Niederspannungs-Leitungsschutzschalter

Abstract

 Niederspannungsleistungsschalter mit einer Überstromauslöseeinrichtung die im Falle eines Überlast- oder Kurzschlußstromes auf ein mit einem festen Kontaktstück (24) in einer Lichtbogenlöschkammer zusammenwirkendes bewegliches Kontakstück (22) über ein Schaltmechanismus zur Trennung beider einwirkt. Um zu erreichen, daß im Falle einer Überbelastung des Schalters und einer evtl. Zerstörung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem festen und dem beweglichen Kontaktstück (24, 22) verhindert ist, ist im Strompfad eine Trennstelle (36,38); vorgesehen, die im Falle des Versagens des Schaltmechanismus oder nach einem zerstörenden Schaltvorgang den Strompfad irreversibel unterbricht. Die Trennstelle kann durch eine Verengung des Querschnitts des beweglichen Kontaktstückes (22; 36; 38) bzw. des festen Kontaktstückes (24) oder durch ein im Bereich der Kontaktstelle vorgesehenes Aufspreizelement (42) gebildet werden, die den beweglichen Kontakthebel vom festen Kontakthebel abdrückt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit mindestens einem Überstromauslöser, welcher im Falle eines Überlast- oder Kurzschlußstromes auf ein mit einem festen Kontaktstück in einer Lichtbogenlöchkammer zusammenwirkendes bewegliches Kontaktstück zur Trennung beider einwirkt, wobei das feste Kontaktstück auf eine gleichzeitig als Lichtbogenleitschiene und Klemmverbindung ausgebildete Leitschiene aufgebracht ist, nach Patent (Patentanmeldung P 29 23 562.9).

[0002] Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 29 23 562.9) geht davon aus, daß ein Leitungsschutzschalter zwar auf bestimmte Durchlaßströme ausgelegt ist bzw. ein bestimmtes Schaltvermögen aufweist, jedoch bei bestimmten Überbeanspruchungen im Kurzschluß oder bei fortgesetzten Normalabschaltungen über die in den Früfvorschriften hinausgehende Schaltzahl undefiniert zerstört werden kann, wobei z. B. Kontaktverschweißungen auftreten können, so daß eine sichere Auftrennung des Stromkreises im Zerstörungsfall nicht mehr gewährleistet ist.

[0003] Der Erfindung gemäß dem Hauptpatent (P 29 23 562.9) liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs bezeichneten Gattung mit einfachen Mitteln zu schaffen, bei welchem die Nachteile der bekannten Schalter überwunden sind, d. h. in welchem Vorkehrungen getroffen sind, die bewirken, daß der Schalter nur an einer genau vorbestimmten Stelle zerstört werden kann, wenn der Schalter den möglichen vorerwähnten Überbelastungen ausgesetzt wird, wobei die sichere Abtrennung des Stromkreises dadurch gewährleistet ist, daß das Schaltgerät irreversibel unterbricht.

[0004] Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß vor dem Kontaktierungsbereich der das feste Kontaktstück tragenden Leitschiene diese bei Erreichen eines bestimmten 1 t-Wertes an einer SollSchmelzstelle abschmilzt. Diese Sollschmelzstelle im Bereich des festen Kontaktstückes wird durch eine Verengung gebildet, welche beispielsweise durch Einkerbungen oder Bohrungen oder durch Schlitze oder alle Maßnahmen zusammen gebildet ist.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Leitungsschutzschalter gemäß dem Hauptpatent (P 29 23 562.9) weiter zu verbessern.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb jeder Stromleiterstrecke, vorzugsweise nahe der Kontakttrennstelle, eine im Falle des Versagens des Schaltmechanismus bzw. der Auslöser oder anschließend an einen zerstörenden Schaltvorgang die Stromleiterstrecke innerhalb des Leitungsschutzschalters irreversibel unterbrechende Trennstelle angeordnet ist.

