Beschreibung Strombegrenzender Niederspannungs-Leistungsschalter Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Niederspan- nungs-Leistungsschalter mit einem durch ein Schaltschloß verklinkbaren Kontaktsystem, das pro Phase mindestens einen durch eine Antriebsvorrichtung zum Ein-und Ausschalten betä- tigbaren bewegbaren Schaltkontakt und einen feststehenden Schaltkontakt aufweist, wobei der bewegliche Schaltkontakt bei auftretenden unzulässig hohen Strömen, zum Beispiel bei Kurzschlüssen, infolge elektrodynamischer Kräfte entgegen der Wirkung einer Kontaktkraftfeder abhebt. Im Zuge der Kraft- übertragung von der Antriebsvorrichtung zum Schaltkontakt ist dabei häufig eine Verklinkungseinrichtung angeordnet, die ausgehend von der Einschaltstellung des Schaltkontaktes durch eine vom Schaltkontakt ausgehende und in der Richtung der Ausschaltstellung wirkende Öffnungskraft lösbar ist, wenn die Öffnungskraft einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Bei strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschaltern wer- den extrem kurze Auslösezeiten von wenigen Millisekunden an- gestrebt. 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 ge- schlossen, 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 Strom- führungsfähigkeit 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. Da- für gibt es eine Reihe unterschiedlicher Prinzipien. Eines besteht darin, zu bewirken, dass die abhebenden Kontaktkräfte bei hohen Strömen zur Wirkung kommen können, bevor eine nor- male mechanische Verklinkung im Schalterantrieb freigegeben wird. Das beruht darauf, dass jeder stumpf aufeinander tref- fende Kontakt durch die Stromengekräfte eine abstoßende Wir- kung erfährt und wenn die Kontakte nicht durch Fremdkräfte zusammengehalten werden, heben sie bei einer bestimmten Stromstärke ab. Mit dem Öffnen der Kontakte muss dann auch der Schaltmechanismus in die Ausschaltstellung gebracht und der Kontaktträger mit dem Schaltmechanismus wieder verriegelt werden.

Bei mehrpoligen strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungs- schaltern sind unterschiedliche Arbeitsprinzipien bekannt.

Zum Einen gibt es Systeme, welche eine Einzelpolentklinkung aufweisen und die derart ansprechen, dass jeder einzelne Schaltpol, wenn dieser durch einen Kurzschluß beansprucht wird, separat strombegrenzend öffnet, während die anderen noch geschlossen bleiben, weil eben nur dieser eine Pol den hohen Strom führt und dass dann durch entsprechende Mechanis- men bewirkt wird, dass die anderen Pole ebenfalls geöffnet werden. Der Vorteil derartiger Systeme besteht darin, dass sie extrem schnell ansprechen, weil lediglich der betroffene Einzelpol beschleunigt werden muss und die anderen Pole nor- mal ausgelöst werden können. Wenn diese extrem schnelle Öff- nung stattfindet, wird ein Schaltlichtbogen entstehen und dessen Widerstand ist im Vergleich zu den Widerständen der Strombahnen über die gesamte Fehlerstelle und den Schalter so

groß, dass er strombegrenzend wirkt. Es kann also nicht die volle Höhe des Kurzschlußstromes erreicht werden.

Obwohl eine derartige einpolige Unterbrechung der betroffenen Strombahn zweckmäßig ist, weil dadurch ein höherer Strombe- grenzungsfaktor erreicht wird, kann es bei geringeren Anfor- derungen, beziehungsweise wenn der Schaltmechanismus beson- ders gut, insbesondere massearm, mit geringer Masse der zu bewegenden Teile, aufgebaut ist, durchaus von Vorteil sein, ihn dreipolig freizugeben. Das hat, unter anderem auch den Vorteil, dass für das gesamte Polpaket gemeinsam nur eine kraftabhängig reagierende Vorrichtung vorgesehen werden muss, die bei geeigneter Ausführung ebenso schnell eine Öffnung aller Kontakte bewirkt, wie bei einer Einzelpolabschaltung.

