-
Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen Fehlerstrom-Schutzschalter mit
Isolierstoffgehäuse, das einen Schaltmechanismus zur Betätigung einer Schaltwelle, die als
zwischen einer Ausschaltstellung und einer Einschaltstellung verschwenkbare
Kontaktträgerwelle ausgeführt ist, sowie einen Summenstromwandler enthält, welcher einem
Auslöserelais zugeordnet ist, das automatisch rückgesetzt wird, wenn die Schaltwelle
die Ausschaltstellung erreicht, wobei der genannte Mechanismus
-
- einen Kipphebel, der zur Bildung eines über eine mechanische Verbindung mit der
Schaltwelle verbundenen Kniehebelsystems an einen Übertragungshebel gekoppelt ist,
-
- einen, mit einem Rasthebel zur Lösung der mechanischen Verbindung bei Auslösung
des Relais zusammenwirkenden Riegel
-
- sowie eine die Schaltwelle in Richtung der Ausschaltstellung beaufschlagende erste
Rückzugfeder umfaßt.
-
Ein Fehlerstrom-Schutzschalter der beschriebenen Art ist aus den Patentschriften DE-
A-2504007 und DE-A-1563671 bekannt.
-
Zwei- oder vierpolige Fehlerstrom-Schutzschalter für hohe Nennströme weisen einen
hohen Kontaktdruck auf Die automatische Abschaltung dieser Schalter durch
Auslösung des Relais erfordert eine verhältnismäßig hohe Auslöseenergie, wodurch die
Abmessungen des Relais und des Summenstromwandlers insbesondere bei Fehlerstrom-
Schutzschaltern mit Eigenstromversorgung zunehmen. Der Schaltmechanismus eines
solchen, in der Druckschrift EP-A-275750 beschriebener Schalters erfordert eine
verhältnismäßig langwierige Montage.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auslöseenergie des Relais des
Fehlerstrom-Schutzschalters zu verringern und die Montage des Schaltmechanismus' zu
vereinfachen.
-
Der erfindungsgemäße Fehlerstrom-Schutzschalter ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Übertragungshebel einen U-förmigen Bügel umfaßt, der zur Bildung der genannten
mechanischen Verbindung mit, dem Rasthebel bzw. der Schaltwelle zugeordneten
Anschlägen zusammenwirkt, daß das Relais den Auslösebefehl über einen, einem
mechanischen Zwischenkraftverstärker zugeordneten Auslösehebel auf den Riegel überträgt
und daß die Platine des Mechanismus' eine Aussparung aufweist, die den Einsatz des
Übertragungshebels zur Herstellung der mechanischen Verbindung in der Endphase
des Zusammenbaus des Schalters, nach dem Einsetzen der, den genannten Kipphebel
mit Rückzugfeder umfassenden ersten Baugruppe und einer, durch die Schaltwelle,
den genannten Mechanismus und die genannte Platine gebildeten zweite Baugruppe
ermöglicht.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale
näher erläutert. Dabei zeigen
-
- Figur 1 und 2 das Wirkdiagramm und eine längs der Linie I-I aus Figur 5
geschnittene Ansicht des Schaitmechanismus' in der Ausgelöst-Stellung des Fehlerstrom-
Schutzschalters;
-
- Figur 3 und 4 den Figuren 1 und 2 entsprechende Ansichten des Schalters in der
Einschaltstellung;
-
- Figur 5 eine Draufsicht des Schalters nach Entfernen der Abdeckkappe;
-
- Figur 6 und 7 Seitenansichten von links bzw. rechts zu Figur 5;
-
- Figur 8 eine Gesamtansicht des Fehlerstrom-Schutzschalters.
-
Die Figuren zeigen einen vierpoligen Fehlerstrom-Schutzschalter 10 in einem
kastenförmigen Isolierstoffgehäuse, das aus einem Sockel 14 und einer Abdeckkappe oder
einem Deckel 16 besteht, die durch Aufschnappen aufeinander befestigt sind. Der
Sokkel 14 enthält die Pole und weist einen Befestigungsboden zur Montage des Schalters
10 auf einer Montageschiene (nicht dargestellt) auf.
-
Jeder Pol ist an ein jeweils zwei Anschlußklemmen 20, 22 angeschlossen, die an zwei,
einander gegenüberliegenden parallelen Seiten 21, 23 des Sockels 14 angeordnet sind,
und umfaßt einen feststehenden Kontakt 24, der im Innern einer Schaltkammer mit
einem beweglichen Kontaktstück 26 zusammenwirkt. Der feststehende Kontakt 24 ist
auf einem ortsfesten Kontaktstreifen 28 befestigt, der direkt mit einer der Klemmen 20
verbunden ist. Das bewegliche Kontaktstück 26 ist an einem schwenkbaren
Kontaktarm 30 befestigt, der in eine Aufnahme 31 der, als drehbar gelagerte
Kontaktträgerwelle ausgebildeten Schaltwelle 32 eingeführt ist. Zwischen dem Ende des
Kontaktarms 30 und der Wandung der Schaltwelle 32 ist eine Kontaktdruckfeder 32 in die
Aufnahme 31 eingesetzt.
