CH668502A5 - Schutzschalter. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schalter, wie im Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1 definiert ist.

Die herkömmlichen Schalter werden normalerweise entweder einzeln oder in Gruppen von nebeneinander angeordneten Einheiten eingeschaltet. Die Einheiten weisen oft einen Hebel auf, welcher vom Schalter bzw. von einer Anzahl von in einem Gehäuse angeordneten Schaltern absteht. In beiden Fällen weist der Hebel zwei Endstellungen und eine mittlere Zwischenstellung auf. Wenn der an den Schalter angeschlossene Stromkreis überlastet ist, so schlägt er durch, wodurch der Betätigungshebel von der EIN-Stellung in die Zwischenstellung gelangt und den durch den Stromkreis fliessenden Strom unterbricht. Falls eine Anzahl solcher Schalter in Gruppen eingesetzt werden, wie dies üblicherweise der Fall ist, so ist es schwierig festzustellen, welcher der Schalter seinen Hebel in der mittleren «Kurz-schluss»-Stellung hat, insbesondere deshalb, weil sich die meisten Schalter in Kellern oder sonstigen schlecht beleuchteten Räumen befinden. Auch dann, wenn sich die Schalter an einer gut beleuchteten Stelle befinden, ist es oft schwierig, den speziellen Schalter, welcher «Kurzschluss» anzeigt, zu bestimmen. Dies ist aber selbstverständlich sehr wichtig, da bei einem durch Überlastung bedingten Kurzschluss die Ursache desselben zuerst gefunden werden muss, bevor der Schalter durch Betätigung des Hebels eingeschaltet wird. Zur Einschaltung muss der Hebel zunächst in die Endstellung «Aus» gebracht werden, um die Verstellung desselben in die «Ein»-Stellung zu ermöglichen.

Aus der US-PS 4 056 816 ist bereits ein beleuchteter Schalter bekannt geworden, welcher eine LED-Diode aufweist, welche anzeigt, wenn der Schalter Kurzschluss meldet. Diese Diode ist in einem Stromkreis parallel zum Hauptstromkreis des Schalters angeordnet, welcher Stromkreis einen Widerstand aufweist, der mit der LED-Diode in Serie geschaltet ist. Die in der erwähnten US-Patentschrift beschriebene Schalteinrichtung weist aber einen Nachteil auf, welcher darin besteht, dass die Maximalspannung, welcher sie ausgesetzt werden kann, begrenzt ist. Die im öffentlichen Netz auftretenden Spannungs-stösse sowie die durch Prüflaboratorien zur Nachahmung der öffentlichen Versorgungsbedingungen künstlich verursachten Spannungsstösse setzen voraus, dass solche Geräte Stoss-Span-nungen bis 1500 Volt vertragen, bis sie ausgeschaltet werden. Unter diesen Ausschaltbedingungen wird jede im Schalter wirkende Hochspannung in Serie zur Belastung der LED-Diode und des Widerstandes zugeführt, der seinerseits zur Spannungsminderung gebraucht wird. Da die Impedanz der LED-Diode und des Widerstandes meistens im Bereiche von 25 000 Ohm liegt, wird jeder Spannungsstoss während der Halbperiode, wenn die LED-Diode leitend ist, über diesem Widerstand erscheinen, da die Impedanz mehrfach grösser ist als diejenige der Last.

Darüberhinaus muss dieser Widerstand, welcher in erwähnten US-Patent gebraucht wird, eine Belastbarkeit von mehreren Watt aufweisen, infolge ihrer Wärmeabgabe in einer Umgebung ohne Ventilation und ohne Wärmeableitungskanäle zur Aussen-seite des Schalters. Ferner muss der Widerstand genügend lang sein, um dem Spannungsgradient zu widerstehen, welcher entlang des Widerstandes erscheint.

Infolge der beschränkten Raumverhältnisse im Schalter ist es absolut unmöglich, einen solchen Widerstand im Schalter unterzubringen und die üblicherweise verwendeten Widerstände werden durch die hohe Erwärmung zerstört und/oder es tritt Kurzschluss auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzschalter der eingang genannten Art zu entwickeln, der unter Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile eine optische Anzeige nach einer durch Überlast bewirkten Auslösung ermöglicht. Ferner soll der Schalter auch nach erfolgter Auslösung und bei einer simulierten Überlast unter Prüfbedingungen gegen Überspannung geschützt sein.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 umschrieben.

