Die Erfindung betrifft eine Schaltgerät.

Ein Schaltgerät oder auch Schutzschaltgerät dient zur gezielten Trennung bzw. Verbindung eines oder mehrerer Strompfade unter Betriebs- bzw. Fehlerfallbedingungen. Je nach Einsatzgebiet und Verwendungszweck kann bei derartigen Geräten neben einem oder mehreren Phasenleitern auch ein Neutralleiter schaltbar sein. Eine in einem Strompfad befindliche Last, beispielsweise ein Verbraucher, soll dabei im Betriebs- oder Fehlerfall jedoch unter Last nur im Strompfad des zugehörigen Phasenleiters und demnach annähernd lastfrei - also bei einem Strom, der im Verhältnis zu dem Bemessungsstrom des entsprechenden Schaltgeräts klein ist - im Strompfad des Neutralleiters geschaltet werden.

Aus der DE 10 62 327 B ist eine Schalteinrichtung für Stromversorgungs- bzw. Verteilanlagen mit selektiv ansprechenden Leistungsschaltern für Kurzschlussstromstärken bekannt, bei der zur selektiven Staffelung Schalter im Grunde gleichen Aufbaus in Bezug auf die beweglichen Teile des Schalters und die mit dem beweglichen Kontakt zusammenwirkenden Auslöse-(Mechanik) und Anrege-(Elektrik)Glieder mit Kontakten versehen sind, bei denen entweder ein über die Kontakte fließender Strom eine kontaktabhebende oder eine kontaktdruckverstärkende Wirkung ausübt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät zu schaffen, das gegenüber einer ersten Schaltstelle mit einfachen Mitteln ein zeitverzögertes Trennen einer zweiten Schaltstelle gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Durch die Zuordnung eines mit einem feststehenden Kontaktträger in einer elektrisch leitenden Verbindung stehenden Stromleiters zu einem mit einer Betätigungskraft beaufschlagbaren beweglichen Kontaktträger ist bei Stromfluss eine mit dem Stromleiter gleichsinnige Stromflussrichtung erzielbar, so dass eine auf den beweglichen Kontaktträger einwirkende Betätigungskraft eines Energiespeichers durch eine stromflussbedingte elektromagnetische Rückhaltekraft im Sinne eines elektrodynamischen Fesseleffekts auf Grund eines damit einhergehenden gemeinsamen Magnetfelds an dem Stromleiter und an dem beweglichen Kontaktträger beeinflußt ist und dadurch eine zeitverzögerte Trennung einer Schaltstelle mit einfachen Mitteln erreicht wird. Eine an einem zumindest zweipoligen Schaltgerät angeschlossene Last, beispielsweise ein Verbraucher, wird demnach zuerst im Strompfad des zugehörigen Phasenleiters und erst zeitlich verzögert im Strompfad des Neutralleiters geschaltet. Dabei ist sichergestellt, dass durch eine im Bereich der dem Phasenleiter zugehörigen Schaltstelle angeordnete Lichtbogenlöschkammer ggf. in Verbindung mit hochwertigen Kontaktwerkstoffen sowie weiteren die Lasttrennung begünstigende Maßnahmen eine zuverlässige und schnelle Trennung des Strompfades erfolgt. Aufwändige Maßnahmen, wie beispielsweise eine separate Lichtbogenlöschkammer für die Schaltstelle im Strompfad des Neutralleiters, abbrandfeste Kontaktwerkstoffe, Kontaktdruckfedern oder auch ein separater Auslöser für den beweglichen Kontaktarm können somit auf Grund der lastfreien Kontaktöffnung eingespart werden.

Vorteilhafterweise ist der Stromleiter bei in der ersten Schaltstellung befindlichem beweglichen Kontaktträger im Wesentlichen parallel zu diesem angeordnet, so dass ein sich über diese parallel verlaufenden Bauteilbereiche erstreckendes Magnetfeld eine ausreichend hohe Rückhaltekraft erzeugt.

Mit Vorteil ist der Stromleiter gehäusefest gelagert, wodurch eine feste Halterung in Bezug auf den beweglichen Kontaktträger und somit eine Gewähr für eine dauerhafte Funktionsfähigkeit gegeben ist.

