DE4104533C2 - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen elektrischen Schalter, der in der Lage ist, Lastströme zu schalten, sowie überhohe Ströme, beispielsweise Kurzschlußströme, zu begrenzen.

Ein derartiger Schalter ist aus der DE 37 13 412 A1 bekannt. Bei dem bekannten Schalter befinden sich der Schnellabschalt-Magnet und der Normalschalt-Magnet seitlich nebeneinander, wodurch ein kompakter Aufbau erreicht wird. Allerdings kann bei der Schnellabschaltung im Kurzschlußfall aufgrund des außermittigen Angriffes des Schlagstifts an dem die Kontaktbrücke tragenden Betätigungsstab letzterer bei der nach oben gerichteten Bewegung zur Kontakttrennung verkippen. Durch diese Kippbewegung wird der zweite Betätigungsstab gebremst, so daß die Schnellabschalt-Charakteristik dieses bekannten Schalters leidet. Bei dem gattungsgemäßen Schalter kann der Kurzschlußstrom z. B. einen Effektivwert von beispielsweise 100 kA erreichen; die Anstiegsrate dieses Kurzschlußstromes ist hierbei mit 5,3×10⁷ A/sec sehr hoch, so daß der Kurzschlußstrom abrupt ansteigt. Selbst wenn somit die Bewegung des Betätigungsstabes nur um eine 1/1000 Sekunde gebremst oder verzögert wird, steigt hierbei der Kurzschlußstrom um 53 kA an. Ein mit dem beschriebenen Schalter in Serie geschalteter Trennschalter muß somit eine sehr hohe Trennkapazität haben. Da weiterhin die Lichtbogenenergie in dem Schalter sehr hoch ist, können mögliche Beschädigungen des Schalters extrem hoch sein. Weiterhin ist die Menge von leitfähigem heißen Gas aus dem Lichtbogenbereich, welche von dem Schalter abgegeben werden muß aufgrund der hohen Lichtbogenenergie sehr hoch, so daß Erdschluß und/oder Verletzungen umstehender Personen möglich sind. Ferner kann durch die hohe Gasmenge aus dem Plasmabereich des Lichtbogens bzw. der Lichtbögen der Innendruck in dem Schalter so hoch werden, daß dieser beschädigt oder sogar zerstört wird.

Die DE-OS 28 48 287 offenbart einen elektrischen Schalter, bei dem die elektromagnetische Antriebsvorrichtung für die normalen Ein-Ausschaltvorgänge koaxial zu und, von dem beweglichen Kontaktelement aus gesehen, unterhalb der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung für die Schnellabschaltung angeordnet ist. Zwischen den beiden elektromagnetischen Antriebsvorrichtungen ist noch ein Federkraftspeicher vorgesehen, mit welchem die hohe Schaltgeschwindigkeit bei der Schnellabschaltung erzielt werden soll. Aufgrund der koaxialen Anordnung der beiden elektromagnetischen Antriebsvorrichtungen und der beiden hiervon betätigten Betätigungsstäbe (Fig. 9 der DE-OS 28 48 287) ergibt sich aber eine große axiale Baulänge. Zusätzlich muß die elektromagnetische Antriebsvorrichtung für die Schnellabschaltung vergleichsweise hohe Massen bewegen, so daß auch hierdurch die Strombegrenzungs-Eigenschaften verschlechtert sind, da Beharrungskräfte eine hohe Anfangsbeschleunigung des Betätigungsstabes behindern.

Die DE 38 24 546 A1 offenbart einen Schalter, bei dem der Tauchanker jedes Schlagankersystems mit seiner Mittelachse mit der Mittelachse der Kontaktbrücke fluchtet und über ein Zwischenglied seine lineare Bewegung auf die Kontaktbrücke überträgt. Dort wird allerdings von einem mechanischen EIN/AUS-Schalter ausgegangen, so daß keine (zweite) elektro-magnetische Antriebsvorrichtung für die Normal-Abschaltung vorhanden ist.

Der Erfindung liegt Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2 so auszubilden, daß der Schalter hohe Lebensdauer und sehr gute Strombegrenzungseigenschaften bei raschem Ansprechverhalten haben soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale.

Bei der Ausbildung des erfindungsgemäßen Schalters gemäß Patentanspruch 1 ist somit der Schlagstift so angeordnet, daß seine axiale Längsmittellinie mit der axialen Längsmittellinie des Betätigungsstabes fluchtet, so daß die Reibungskräfte, welche auf den Betätigungsstab einwirken, wenn der Schlagstift durch den beweglichen Eisenkern der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung bewegt wird, verringert sind. Die Trenngeschwindigkeit der beweglichen Kontakte ist demzufolge hoch, so daß die Strombegrenzungseigenschaften des erfindungsgemäßen Schalters ebenfalls hoch sind.

