DE102017131442A1

DE102017131442A1 - Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter und modulares System

Info

Publication number: DE102017131442A1
Application number: DE102017131442.3A
Authority: DE
Inventors: Richard Gazik; Volker Heins
Original assignee: Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Current assignee: Eaton Electrical IP GmbH and Co KG
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-30
Also published as: DE102017131442B4; US10672580B2; CN109994346A; CN109994346B; US20190206650A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1), umfassend für jeden Pol Hauptkontakte (2), bei Überlast und/oder Kurzschlussströmen ansprechende Auslösemittel, einen Betätigungsmechanismus (3) zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte (2), eine Lichtbogenkammer (7) sowie einen Druckauslöser (9), wobei der Leistungsschalter (1) über einen Auslösemechanismus (6) sowohl durch die Auslösemittel als auch durch den Druckauslöser (9) auslösbar ist, wobei weiterhin der Druckauslöser (9) ein auf Überdruck in der Lichtbogenkammer (7) ansprechendes Betätigungsorgan sowie ein Rückholelement umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckauslöser (9) unmittelbar angrenzend sowohl an die Lichtbogenkammer (7) als auch an eine zu den jeweiligen Hauptkontakten (2) führende Hauptstromschiene (5) und innerhalb eines an die Lichtbogenkammer (7) angeschlossenen geschlossenen Druckraums (70) angeordnet ist, wobei mindestens eine von dem Betätigungsorgan abstehende Auslösezunge (100, 200) mit dem Auslösemechanismus (6) in Wirkverbindung steht, derart, dass ein durch die Entstehung eines Lichtbogens zwischen den Hauptkontakten (2) erzeugter Überdruck in der Lichtbogenkammer (7) sich nahezu verzögerungsfrei in den Druckraum (70) hinein fortpflanzt und dort auf das Betätigungsorgan des Druckauslösers (9) einwirkt und das Betätigungsorgan bei Überschreiten eines durch das Rückholelement einstellbaren Druckschwellenwertes gegen die Kraftwirkung des Rückholelements unmittelbar aus einer Ruhestellung in eine Auslösestellung überführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrpoligen Leistungsschalter, umfassend für jeden Pol Hauptkontakte, bei Überlast und/oder Kurzschlussströmen ansprechende Auslösemittel, einen Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte, eine Lichtbogenkammer sowie einen Druckauslöser. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein modulares System aus einem derartigen Leistungsschalter und elektromagnetischen Kurzschlussschnellstauslösern.
Leistungsschalter werden in Stromverteilernetzen eingesetzt, um nachgeordnete Anlagen vor Schäden durch Überlast oder Kurzschluss zu schützen. Hierzu weisen die Leistungsschalter elektromagnetische, thermische oder elektronische Auslösemittel auf, die bei Überschreiten eines voreingestellten Wertes der Stromstärke, z.B. im Überlast- oder Kurzschlussfall, einen Betätigungsmechanismus auslösen, der seinerseits die Abschaltung des Leistungsschalters bewirkt. Ein solchermaßen ausgelöster Leistungsschalter unterbricht die Stromzufuhr zu nachgeordneten Komponenten des Stromnetzes und schützt diese so vor Schäden durch hohe Überlast- und/oder Kurzschlussströme.
In weit verzweigten Stromverteilernetzen werden häufig mehrere in Reihe geschaltete Leistungsschalter selektiv gestaffelt eingesetzt. Hierunter versteht man, dass im Störfall, beispielsweise bei einem Kurzschluss, zunächst nur der einem Verbraucher am nächsten angeordnete verbrauchernahe Leistungsschalter auslöst, während ein in der Hierarchie des Stromverteilernetzes über dem verbrauchernahen Leistungsschalter angeordneter verbraucherferner Leistungsschalter nicht auslöst. Mit anderen Worten soll im Störfall nur der Leistungsschalter, der dem Ereignis am nächsten ist, den Stromfluss unterbrechen. Auf diese Weise kann die Stromzufuhr in andere, von dem Störfall nicht unmittelbar betroffene Bereiche des Stromverteilernetzes aufrechterhalten bleiben. Leistungsschalter, die derart selektiv wirken, werden auch als selektive Leistungsschalter bezeichnet. Die Selektivität wird dadurch erreicht, dass der verbraucherferne Leistungsschalter zeitlich verzögert gegenüber dem verbrauchernahen Leistungsschalter auslöst. Eine solche zeitliche Verzögerung lässt sich beispielsweise elektronisch oder mechanisch einstellen.
Problematisch kann eine derartige verzögerte Abschaltung im Falle von sehr hohen Kurzschlussströmen sein, da der selektive Leistungsschalter aufgrund der voreingestellten Verzögerung zunächst auch dann nicht auslöst, wenn die Höhe des Kurzschlussstroms eine unmittelbare Beschädigung oder sogar Zerstörung des Leistungsschalters selbst zur Folge hat. Bei sehr hohen Strömen sind die elektromagnetischen Effekte der die Schaltkontakte durchfließenden Ströme so groß, dass die Schaltkontakte des Leistungsschalters aufgrund elektromagnetischer Abstoßung kurzzeitig voneinander abheben. Hierbei kommt es zur Ausbildung eins Lichtbogens zwischen den sich öffnenden Schaltkontakten. Derartige Lichtbögen haben eine hohe zerstörerische Kraft und können einen Leistungsschalter dauerhaft schädigen und seine Lebensdauer herabsetzen. Da bei einem selektiven Leistungsschalter eine unmittelbare Abschaltung zunächst nicht gewollt ist, schließen sich die Schaltkontakte nach einer kurzzeitigen Kontaktabhebung wieder. Erneute Wiederentzündungen von Lichtbögen sind die Folge. In diesem Fall ist somit die Selbstschutzfunktion des Leistungsschalters aufgrund der voreingestellten Verzögerung aufgehoben.
Zur Umgehung der voreingestellten Zeitverzögerung bei selektiven Leistungsschaltern im Falle von sehr hohen Kurzschlussströmen sind bereits verschiedene Maßnahmen ergriffen worden.
So ist in der DE 202 14 922 U1 ein Leistungsschalter mit Kurzschlussschnellstauslösern offenbart, wobei die Kurzschlussschnellstauslöser Klappanker umfassen, die im Falle hoher Kurzschlussströme aufgrund elektromagnetischer Effekte gegen die Kraft eines Federelements eine Schwenkbewegung vollziehen, wodurch der Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters ausgelöst und die Schaltkontakte des Leistungsschalters vollständig geöffnet werden. Über die konkrete Ausgestaltung des Federelements kann dabei das Ansprechverhalten der Kurzschlussschnellstauslöser derart beeinflusst werden, dass die Klappanker erst bei Überschreiten einer vorbestimmten Höhe des Kurzschlussstromes angezogen werden. Aufgrund der speziellen Geometrie der Klappanker sprechen die Kurzschlussschnellstauslöser erst oberhalb des Auslösewertes der im Leistungsschalter vorhandenen normalen Auslösemittel für Kurzschluss, dafür aber wesentlich schneller an.
