auslösevorrichtung für einen Leistungsschalter mit in einem Gehäuse angeordneten Kontakten, die durch Betätigung eines Auslöseglieds einer Abschaltvorrichtung trennbar sind, einen in dem Gehäuse ausgebildeten, den Kontakten zugeordneten Ausblaskanal. Ferner ist ein Hebel vorgesehen, der mit dem Auslöseglied wirkverbunden ist. Auf den Hebel kann ein

Magnetsystem einwirken, das den Hebel zur Betätigung des Auslöseglieds auslenkt. Eine an dem Hebel ausgebildete Staufläche, die dem Ausblaskanal zugeordnet ist, unterstützt die Auslenkbewegung des Hebels, indem sie einem Druckstoß im Ausblaskanal folgt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt : Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Leistungsschalterbaugruppe mit einer Auslösevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ; Fig. 2 eine Seitenansicht von Fig. 1 ; Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht von Fig. 2, die die Ansicht von der abgewandten Seite der Leistungsschalterbaugruppe aus Fig. 2 zeigt ; und Fig. 4 eine Seitenansicht analog Fig. 2 einer Leistungsschalterbaugruppe mit einer modifizierten Auslösevorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht einer Leistungsschalterbaugruppe 1, die mit einer

Abschaltvorrichtung 40 und einer allgemein mit 20 bezeichneten Auslösevorrichtung versehen ist. Die Leistungsschalterbaugruppe hat ein Gehäuse 50, an dem die Abschaltvorrichtung 40 und die Auslösevorrichtung 20 angebracht sind. Die Abschaltvorrichtung 40 und die Auslösevorrichtung 20 sind über eine Auslösewelle 2 wirkverbunden. Eine Betätigung der Auslösewelle 2 löst die Abschaltvorrichtung 40 aus, die den zu schaltenden Stromkreis unterbricht. Die Abschaltvorrichtung hat ferner einen Mechanismus, mit dem die Kontakte wieder geschlossen werden können, nachdem der Leistungsschalter ausgelöst wurde und der Grund für die Auslösung beseitigt wurde.

Fig. 3 zeigt das Gehäuse 50, das aus zwei Gehäusehalbschalen zusammengefügt ist. Das Gehäuse 50 umschließt einen Hohlraum, in dem die elektrischen Elemente 30,32,34,28 des Leistungsschalters aufgenommen sind. Das Gehäuse hat verschiedene Lagerpunkte für zu lagernde Elemente, die später erläutert werden. Allgemein bedeutet am Gehäuse gelagert in der nachfolgenden Beschreibung, dass entsprechende Lagerzapfen,-öffnungen etc. an dem Gehäuse ausgebildet sind. Das Gehäuse ist aus einem Isolierstoff, vorzugsweise aus einem Kunststoff, gemacht.

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 das Innere des Leistungsschalters im einzelnen erläutert. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, hat der Leistungsschalter ein Gehäuse an welchem die Auslösevorrichtung angebracht ist (rechte Seite in Fig. 3). In dem Gehäuse ist eine

an einem Rotor drehbar gehaltene Kontaktbrücke 32 angeordnet, die im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn drehbar ist.

Die Kontaktbrücke hat an ihren beiden Enden bewegbare Kontakte 30, die mit Festkontakten 34 zusammenwirken können. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist die Kontaktbrücke entgegen der Darstellung in Fig. 3 um etwa 90° in Gegenuhrzeigersinn gedreht, so dass der bewegbare Kontakt 30 in Anlage mit dem Festkontakt 34 ist. Auf der dem Festkontakt 34 gemäß Fig. 3 diagonal gegenüberliegenden Seite, d. h. links unten in Fig. 3, ist ein Stromleiter (nicht gezeigt) vorgesehen, der ebenfalls einen Festkontakt aufweist, der mit dem anderen bewegbaren Kontakt der Kontaktbrücke 32 in Anlage ist, wenn die vorgenannten Kontakte 30,34 geschlossen sind. Der von dem Leistungsschalter zu schaltende Strom fließt folglich durch die Kontaktbrücke 32.