Bei der Ausbildung des erfindungsgemäßen Schalters gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 2 ist der Schlagstift für eine Bewegung in einer axialen Durchgangsbohrung in den Betätigungsstab eingesetzt, wodurch die beweglichen Kontakte mit einer hohen Trenngeschwindigkeit von der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung bewegt werden können. Hierdurch hat der Schalter ein hohes Strombegrenzungsvermögen aufgrund der hohen Trenngeschwindigkeit der Kontakte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

Abb. 1 schematisch vereinfacht eine seitliche Schnittdar­ stellung durch einen elektrischen Schalter gemäß ei­ ner ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung;

Abb. 2 und 3 Ansichten ähnlich der von Abb. 1 bei unter­ schiedlichen Schalter-Betriebszuständen;

Abb. 4 eine Abwand­ lung des elektrischen Schalters gemäß Abb. 1;

Abb. 5 schematisch vereinfacht eine seitliche Schnittdar­ stellung durch eine zweite Ausführungsform des er­ findungsgemäßen elektrischen Schalters;

Abb. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie V- W in Abb. 5;

Abb. 7 und 8 Ansichten ähnlich der von Abb. 5 bei unter­ schiedlichen Schaltzuständen des dortigen Schalters;

Abb. 9 und 10 Schnittdarstellungen entlang der Linie V-W in Abb. 5, jedoch von alternativen Ausbil­ dungen des dortigen Betätigungssta­ bes;

Abb. 11 bis 13 seitliche Schnittdarstellungen von unter­ schiedlichen Abwandlungen des Schalters gemäß Abb. 5; und

Abb. 14 und 15 seitliche Schnittdarstellungen einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elek­ trischen Schalters.

In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche oder einander entsprechende Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Abb. 1 zeigt einen elektrischen Schalter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Schalter um­ faßt ein Lichtbogengehäuse 1, in welchem ein bewegliches Kontaktelement 2 angeordnet ist. Ein Paar von beweglichen Kontakten 3A und 3B ist an einander gegenüberliegenden End­ bereichen des Kontaktelementes 2 für eine Kon­ taktgabe mit einem Paar von festen Kontakten 4A und 4B angeordnet. Die festen Kontakte 4A und 4B stehen mit einem Paar von festen Kontaktelementen 5A und 5B in Verbindung, welche an einem Paar von Grundplatten 6A und 6B mittels Schrauben oder dergleichen befestigt sind.

Das Lichtbogengehäuse 1 weist eine Führung 7 auf, welche fest an der Innenseite hiervon angeordnet ist, sowie einen Betätigungsstab 8 mit einem ersten Abschnitt 8A, der für eine vertikale Bewegung in der Führung 7 vorgesehen ist und einem zweiten Abschnitt 8B, der einstückig an dem ersten Abschnitt 8A ausgebildet ist und sich quer hierzu vom unte­ ren Ende hiervon erstreckt. Das bewegliche Kontaktelement 2 ist an dem anderen oder oberen Ende des ersten Abschnittes 8A des Betätigungsstabes 8 vorgesehen und das beweg­ liche Kontaktelement 2 und der Betätigungsstab 8 sind normalerweise durch eine erste Feder 9 in der Führung 7 in Abb. 1 nach unten vorgespannt. Ein Paar von gruppenweise angeordneten Lichtbogen-Löschplatten 11A und 11B aus einem magnetischen metallischen Material sind an einander gegen­ überliegenden Seiten des beweglichen Kontaktelementes 2 vor­ gesehen, um Lichtbogen 10A und 10B zu löschen, welche bei Kontakttrennung zwischen den beweglichen Kontakten 3A und 3B und den festen Kontakten 4A und 4B gezogen werden.

Ein Betriebs- oder Betätigungsmechanismusgehäuse 12 ist un­ terhalb des Lichtbogengehäuses 1 angeordnet, wobei als zweite elektromagnetische Antriebsvorrichtung ein Elek­ tromagnet 13 in diesem Mechanismusgehäuse 12 angeordnet ist. Der Elektromagnet 13 umfaßt im wesentlichen einen festen Ei­ senkern 13A, einen beweglichen Eisenkern 13B und eine Spule oder Wicklung 13C. Ein erstes Übertragungsbauteil 14 ist an dem beweglichen Eisenkern 13B des Elektromagneten 13 befe­ stigt. Ein zweites Übertragungsbauteil 15 ist für eine Schwenkbewegung um eine feste Welle 15A vorgesehen, wobei ein Ende hiervon normalerweise durch eine zweite Feder 16 so beaufschlagt ist, daß das beaufschlagte Ende in Anlage mit einem oberen Abschnitt des ersten Übertragungsbauteiles 14 ist, wohingegen der andere Endabschnitt des zweiten Übertra­ gungsbauteiles 15 in Anlage mit einer unteren Fläche des zweiten Abschnittes 8B des Betätigungsstabes 8 ist, wie in Abb. 1 dargestellt.