Durch eine Ausführungsart nach Anspruch 5 ist es wesentlich erleichtert, den ausgelösten Schutzschalter bei einer Anordnung von mehreren Schutzschaltern zu erkennen.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 einen Schalter mit einer vorgeschlagenen Anzeigeeinrichtung,

Fig. 2 denselben Schalter in der Auslösestellung bei Überlast,

Fig. 3 einen Schaltplan des Schalters nach Fig. 1 sowohl in der EIN- als auch in der AUS-Stellung

Fig. 4 den Schaltplan des in der Fig. 2 gezeigten Schalters

Fig. 5 einen Schaltplan eines Magnetschalters, wiederum in der EIN- als auch in der AUS-Stellung, und

Fig. 6 einen Schaltplan nach Fig. 5 in der Kurzschlussstellung des Schalters.

Gemäss den Fig. 1 und 2 ist ein thermoelektrisch betätigbarer Schalter dargestellt, welcher mit einem Gehäuse 10 aus Isoliermaterial versehen ist. Der die Frontseite bildende Abschluss des Gehäuses 10 ist zweckmässigerweise in der Zeichnung weggelassen worden, um die inneren Teile zeigen zu können. Dieser Abschluss ist für die Erfindung unwesentlich und kann zusammen mit dem Gehäuse aus geformtem, isolierendem Plastikmaterial bestehen. Durch einen Teil 12 des Gehäuses 10 erstreckt sich ein Hebel 14. Aus Fig. 1 ist weiter ersichtlich, dass der Hebel 14 in der EIN-Stellung voll und in der AUS-Stellung bei 14' strichpunktiert gezeichnet ist. Zusätzlich zeigt Fig. 2 den Hebel in der Kurzschlussstellung 14 BP.

Bei der Anordnung des Schalters auf einer Verteilungsplatte, welche oft in einem dunklen, schlecht beleuchteten Raum vorhanden ist, wird eine Leitungsklemme 18 mit der zugehörigen Leitung verbunden, wobei diese Leitungsklemme 18 mit einem festen Kontakt 16 ausgerüstet ist. Ferner ist ein Halter 22 zur Aufnahme eines beweglichen Kontaktes 20 vorgesehen, welcher mit dem festen Kontakt 16 zusammenwirkt.

Mit 24 ist ein gebogener Schaltarm bezeichnet, welcher ei-nerends in einem Lager 26 schwenkbar im Gehäuse 10 befestigt ist und zwischen zwei Stellungen bewegt werden kann. Die EIN-Stellung ist in der Fig. 1 und die zweite, die Ausschaltstellung in der Fig. 2 dargestellt. Mit dem Kontakthalter 22 ist das eine Ende einer Zugfeder 28 verbunden, welche mit ihrem anderen Ende an den gebogenen Schaltarm 24 angeschlossen ist. Der Hebel 14, der Kontakthalter 22 und die Feder 28 bilden eine bistabile Kniehebel- oder Exzenter-Einrichtung, welche dazu dient, den beweglichen Kontakt 20 gegen den festen Kontakt 16 zu drücken, wenn die Feder 28 die aus der Fig. 1 ersichtliche Stellung gegenüber dem Drehpunkt 30 auf einer Seite desselben einnimmt. Befindet sich die Feder 28 auf der anderen Seite des Drehpunktes 30, so wird der bewegliche Kontakt 20 in die offene Stellung gebracht, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist.

Innerhalb des Gehäuse 10 befindet sich ferner noch eine Klemmschraube 32, mittels welcher eine Leitung an den Schalter angeschlossenen werden kann. Die Klemmschraube 32 ist in eine Leiste 34 eingesetzt, welche im Gehäuse 10 bei 36 durch eine Niet- oder Schraubverbindung befestigt ist.

Ein wärmeempfindlicher Sperrhebel 38 ist elektrisch durch eine biegsame Leitung 40, z.B. aus geflochtenem Kupferdraht, mit dem beweglichen Kontakt 20 des Halters 22 verbunden. Der wärmeempfindliche Sperrhebel 38 ist hakenförmig ausgebildet und weist zwei Metallschichten auf, welche verschiedene Wärmedehnungskoeffizienten haben, so dass ein Bimetallelement gebildet wird, welches bei steigender Temperatur verformt wird. Das eine Ende der flexiblen Leitung 40 ist direkt mit dem einen Ende des Sperrhebels 38 verbunden, während das andere Ende desselben mit dem Halter 22 des Kontaktes 20 in Verbindung steht. Das andere Ende des als Bimetallelement wirkenden Sperrhebels 38 ist über die Leiste 34 mit der Klemmschraube 32 verbunden.