[0007] Während bei der Ausgestaltung nach dem Hauptpatent die Trennstelle als Sollschmelzstelle am festen Kontakt bzw. an der das feste Kontaktstück tragenden Lichtbogenleitschiene angeordnet ist, ist die Trennstelle gemäß dem vorliegenden Patent als eine den stromleitenden Querschnitt verringernde Einschnürung am beweglichen Kontaktstück ausgebildet. Gegebenenfalls kann im Schwenkbereich des beweglichen Kontaktstückes ein Anschlag vorgesehen sein, der nach einer Unterbrechung der Trennstelle eine Annäherung des beweglichen Kontaktstück-Restes an das Festkontaktstück verhindert.

[0008] Es besteht ferner die Möglichkeit, die Trennstelle so auszubilden, daß sie wenigstens ein Bauteil aus einer Gedächtnislegierung (shape memory material) aufweist.

[0009] Dabei kann an dem beweglichen Kontaktstück bzw. am freien Ende des beweglichen Kontakthebels ein aus einer Gedächtnislegierung bestehendes Bauteil angebracht sein, welches so bemessen und ausgelegt ist, daß es im Falle einer Übertemperatur bzw. bei der Überschreitung der Umwandlungstemperatur und bei der dabei erfolgenden Deformierung ein Aufspreizen der Kontaktstücke der Trennstelle bewirkt.

[0010] Es besteht ferner die Möglichkeit, das feste Kontaktstück auf einem Bauteil aus einer Gedächtnislegierung aufzubringen, derart, daß bei Überschreiten der Umwandlungstemperatur sich dieses Bauteil von dem beweglichen Kontaktstück wegspreizt, wobei das bewegliche Kontaktstück von einem Anschlag in der Einschaltstellung festgehalten ist.

[0011] Es besteht ferner die Möglichkeit, zwei parallel zueinander verlaufende Bauteile aus einer Gedächtnislegierung vorzusehen, die mit jeweils einem Ende miteinander verbunden und am anderen Ende fest eingespannt und so ausgelegt sind, daß sie sich bei der Umwandlungstemperatur auseinanderspreizen, wobei die Verbindung bzw. die Befestigung der beiden Enden aneinander mittels eines Lötmaterials vorgenommen ist, dessen Schmelztemperatur gleich der Umwandlungstemperatur oder geringfügig höher als diese Temperatur ist.

[0012] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

[0013] Während eine Lösung der Erfindung also dahin geht, eine Abschmelzung an einer Sollschmelzstelle am festen oder am beweglichen Kontaktstück vorzunehmen, besteht eine andere Lösung darin, eine Gedächtnislegierung zu benutzen. Derartige _Gedächtnislegierungen sind beispielsweise durch die OE-PS 276 790 bekanntgeworden, wobei sie als Titan-Nickel-Legierungen ausgebildet sind und einen besonderen martensitischen Übergang bei einer ausgewählten Temperatur innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches aufweisen, wodurch ein sogenanntes mechanisches Gedächtnis oder eine akustische Dämpfung oder eine Energieumwandlung und dergl. erreichbar wird. Weitere Gedächtnislegierungen sind beispielsweise durch Journal of Applied Physics, 29. Auflage; 1968, Seiten 2195 bis 2200 bekanntgeworden.

[0014] Anhand der Zeichnung sollen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

[0015] Es zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Leitungsschutzschalters bei abgenommenem Deckel,

Figur 2 eine Darstellung des beweglichen und des festen Kontaktstückes des Leitungsschutzschalters nach der Figur 1,

Figur 3 eine Aufsicht auf den beweglichen Kontakthebel der Figur 2,

Figuren 4 bis 8 fünf weitere Ausgestaltungen der Erfindung bei einem Leitungsschutzschalter der Fig. 1 unter Verwendung eines Bauelementes aus einer Formgedächtnislegierung.

