Elektromagnetischer Schaltmechanismus für elektrische Schutzschaltgeräte

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schaltmechanismus, insbeson ^¬ dere für mobile elektrische Schutzschaltgeräte mit manueller, elektromagneti ^¬ scher und freier Auslösung der Kontaktöffnung, nach dem Oberbegriff des An ^¬ spruchs 1.

Ein elektromagnetischer Schaltmechanismus für mobile elektrische Schutz- schaltgeräte mit Di ferenzstrom- und Unterspannungsauslösung ist in der DE 39 37 546 AI beschrieben. Dieser Mechanismus weist einen an einer Abwicklung ei¬ nes Magnetjochs einer Auslösespule in einer Langlochführung ortsveränderlich und schwenkbar gehalterten und durch eine Schaltfeder beaufschlagten Kontakt- träger für die beweglichen Kontakte und einen am Magnetjoch angeordneten und zugfederbeaufschlagten Klappanker, die simultan durch eine Bedienungshandhabe betätigbar und gegen die Wirkung der jeweiligen Feder miteinander verklinkbar sind, sowie Festkontakte auf. Die Auslösespule ist mit einer auf einer ge¬ druckten Leiterplatte angeordneten Elektronik mit einem Summenεtromwandler zur Differenzstrom- und Unterspannungsüberwachung und einer Prüfeinrichtung verbunden. Der Klappanker liegt im verklinkten Zustand am Magnetjoch an, und der Kontaktträger ist im verklinkten Zustand nun derart gehaltert, daß er mit seinen Kontakten bei Entlastung von der Bedienungshandhabe unter dem Druck der Schaltfeder um die Verklinkungεstelle bis zum Kontaktschluß mit den Fest-

kontakten geschwenkt wird, wobei die Schaltfeder zugleich den Kontaktdruck bewirkt. In diesem Zustand ist das Schutzschaltgerät eingeschaltet. Im Feh¬ lerfall wird durch einen auftretenden Differenzstrom oder eine Unterspannung in bekannter Weise über die elektronische Schaltungεanordnung des Schutz ^¬ schaltgerätes die Spannungsversorgung der Auslösespule unterbrochen, wodurch das auf den Anker wirkende Magnetfeld zusammenbricht und dieser durch die Wirkung der Rückstellfeder vom Magnetjoch und aus der Verklinkung gerissen wird. Dadurch und durch den Druck der Schaltfeder schwenkt der Kontaktträger innerhalb der Langlochführung in seine Ausgangsstellung zurück, und das Schutzschaltgerät ist ausgeschaltet.

Ein weiterer Schaltmechanismus für Schutzschaltgeräte ist aus der DE 41 22 268 AI bekannt. Diese weist als ein zentrales Element einen in einer Lang¬ lochführung gegen die Kraft einer Zugfeder dreh- und verstellbar angeordneten mehrarmigen Schalthebel mit einem an diesem drehbeweglich gelagerten mehrar- migen Klinkenhebel auf. Dieser ist an einem seiner Arme unter Bildung eines Kniegelenks mit einem an einer Bedienungshandhabe angeordneten Stützhebel verbunden, an einem zweiten Arm durch ein Auslöseorgan beaufschlagt und mit einem weiteren, dritten Arm an einem Gehäusevorsprung zum Anschlag bringbar. Der Schalthebel ist mit einem Arm auf einen druckfederbeaufschlagten Schwenk¬ kontakt wirkend angeordnet. In der Einschaltstellung des Schaltmechanismuε und damit des Schwenkkontaktes, die durch eine Betätigung der Bedienungshand¬ habe herstellbar ist, sind der Schalthebel und der Klinkenhebel mit dem frei¬ en Ende des Stützhebels kniegelenkartig und zugfederbelastet verrastet, wobei der Drehpunkt des Schalthebels nunmehr auf die Anlage am Auslöseorgan verla-

gert und der Schwenkkontakt, vom Schalthebel entlastet, an einem Festkontakt ^¬ stück anliegt. Bei einem durch einen Kurzschluß oder eine Überlastung verur ^¬ sachten Fehlerfall wird durch das Auslöseorgan eine Drehung des Schalthebels entgegen dem Uhrzeigersinn veranlaßt, wobei zugleich die Verrastung mit dem Stützhebel gelöst und infolge der weiteren Drehbewegung die federbeaufschlag ^¬ te Schwenkkontaktanordnung geöffnet wird.