Eine erste elektromagnetische Antriebsvorrichtung 17 ist in dem Betriebsmechanismusgehäuse 12 angeordnet und umfaßt einen festen Eisenkern 17A, einen beweglichen Eisenkern 17B, eine Spule oder Wicklung 17C, eine Spannfeder 17D und einen Schlagstift 17E. Der zweite Abschnitt 8B des Betätigungsstabes 8 ist so angeordnet, daß er mit einem oberen Ende des Schlagstifts 17E der elektroma­ gnetischen Antriebsvorrichtung 17 in Anlage ist. Die einan­ der gegenüberliegenden Enden der Wicklung 17C sind elek­ trisch mit dem ersten festen Kontakt 5A und einem ersten An­ schluß 18A über erste und zweite Leitungen 19A und 19B in Verbindung. Ein zweiter Anschluß 18B ist elektrisch mit dem zweiten Kontaktelement 5B in Verbindung.

Der elektrische Schalter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich gemäß Abb. 1 u. a. dadurch aus, daß der Schlagstift 17E im wesentlichen mit dem ersten Abschnitt 8A fluchtet, der als Gleitführungsabschnitt für den Betätigungsstab 8 dient, d. h. die Axiallinie X-Y des Schlagstifts 17E bzw. der obere Verlauf dieser Axiallinie X-Y fluch­ tet mit der Längsmittelachse des ersten Abschnittes 8A des Betätigungsstabes 8 oder fällt mit dieser zusammen.

Wenn im Betrieb die Wicklung 13C des Elektromagneten 13 mit Energie versorgt wird, wird der bewegliche Eisenkern 13B des Elektromagneten 13 an den festen Eisenkern 13A angezogen, so daß das hieran befestigte erste Übertragungsbauteil 14 in Abb. 1 nach oben bewegt wird. Hierdurch führt das zweite Übertragungsbauteil 15 eine Schwenkbewegung entgegen der Uhrzeigerrichtung um die Welle 15A aus, und erreicht eine Schaltlage gemäß Abb. 2. Hierdurch wiederum werden das be­ wegliche Kontaktelement 1 und der Betätigungsstab 8 aufgrund der Vorspannkraft der ersten Feder 9 unter Führung der Führung 7 nach unten bewegt. Dies hat zur Folge, daß die beweglichen Kontakte 3A und 3B des beweglichen Kontaktele­ mentes 2 in Anlage mit den festen Kontakten 4A und 4B gera­ ten, wie in Abb. 2 dargestellt, so daß ein Laststrom zwi­ schen den ersten und zweiten Anschlüssen 18A und 18B über das bewegliche Kontaktelement 2 fließen kann. Dieser Last­ strom fließt ebenfalls durch die Wicklung 17C der elektroma­ gnetischen Antriebsvorrichtung 17.

Wenn die Energieversorgung der Wicklung 13C des Elektroma­ gneten 13 abgeschaltet wird, kehren die ersten und zweiten Übertragungsbauteile 14 und 15, der bewegliche Eisenkern 13B des Elektromagneten 13, der Betätigungsstab 8 und das bewegliche Kontaktelement 2 unter Kraft der zweiten Feder 16 in ihre Ausgangslage gemäß Abb. 1 zurück. Bei der nach oben gerichteten Bewegung des beweglichen Kontaktelementes 2 wer­ den Lichtbögen 10A und 10B für gewöhnlich zwischen den be­ weglichen Kontakten 3A und 3B und den zugehörigen festen Kontakten 4A und 4B gezogen. Diese Lichtbögen 10A und 10B werden von den magnetischen aus Metall gefertigten Lichtbo­ gen-Löschplatten 11A und 11B angezogen und abgelenkt, wie durch die Bezugszeichen 10C und 10D in Abb. 1 dargestellt. Durch das Metall der Löschplatten 11A und 11B werden die Lichtbögen 10C und 10D gekühlt und in Folge hiervon beim Nulldurchgang eines Wechselstromes zum Verlöschen gebracht.

Wenn bei dem Schaltzustand gemäß Abb. 2 ein Kurzschlußfall auftritt, fließt durch die Wicklung 17C der Antriebsvorrich­ tung 17 ein hoher Strom. Hierdurch wird der bewegliche Ei­ senkern 17B der Antriebsvorrichtung 17 von dem festen Eisen­ kern 17A angezogen, so daß der Schlagstift 17E nach oben gezogen wird, und der Schalter eine Schaltlage ge­ mäß Abb. 2 erreicht. Der Betätigungsstab 8 und das bewegliche Kontaktelement 2 werden durch den Schlagstift 17E nach oben bewegt. Demzufolge entstehen im Re­ gelfall die Lichtbögen 10A und 10B zwischen den beweglichen Kontakten 3A und 3B und den zugehörigen festen Kontakten 4A und 4B. Auch hierbei werden die Lichtbögen 10A und 10B von den Lichtbogen-Löschplatten 11A und 11B angezogen und schließlich zum Verlöschen gebracht, wie in Abb. 3 mit 10C und 10D dargestellt. Hierdurch steigt der Widerstand der Lichtbögen und im Ergebnis wird der Kurzschlußstrom be­ grenzt. Der Kurzschlußstrom wird nachfolgend von einem nicht dargestellten Unterbrecher oder Trennschalter unterbrochen.

