Installationsschaltgerät mit einer Doppelunterbrechung Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Installationsschaltgerät mit einer Doppelunterbrechung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gattungsgemäße Installationsschaltgeräte, beispielsweise Motorschutzschalter, weisen wenigstens einen Polstrompfad auf, umfassend zwei feststehende Kontaktstücke und zwei auf einer beweglichen Kontaktbrücke angeordnete bewegliche Kontaktstücke, durch die ein Polschalter mit zwei Kontakten und doppelter Unterbrechung gebildet ist.

Die Kontaktbrücke wird dabei durch einen Drücker in öffnungsrichtung und durch eine Kontaktdruckfeder in Schließrichtung beaufschlagt. Weiter umfassen gattungsgemäße Installationsschaltgeräte einen elektromagnetischen Auslöser, dessen Anker bei Auftreten eines Kurzschlussstromes in dem Polstrompfad sowohl über den Drücker die Kontaktbrücke in öffnungsrichtung aufschlägt, als auch die Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses entklinkt, so dass das Schalt- schloss über einen Wirkhebel die Kontaktbrücke dauerhaft entgegen der Kraft der Kon- taktdruckfeder öffnend beaufschlagt.

Unmittelbar nach dem Aufschlagen der Kontaktbrücke und damit dem Unterbrechen des Kurzschlussstromes in dem Polstrompfad bricht der elektrodynamische Rückstoß des elektromagnetischen Auslösers zusammen und die Kontaktbrücke wird durch die Kraft der Kontaktdruckfeder wieder in Richtung auf ihre Schließstellung hin beauf- schlagt.

Aufgrund der größeren mechanischen Trägheit des Schaltschlosses, verglichen mit derjenigen des den Anker und den Drücker umfassenden Systems, eilt der Wirkhebel zur dauerhaften Offenhaltung der Kontakte durch das Schaltschloss der Drückerbewegung nach.

Unter ungünstigen Bedingungen kann es vorkommen, dass die Kontakte durch die Kontaktdruckfeder bereits wieder geschlossen wurden, bevor das Schaltschloss über den Wirkhebel und den Drücker eine dauerhafte öffnung bewirken kann. Man spricht dann vom Auftreten eines Kontaktprellens, welches unerwünscht ist. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät mit verbessertem dynamischen Verhalten bei der Kurzschlussstromunterbrechung unter Vermeidung von Kontaktprellen zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß umfasst also der Drücker einen Schieber und einen Schlagstift, die im Wesentlichen in Bewegungsrichtung der Kontaktbrücke relativ zu dieser und relativ zueinander verschieblich angeordnet sind, wobei die Anordnung aus Schieber, Schlagstift, Kontaktbrücke, Wirkhebel und Anker so eingerichtet ist, dass im Kurzschlussfall der Anker über den Schlagstift die Kontaktbrücke in öffnungsrichtung aufschlägt, wobei der Schieber dem Schlagstift nacheilt, bevor der Wirkhebel über den Schieber die Kontaktbrücke entgegen der Kontaktdruckkraft dauerhaft in Offenstellung hält.

Der erfindungsgemäße Drücker ist also zweistückig ausgeführt. Dadurch wird es möglich, dass ein erstes Teil des Drückers, nämlich der Schlagstift, im Kurzschlussfall aufgrund seiner kleinen Masse sehr schnell von dem Anker beschleunigt werden kann und somit sehr schnell die Kontaktbrücke aufschlägt.

Wenn die Kontaktbrücke aufgeschlagen wurde und dadurch der Kurzschlussstrom unterbrochen ist, endet auch die Kraftwirkung des Ankers auf den Schlagstift. Die Kontaktbrücke wird jetzt von der Kraft der Kontaktdruckfeder wieder in Schließrichtung gedrückt. Der erfindungsgemäß als zweites Teil des Drückers dem Schlagstift nacheilende Schieber kann diese Gegenbewegung der Kontaktbrücke bremsen, so dass die Kontaktbrücke daran gehindert wird, die Kontakte zu schließen, bevor der Wirkhebel, in der aufgrund der größeren mechanischen Trägheit des Schaltschlosses dem Schlagstift noch weiter nacheilt, über den Schieber die Kontaktbrücke schließlich dauerhaft in Of- fenstellung hält.

