Leitungsschutzschalter

Abstract

 Ein Leitungsschutzschalter ist mit einem Hochleistungs-Lichtbogenlöschpaket (23) und einem Schaltschloß (19) versehen, daß zur Öffnung einer Kontakteinrichtung (21) im Überlastfall elektromagnetisch und thermoelektrisch mittels einer Bimetall-Schnappscheibe (52) entklinkbar ist. Die Bimetall-Schnappscheibe (52) ist in einem gut wärmeleitenden Tragkörper (32) gehaltert, der zugleich eine elektromagnetische Erregerspule (33) mit einem Stößel (42) aufnimmt. Der Stößel (42) ist zum Auslösen im Überlastfall elektromagnetisch und/oder durch die Bimetall-Schnappscheibe (52) ausrückbar, wobei der bewegliche Kontakt (21) aufgrund der Entklinkung des Schaltschlosses (19) offen bleibt. Das Schaltschloß (19) ist über einen ersten Arm eines am Tragkörper (42) drehbar gelagerten zweiarmigen Hebels (37) aus Plexiglas bei Ausrücken des Stößels (42) entklinkbar, wobei durch den zweiten Arm (41) des Hebels (37) die Kontakteinrichtung (21) aufschlagbar ist und wobei an dem zweiten Arm eine Prallwand (43) für den Antrieb einer beim Aufschlagen der Kontakteinrichtung (21) entstehenden Plasma- bzw. Lichtbogensäule in Richtung auf das Löschpaket (23) ausgebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter zum Schutz von Leitungen gegen thermische Überlastung und Kurzschluß.

[0002] Derartige Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise Anschlußklemmen, ein Kontakt- und Löschsystem sowie ein Schaltschloß auf, das zur Öffnung von beweglichen Kontakten im überlasteten Fall elektromagnetisch und thermoelektrisch entklinkbar ist. Dabei kommt es, wie beispielsweise in der EP 0 144 799 erwähnt, darauf an, bei kleiner Baugröße eine hohe Schaltleistung zu realisieren, für die andererseits ein möglichst großes Lichtbogenlöschblechpaket erforderlich ist.

[0003] Die EP 0 144 799 offenbart hierfür zwar eine kompakte Schaltschloßkonzeption, sieht jedoch für den Bereich der thermischen und magnetischen Auslösung ein System vor, das hinsichtlich der Vereinfachung seiner funktionellen Konzeption und seiner Herstellbarkeit im Hinblick auf eine hochmechanisierte Herstellung in großen Stückzahlen verbesserungsbedürftig ist. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Anzahl der Einzelteile und der Zahl der erforderlichen Schweißstellen im Zuge der Leitungsführung.

[0004] Außerdem müssen Leitungsschutzschalter eine hohes Kurzschlußabschaltvermögen besitzen, was erfahrungsgemäß konventionelle Bimetallauslöser stark beansprucht und die Standzeit verringert. Hinzukommt, daß derartige Leitungsschutzschalter, die in großer Anzahl in jeder Kleinverteilung benötigt werden, selbst einen geringen Eigenverbrauch aufweisen müssen.

[0005] Schließlich besteht auch noch ein Bedürfnis nach weiterer baulicher Minimierung und kinematischer Vereinfachung, insbesondere im Hinblick auf eine räumliche Trennung wichtiger Funktionsgruppen einerseits und der Möglichkeit einer insgesamt erzielbaren kleineren Gesamtbaugröße des Leitungsschutzschalters bzw. einer Schaltleistungsvergrößerung unter Beibehaltung der üblichen Baugröße andererseits.

