Elektrisches Schaltgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät mit einem beweglichen Kontaktelement mit einem Paar von be¬ weglichen Kontakten daran, einem Paar von festen Kontaktele¬ menten, an denen die festen Kontakte einzeln befestigt sind, einer ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung mit ei- nem festen Eisenkern, einem beweglichen Eisenkern sowie einer Spule, welche elektrisch in Serie mit einem der festen Kon¬ takte verbunden ist und einer zweiten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung, die ein Joch, ein Anker und eine Wick¬ lung umfaßt, zur Ein- und Ausschaltung des Laststroms über ein Übertragungsglied.

Ein gattungsgemäßes Schaltgerät ist in der deutschen Patent¬ schrift DE 41 04 533 C2 offenbart. Hier ist ein sogenannter n-Auslöser als HilfsmagnetSystem vorgesehen, an dessen Anker ein Stößel befestigt ist, der zum Aufschlagen der Kontakte bei Auftreten von Überströmen dient. Hierdurch soll eine Ver¬ schweißung der Kontakte in Folge von Überströmen verhindert werden, bei deren Auftreten die Kontakte stromabhängig unter Bildung von Lichtbögen mehr oder weniger getrennt werden. Der Stößel ist im zylindrischen Hohlraum eines rohrförmig ausge¬ bildeten Kontaktbrückenträgerε geführt, der über einen Hebel durch ein Hauptmagnetsystem zur Ein- und Ausschaltung des Laststroms betätigbar ist. Hierbei liegt das Hilfsmagnet- system derart unterhalb der Kontaktanordnung, daß die Axial- linie des Stößels mit der Längsmittelachse des Kontakt¬ brückenträgers fluchtet. Das Hauptmagnetsystem ist neben dem Hilfsmagnetsystem, d.h. zur Längsmittelachse des Kontakt¬ brückenträgers seitlich versetzt angeordnet.

Die DE-OS 28 48 287 offenbart einen MagnetSchalter, bei dem die Kontakte zur Ein- und Ausschaltung des Laststromkreises bei Auftreten von Überströmen schnell geöffnet werden. Der

Magnetschalter ist eine überstromempfindliche Vorrichtung mit einer vom Laststrom durchflossenen Wicklung und einem Magnet¬ kern, der mit einem Schlagstift versehen ist. Ein Elektro¬ magnet schaltet den Laststrom über die Kontakte ein und aus, wozu dessen Anker über einen Magnetkraftspeicher mit einem längsbeweglichen Übertragungsorgan gekuppelt ist, das somit bei Erregung des Elektromagneten eine Bewegung in Längsrich¬ tung ausführt und dabei die an einer beweglichen Kontakt¬ brücke befestigten beweglichen Kontakte von Festkontakten abhebt. Bei Auftreten von Überströmen wirkt der Anker des

Magnetschalters derart auf den Federkraftspeicher, daß dieser das Übertragungsorgan schlagartig beschleunigt und die Kon¬ takte zur Vermeidung von Verschweißungen aufreißt. Die Kraft¬ übertragung des Elektromagneten kann auch durch eine Schub- Stange erfolgen, die in einem vom Magnetschalter betätigten Übertragungsorgan geführt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltgerät der obengenannten Art derart zu verbessern, daß eine Verschwei- ßung der Kontakte durch Vermeidung von überstromabhängigen Lichtbögen ausgeschlossen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Übertragungsglied als Kontaktbrückenträger mit einem Fenster ausgeführt ist, in dem das bewegliche Kontaktelement aufge¬ nommen iεt, daß der Kontaktbrückenträger ohne Zwischenschal¬ tung von Hebeln an dem Anker angekoppelt ist, daß der beweg¬ liche Eisenkern der ersten Antriebsvorrichtung an dem Kon¬ taktbrückenträger befestigt ist und daß auf den beweglichen Eisenkern eine dem Laststrom proportionale Kraft wirkt, die die Kontakte über den Kontaktbrückenträger zuhält.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn die erste und zweite Antriebsvorrichtung koaxial zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Kraftwirkungslinie auf¬ weisen, die mit der Symetrieachse des Kontaktbrückenträgers fluchtet. Dies hat den Vorteil, daß lediglich Längskräfte

wirksam werden und die Kräfte ohne Verlust voll zur Entfal¬ tung gebracht werden können, d.h. z.B. Reibungsverluste, wie sie beim Einsatz von Umlenkhebeln üblicherweise auftreten, vermieden werden.