[0016] In der Figur 1 ist mit der Bezugsziffer 10 ein Leitungsschutzschalter in Sockelbauweise bezeichnet, der annähernd T-förmig ausgebildet ist, wobei in dem Leitungsschutzschalter ein Schaltmechanismus 12, ein magnetischer Auslöser 14, ein thermischer Auslöser 16, ein an einer Achse 18 drehbar gelagerter Kontakthebel 20 mit einem beweglichen Kontaktstück 22 und ein festes Kontaktstück 24 vorgesehen sind. Das feste Kontaktstück 24 ist auf einer Lichtbogenleitschiene 26 angeordnet, die stromabwärts gesehen auf der Bodenseite des Leitungsschutzschalters 10 ein Lichtbogenlöschblechpaket 28 mit einzelnen Lichtbogenlöschblechen begrenzt. Die Lichtbogenleitschiene 26 ist stromeingangsseitig mit einer Anschlußklemme 30 verbunden; stromausgangsseitig ist eine weitere Anschlußklemme 32 vorgesehen, die mit dem thermischen Auslöser 16 in Verbindung steht, so daß im eingeschalteten Zustand ein Strom von der Eingangsklemme 30 über den Kontakthebel 20, den magnetischen Auslöser 14 und den thermischen Auslöser 16 zur anderen Klemme 32 fließt.

[0017] Bei der Anordnung gem. dem Hauptpatent befindet sich an der Leitschiene 26 im Bereich des festen Kontaktstückes 24 eine Verengungsstelle, die im Falle eines übermäßigen Kurzschlusses oder im Falle anderer besonderer Vorkommnisse eine irreversible Unterbrechung des Strompfades durch Aufschmelzen bewirkt.

[0018] In den Figuren 2 und 3 ist eine Ansicht des Kontakthebels 20 dargestellt; man erkennt die Lichtbogenleitschiene 26 sowie den Festkontakt 24 und eine als beweglicher Kontakt 22 ausgebildete Abkröpfung des Kontakthebels 20, der bei 18 drehbar und ortsfest gelagert ist. Im Bereich der Kontaktstelle und zwar am beweglichen Kontaktstück 22 befindet sich eine Verengung 34, die durch beiderseitige Einschnürungen 36 bzw. 38 gebildet ist. Diese Verengung kann natürlich auch so gebildet sein wie die Verengung, die an der Lichtbogenleitschiene im Bereich des festen Kontaktstückes angebracht ist.

[0019] Wenn nun bei 34 der bewegliche Kontakthebel durchschmilzt, dann kann sich der restliche Teil des Kontakthebels 21 noch weiter entgegen dem Uhrzeigersinn in Pfeilrichtung P verdrehen; aus diesem Grunde ist ein ortsfester Anschlag 40 vorgesehen, der verhindert, daß der Rest des Kontakthebels sich weiterdrehen kanrr um,ggf. mit elektrisch leitenden Teilen in Verbindung zu gelangen.

[0020] Die Figur 4 zeigt eine Anordnung ähnlich den Figuren 2 bzw. 3 mit dem Lichtbogenleitblech 26, dem festen Kontaktstück 24, dem bewegbaren Kontakthebel 21 sowie dem beweglichen Kontaktstück 22, welches in ähnlicher Weise wie das bewegliche Kontaktstück der Figur 2 durch eine Abkröpfung bzw. Ausbiegung gebildet ist. Am freien Ende des beweglichen Kontakthebels ist ein Streifen 42 aus einem Formgedächtnismaterial befestigt, welches so ausgelegt ist, daß es sich im Falle einer Erwärmung so verbiegt, daß der bewegliche Kontakthebel 20 in die strichlierte Lage verdreht wird wobei sich das freie Ende des Streifens 42 gegen einen Anschlag 44 anlegt und dadurch die Kontaktstelle 22/24 durch Aufspreizen öffnet. Der Anschlag 44 entspricht dabei etwa dem Anschlag 40.