Diese bekannten Schaltmechanismen sind relativ aufwendig in ihrem konstrukti ^¬ ven Aufbau und erfordern auch einen relativ hohen Montageaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Schaltme¬ chanismus für elektrische Schutzschaltgeräte mit manueller, elektromagneti¬ scher und freier Auslösung der Kontaktöffnung zu schaffen, der als Baugruppe kompakt gestaltbar und für Schutzschaltgeräte kleinerer Abmessungen geeignet und dessen Montageaufwand relativ gering ist.

Die Aufgabe wird bei einem elektromagnetischem Schaltmechanismus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Der Vorteil der erfindungεgemäßen Lösung besteht darin, daß der an einem Halterungsteil um die Welle einer als Drehgriff ausgebildeten Bedienungshand¬ habe angeordnete Schaltmechanismus kompakt und zuverlässig und zu einer Bau¬ gruppe vormontierbar ist. Dazu tragen insbesondere die Anlenkung eines Spann¬ gliedes am Drehgriff bzw. an dessen Welle und dessen direktes Zusammenwirken mit dem Kontaktträger für die beweglichen Kontakte über ein Betätigungsele-

ment und mit einem Anker über ein an diesem angeordnetes zweites Betätigungs ^¬ element bei, wobei ersteres Betätigungselement entgegen der Richtung der Festkontakte federbeaufschlagt ist und der Anker in Wirkverbindung mit einem Elektromagneten steht. Die genannten Funktionselemente sind dabei an der Vor¬ der- oder Oberseite des Halterungsteils und die Festkontakte und der Kontakt ^¬ träger mit den bewegbaren Kontakten auf der Rück- oder Unterseite anordbar. Das Spannglied ist so gestaltet, daß es bei am Elektromagneten anliegendem Anker bei einer Drehung des Drehgriffs und damit einer Veränderung der Win¬ kelstellung der Anlenkachse um das Anker-Betätigungεelement unter Bewegung des Betätigungselementes des Kontaktträgers verdrehbar ist und zwar in einem Bereich, der durch die Schaltstellungen "Ein" und "Aus" des Kontaktträgers und die dadurch gegebenen Positionen dieses Betätigungsgliedes gegeben ist. In der "Ein"-Schaltstellung ist das Spannglied bei geschlossenen Kontakten unter dem Druck der Schaltfeder und bei der in dieser Schaltstellung gegebe¬ nen Winkelstellung der Anlenkachse am Betätigungselement fixiert und aus die¬ ser Stellung heraus bei vom Elektromagneten abreißenden Anker unter dem Druck der Schaltfeder um die Anlenkachse drehbar. Das ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Differenzstrom- und Unterspannungsauslösung. Der Schaltmechanismus ist insbesondere für mobile Schutzschaltgeräte geeignet, da er die Forderung nach geringen Abmessungen bei diesen Geräten in hervorragender Weise erfüllt.

Die Merkmale gemäß Anspruch 2, insbesondere die Ausbildung des Kontaktträgers als zur Welle des Drehgriffs tangential verschiebbares Element und die im wesentlichen rechtwinklige Anordnung des Ankers zur Bewegungsbahn des Kon¬ taktträgers und seines Betätigungselementes fördert das Bemühen nach einer

ko pakten und zentrierten Anordnung der Bestandteile des Schaltmechanismus, insbesondere des die Kräfte übertragenden Spanngliedes. Dieses gestattet durch seine besondere Ausbildung, die am Betätigungselement des Kontaktträ¬ gers wirkende Kraft der Schaltfeder in Abhängigkeit von seiner Stellung zur Welle des Drehgriffs in unterschiedlicher Richtung und Stärke auf den Anker zu übertragen, derart, daß in der Schaltstellung "Ein" eine gegen die am An¬ ker wirkende Kraft des Elektromagneten gerichtete Kraft an diesem wirkt und bei Verringerung der elektromagnetischen Kraft überwiegt, so daß die Auslö¬ sung, d.h. die Schalteröffnung, bewirkt wird.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß anstelle eines Kontaktschiebers bei An ^¬ passung der mit diesem zusammenwirkenden Elemente auch ein als Rotationsele¬ ment ausgebildeter Kontaktträger angeordnet sein kann.

Die Maßnahme nach Anspruch 4 dient in einfacher Weise einer Erleichterung der Relativbewegung zwischen den Betätigungselementen und dem Spannglied und ei¬ ner definierten Kraftübertragung.

Die Gestaltung des Ankers gemäß Anspruch 7 dient ebenso wie die Maßnahme nach Anspruch 8 der Erhöhung der Empfindlichkeit des Schaltmechanismus gegenüber auftretenden Fehlerströmen und Unterspannungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläu¬ tert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf einen in einem Gehäuse montierten erfindungsge¬ mäßen Schaltmechanismus,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Schaltmechanismus, von der rechten Seite aus betrachtet,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kontaktanordnung unterhalb des Halterungs ^¬ teils,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Schaltmechanismus in der Schaltstellung "Aus",

Fig. 5 den Schalt echanismuε in der Schaltstellung "Ein" und

Fig. 6 den Schaltmechanismus in der Schaltstellung "Freiauslösung".