Darüber hinaus ist es auch bereits bekannt, bei selektiven Leistungsschaltern den mit der Ausbildung eines Lichtbogens einhergehenden Druckanstieg auszunutzen. Lichtbögen werden in einem Leistungsschalter zur möglichst schnellen Löschung mit geeigneten Maßnahmen in eine Lichtbogenlöschkammer geleitet und dort gelöscht. Aufgrund der hohen Energie des Lichtbogens geht dies mit einem extrem schnellen Druckanstieg in der Lichtbogenlöschkammer einher. Dieser Druckanstieg lässt sich im Hinblick auf die Selektivität und den gleichzeitigen Selbstschutz von Leistungsschaltern ausnutzen.
So beschreibt beispielsweise die DE 691 10 540 T2 einen selektiven Leistungsschalter mit einem Druckauslöser. Hierzu weist der Auslöser des Leistungsschalters neben einem Überlast- und/oder Kurzschluss-Erfassungsglied, welches im Fehlerfall einen die automatische Abschaltung des Leistungsschalters bewirkenden Schaltmechanismus beaufschlagt, ein Betätigungsorgan auf, welches auf einen durch Zündung eines Lichtbogens hervorgerufenen Überdruck in einer Trennzone der Schaltkontakte anspricht und den Abschaltmechanismus betätigt. Dabei umfasst das Betätigungsorgan ein bewegliches Element, beispielsweise einen Kolben, welcher zum einen über eine zwischen dem Druckauslöser und der Lichtbogenkammer verlaufende Verbindungsleitung mit dem in der Lichtbogenlöschkammer entstehenden Überdruck und zum anderen durch eine Rückholvorrichtung mit angepasster Wirkkraft, beispielsweise eine Rückholfeder, beaufschlagt wird. Eine Verschiebung des Kolbens gegen die Kraft der Rückstellfeder bewirkt dabei die Auslösung des Abschaltmechanismus des Leistungsschalters, wobei die Rückholvorrichtung so angepasst ist, dass eine ungewollte Auslösung bei einfacher Überlast verhindert wird.
Mit anderen Worten sieht der in der DE 691 10 540 T2 beschriebene Leistungsschalter zusätzlich zu dem üblicherweise vorhandenen Auslösemechanismus ein auf Überdruck in der Lichtbogenlöschkammer reagierendes Betätigungsorgan vor, wobei über eine Rückholvorrichtung ein Druckschwellenwert einstellbar ist, derart, dass das Betätigungsorgan bei Auftreten eines Lichtbogens mit sehr hohem Strom sehr schnell anspricht und eine schnelle Auslösung des Leistungsschalters bewirkt, während es bei Abschaltung eines normalen oder kleinen Stromes praktisch nicht reagiert, da der in der Lichtbogenlöschkammer erzeugte Überdruck nicht ausreicht, um die Kraft der Rückholvorrichtung zu überwinden. Auf diese Weise wird ein Schalter geschaffen, der selektiv einsetzbar ist, gleichzeitig aber bei Auftreten sehr hoher Ströme über eine Selbstschutzfunktion verfügt.
Nachteilig bei dem zuletzt genannten Leistungsschalter ist die Tatsache, dass bei einem dreipoligen Leistungsschalter die drei Pole jeweils über Kanäle mit einem Sammelraum verbunden sind, der wiederum eine Verbindung zu der Druckkammer des Überdruck-Betätigungsorgans aufweist. Dabei weisen die einzelnen Kanäle im Bereich ihres Eintritts in den Sammelraum Rückschlagventile auf, um eine Gasströmung von einem Pol zum anderen zu verhindern. Der in einem Pol entstandene Überdruck muss sich somit zunächst durch das Kanalsystem ausbreiten, bevor er in der Druckkammer auf das Betätigungsorgan einwirken kann. Da das Überdruck-Betätigungsorgan in einiger Entfernung von der Lichtbogenlöschkammer angeordnet ist, kann es hierbei sowohl zu einem Druckverlust als auch zu einer Zeitverzögerung innerhalb des Kanalsystems kommen, was sich jeweils nachteilig auf das Ansprechverhalten des Betätigungsorgans auswirkt. Darüber hinaus besteht das System aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten, was einen aufwändigen und verschleißanfälligen Aufbau des Druckauslösesystems zur Folge hat.
Auch aus der US 8,947,182 B2 , US 3,631,369 , US 2015/0200066 A1 und WO 01/69630 sind jeweils selektive Auslöser mit auf Überdruck reagierenden Betätigungsorganen bekannt. Hier ist das Betätigungsorgan allerdings jeweils in einem als Ausblaskanal fungierenden Strömungskanal des Schalters angeordnet. Über diesen Ausblaskanal wird Gas, welches bei Zündung eines Lichtbogens erzeugt wird, aus der Lichtbogenlöschkammer ausgeblasen. Um diese Funktion erfüllen zu können, muss der Ausblaskanal offen bleiben und die Kräfte auf das im Ausblaskanal angeordnete Betätigungsorgan müssen allein durch die im Ausblaskanal herrschende Strömung erzeugt werden, was als nachteilig empfunden wird. Außerdem ist ein derartiges offenes System sehr verschmutzungsanfällig, da der Druckauslöser den aus der Lichtbogenlöschkammer austretenden Gasen unmittelbar ausgesetzt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Leistungsschalter bereitzustellen, der die oben benannten Nachteile des Standes der Technik auf konstruktiv einfache Weise überwindet und insbesondere als selektiver Leistungsschalter eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein einen Leistungsschalter umfassendes modulares System bereitzustellen, welches auf einfache Weise eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen ein- oder mehrpoligen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein modulares System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 bzw. des Patentanspruchs 12.
Konkrete Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß Patentanspruch 1 handelt es sich bei der Erfindung um einen ein- oder mehrpoligen Leistungsschalter, umfassend für jeden Pol Hauptkontakte, bei Überlast und/oder Kurzschlussströmen ansprechende Auslösemittel, einen Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte, eine Lichtbogenkammer sowie einen Druckauslöser, wobei der Leistungsschalter über einen Auslösemechanismus sowohl durch die Auslösemittel als auch durch den Druckauslöser auslösbar ist, wobei weiterhin der Druckauslöser ein auf Überdruck in der Lichtbogenkammer ansprechendes Betätigungsorgan sowie ein Rückholelement umfasst. Der erfindungsgemäße Leistungsschalter zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckauslöser unmittelbar angrenzend sowohl an die Lichtbogenkammer als auch an eine zum jeweiligen Hauptkontakt führende Hauptstromschiene und innerhalb eines an die Lichtbogenkammer angeschlossenen geschlossenen Druckraums angeordnet ist, wobei mindestens eine von dem Betätigungsorgan abstehende Auslösezunge mit dem Auslösemechanismus in Wirkverbindung steht, derart, dass ein durch die Entstehung eines Lichtbogens zwischen den Hauptkontakten erzeugter Überdruck in der Lichtbogenkammer sich nahezu verzögerungsfrei in den Druckraum hinein fortpflanzt und dort auf das Betätigungsorgan des Druckauslösers einwirkt und das Betätigungsorgan bei Überschreiten eines durch das Rückholelement einstellbaren Druckschwellenwertes gegen die Kraftwirkung des Rückholelements unmittelbar aus einer Ruhestellung in eine Auslösestellung überführt wird.
