Beschreibung Schaltvorrichtung mit Kurzschlussstromauslösung und entspre- chendes Verfahren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung mit einer Kontakteinrichtung, die Stromführungsbahnen und Kontak- te aufweist, wobei das Öffnen der Kontakte bei einem Kurz- schluss automatisch durchführbar ist, und einer Auslöseein- richtung, die zum automatischen Öffnen der Kontakteinrichtung dient, mit einem Magnetelement zum Halten eines Auslöseele- ments in einer ersten Position, in der die Kontakte geschlos- sen sind, mittels Magnetkraft und einem Federelement zum Aus- üben einer Federkraft entgegen der Magnetkraft auf das Auslö- seelement, wobei der Betrag der Magnetkraft größer ist als der der Federkraft. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum automatischen Auslösen einer Schaltvorrichtung im Kurzschlussfall.

Strombegrenzende Leistungsschalter müssen ab einer definier- ten Stromstärke auslösen, d. h. ihre Kontakte öffnen. Insbe- sondere ist das selbsttätige Auslösen eines Leistungsschal- ters bei Kurzschlüssen von Bedeutung.

Derartige Leistungsschalter sind aus den Dokumenten US 4,644, 438 und US 4,689, 712 bekannt. Bei den dort vorge- stellten Schaltern ist eine analoge Schalteinheit, die im Kurzschlussfall unverzögert den Auslösemagneten entregt, zu einem elektronischen Überstromauslöser parallel geschaltet.

Eine Rogowsky-Spule und ein Energiewandler des elektronischen Überstromauslösers werden als Messsignal-und Energieliefe- rant verwendet.

Darüber hinaus ist in dem Dokument US 4,760, 224 ein Unterbre- cher für Leistungsschalter beschrieben, bei dem die Kontakt- unterbrechung durch abstoßende Kräfte zwischen Kontaktpunkten erfolgt, wenn der Strom über die Kontakte ein gewisses Maß überschreitet. Dabei ist eine sehr aufwendige Mechanik not- wendig, um die abstoßenden Kräfte für ein Auslösen ausnutzen zu können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein sicheres Auslösen einer Schaltvorrichtung bei vereinfach- ter Konstruktion im Falle eines Überstroms zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schalt- vorrichtung mit einer Kontakteinrichtung, die Stromführungs- bahnen und Kontakte aufweist, wobei das Öffnen der Kontakte bei einem Kurzschluss automatisch durchführbar ist, und einer Auslöseeinrichtung, die zum automatischen Öffnen der Kontakteinrichtung dient, mit einem Magnetelement zum Halten eines Auslöseelements in einer ersten Position, in der die Kontakte geschlossen sind, mittels Magnetkraft und einem Fe- derelement zum Ausüben einer Federkraft entgegen der Magnet- kraft auf das Auslöseelement, wobei der Betrag der Magnet- kraft größer ist als der der Federkraft. Dabei ist vorge- sehen, dass die Auslöseeinrichtung derart an der Kontaktein- richtung angeordnet und/oder die Kontakteinrichtung derart gestaltet ist, dass ein Strom definierter Stärke, der durch die Kontakteinrichtung hindurch fließt, das Magnetfeld der Magneteinrichtung so schwächt, dass der Betrag der Federkraft größer als der der Magnetkraft des Magnetelements ist, so dass das Auslöseelement in eine zweite Position bewegt wird, in der die Kontakte offen sind.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum auto- matischen Öffnen einer Schaltvorrichtung durch Halten eines Magnetelements, das mit den Kontakten einer Kontakteinrich- tung in Wirkverbindung steht, mittels seiner eigenen Magnet- kraft gegen eine Federkraft einer Feder, so dass die Kontakte geschlossen bleiben, und Fließenlassen eines Stroms durch die Kontakteinrichtung, wobei ein Magnetfeld des Stroms das Mag- netfeld des Magnetelements so schwächt, dass der Betrag der Federkraft größer als der der Magnetkraft des Magnetelements ist, so dass die Kontakte durch die Federkraft geöffnet wer- den.