Somit wird durch das erfindungsgemäße Installationsschaltgerät ein sehr schnelles Aufschlagen der Kontaktbrücke im Kurzschlussfall bei gleichzeitiger Verhinderung des Kontakttprellens erreicht.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Kontaktbrücke in einer ersten öffnung des Schiebers in ihrer Bewegungsrichtung verschiebbar geführt.

Sehr vorteilhaft ist eine weitere Ausführungsform, bei deren der Schlagstift in einer zweiten öffnung des Schiebers in Bewegungsrichtung der Kontaktbrücke verschiebbar geführt ist. Die Führung des Schlagstiftes in der zweiten öffnung des Schiebers ist dabei vorteilhafterweise so dimensioniert, dass der Schlagstift bei seiner Bewegung in öffnungsrichtung der Kontaktbrücke aufgrund einer vorhandenen Reibungskraft zwischen Schlagstift und Schieber diesen in öffnungsrichtung nacheilend mitnimmt.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform weist der Schieber in der ersten öffnung einen ersten Absatz auf, der einen oberen Anschlag für die Kontaktbrücke bildet. Dies gewährleistet einen sehr kompakten Aufbau. Wenn der Schieber bei seiner dem Schlagstift nacheilenden Bewegungen in öffnungsrichtung der Kontaktbrücke auf diese trifft, so bremst eher über den als oberen Anschlag wirkenden ersten Absatz in die gegenläufige Bewegung der Kontaktbrücke in Schließrichtung.

Vorteilhafterweise weist der Schieber an seiner Außenseite einen zweiten Absatz auf, der einen Angriffspunkt für den Wirkhebel bildet. Weiterhin vorteilhafterweise ist die Anordnung aus Schlagstift, Schieber und Kontaktbrücke so dimensioniert, dass die Masse des Schiebers gleich oder größer ist als die Summe der Massen von Schlagstift und Kontaktbrücke. Daraus resultiert der Vorteil, dass die Kraft der Rückstellungsfeder auf die Kontaktbrücke kleiner ist als die Kraft, die aufgrund der genetischen Energie des Schlagstiftes beim öffnen auf die Kontaktbrücke wirkt.

Noch weiter vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der Schieber in der ersten, die Kontaktbrücke führenden öffnung einen dritten Absatz aufweist, der einen unteren Anschlag für die Kontaktbrücke bildet. An dem dritten Absatz nimmt die Kontaktbrücke bei ihrer Aufschlagbewegung in öffnungsrichtung den Schieber zunächst ein Stück in öff- nungsrichtung mit und unterstützt dadurch dessen dem Schlagstift nacheilende Bewegung in öffnungsrichtung. Wenn nach dem Zusammenbrechen des elektrodynami-

sehen Rückstoßes des elektromagnetischen Auslösers die Kontaktbrücke aufgrund der Kraft der Kontaktdruckfeder sich wieder gegenläufig in Schließrichtung bewegt, so ist bei der gerade beschriebenen Ausführungsform der Schieber noch weiter in öffnungsrichtung vorangekommen und trifft mit seinem ersten Absatz noch früher auf die Kon- taktbrücke, wodurch ein noch effektiveres Abbremsen der gegenläufigen Schließbewegung der Kontaktbrücke erfolgt.

Anhand der Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1a: ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit einem erfindungsgemäßen Drücker in der Ruhestellung,

Figur 1 b: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß Figur 1a in der Ruhestellung,

Figur 2a: ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit einem erfindungsgemäßen Drücker kurz nach Auftreten eines Kurzschlussstromes,

Figur 2b: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß Figur 2a,

Figur 3a: ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit einem erfindungsgemäßen Drücker bei maximaler Auslenkung der

Kontaktbrücke in öffnungsrichtung,

Figur 3b: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß Figur 3a,

Figur 4a: ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit einem erfindungsgemäßen Drücker bei gegenläufiger Bewegung der Kontaktbrücke und des Schiebers,

Figur 4b: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers gemäß Figur 4a,

Figur 5a: ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit einem erfindungsgemäßen Drücker bei Beginn der Wirkung des Schaltschlosses auf den Wirkhebel,

Figur 5b: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers in der Position ge- maß Figur 5a,

Figur 6a: ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes mit einem erfindungsgemäßen Drücker bei dauerhafter öffnung durch das Schaltschloss über den Wirkhebel,

Figur 6b: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drückers in der Position ge- maß Figur 6a,

Figur 7: eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drückers gemäß einer weiteren Ausführungsform, sowie

Figur 8: eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drückers gemäß einer dritten Ausführungsform.