Mit anderen Worten weist der erfindungsgemäße Leistungsschalter gegenüber bekannten Lösungen den Vorteil auf, dass der Druckauslöser unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer angeordnet ist. Aus diesem Grund kann auf eine durch den Leistungsschalter verlaufende Verbindungsleitung zwischen der Lichtbogenkammer und dem Druckauslöser verzichtet werden. Durch eine derartige Verbindungsleitung kommt es zu einer zeitlichen Verzögerung zwischen dem Druckaufbau in der Lichtbogenkammer und der Einwirkung des erzeugten Überdrucks auf das Betätigungsorgan des Druckauslösers, da sich der Überdruck zunächst von der Lichtbogenkammer aus durch die Verbindungsleitung hindurch zu dem Druckauslöser hin fortpflanzen muss. Neben einer zeitlichen Verzögerung kann der Drucktransport durch eine Verbindungsleitung auch mit Druckverlusten einhergehen, so dass der auf das Betätigungsorgan des Druckauslösers einwirkende Druck unter Umständen gegenüber dem ursprünglich in der Lichtbogenkammer erzeugten Druck vermindert ist. Diese Nachteile werden durch den gemäß Patentanspruch 1 unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer angeordneten Druckauslöser vermieden. Der in der Lichtbogenkammer entstehende Überdruck wirkt quasi verzögerungsfrei auf das Betätigungsorgan des Druckauslösers ein, ohne dass es durch eine Verbindungsleitung zu Druck- und/oder Zeitverlusten kommt. Dadurch wird gegenüber bekannten Lösungen ein genaueres und schnelleres Ansprechen des Druckauslösers gewährleistet.
Da darüber hinaus erfindungsgemäß jeder Pol des Leistungsschalters einen Druckauslöser mit separatem Betätigungselement umfasst, ist es nicht erforderlich, wie im Stand der Technik bekannt, einen Sammelraum sowie über Rückschlagventile an diesen angeschlossene Kanäle vorzusehen. Der Aufbau des Druckauslösesystems kann somit deutlich vereinfacht und die Anzahl der erforderlichen Einzelkomponenten reduziert werden.
Der Druckauslöser des erfindungsgemäßen Leistungsschalters ist aber gemäß Patentanspruch 1 nicht nur unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer, sondern darüber hinaus auch unmittelbar angrenzend an eine zum jeweiligen Hauptkontakt führende Hauptstromschiene angeordnet. Dabei steht mindestens eine von dem Betätigungsorgan des Druckauslösers abstehende Auslösezunge mit dem Auslösemechanismus in Wirkverbindung. Die mindestens eine Auslösezunge kann dabei beispielsweise durch einen Führungsschlitz in der Hauptstromschiene hindurchgreifen, alternativ oder zusätzlich können auch eine oder mehrere, vorzugsweise zwei, Auslösezungen seitlich der Hauptstromschiene geführt werden. Somit wirkt der durch Zündung eines Lichtbogens in der Lichtbogenkammer erzeugte Überdruck nahezu verzögerungsfrei auf das Betätigungsorgan des Druckauslösers ein, wodurch dieses, sofern der Überdruck einen voreingestellten Druckschwellenwert überschreitet, gegen die Kraftwirkung des Rückholelements unmittelbar aus einer Ruhestellung in eine Auslösestellung überführt wird. Beim Übergang aus der Ruhestellung in die Auslösestellung bewirkt die Bewegung der mindestens einen Auslösezunge des Betätigungsorgans eine Auslösung des Leistungsschalters über den Auslösemechanismus. Beispielsweise liegt die mindestens eine Auslösezunge mit einem freien Ende an einer zum Auslösemechanismus gehörenden Auslösestange an, so dass eine Bewegung der mindestens einen Auslösezunge eine Schwenkbewegung der Auslösestange und damit eine Auslösung des Leistungsschalters bewirkt, was im Folgenden noch näher erläutert werden wird.
Schließlich ist der Druckauslöser bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter innerhalb eines an die Lichtbogenkammer angeschlossenen geschlossenen Druckraums angeordnet. Unter einem geschlossenen Druckraum ist dabei im Sinne der Erfindung ein Raum zu verstehen, der zur Lichtbogenkammer hin geöffnet, ansonsten jedoch im Wesentlichen abgedichtet ist und in den hinein sich der in der Lichtbogenkammer erzeugte Überdruck im Wesentlichen verlustfrei fortpflanzen kann. Auf diese Weise kann ein ausreichender Druckaufbau innerhalb des Druckraumes gewährleistet werden. Der Druckraum ist dabei so ausgebildet, dass die Dichtigkeit des Druckraumes auch über den gesamten Bewegungsverlauf des Betätigungsorgans aus der Ruhestellung in die Auslösestellung sichergestellt ist. Hierfür können beispielsweise entsprechende Abdichtungselemente in dem Druckraum vorgesehen sein. Diese Abdichtungselemente können als separate Bauteile oder als integral mit dem Leistungsschalter ausgebildete Bauteile realisiert sein. „Im Wesentlichen abgedichtet“ schließt dabei auch ein, dass kleine Spalte zwischen den feststehenden Komponenten und dem beweglichen Betätigungsorgan verbleiben, die letztlich für die Bewegungsfähigkeit des Betätigungsorgans erforderlich sind. Insbesondere handelt es sich bei einem derartigen geschlossenen Druckraum aber nicht um einen Ausblaskanal des Leistungsschalters, der aufgrund seiner Funktion stets eine Öffnung hin zum Außenbereich des Leistungsschalters aufweist.
Aufgrund der Anordnung des Druckauslösers in der oben beschriebenen Weise ist es insbesondere möglich, den erfindungsgemäßen Leistungsschalter baugleich zu dem in der oben bereits zitierten DE 202 14 922 U1 auszuführen. Der Leistungsschalter gemäß DE 202 14 922 U1 umfasst Kurzschlussschnellstauslöser, die elektromagnetisch an eine jeweilige Hauptstromschiene gekoppelt sind. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Druckauslöser können alternativ zu den Kurzschlussschnellstauslösern der DE 202 14 922 U1 innerhalb des Leistungsschalters an der gleichen Stelle wie diese verbaut werden. Sie belegen den gleichen Bauraum und bedienen die gleichen Schnittstellen, so dass der Auslösemechanismus von beiden Auslösertypen auf gleichartige Weise angesteuert werden kann. Somit kann der erfindungsgemäße Leistungsschalter als Teil eines modularen Systems aufgefasst werden, bei welchem, ausgehend von einem im Grundaufbau gleichbleibenden Leistungsschalter, aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen speziellen Anordnung der Druckauslöser diese auf einfachste Weise durch bekannte Kurzschlussschnellstauslöser ausgetauscht werden können.
