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DE69508339T2 - Hochleistungs-Selbstschalter - Google Patents

Hochleistungs-Selbstschalter

Info

Publication number
DE69508339T2
DE69508339T2 DE69508339T DE69508339T DE69508339T2 DE 69508339 T2 DE69508339 T2 DE 69508339T2 DE 69508339 T DE69508339 T DE 69508339T DE 69508339 T DE69508339 T DE 69508339T DE 69508339 T2 DE69508339 T2 DE 69508339T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pin
latch
tooth
arm
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69508339T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69508339D1 (de
Inventor
Sergio Pianezzola
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BTicino SpA
Original Assignee
BTicino SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BTicino SpA filed Critical BTicino SpA
Application granted granted Critical
Publication of DE69508339D1 publication Critical patent/DE69508339D1/de
Publication of DE69508339T2 publication Critical patent/DE69508339T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/50Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/52Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever
    • H01H71/526Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever the lever forming a toggle linkage with a second lever, the free end of which is directly and releasably engageable with a contact structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04Means for indicating condition of the switching device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/1009Interconnected mechanisms
    • H01H71/1027Interconnected mechanisms comprising a bidirectional connecting member actuated by the opening movement of one pole to trip a neighbour pole
    • HELECTRICITY
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/50Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/505Latching devices between operating and release mechanism

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Switches With Compound Operations (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen miniaturisierten automatischen Schalter (oder Unterbrecher) gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (FR-A-2 674 679).
  • Es ist bekannt, daß magneto-thermische Schalter automatische Umschaltvorrichtungen sind, bei denen zwei Kontakte durch eine Vorrichtung zum manuellen Scharfmachen oder Einstellen geschlossen werden und sich auf eine automatische Art und Weise durch die Wirkung von Überstrom öffnen müssen, der durch den Schalter fließt, um einen Schutz von elektrischen Systemen gegen Überlastungen und Kurzschlüsse sicherzustellen.
  • Zu diesem Zweck werden allgemein zwei Typen von Schutzwirkungen in Betracht gezogen:
  • - Schutz gegen Überlastungen,
  • - Schutz gegen Kurzschlüsse.
  • Ein Schutz gegen Überlastungen wird durch ein bimetallisches Element sichergestellt, das sich, wenn dasselbe durch den Strom, der durch dasselbe fließt, aufgewärmt wird, verformt, bis es auf eine Auslösevorrichtung der Vorrichtung zum Scharfmachen wirkt und folglich bewirkt, daß sich die Kontakte öffnen.
  • Da das bimetallische Element einen Auslegerbalken mit einer bestimmten Flexibilität bildet, dessen Ende auf die Lösevorrichtung wirkt, hängt die Verformung, die bei gegebenen Überlastbedingungen bewirkt wird, von den Widerstandkräften ab, die durch die Lösevorrichtung ausgeübt werden und bezüglich der Zeit und als eine Funktion der Arbeitsbedingungen variieren können.
  • Um eine Wiederholbarkeit des Eingreifens sicherzustellen, ist es folglich notwendig, daß die entgegengerichteten Widerstandskräfte minimiert werden, so daß deren Schwankungen sowohl bezüglich des Absolutwertes als auch bezüglich der mechanischen Kräfte vernachlässigbar sind, die durch das Bimetallelement ausgeübt werden können.
  • Die Wirkung des thermischen Überlastschutzes muß nicht besonders schnell sein, muß aber wiederholbar sein.
  • Das Problem des Schutzes gegen Kurzschlüsse unterscheidet sich sehr.
  • In diesem Fall kann der Strom, der durch die Kontakte fließt, innerhalb von lediglich einer Millisekunde auf Pegel von der Ordnung von Tausenden von Ampere rasch zunehmen, und zwar mit katastrophalen Auswirkungen auf das System und auf den Schalter, falls es ermöglicht wird, daß derselbe sogar für lediglich wenige Millisekunden andauert.