In den Figuren 1 bis 8 sind jeweils gleiche oder gleichwirkende Elemente oder Baugruppen jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Installationsschaltgerät 1 mit einem Polstrompfad 2 zwischen einer Eingangsklemme 3 und einer Ausgangsklemme 4. Es könnte sich beispielsweise um einen Polstrompfad eines dreipoligen Motorschutzschalters handeln, dessen andere beiden Polstrompfade entsprechend aufgebaut sind.

Der Polstrompfad 2 umfasst zwei feststehende Kontaktstücke 5,6 und zwei auf einer beweglichen Kontaktbrücke 7 angeordnete bewegliche Kontaktstücke 8,9, durch die eine Kontaktstelle 10 mit Doppelunterbrechung gebildet ist. Die Kontaktbrücke 7 wird durch eine Kontaktdruckfeder 11 in Schließrichtung, siehe Richtungspfeil S, beauf- schlagt. Durch einen Drücker 12, der an der der Kontaktdruckfeder 11 gegenüberliegenden Seite der Kontaktbrücke 7 angreift, kann diese in öffnungsrichtung, siehe Richtungspfeil O, beaufschlagt werden.

Der Polstrompfad 2 umfasst noch einen thermischen Auslöser 113 und einen elektromagnetischen Auslöser 13 mit einem Anker, der im Falle eines in dem Polstrompfad 2 auftretenden Kurzschlussstromes aufgrund eines elektrodynamischen Rückstoßes über den Drücker 12 die Kontaktbrücke 7 in öffnungsrichtung aufschlägt, angedeutet durch die Wirklinie 14. Gleichzeitig wirkt der Anker des elektromagnetischen Auslösers 13 im Kurzschlussfall auch auf ein Schaltschloss 15 und entklinkt dessen Verklinkungsstelle, angedeutet durch die Wirklinie 16, so dass das Schaltschloss 15 im entklinkten Zustand über einen Wirkhebel 17, angedeutet durch die Wirklinie 18, den Drücker 12 dauerhaft in öffnungsrichtung der Kontaktbrücke 7 beaufschlagt.

Die Funktion des thermischen Auslösers 113, der im Falle eines überstromes ebenfalls auf das Schaltschloss 15 wirkt, angedeutet durch die Wirklinie 114, ist im Prinzip bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Der thermischer Auslöser 113 ist hier nur der Vollständigkeit halber mit dargestellt.

Bei dem mechanischen System umfassend das Schaltschloss 15 und den Wirkhebel 17 kann es sich beispielsweise um ein Kniehebelsystem mit einer zweistufigen Verklin- kung handeln. Der Wirkhebel 17 ist als Doppelarmhebel ausgebildet, dessen erster, von dem Schaltschloss 15 beaufschlagter Hebelarm 171 und dessen zweiter, mit dem Drücker 12 zusammenwirkender Hebelarm 172 einen stumpfen Winkel miteinander bilden und in einer ortsfesten Drehachse 173 drehbar gelagert ist, wodurch der Wirkhe- bei 17 als Umlenkhebel wirkt.

Das gerade beschriebene mechanische System hat eine gewisse mechanische Trägheit, wodurch nach dem Entklinken eine gewisse Zeit, beispielsweise 2 bis 5 ms, vergeht, bevor der Wirkhebel 17 auf den Drücker 12 trifft, um diesen dauerhaft in öffnungsrichtung zu beaufschlagen. Demgegenüber ist die Zeit bis zum direkten Aufschlagen der Kontaktbrücke 7 durch den -Anker des elektromagnetischen Auslösers 13 viel kürzer, sie beträgt beispielsweise nur 1 ms.

Dadurch könnte es, wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden, passieren, dass die Kontaktbrücke 7 durch die Rückstellkraft der Kontaktdruckfeder 11 bereits wieder in ihre Ausgangsstellung in der Schließposition zurück gedrückt und die Kontaktstelle 10 dadurch wieder geschlossen wird, bevor noch der Wirkhebel 17 mit dem

freien Ende seines zweiten Armes 171 den Drücker und damit die Kontaktbrücke 7 dauerhaft in öffnungsstellung beaufschlagen können.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen, die ergriffen werden, um das zu verhindern werden im folgenden beschrieben. Der Drücker 12 ist zweiteilig ausgeführt. Er umfasst einen Schieber 19 und einen Schlagstift 20. Wie in der Schnittdarstellung der Figur 1 b zu sehen, ist der Drücker 12 ein längs erstrecktes Bauteil mit in etwa einer zylindrischen oder quaderförmigen Grundform.