Eine Leuchtdiode LED 50 ist im Schaltkreis parallel mit dem Hauptschalter der Schaltanordnung zwischen der Leitungsklemme 18 und der Klemmschraube 32 angeordnet. Eine isolierte Leitung 42 ist einerends an die Leitungsklemme 18 angeschlossen, andernends führt sie zu einem strombegrenzenden

Kondensator 44. Der Kondensator 44 seinerseits ist über eine Leitung 46 mit dem Anschluss 48 der LED-Diode 50 verbunden. Diese Diode ist im Teil 12 des Gehäuses 10 gut sichtbar angeordnet. Der zweite Anschluss der LED-Diode 50 ist durch einen Leiter 52 mit einem Arm 54 verbunden, welcher mit einem Kontakt 56 ausgerüstet ist. Dieser Kontakt 56 sichert eine elektrische Verbindung zum gebogenen Arm 24, wenn dieser Arm seine in der Fig. 2 mit 24' bezeichnete Stellung einnimmt. Der Strom fliesst dann durch diesen gebogenen Arm 24' zum Halter 22, welcher die Stellung 22' einnimmt. Weiter ist Strom-fluss vom Kontakt 22 durch die Leitung 40 zum Bimetallelement des Sperrhebels 38 und durch diesen zur Leiste 34 und zur Klemmschraube 32, an welche die Stromzufuhr erfolgt.

Wie bereits erwähnt wurde, arbeitet der Stromunterbrecher in bekannter Weise durch Öffnen und Schliessen der Kontakte und wird auch bei Überlast ausgelöst. Die Bauart eines herkömmlichen Schutzschalters ist in der US-PS 3 930 211 beschrieben. Diese Funktionsweise ist aber für die Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung. Unter normalen Bedingungen, z.B. hält das hakenförmige Glied am Ende des wärmeempfindlichen Sperrhebels 38 den gebogenen Arm 24 vom Kontakt 56 weg. Entsteht aber eine Überbelastung, so beugt sich der wärmeempfindliche Sperrhebel 38 wegen seines bimetallischen Aufbaus nach aussen, so dass der gebogene Arm 24 freigegeben und der Kontakt 56 geschlossen wird.

In den Fig. 5 und 6 sind Schaltpläne eines magnetischen Schalters dargestellt, welcher in vielen Beziehungen ähnlich ist wie der thermoelektrische, in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Schalter. Dementsprechend werden in den Fig. 5 und 6 die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1-4 verwendet. Gemäss der gezeigten Ausführung ist ein Anker 60 vorgesehen, welcher sich durch eine magnetische Spule 62 erstreckt. Diese beiden Teile, der Anker 60 und die magnetische Spule 62 ersetzen den gebogenen Arm 24 und den bimetallisch aufgebauten Sperrhebel 38, gemäss den Fig. 1 bis 4. Der Anker 60 verbindet ferner den Kontakthalter 22 mit einem Kontakt 64, nachdem durch Überlast Kurzschluss eingetreten ist. Der Anker 60 schliesst dann den Stromkreis über den Kontakt 56 zur Leitung 52 und zur LED-Diode 50. Bei wahrgenommener Überlastung zieht der Anker 60 den Kontaktträger 22 an, um den Kontakt 20 desselben vom festen Kontakt 16 abzuheben und den Kontakt 64 in die Schliessstellung mit dem Kontakt 56 zu bringen, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Durch diese Bewegung wird der Strom von der Leitungsklemme 18 über die Leitung 42 und den Kondensator 44 sowie über die Leitung 46 zur LED-Diode 50 geführt. Folglich wird die LED-Diode 50 aktiviert und bleibt erleuchtet. Der Strom wird dann weiter durch den Anker 60, Halter 22 und über die Spule 62 und Leitung 66 zur Klemmschraube 32 geleitet.

Im Gebrauch betätigt der Hebel 14 den Halter 22, um den Stromkreis durch den festen Kontakt 16 und Leitungsklemme 18 zu schliessen oder zu öffnen. Falls bei dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Stromkreis eine Überbelastung auftritt, so wird der Stromkreis vom Kontakt 16 zum Kontakt 20 des Kontakthalters 22 unterbrochen, da der bimetallische Sperrhebel 38 sich bewegt und der gebogene Arm 24 in die Stellung 24' gelangt. Durch diese Bewegung wird der Stromkreis von der Leitung 52 durch den Arm 54 und durch den Kontakt 56 geschlossen, wobei auch der Parallelkreis mit der LED-Diode 50 ebenfalls geschlossen wird. Die genannte LED-Diode bleibt solange erleuchtet, bis der Hebel 14 den Stromunterbruch überbrückt. In ähnlicher Weise wird bei Überlast, angezeigt durch den Magnetschalter gemäss den Fig. 5 und 6, der Stromkreis durch die Spule 62 unterbrochen, indem der Anker 60 zum Unterbrechen des Stromkreises zwischen dem Kontakt 16 und dem beweglichen Kontakt 20 bewegt wird. In dieser Weise wird der Stromkreis zwischen dem Ankerkontakt 64 und dem Diodenkontakt 56 geschlossen,

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die LED-Diode aktiviert und solange erleuchtet gehalten, bis der Hebel 14 zum Schliessen des Schalters betätigt wird.