-
Die Schaltwelle 32 ist allen Polen gemeinsam zugeordnet und erstreckt sich oberhalb
der Schaltkammem, senkrecht zu den vier Kontaktarmen 30. Die Drehachse 29 der
Schaltwelle 32 verläuft horizontal und parallel zu den Seiten 21, 23. Eines der Enden
der Schaltwelle 32 ist an einen Schaltmechanismus 34 angekoppelt, und das
entgegengesetzte Ende ist nüt einem zylindrischen Zapfen 35 versehen, der in einem am Sockel
14 befestigten Lager 36 gelagert ist.
-
Jeder Kontaktarm 30 ist über ein Leiterband 37 (siehe Figur 8) mit einem ortsfesten
Leiter 39 verbunden, der an einen, aus der Schaltkammer herausstehenden
feststehenden Verbindungsstift 38 angeschlossen ist.
-
Die Schaltkammern der einzelnen Pole sind in regelmäßigen Abständen längs der
horizontalen Schaltwelle 32 angeordnet und durch an den Sockel 14 angeformte
Trennwände 40, 42 gegeneinander isoliert. Der Neutralleiterpol ist an der dem Mechanismus
34 zugewandten Seite angeordnet und schaltet sich vor den drei Phasenleiterpolen ein.
-
Zwischen der Wand 42 und den Klemmen 22 weist der Sockel 14 ein weiteres Abteil
44 zur Aufnahme eines Summenstromwandlers 46 mit Ringkern 48 auf. Die vier
Windungen 50 der Primärwicklung des Stromwandlers 46 sind durch, die einzelnen
Verbindungsstifte 38 mit den zugehörigen Klemmen 22 verbindende Verbindungsleiter
gebildet. Der Stromwandler 46 umfaßt darüber hinaus eine Sekundärwicklung 52, die
mit der Erregerspule eines am Schaltmechanismus 34 montierten Auslöserelais' 54
elektrisch verbunden ist.
-
Die mechanischen Bestandteile des Schaltmechanismus' 34 sind auf einer ortsfesten
Platine 56 befestigt, die eine als Lager für die Schaltwelle 32 dienende Öffnung 58
aufweist.
-
Der Schaltmechanismus 34 ist über zwei Befestigungsschrauben 60, 62 auf dem
Sokkel 14 befestigt. Der Magnetkreis des Auslöserelais' 54 wird über einen
Dauermagneten polarisiert und benötigt nur eine geringe, vom Summenstromwandler 46 gelieferte
Auslöseenergie.
-
Der Schaltmechanismus 34 kann über einen Handantrieb in Form eines Kipphebels 64
betätigt sowie bei Erfassung eines Isolationsfehlers durch den Stromwandler 46 über
ein Relais 54 automatisch ausgelöst werden. Der Kipphebel 64 durchragt eine im
Dekkel 16 ausgebildete Aussparung 66 und ist auf einer Achse 68 montiert, um die er
zwischen zwei stabilen Stellungen entsprechend der Einschaltstellung und der
Ausschaltstellung der Kontakte des Schalters 10 begrenzt verschwenkt werden kann. Ein
Übertragungshebel 70 mit U-förmigem Metallbügel und kreisförmigem Querschnitt ist zur
Bildung einer Gelenkachse 72 eines Kniehebelsystems an den innenliegenden Fuß des
Kipphebels 64 angekoppelt. Die Gelenkachse 72 ist in bezug auf die Schwenkachse 68
des Kipphebels 64 exzentrisch angeordnet und wird durch Einführung eines der Enden
des Übertragungshebels 70 in eine im Fuß des Kipphebels 64 ausgebildete Öffnung
gebildet.
-
Das entgegengesetzte Ende 74 des Übertragungshebels 70 wirkt einerseits mit einem
ersten Stützanschlag 76 eines Rasthebels 78 und andererseits mit einem zweiten
Stützanschlag 80 der Schaltwelle 32 zusammen. Der Rasthebel 78 ist auf einer Achse 82
gelagert, um die er zwischen einer Gespannt- und einer Entspannt-Stellung verschwenkt
werden kann, und weist an dem der Achse 82 abgewandten Ende einen Haltevorsprung
84 auf, der dazu dient, in der Gespannt-Stellung mit einer Rückhaltenase 86 eines
Riegels 88 zusammenzuwirken.