In einer ersten, schlitzartigen öffnung 21 im Schieber 19, die nach unten zur Schmal- seite des Schiebers 19 hin offen ist, ist die Kontaktbrücke 7 in ihrer Schließ- beziehungsweise in ihrer öffnungsrichtung verschieblich geführt.

Der Schlagstift 20 ist in einer zweiten, kanalartigen öffnung 22 in dem Schieber 19 e- benfalls in der Schließ- beziehungsweise öffnungsrichtung der Kontaktbrücke 7 beweglich geführt. Er überragt den Schieber 19 nach oben in Richtung des Angriffspunktes des Schlagankers.

In der ersten öffnung 21 des Schiebers 19 ist ein erster Absatz 23 gebildet, der als o- berer Anschlag für die Kontaktbrücke 7 dient. An der Außenseite des Schiebers 19 ist ein zweiter Absatz 24 gebildet, der als Angriffspunkt für den Wirkhebel 17 dient.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung bei Auftreten eines Kurzschluss- Stroms wird nun im folgenden erläutert. Wenn ein Kurzschlussstrom auftritt, siehe Figur 2a, so schlägt aufgrund des elektrodynamischen Rückstoßes des elektromagnetischen Auslösers 13 dessen Anker auf dem Schlagstift 20 des Drückers 12, angedeutet durch den Impulspfeil I in der Figur 2a. Der Schlagstift 20 wird in öffnungsrichtung O nach unten beschleunigt, wobei er die Kontaktbrücke 7 in öffnungsrichtung O mitnimmt. Da- durch werden die beweglichen Kontaktstücke 8,9 von den festen Kontaktstücken 5,6 getrennt und die Doppelkontaktstelle 10 geöffnet. Aufgrund der Massenträgheit setzt sich die Abwärtsbewegung des Schlagstift 20 fort, auch wenn der Anker nach Zusammenbrechen des Kurzschlussstromes bei geöffneter Kontaktstelle 10 wieder in seine Ruheposition zurückkehrt. Die Figur 3a zeigt diesen Zustand, in dem die Kontaktbrücke 7, getrieben durch den Schlagstift 20, ihre maximale Auslenkung in öffnungsrichtung O erreicht hatte. Die Kontaktdruckfeder 11 ist ganz zusammengedrückt.

Aufgrund einer geringen Gleitreibungskraft zwischen dem Schlagstift 20 und dem Schieber 19 im Inneren der zweiten öffnung 22 wird der Schieber 19 durch den Schlagstift 20 in öffnungsrichtung O dem Schlagstift 20 nacheilend mitgenommen.

Wenn die maximale Auslenkung der Kontaktbrücke 7 in öffnungsrichtung O erreicht ist, wird diese aufgrund der Rückstellkraft der Kontaktdruckfeder 11 wieder nach oben in Schließrichtung S beaufschlagt und bewegt, siehe Figur 4a. Für eine gewisse Zeit findet somit eine gegenläufige Bewegung der Kontaktbrücke 7 nach oben und des Schiebers 19 nach unten statt. Wenn der Schieber 19 mit seinem ersten Absatz 23 auf die ihm entgegenkommende Kontaktbrücke 7 trifft, so verlangsamt sich zunächst die Auf- wärtsbewegung der Kontaktbrücke 7, wobei dann aber nach einer kurzen Verharrungs- zeit die Kontaktbrücke 7 den Schieber 19 auf ihrer weiteren Aufwärtsbewegung in Schließrichtung über den ersten Absatz 23 mitnimmt. Diese Situation ist in der Figur 5a und 5b dargestellt.

In der Figur 5a ist derjenige Zeitpunkt erfasst, in dem die trägheitsbedingte Verzöge- rung des mechanischen Systems bestehend aus dem Schaltschloss 15 und den Wirkhebel 17 beendet ist und der als Kniehebel ausgebildete Wirkhebel 17 von dem Schaltschloss 15, angedeutet durch den Wirkungspfeil K, im Uhrzeigersinn verdreht wird. Die Kontaktstelle 10 ist immer noch geöffnet.