  • Die erste Folge ist aufgrund des Kontaktwiderstandswerts zwischen den Kontakten, der zwar klein aber nicht Null ist, das lokale Erwärmen und ein mögliches Zusammenschweißen der Kontakte, was den Betrieb des Schalters und dessen Möglichkeit schädigt, als ein Schutz zu wirken, um weitere Folgen zu vermeiden.
  • Es ist daher wesentlich, daß sich, sobald ein Kurzschluß auftritt, und d. h. sobald der Strom Pegel erreicht, die größer als normale Pegel sind, die Kontakte extrem schnell öffnen.
  • Zu diesem Zweck steht ein Elektromagnet eines Plunger-Typs, der durch den Strom, der durch den Schalter fließt, mit Energie versorgt wird, eine Stoßvorrichtung gegen den Lösemechanismus, der das Auslösen der Vorrichtung zum Scharfmachen bewirkt.
  • Gleichzeitig wirkt die Stoßvorrichtung im allgemeinen durch ein Zwischenelement auf einen der Kontakte, wobei derselbe von dem anderen weg bewegt wird.
  • Die Geschwindigkeit, die auf die Stoßvorrichtung durch das magnetische Feld übertragen wird, das durch den Strom erzeugt wird, ist zwar hoch, jedoch nicht unendlich, wobei die Energie, die durch die Stoßvorrichtung auf die Lösevorrichtung übertragen wird, und die Geschwindigkeit, die auf dieselbe übertragen wird, von der Trägheit derselben und von den Widerstandskräften abhängen, die der Löseoperation entgegengerichtet sind.
  • Es ist folglich notwendig, daß die Lösevorrichtungen ein minimales Moment und die geringstmöglichen Widerstandskräfte aufweisen.
  • Zur gleichen Zeit müssen die Vorrichtungen aufbaumäßig einfach sein, einfache Zusammenbauoperationen und Aufbauoperationen ermöglichen und müssen klein und kompakt sein, um in der Lage zu sein, in miniaturisierten Behältern mit Abmessungen untergebracht zu werden, die tatsächlich standardisiert sind und in denen eine Mehrzahl von anderen Komponenten untergebracht werden müssen, wie z. B. Anschlüsse, schnell wirkende Elektromagneten und eine Bogenlöschkammer.
  • Um diesen Anforderungen gleichzeitig Genüge zu tun, ist eine breite Vielzahl von Lösevorrichtung vorgeschlagen worden, unter denen die Auslöseunterbrechungslösevorrichtungen mit einer geneigten Ebene und einer Zurückhaltehakenklinke eine besonders wirksame, soweit die Betriebsgeschwindigkeit betroffen ist, zu sein scheinen, von denen ein Beispiel in dem französischen Patent Nr. 2 674 679 beschrieben ist.
  • Bei diesen Vorrichtungen wird eine Verbindung zum Scharfmachen gegen eine geneigte Ebene gedrückt, die in einem Tragehebel für einen bewegbaren Kontaktarm gebildet ist, wobei dieselbe den Tragearm und den bewegbaren Kontaktarm in der scharfgemachten Position (bei geschlossenen Kontakten) gegen die Wirkung einer Feder hält, die den Tragehebel und den Kontaktarm in eine Ruheposition vorspannt, in der die Kontakte offen sind.
  • Die Schubkraft, die durch die Verbindung zum Scharfmachen auf die geneigte Ebene ausgeübt wird, ist nicht senkrecht zu der Ebene, so daß die Verbindung dazu tendiert, entlang der Ebene zu gleiten, aber durch eine Zurückhaltehakenklinke am Ort gehalten wird, die diese Komponente der Schubkraft, die durch die Verbindung tangential zu der geneigten Ebene ausgeübt wird, absorbiert.
  • Diese Komponente, die günstigerweise weniger als die Schubkraft der Verbindung beträgt, wird auf einen Klinkenschwenkstift übertragen.
  • Auf das Drehen der Zurückhaltehakenklinke um ihren Stift hin wird die Verbindung zum Scharfmachen nicht mehr zurückgehalten und kann entlang der geneigten Ebene gleiten und den Tragehebel von dem zuvor übertragenen Zwang lösen, wobei es folglich ermöglicht wird, daß derselbe die Ruheposition annimmt, in die derselbe durch die Feder gedrängt wird.