Die EP 0466 287 B1 beschreibt einen Leistungsschalter mit un- abhängiger Verklinkungseinrichtung des bewegbaren Schaltkon- taktes. Wenn durch einen unzulässig hohen Fehlerstrom be- wirkte elektrodynamische abstoßende Kräfte zwischen den Schaltkontakten auftreten, wird die an der Verklinkungsein- richtung wirksame Kraft derart vergrößert, dass die Auslöse- welle entlang einer durch Langlöcher gebildeten Führung ent- gegen der Vorspannkraft einer Blattfeder verschoben wird. Da der zur Verklinkungseinrichtung gehörende Klinkenhebel um ein Drehlager schwenkbar gelagert ist während die Auslösewelle in einer geraden Langlochführung angeordnet ist, verändert sich bei einer Verschiebung der Auslösewelle die Überdeckung zwi- schen den Verklinkungsflächen soweit, dass der Klinkenhebel freigegeben und hierdurch unmittelbar die Trennung der Schaltkontakte herbeigeführt wird, und zwar unabhängig von einer die Schaltwelle beaufschlagenden Auslösevorrichtung.

In der Europäischen Patentanmeldung 0 977 233 A1 ist eine

weitere Lösung für eine von der Meßwertverarbeitung und dem Auslösemagneten unabhängige kraftabhängige Auslösung be- schrieben. In der Zeichnung ist der Kontaktträger mit den Kontakthebeln und den Kontaktkraftfedern dargestellt, die Koppellasche, die Schaltwelle mit ihrem Ausleger sowie die Hebelkette, über welche die Schaltenergie vom Federspeicher zugeführt wird und die Verklinkung in der Form einer Halb- welle. Die Kraft, welche vom Kontaktsystem kommt, wirkt auf einen Trägerhebel der sich gegen den Klinkenhebel mittels Fe- dern abstützt. Dieser Trägerhebel weist eine Arbeitskante auf, die sich im Normalzustand unterhalb der Schneide der Halbwelle befindet. Wenn der Träger, beim Auftreten von er- höhten elektrodynamischen Kräften an den Kontakten gegen die Kraft der Federn gegen den Klinkenhebel verdreht wird, tritt die Arbeitskante mit der Halbwelle in Berührung und verdreht dieselbe. Dadurch wird die Verklinkung gelöst und der Schal- ter öffnet.

Beide Lösungen weisen, wie bei mehrpoliger Ausbildung üblich, eine Halbwelle als Entkopplungselement auf. Außerdem haben beide vorgenannten Schalter gemeinsam den Nachteil, dass für die Realisierung der Strombegrenzung eine Vielzahl zu bewe- gender Teile, teilweise auch nur für die Strombegrenzung zu- sätzlich erforderliche Bauelemente, vorhanden sind. Das ist mit hohem mechanischen und fertigungstechnischen Aufwand ver- bunden.

Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass Kunden nicht nur einen derartigen Schaltertyp benötigen, sondern auch einen, der konventionell, also selektiv öffnet, also nur dann, wenn bei Auftreten eines hohen Stromes eine bestimmte Zeit verstrichen ist. Es ist aber sehr aufwendig, dem Kunden zwei ganz unterschiedlich aufgebaute Typen von Leistungs-

schaltern anzubieten, denn es müssen zwei unterschiedliche Schalterkonstruktionen vorgehalten werden. Es kann also von beiden Typen jeweils nur die halbe Losgröße gefertigt werden.

Die Kunden rüsten heute die Anlagen häufig um und benötigen deshalb preiswerte universell verwendbare Leistungsschalter.

Das Bestreben die unterschiedlichen Funktionen selektiv zeit- abhängig staffelbarer Leistungsschalter oder strombegrenzen- der Leistungsschalter, alternativ zur Verfügung zu haben, soll deshalb möglichst kostengünstig verwirklicht werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, einen strombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschalter vorzu- schlagen, der ohne wesentlichen konstruktiven und fertigungs- technischen Aufwand aus einem normalen Standard-Leistungs- schalter abgeleitet werden kann, ohne dass an diesem wesent- liche Veränderungen vorgenommen werden müssen.

Herkömmliche Leistungsschalter weisen einen beweglichen Schaltpol mit einem Schaltkontakt auf, sowie einen Schalter- antrieb und dazwischen eine Hebelkette welche den Antrieb mit der Schaltwelle und diese mit dem Kontaktträger verbindet, so dass es sich anbietet, in den Zug dieser Hebelkette ein Ele- ment einzubauen, das eine mechanisch nichtlineare Charakte- ristik aufweist, insofern, dass die Hebelkette unabhängig von der Schalterverklinkung nachgeben und sich verkürzen kann, wenn durch die stromabhebenden Kräfte der Kontaktträger gegen die Hebelkette drücken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist deshalb an der Stelle des bei selektiv staffelbaren Leistungsschaltern üblichen starren Verbindungselementes zwischen dem Schalterantrieb des Leistungsschalters und dessen Schaltwelle ein in seiner Länge

kraftabhängig veränderbares Bauteil vorgesehen.