Bei weiterer Aufwärtsbewegung in Schließrichtung S trifft der Schieber 19 mit seinem zweiten Absatz 24 auf den sich weiter im Uhrzeigersinn drehenden Wirkhebel 17. Das Schaltschloss 15 ist entklinkt, und hält - angedeutet durch den Pfeil K - den Wirkhebel 17 dauernd in einer solchen Position, dass er über den zweiten Absatz 24 den Schieber 19 so weit in öffnungsrichtung O festhält, dass die Kontaktstelle 10 dauerhaft geöffnet bleibt. Ein Kontaktprellen hat ersichtlich nicht stattgefunden. Die öffnung der Kontaktbrücke 7 durch den Anker des elektromagnetischen Auslösers 13 findet in der oben beschriebenen Weise bevorzugt bei kleinen und mittleren Kurzschlussströmen statt. Bei hohen Kurzschlussströme, etwa größer als 1 bis 2 kA, findet die öffnung über eine elektrodynamische Abstoßung zwischen den festen und beweglichen Kontaktstücken 5,6; 8,9 statt. Man spricht dabei auch von einer öffnung durch elektrodynamisches Abstoßen zwischen den Kontaktstücken. Diese öffnung durch e- lektrodynamisches Abstoßen vollzieht sich schneller als die öffnung durch den Anker, da keine mechanisch bewegten Zwischenteile, wie z.B. der Anker eines darstellt, betei-

ligt sind und daher auch keine trägheitsbedingte Zeitverzögerung auftritt. Der Anker eilt in diesem Fall der Kontaktbrücke anfänglich nach. Die Verhinderung des vorzeitigen Schließens der Kontaktstelle erfolgt nach dem anfänglichen schnellen öffnen aufgrund des elektrodynamischen Abstossens dann in der Folgezeit aber genau so, wie oben beschrieben.

Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schiebers 19a. Bei diesem ist die erste öffnung 21 nach unten hin durch einen Steg 25 verschlossen. Der Bewegungsbereich der Kontaktbrücke 7 ist somit in der ersten öffnung 21 zwischen dem als oberer Anschlag wirkenden ersten Absatz 23 und dem Steg 25 begrenzt. Die vorteilhafte Wirkung des Steges 25 besteht darin, dass bei der Abwärtsbewegung des Schlagstiftes 20 dieser als unterer Anschlag wirkt und den Schieber 19 aktiv nach unten in öffnungsrichtung mitnimmt. Er unterstützt dadurch die nacheilende Mitnahme des Schiebers 19 nach unten in öffnungsrichtung O durch den Schlagstift 20. Eine weitere Variante zeigt die Figur 8. Dort sind anstelle eines durchgängigen Steges in der ersten öffnung 21 an deren offenem Ende zwei Absätze 26 mit jeweils abgeschrägten Seitenflächen 27 angebracht. Die Mitnahme des Schiebers 19 durch die Kontaktbrücke 7 erfolgt dabei über die schrägen Flächen 27.

Insgesamt umfasst somit das erfindungsgemäße Installationsschaltgerät zwei bewegte Systeme. Das erste bewegte Teilsystem umfasst den Schlagstift 20 und die Kontaktbrücke 7, um das zweite bewegte Teilsystem umfasst den Schieber 19. Die beiden bewegten Teilsysteme müssen so dimensioniert sein, dass die Kraft der Kontaktdruckfeder 11 auf die Kontaktbrücke 7 kleiner ist als die Kraft, die der Schlagstift 20 aufgrund der ihm von dem Anker des elektromagnetischen Auslösers 13 durch den Stoß mitge- teilten kinetischen Energie erfährt. Dazu muss die Masse des Schiebers 19 größer sein oder zumindest gleich der Summe der Massen des Schlagstiftes 20 und der Kontaktbrücke 7.

Bezugszeichenliste

1 Installationsschaltgerät

2 Polstrompfad

3 Eingangsklemme

4 Ausgangsklemme

5, 6 Feststehende Kontaktstücke

7 Bewegliche Kontaktbrücke

8, 9 Bewegliche Kontaktstücke

10 Kontaktstelle

11 Kontaktdruckfeder

12 Drücker

13 Elektromagnetischer Auslöser

14 Wirklinie

15 Schaltschloss

16 Wirklinie

17 Wirkhebel

18 Wirklinie

19 Schieber

20 Schlagstift

21 Erste öffnung

22 Zweiter öffnung

23 Erster Absatz

24 Zweiter Absatz

25 Steg

26 Absatz

27 Abgeschrägte Seitenflächen

113 Thermischer Auslöser

114 Wirklinie

171 Erster Hebelarm

172 Zweiter Hebelarm

173 Drehachse