Leistungsschalter mit elektromagnetisch wirkenden Kurzschlussschnellstauslösern sprechen aufgrund des sich unmittelbar mit dem ansteigen Strom aufbauenden Magnetfeldes in der Hauptstromschiene bereits bei Strömen von etwa 3000 bis 4000 Ampere an, während ein Leistungsschalter mit Druckauslöser in der Regel erst bei Strömen ab etwa 5000 Ampere anspricht. Somit lassen sich je nach Wahl des Auslösemechanismus unterschiedliche Selektivitätsschwellen für den Leistungsschalter realisieren, wodurch unterschiedlichen Marktanforderungen Rechnung getragen werden kann. Aufgrund der beschriebenen einfachen Umrüstbarkeit des erfindungsgemäßen Leistungsschalters kann ausgehend von einem im Grundaufbau stets gleichen Leistungsschalter durch geringe Modifikationen von einer Ausführung mit Druckauslösern auf eine Ausführung mit Kurzschlussschnellstauslösern und umgekehrt umgerüstet werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Betätigungsorgan als um eine Schwenkachse schwenkbare Klappe ausgebildet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Klappe in der Ruhestellung unter dem Einfluss des Rückholelements von der Hauptstromschiene abgeschwenkt ist und bei Überschreiten des Druckschwellenwertes gegen die Kraftwirkung des Rückholelements aus der Ruhestellung an die Hauptstromschiene herangeschwenkt wird. Eine derartige schwenkbare Klappe kann im Wesentlichen baugleich zu dem Klappanker der oben beschriebenen Kurzschlussschnellstauslöser der DE 202 14 922 U1 ausgebildet sein, wobei als Material für die Klappe vorzugsweise ein geeignetes Kunststoffmaterial eingesetzt wird.
Aufgrund der Anordnung des eine schwenkbare Klappe umfassenden Druckauslösers unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer und innerhalb eines an die Lichtbogenkammer angeschlossenen, geschlossenen Druckraums wird die Klappe nahezu verzögerungsfrei mit dem in der Lichtbogenkammer erzeugten Überdruck beaufschlagt und, sobald ein voreingestellter Druckschwellenwert überschritten wird, an die Hauptstromschiene herangeschwenkt. Der Druckraum ist dabei so ausgebildet, dass seine Dichtigkeit auch über den gesamten Bewegungsverlauf der Klappe gegeben ist. Die beispielsweise durch einen Führungsschlitz in der Hauptstromschiene hindurchreichende, von der Klappe abstehende mindestens eine Auslösezunge steht in Wirkverbindung mit dem Auslösemechanismus des Leistungsschalters, so dass ein durch die Druckbeaufschlagung hervorgerufenes Heranschwenken der Klappe an die Hauptstromschiene, d.h. in die Auslösestellung, eine Auslösung des Leistungsschalters bewirkt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Klappe seitlich abstehende Abschirmelemente aufweist, welche in Einsatzlage des Druckauslösers das Rückholelement zumindest abschnittsweise überdecken. Hierdurch kann verhindert werden, dass die aus der Lichtbogenkammer stammenden heißen Gase unmittelbar auf das Rückholelement einwirken und dieses beeinträchtigen oder schädigen.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist in dem Druckraum mindestens ein Abdichtungselement angeordnet, wobei die Klappe beim Übergang aus der Ruhestellung in die Auslösestellung dauerhaft gegenüber dem mindestens einen Abdichtungselement abdichtet. Das mindestens eine Abdichtungselement kann dabei als separates oder als integral mit dem Leistungsschalter ausgebildetes Bauteil realisiert sein. Insbesondere kann an der Klappe ein Vorsprung ausgebildet sein, der sich beim Übergang der Klappe aus der Ruhestellung in die Auslösestellung entlang einer kreisförmigen Kontur eines Abdichtungselements bewegt und mit dieser in Überdeckung bleibt. Durch eine kreisförmige Kontur des Abdichtungselements wird der Bewegung des Vorsprungs entlang einer Kreisbahn bei der Schwenkbewegung der Klappe Rechnung getragen. Vermittels des Vorsprungs dichtet die Klappe somit über ihren gesamten Bewegungsverlauf gegenüber dem Abdichtungselement ab. Ebenso kann sich die Klappe in einem an die Schwenkachse angrenzenden Bereich entlang einer kreisförmigen Kontur eines Abdichtungselements bewegen, so dass auch hier eine Abdichtung über den gesamten Bewegungsverlauf der Klappe gewährleistet ist und es nicht zu unerwünschten Druckabfällen in dem Druckraum kommt.
Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung ist das Betätigungsorgan als linear beweglicher Kolben ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung kann der Druckauslöser ein Gehäuse umfassen, in welchem der Kolben geführt wird, wobei ein der Lichtbogenkammer zugewandter Boden des Gehäuses mindestens eine Öffnung aufweist, durch welche sich der in der Lichtbogenkammer erzeugte Überdruck in das Gehäuse hinein fortpflanzt und auf den Kolben einwirkt. Mit anderen Worten wirkt auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der in der Lichtbogenkammer erzeugte Überdruck durch die mindestens eine Öffnung im Boden des Gehäuses, welches seinerseits unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer angeordnet ist, quasi verzögerungsfrei auf den Kolben ein, so dass dieser bei Überschreiten eines voreingestellten Druckschwellenwertes unmittelbar aus seiner Ruhestellung in eine Auslösestellung überführt wird. Die Bewegung des Kolbens ist eine lineare Bewegung, geführt durch das Gehäuse und gegen die Kraftwirkung des Rückholelements. Das Gehäuse einschließlich des im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses angeordneten Kolbens beansprucht innerhalb des Leistungsschalters den gleichen Bauraum wie die im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erläuterte Klappe. Insbesondere beanspruchen sowohl die schwenkbare Klappe als auch das Gehäuse mit linear beweglichem Kolben den gleichen Bauraum wie die in der DE 202 14 922 U1 offenbarten elektromagnetischen Klappanker.
Eine von dem Kolben abstehende Auslösezunge steht durch einen Führungsschlitz in der Hauptstromschiene hindurch in Wirkverbindung mit dem Auslösemechanismus des Leistungsschalters, so dass eine durch die Druckbeaufschlagung hervorgerufene lineare Kolbenbewegung aus der Ruhestellung heraus in die Auslösestellung eine Auslösung des Leistungsschalters bewirkt. Beispielsweise liegt die Auslösezunge mit einem freien Ende an einer zum Auslösemechanismus gehörenden Auslösestange an, so dass eine mit der Kolbenbewegung verbundene Bewegung der Auslösezunge eine Schwenkbewegung der Auslösestange und damit eine Auslösung des Leistungsschalters bewirkt.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die von dem Kolben abstehende und durch den Führungsschlitz in der Hauptstromschiene mit dem Auslösemechanismus in Wirkverbindung stehende Auslösezunge an ihrem freien, durch den Führungsschlitz hindurchreichenden Ende abgeschrägt ist, so dass eine lineare Bewegung des Kolbens eine Schwenkbewegung einer zum Auslösemechanismus gehörenden und an dem freien Ende der Auslösezunge anliegenden Auslösestange bewirkt.
Als Rückholelement kann erfindungsgemäß bei allen Ausgestaltungen der Erfindung mindestens eine Feder vorgesehen sein. Durch die Wahl der Federkonstante der mindestens einen Feder kann ein Druckschwellenwert eingestellt werden. Mit anderen Worten wird das Betätigungsorgan bei Beaufschlagung mit einem Überdruck, welcher unterhalb des Druckschwellenwertes liegt, durch die Kraftwirkung der mindestens einen Feder in seiner Ruhestellung gehalten, während das Betätigungselement bei Beaufschlagung mit einem Überdruck, welcher oberhalb des Druckschwellenwertes liegt, unter Überwindung der Kraftwirkung der mindestens einen Feder unmittelbar aus seiner Ruhestellung in die Auslösestellung überführt wird.