Der Einbau erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung nicht zwischen dem Kontaktträger und der Schaltwelle, wie bei der bekannten Einzelpolöffnung, sondern, was herkömmlich nicht bekannt ist, zwischen der Schaltwelle und dem Schalteran- trieb. Dieses Bauteil ist vorteilhaft teleskopartig derart ausgebildet, dass es bei einer bestimmten über die Schalt- welle auf die AUS-Verklinkung übertragenen Polrückwirkung auf Grund der Schleifen-und kontaktabhebenden Kräfte bei einem unzulässig hohen Strom, beispielsweise bei einem Kurzschluß, sich verkürzt, eine Drehbewegung der Schaltwelle ermöglicht und somit ein Öffnen der Kontakte. Dabei ist das Bauteil so gestaltet, dass es kraftabhängig zusammenschiebbar ist und zwar sprungartig.

Derartige teleskopartige Bauteile sind im Prinzip für eine Einzelpolentklinkung bekannt. Sie können beispielsweise so ausgebildet sein, wie in der EP 0 398 461 AI beschrieben.

Es ist zwar bekannt an einer zentralen Stelle hinter allen Polen für eine strombegrenzende Öffnung aller Pole zu sorgen, zum Beispiel, wie zum Stand der Technik ausgeführt, durch eine gezielte Verdrehung der Auslösewelle oder deren Verlage- rung, aber das erfolgt bisher nur an der sehr sensiblen Bau- gruppe Auslöser/Halbwelle des Leistungsschalters und ist nur mit komplizierten empfindlichen Baugruppen zu realisieren.

Deshalb soll, im Gegensatz zu diesen üblichen Lösungen, gemäß der vorliegenden Erfindung diese Freigabe der Pole nicht an der Auslösewelle erfolgen, sondern durch ein einfaches Kop- pel-oder Verbindungselement zwischen dem Antrieb und den Kontaktträgern. Das ist eine völlig andere Form der gleich- zeitigen strombegrenzenden Öffnung aller Pole und hat den

Vorteil, dass an der sehr sensiblen Baugruppe Auslö- ser/Halbwelle nichts verändert werden muss, sondern lediglich durch das erfindungsgemäße Einfügen des in seiner Länge ver- änderbaren Bauteils anstelle einer sonst starren Verbindung zum Federantrieb die strombegrenzende Eigenschaft des Schal- ters erreicht wird.

Das heißt, der Einbau des in seiner Länge veränderbaren Bau- teils durch einen einfachen Eingriff an einer im Schalter gut zugänglichen Stelle ergibt einen strombegrenzenden Leistungs- schalter, mit einer gemeinsamen gleichzeitigen Öffnung aller Pole und der Einbau einer starren Verbindung ergibt einen se- lektiv staffelbaren Leistungsschalter.

Die Erfindung soll nachfolgend zum besseren Verständnis an- hand eines bevorzugten, den Schutzumfang nicht einschränken- den, Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Fig. l zeigt schematisch die Anordnung zur Übertragung der Schaltenergie und die Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters im eingeschalteten Zu- stand.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung zur Übertragung der Schaltenergie und die Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters im ausgeschalteten Zu- stand.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung zur Übertragung der Schaltenergie und die Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters im ausgelösten Zustand.

Die Fig. 4 zeigt schematisch die Antriebs-und Schaltanordnung

eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters in perspektivischer Ansicht von der Antriebsseite gesehen.