  • Die geneigte Ebene, die durch den Tragehebel gebildet ist, und der Zahn der Zurückhaltehakenklinke bilden eine gliedartige Verbindung, die in der Lage ist, das bistabile Kippglied, das durch den Tragehebel und die Verbindung zum Scharfmachen gebildet wird, zu öffnen und daraufhin zu unterbrechen.
  • Obwohl die Lösevorrichtungen dieses Typs wirksam sind, verbleibt das Erfordernis einer noch besseren Leistungsfähigkeit und des Bereitstellens von miniaturisierten automatischen Schaltern mit einer noch höheren Umschaltleistung und mit noch kürzeren Antwortzeiten.
  • Der miniaturisierte automatische Schalter, der den Gegen stand der vorliegenden Erfindung bildet, genügt dieser Anforderung darin, daß eine Vorrichtung zum Scharfmachen des herkömmlichen Typs einer Lösevorrichtung des soeben beschriebenen Typs zugeordnet wird, bei der die Zurückhaltehakenklinke durch eine Einrastklinke ersetzt wird, die über das Zwischenstück eines Auslösehebels oder Auslösebauglieds durch eine elektromagnetische Stoßvorrichtung gesteuert wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die Hakenklinke ein Stoppelement ist, das unter Zug gespannt ist, während eine Einrastklinke ein Stoppelement ist, das unter Druck gespannt wird.
  • Mit dieser einfachen Auswechselung ist es möglich, nicht nur eine einfache und besonders kompakte Lösevorrichtung zu bilden, die mehr Raum für andere Komponenten innerhalb eines Gehäuses eines standardisierten Volumens, insbesondere für einen Elektromagneten mit schneller Antwort und eine Lichtbogenlöschkammer, läßt, sondern die ferner die Erzielung von kürzeren Lösevorrichtungsantwortzeiten ermöglicht als denjenigen, die mit Hakenklinkenvorrichtungen erhalten werden können.
  • Für diese Tatsache wird eine theoretische Erklärung vorgeschlagen, die in vielerlei Hinsicht unerwartet und überraschend ist, wenn man betrachtet, daß Hakenklinken und Einrastklinken funktional äquivalent zu sein scheinen.
  • Die Vorteile, die bezüglich der Leistungsfähigkeit erzielt werden, kompensieren zum Großteil die relativ größere Konstruktionskomplexität der Vorrichtung, die ein Zwischenbetätigerelement für die Einrastklinke erfordert.
  • Die Charakteristika und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlicher werden, die bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird, bei denen:
  • Fig. 1 eine allgemeine Ansicht des Gesamten der Struktur eines automatischen Schalters ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
  • Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Lösevorrichtung des Schalters von Fig. 1 ist;
  • Fig. 3 eine Vorderansicht der Lösevorrichtung von Fig. 2 in einer Ruheposition ist;
  • Fig. 4 eine Vorderansicht der Lösevorrichtung von Fig. 2 in einer scharfgemachten Position ist;
  • Fig. 5 eine Vorderansicht der Lösevorrichtung von Fig. 2 in einer scharfgemachten Position ist, wobei der elektromagnetische Schutz wirksam ist;
  • Fig. 6 ein Vektordiagramm ist, das die Kräfte zeigt, die auf einige der Elemente der Auslösevorrichtung von Fig. 2 wirken;
  • Fig. 7 ein qualitatives Energiediagramm ist, das sich auf eine Einrastklinke bezieht; und
  • Fig. 8 ein qualitatives Energiediagramm ist, das sich auf eine Hakenklinke bezieht.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1 weist ein miniaturisierter automatischer Schalter, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, ein modulares Gehäuse 1 (das durch zwei gekoppelte Halbummantelungen gebildet ist, von denen eine entfernt ist, um es zu ermöglichen, daß das Innere gesehen wird) auf, in dem eine Mehrzahl von Komponenten untergebracht ist, und insbesondere:
  • - ein erster und ein zweiter Anschluß 2, 3 für äußere elektrische Verbindungen;
  • - ein bimetallischer Streifen 4;
  • - ein Anziehelektromagnet 5;
  • - ein Stapel von Lichtbogenlöschplatten 6;
  • - ein Hebel zum manuellen Scharfmachen 7;
  • - ein fester Kontakt 8;
  • - ein bewegbarer Kontakt 9 an dem Ende eines Kontaktarms 10 eines leitfähigen Materials;
  • - eine Verbindung zum Scharfmachen 11;
  • - eine Schnellösevorrichtung, die durch einen Tragehebel 12 für den Kontaktarm 10, eine Vorspannfeder 13 für den Kontaktarm 10, die denselben zu einer offenen Position drängt, eine Einrastklinke 14 und ein Auslösehebel oder ein Auslösebauglied 15 gebildet ist;
  • - eine mechanische Ein-Richtungs-Kopplungsführung für eine Kopplung des bimetallischen Streifens 4 und der Lösevorrichtung.