Ferner zeigt Fig. 3 rechts oben eine Auslösewelle 2, die mit einer nicht gezeigten Abschaltvorrichtung zusammenwirkt, die später erläutert wird. Zu erkennen ist, dass an der Auslösewelle 2 der Auslösevorrichtung ein Anschlag 16 ausgebildet ist, der im Bewegungsweg eines Hebels 6 der Auslösevorrichtung liegen kann. Die Funktion der Auslösevorrichtung wird später erläutert. In Fig. 3 ist weiterhin zu erkennen, dass jedem Kontaktpaar eine Lichtbogenlöschkammer 28 zugeordnet ist. Die Lichtbogenlöschkammer ist mit geeigneten Blechen (Dioneblechen) versehen, die im wesentlichen parallel

zueinander in der Kammer angeordnet sind und mit 282 in Fig. 3 bezeichnet sind.

Es ist hier anzumerken, dass der Rotor bzw. die Kontaktbrücke 32 über Federn in die jeweilige Endlage belastet sind, d. h. bei der Drehung überschreitet der Rotor einen Punkt größter Federverformung, so dass sich eine bistabile Konfiguration ergibt. Mit anderen Worten, die Kontaktbrücke 32 ist mittels Federkraft in der Schließstellung bzw. in der Offnungsstellung gehalten. Dies ist für die Funktion des Leistungsschalters dahingehend von Bedeutung, dass beim Auftreten eines Überstroms eine Trennung der Kontakte voneinander erfolgen kann, wie später erläutert werden wird.

Der Abschaltvorgang wird nun im Vorgriff auf die Fig.

3 genauer erläutert. Die Abschaltvorrichtung (nicht gezeigt) bildet einen Klinkenmechanismus, ein Schaltschloss oder dergleichen, das die drehbare Kontaktbrücke 32 im Auslösefall im Uhrzeigersinn drehen kann. Der ausgelöste Zustand ist in Fig. 3 gezeigt.

An dem Stromleiter 14 ist der Festkontakt 34 angebracht. Indem die Kontaktbrücke 32 im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 3 gedreht wird, kann der an der Kontaktbrücke 32 angebrachte bewegbare Kontakt 30 in Anlage mit dem Festkontakt 34 des Stromleiters 14 gebracht werden. Gleichzeitig gelangt der bewegbare Kontakt 30 am anderen Ende der Kontaktbrücke 32 in Anlage mit dem Festkontakt (nicht

gezeigt) eines abführenden Stromleiters (nicht gezeigt). Dadurch ist der Stromkreis durch die Leistungsschalterbaugruppe 1 geschlossen. In diesem geschlossenen Zustand des Schalters ist die Abschaltvorrichtung in Abschaltrichtung vorgespannt gehalten. Eine Drehung der Auslösewelle 2 der Auslösevorrichtung bewirkt eine Freigabe der Abschaltvorrichtung, die dann die Kontaktpaare 30,34 trennt, d. h. den Leistungsschalter abschaltet.

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 die Auslösevorrichtung näher erläutert. Die Auslösevorrichtung 20 hat neben der Auslösewelle 2 ein den Stromleiter 14 umgreifendes Joch 8, dessen Schenkel einem Anker oder Hebel 6 zugewandt sind. Der Hebel 6 ist um einen Drehpunkt 12 drehbar gelagert.

Wie in Fig. 2 gut zu erkennen ist, ist der Hebel 6 über den Drehpunkt 12 hinaus verlängert und bildet eine Staufläche 10. Die Staufläche ist einem Ausblaskanal 26 zugeordnet, der später erläutert wird.

Der Hebel 6 ist mit einer Zugfeder 24 in seine Ruhelage vorgespannt und ist mit seinem der Staufläche 10 abgewandten Ende einem Anschlag 16 der Auslösewelle 2 gegenüberliegend angeordnet. Ferner zeigt Fig. 2 ein Bimetallelement 18, das im wesentlichen parallel zu einem in Fig. 2 senkrechten Abschnitt des Stromleiters 14 angeordnet ist und mit einem Vorsprung 22 der Auslösewelle 2 in Eingriff gelangen kann.