Neben der Einstellbarkeit eines Druckschwellenwertes kommt dem Rückholelement, insbesondere der mindestens einen Feder, darüber hinaus auch eine rückstellende Funktion zu, d.h. nach erfolgter Auslösung des Leistungsschalters wird das Betätigungsorgan vermittels der Kraftwirkung des Rückholelements wieder aus der Auslösestellung zurück in seine Ruhestellung überführt, so dass der Druckauslöser für einen neuerlichen Einsatz zur Verfügung steht.
Bei einem als schwenkbare Klappe ausgebildeten Betätigungsorgan kann die Feder beispielsweise als Doppeldrehfeder ausgebildet sein, welche mittels an der Hauptstromschiene sowie an der schwenkbaren Klappe vorgesehener Lagernuten positionierbar ist. An der Klappe sind darüber hinaus Aufnahmezapfen ausgebildet, auf welche die Drehfederwickel aufsetzbar sind.
Bei als linear beweglichem Kolben ausgebildetem Betätigungsorgan kann die mindestens eine Feder als Schraubendruckfeder ausgebildet sein, welche mit einem Ende an dem Kolben anliegt und sich mit dem zweiten Ende beispielsweise gegenüber dem Gehäuse oder der Hauptstromschiene abstützt.
Gemäß den Patentansprüchen 11 und 12 betrifft die Erfindung auch ein modulares System, umfassend einen ein- oder mehrpoligen Leistungsschalter nach den Patentansprüchen 1 bis 10 sowie elektromagnetische Kurzschlussschnellstauslöser, wobei für jeden Pol des Leistungsschalters der Druckauslöser gegen einen den gleichen Bauraum belegenden und gleiche Schnittstellen bedienenden elektromagnetischen Kurzschlussschnellstauslöser austauschbar ist. Ein solches modulares System bietet ein hohes Maß an Flexibilität, da ausgehend von einem im Grundaufbau unveränderlichen Leistungsschalter je nach Einsatzbereich zwischen Druckauslösern und elektromagnetischen Kurzschlussschnellstauslösern gewechselt werden kann und auf diese Weise unterschiedliche Selektivitätsschwellen realisiert werden können. Die Umrüstung von Druckauslösern auf elektromagnetische Kurzschlussschnellstauslöser und umgekehrt erfolgt dabei auf einfachste Weise, da beide Auslösertypen innerhalb des Leistungsschalters den gleichen Bauraum belegen und die gleichen Schnittstellen bedienen. Bei den elektromagnetischen Kurzschlussschnellstauslösern handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetische Kurzschlussschnellstauslöser, wie sie in der DE 202 14 922 U1 beschrieben sind.
Insbesondere kann dabei sowohl für einen Druckauslöser als auch für einen Kurzschlussschnellstauslöser eine baugleiche, zum Auslösemechanismus gehörende Auslösestange verwendet wird.
Bei Ausführung des Betätigungsorgans als schwenkbare Klappe kann sowohl für einen Druckauslöser als auch für einen Kurzschlussschnellstauslöser das gleiche Rückholelement, insbesondere die gleiche Doppeldrehfeder, verwendet werden. Auch können die Klappe des Druckauslösers und ein Magnetanker des elektromagnetischen Kurzschlussschnellstaulösers einen im Wesentlichen gleichen Schwenkwinkel und eine im Wesentlichen gleiche Lagerstelle innerhalb des Leistungsschalters aufweisen. Schließlich können die an der Klappe ausgebildete Auslösezunge und eine an einem Magnetanker eines Kurzschlussschnellstauslösers ausgebildete Auslösezunge gleichartig ausgeformt sein, so dass bei einer Schwenkbewegung der Klappe bzw. des Magnetankers eine zum Auslösemechanismus gehörende Auslösestange in gleicher Weise beaufschlagt werden kann.
Ein derartiges modulares System bietet somit ein hohes Maß an Flexibilität bei gleichzeitig sehr geringer Anzahl anzupassender Komponenten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter in einer ersten Ausführungsform;
2: ein Ausschnitt aus 1 in vergrößerter Darstellung, der das Betätigungsorgan in der Ruhestellung zeigt;
3: ein Ausschnitt aus 1 in vergrößerter Darstellung, der das Betätigungsorgan in der Auslösestellung zeigt;
4: perspektivische Ansicht des an einer Hauptstromschiene angeordneten Druckauslösers gemäß der ersten Ausführungsform;
5: der Druckauslöser aus 4 in einer Explsionsdarstellung;
6: perspektivische Ansicht des an einer Hauptstromschiene angeordneten Druckauslösers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7: der Druckauslöser aus 6 in einer Explosionsdarstellung;
8: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter in einer dritten Ausführungsform;
9: ein Ausschnitt aus 8 in vergrößerter Darstellung, der das Betätigungsorgan in der Ruhestellung zeigt;
10: perspektivische Ansicht des an einer Hauptstromschiene angeordneten Druckauslösers gemäß der dritten Ausführungsform;
11: der Druckauslöser aus 10 in einer Explosionsdarstellung.

1 zeigt einen im Ganzen mit 1 bezeichneten erfindungsgemäßen dreipoligen Leistungsschalter, wobei die Darstellung der 1 einen Längsschnitt durch einen Pol des Leistungsschalters 1 zeigt. Sämtliche Ausführungen beziehen sich auf diesen Pol des Leistungsschalters 1, gelten aber gleichermaßen auch für die beiden weiteren Pole des Leistungsschalters 1.
Der Leistungsschalter 1 umfasst für den dargestellten Pol Hauptkontakte 2, die mittels eines Betätigungsmechanismus 3 in bekannter Weise geöffnet oder geschlossen werden können. Zwischen dem Hauptanschluss 4 und den Hauptkontakten 2 verläuft eine Hauptstromschiene 5. Zum Schutz einer in einem Stromverteilernetz dem Leistungsschalter 1 nachgeordneten Anlage vor Überlast und/oder Kurzschlussströmen ist der Leistungsschalter 1 mit in 1 nicht genauer dargestellten elektronischen Auslösemitteln ausgestattet. Diese verarbeiten die über die Hauptstromschiene 5 laufenden und von elektromagnetischen Messwandlern erfassten Lastströme und erregen im Fehlerfall einen Auslösemagneten, der seinerseits über einen Auslösemechanismus 6 den Betätigungsmechanismus 3 auslöst und damit ein Öffnen der Hauptkontakte 2 bewirkt.
1 zeigt weiter eine Lichtbogenkammer 7, welche Löschbleche 8 umfasst, die einen beim Öffnen der Hauptkontakte 2 zwischen diesen entstehenden Lichtbogen entionisieren und kühlen. Zusätzlich zu den oben bereits beschriebenen Auslösemitteln weist der dargestellte Pol des Leistungsschalters 1 einen Druckauslöser 9 auf, der unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer 7 und innerhalb eines an die Lichtbogenkammer 7 angeschlossenen, geschlossenen Druckraums 70 angeordnet ist und ein auf Überdruck in der Lichtbogenkammer 7 ansprechendes Betätigungsorgan umfasst.