Vorteilhafterweise ist der Stromleiter stufenförmig, insbesondere als Stanz-Biegeteil, aufgebaut; ein als Stanz-Biegeteil ausgeführtes Bauteil lässt sich besonderes materialeffizient und wirtschaftlich herstellen.

Mit Vorteil ist der Stromleiter zusammen mit einer Strombahn zu einer einstückigen Leiterschleife ausgeführt, wodurch eine leicht herstellbare und einfache Stromführung realisiert ist.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; darin zeigen:

FIG 1

ein schematisch dargestelltes Schaltgerät mit ei- ner Schaltstelle für den Strompfad eines Neutral- leiters und mit einer weiteren Schaltstelle für den Strompfad eines Phasenleiters gemäß Patentan- spruch 1; und

FIG 2 bis 9

unterschiedliche Ausführungsformen einer als Teil des Schaltgerätes vorgesehenen Leiterschleife in verschiedenen Darstellungen.

In FIG 1 ist ein Schaltgerät 1 mit einem Gehäuse 2 gezeigt, welches eine Schaltvorrichtung 3 mit einer Schaltstelle 4 für den Strompfad eines Neutralleiters N und mit einer weiteren Schaltstelle 5 für den weiteren Strompfad eines Phasenleiters P aufweist. Die Strompfade des Neutralleiters N und des Phasenleiters P sind endseitig jeweils auf schematisch dargestellte Anschlussklemmen 6 und 7 geführt, so dass einerseits eine Stromquelle und andererseits eine Last, insbesondere ein Verbraucher, angeschlossen werden können. Zu der Gruppe der ein- oder mehrpoligen Schaltgeräte gehören sowohl Schütze, Relais und dergleichen als auch Schutzschaltgeräte, wie beispielsweise ein Leitungsschutzschalter.

Die Schaltstelle 4 des Neutralleiters N setzt sich aus einem Festkontakt 8 und aus einem Bewegkontakt 9 zusammen. Der Festkontakt 8 ist auf einem feststehenden Kontaktträger 10 platziert, der Teil einer G-förmigen Strombahn 11 ist. Die Strombahn 11 geht ihrerseits über in einen diese kreuzenden Stromleiter 12, wodurch eine einstückige Leiterschleife 11,12 entsteht. Der Stromleiter 12 ist an ausgewählten Stellen durch Halterungen 13 gehäusefest gelagert und stufenförmig ausgeführt.

Der Bewegkontakt 9 der Schaltstelle 4 des Neutralleiters N befindet sich auf einem beweglichen Kontaktträger 14, der gemäß FIG 1 in seiner Schließstellung gezeigt ist. Dabei verläuft der Stromleiter 12 nahe und im Wesentlichen parallel zu dem beweglichen Kontaktträger 14, während die Strombahn 11 auf Distanz zu dem Stromleiter 12 und dem beweglichen Kontaktträger 14 angeordnet ist. An einer Achse 15 ist der bewegliche Kontaktträger 14 drehbeweglich gelagert und somit in eine strichliert dargestellte Öffnungsstellung verschwenkbar. Der bewegliche Kontaktträger 14 ist mit einer flexiblen Leitung 16, insbesondere mit einer Litze, verbunden, die ihrerseits mit dem Strompfad des Neutralleiters N in einer elektrisch leitenden Verbindung steht.