Da bei dem eben beschriebenen elektrischen Schalter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schlagstift 17E und der Betätigungsstab 8 so angeordnet sind, daß der erste Abschnitt 8A, der als Gleitführungsab­ schnitt für den Betätigungsstab 8 dient, in der Längsmittellinie X-Y des Schlagstifts 17E liegt, wird der Betätigungsstab 8 in der Führung 7 mit ge­ ringer Reibung fast widerstandsfrei bewegt. Bei einem Unter­ brechungsvorgang aufgrund eines hohen Stromes kann somit der Betätigungsstab 8 mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden, so daß die beweglichen Kontakte 3A und 3B mit hoher Geschwindigkeit ihre Trennbewegung ausführen, und so die Längen der gezogenen Lichtbögen 10A und 10B schlagartig an­ wachsen. Dies hat zur Folge daß die elektrischen Wider­ stände der Lichtbögen 10A und 10B ebenfalls schlagartig an­ wachsen, so daß der Kurzschlußstrom wirksam begrenzt wird. Der erfindungsgemäße Schalter gemäß der ersten Ausführungs­ form hat somit ausgezeichnete Überstrom-Begrenzungseigen­ schaften. Da weiterhin der Elektromagnet 13 vorgesehen ist, kann ein ferngesteuertes Schalten des Laststromes durchge­ führt werden und da weiterhin der Elektromagnet 13 längs ne­ ben der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 17 angeord­ net ist, läßt sich die Gesamthöhe des erfindungsgemäßen Schalters verringern.

Abb. 4 zeigt eine Abwandlung des Schalters gemäß den Abb. 1 bis 3. Die Abwandlung besteht hierbei in einem zusätzlichen Mechanismus, der gemäß Abb. 4 im wesentlichen einen Trenn- oder Unterbrecherabschnitt 20 umfaßt. Der Abschnitt 20 weist im wesentlichen ein Gehäuse 21, ein festes Kontaktelement 23 in dem Gehäuse 21 mit einem festen Kontakt 22 hieran, ein bewegliches Kontaktelement 26, welches um eine Welle 25 schwenkbeweglich ist und einen beweglichen Kontakt 24 zur Kontaktierung mit dem festen Kontakt 22, einen Betätigungs­ mechanismus 27 zum Schwenken des beweglichen Kontaktelemen­ tes 26 um die Welle 25, um den beweglichen Kontakt 24 auto­ matisch zu öffnen, wenn ein überhoher Strom fließt, und um den beweglichen Kontakt 24 von Hand über ein Betätigungsteil 28, wie einen Hebel oder dergleichen zu öffnen und eine Mehrzahl von Lichtbogen-Löschplatten 29 auf, mittels denen ein zwischen dem beweglichen Kontakt 24 und dem festen Kon­ takt 22 gezogener Lichtbogen löschbar ist.

Wenn bei diesem modifizierten Schalter ein überhoher Strom, beispielsweise ein Kurzschlußstrom fließt, spricht der Betä­ tigungsmechanismus 27 des Unterbrecherabschnittes 20 automa­ tisch an, um den beweglichen Kontakt 24 zu öffnen, wobei dann für gewöhnlich ein Lichtbogen zwischen dem beweglichen Kontakt 24 und dem festen Kontakt 22 gezogen wird. Dieser Lichtbogen wird dann von den Lichtbogen-Löschplatten 29 ge­ löscht. Nachfolgend wird der offene Zustand des beweglichen Kontaktes 24 durch den Betätigungsmechanismus 27 aufrechter­ halten. Der modifizierte Schalter kann somit das Unterbre­ chen oder Trennen eines überhohen Stromes bewirken. Es sei noch festzuhalten, daß das Freigeben oder Unterbrechen von Laststrom durch Handbetätigung des Betätigungsteils 28 er­ folgen kann.

Abb. 5 zeigt einen elektrischen Schalter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Schalter ge­ mäß Abb. 5 weist ein Lichtbogengehäuse 1 auf, in welchem ein bewegliches Kontaktelement 2 angeordnet ist. Ein Paar von beweglichen Kontakten 3A und 3B ist an einander gegenüber­ liegenden Endbereichen des Kontaktelementes 2 für eine Kontaktgabe mit einem Paar von festen Kontakten 4A und 4B angeordnet. Die festen Kontakte 4A und 4B stehen mit ei­ nem Paar von festen Kontaktelementen 5A und 5B in Verbin­ dung, welche an einem Paar von Grundplatten 6A und 6B mit­ tels Schrauben oder dergleichen befestigt sind.