-
Der Riegel 88 ist als zwischen einer Verriegelungsstellung und einer
Entriegelungsstellung verschwenkbarer, auf einer Achse 90 begrenzt drehbar gelagerter Doppelhebel
ausgebildet. Einer der Hebel besteht aus der Rückhaltenase 86, und der andere
Verklinkungshebel 92 wirkt in der Verriegelungsstellung mit einem Absatz eines an eine
Achse 96 angelenkten Winkelhebels 94 zusammen. Der erste Stützanschlag 76 ist
zwischen der Achse 82 und dem Haltevorsprung 84 angeordnet.
-
Ein Auslösehebel 98 ist auf einer Achse 100 gelagert, um die er zwischen einer
Arbeitsstellung entsprechend der Erregung des Relais 54 und einer Ruhestellung
entsprechend einer Nichtauslösung verschwenkt werden kann, in denen der Mechanismus 34
ausgelöst ist bzw. im gespannten Zustand gehalten wird. Ein erster Betätigungsarm
102 des Auslösehebels 98 dient dazu, bei Erfassung eines Erdfehlerstroms durch den
Schlagstift des Auslöserelais' 54 beaufschlagt zu werden (siehe Pfeil R in Figur 3). Der
Auslösehebel 98 weist einen zweiten Betätigungsarm 104 auf, der direkt mit einem
Ansatz 105 des Winkelhebels 94 zusammenwirkt, derart daß der Verklinkungshebel 92
des Riegels 88 bei Auslösung des Relais 54 entriegelt wird.
-
Eine erste Rückzugfeder 106 beaufschlagt die Schaltwelle 32 in Richtung der
Ausschaltstellung, wenn emer der Anschläge 76, 80 das untere Ende 74 des
Übertragungshebels 70 freigibt.
-
Eine zweite Rückzugfeder 108 beaufschlagt den Auslösehebel im Gegenuhrzeigersinn
in Richtung der Ruhelage und liefert dabei die Energie zum automatischen Rücksetzen
des Relais 54.
-
Eine dritte und eine vierte Rückzugfeder 110, 112 beaufschlagen den Winkelhebel 94
bzw. den Riegel 88 auf Drehung im Uhrzeigersinn in Richtung ihrer jeweiligen
Ruhelage.
-
Eine fünfte Rückzugfeder 114 beaufschlagt nach der Auslösung und der damit
verbundenen Freigabe der Verrastung zwischen dem Haltevorsprung 84 und der
Rückhaltenase 86 den Rasthebel 78 im Gegenuhrzeigersinn.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß der Fehlerstrom-Schaltmechanismus 34 drei zwischen
dem Auslöserelais 54 und der Schaltwelle 32 angeordnete Untersetzungsstufen zur
Übertragung der mechanischen Kräfte umfaßt. Durch das Vorhandensein eines solchen
mechanischen Kraftverstärkers mit drei aufeinanderfolgenden Stufen kann ein
Fehlerstrom-Schutzschalter mit hohem Kontaktdruck über ein Auslöserelais mit geringer
Auslöseenergie abgeschaltet werden.
-
Die Funktionsweise des vierpoligen Fehlerstrom-Schutzschalter 10 ergibt sich wie folgt:
EINSCHALTEN VON HAND
-
Ausgehend von der Ausschaltstellung (siehe Figur 1 und 2) bewirkt ein manuelles
Verschwenken des Kipphebels 64 nach links die Verschiebung des Übertragungshebels 70
mit gleichzeitiger Einwirkung seines unteren Endes 74 auf die beiden Anschläge 76,
80. Die Wirkung auf den ersten Anschlag 76 hat die Drehung des Rasthebels 78 um
die Achse 82 zur Folge, derart daß das Ineinandergreifen des Haltevorsprungs 84 und
der Rückhaltenase 84 des Riegels 88 gewährleistet wird. Der Verklinkungshebel 92
des Riegels 88 verrastet in der Verriegelungsstellung mit dem Absatz des
Winkelhebels 94. Die Wirkung auf den zweiten Anschlag 80 führt zur Drehung der Schaltwelle
32 um die Achse 29 in Richtung der Einschaltstellung der Kontakte 24, 26. Durch den
Überhub der Schaltwelle 32 kann der Kontaktdruck über die, jedem Kontaktarm 30
zugeordnete Feder 33 gewährleistet werden. Der bewegliche Kontakt des
Neutralleiterpols schaltet sich vor den Phasenleiterpolen ein. Der Schalter 10 befindet sich dann
in der Einschaltstellung der Kontakte 24, 26 sowie in der Gespannt-Stellung des
Mechanismus' 34 (siehe Figur 3 und 4).