Die in Fig. 1 in Draufsicht dargestellte elektromagnetische Schaltmechanismus weist ein Halterungsteil 1 auf, an dem zentral die Welle 2 eines Drehgriffε 2a mit einer Kurbel 3 gelagert ist. An dieser Kurbel 3 ist der eine Schenkel eines die Welle 2 annähernd U-förmig umgebenden zweischenkligen Spanngliedes

4 angelenkt. Das Spannglied 4 weist am Ende seines anderen Schenkels eine langlochartige Aussparung 5 und zwischen dieser und dem Ansatz dieses Schen¬ kels eine dreiseitige Aussparung 6 auf, wobei deren einander zugewandte Flan¬ ken 7 und 8 einen angenähert rech-ten Winkel einschließen. In der Aussparung

5 ist ein zylinderförmigeε Betätigungεele ent 10 relativ zu dieser bewegbar

angeordnet. Dieses Betätigungselement 10 ist an dem einen Arm eines als zwei¬ armiger Hebel ausgebildeten Ankers 9 angeordnet, der am Halterungsteil 1 an seiner Schwenkachse mittels eines zylinderför igen Ansatzes 11 schwenkbar ge ^¬ lagert ist. Der Endbereich des anderen Armes befindet sich im Wirkungsbereich eines ebenfalls am Halterungsteil 1 angeordneten Elektromagneten 12, wobei der aus Kunststoff bestehende Anker 9 in diesem Bereich ein mit Freiheitsgra ^¬ den beaufschlagtes Eisenplättchen 12a mit einer Anlagefläche 12b für den Elektromagneten 12 aufweist. Der Anker 9 ist so gestaltet, daß dessen Schwenkachse B außerhalb der durch das Eisenplättchen 12a und das Betäti ^¬ gungselement 10 verlaufenden Geraden und auf der der Welle 2 zugewandten An¬ kerseite zwiεchen dem Betätigungεelement 10 und der Welle 2 in einem Abεtand von dieser Geraden angeordnet ist, der einem Fünftel des Abstandes zwischen dem Betätigungselement 10 und dem Eisenplättchen 12a entspricht. In die drei¬ seitige Aussparung 6 des Spanngliedes 4 durch eine Öffnung 15 im Halterungs teil 1 das Betätigungεelement 13 eines an der Unterseite des Halterungstei¬ les 1 angeord-neten Kontaktschiebers 14, das - ebenso wie der Kontaktschieber 14 - tangential zur Welle 2 im Abstand zu dieser bewegbar ist, wobei die Be¬ wegungsbahn dieseε Betätigungsgliedes 13 im wesentlichen parallel zur Verbin¬ dungslinie zwischen der Schwenkachse B und der Welle 2 und senkrecht zur An¬ keranordnung verläuft. Bei dieser Anordnung befindet sich das Betätigungsele¬ ment 10 sowohl im Bereich zwischen der Bewegungsbahn des Betätigungselementes 13 und der Schwenkachse B als auch im Bereich zwischen dieser und dem Elek¬ tromagneten 12.

An der Unterseite des Halterungsteils 1 sind jeweils zwischen angeformten Halterungselementen 16 und 17, durch Druckfedern 18 fixiert, Festkontakte 19 lösbar gehaltert (Fig. 2). Im Abstand der Festkontakte 19 sind am Kontakt ^¬ schieber 14 zwischen entsprechenden Aufnahmeelementen 20 und 20a die bewegba ^¬ ren Schaltkontakte 21 befestigt. Der Kontaktschieber 14 hat ein U-Profil, dessen Öffnung zum Halterungsteil 1 weist, und ist an diesem mittels dort an ^¬ geordneter zweier Paare von mit Rastnasen verse-henen Rastelementen 22 ver ^¬ schiebbar gehaltert. Der Bewegungεbereich des Kontaktschiebers 14 ist durch die Schaltstellungen "Ein" und "Aus" der bewegbaren Schaltkontakte 21 vorbe¬ stimmt, also durch die Stellung, in der die Schaltkontakte 21 die Festkontak¬ te 19 kontaktieren, und durch eine Stellung, in der die Schaltkontakte 21 ei¬ nen vorbestimmbaren Abstand von den Festkontakten 19 haben, in dem ein elek¬ trischer Kontakt nicht mehr ge-geben ist. Der Kontaktεchieber 14 hat ein seitlich an diesem angeordnetes Arretierungεteil 23 für eine Druckfeder (Schaltfeder) 24, die andernends an einem am Halterungsteil 1 angeformten Element 25 abgestützt ist und die diesen gegen die Schließrichtung der Schaltkontakte 21 beaufschlagt. Am Arretierungsteil 22 ist auch das Betäti¬ gungselement 13, etwa in der Mitte des Kontaktschiebers 14, angeordnet, das durch die Öffnung 15 zur Oberseite des Halterungεteils 1 hindurchragt und dort mit der dreiseitigen Aussparung 6 des Spanngliedes 4 im Eingriff steht. Auf der dem Betätigungselement 13 gegenüberliegenden Seite des Kontaktschie¬ bers 14 sind die Kontakte 19 und 21 mit flexiblen elektrischen Leitungen 26 verbunden, die zu den elektrischen Anschlüssen (Stecker, Buchsen) des Schutz¬ schaltgerätes führen. Die Auslösespule 27 des Elektromagneten 12 und ein Sum- enstromwandler 30 sind mit einer auf einer Platine angeordneten elektroni-