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 3,. ausgehend vom geschlossenen Zustand der Kontakte 30,34, der Auslösevorgang erläutert. Ein durch den Stromleiter 14 fließender Strom erzeugt ein Magnetfeld um den Stromleiter, das von dem Joch 8 gerichtet und verstärkt wird, so dass eine Magnetkraft in Richtung des Pfeils A auf den Hebel 6 ausgeübt wird.

Übersteigt der Strom in dem Stromleiter 14 einen vorgegebenen Wert, wird der Hebel 6 gegen die Kraft der Feder 24 durch die Magnetkraft zwischen Joch und Hebel 6 so weit ausgelenkt, dass er gegen den Anschlag 16 der Auslösewelle 2 anschlägt. Dies bewirkt eine Drehung der Auslösewelle 2, die die Abschaltvorrichtung 40 (Fig. 1 und 2) auslöst und den Leistungsschalter wie zuvor beschrieben abschaltet.

Tritt eine hohe Stromspitze auf, werden die Kontakte 30,34 unmittelbar durch elektrodynamische Abstoßung auseinandergedrückt. Die elektrodynamische Abstoßung erfolgt durch die Magnetfelder um den Stromleiter 14 (unterer waagerechter Abschnitt) und die parallel zum Stromleiter 14 angeordnete Kontaktbrücke 32, wenn der Festkontakt 34 und der bewegbare Kontakt 30 an der Kontaktbrücke 32 geschlossen sind. Wenn ein hoher Strom durch den Leistungsschalter fließt, werden zwei parallele Leiter (Stromleiter 14 und Kontaktbrücke 32) in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen. Um die Leiter entstehen gleichsinnige Magnetfelder, die sich abstoßen. Wird der Strom hoch, werden die Magnetfelder so stark, dass sie die Kontakte gegen die Schließkraft der Kontakte auseinander drücken. Die Schließkraft wird durch einen Federmechanismus aufgebracht. Die Kontaktbrücke

32 wird ein wenig im Uhrzeigersinn gedreht. Dabei wird zwischen den Kontakten 30,34 ein Lichtbogen aufgespannt, der den zwischen den Kontakten gebildeten Spalt überbrückt. Jedem Kontaktpaar 30,34 ist eine Lichtbogenlöschkammer 28 zugeordnet, um eine übermäßige Ausbreitung des Lichtbogens zu verhindern, bzw. um diesen rasch zu löschen.

Durch den energiereichen Lichtbogen wird der Druck der Luft oder des Gases in der Löschkammer 28 schlagartig (ca. 0,5 ms) erhöht. Der Druck in der Lichtbogenlöschkammer 28 kann durch den Ausblaskanal 26 an die Umgebung abgegeben werden. Dieser Druckabbau erfolgt durch einen Druckstoß (Pfeil P) oder eine Druckwelle, die den Ausblaskanal 26 sehr schnell durchläuft. Die Staufläche 10 des Hebels 6 ist in dem Ausblaskanal 26 angeordnet und wird mit dem Druckstoß beaufschlagt. Dabei wird die kinetische Energie der Druckwelle, d. h. des in dem Ausblaskanal 26 strömenden Mediums, in einen Staudruck auf der der Lichtbogenlöschkammer 28 zugewandten Seite der Staufläche 10 umgewandelt. Der Standartdruck ist höher als der auf der Rückseite der Staufläche 10 herrschende statische Druck. Einer durch diesen Druckunterschied erzeugten Kraft (Pfeil B) auf die Staufläche 10 folgend wird der Hebel 6 in Auslöserrichtung ausgelenkt.