AUSSCHALTEN VON HAND
-
Ausgehend von der Einschaltstellung (siehe Figur 3 und 4) bewirkt das Verschwenken
des Kipphebels 64 nach rechts die Verschiebung des Übertragungshebels 70, dessen
unteres Ende 74 sich ununterbrochen am ersten Anschlag 76 abstützt, derart daß der
Mechanismus 34 im gespannten Zustand gehalten wird. Nach einem festgelegten Hub
des Kipphebels 64 gibt das Ende 74 des Übertragungshebels 70 den zweiten Anschlag
80 frei und erlaubt so unter Einwirkung der ersten Rückzugfeder 106 die automatische
Rückkehr der Schaltwelle 32 in die Ausschaltstellung.
AUTOMATISCHE FEHLERSTROM-AUSLÖSUNG
-
In der Einschaltstellung des Schalters 10 (siehe Figur 3 und 4) wir das Auftreten eines
Erdfehlerstroms durch den Summenstromwandler 48 erfaßt, der die Auslösung des
Relais 54 steuert. Die Einwirkung des Schlagstifts (Pfeil R in Figur 3) auf den ersten
Betätigungsarm 102 bewirkt ein Verschwenken des Auslösehebels 98 um die Achse
100 in Richtung der Arbeitsstellung, in der der zweite Betäügungsarm 104 in Anschlag
gegen den Ansatz 105 gelangt und den Winkelhebel 94 im Gegenuhrzeigersinn um die
Achse 94 verschwenkt. Der Absatz des Winkelhebels 94 löst sich vom
Verklinkungshebel 92 des Riegels 88, welcher entgegen der Wirkkraft der vierten Rückzugfeder 112
um die Achse 90 verschwenkt wird. Dies führt zur Entriegelung der Verrastung
zwischen der Rückhaltenase 86 und dem Haltevorsprung 84 sowie zum anschließenden
Verschwenken des Rasthebels 78 im Uhrzeigersinn um die Achse 82 in Richtung der
Entspannt-Stellung. Im Verlauf dieser Entriegelungsphase des Rasthebels 78 löst sich
der erste Stützanschlag 76 vom Ende 74 des Übertragungshebels 70. Der zweite
Stützanschlag 80 wird vom Übertragungshebel 70 ebenfalls freigegeben und ermöglicht
unter Einwirkung der ersten Rückzugfeder 106 die Drehung der Schaltwelle 32 in
Richtung der Ausschaltstellung.
-
Das Verschwenken des Auslösehebels 98 in Richtung der Arbeitsstellung hat keinerlei
Einfluß auf den Zustand der zweiten Rückzugfeder 108, die in ihrem inaktiven Zustand
verharrt. Wenn die Schaltwelle 32 die Ausschaltstellung erreicht, beaufschlagt eine an
ihr ausgebildete Nocke über einen Schenkel der zweiten Rückzugfeder 108 den
zweiten Betätigungsarm 104 und bewirkt die Rückkehr des Auslösehebels 98 in die
Ruhestellung sowie die automatische Rücksetzung des Relais 54 durch den ersten
Betätigungsarm 102.
-
Ein absichtliches Halten des Kipphebels 64 in der Einschaltstellung blockiert zwar den
Übertragungshebel 70 entsprechend der Darstellung in Figur 3 und 4, erlaubt jedoch
die Freigabe des ersten und des zweiten Stützanschlags 76, 80 aufgrund der Drehung
des Rasthebels 78 nach der Auslösung des Relais 54.
-
Die Auslösekraft des Relais 54 durchläuft drei, durch den Auslösehebel 98, den
Winkelhebel 94, den Riegel 88 und den Rasthebel 78 gebildete Untersetzungsstufen, bevor
die Schaltwelle 32 freigegeben wird.
-
Die Ankopplung des Übertragungshebels 70 erfolgt in der Endphase des
Zusammenbaus des Schalters 10, nach dem Einsetzen der durch den Kipphebel 64 und die
Rückzugfeder (nicht dargestellt) gebildeten ersten Baugruppe sowie der die Schaltwelle 32,
den Mechanismus 34 und die Platine 56 umfassenden, zweiten Baugruppe. Das
Einsetzen des Übertragungshebels 70 in die Öffnung des Kipphebels und die beiden
Stützanschläge 76, 80 erfolgt durch eine in der Platine 56 ausgebildete Aussparung 120.
-
Das Einsetzen des Mechanismus' 34 erfolgt nach der Montage der leitenden
Kupferteile, welche im unteren Teil des Sockels angeordnet sind, um die Länge der
Verbindungsleiter zu verringern und den Zugang zu den Lötverbindungen zu ermöglichen.
-
Der Mechanismus 34 kann auch in jedem anderen mehrpoligen
Fehlerstrom-Schutzschalter, insbesondere in zweipoligen Schaltern zum Einsatz kommen.