Das Lichtbogengehäuse 1 weist eine Führung 7, welche fest an der Innenseite hiervon angeordnet ist, sowie einen Betätigungsstab 8 mit einem ersten Abschnitt 8A auf, der für eine vertikale Bewegung in der Führung 7 vorgesehen ist und einem zweiten Abschnitt 8B, der einstückig an dem ersten Abschnitt 8A ausgebildet ist und sich quer hierzu vom unte­ ren Ende hiervon erstreckt. Weiterhin weist der Betä­ tigungsstab 8 eine axiale Durchgangsbohrung 8C auf, welche in Richtung der Längenerstreckung des zweiten Abschnittes 8A verläuft. Das bewegliche Kontaktelement 2 ist an den anderen oder oberen Ende des ersten Abschnittes 8A des Betä­ tigungsstabes 8 vorgesehen und das bewegliche Kontaktelement 2 und der Betätigungsstab 8 sind normalerweise durch eine erste Feder 9 in der Führung 7 in Abb. 5 nach un­ ten vorgespannt. Ein Paar von gruppenweise angeordneten Lichtbogen-Löschplatten 11A und 11B aus einem magnetischen metallischen Material sind an einander gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Kontaktelementes 2 vorgesehen, um Lichtbogen 10A und 10B zu löschen, welche bei Kontakttren­ nung zwischen den beweglichen Kontakten 3A und 3B und den festen Kontaktelementen 4A und 4B gezogen werden.

Ein Betriebs- oder Betätigungsmechanismusgehäuse 12 ist un­ terhalb des Lichtbogengehäuses 1 angeordnet, wobei ein Elek­ tromagnet 13 in diesem Mechanismusgehäuse 12 angeordnet und elektrisch von den festen Kontaktelementen 5A und 5B iso­ liert ist. Der Elektromagnet 13 umfaßt im wesentlichen einen festen Eisenkern 13A, einen beweglichen Eisenkern 13B und eine Spule oder Wicklung 13C. Ein erstes Übertragungsbauteil 14 ist an dem beweglichen Eisenkern 13B des Elektromagneten 13 befestigt. Ein zweites Übertragungsbauteil 15 ist für eine Schwenkbewegung um eine feste Welle 15A vorgesehen, wo­ bei ein Ende hiervon normalerweise durch eine zweite Feder 16 so beaufschlagt ist, daß das beaufschlagte Ende in Anlage mit einem oberen Abschnitt des ersten Übertragungsbauteiles 14 ist, wohingegen der andere Endabschnitt des zweiten Über­ tragungsbauteiles 15 in Anlage mit einer unteren Fläche des zweiten Abschnittes 8B des Betätigungsstabes 8 ist.

Eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung 17 ist in dem Betriebsmechanismusgehäuse 12 angeordnet und weist einen fe­ sten Eisenkern 17A, einen beweglichen Eisenkern 17B, eine Spule oder Wicklung 17C, eine Vorspannfeder 17D und einen Schlagstift 17E auf. Die Spule oder Wicklung 17C steht in Serie elektrisch mit einem der festen Kontaktelemente 5A oder 5B in Verbindung und der Schlagstift 17E ist teilweise in die axiale Durchgangsbohrung 8C des Betätigungsstabes 8 einführbar, wie die Schnittdarstel­ lung von Abb. 6 entlang der Linie V-W von Abb. 5 zeigt. Die Anschlußenden der Wicklung 17C sind elektrisch mit dem er­ sten festen Kontaktelement 5A und einem ersten Anschluß 18A über ein Paar von ersten und zweiten Leitungen 19A und 19B in Verbindung. Ein zweiter Anschluß 18B steht elektrisch mit dem zweiten Kontaktelement 5B in Verbindung.

Wenn im Betrieb die Spule 13C des Elektromagneten 13 erregt wird, wird der bewegliche Eisenkern 13B des Elektromagneten 13 an den festen Eisenkern angezogen, so daß das Übertra­ gungsbauteil 14 nach oben gezogen wird. Hierdurch wird das zweite Übertragungsbauteil 15 in Abb. 5 entgegen dem Uhrzeiger­ sinn um die Welle 15A geschwenkt. Das bewegliche Kontaktele­ ment 2 und der Betätigungsstab 8 werden durch die Kraft der Feder 9 unter Führung der Führung 7 nach unten be­ wegt und erreichen eine Schaltlage gemäß Abb. 7. Dies hat zur Folge, daß die beweglichen Kontakte 3A und 3B an dem Kontaktelement 2 in Anlage mit den festen Kontakten 4A und 4B gelangen, wie in Abb. 7 dargestellt, so daß ein Laststrom zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 18A und 18B über das bewegliche Kontaktelement 2 und über die Spule 17C der Antriebsvorrichtung 17 fließen kann.

Wenn die Spule 13C des Elektromagneten 13 abgeschaltet wird, kehren die ersten und zweiten Übertragungsbauteile 14 und 15, der bewegliche Eisenkern 13B des Elektromagneten 13, der Betätigungsstab 8 und das bewegliche Kontaktelement 2 unter Federkraft der zweiten Feder 16 in ihre Ausgangslagen gemäß Abb. 5 zurück. Bei einer nach oben gerichteten Bewe­ gung des beweglichen Kontaktelementes 2 werden dann Lichtbö­ gen 10A und 10B für gewöhnlich zwischen den beweglichen Kon­ takten 3A und 3B und den festen Kontakten 4A und 4B gezogen. Diese Lichtbögen 10A und 10B werden dann von den Löschplat­ ten 11A und 11B angezogen und verformt, wie in Abb. 5 mit den Bezugszeichen 10C und 10D dargestellt. Die löschplatten­ seitigen Lichtbögen 10C und 10D werden von den Löschplatten 11A und 11B gekühlt und dann beim Nulldurchgang des Wechsel­ stromes zum Verlöschen gebracht.