[0006] Aus der DE 36 37 275 ist ein Überstromauslöser für elektrische Schutzschaltgeräte bekannt, der die Schutzfunktion Kurzschlußschutz und Schutz gegen thermische Belastung in einer Baueinheit vereinigt, dessen thermischer Auslöser nicht stromdurchflossen ist und dessen Leistungsbedarf (Verlustleistung) erheblich unter dem bekannter Anordnungen bleibt. Dieser vorbekannte Überstromauslöser arbeitet mit einer thermischen Auslösung durch eine Bimetall-Schnappscheibe, die in einem gut wärmeleitenden rotationssymmetrischen Tragkörper gehaltert ist. Nicht offenbart ist in dieser Druckschrift jedoch eine Verknüpfung dieses Überstromauslösers mit einem Schaltschloß und einem Lichtbogenlöschblechpaket, für hohe Schaltleistungen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitungsschutzschalter mit hohem Kurzschlußabschaltvermögen und langer Standzeit verfügbar zu machen, der aufgrund seines vereinfachten funktionellen Aufbaus in großen Stückzahlen hochmechanisiert herstellbar ist.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Leitungsschutzschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.

[0009] Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Leitungsschutzschalter mit einem Hochleistungs-Lichtbogenlöschpaket und einem Schaltschloß ausgebildet, das zur Öffnung einer Kontakteinrichtung im Überlastfall elektromagnetisch und thermoelektrisch mittels eines Bimetall-Schnappelements entklinkbar ist, wobei das Bimetall-Schnappelement in einem gut wärmeleitenden Tragkörper gehaltert ist, der zugleich eine elektromagnetische Erregerspule mit einem Stößel aufnimmt, und wobei der Stößel durch das Bimetall-Schnappelement und/oder elektromagnetisch ausrückbar ist, wobei die funktionelle Verknüpfung zwischen der Überlastauslösung und der Öffnung eines beweglichen Kontaktes der Kontakteinrichtung dadurch erfolgt, daß das Schaltschloß über einen ersten Arm eines drehbar gelagerten zweiarmigen Hebels bei Ausrücken des Stößels entklinkbar ist, wobei durch den zweiten Arm des Hebels der bewegliche Kontakt aufschlagbar ist und an dem zweiten Arm eine Prallwand für den Antrieb einer Lichtbogensäule bei der Abschaltung in Richtung auf das Löschpaket ausgebildet ist, um den Lichtbogenfußpunkt zu dem Löschpaket zu bewegen.

[0010] In günstiger Weise ist bei der Erfindung demgemäß ein zweiarmiger Hebel vorgesehen, der in sich mehrere Funktionen vereinigt. Er dient zunächst zur Übertragung der Auslösekraft auf die Kinematik zur Entklinkung des Schaltschlosses, dann als Schlaghebel zur Übertragung der Schlagenergie auf den beweglichen Kontakt der Kontakteinrichtung und letztlich in seiner Eigenschaft als Prallwand zum Antrieb der Plasmasäule.

[0011] Im Hinblick auf eine vereinfachte Ausgestaltung und einer konstruktiven Funktionsoptimierung bei kompaktem Aufbau ist es gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn der zweiarmige Hebel an dem Überstromauslöser, insbesondere an dem Tragkörper desselben drehbar, vorzugsweise an einer Lagerachse gelagert ist, mittels der der Tragkörper befestigbar ist. Dies hat auch herstellungstechnische Vorteile.

[0012] Vorteilhaft ist weiterhin hinsichtlich der funktionellen und kinematischen Vereinfachung auf engem Raum, wenn die Lagerung des zweiarmigen Hebels an der Seite des Tragkörpers vorgesehen ist, die der Kontakteinrichtung zugewandt ist.

[0013] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Hebel aus einem isolierenden Werkstoff, der unter Lichtbogeneinwirkung Gas abgibt, vorzugsweise aus Plexiglas. Hierbei wird der günstige Effekt ausgenutzt, daß unter Lichtbogeneinwirkung im Millisekundenbereich Gas unter Druck freigesetzt wird und den Lichtbogen in ergänzender Verstärkung der Wirkung der vorgesehenen Prallwand schnell zur Hochleistungs-Löschpaket wegdrückt.