In vorteilhafter Weise ist damit eine direkte Ansteuerung der Auslöseeinrichtung bzw. eines Auslösemagneten durch das Mag- netfeld des auftretenden Kurzschlussstroms gegeben. Dadurch unterscheidet sich der Aufbau der Auslöseeinrichtung von her- kömmlich verwendeten Auslösemagneten in Leistungsschaltern insofern, dass keine Spule zur Magnetfeldbeeinträchtigung er- forderlich ist. Das durch den Überstrom bzw. Kurzschlussstrom erzeugte Magnetfeld reicht vielmehr aus, um das Magnetfeld des Magnetelements entsprechend zu schwächen, so dass das Auslöseelement in eine Position zum Öffnen der Kontakte mit- tels der Federkraft gedrückt wird.

Damit das Magnetfeld des Kurzschlusses genügend Wirkung auf die Auslöseeinrichtung hat, kann diese in unmittelbarer Nähe des Festkontakts der Kontakteinrichtung angeordnet sein. Die Auslöseeinrichtung kann aber auch in der Nähe des Bewegkon- takts angeordnet sein. Wesentlich ist nur, dass die Auslöse- einrichtung in der Nähe einer kurzschlussstromführenden Bahn gelegen ist.

Vorzugsweise umfasst die Auslöseeinrichtung einen Auslöse- magneten, wobei das Magnetelement ein Permanentmagnet ist.

Dadurch wird die Auslöseeinrichtung leistungsfrei in einer Position gehalten, in der die Kontakte geschlossen sind.

Das Auslöseelement kann ein durch das Magnetelement verfahr- barer Stößel zur Betätigung einer Auslösewelle sein. Darüber hinaus kann die Schaltvorrichtung als Leistungsschalter aus- gestaltet sein.

Aus mehreren dieser erfindungsgemäßen Schaltvorrichtungen kann eine mehrpolige Schaltanordnung gebildet werden, wobei die Auslöseeinrichtungen jeder Schaltvorrichtung zum gemein- samen Auslösen aller Schaltvorrichtungen miteinander mecha- nisch gekoppelt sind. Dabei ist es günstig, wenn die Auslöse- einrichtungen bzw. Auslösemagnete der Schalter auf dieselbe Ausschaltmechanik des Antriebs und parallel zu sowie unabhän- gig von einem elektronischen Überstromauslöser angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen : FIG 1 einen Ausschnitt aus einem Leistungsschalter gemäß dem Stand der. Technik ; FIG 2 einen Querschnitt durch einen Auslösemagneten gemäß dem Stand der Technik ; FIG 3 einen Signalverlauf eines Kurzschlussstroms und FIG 4 die prinzipielle erfindungsgemäße Anordnung einer Auslöseeinrichtung.

Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorLiegenden Erfindung dar.

Im Zusammenhang mit den FIG 1 bis 3 wird zunächst der Stand der Technik zum Verständnis der Erfindung näher erläutert.

Ein Leistungsschalter gemäß dem bekannten Stand der Technik, wie er in FIG 1 dargestellt ist, besitzt typischerweise zur Leitung des Stroms eine Strombahn 1 und einen Bewegkontakt, der auf einem Kontaktträger 2 montiert ist und der auf die Strombahn 1 zum Schließen der Kontakte bewegbar ist. Ein Schaltantrieb 3 ist mit dem Kontaktträger 2 mechanisch zu dessen Schließ-und Öffnungsbewegung gekoppelt. Der Schaltan- trieb 3 umfasst eine Auslösewelle 4 und eine Halbwelle 5. Die Auslösewelle 4 wird von einem Auslösemagneten 6 betätigt. Die Auslösewelle 4 greift dann an die Halbwelle 5 an, so dass diese eine entsprechende Auslösebewegung ausführt, um den Be- wegkontakt in die geöffnete Position zu bringen. Der Auslöse- magnet 6 könnte auch direkt die Halbwelle 5 betätigen.

