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Schaltmechenismus für Sebstschalter Bei Leistungsschaltern, insbesondere
Leistungsschutzschaltern, die einen Kurzschlußstrom möglichst schon vor Erreichen
seines maximalwerts unterbrechen sollen, kommt es darauf an, nach Überschreiten
des dem Bchalter eigentümlichen Ansprechwerts die Kontaktstelle noch während des
Stromanstiegs zu öffnen Derartige Schalter werden üblicheweise als sogenannte Schloßschalter
ausgeführt, d.h. das bewegliche Schlatglied einer Kontaktanordnung wird durch eine
schloßähnliche Klinken-oder Kniehebelanordnung in geschlossenem Zustand gehaiten,
die nach. Betätigung durch einen überstromauslöser den Schalter zunX Auschalten
dringt.
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Vor allem bei größeren Schaltern ergeben sich einige Probleme rechanischer
Art. So müssen bei größeren Strömen auch entsprechend große Kontaktdrucke an den
Kontaktstellen aufgebaut werden, um ein Verschweissen oder sogar ein Abheben der
Kontakte unter der dynamischen Wirkung des Stroms zu verhindern.
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Daraus ergeben sich ähnlich große Belastungen der Schloßmechanismen;
die
großen Auslösekräfte müssen von den Stromauslöser des Schalters aufgebracht werden,
die dadurch groß und unwirtschaftlich und irfolge größerer Massen auch langsamer
in ihren Auslösebewegungen werden Man hat diese Nachteile zu vermeiden gesucht,
indem man die au die Schloßmechanismen wirkenden Kräfte durch Hebelanordnungen auf
erträgliche Werte verkleinerte. Damit erhält man zwangsläufig glieder, die von kleinen
Kräften beschleunigt lange Wege zurückzulegen haben, Die gewünschte schnelle Unterbrechung
der Kontaktstellen kann auf diese Weise nicht erreicht werden0 Die Erfindung gibt
eine einfache Kontaktanordnung an, die bei niedrigen Verklinkungskräften ohne Laufzeit-verlängernde
Zwischenglieder auskommt Dns bewegliche Schaltglied dieser Anordnung besteht aus
eins Hebel, dessen eines Ende den beweglichen Kontakt bildet und dessen anderes
Ende durch eine Klinke gehalten wird0 Eine den Kontaktdruck erzeugende Kraft wird
etwa in der Mitte des Hebels auf--ebracht und entsprechend den Hebelarmverhältnissen
auf die Endpunkte des Hebels verteilt, Diese Anordnung stellt die am meisten benutzte
dieser Art dar und zeigt die oben aufgezeigten -ängel in vollen Umfang.
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3s ist die gabe der Erfindung die geschilderte einfache und bewährte
Anordnung auf einfache Weise von ihren Nachteilen zu befreien.
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Das geschieht dadurch, daß die et-.a in der Mitte des Hebels aufzubringende,
den Kontaktdruck erzeugende Kraft, statt im rechten Winkel zur Hebelachse, in spitzem
Winkel aufgebracht wird und das verklinkte Ende des Hebels derart in einem Schwenkarm
geführt wird, daß ser größte meil der dort wirksam werdenden unerwünschten Kräfte
in das Gehäuse abgeleitet wird. Es gelingt mit der Anordnung, die Verklinkungskraft
bis fast auf den Nullwert-zu verringern, ohne daß die Laufzeit verlängernde Zwischenglieder
eingeschaltet zu werden brauchen.
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Durch Anbringen eines festen Widerlagers im Gehäuse des Schalters,
das dem zwischen dem Angriffspunkt der Feder kraft und der kontaktstelle liegenden
Hebelabsohnitt in dichtem Abstand gegenüberliegt, läBt sich die kontaktschließende
Kraft dieser Feder in ihrer Wirkungsrichtung umkehren und zum Öffnen der Kontaktstelle
bzw. zum Beschleunigen der bewegten Lassen heranziehen0 Weiter ergibt sich aus der
Anordnung der Vorteil, daß durch die Aufhängung des Schaltgliedes oder Hebels in
einem Schwenkarm die Kontaktstücke beim Öffnen oder Schließen derselben eine Pelativbewegung
gegeneinander ausführen. Dadurch werden einmal die Kontaktstücke von schlechtleitenden
Oxiden befreit, zum andernmal treten aber beim Auslösen des Schalters an der Kontaktstelle
so starke Relativkräfte auf, daß in jedem Falle die verschweiften Kontaktstellen
wieder aufgebrochen werden.