Die Funktionsweise des Druckauslösers 9 ist aus den detaillierteren Darstellungen der 2 und 3 besser ersichtlich. Das Betätigungsorgan ist hier als um eine Schwenkachse X schwenkbare Klappe 10 ausgebildet, wobei die 2 die Klappe 10 in der Ruhestellung zeigt, während die 3 die Klappe 10 in der Auslösestellung zeigt. Die Klappe 10 ist aus einem Kunststoff gefertigt und ist innerhalb des geschlossenen Druckraumes 70 angeordnet, der seinerseits über eine Öffnung 11 unmittelbar an die Lichtbogenkammer 7 angeschlossen ist. Ein in der Lichtbogenkammer 7 durch Zünden eines Lichtbogens zwischen den Hauptkontakten 2 entstehender Überdruck pflanzt sich so durch die Öffnung 11 hindurch unmittelbar in Richtung auf die Klappe 10 fort. Die Klappe 10 wird mit dem Überdruck beaufschlagt und durch diesen, sofern ein vorgegebener Druckschwellenwert überschritten wird, aus der in der 2 dargestellten Ruhestellung durch eine Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn in die in der 3 dargestellte Auslösestellung überführt. In der Auslösestellung liegt die Klappe 10 im Wesentlichen an einem sich in der 3 vertikal nach unten erstreckenden Abschnitt der Hauptstromschiene 5 an. Die Einstellung des Druckschwellenwertes erfolgt über ein als Doppeldrehfeder 11 ausgebildetes Rückholelement, welches in den 1 bis 3 nicht zu erkennen ist, im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 aber noch näher erläutert werden wird.
Innerhalb des Druckraumes 70 sind feststehende Abdichtungselemente 71, 72 angeordnet, die dafür sorgen, dass der Druckraum 70 über den gesamten Bewegungsverlauf der Klappe 10 aus der Ruhestellung in die Auslösestellung abgedichtet bleibt, so dass es nicht zu unerwünschten Druckabfällen innerhalb des Druckraumes 70 kommt. An der Klappe 10 ist ein Vorsprung 110 ausgebildet, der sich beim Übergang der Klappe 10 aus der Ruhestellung in die Auslösestellung entlang der kreisförmigen Kontur des Abdichtungselements 71 bewegt, jedoch stets mit diesem in Überdeckung bleibt, vgl. auch 3, so dass die Klappe 10 dauerhaft gegenüber dem Abdichtungselement 71 abdichtet. Gleiches gilt für den Kontakt zwischen dem unteren Bereich der Klappe 10 und dem Abdichtungselement 72.
Die Klappe 10 ist unmittelbar angrenzend an die Hauptstromschiene 5 angeordnet, wobei die Klappe 10 zwei Auslösezungen 100 umfasst, von der in der Darstellung der 2 und 3 nur eine zu sehen ist. Die Auslösezungen 100 sind jeweils seitlich der Hauptstromschiene 5 geführt, vgl. auch 4. Die Auslösezungen 100 stehen mit dem Auslösemechanismus 6 in Wirkverbindung, derart, dass die Auslösezungen 100 mit ihrem freien Ende an einer zu dem Auslösemechanismus 6 gehörenden Auslösestange 60 anliegen. Eine durch Druckbeaufschlagung in oben beschriebener Weise hervorgerufene Schwenkbewegung der Klappe 10 aus der Ruhestellung in die Auslösestellung führt dazu, dass die Auslösezungen 100 ihrerseits die Auslösestange 60 des Auslösemechanismus 6 beaufschlagen. Ein auf diese Weise hervorgerufenes Verschwenken der Auslösestange 60 führt unmittelbar zur Auslösung des Leistungsschalters 1.
4 zeigt den an der Hauptstromschiene 5 angeordneten Druckauslöser 9 aus den 1 bis 3 in perspektivischer Ansicht, 5 ist eine Explosionsdarstellung des Druckauslösers 9 aus 4. Der Druckauslöser 9 umfasst die schwenkbare Klappe 10 sowie eine Doppeldrehfeder 11. Die Drehfeder 11 umfasst zwei freie Enden 18, einen Mittelschenkel 19 sowie zwischen den freien Enden 18 und dem Mittelschenkel 19 ausgebildete Drehfederwickel 16. Mit Hilfe der Doppeldrehfeder 11 kann die Klappe 10 schwenkbar an der Hauptstromschiene 5 gelagert werden, wobei die Hauptstromschiene auf ihrer der Klappe 10 abgewandten Seite eine entsprechende Lagernut 12 aufweist, in welcher der Mittelschenkel 19 der Doppeldrehfeder 11 zu liegen kommt. Mit Hilfe einer als Schwenkachse X fungierenden Lagerstange 40, die durch die Drehfederwickel 16 hindurchgreift und in korrespondierenden Aufnahmen 41 an der Klappe 10 aufgenommen wird, wird die Doppeldrehfeder 11 schwenkbar an der Klappe 10 gelagert. Die Klappe 10 weist zwei Nasen 17 auf, an welchen sich in Einsatzlage die freien Enden 18 der Doppeldrehfeder 11 abstützen.
In der Ruhestellung der Klappe 10, wie sie beispielsweise in der 2 dargestellt ist, ist die Klappe 10 unter dem Einfluss der Doppeldrehfeder 11 von der Hauptstromschiene 5 abgeschwenkt. Durch die Federkonstante der Doppeldrehfeder 11 ist ein Druckschwellenwert einstellbar. Solange die Klappe 10 mit einem Überdruck beaufschlagt wird, der unterhalb des Druckschwellenwertes liegt, wird die Klappe 10 vermittels der Kraftwirkung der Doppeldrehfeder 11 in ihrer Ruhestellung gehalten. Sobald der aus der Lichtbogenkammer übertragene und auf die Klappe 10 einwirkende Druck hingegen den Druckschwellenwert übersteigt, schwenkt die Klappe 10 unter Überwindung der Federkräfte der Doppeldrehfeder 11 aus der Ruhestellung in die Auslösestellung gemäß 3, wodurch in oben beschriebener Weise aufgrund der Wechselwirkung zwischen den seitlich der Hauptstromschiene geführten Auslösezungen 100 der Klappe 10 und der Auslösestange 60 des Auslösemechanismus 6 der Leistungsschalter 1 ausgelöst wird. Nach erfolgter Auslösung und damit einhergehendem Druckabfall in der Lichtbogenkammer sorgt die Doppeldrehfeder 11 dafür, dass die Klappe 10 wieder in ihre Ruhestellung gemäß 2 übergeht und so für einen neuen Auslösevorgang zur Verfügung steht.
6 zeigt den an der Hauptstromschiene 5 angeordneten Druckauslöser 9 in einer zweiten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht, 7 ist eine Explosionsdarstellung des Druckauslösers 9 aus 6. Der Druckauslöser 9 umfasst die schwenkbare Klappe 10 sowie eine Doppeldrehfeder 11. Die Drehfeder 11 umfasst zwei freie Enden 18, einen Mittelschenkel 19 sowie zwischen den freien Enden 18 und dem Mittelschenkel 19 ausgebildete Drehfederwickel 16. Mit Hilfe der Doppeldrehfeder 11 kann die Klappe 10 schwenkbar an der Hauptstromschiene 5 gelagert werden, wobei die Hauptstromschiene auf ihrer der Klappe 10 abgewandten Seite eine entsprechende Lagernut 12 aufweist, in welcher der Mittelschenkel 19 der Doppeldrehfeder 11 zu liegen kommt. Die Klappe 10 weist an ihrem den Auslösezungen 100 gegenüberliegenden Ende einen mittig angeordneten Lagerzapfen 13 auf, welcher in Einsatzlage des Druckauslösers 9 in eine Ausnehmung 14 in der Hauptstromschiene 5 eingreift. Die Klappe 10 weist weiterhin zwei seitlich abstehende Aufnahmezapfen 15 auf, in welche in Einsatzlage des Druckauslösers 9 jeweils einer der beiden Drehfederwickel 16 der Drehfeder 11 eingehängt ist. Auf Höhe der Auslösezunge 100 und seitlich von dieser beabstandet weist die Klappe 10 zwei Nasen 17 auf, an welchen sich in Einsatzlage die freien Enden 18 der Doppeldrehfeder 11 abstützen. Ausgehend von den Nasen 17 erstrecken sich auf beiden Seiten der Klappe 10 seitlich abstehende, im Wesentlichen dreieckförmige Abschirmelemente 19, welche in Einsatzlage des Druckauslösers 11 die Drehfederwickel 16 überdecken und diese so gegenüber den aus der Lichtbogenkammer 7 einströmenden Gasen abschirmen.