[0014] Nach einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in dem gut wärmeleitenden, vorzugsweise rotationssymmetrischen Tragkörper ein fester Stößelführungskern und ein verschiebbarer Stößelbetätigungsanker angeordnet um eine Stößelbewegung sowohl durch das Bimetall-Schnappelement als auch unter Einwirkung des Stößelbetätigungsankers vornehmen zu können.

[0015] Das Bimetall-Schnappelement kann in jeder geeigneten und benötigten Form zur Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten ausgestaltet sein. Hinsichtlich Baugröße und Wirkungsweise ist es besonders günstig, wenn das Bimetall-Schnappelement als Scheibe mit einer zentralen Durchtrittsbohrung für die Stößel ausgebildet ist, wobei der Stößel im Bereich der Scheibe eine Scheibenangriffsanformung aufweist. Die Schnappscheibe selbst ist günstigerweise in einer Bimetall-Kammer zentrisch vor dem Stößelführungskern angeordnet und liegt mit ihrer konvexen Seite an diesem an. Alternativ kann die Ausbildung jedoch auch so getroffen sein, daß der Stößelbetätigungsanker axial zwischen dem Stößelführungskern und der in einer Bimetall-Kammer gehaltenen Schnappscheibe angeordnet ist und daß der Stößel in dem Stößelbetätigungsanker geführt ist. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche konstruktive Realisierungsmöglichkeiten, mit denen an den jeweiligen räumlichen und funktionellen Anforderungen des Leitungsschutzschalters wirksam und zuverlässig Rechnung getragen werden kann.

[0016] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bimetall-Kammer mittels eines scheibenförmigen Elements aus einem elektrisch isolierenden Material geschlossen, das eine Durchtritts- und Führungsbohrung für den Stößel aufweist und insbesondere für einen rotationssymmetrischen Tragkörper geeignet ist.

[0017] Bevorzugt ist weiterhin an dem scheibenförmigen Element eine Aufnahme für einen Leiter zum festen Kontakt gebildet, wobei der Leiter mit der Erregerspule und dem Lichtbogenlöschpaket in Verbindung steht. Außerdem ist es hinsichtlich der Herstellung und Montage günstig, wenn die Bimetall-Kammer und der Leiter zum festen Kontakt an der selben Seite angeordnet sind.

[0018] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind dem anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1

einen schematisierten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leitungsschutzschalters im unausgelösten Zustand; und Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1 in einem magnetischen Auslösezustand.

[0019] In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausbildungsform eines Leitungsschutzschalters 10 dargestellt, der ein in Schmalbauweise herstelltes Gehäuse 11 aus einem isolierenden Kunststoff aufweist und an seiner Hinterseite, in Fig. 1 und 2 unten, Einhängeaufnahmen 12 und 13 für eine übliche Montageschiene aufweist. Das Gehäuse 11 besitzt einen Innenraum 14 und einen oberen Abschnitt 15 mit einer Anschlußklemme 16 sowie einen unteren Abschnitt 17 mit einer Anschlußklemme 18.

[0020] In dem Innenraum 14 sind ein Schaltschloß 19 mit einem aus dem Gehäuse 11 ragenden beweglichen Schaltknebel 20 und einer Kontakteinrichtung 21, ein Überstromauslöser 22 und ein Hochleistungs-Lichtbogenlöschpaket 23 befestigt.

[0021] Die Anschlußklemme 16 steht über eine bewegliche Litze 24 mit dem bewegbaren Kontakt 25 der Kontakteinrichtung 21 in Verbindung. Der komplementäre feste Kontakt 26 der Kontakteinrichtung 21 ist als Abschnitt eines etwa 1,2 mm dicken massiven Leiters 27 ausgebildet, der sich von dem Überstromauslöser 22 über den festen Kontakt 26 und einem Hornabschnitt 28 zu dem Hochleistungs-Lichtbogenlöschpaket 23 erstreckt. Zwischen einem abgewinkeltem Abschnitt 29 der Anschlußklemme 16, an dem auch die Litze 24 befestigt ist, und einem nahe dem Löschpaket 23 liegenden hinteren Bereich erstreckt sich ein bogenförmiges Lichtbogenleitblech 30.