  • Die zwei Anschlüsse 2, 3 sind über die serielle Verbindung des bimetallischen Streifens 4, eine flexible leitfähige Linse 16, die den Streifen 4 mit dem Kontaktarm 10 verbindet, die Kontakte 8 und 9, wenn dieselben geschlossen sind, und die Elektromagnetwicklung 5 elektrisch zusammen verbunden.
  • Die Elektromagnetwicklung ist an deren Enden offensichtlich über einen starren Kupfervorsprung 18 des Elektromagneten, der den Kontakt 8 trägt, mit dem Kontakt 8 und über einen Lötvorsprung 19 des Anschlusses 3 mit dem Anschluß 3 verbun den.
  • Auf das Öffnen der Kontakte 8 und 9 hin wird die elektrische Verbindung mit der Entwicklung eines elektrischen Lichtbogens zwischen den Kontakten unterbrochen, der, wenn die zwei Kontakte 8, 9 ausreichend voneinander beabstandet sind, auf eine Überwechselelektrode 20 überwechselt, die mit dem Anschluß 2 verbunden ist und denselben zu dem Stapel von Löschplatten 6 führt.
  • Damit der automatische Schalter wirksam ist, ist es nicht nur notwendig, daß die Kontakte 8 und 9 geöffnet werden, sondern daß dieselben ferner so schnell wie möglich auf eine solche Weise voneinander getrennt werden, daß das Überwechseln des Lichtbogens auf die Elektrode 20 so bald wie möglich stattfindet, um die Dauer des Lichtbogens auf ein Minimum zu reduzieren.
  • Fig. 2 zeigt die Struktur der Schnellösevorrichtung für eine bessere Klarheit in einer perspektivischen Explosionsansicht.
  • Der Tragehebel 12 für den Kontaktarm 10 ist an einem Ende mit einem zylindrischen Lager 21 versehen, das einen Stift 22 aufnimmt, der als ein Tragegelenk für den Hebel 12 wirkt, der auf diese Weise gelenkig angebracht ist, um sich um den Stift 22 zu drehen.
  • Der Stift 22 ist an seinen Enden an einer festen Position in das Gehäuse 1 in Eingriff genommen.
  • An dem gegenüberliegenden Ende des Hebels 12 sind auf den gegenüberliegenden Seiten des Hebels zwei zylindrische Stifte 23, 24 gebildet, wobei dieselben Achsen aufweisen, die parallel zu derjenigen des Stifts 22 sind, wobei die Stifte als Gelenkstifte für den Arm 10 bzw. für die Einrastklinke 14 wirken.
  • Der Arm 10 ist an dessen Ende, das dem Kontakt 9 gegenüberliegt, mit einem Lager 25 zum Aufnehmen des Stifts 23 versehen.
  • Das Lager 25 ist vorzugsweise eine Sattel-förmige zylindrische Sitzfläche, da es dies ermöglicht, daß die Drehmitte des Arms 11 so nah wie möglich an dessen Ende liegt, und somit der Hebelarm innerhalb derselben Abmessungen erhöht wird.