Sowohl beim thermoelektrisch betätigten Schalter gemäss den Fig. 1 bis 4, als auch beim magnetischen Schalter gemäss den Fig. 5 und 6 hat der strombegrenzende Kondensator 44 bei Überlast eine Impedanz, welche ein Mehrfaches der Impedanz der Belastung beträgt. Darum wird der grösste Teil der Wechselspannung durch den parallelen, mit dem Kondensator 44 versehenen Stromkreis fliessen. Da als Strombeschränkungselement ein Kondensator und nicht ein Widerstand verwendet wird, entstehen keine Probleme durch Wärmeentwicklung. Zusätzlich muss der Kondensator eine hohe dielektrische Festigkeit besitzen, wie z.B. bei keramischen Kondensatoren dies der Fall ist.

Es ist selbstverständlich möglich, die beschriebene Ausführung zu modifizieren und zu ergänzen, ohne an dem Wesen der Erfindung zu ändern. So bleibt es vorbehalten, dass der Unterbrecher im Parallelkreis nicht der einzige ist, der benutzt wer-5 den kann, da verschiedene ähnliche Konstruktionen ohne weiteres gebraucht werden können. Obwohl gemäss dem Ausführungsbeispiel als Beleuchtungsmittel eine LED-Diode gebraucht wird, können ohne Schwierigkeiten auch andere Beleuchtungsmittel, wie Flüssigkristalle oder elektrophoretische Anzeigemit-lo tel, gebraucht werden. Bei den dargestellten Beispielen wurde zwar nur von einem einzigen Unterbrecher geredet, es ist jedoch immer möglich, eine Serie solcher Unterbrecher mit Beleuchtungselementen zu gebrauchen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Schutzschalter mit einem an eine Eingangsklemme (18) angeschlossenen ersten, festen Kontakt (16) und einem an einem schwenkbaren Kontakthalter (22) angeordneten beweglichen Kontakt (20), welcher durch die Schwenkung des Kontakthalters (22) gegenüber dem festen Kontakt (16) aus einer offenen in eine geschlossene Position und umgekehrt beweglich ist, sowie mit einem Lastanschluss (32), welcher im normalen Betrieb über dem geschlossenen Kontaktpaar (16, 20) mit einer Last elektrisch verbunden ist, und bei Überlast vom festen Kontakt (16) des Kontaktpaares getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wahrnehmen der Überlast im Schalter ein mit dem Lastanschluss (32) verbundener Sensor (38, 62) vorhanden ist, welcher mit einem Auslöseorgan (24, 60) zusammenwirkt, das beim Auftreten von Überlast den normalen, von der Eingangsklemme (18) zum Lastanschluss (32) führenden Stromkreis (16, 20, 22) unterbricht und einen Anzeigekreis (42, 46, 52) schliesst.

2. Schutzschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter fester Kontakt (56) vorhanden ist, mit welchem das Auslöseorgan (24, 60) beim Wahrnehmen von Überlast durch den Sensor (38, 62) zusammenwirkt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schutzschalter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigekreis (42, 46, 52) parallel zum von der Eingangsklemme (18) zum Lastanschluss (32) führenden Stromkreis und in Serie mit dem zweiten festen Kontakt (56) sowie dem Auslöseorgan (24, 60) geschaltet ist, und ein auf Überlast ansprechendes Leuchtorgan (50) aufweist, welches mit einer Strombegrenzungseinheit (44) in Serie geschaltet ist.

4. Schutzschalter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungseinheit ein Kondensator (44) ist.

5. Schutzschalter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtorgan eine LED-Diode (50) ist.

6. Schutzschalter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein wärmeempfindliches Bimetallelement (38) ist.

7. Schutzschalter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor magnetisch wirkend ausgebildet ist.

8. Schutzschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Auslöseorgan und Sensor ein Anker (60) mit magnetischer Spule (62) angeordnet ist.

9. Schutzschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (60) mit dem Kontakthalter (22) in Verbindung steht und am anderen Ende einen weiteren Kontakt (64) trägt, welcher mit dem zweiten festen Kontakt (56) zusammenwirkt und beim Unterbruch des normalen Stromkreises (16, 20, 22, 66, 32) den Anzeigekreis (42, 46, 52) schliesst.

10. Schutzschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (60) durch die magnetische Spule (62) verläuft, die in den normalen Stromkreis (16, 20, 22, 66, 32) geschaltet ist.