Zur Funktionsweise ist hervorzuheben, dass es sich im vorliegenden Fall um einen strömungsdynamischen Vorgang handelt, der zur Auslenkung der Staufläche führt. Durch die lediglich dynamisch wirkende

Prallströmung kann auf eine Abdichtung zwischen Staufläche und Ausblaskanalwand verzichtet werden, es genügt, wenn die Staufläche beweglich im wesentlichen quer zur Druckstoßrichtung angeordnet ist. Folglich ist der fertigungstechnische Aufwand vorteilhaft gering, da keine engen Toleranzen oder Passungen beachtet werden müssen.

Ferner kann die Staufläche auch außerhalb des Ausblaskanals in der Nahe der Austrittsöffnung angeordnet werden. Es genügt, wenn die Druckwelle mit ausreichender Geschwindigkeit auf die Staufläche trifft.

Die beiden vorgenannten Auslösearten oder Auslösekräfte treten gleichzeitig auf, so dass die Auslösung durch die zwischen Hebel 6 und Joch 8 wirkende Magnetkraft zusätzlich durch die Auslösekraft infolge des Druckstoßes auf die Stauflache 10 des Hebels 6 unterstützt wird. Die entgegengesetzten Kräfte (Pfeile A und B) wirken auf zwei verschiedenen Seiten des Drehpunkts 12 auf den Hebel 6 und addieren sich zu einem Gesamtmoment um den Drehpunkt 12, das zur Auslenkung des Hebels zur Verfügung steht. Dadurch wird das zur Überwindung des mit der schnelleren Bewegung des Hebels ansteigenden Trägheitsmoments des Hebels zur Verfügung stehende Drehmoment erhöht.

Insgesamt lässt sich mit dieser Anordnung folglich eine schnellere Auslösung erhalten, als nur durch die Magnetkraft. Dies ist insbesondere dann von Vorteil,

wenn hohe Stromspitzen sehr schnell oder impulsartig auftreten, die besonders leicht Schäden am Leitungsschalter oder den nachfolgenden Einrichtungen hervorrufen können.

Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Leistungsschalter bzw. die Leistungsschalterbaugruppe hat ferner einen mit einem Bimetallelement 18 ausgerüsteten Überlastschutz. Das Bimetallelement 18 ist gemäß Fig.

2 parallel zu einem in Fig. 2 senkrechten Abschnitt des Stromleiters 14 angeordnet. Fließt ein Strom (Überlast) ständig durch den Stromleiter 14, der zu gering ist, um die magnetische oder die kombinierte Auslösung aus magnetischer Auslösung und Druckstoßauslösung zu initiieren, jedoch höher ist als der gewünschte Strom, wird der Stromleiter 14 allmählich erwärmt.

Der erwärmte Stromleiter 14 gibt einen Teil seiner Wärme an das dicht daneben angeordnete Bimetallelement 18 ab. Das auf diese Weise erhitzte Bimetallelement 18 verbiegt sich in Fig. 2 nach links und betätigt bzw. dreht die Auslösewelle 2 mit Hilfe des Vorsprungs 22 in der Auslöserichtung. Mit zunehmender Temperatur des Bimetallelements steigt auch seine Verbiegung oder Auslenkung aus der Ruhelage an. Überschreitet die Auslenkung des Bimetallelements bzw. die Drehung der Auslösewelle einen vorbestimmten Wert, löst die Auslösevorrichtung die Abschaltvorrichtung aus, die den Leistungsschalter abschaltet.

Eine modifizierte Form der Auslösevorrichtung ist in Fig. 4 gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen funktionsgleiche Teile oder Elemente wie in Fig. 1 bis 3. Die in Fig. 4 gezeigte Modifikation unterscheidet sich von der vorhergehenden Auslösevorrichtung nur durch eine andere Form der Beheizung des Bimetallelements 18.

Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, ist der von außen kommende Stromleiter oder der Anschluss 38 über eine Leitung 36 mit dem Bimetallelement 18 verbunden. Das Bimetallelement 18 ist im Bereich seines in Fig. 4 unteren Endes elektrisch mit dem Stromleiter 14 verbunden. Der Stromleiter 14 durchläuft das Joch 8 und funktioniert auf die gleiche Weise wie sie zuvor anhand Fig. 1 bis 3 ausführlich geschildert wurde.