In der Ruhestellung der Klappe 10, wie sie beispielsweise in der 2 dargestellt ist, ist die Klappe 10 unter dem Einfluss der Doppeldrehfeder 11 von der Hauptstromschiene 5 abgeschwenkt. Durch die Federkonstante der Doppeldrehfeder 11 ist ein Druckschwellenwert einstellbar. Solange die Klappe 10 mit einem Überdruck beaufschlagt wird, der unterhalb des Druckschwellenwertes liegt, wird die Klappe 10 vermittels der Kraftwirkung der Doppeldrehfeder 11 in ihrer Ruhestellung gehalten. Sobald der aus der Lichtbogenkammer übertragene und auf die Klappe 10 einwirkende Druck hingegen den Druckschwellenwert übersteigt, schwenkt die Klappe 10 unter Überwindung der Federkräfte der Doppeldrehfeder 11 aus der Ruhestellung in die Auslösestellung gemäß 3, wodurch in oben beschriebener Weise aufgrund der Wechselwirkung zwischen der durch einen Führungsschlitz 50 in der Hauptstromschiene 5 hindurchgreifenden Auslösezunge 100 der Klappe 10 und der Auslösestange 60 des Auslösemechanismus 6 der Leistungsschalter 1 ausgelöst wird. Nach erfolgter Auslösung und damit einhergehendem Druckabfall in der Lichtbogenkammer sorgt die Doppeldrehfeder 11 dafür, dass die Klappe 10 wieder in ihre Ruhestellung gemäß 2 übergeht und so für einen neuen Auslösevorgang zur Verfügung steht.
Die 8 bis 11 zeigen eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungsschalters 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen beschriftet und werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht mehr gesondert erläutert. Der Leistungsschalter 1 gemäß 8 unterscheidet sich von dem Leistungsschalter 1 gemäß 1 lediglich durch die Ausbildung des Druckauslösers 9.
Bei dem Druckauslöser 9 des dritten Ausführungsbeispiels ist das Betätigungsorgan als linear beweglicher Kolben 20 ausgebildet, der in einem Gehäuse 21 geführt wird. Wie aus der Explosionsdarstellung der 11 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 21 eine obere Öffnung 26 auf, durch welche der Kolben 20 in das Gehäuse 21 eingebracht werden kann. Mittels zweier Führungen 24 umgreift das Gehäuse 21 die Hauptstromschiene 5, wie aus 10 ersichtlich ist. Der hier nicht sichtbare und mit dem Bezugszeichen 25 angedeutete Boden des Gehäuses 21 weist mehrere Öffnungen auf. Das Gehäuse 21 ist mit seinem Boden 25 unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer 7 angeordnet, vgl. hierzu auch 9. Durch diese Öffnungen hindurch pflanzt sich in Einsatzlage des Druckauslösers 9 der in der Lichtbogenkammer erzeugte Überdruck in das Gehäuse 21 hinein fort und wirkt auf die Unterseite 27 des Kolbens 20 ein. Der Kolben 20 weist seitliche Führungsstege 28 auf, welche an den inneren Seitenwänden 29 des Gehäuses 21 anliegen und bewirken, dass der Kolben 20 innerhalb des Gehäuses 21 lediglich in den durch den Doppelpfeil K angedeuteten Richtung beweglich ist. Benachbart den Führungsstegen 28 weist der Kolben 20 Dome 22 auf, auf welche die hier als Schraubendruckfedern 23 ausgebildeten Rückholelemente aufsetzbar sind. In Einsatzlage des Druckauslösers 9 liegen die Schraubendruckfedern 23 mit ihrem einen Ende 30 an dem Kolben 20 an, während sie sich mit ihrem anderen Ende 31 an der Hauptstromschiene 5 abstützen. Durch die Federkonstante der Schraubendruckfedern 23 ist ein Druckschwellenwert einstellbar. Solange der Kolben 20 mit einem Überdruck beaufschlagt wird, der unterhalb des Druckschwellenwertes liegt, wird der Kolben 20 vermittels der Kraftwirkung der Schraubendruckfedern 23 in seiner in der 9 gezeigten Ruhestellung gehalten. Sobald der aus der Lichtbogenkammer übertragene und auf den Kolben 20 einwirkende Druck hingegen den Druckschwellenwert übersteigt, bewegt sich der Kolben 20 innerhalb des Gehäuses 21 in der durch den Pfeil P in 9 angedeuteten Richtung unter Überwindung der Federkräfte der Schraubendruckfedern 23 aus der Ruhestellung in die hier nicht separat dargestellte Auslösestellung.
An seinem der Unterseite 27 gegenüberliegenden Ende weist der Kolben 20 eine Auslösezunge 200 auf, die in Einsatzlage durch den Führungsschlitz 50 in der Hauptstromschiene 5 hindurch mit dem Auslösemechanismus 6 in Wirkverbindung steht. Die Auslösezunge 200 ist an ihrem freien Ende, wie aus 11 deutlich zu erkennen ist, abgeschrägt. Beim Übergang des Kolbens 20 aus der Ruhestellung in die Auslösestellung bewirkt die lineare Bewegung des Kolbens aufgrund der Abschrägung der Auslösezunge 200 eine Schwenkbewegung der zum Auslösemechanismus 6 gehörenden und an der Auslösezunge 200 anliegenden Auslösestange 60. Aufgrund dieser Wechselwirkung zwischen der Auslösezunge 200 und der Auslösestange 60 des Auslösemechanismus 6 wird der Leistungsschalter 1 ausgelöst. Nach erfolgter Auslösung und damit einhergehendem Druckabfall in der Lichtbogenkammer sorgen die Schraubendruckfedern 23 dafür, dass der Kolben 20 wieder in seine Ruhestellung gemäß 9 zurückgesetzt wird und so für einen neuen Auslösevorgang zur Verfügung steht.
Aufgrund der Anordnung der Druckauslöser 9 unmittelbar angrenzend an die Lichtbogenkammer 7 wird durch die Erfindung ein Leistungsschalter 1 bereitgestellt, der gegenüber bekannten Lösungen quasi verzögerungsfrei anspricht.