[0022] Die Anschlußklemme 18 ist über eine Schweißkontaktstelle 31 mit dem Überstromauslöser 22 verbunden. Genauer gesagt, besitzt der Überstromauslöser 22 einen gut wärmeleitenden rotationssymmetrischen hohlzylindrischen Tragkörper 32 mit einem Abschnitt, auf dem eine Spule 33 in dichtem Kontakt aufgewickelt ist. Die Spule 33 steht mit ihrem einen Ende über die Lötstelle 31 mit der Anschlußklemme 18 in Verbindung. Das andere Ende der Spule 33 ist zu einer Lötstelle 34 geführt, die über ein Halteblech 35 im vorderen Bereich des Tragkörpers 32 mit dem Leiter 27 verbunden ist. Das Halteblech 35 dient zur Befestigung des Tragkörpers 32 in dem Innenraum 14 des Gehäuses 11 mittels einer Achse 36, die gleichzeitig als Drehachse für einen zweiarmigen Hebel 37 fungiert.

[0023] Der zweiarmige Hebel 37 besitzt einen ersten Arm 38 mit einer Entklinkungsnase 39, einen eingeformten Lageabschnitt 40, der von dem Halteblech 35 übergriffen, wird und einen zweiten Arm 41, der für den Aufschlag eines Stößels 42 des Überstromauslösers 22 innerhalb des Lageabschnitts 40 ausgebildet ist. Außerdem weist der zweite Arm 41 eine an seiner Rückseite (in Fig. 1 und 2 an seiner Unterseite) eine angeformte Prallwand 43 sowie eine Nase 44 auf, durch die der bewegliche Kontakt 25 aufschlagbar ist, der sich an einem ersten Arm 45 eines zweiarmigen Kontakthebels 46 befindet.

[0024] In dem Tragkörper 32 des Überstromauslösers 22 ist ein beweglicher Stößelbeaufschlagungsanker 47 angeordnet, der über eine Feder 48, die von dem Stößel 42 geführt wird, gegenüber einem Stößelführungskern 49 vorgespannt ist. Der Stößelführungskern 49 besitzt eine zentrische Bohrung 50, in der der Stößel 42 geführt ist. Der Stößelführungskern 49 ist ebenso wie der Stößelbetätigungsanker 47 rotationssymmetrisch aufgebaut. Im Gegensatz zu dem beweglichen Stößelbeaufschlagungsanker 47 ist der Stößelführungskern 49 im hohlen zylindrischen Innenraum des Tragkörpers 32 befestigt.

[0025] Vor dem Stößelführungskern 49, d. h. in Fig. 1 und 2 links von diesem, ist eine Bimetall-Kammer 51 gebildet, in der eine Bimetall-Schnappscheibe 52 mittels eines scheibenförmigen Elements 53 in einen erweiterten Abschnitt des Tragkörpers 32 gehaltert ist. Die Bimetall-Scheibe 52 besitzt eine zentrale Bohrung, die nur geringfügig den Durchmesser des Stößels 42 übersteigt, um eine Scheibenangriffsanformung 54 des Stößels 42 für eine thermisch hervorgerufene Auslösung bzw. ein Ausrücken des Stößels 42 beaufschlagen zu können. Das Scheibenelement 53 besitzt weiterhin eine Durchtrittsöffnung 55 für den Stößel 42, der bis nahe zu seinem Anschlag an dem zweiarmigen Hebel 37 in dessen eingeformten Lageabschnitt 40 vorsteht. Der Leiter 27 ist in einer Aufnahme 56 des scheibenförmigen Elements 53 befestigt und leitend mit dem anderen Spulenende verbunden, wobei der Leiter 27 nach dem Hornabschnitt 28 einen geraden Lichtbogenleitschienenabschnitt 57 aufweist, der sich parallel zu der vorderen Seite des Löschpaketes 23 erstreckt.