Die Fig. l zeigt schematisch die Anordnung zur Übertragung der Schaltenergie und die Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters im eingeschalteten Zu- stand. In dieser Figur sind zur Verdeutlichung der räumlichen Anordnung der Bauteile die Bereiche des Schaltergehäuses 1 und des Antriebsbereichs 2 durch strichpunktierte Linien mar- kiert. Im eingeschalteten Zustand ist das aus dem feststehen- den Schaltkontakt 3 und dem bewegbaren Schaltkontakt 4 beste- hende Kontaktsystem geschlossen. Das heißt, der im Kontakt- träger 5 mittels des Kontakthebelbolzens 6 schwenkbar ange- ordnete bewegbare Schaltkontakt 4 steht mit dem feststehenden Schaltkontakt 3 in einer flächigen Verbindung, die beispiels- weise im Kurzschlußfall zum Auftreten elektrodynamischer ab- stoßender Kräfte führt. Der Kontaktträger 5 ist mittels der Koppellasche 8 mit dem Ausleger 9 der Schaltwelle 10 kraft- schlüssig verbunden, welcher seinerseits über das in diesem normalen Schaltzustand gestreckte teleskopartige Bauteil 11 mit dem schematisch als Feder dargestellten Schalterantrieb 12 gekoppelt ist. Letzterer ist schematisch in Form einer im eingeschalteten Zustand entspannten Feder dargestellt und wirkt auf das gestreckte teleskopartige Bauteil 11 zur Über- tragung der Schaltkraft über den Ausleger 9 auf die Schalt- welle 10. Die Verklinkungseinrichtung, die den Schalter im eingeschalteten Zustand arretiert, ist in dieser schemati- schen Darstellung zur Vereinfachung der Zeichnung zum Zweck eines leichteren Verständnisses weggelassen worden.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung zur Übertragung der Schaltenergie und die Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters im ausgeschalteten Zu-

stand. Im ausgeschalteten Zustand ist das aus dem feststehen- den Schaltkontakt 3 und dem bewegbaren Schaltkontakt 4 beste- hende Kontaktsystem geöffnet. Durch das Drehen der Schalt- welle 10 wird die gesamte Anordnung zur Übertragung der Schaltenergie, bestehend aus dem um seine Lagerzapfen 7 schwenkbaren Kontaktträger 5, aus der Koppellasche 8 und aus dem gestreckten teleskopartigen Bauteil 11 gegen den schema- tisch als Feder dargestellten Schalterantrieb 12 verschoben und bewirkt die Spannung desselben, schematisch dargestellt durch die zusammengedrückte Feder. Die Verklinkungseinrich- tung ist auch in dieser schematischen Darstellung zur Verein- fachung der Zeichnung zum Zweck eines leichteren Verständnis- ses weggelassen worden.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung zur Übertragung der Schaltenergie und die Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters im ausgelösten Zustand.

Durch das Auftreten elektrodynamischer abstoßender Kräfte, beispielsweise im Kurzschlußfall, wird der bewegbare Schalt- kontakt 4 vom feststehenden Schaltkontakt 3 abgestoßen, was zum Schwenken des Kontaktträgers 5 um seine Lagerzapfen 7 führt. Diese Bewegung wird über die Koppellasche 8 und den Ausleger 9 der Schaltwelle 10 auf das teleskopartige Bauele- ment 11 übertragen, welches zusammengedrückt wird. Dadurch wird eine von der Überstromauslösevorrichtung des Leistungs- schalters unabhängige Freigabe des bewegbaren Kontakthebels 4 unter dem Einfluß eines unzulässig hohen Fehlerstromes ge- schaffen. Die im normalen Schalterbetrieb wirksame Verklin- kungseinrichtung ist auch in dieser schematischen Darstellung zur Vereinfachung der Zeichnung zum Zweck eines leichteren Verständnisses weggelassen worden.

Die Fig. 4 zeigt schematisch die Antriebs-und Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalters in perspektivischer Ansicht von der Antriebsseite gesehen und dient zur Kenntlichmachung der Einbaupositionen. Die Kontakt- träger 5 der Pole eines dreipoligen Niederspannungs-Leis- tungsschalters sind mittels der Koppellaschen 8 mit den Aus- legern 9 der Schaltwelle 10 verbunden, welcher die Schalt- energie vom nicht dargestellten Schalterantrieb über das te- leskopartige Bauteil 11 zugeführt wird, das am mittleren Aus- leger 13 der Schaltwelle 10 angelenkt ist. Zu diesem Zweck ist der mittlere Ausleger 13 der Schaltwelle 10 als Dreiecks- lasche mit zwei Gelenken 14 ; 15 ausgebildet.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung bestehen darin, dass bei Auftreten eines unzulässig hohen Stromes, gleichgül- tig an welchem Pol, eine dreiphasige Schnelltrennung erfolgt und dass nur ein einziges Bauteil benötigt wird, wodurch eine Umrüstung extrem einfach ist. Darüber hinaus werden keine zu- sätzlichen Endanschläge benötigt, die bei einer Einzelpolent- klinkung zur definierten Begrenzung der AUS-Bewegung erfor- derlich sind. Es werden die identischen Endanschläge genutzt, die auch bei normalen mechanischen Schaltungen wirken.