Wenn in der Schaltlage gemäß Abb. 7 ein Kurzschlußfall auf­ tritt, fließt ein hoher Strom durch die Spule 17C der elek­ tromagnetischen Antriebsvorrichtung 17. Dies hat zur Folge, daß der bewegliche Eisenkern 17B der Antriebsvorrichtung 17 an den festen Eisenkern 17A angezogen wird, so daß der Schlagstift 17E nach oben bewegt wird, wie in Abb. 8 dargestellt. Somit wird das bewegliche Kontaktelement 2 durch den Schlagstift 17E nach oben bewegt oder gestoßen. Hierdurch entstehen aufgrund der Kontakttrennung wieder die Lichtbögen 10A und 10B zwischen den beweglichen Kontakten 3A und 3B und den festen Kontakten 4A und 4B. Auch hierbei werden diese Lichtbögen 10A und 10B von den Lösch­ platten 11A und 11B angezogen und verformt, wie in Abb. 8 mit den Bezugszeichen 10C und 10D dargestellt. Dies hat zur Folge, daß der elektrische Widerstand der Lichtbögen an­ steigt und somit der Kurzschlußstrom begrenzt wird. Der Kurzschlußstrom wird dann von einem in der Abbildung nicht dar­ gestellten Trennschalter unterbrochen.

Da bei dem elektrischen Schalter gemäß der eben beschriebe­ nen zweiten Ausführungsform der Betätigungsstab 8 die axiale Durchgangsbohrung 8C aufweist, kann sich der Schlagstift 17E in dieser Durchgangsbohrung 8C bei einer entsprechenden Anordnung der beiden Betätigungselemente bewe­ gen. Somit wird der Schlagstift 17E durch Rei­ bungskräfte oder dergleichen überhaupt nicht beeinflußt. Weiterhin wird das bewegliche Kontaktelement 2 bei der zwei­ ten Ausführungsform direkt von dem Schlagstift 17E angetrieben, der relativ klein und somit leicht baut. Wenn somit ein überhoher Strom fließt, also beispielsweise ein Kurzschlußstrom, wird das bewegliche Kontaktelement 2 durch die Antriebsvorrichtung 17 mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Im Ergebnis werden die Lichtbögen zwischen den fe­ sten und beweglichen Kontakten sehr schnell in die Länge ge­ zogen, so daß der Lichtbogenwiderstand ebenfalls schnell an­ steigt, so daß mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Schal­ ter ausgezeichnete Strombegrenzungseigenschaften realisier­ bar sind.

Gemäß Abb. 9 kann der Betätigungsstab 8 nicht den beispielsweise in Abb. 6 dargestellten rechteckförmigen Querschnitt haben, sondern er kann runden Querschnitt haben. Weiterhin kann die Querschnittsfläche der Durchgangsbohrung 8C eine von der Kreisform abweichende Formgebung, wie bei­ spielsweise in Abb. 9 rechteckförmigen oder in Abb. 10 rechteck-schlitzförmigen Querschnitt haben.

Weiterhin kann der Schlagstift 17E gemäß den Abb. 11 oder 12 zweigeteilt sein. Hierbei ist ein Teil an dem beweglichen Eisenkern der elektromagnetischen Antriebsvor­ richtung 17 angeordnet, wohingegen der andere Teil von dem beweglichen Kontaktelement 2 aus nach unten vorspringt und hierbei axial mit dem einen Teil fluchtet. Hierdurch lassen sich die von der Antriebsvorrichtung 17 zu bewegenden Massen des Schlagstifts 17E verringern.

Abb. 13 zeigt eine Abwandlung des Schalters gemäß Abb. 8. Ähn­ lich der Abwandlung gemäß Abb. 5 umfaßt die Abwandlung gemäß Abb. 13 einen Unterbrecherabschnitt 20 mit einem Gehäuse 21, einem festen Kontaktelement 23 darin und einem festen Kon­ takt 22 daran, wobei ein bewegliches Kontaktelement 26 für eine Schwenkbewegung um eine Welle 25 vorgesehen ist, das einen beweglichen Kontakt 24 trägt, der für eine Kontaktge­ bung mit dem festen Kontaktelement 23 vorgesehen ist. Ein Betätigungsmechanismus 27 zur Schwenkung des beweglichen Kontaktelementes 26 um die Welle 25 ist vorgesehen, um den beweglichen Kontakt 24 vom festen Kontakt 22 zu trennen, wenn ein überhoher Strom fließt, und um den beweglichen Kon­ takt 24 durch Betätigung eines Handgriffes oder eines Betä­ tigungsteiles 28 zu öffnen. Weiterhin ist eine Mehrzahl von Lichtbogen-Löschplatten 29 vorgesehen, um einen Lichtbogen zu löschen, der zwischen dem beweglichen Kontakt 24 und dem festen Kontakt 22 gezogen wird.