  • Ein Schlitz 26, der in einer Zwischenposition in dem Arm 10 gebildet ist, ermöglicht den freien Durchgang des Stifts 22 in dem Arm, verhindert das Entweichen des Stifts 23 aus dem Sattel-artigen Lager 25 und ermöglicht eine vorbestimmte und begrenzte relative Drehung zwischen dem Arm 10 und dem Hebel 12 an dem Gelenk, das durch den Stift 23 gebildet ist.
  • Ein Zahn 27, der an dem Arm 10 in einer Zwischenposition zwischen dem Schlitz 26 und dem Sattel-förmigen Lager 25 gebildet ist, liefert eine Positionsineingriffnahme für die Druckfeder 13, die gegen das Gehäuse wirkend den Kontaktarm 10 (und folglich den Hebel 12) zu einer Ruheposition drängt, bei der die Kontakte offen sind, und die durch ein geeignetes Aneinanderliegen des Gehäuses 1 definiert ist.
  • Einstückig mit dem Tragehebel 12 ist ein Zahn 30 gebildet, der mit einer Ineingriffnahmeebene 31 versehen ist, die mit einem Zahn 29 der Einrastklinke zusammenwirkt, um ein Zweiflach zu bilden, das ein Ende 32 der Verbindung zum Scharfmachen 11 aufnimmt, das an dem anderen Ende auf einer Trommel 33 eines Hebels zum manuellen Scharfmachen 7 schwenkt wird.
  • Der Zahn 30 erstreckt sich über die Ebene 31 hinaus, um eine Mündung für das Unterbringen des Endes der Verbindung 32 zu bilden, wenn die Betätigung der Einrastklinke ermöglicht, daß das Ende 32 mittels der relativen Bewegung zwischen dem Ende 32 und dem Tragearm 12, die durch die Feder 13 oder, wie es weiter im folgenden erkannt wird, durch den elektromagnetischen Betätiger 5 hervorgerufen wird, auf der Ebene 31 gleitet und in die unterbringende Mündung eindringt.
  • Die Einrastklinke 14 ist im wesentlichen durch einen kleinen Hebel gebildet, der an einem Ende mit einer Öse 28 zum Aufnehmen des Stifts 24 und an dem gegenüberliegenden Ende mit dem im vorhergehenden erwähnten Zurückhaltezahn 29 versehen ist.
  • Geeigneterweise erstreckt sich die Einrastklinke 14 als ein U-förmiger Arm 34, der in einem Betätigungszahn 35 für die genannte Einrastklinke endet, zu der Öse 28 gebogen ist und mit einer radialen Entfernung von der Öse gebogen ist, die gleich oder weniger als die radiale Entfernung des Rückhaltezahns 29 von der Öse 28 beträgt.
  • Der U-förmige Arm 34 bildet mit dem Zahn 30 des Tragearms einen geschlossenen Behältnisschlitz, in dem das Ende 32 der Verbindung gleiten kann.
  • Die Einrastklinke 14 ist zu einer Ruhe- und Aneinanderliegeposition durch eine Feder 36 vorgespannt, die zwei Enden aufweist, die in die Einrastklinke 14 bzw. den Körper des Arms 12 eingreifen.
  • Eine geeignet geformte Plastikkappe 37 ist über dem oberen Ende des Tragehebels 12 für den Kontaktarm 10 schnappmäßig in Eingriff genommen und verhindert, daß die Einrastklinke 14 von dem Stift 24 getrennt wird.
  • Vorteilhafterweise kann die Kappe 37 aus farbigem Plastik- Material hergestellt sein und mit farbigen Klebstoffetiketten auf eine solche Art und Weise versehen sein, um über ein offenes Fenster 38 (Fig. 1) in dem Gehäuse 1 eine visuelle Anzeige der Position der Kappe in dem Gehäuse und folglich die Position des Tragehebels des bewegbaren Kontaktarms zu liefern.