[0021] In der Figur 5 erkennt man eine Lichtbogenleitschiene 50, die über eine Litze 52 mit einem winkelförmig gebogenen Bauteil 54 aus einem Formgedächtnismaterial in Verbindung steht; die winkelige Anordnung des Bauteiles 54 zusammen mit einer Anschlußfahne 56 und dem Leitblech bzw. der Leitschiene 50 bilden den gleichen Leitungszug wie die Lichtbogenleitschiene 26 hin zur Klemme 30. An dem dem beweglichen Kontaktstück 22 ge_- genüberliegenden Schenkel 58 des Bauteiles 54-ist das feste Kontaktstück 24 befestigt. Im Falle einer übermäßigen Belastung des Schalters durch einen übermäßig hohen Kurzschlußstrom oder aus sonstigen Gründen spreizt sich der Schenkel 58 in die strichlierte Linie 58a, wodurch die Trennstelle 22/24 sich öffnet; eine weitere Verdrehung des beweglichen Kontakthebels 20 wird durch einen Anschlag 60 gehindert, der den Anschlägen 44 und 40 im wesentlichen entspricht.

[0022] In der Figur 8 ist eine ähnliche Ausgestaltung dargestellt;

[0023] Man erkennt die Lichtbogenleitschiene 26, die im Bereich festen Kontaktstückes 24 nach außen, also in Richtung zur Klemme hin, eine Abkröpfung 62 aufweist. Von dieser Abkröpfung 62 aus in Richtung zu der Achse 18 des bewegbaren Kontakthebels ist ein Streifen aus einem Formgedächtnismaterial befestigt, welcher praktisch in der Verlängerung der Lichtbogenleitschiene verläuft und an seinem freien Ende eine als Anschlag dienende Anformung 64 aufweist. Im Falle einer übermäßigen Belastung des Schalters durch einen zu hohen Kurzschlußstrom verbiegt sich die Formgedächtnislegierung bzw. der Streifen 63 aus der Formgedächtnislegierung in die strichlierte Lage und hebt auf diese Weise den bewegbaren Kontakthebel von dem festen Kontaktstück 24 ab. Die Anformung 64 ist selbstverständlich aus einem isolierenden Material hergestellt.

[0024] Es besteht auch die Möglichkeit, eine Trennstelle in der Weise auszubilden, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt wird. Man erkennt in der Figur 6 zwei parallel zueinander verlaufende Streifen 66 und 68 aus einer Formgedächtnislegierung, die an dem linken Ende ortsfest an einem in den Strompfad eingelegten Leiterzug 70 bzw. 72 befestigt sind. Dann fließt der Strom in Pfeilrichtung Pl, P2, P3, P4 Richtung P5, wobei er parallel bzw. antiparallel durch die beiden nebeneinanderliegenden Streifen 66 und 68 strömt. Die beiden freien Enden der Streifen aus dem Formgedächtnismaterial sind mittels einer Lötverbindung 74 miteinander verbunden. Im Falle einer übermäßigen Belastung bzw. einer sehr starken Temperaturüberhöhung spreizen sich die beiden Streifen 66 und 68 auseinander; die Lötstelle ist mit einem derartigen Lötmaterial gebildet, das annähernd bei der Umwandlungstemperatur des Formgedächtnismaterials liegt oder höchstens geringfügig darunter.

[0025] Diese Ausführungsform ist dann von besonderem Vorteil, wenn während des Aufspreizvorganges der beiden Streifen 66 und 68 noch ein höherer Strom fließt. Der dann entstehende Lichtbogen unterliegt dann der Blaswirkung des unsymmetrischen Magnetfeldes, das durch die Stromführung in den beiden Streifen verursacht wird, so daß die Unterbrechungsstelle das Löschvermögen erhöht.