Im vorliegenden Fall ist das Bimetallelement 18 von dem zu überwachenden Strom durchflossen und wird direkt durch diesen Strom erhitzt. Wenn der Strom durch das Bimetallelement zu groß wird, übersteigt die Temperatur des Bimetallelements den Auslösewert und das Bimetallelement 18 verbiegt sich so weit, dass es die Auslösewelle 2 zum Auslösen der Abschaltvorrichtung 40 dreht.

Die übrige Anordnung, insbesondere die Staufläche 10 an dem Hebel 6, die in dem Ausblaskanal 26 angeordnet ist, sowie deren Zusammenwirken mit der magnetischen Auslösung ist entsprechend Fig. 1 bis 3 getroffen.

Folglich liegt hier die gleiche Funktionsweise vor, so dass auf eine Wiederholung verzichtet werden kann.

Nachfolgend sind einzelne Funktionen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Auslösevorrichtung erläutert.

In der Lichtbogenlöschkammer 28 sind Dionebleche 282 aus Stahl zum Löschen des Lichtbogens angeordnet. Die Bleche 282 sind parallel zueinander schräg in dem Gehäuse angeordnet und dienen damit einer besseren Führung der sich durch den Lichtbogen ausdehnenden Gase in Richtung auf den Ausblaskanal 26. Dadurch kann die Wirkung der Druckwelle oder des Druckstoßes verstärkt werden.

Der Mitnehmerabschnitt des Hebels 6 und der Anschlag 16 ermöglichen eine Betätigung der Auslösewelle 2 in der Auslöserichtung unabhängig von einer Bewegung des Hebels 6. Dadurch kann eine andere Auslösungsart, beispielsweise durch das Bimetallelement 18 ohne Rückwirkung auf die übrige Auslösevorrichtung erfolgen. Dies kann zweckmäßig sein, wenn der Auslösegrund durch geeignete Mittel (Schlepphebel und Sichtfenster oder dergleichen) bleibend angezeigt werden soll.

Ferner ist die Staufläche durch einfaches Verlängern des Hebels 6 über den Drehpunkt 12 hinaus gebildet.

Somit lässt sich die Auslösevorrichtung durch eine einfache konstruktive Maßnahme erreichen, ohne dass die Anzahl der Bauteile zunimmt. Gegebenenfalls kann die Staufläche als eine den Ausblaskanal verschließende Klappe gestaltet sein, die das Eindringen von Fremdmaterialien verhindert.

Es ist anzumerken, dass die Erfindung. auch auf andere Magnetsysteme anwendbar ist, sie ist nicht auf die beschriebene Anordnung mit einem Stromleiter in einem U-förmigen Joch beschränkt. Es kann auch eine Spule mit einem Kern oder dergleichen verwendet werden.

Ferner wurde zuvor lediglich eine Leistungsschalterbaugruppe beschrieben, die einpolig ist. Ein mehrpoliger Leistungsschalter lässt sich durch eine parallele Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Leistungsschalterbaugruppen verwirklichen, wobei die Abschaltvorrichtung einem, mehreren oder allen Polen zugeordnet sein kann. Gleichermaßen kann die Auslösewelle für das Abschalten von nur einem Pol, von mehreren Polen oder von allen Polen mit einer Auslöseeinrichtung eingerichtet sein.

In der vorhergehenden Beschreibung wurde ein Hebel verwendet, der die gegenläufig gerichteten Magnet- und Druckkräfte jeweils an einem Hebelarm aufnimmt und in die Drehung in einer Richtung umsetzt. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, dass Magnet- und Druckkraft in der gleichen Richtung auf den gleichen Hebelarm des Hebels wirken.

Schließlich muss der Hebel nicht zwingend drehbar sein, es kann auch ein linear verschiebbarer Hebel sein, der mit der Magnetkraft und der Druckkraft beaufschlagt ist.