Mittels eines der weiteren Schaltstelle 5 körperlich zugeordneten Auslösers 18 und einer damit einhergehenden - hier strichliert dargestellten - Auslösekraft F1, kann der bewegliche Kontaktträger 14 mittelbar über die Betätigungseinheit 17 mit einer - als Wirklinie dargestellten - Betätigungskraft F3 beaufschlagt werden. Die Betätigungseinheit 17 ist hierbei als Schaltmechanik, insbesondere als Schaltschloss, ausgeführt. Die Auslösekraft F1 wirkt gleichzeitig auf einen weiteren beweglichen Kontaktträger 19 ein, der mit einem weiteren Bewegkontakt 20 versehen und achsgleich mit dem beweglichen Kontaktträger 14 gelagert ist. Die beweglichen Kontaktträger 14,19 können auch auf separaten Achsen gelagert werden. Zusammen mit einem auf einem weiteren feststehenden Kontaktträger 21 sitzenden weiteren Festkontakt 22 ist die weitere Schaltstelle 5 für den Strompfad des Phasenleiters P gebildet. Der Strompfad des Phasenleiters P erstreckt sich auf Seiten des weiteren feststehenden Kontaktträgers 21 über einen ohrenförmigen Bereich bis hin zu einer schematisch dargestellten Lichtbogenlöschkammer 23. Auf Seiten des beweglichen Kontaktträgers 19 weist dieser - entsprechend der flexiblen Leitung 16 - ebenfalls eine Litze auf, welche einen Wechsel des beweglichen Kontaktträgers 19 von einer Schließ- in eine Öffnungsstellung unter Beibehaltung einer elektrisch leitenden Verbindung zu dem Strompfad des Phasenleiters P erlaubt.

Während dem bestimmungsgemäßen Einsatz des Schaltgeräts 1 fließt ein - schematisch mittels Stromflusspfeilen dargestellter - Strom I im Strompfad des Phasenleiters P über den weiteren feststehenden Kontaktträger 21, über die die beiden Kontakte 20,22 aufweisende weitere Schaltstelle 5, über den weiteren beweglichen Kontaktträger 19 und letztlich über die Litze bis hin zu einem gehäusefesten Abschnitt des Phasenleiters P. Mittels eines zwischen dem Ende des Phasenleiters P und dem Beginn des Neutralleiters N anschließbaren - hier nicht gezeigten - Verbrauchers lässt sich der Stromkreis vervollständigen, wobei der symbolisierte Rückfluss des Stroms I über die flexible Leitung 16, den beweglichen Kontaktträger 14, die Schaltstelle 4 mit den zugehörigen Kontakten 8,9, den feststehenden Kontaktträger 10 und schließlich über die Leiterschleife 11,12 ermöglicht ist.

Erfolgt nun eine Ansteuerung bzw. eine Auslösung des Auslösers 18 in einem Betriebs- oder Fehlerfall, wirkt die Auslösekraft F1 gleichermaßen auf den weiteren beweglichen Kontaktträger 19 und auf die Betätigungseinheit 17 ein. Während der weitere bewegliche Kontaktträger 19 daraufhin von seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung schwenkt, wird die als Schaltmechanik ausgeführte Betätigungseinheit 17 durch die Auslösekraft F1 entklinkt, so dass der bewegliche Kontaktträger 14 auf Grund eines hier nicht dargestellten Energiespeichers, beispielsweise in Form einer Schaltfeder, und der dadurch gegebenen Betätigungskraft F3 dazu tendiert, von seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung zu wechseln. Die Schaltfeder kann hierbei Teil der Schaltmechanik sein. Unterstützt wird das Aufreißen der weiteren Schaltstelle 5 durch einen elektrodynamischen Effekt, der auf Grund der Stromflussrichtungen an dem weiteren feststehenden Kontaktträger 21 und dem weiteren beweglichen Kontaktträger 19 gegeben ist. Der elektrodynamische Effekt kommt dabei in Form einer Abstoßungskraft F2 insofern zum Tragen, als sich benachbart angeordnete und gegensinnig stromdurchflossene Bauteile abstoßen. Da der Strom I, wie in FIG 1 gezeigt, einen U-förmigen Weg im Bereich der weiteren Schaltstelle 5 passieren muss, wird mittels der dabei entstehenden und unterschiedlich wirkenden Magnetfelder der weitere bewegliche Kontaktträger 19 relativ zu dem weiteren feststehenden Kontaktträger 21 abgestoßen.