[0026] Die Anordnung gemäß der Figur 6 kann auch so ausgebildet sein, daß man in einen Stromleitungspfad 80 zwei Streifen aus Formgedächtnismaterial einsetzt; diese beiden Streifen besitzen die Bezugsziffer 82 und 84; sie sind annähernd parallel zueinander angeordnet und bilden einen im wesentlichen geraden Strompfad. Sie sind links und rechts an der den Strompfad 80 bildenden Streifenleitung angeschlossen und in der Mitte zwischen den beiden Streifen 81 und 83 mittels einer Lötverbindung 86 verbunden. Diese Lötverbindung hat die gleichen Eigenschaften wie die Lötverbindung 74 der Figur 6. Im Falle einer zu hohen Temperaturentwicklung spreizen sich die beiden Streifen 82 und 84 in die strichlierte Lage auseinander, wobei die _Löt- stelle so ausgelegt ist, daß sie etwa bei der Umwandlungs- und Aufspreiztemperatur schmilzt.

Ansprüche

l. Ein- oder mehrpoliger Niederspannungs-Leistungsschalter mit mindestens einem Überstromauslöser, welcher im Falle eines Überlast- oder Kurzschlußstromes auf ein mit einem festen Kontaktstück in einer Lichtbogenlöschkammer zusammenwirkendes bewegliches Kontaktstück zur Trennung beider einwirkt, wobei das feste Kontaktstück auf eine gleichzeitig als Lichtbogenleitschiene und Klemmverbindung ausgebildete Leitschiene aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Stromleiterstrecke, vorzugsweise nahe der Kontakttrennstelle, eine im Falle des Versagens des Schaltmechanismus oder anschliessend an einen zerstörenden Schaltvorgang diese Stromleiterstrecke irreversibel unterbrechende Trennstelle angeordnet ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennstelle eine den stromleitenden Querschnitt verringernde Einschnürung am beweglichen Kontaktstück vorgesehen ist (Figur 1).

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwenkbereich des beweglichen Kontaktstückes ein Anschlag vorgesehen ist, der nach einer Unterbrechung der Trennstelle eine Annäherung des beweglichen Kontaktstückrestes an das Festkontaktstück verhindert (Figur 1).

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstelle wenigstens ein Bauteil aus einer Gedächtnislegierung (Shape Memory Asaterial) aufweist.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Gedächtnislegierung bestehendes Bauteil Bestandteil des beweglichen Kontaktstückes ist oder mit diesem fest verbunden ist, derart, daß seine bei überschreiten seiner Umwandlungstemperatur eintretende Deformierung ein Aufspreizen der Kontaktstücke der Kontakttrennstelle bewirkt (Fig. 4).

6. Schalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Gedächtnisle^gierung bestehendes Bauteil Bestandteil oder Träger des festen Kontaktstückes ist und sich bei Überschreiten seiner Umwandlungstemperatur so deformiert, daß es ein Aufspreizen der Kontaktstücke der Kontakttrennstelle bewirkt (Fig. 4 und Fig. 8).

7. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Stromleiterstrecke wenigstens ein aus einer Ge_- dächtnislegierung bestehendes stromführendes, fest monitertes Bauteil angeordnet und mit einem benachbarten stromführenden, fest montierten Teil derart verlötet ist, daß es bei Überschreiten seiner Umwandlungstemperatur und der dadurch bedingten Deformierung die Lötstelle aufreißt und sich vom Bereich der Lötstelle abspreizt.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des Lotes für die Lötstelle gleich der Umwandlungstemperatur des aus einer Gedächtnislegierung bestehenden Bauteiles ist oder höchstens geringfügig von dieser Temperatur abweicht.

9. Schalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei stellenweise miteinander verlötete Bauteile aus einer Gedächtnislegierung innerhalb der Stromleiterstrecke vorgesehen und so zueinander angeordnet sind, daß sich ihre über die Lötstelle verbundenen Berührungsflächen bei Überschreiten der Umwandlungstemperatur für die Gedächtnislegierung durch die erfolgende Deformierung voneinander abspreizen (Figuren 6 und 7).

Zeichnung