[0026] Die Entklinkungsnase 39 des zweiarmigen Hebels 37 ist für den Eingriff an einem abgewinkelten Auslösehebel 58 vorgesehen, der einen funktionellen Bestandteil des Schaltschlosses 19 bildet. Der Auslösehebel 58 ist an einer gehäusefesten Achse 59 gelagert, die auch die Drehachse für den Schaltknebel 20 bildet.

[0027] Zu dem Schaltschloß 19 gehört desweiteren der bereits erwähnte zweiarmige Kontakthebel 46 mit einem Langloch 61, das sich etwa quer zu dem Kontakthebel 46 erstreckt und durch das eine gehäusefeste Achse 63 zur Führung des Kontakthebels 46 greift. Der Kontakthebel 46 stützt sich über eine Feder 67 an dem Gehäuse 11 im Uhrzeigersinn vorgespannt ab und ist gelenkig mit einem Zwischenhebel 69 verbunden. Das nasenförmige freie Ende 73 des Zwischenhebels 69 greift verklinkend an einen Anschlag 70 des Auslösehebels 58 an und besitzt ein Langloch 74. Ein Bügel 75 greift mit einem Ende in das Langloch 74 und mit seinem anderen Ende in eine Bohrung 76, die in einer Anformung 77 des Schaltknebels 20 gebildet ist.

[0028] Kommt es nun infolge eines höheren Überstroms zu einer auslösenden Erregung der Spule 33 oder aufgrund länger dauernden geringeren Überstroms durch die wärmeleitende Kontaktierung der auf den Tragkörper 32 gewickelten Spule 33 zu einer Erwärmung des Tragkörpers 32, die sich der Bimetall-Schnappscheibe mitteilt, wird der Stößel 42 aus der in Fig. 1 gezeigten Lage entweder elektromagnetisch oder mittels der Bimetall-Scheibe 52 aufgrund deren Umschnappung ausgerückt und schlägt auf den zweiten Arm 41 des zweiarmigen Hebels 37 auf. Hierdurch erfolgt ein Aufschlagen des bewegbaren Kontaktes 25 der Knontakteinrichtung 21 mittels der Nase 44, die auf den ersten Arm 45 des Kontakthebels 46 trifft. Dabei wird aufgrund der besonderen Wahl des Materials des zweiarmigen Hebels 37, der aus einem isolierenden Werkstoff besteht, welcher unter Lichtbogeneinwirkung Gas abgibt, insbesondere aus Plexiglas, Gas stoßweise freigesetzt. Dieses drückt vorteilhaft den entstehenden Lichtbogen zu dem Löschpaket 23, wobei die Prallwand 43 des Hebels 37 beim Aufschlagen den Lichtbogen in die vorgesehene Richtung leitet.

[0029] Gleichzeitig greift die Entklinkungsnase 39 des zweiarmigen Hebels 37 an den Auslösehebel 58 an, wodurch die Verklinkung mit dem Zwischenhebel 69 gelöst und der Kontakthebel 45 unter dem Druck der Feder 67 im Uhrzeigersinn verdreht wird. Hierdurch wird über den Zwischenhebel 69 der Bügel 75 mit der Folge nach rechts bewegt, daß sich der Schaltknebel 20 entgegen dem Uhrzeigersinn in Ausschaltstellung verdreht und der bewegliche Kontakthebel 46 in geöffneter Stellung gehalten wird. Das Schaltschloß 19 hält somit die Kontakteinrichtung 21 zuverlässig offen.

[0030] Fig. 2 zeigt eine Stellung des Leitungsschutzschalters 10 nach elektromagnetischer oder thermoelektrischer Auslösung mit sicher geöffneten Kontakteinrichtung 21.