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An die Stelle des festen Drehpunkts kann auch ein Gestänge treten,
das mit dem Anker eines Beschleunigungsmagneten, der gleichzeitig Auslösemagnet
sein kann, verbunden ist und das das Widerlager im Augenblick der Auslösung an das
Schaltglied heranführt und ihm außerdem noch seine überschüssige Energie zur Beschleunigung
des Öffnungsvorgangs mitteilt.
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An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt die Kontakt- und Schloßanordnung in eingeschaltetem,
Fig. 2 in von Hand ausgeschaltetem, Fig. 3 in ausgelöstem Zustand, Fig. 4 zeigt
ein Kräfteschaubild und Fig. 5 einen Aus.schnitt aus Fig. 4.
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Der auf der Zeichnung dargestellte Schutzschalter umfaßt ein bewegliches
SchaltStück 1, das von Hand mittels eines Knebels 2 über eiten Kniegelenkmechanismus
3, 4 betätigt werden kann, wobei eine Kontaktstelle (Fig. 1) geöffnet oder geschlossen
werden kann. Der die Stelle B aufweisende Endteil des SchaltstScks 1 ist beweglich,
während ein mit diesem zusainmenarbeitendes Schaltstück 5 feststehend ist.
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Der Kontaktdruck bei B wird mittels einer Feder 6 erzeugt, die in
einer Aussparung im Schaltstück 1 geführt ist.
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Das Schaltstück 1 ist mit einem Drehpunkt A versehen, zOBO einem Zapfen,
mittels welchem das Schaltsttick 1 einerseits sich gegen eine Klinke 7 stützt und
andererseits mit einem Schwenkarm 8 gelenkig verbunden ist, der um einen feststehen-Geratden
Drehpunkt D' schwenkbar ist, welcher am,/Gehäuse vorgesehen ist. Um den Schalter
in die Ausgangsstellun-g nach Fig. 2 (Ausschaltung) zurückzuführen, ist eine Feder
9 vorgesehen, deren eines Ende am Schaltstück 1 und deren anderes Ende an einem
vom Knebel 2 herausragenden Arm befestigt ist, der zusammen mit dem Knebelarm 2
und dem Arm 3 des Kniegelenkmechanismus ein starres Glied bildet, das un die Schwenkachse
der Klinke 7 schwenkbar ist0 Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende. Wenn
der Knebel 2 bei ausgeschaltetem Schalter (Fig. 2) im Uhrzeigersinn geschwenkt wird,
schwenkt das Schaltstück 1 um den Zapfen A auf das feststehende Schaltstück 5 zu
und berührt dieses, weil der Kniegelenkmechanismus 3, 4 ausgestreckt wird0 er Schalter
befindet sich jetzt in seiner Schließstellung nach Fig. 1. Diese Stellung wird erreicht,
bevor der Knebel 2 gegen das rechte Anschlagglied in Fig0 1 anschlägt, Wenn der
Knebel 2 bis in seine Endstellung nach Fig. 1 geschwenkt wird, durchläuft der Kniegelenkmechanismus
seine labile 'Gotpunktstellung (wenn er Arm3 und das Glied 4 miteinander fluchten)
und erreicht seine stabile Verriegelungsstellung, in der der Arm 3 und das Glied
4 wie in Fig. 1 gezeigt einen stumpfen Winkel bilden. In dieser Stellung ist die
Feder 6 gespannt, so daß deren Kraft p1 den Kontaktdruck p2:2 an der Kontaktstelle
B bestimmt (die entgegenwirkende
Kraft der Feder 9 muß selbstverständlich
wesentlich geringer sein). Hierbei wirr der Drehpunkt A des Schaltstocks 1 mittels
der klinke 7 in seiner Stellung festgehaltens Die längs der Linie A - B auf das
Schaltstück 1 einwirkende Zugkraft p3 (Komponente von P1) wird bei A in eine größere
Kraftkomponente p4, die auf den feststehenden Drehpunkt D'-des Schwenkarms 8 einwirkt,
uiitin eine kleinere Kraftkomponente p5 geteilt, die mit der Kraft p2:2 im Gleichgewicht
ist (vgl. Diagramm in Fig. 4).
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Der Schalter wird von Hand in die Öffnungsstellung nach Fig0 2 dadurch
geführt, daß der Knebel 2 im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt wird, wobei das Schaltstück
1 im Uhrzeigersinn von dem feststehenden Schaltstück 5 weggeschwenkt wird0 Die Klinke
7 und der Drehpunkt A behalten hierbei ihre in Fig. 2 gezeigte Stellung.