schen Schaltungsanordnung 29 verbunden. Die elektronische Schaltungsanordnung und somit die Auεlösespule 27 des Elektromagneten 12 wird über einen an einem bewegbaren Kontakt 21 angeordneten Hilfskontakt 28, der mit einem Gegenkon¬ takt 28a kontaktierbar ist, mit der notwendigen Speisespannung versorgt, wo ^¬ bei die Schließstellung dieser Kontakte vor Erreichen der "Ein"-Schaltstel- lung des Kontaktschiebers (14) gegeben ist. Die elektronische Schaltungsan¬ ordnung 29 ist nun in der Lage, Fehlerströme und Unterspannungen in bekannter Weise zu verarbeiten und das Magnetfeld am Elektromagneten 12 zu verändern.

Der Schaltmechanismus wird in die Schaltstellung "Aus" gebracht, indem der Drehgriff 2a gegen den Uhrzeigersinn bis zu einem diesem Schaltzustand ent¬ sprechenden Anschlag verdreht wird. Dabei wird auch die Anlenkachse A des Spanngliedes 4 gegen den Uhrzeigersinn um die Welle 2 verdreht, wodurch in¬ folge der damit verbundenen Lageveränderung der Aussparung 5, die eine Bewe¬ gung des Betätigungselementes 10 hervorruft, der Anker 9 zur Anlage am Elek tromagneten 12 gebracht wird. Die am Betätigungselement 10 in dieser Schalt¬ stellung auf den Anker 9 wirkende Kraft ist so gerichtet, daß sie diesen an den Elektromagneten 12 drückt. Der Schaltmechanismus kann aus dieser Stellung in die Schaltstellung "Ein" gebracht werden, indem der Drehgriff 2a um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dabei wird das Spannglied 4 um das fi¬ xierte Betätigungselement 10 derart verdreht, daß das Betätigungselement 13 gegen die Kraft der Schaltfeder 24 in die Schaltstellung "Ein" verschoben wird, in der die am Kontaktschieber 14 angeordneten bewegbaren Schaltkontakte 21 die Festkontakte 19 kontaktieren und der Schalter somit geschlossen ist. Bevor die Schließstellung ("Ein"-Schaltstellung) erreicht ist, wird die elek

tronische Schaltungsanordnung 29 über den am Kontaktschieber 14 angeordneten Hilfskontakt 28 angeschlossen und am Elektromagneten 12 ein Magnetfeld aufge¬ baut. Bei diesem Einschaltvorgang haben sich Richtung und Größe der am Betä¬ tigungselement 10 wirkenden und über das Spannglied 4 übertragenen Kraft der Schaltfeder 24 geändert. Eine Kra tkomponente wirkt nun der Haltekraft des Elektromagneten, die am anderen Ende des Ankers 9 wirkt, entgegen, ohne diese jedoch - auch infolge der gegebenen geometrischen Verhältnisse - überwinden zu können. Das System ist in dieser Stellung selbsthemmend fixiert. Verrin ^¬ gert sich die Haltekraft deε Elekromagneten 12, wird der Anker durch die Schaltfeder 24 bei Öffnung der Kontakte 19/21 über das Betätigungselement 13 und die durch diese Feder beaufschlagten Elemente Spannglied 4 und Betäti¬ gungselement 10 über dieseε vom Elektromagneten 12 weggedrückt, wobei das Spannglied 4 um seine Anlenkachse A gedreht wird.