Ansprüche

1. Leitungsschutzschalter mit einem Hochleistungs-Lichtbogenlöschpaket (23) und einem Schaltschloß (19), das zur Öffnung einer Kontakteinrichtung (21) im Überlastfall elektromagnetisch und thermoelektrisch mittels eines Bimetall-Schnappelements (52) entklinkbar ist, wobei das Bimetall-Schnappelement (52) in einem gut wärmeleitenden Tragkörper (32) gehaltert ist, der zugleich eine elektromagnetische Erregerspule (33) mit einem Stößel (42) aufnimmt, und wobei der Stößel (42) durch das Bimetall-Schnappelement (52) und/oder elektromagnetisch ausrückbar ist, wobei das Schaltschloß (19) über einen ersten Arm (38) eines drehbar gelagerten zweiarmigen Hebels (37) bei Ausrücken des Stößels (42) entklinkbar ist, wobei durch den zweiten Arm (41) des Hebels (37) die Kontakteinrichtung (21) aufschlagbar ist und wobei an dem zweiten Arm (41) eine Prallwand (43) für den Antrieb einer beim Aufschlagen der Kontakteinrichtung (21) entstehenden Plasma-bzw. Lichtbogensäule in Richtung auf das Löschpaket (23) ausgebildet ist.

2. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichent,
daß der zweiarmige Hebel (37) an dem Tragkörper (32) drehbar an einer Lagerachse (36) gelagert ist.

3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichent,
daß der Tragkörper (32) mittels einer Lagerachse (36) befestigbar ist, an der gleichzeitig der zweiarmige Hebel (37) drehbar gelagert ist.

4. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagerung des zweiarmigen Hebels (37) an der Seite des Tragkörpers (32) vorgesehen ist, die der Kontakteinrichtung (21) zugeorndet ist.

5. Leitungsschutzschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichent,
daß der zweiarmige Hebel (37) aus einem isolierenden Werkstoff besteht, der unter Lichtbogeneinwirkung Gas abgibt.

6. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichent,
daß der zweiarmige Hebel (37) aus Plexiglas besteht.

7. Leitungsschutzschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichent,
daß in dem Tragkörper (32) ein fester Stößelführungskern (49) und ein verschiebbarer Stößelbetätigungsanker (47) angeordnet sind.

8. Leitungsschutzschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichent,
daß das Bimetall-Schnappelement (52) als Scheibe mit einer zentralen Durchtrittsbohrung für den Stößel (42) ausgebildet ist, wobei der Stößel (42) im Bereich der Scheibe eine Scheibenangriffsanformung (54) aufweist.

9. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichent,
daß die Schnappscheibe (52) in einer Bimetall-Kammer (51) zentrisch vor dem Stößelführungskern (49) angeordnet ist und mit ihrer konvenxen Seite an diesem anliegt.

10. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichent,
daß der Stößelbetätigungsanker axial zwischen dem Stößelführungskern und der in einer Bimetall-Kammer gehaltenen Schnappscheibe angeordnet und der Stößel in dem Stößelbetätigungsanker geführt ist.

11. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichent,
daß die Bimetall-Kammer (51) mittels eines scheibenförmigen Elements (53) aus einem elektrisch isolierenden Material geschlossen ist, das eine Durchtritts- und Führungsbohrung (55) für den Stößel (42) aufweist.

12. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichent,
daß an dem Element (53) eine Aufnahme (56) für einen Leiter (27) zum festen Kontakt (26) gebildet ist, wobei der Leiter (27) mit der Erregerspule (33) und dem Löschpaket (23) in Verbindung steht.

13. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichent,
daß die Bimetall-Kammer (51) und der Leiter (27) zum festen Kontakt (26) an derselben Seite des Tragkörpers (32) angeordnet sind.

Zeichnung