In FIG 2 ist der Auslösemagnet 6 im Detail im Querschnitt wiedergegeben. Er besitzt einen Stößel 61, der mit Hilfe ei- nes Permanentmagneten 62 in einer ersten Position (Geschlos- sen-Position) gehalten wird. In dieser Position ist der Stö- ßel 61 durch eine Feder 63 vorgespannt. Die Druckkraft der Feder 63 ist in ihrem Betrag jedoch geringer als der Betrag der Magnetkraft des Permanentmagneten 62. Daher wird der Stößel 61 ohne äußeren Einfluss in dieser ersten Position gehalten. Um nun im Fall des Überstroms oder Kurzschluss- stroms den Auslösemagneten auszulösen, ist in Verlängerung des Permanentmagneten 62 in axialer Richtung des Stößels 61 ein Elektromagnet 64 angeordnet. Dieser Elektromagnet 64 wird

als Folge des Überstroms bzw. Kurzschlussstroms erregt. Im Falle seiner Erregung schwächt er das Magnetfeld des Perma- nentmagneten 62 derart, dass die auf den Stößel 61 ausgeübte Magnetkraft geringer ist als die Kraft der Feder 63. Dadurch wird der Stößel 61 in eine zweite Position gedrückt, die ein Auslösen des Leistungsschalters, d. h. ein Öffnen seiner Kon- takte bewirkt.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass das Auslösen des Leistungsschalters auch unmittelbar durch das vom Kurz- schlussstrom erzeugte Magnetfeld ermöglicht werden kann. Vor- teilhaft dabei ist, dass auf eine Spule in dem Auslösemagne- ten 6 verzichtet werden kann.

Für einen strombegrenzenden Schalter müssen die Kontakte vor Erreichen der maximalen Stromamplitude, d. h. innerhalb der Zeit t, wie sie aus FIG 3 zu entnehmen ist, geöffnet werden.

Die Figur zeigt den Kurzschlussstromverlauf beim Einschalten, wobei Ip den Stoßkurzschlussstrom und Ik den Dauerkurz- schlussstrom darstellen. Durch das Öffnen der Kontakte vor Erreichen des Maximums wird somit der Durchgangsstrom be- grenzt.

Grundsätzlich kann die Erfindung nicht nur auf strombegren- zende Schalter mit der Abschaltzeit < t, sondern auch für se- lektive Schalter verwendet werden, bei denen das Kontakt- system zumindest anfänglich auch bei der maximalen Stromamp- litude die Kontakte geschlossen hält. Diese selektiven Schal- ter werden in der Regel bei Kurzschlussströmen bis zu 100 kA eingesetzt, während die Strombegrenzer auch bei höheren Kurz- schlussströmen Verwendung finden. Bei den letzteren wird dann zunächst derjenige Pol abgeschaltet, an dem der Kurzschluss

vorliegt. Die übrigen Pole werden dann zeitverzögert ge- trennt.

Um nun die Magnetkräfte des Kurzschlussstroms, der durch die Strombahnen und Kontaktelemente der Schaltvorrichtung fließt, hinreichend ausnützen zu können, müssen die Strombahnen ent- sprechend den physikalischen Gesetzmäßigkeiten so geformt werden, dass beispielsweise durch Stromschleifen entsprechend hohe Magnetfelder an den Strombahnen entstehen. Zusätzlich ist in dem in FIG 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Auslösemagnet 6 in örtlicher Nähe zu der Strombahn 1 und dem Bewegkontakt bzw. Kontaktträger 2 angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass das Magnetfeld eines Kurzschlusses hinreichen- den Einfluss auf das Magnetfeld des in dem Auslösemagneten befindlichen Permanentmagneten ausübt. Der Stößel des Auslö- semagneten 6 bewegt dann im Kurzschlussfall die Auslösewelle 4, welche ihrerseits durch nicht dargestellte mechanische Kopplung eine Öffnungsbewegung des Bewegkontakts 2 verur- sacht.

Erfindungsgemäß ist es damit möglich eine selbsttätige Auslö- sung eines Leistungsschalters mit vereinfachter Konstruktion ab einem definierten Kurzschlussstrom bzw. Überstrom zu rea- lisieren. Ferner erlaubt der erfindungsgemäße Aufbau der Schaltvorrichtung bei einer mehrpoligen Schaltanordnung mit mehreren derartigen Schaltvorrichtungen ein allpoliges Aus- schalten, auch wenn nur in einem Pol ein Kurzschluss auf- tritt.