Umfaßt der Kontaktbrückenträger zwei Teile, die sich relativ zueinander in einer Richtung bewegen können, so ermöglicht dies, daß sich der Kontaktbrückenträger bei geschlossenem Magnetkreis der zweiten Antriebsvorrichtung aufgrund der Kraftwirkung der ersten Antriebsvorrichtung derart verkürzen kann, daß der Andruck der beweglichen Kontakte auf die festen Kontakte erhöht wird.

Vorteilhafterweise sind die Teile des Kontaktträgers eine am Anker der zweiten Antriebsvorrichtung befestigte Kontakt¬ trägerplatte und ein mit dieser über eine Feder gekoppelter Kontaktträgerdom. Die zuvor beschriebene Verkürzung des Kontaktbrückenträgers wird auf diese Art und Weise einfach erreicht.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kontaktträgerdom mit dem Fenster versehen ist, in dem das bewegliche Kontaktelement durch eine Kontaktfeder in Richtung der festen Kontakte vorgespannt ist und wenn ein Druckstück vorgesehen ist, welches den Federweg, um den die Feder bei

Kompression verkürzbar ist, beschränkt. Diese Ausführung hat zur Folge, daß die Zusatzkraft der ersten Antriebsvorrichtung bei Auftreten von Überströmen direkt über den Kontaktträger¬ dom und das Druckstück zum Andruck der beweglichen Kontakte auf den festen Kontakten wirksam wird. In diesem Fall ist also nicht mehr die Kraftwirkung der Kontaktfeder maßgebend wie beim Einschalten durch die erste Antriebsvorrichtung.

Eine weitere vorteilhafte Lösung ist gegeben, wenn der Kon- taktbrückenträger und der bewegliche Eisenkern in der Bewe¬ gungsrichtung zueinander verschieblich sind und wenn der bewegliche Eisenkern mit einem Stößel versehen ist, der durch

die Kontur des Kontaktbrückenträgers geführt ist und bei Überströmen die Kontakte über das Kontaktelement aufreißt. Diese Ausführung ist auf einfache Weise realisierbar und be¬ deutet eine Abwandlung des oben beschriebenen Lösungskon- zepts . Während bei diesem die Schweißfreiheit durch eine dynamische Kontaktkraftverstärkung erreicht wird, wird die Schweißfreiheit bei der vorliegenden Lösung durch Aufschlagen des beweglichen Kontaktelements bewerkstelligt.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1 ein elektrisches Schaltgerät mit Schweißfreiheit durch dynamische Kontaktkraftverstärkung im AUS- Zustand,

FIG 2 das elektrische Schaltgerät gemäß FIG 1 im EIN-

Zustand und FIG 3 ein elektrisches Schaltgerät mit Schweißfreiheit durch Aufschlagen einer Kontaktbrücke.

FIG 1 zeigt ein elektrisches Schaltgerät 1 gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer Kontakteinrichtung 3,4,5 in einer Lichtbogenkammer 2, einem die Kontakteinrichtung 3,4,5 betä¬ tigenden Hauptmagnetsystem 16, und einem zwischen der Kon- takteinrichtung 3,4,5 und dem Hauptmagnetsystem 16 angeordne¬ ten Hilfsmagnetsystem 22,23,24. Das Hauptmagnetsystem 16 und das Hilfsmagnetsystem 22,23,24 sind als elektromagnetische Antriebsvorrichtungen ausgebildet. Das Hilfsmagnetsystem 22,23,24 ist vorteilhafterweise in der Kraftwirkungslinie des HauptmagnetSystems 16 angeordnet, so daß beide im Gegensatz zur bisherigen Technik, die mit Umlenkhebeln arbeitet, unver- zögert ihre Wirkung ohne Zwischenschaltung von Umlenkhebeln entfalten. Der Verzicht auf Umlenkhebel bedeutet außerdem eine Reduzierung an Bauteilen, was üblicherweise angestrebt wird.

Die FIG 1 zeigt das System für eine Phase; für die anderen Phasen ist der Aufbau im wesentlichen gleich, so daß die Beschreibung für diese eine Phase auch für die anderen Phasen gilt.