  • Die Lösevorrichtung weist ferner einen Auslösehebel oder ein Auslösebauglied 39 auf, das als ein Betätigungszwischenstück zwischen der elektromagnetischen Stoßvorrichtung und der Einrastklinke 14 wirkt.
  • In Fig. 2 ist das Auslösebauglied 39 für eine bessere Klarheit als in zwei Pfeile 39A und 39B unterteilt gezeigt.
  • Das Auslösebauglied, das aus einem isolierenden Material geeignet hergestellt ist, ist durch zwei parallel nebeneinander angeordnete Seitenstücke gebildet, die durch eine Platte 42 verbunden sind, um einen Sattel zu bilden, der den Hebel 12 und den Arm 10 teilweise unterbringt.
  • Die zwei Seitenstücke sind mit axial ausgerichteten Öffnungen 40, 41 versehen, durch die der Stift 22 frei hindurchtreten kann.
  • Es ist klar, daß die Anordnung, die das Auslösebauglied 39, den Arm 10, den Hebel 12, die Einrastklinke 14 und die zugeordnete Feder 36, die Kappe 37 und den Stift 22 aufweist, einfach als eine einheitliche Anordnung zusammengebaut werden kann, um eine Hin- und Herschaltvorrichtung zu bilden, die mit einer einfachen Operation in das Gehäuse 1 eingebaut werden kann.
  • Das Auslösebauglied kann sich relativ zu dem Tragehebel 12 und dem Arm 10 um einen vorbestimmten Winkel drehen, der durch das Eingreifen eines Vorsprungs 43 des Tragehebels 12 in einen Zahn 44 des Seitenstücks 39A und durch das Eingreifen zwischen einem Vorsprung 45 der Platte 42 in den bewegbaren Kontaktarm 10 definiert ist.
  • Ein zweiter Zahn 46 des Auslösebauglieds greift in einen Zahn 47 des Gleitstücks 48 ein, wenn das Gleitstück durch das Biegen des Bimetallstreifens 4 (Fig. 1), das auf einen Zahn 49 des Gleitstücks wirkt, in der Richtung, die durch den Pfeil A von Fig. 2 angezeigt ist, versetzt wird.
  • Um die Einrastklinke 14 zu betätigen, ist das Auslösebauglied mit einem Auslösehebel 50 versehen, das in einem Zahn 51 endet. Wenn bewirkt wird, daß sich das Auslösebauglied mittels einer Kraft, die durch die Elektromagnetstoßvorrichtung 52 auf die Platte 42 ausgeübt wird, in der Richtung des Uhrzeigersinns (wie es in Fig. 1 und 2 betrachtet wird) um den Stift 22 dreht, berührt der Zahn 51 den Betätigungszahn 35 der Einrastklinke und bewirkt, daß sich dieselbe in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn um den Stift 24 dreht.
  • Folglich wird das Ende der Verbindung 32, das nicht mehr auf der geneigten Ebene 31 zurückgehalten wird, angehoben, so daß die gesamte Lösevorrichtung frei wird, um sich in einer Richtung in dem Uhrzeigersinn zu drehen.
  • Falls die Stoßvorrichtung 52 wirkt, wird die Drehung durch die Feder 13, die auf den Kontaktarm 10 wirkt, zusammen mit der Wirkung bewirkt, die durch die Stoßvorrichtung 52 auf das Auslösebauglied ausgeübt und von derselben über den Zahn 45 auf den Kontaktarm 10 übertragen wird. Das Öffnen ist besonders schnell, da außer dem Trägheitsmoment der Vorrichtung selbst kein Widerstandskräftepaar auf die Lösevorrichtung ausgeübt wird.
  • Falls der thermische Überlastschutz das Versetzen des Gleitstücks 48 betreibt, bewirkt dies eine Drehung des Auslösebauglieds und des Hebels 50 um den Stift 22, was ein Lösen der Einrastklinke 14 bewirkt. Die Drehung des Kontaktarms 10 und der gesamten Lösevorrichtung wird lediglich durch die Wirkung der Feder 13 bewirkt.