Im Gegensatz zu der Stromführung in dem Strompfad des Phasenleiters P wird der Strom I über die Schaltstelle 4 auf Grund der U-förmigen Ausgestaltung des feststehenden Kontaktträgers 10 gemäß FIG 1 annähernd geradlinig geleitet und passiert im Nachgang daran die Leiterschleife 11,12. Der als Teil der Leiterschleife 11,12 ausgeführte Stromleiter 12 verläuft dabei parallel und mit geringem Abstand zu dem beweglichen Kontaktträger 14, was eine gleichsinnige Stromflussrichtung zur Folge hat. Da sich gleichsinnig stromdurchflossene Bauteile auf Grund eines gleichwirkenden Magnetfelds gegenseitig anziehen, kann hierbei ein maßgeblicher elektrodynamischer Effekt genutzt werden. Dieser elektrodynamische Effekt kommt allerdings durch eine Rückhaltekraft F4 zum Ausdruck, die der Betätigungskraft F3 derart entgegenwirkt, dass eine Verminderung der Betätigungskraft F3 gegeben ist.

Die Verminderung der Wirkung der Betätigungskraft F3 bedingt dabei im Vergleich zu dem Betätigungszeitpunkt des weiteren beweglichen Kontaktträgers 19 eine zeitlich versetzte Öffnung der Schaltstelle 4. Durch diese gezielte Stromflussführung kann der elektrodynamische Effekt, wie er an der weiteren Schaltstelle 5 des Phasenleiters P in Form einer Abstoßungskraft F2 vorkommt, umgekehrt und als Rückhalte- oder auch Zuhaltekraft F4 nutzbar gemacht werden. Diese Maßnahme führt dazu, dass die Schaltstelle 4 durch ein Nacheilen des beweglichen Kontaktträgers 14 gegenüber dem weiteren beweglichen Kontaktträger 19 erst nach der weiteren Schaltstelle 5 getrennt wird und somit zuerst eine Trennung des lasttragenden Phasenleiters P und anschließend eine Trennung des lastfreien Neutralleiters N erfolgt.

Dementsprechend belastet ein beim Betätigen oder Auslösen des Schaltgeräts 1 im Lastbetrieb entstehender Lichtbogen unter Einhaltung der vorgegebenen Schaltreihefolge lediglich die weitere Schaltstelle 5 des Phasenleiters P, welche mit der ohnehin vorhandenen Lichtbogenlöschkammer 23 versehen ist, um den Lichtbogen schnellstmöglich zum Verlöschen zu bringen. Da an der Schaltstelle 4 kein Lichtbogen entsteht, kann der Aufbau des Strompfades des Neutralleiters N im Vergleich zu dem des Phasenleiters P mit einfacheren Mitteln ausgeführt werden; dazu zählen ein kleineres Kontaktvolumen, günstigere Kontaktwerkstoffe, kleinere Leiterquerschnitte und die Vermeidung sowohl eines eigenen Auslösers als auch einer eigenen Lichtbogenlöschkammer.

So genannte Stromengekräfte, die an den beiden Schaltstellen 4 bzw. 5 in einem Stromengebereich zwischen den Kontakten 8 und 9 bzw. zwischen den Kontakten 20 und 22 auftreten können, beeinflussen nur in einem begrenzten Maß die elektrodynamischen Effekte an der Schaltstelle 4 des Neutralleiters N bzw. an der weiteren Schaltstelle 5 des Phasenleiters P. Sofern durch den Stromengebereich an der Schaltstelle 4 eine partielle U-förmige Stromführung und damit ein unerwünschter gegensinnig verlaufender Stromfluss mit der Folge einer Abstoßungskraft gegeben sein sollte, wird mittels der durch den Stromleiter 12 erzeugten Rückhaltekraft F4 nicht nur diese Abstoßungskraft kompensiert, sondern eine resultierende und die Zeitverzögerung bestimmende Kraft gewährleistet.

Die Größe der Rückhaltekraft F4 ist dabei abhängig von der Höhe des Stroms I; je höher der zu schaltende Strom I ausfällt, desto größer ist die Rückhaltekraft F4, da die Stromstärke ein Maß für die Stärke des den beweglichen Kontaktträger 14 an den Stromleiter 12 fesselnden Magnetfelds darstellt. Ebenso wird die Rückhaltekraft F4 von der Länge und dem Abstand des in etwa parallel zu dem in der Schließstellung befindlichen beweglichen Kontaktträger 14 angeordneten Stromleiters 12 bestimmt; je länger der Stromleiter 12 parallel zu dem beweglichen Kontaktträger 14 verläuft und je geringer der berührungsfreie Abstand zwischen diesen Bauteilen ist, desto größer ist die Rückhaltekraft F4. Die bei einem Schaltvorgang ggf. auftretenden unerwünschten Begleiterscheinungen, wie beispielsweise das Prellen, Erhitzen oder Verschweißen der Kontakte 8,9 der Schaltstelle 4, können durch eine geeignete Auswahl vorgenannter Parameter vermieden werden.