Wenn ein überhoher Strom, beispielsweise ein Kurzschlußstrom fließt, wird dieser überhohe Strom durch die Lichtbögen 10A bis 10D in dem Lichbogengehäuse 1 begrenzt, wie bereits be­ schrieben. Weiterhin spricht der Betätigungsmechanismus 27 des Unterbrecherabschnittes 20 an, um das bewegliche Kon­ taktelement 26 zu betätigen, so daß zwischen dem beweglichen Kontakt 24 und dem festen Kontakt 22 ein Lichtbogen gezogen wird. Dieser Lichtbogen wird von den Löschplatten 29 unter­ drückt. Danach wird der offene Zustand des beweglichen Kon­ taktes 24 durch den Betätigungsmechanismus 27 aufrechter­ halten. Die Abwandlung des erfindungsgemäßen Schalters der zweiten Ausführungsform kann somit überhohe Ströme nicht nur begrenzen sondern auch wirkungsvoll unterbrechen. Es sei noch festzuhalten, daß das Öffnen oder Schließen und somit das Unterbrechen oder Freigeben eines Laststromes durch Handbetätigung über das Betätigungsteil 28 erfolgen kann.

Abb. 14 zeigt einen elektrischen Schalter gemäß einer drit­ ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Schalter entspricht im wesentlichen demjenigen der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch hiervon dadurch, daß zusätzlich noch ein Stromwandler 30 vorgesehen ist, mit dem der Stromfluß durch die Wicklung 17C der elektromagneti­ schen Antriebsvorrichtung 17 und somit auch der Stromfluß zwischen den festen Kontaktelementen 5A und 5B erfaßbar ist. Der Stromwandler 30 weist eine Durchgangsbohrung 30A auf.

Der elektrische Schalter gemäß der dritten Ausführungsform ist gemäß Abb. 14 weiterhin so aufgebaut, daß die elektroma­ gnetische Antriebsvorrichtung 17 bzw. deren axiale Wirkungs­ linie mit der axialen Mittellinie des Betätigungs­ stabes 8 fluchtet. Der Elektromagnet 13 ist auf einer Seite der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 17 ange­ ordnet, wohingegen der Stromwandler 30 auf der gegenüberlie­ genden Seite der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 17 angeordnet ist. Die Leitung 19B der Wicklung 17C verläuft durch die Bohrung 30A des Stromwandlers 30.

Der Schalter gemäß der dritten Ausführungsform arbeitet im wesentlichen wie derjenige der ersten Ausführungsform gemäß Abb. 1, so daß gleiche Betriebsabläufe hier nicht nochmals im Detail erläutert werden.

Beim Schalter gemäß der dritten Ausführungsform sind Strom­ wandler 30 und Elektromagnet 13 auf gegenüberliegenden Sei­ ten der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 17 angeord­ net und lassen sich somit in dem gleichen Betriebsmechanis­ musgehäuse 12 anordnen. Somit kann die Gesamtgröße dieses Schalters verringert werden.

Abb. 15 zeigt eine Abwandlung des Schalters von Abb. 14. Die Abwandlung besteht hierbei in einem zusätzlichen Mechanis­ mus, der gemäß Abb. 15 im wesentlichen einen Trenn- oder Un­ terbrecherabschnitt 20 umfaßt. Der Abschnitt 20 weist im we­ sentlichen ein Gehäuse 21, ein festes Kontaktelement 23 in dem Gehäuse 21 mit einem festen Kontakt 22 hieran, ein be­ wegliches Kontaktelement 26, welches um eine Welle 25 schwenkbeweglich ist und einen beweglichen Kontakt 24 zur Kontaktierung mit dem festen Kontakt 22 trägt, einen Betätigungs­ mechanismus 27 zum Schwenken des beweglichen Kontaktelemen­ tes 26 um die Welle 25, um den beweglichen Kontakt 24 auto­ matisch zu öffnen, wenn ein überhoher Strom fließt und um den beweglichen Kontakt 24 von Hand über ein Betätigungsteil 28, wie einen Hebel oder dergleichen zu öffnen, und eine Mehrzahl von Lichtbogen-Löschplatten 29 auf, mittels denen ein zwischen dem beweglichen Kontakt 24 und dem festen Kon­ takt 22 gezogener Lichtbogen löschbar ist.

Wenn bei diesem modifizierten Schalter ein überhoher Strom, beispielsweise ein Kurzschlußstrom fließt, spricht der Betä­ tigungsmechanismus 27 des Unterbrecherabschnittes 20 automa­ tisch an, um den beweglichen Kontakt 24 zu öffnen, wobei dann für gewöhnlich ein Lichtbogen zwischen dem beweglichen Kontakt 24 und dem festen Kontakt 22 gezogen wird. Dieser Lichtbogen wird dann von den Lichtbogen-Löschplatten 29 ge­ löscht. Nachfolgend wird der offene Zustand des beweglichen Kontaktes 24 durch den Betätigungsmechanismus 27 aufrecht­ erhalten. Der modifizierte Schalter kann somit das Unterbre­ chen oder Trennen eines überhohen Stromes bewirken. Es sei noch festzuhalten, daß das Freigeben oder Unterbrechen von Laststrom durch Handbetätigung des Betätigungsteils 28 er­ folgen kann.