Die Kontakteinrichtung 3,4,5 umfaßt eine bewegliche Kontakt¬ brücke 3 als bewegliches Kontaktelement mit jeweils einem beweglichen Kontakt 4 an einander gegenüberliegenden Endbe¬ reichen der Kontaktbrücke 3. Die beweglichen Kontakte 4 sind einem Paar von festen Kontakten 5 gegenüberliegend angeord¬ net. Die festen Kontakte 5 sind jeweils mit einem Kontakt¬ element 6 verbunden, das an einem Gehäuseabsatz 7 im Inneren einer oberen Gehäusehälfte 8 befestigt ist.

Die Kontaktbrücke 3 ist in ein Fenster 9 eines stabförmigen, zweiteilig ausgeführten Kontaktbrückenträgers eingeschoben, der im wesentlichen aus einem Kontaktträgerdom 10 und einer Kontaktträgerplatte 11 besteht. Der Kontaktträgerdom 10 ist in FIG 1 oben über eine Spiralfeder 12 als Hauptkontaktfeder gehalten, wobei der Kontaktträgerdom 10 und die Kontaktbrücke

3 in einer Führung 13 in FIG 1 durch die Spiralfeder 12 nach unten vorgespannt sind. Ein Paar von gruppenweise angeordne¬ ten Lichtbogen-Löschplatten 14 aus einem magnetischen, metal¬ lischen Material sind an einander gegenüberliegenden Seiten der Kontaktbrücke 3 vorgesehen, um die Lichtbögen zu löschen, welche die Kontakttrennung zwischen den beweglichen Kontakten

4 und den festen Kontakten 5 gezogen werden.

Das Hilfsmagnetsystem umfaßt einen festen Eisenkern, der durch zwei U-förmige Eisenbleche 22 gebildet ist, eine Spule 23 und einen Anker 24 als beweglichen Eisenkern.

Das als Betriebs- und Betätigungsmechanismus dienende Haupt¬ magnetsystem 16 liegt gemäß FIG 1 in einer unteren Gehäuse- hälfte 15. Es ist als Elektromagnet ausgeführt, der im wesentlichen einen festen Eisenkern 17, einen beweglichen Anker 18 sowie eine hier nicht dargestellte Spule oder Wick-

lung umfaßt, die zur Betätigung deε Schaltgeräts über einen Steuerkreis mit Strom beaufschlagt werden kann.

FIG 2 zeigt das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 im eingeschal- teten Zustand, d.h. bei Stromführung. Die Funktion des Schaltgeräts 1 wird im Folgenden anhand von FIG 1 und 2 erläutert.

Wird das Hauptmagnetsystem 16 angesteuert, bewegt sich dessen Anker 18 in der Figuren-Darstellung nach unten und nimmt die Position gemäß FIG 2 ein. Bei dieser Abwärtsbewegung wird der Kontaktbrückenträger 10,11 infolge der Ankopplung nach unten mitgeführt, wobei die Kontaktfeder 12 nach Auflage der beweg¬ lichen Kontakte 4 auf den festen Kontakten 5 nahezu um den Federweg komprimiert wird, der dem Luftspalt 27 im stromlosen Zustand des Schaltgeräts 1 gemäß FIG 2 entspricht.

Es stellt sich das Problem, daß mit steigendem Laststrom die Kräfte, die die Kontakte 4,5 auseinandertreiben wollen, an- wachsen. Das Aufreißen der Kontakte 4,5 zieht als unerwünsch¬ te Folgewirkungen die Bildung von Lichtbögen, die damit ver¬ bundene Temperaturerhöhung der Kontakte 4,5 und ein mögliches Verschweißen der Kontakte 4,5 nach sich. Mit steigendem Last¬ strom in der Hauptstrombahn wird aber beim vorliegenden Schaltgerät 1 zur Lösung dieses Problems die Kraft an der Kontaktstelle durch das Hilfsmagnetsystem 22,23,24 erhöht. Dies erfolgt über den Anker 24, des Hilfsmagnetsystems, auf den nach FIG 1 in Richtung Hauptmagnetsyεtem 16 zusammen mit dem Kontaktträgerdom 10 eine Kraft ausgeübt wird. Dabei drückt der Kontaktträgerdom 10 über das Druckstück 26 direkt die Kontaktbrücke 3 nach unten, da die Kontaktfeder 12 - wie oben erwähnt - bereits nahezu um den Luftspalt 27 komprimiert ist. Dies hat zur Folge, daß die bei Auftreten von Überströ¬ men erzeugte zusätzliche Kraft des Hilfsmagnetsystems 22,23,24 direkt auf die Kontaktstelle zwischen den beweg¬ lichen 4 und den festen Kontakten 5 übertragen wird, während ansonsten bei normalen Lastströmen nur die wesentlich kleine-

re Kontaktkraft durch die Kontaktfeder 12 wirksam iεt. Damit sich die beschriebene Zusatzkraft des HilfsmagnetSystems 22,23,24 voll entfalten kann, ist der Kontaktträgerdom 10 relativ zur Kontaktträgerplatte 11 unter Zwischenwirkung der Feder 21 verschiebbar.