Um die beiden Schaltstellen 4,5 wieder zu schließen, d.h. die beiden beweglichen Kontaktträger von der Öffnungs- in die jeweilige Schließstellung zu bewegen, kann beispielsweise eine manuelle Rückstellung der Betätigungseinheit 17 mittels eines Schalthebels oder auch durch einen Rückstellimpuls eines hier nicht dargestellten, ggf. fernbedienbaren, Rückstellmittels erfolgen. Der Aufbau des Schaltgeräts 1 kann dabei derart ausgeführt sein, dass beim Einschaltvorgang der bewegliche Kontaktträger 14 der Schaltstelle 4 seinen Bewegkontakt 9 früher in die Schließstellung mit seinem zugehörigen Festkontakt 8 bringt als der weitere bewegliche Kontaktträger 19 seinen weiteren Bewegkontakt 20 auf den weiteren Festkontakt 22 aufsetzt. Hierzu kann der Kontaktabstand zwischen dem Fest- und Bewegkontakt 8 und 9 der Schaltstelle 4, auch bei abgebrannten Kontakten und baulich bedingten Toleranzen, konstruktiv kleiner festgelegt werden als der Kontaktabstand zwischen dem Fest- und Bewegkontakt 20 und 22 der weiteren Schaltstelle 5.

In den FIG 2 und 3 bzw. 4 und 5 ist eine als Teil der Schaltvorrichtung bestimmte Leiterschleife 11,12 in einer flächigen und in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die Leiterschleife 11,12 weist dabei als einstückige Einheit zum einen den zweifach treppenförmig abgewinkelten Stromleiter 12 und zum anderen die zweifach gegen den Uhrzeigersinn abgewinkelte Strombahn 11 auf, welche an ihrem freien Ende mit dem feststehenden Kontaktträger 10 versehen ist. Die Leiterschleife 12 bzw. jedes ihrer Bestandteile ist dabei gehäusefest lagerbar. Die Strombahn 11 ist in etwa G-förmig ausgebildet und kann, wie in FIG 3 gezeigt, beispielsweise als Stanz-Biege-Teil aus dem Basismaterial der Strombahn 12 hergestellt sein. Die auf Grund der Lage und Form der Leiterschleife 11,12 in Bezug auf den beweglichen Kontaktträger 14 gemäß FIG 1 gegebene Stromführung gewährleistet den gewünschten, die Rückhaltekraft F3 hervorbringenden, elektrodynamischen Effekt.

In den FIG 6 bis 9 sind weitere Ausgestaltungen der Leiterschleife 11,12 in verschiedenen Darstellungen gezeigt. Die Strombahn 11 gemäß den FIG 6 und 7 weist dabei eine annähernd S-förmige Gestalt auf, während gemäß den FIG 8 und 9 eine L-Form für die Strombahn 11 vorgesehen ist.

Die zuvor erläuterte Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden:

Um ein Schaltgerät 1 zu schaffen, das mit einfachen Mitteln ein zeitverzögertes Trennen der Schaltstelle 4 im Strompfad eines Neutralleiters gewährleistet, ist vorgesehen, dass der bewegliche Kontaktträger 14 in der Schließstellung dem Stromleiter 12 zugeordnet ist, welcher in einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem feststehenden Kontaktträger 10 steht und eine mit dem beweglichen Kontaktträger 14 gleichsinnige Stromflussrichtung aufweist, derart dass die Kraftwirkung der auf den beweglichen Kontaktträger 14 einwirkende Betätigungskraft F3 des Energiespeichers durch die Kraftwirkung der stromflussbedingten elektromagnetischen Rückhaltekraft F4 reduziert wird und somit ein zeitverzögerter Wechsel in die Öffnungsstellung erfolgt.