Auch bei dieser Abwandlung des erfindungsgemäßen elektri­ schen Schalters ist von Vorteil, daß die Gesamtgröße gering gehalten werden kann.

Es sei noch festzuhalten, daß der Stromwandler 30 gemäß Abb. 14 auch in den Schaltern gemäß den Abb. 5 und 13 anorden­ bar ist.

Claims (6)

1. Elektrischer Schalter mit:
einem beweglichen Kontaktelement (2) mit einem Paar von beweglichen Kontakten (3A, 3B) daran;
einem Paar von festen Kontakten (4A, 4B);
einem Paar von festen Kontaktelementen (5A, 5B), an denen die festen Kontakte einzeln befestigt sind;
einer ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (17) zur Schnellabschaltung mit einem festen Eisenkern (17A) und einem beweglichen Eisenkern (17B) sowie einer Spule (17C), welche elektrisch in Serie mit einem der festen Kontaktelemente (5A, 5B) verbunden ist;
einem Schlagstift (17E) zur Übertragung einer Bewegung des beweglichen Eisenkerns (17B);
einem Betätigungsstab (8) zwischen dem beweglichen Kontaktelement (2) und dem Schlagstift (17E) zur Übertragung einer Bewegung des Schlagstifts auf das bewegliche Kontaktelement, wobei das bewegliche Kontaktelement (2) an einem axialen Ende des Betätigungsstabes (8) angeordnet ist und der Schlagstift mit dem anderen axialen Ende des Betätigungsstabs zusammenwirkt;
einer zweiten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (13) zur Ein- und Ausschaltung des Laststroms, welche auf den Betätigungsstab (8) zur Abschaltung einwirkt, wobei die erste und die zweite elektromagnetische Antriebsvorrichtung (17, 13) seitlich nebeneinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine gehäusefeste Führung (7) vorgesehen ist, in der der Betätigungsstab (8) für eine axiale Bewegung geführt ist, und
daß die Längsmittellinie des Schlagstifts (17E) mit derjenigen des Betätigungsstabes (8) fluchtet.

2. Elektrischer Schalter mit:
einem beweglichen Kontaktelement (2) mit einem Paar von beweglichen Kontakten (3A, 3B) daran;
einem Paar von festen Kontakten (4A, 4B);
einem Paar von festen Kontaktelementen (5A, 5B), an denen die festen Kontakte einzeln befestigt sind;
einer ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (17) zur Schnellabschaltung mit einem festen Eisenkern (17A) und einem beweglichen Eisenkern (17B) sowie einer Spule (17C), welche elektrisch in Serie mit einem der festen Kontaktelemente (5A, 5B) verbunden ist;
einem Schlagstift (17E) zur Übertragung einer Bewegung des beweglichen Eisenkerns (17B); und
einer zweiten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (13) zum Ein- und Ausschalten des Laststroms, welche über einen Betätigungsstab (8) auf das bewegliche Kontaktelement einwirkt, wobei die erste und die zweite elektromagnetische Antriebsvorrichtung (17, 13) seitlich nebeneinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine gehäusefeste Führung (7) vorgesehen ist, in der ein erster Abschnitt (8A) des Betätigungsstabes (8) für eine axiale Bewegung geführt ist, und
daß der Betätigungsstab (8) eine axiale Durchgangsbohrung (8C) aufweist, durch die hindurch der Schlagstift (17E) zur Schnellabschaltung auf das bewegliche Kontaktelement (2) einwirkt.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagstift (17E, 17F) aus einem ersten Abschnitt (17F), der an dem beweglichen Kontaktelement (2) befestigt ist und in dem Betätigungsstab (8) verläuft, und einem zweiten Abschnitt (17E) besteht, der mit dem beweglichen Eisenkern der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (17) verbunden ist.

4. Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Unterbrecherabschnitt (20) mit einem Betätigungsmechanismus (27) zum automatischen Unterbrechen eines elektrischen überhohen Stroms und zum Unterbrechen eines elektrischen Stroms durch Handbetätigung.

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektromagnetische Antriebsvorrichtung (13) einen beweglichen Eisenkern (13B) und ein Übertragungsbauteil (14) zur Übertragung einer Bewegung des beweglichen Eisenkerns (13B) auf den Betätigungsstab (8) aufweist.

6. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Stromwandler (30) auf einer Seite der ersten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (17) zur Erfassung eines in deren Spule (17C) fließenden Stroms, wobei die Spule (17C) mit einem Paar von Leitungen (19A, 19B) verbunden ist und eine der Leitungen durch den Stromwandler (30) verläuft.