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Um ein Auslösen des Schalters von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung
zu bewirken, beeinflußt ein bekanntes thermisches oder elektromagnetisches Auslöseglied
die Klinke 7, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die am Drehpunkt A wirksame
Kraftkomponente P2:2 bewirkt eine Schwenkung des Arms 8 im Uhrzeigersinn, so daß
sich der Drehpunkt A von der Klinke 7 entfernt, wobei die Feder 6 entspannt, das
Schaltstück 1 um den Endpunkt 11 des Kniegelenkmechanismus 3, 4 geschwenkt und die
Kontaktstelle B geöffnet wird (vgl. Fig. 3).
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Um die Öffnungszeit der Kontaktstelle B zu verkürzen und die Federkraft
6 für eine schnelle Kontaktöffnung bei B besondors wirksam zu machen, ist ein feststehendes
Gegenlager 12 vorgesehen, das einerseits.mit kleinem Abstand vom beweglichen Schaltstück
1 angeordnet ist und andererseits zwischen der Kontaktstelle B und einem Punkt C
liegt, der als Schnittpunkt der Linie A - B und der Achslinie der Feder 6 bestimmt
ist. Der Abstand 13 zwischen dem Schaltstück 1 und dem Gegenlager 12 ist so gewählt,
daß eine Beruhrung zwischen dem Schaltstück und dem Gegenlager in der Einschaltstellung
nach Fig. 1 nur dann erfolgt, wenn die Schaltstücke 1 und 5 an ihren Berührungsflächen
bei 3 in einem bestimmten, zulässigen Grad abgebrannt sind.
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In der Fig. 3 ist der Schalter so abgeändert worden, daß das feststehende
Gegenlager 12 durch ein bewegliches Gegen.
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layer 14 am Außenende einer Stange 15 ersetzt worden ist, welche ihrerseits
mit einem Anker 16 verbunden ist, der mit einem feststehenden und von einer Magnetisierungswicklung
17 umgebenen magnetkern 10 zusammenwirkt. Die Elektromagnetvorrichtung. wirkt als
Beschleunigungsmagnet und kann gleichzeitig das obengenannte Auslöseglied sein.
Der Stromweg durch die Wicklung 17 und die oeiden Schaltestücke 5 und 1 ist durch
Pfeile angedeutet worden.
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Diese Anordnung hat den großen Vorteil, daß der Drehpunkt für die
Schwenkbewegung des beweglichen Schaltstücks 1 und die Betätigung der Federkraft
6 bereits bei. Beginn des Stromanstiegs nahe an das Sch?ltstack 1 herangebracht
werden, wobei die kinetische Überschußenergie des Gegenlagerglieds
14,
75, 18 beim Öffnen und der Beschleunigung des beweglichen Schaltstücks 1 mitwirkt.
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Im Kråftediagramn nach Fig. 4 wird das Schaltstück 1 als Strecke A--
B, der Schwenkarm 8 als A - D und die wirksame Kraft der Feder 6 im Punkt C als
Pl gezeigt, die in die komponenten P2 und p3 zerlegt wird0 Die Komponente p2 ergibt
an den Punkten A und B zwei Teilkräfte p2:2, wenn der Punkt C die Strecke A - B
in der Mitte teilt, was zur Vereinfachung der Darstellung angenommen wird, jedoch
nicht Bedingung ist. Wird der Punkt D wie in Fig. 4 gezeigt angeordnet, greift im
Punkt A eine Kraft p5 an, die gleich p2:2 jedoch entgegengesetzt gerichtet ist.
An-der Klinke 7 greift daher keine Kraft an (mit Ausnahme der Federkraft 7', die
danach strebt, die Klinke 7 im Gegenuhrzeigersinn zu schwenken) und beim Auslösen
der Klinke 7 ist keine Kraft erforderlich, um der Feder 6 entgegenzuwirken. Fig.
4 zeigt eine labile Stellung mit Bezug auf die Anordnung des Punkts D, die in der
Praxis nicht benutzt werden kann. In der einen modifizierten Teil der Fig. 4 zeigenden
und den wirklichen Verhältnissen bei der Ausführung nach Fig 1 entsprecnenden Fig.
5 ist der Punkt D nach dem Punkt D' versetzt worden, wodurch eine beliebige, die
Klinke 7 belastende Kraft p2:2 - p5 eingestellt werden kann. Der Differenzwinkel
zwischen Winkel DAB und Winkel D'AB ist in Fig. 5 mit( bezeichnet worden0 Die Linie
A-D-G in Fig. 4 oder A-O nach Fig. 5 kann als Neutrallinie bezeichnet werden. Die
auf die zinke 7 einwirkende Kraft, nämlich der Unterschied zwischen.
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p2:2 und p5 kann somit zwischen 0 und beliebigen Werten eingestellt
und an das Arbeitsvermögen empfindlicher Auslöseglieder angepaßt werden, die auf
die Klinke 7 einwirken.