Von der dargestellten Auεführungεform gemäß FIG 1 abweichend könnte daε Druckstück 26 auch an der oberen Randfläche 28 des Fensterε 9 im Kontaktträgerdom 10 angeformt εein und demgemäß die Spiralfeder 12 um den oben erwähnten Luftεpalt 27 am unteren Ende deε Druckεtückε 26 überεtehen, ohne daß εich die Wirkungsweise prinzipiell ändern würde.

In FIG 3 ist ein Schaltgerät 1 gemäß einer zweiten Auεfüh- rungεform im eingeschalteten Zustand dargestellt. Dieεeε stimmt weitgehend mit der ersten Ausführungsform des Schalt¬ geräts 1 gemäß FIG 1 und 2 überein. Insoweit wird auf eine Beschreibung der übereinstimmenden Komponenten verzichtet und diese werden mit gleichen Bezugszeichen wie in FIG 1 und 2 versehen.

Die wesentliche Abwandlung bei der zweiten Auεführungεform betrifft den Aufbau deε Kontaktbrückenträgerε. Dieεer besteht hier zwar auch aus einer Kontaktträgerplatte 11 und einem rohrformigen Kontaktträgerdom 10 mit einem Fenster 9 zur Auf¬ nahme der Kontaktfeder 12. Jedoch ist kein Druckstück vorhan¬ den und der Kontaktträgerdom 10 und die Kontaktträgerplatte 11 sind fest miteinander verbunden, z.B. durch eine Ver- schraubung, durch Verklebung oder Verschweißung. Im zylind- rischen Hohlraum 19 deε Kontaktträgerdomε 10 iεt der Anker 24 des Hilfsmagnetsystems beweglich gelagert und an seinem obe¬ ren Ende mit einem Stößel 29 bzw. Schlagstift versehen, der bei Auslösung durch einen Über- oder Kurzschlußεtrom in das Fenster 9 hinein verschiebbar ist. Um den Stößel 29 herum liegt eine Rückdruckfeder 30, die sich einerεeits an einem Absatz 31 im zylindrischen Hohlraum 19 abstützt und anderer¬ seits am Anker 24 angreift.

Die angestrebte Schweißfreiheit wird bei der Lösung gemäß der zweiten Ausführungsform durch Aufschlagen der beweglichen Kontaktbrücke 3 im Überstrom- und Kurzschlußfall erreicht. Entsprechend ist die Funktion des Stößels 29, der infolge von Überströmen durch die Kraftwirkung des HilfsmagnetSystems

22,23,24 zusammen mit dem Anker 24 in Richtung Kontaktbrücke 3 beschleunigt wird und diese nach oben schlägt, so daß die Kontakte 4,5 aufgerissen werden. Dabei wird die Rückdruck¬ feder 30 komprimiert. Je nach Stärke der Rückdruckfeder 30 kann das Einsetzen der Schlagwirkung des Stößels 29 gezielt variiert werden kann.

Die beim Aufreißen der Kontakte 4,5 entstehenden Lichtbögen bei der normalen Abschaltung von Lastströmen durch das Haupt- magnetεyεtem 16 werden von den Lichtbogen-Löschplatten 14 an¬ gezogen, gekühlt und infolge hiervon beim Null-Durchgang des Wechselstroms zum Verlöschen gebracht.

Bei Auftreten von Überströmen werden über den Stößel 29 des HilfsmagnetSystems 22,23,24 die Kontakte 4,5 ebenfalls mit der Folge aufgerisεen, daß wiederum Lichtbögen gezogen wer¬ den. Dieεe werden von den Lichbogenlöεchplatten 14 angezogen, εo daß der Lichtbogenwiderεtand wächεt und damit einhergehend der Kurzschlußstrom begrenzt wird. Der Kurzschlußstrom wird nachfolgend von einem nichtdargestellten Unterbrecher oder Trennschalter unterbrochen.