Darüber hinaus beanspruchen die Druckauslöser 9 des ersten, zweiten und dritten beschriebenen Ausführungsbeispiels innerhalb des Leistungsschalters 1 den gleichen Bauraum und belegen die gleichen Schnittstellen. Somit ist bei einem gegebenen Leistungsschalter 1 ein einfacher Wechsel von einem mit beweglichem Kolben 20 ausgebildeten Druckauslöser 9 zu einem mit schwenkbarer Klappe 10 ausgebildeten Druckauslöser 9 und umgekehrt möglich. Schließlich belegen die Druckauslöser 9 auch den gleichen Bauraum wie die in der DE 202 14 922 U1 beschriebenen Klappanker der Kurzschlussschnellstauslöser, so dass auch hier je nach gefordertem Ansprechverhalten des Leistungsschalters ein sehr einfacher Wechsel von einem System mit Kurzschlussschnellstauslösern zu einem System mit Druckauslösern und umgekehrt möglich ist, wobei an dem zugrunde liegenden Leistungsschalter darüber hinaus keine weiteren Veränderungen vorgenommen werden müssen. Durch den erfindungsgemä-ßen Leistungsschalter wird in Kombination mit elektromagnetischen Kurzschlussschnellstauslösern somit ein modulares System geschaffen, welches es erlaubt, ohne größere Modifikationen sehr flexibel auf unterschiedliche Anforderungen zu reagieren.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung jedem Pol des Leistungsschalters 1 ein eigener Druckauslöser 9 zugeordnet ist, ist auch ein Übergang von einem mehrpoligen System zu einem einpoligen System und umgekehrt ohne Weiteres möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20214922 U1 [0006, 0020, 0022, 0026, 0033, 0052]
DE 69110540 T2 [0008, 0009]
US 8947182 B2 [0011]
US 3631369 [0011]
US 2015/0200066 A1 [0011]
WO 0169630 [0011]

Claims

Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1), umfassend für jeden Pol Hauptkontakte (2), bei Überlast und/oder Kurzschlussströmen ansprechende Auslösemittel, einen Betätigungsmechanismus (3) zum Öffnen und Schließen der Hauptkontakte (2), eine Lichtbogenkammer (7) sowie einen Druckauslöser (9), wobei der Leistungsschalter (1) über einen Auslösemechanismus (6) sowohl durch die Auslösemittel als auch durch den Druckauslöser (9) auslösbar ist, wobei weiterhin der Druckauslöser (9) ein auf Überdruck in der Lichtbogenkammer (7) ansprechendes Betätigungsorgan sowie ein Rückholelement umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckauslöser (9) unmittelbar angrenzend sowohl an die Lichtbogenkammer (7) als auch an eine zu den jeweiligen Hauptkontakten (2) führende Hauptstromschiene (5) und innerhalb eines an die Lichtbogenkammer (7) angeschlossenen geschlossenen Druckraums (70) angeordnet ist, wobei mindestens eine von dem Betätigungsorgan abstehende Auslösezunge (100, 200) mit dem Auslösemechanismus (6) in Wirkverbindung steht, derart, dass ein durch die Entstehung eines Lichtbogens zwischen den Hauptkontakten (2) erzeugter Überdruck in der Lichtbogenkammer (7) sich nahezu verzögerungsfrei in den Druckraum (70) hinein fortpflanzt und dort auf das Betätigungsorgan des Druckauslösers (9) einwirkt und das Betätigungsorgan bei Überschreiten eines durch das Rückholelement einstellbaren Druckschwellenwertes gegen die Kraftwirkung des Rückholelements unmittelbar aus einer Ruhestellung in eine Auslösestellung überführt wird.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückholelement als mindestens eine Feder (11, 23) ausgebildet ist.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass das Betätigungsorgan als um eine Schwenkachse (X) schwenkbare Klappe (10) ausgebildet ist.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (10) in der Ruhestellung unter dem Einfluss des Rückholelements von der Hauptstromschiene (5) abgeschwenkt ist und bei Überschreiten des Druckschwellenwertes gegen die Kraftwirkung des Rückholelements aus der Ruhestellung an die Hauptstromschiene (5) herangeschwenkt wird.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (10) seitlich abstehende Abschirmelemente (19) aufweist, welche in Einsatzlage des Druckauslösers (9) das Rückholelement zumindest abschnittsweise überdecken.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckraum (70) mindestens ein Abdichtungselement (71, 72) angeordnet ist und dass die Klappe (10) beim Übergang aus der Ruhestellung in die Auslösestellung dauerhaft gegenüber dem mindestens einen Abdichtungselement (71, 72) abdichtet.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Klappe (10) ein Vorsprung (110) ausgebildet ist, der sich beim Übergang der Klappe (10) aus der Ruhestellung in die Auslösestellung entlang einer kreisförmigen Kontur eines Abdichtungselements (71) bewegt und mit dieser in Überdeckung bleibt.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan als linear beweglicher Kolben (20) ausgebildet ist.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckauslöser (9) ein Gehäuse (21) umfasst, in welchem der Kolben (20) geführt wird, wobei ein der Lichtbogenkammer (7) zugewandter Boden (25) des Gehäuses (21) mindestens eine Öffnung aufweist, durch welche sich der in der Lichtbogenkammer (7) erzeugte Überdruck in das Gehäuse (21) hinein fortpflanzt und auf den Kolben (20) einwirkt.
Ein- oder mehrpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Kolben (20) abstehende und mit dem Auslösemechanismus (6) in Wirkverbindung stehende mindestens eine Auslösezunge (200) an ihrem freien Ende abgeschrägt ist, so dass eine lineare Bewegung des Kolbens (20) eine Schwenkbewegung einer zum Auslösemechanismus (6) gehörenden und an dem freien Ende der mindestens einen Auslösezunge (200) anliegenden Auslösestange (60) bewirkt.
Modulares System, umfassend einen ein- oder mehrpoligen Leistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7 sowie elektromagnetische Kurzschlussschnellstauslöser, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Pol des Leistungsschalters (1) der Druckauslöser (9) gegen einen den gleichen Bauraum belegenden und gleiche Schnittstellen bedienenden elektromagnetischen Kurzschlussschnellstauslöser austauschbar ist.
Modulares System, umfassend einen ein- oder mehrpoligen Leistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 8 bis 10 sowie elektromagnetische Kurzschlussschnellstauslöser, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Pol des Leistungsschalters (1) der Druckauslöser (9) gegen einen den gleichen Bauraum belegenden und gleiche Schnittstellen bedienenden elektromagnetischen Kurzschlussschnellstauslöser austauschbar ist
Modulares System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl für den Druckauslöser (9) als auch für den Kurzschlussschnellstauslöser das gleiche Rückholelement verwendet wird.
Modulares System nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (10) des Druckauslösers (9) und ein Magnetanker des Kurzschlussschnellstaulösers einen im Wesentlichen gleichen Schwenkwinkel und eine im Wesentlichen gleiche Lagerstelle innerhalb des Leistungsschalters (1) aufweisen.
Modulares System nach einem der Ansprüche 11 oder 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Klappe (10) ausgebildete Auslösezunge (100) und eine an einem Magnetanker eines Kurzschlussschnellstauslösers ausgebildete Auslösezunge gleichartig ausgeformt sind und bei einer Schwenkbewegung der Klappe (10) bzw. des Magnetankers eine zum Auslösemechanismus (6) gehörende Auslösestange (60) in gleicher Weise beaufschlagen.
Modulares System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl für den Druckauslöser (9) als auch für den Kurzschlussschnellstauslöser eine baugleiche, zum Auslösemechanismus (6) gehörende Auslösestange (60) verwendet wird.