  • In beiden Fällen wird die Drehung des Hebels 12, die durch die Feder bewirkt wird, durch das Eingreifen des Vorsprungs 43 in den Zahn 44 auf das Auslösebauglied 39 übertragen, dessen zwei Vorsprünge 39C und 39D auf eine bekannte Art und Weise mit entsprechenden Vorsprüngen der Auslösebauglieder von daneben angeordneten Schaltermodulen mechanisch gekoppelt sein können, um zu bewirken, daß dieselben ebenso ausgelöst werden.
  • Für einfacheres Verständnis der Funktionsweise der beschriebenen Löselösevorrichtung, zeigen Fig. 3, 4 und 5 schematisch die Vorrichtung in unterschiedlichen Betriebszuständen.
  • In Fig. 3 befindet sich die Auslöselösevorrichtung in einer Ruheposition. In diesem Zustand drückt die Feder 13 den oberen Teil des Kontaktarms 10 und den Tragehebel 12 gegen ein Anstoßstoppelement 53, das durch das Gehäuse 1 gebildet ist.
  • Der Kontaktarm 10 wird in der offenen Position stabil gehalten.
  • Der Hebel zum Scharfmachen 7 befindet sich in der entschärften Position, wobei das Ende der Verbindung ohne Kraft in dem Zweiflach gehalten wird, das durch die geneigte Ebene 31 und den Zahn der Einrastklinke 14 gebildet ist.
  • Die Einrastklinke wird in der Stopposition durch deren Vorspannfeder gehalten, wobei der Zahn zum Betätigen der Einrastklinke, der gegen den Zahn 51 des Auslösebauglieds drückt, dazu tendiert, zu bewirken, daß sich dasselbe in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn um den Stift 22 dreht, wobei dasselbe in der Ruheposition gehalten wird, die durch eine Berührung des Zahns 44 gegen den Vorsprung 43 definiert ist.
  • Durch Drehen des Hebels zum Scharfmachen 7 in der Richtung, die durch den Pfeil 54 angezeigt ist, wird das Ende der Verbindung 11 gegen die geneigte Ebene gedrückt, wobei, da die Einrastklinke dieselbe am Gleiten hindert, der Tragehebel zusammen mit dem Kontaktarm in die Position, die in Fig. 4 angezeigt ist, gedreht wird.
  • In diesem Zustand berührt der Hebel zum Scharfmachen 7 ein Ende-des-Stoßes-Anschlagelement, wobei das Ende der Verbindung 11, die an dem Hebel 7 geschwenkt wird, über die radiale Linie hinaus läuft, die sich von dem Hebeldrehpunkt des Hebels 7 zu dem Ende 32 der Verbindung 11 erstreckt, und wobei die Feder 13 die Lösevorrichtung in der scharfgemachten Position hält.
  • Dies stellt ferner einen vorbestimmten Kontaktdruck zwischen den Kontakten 8 und 9 sicher, die mittels des Schwenkens des Kontaktarms um den Stift 23 und dank der Freiheit der Drehung, die durch den Schlitz 26 sichergestellt ist, geschlossen sind.
  • Falls L1 die Länge des Hebelarms zwischen den Kontakten 8 und 9 und der Drehachse des Kontaktarms ist, ist die Kraft P, die zwischen den Kontakten ausgeübt wird, durch P = FM · L2/L1 gegeben, wobei L2 der Kraftanwendungsarm ist, der durch die Feder bezüglich der Drehachse des Kontaktarms ausgeübt wird, und FM der Zwang ist, der durch die Feder senkrecht zu dem Kontaktarm ausgeübt wird.
  • Fig. 5 zeigt die Auslösevorrichtung, wenn dieselbe aufgrund eines Überschußstromes aktiviert wird.
  • Die Stoßvorrichtung 52 wird gegen das Auslösebauglied 39 geschleudert, das sich zusammen mit dem Auslösehebel 50 um den Stift 22 dreht.
  • Der Zahn des Auslösehebels wirkt auf die Einrastklinke 14, wobei deren Lösung bewirkt wird.
  • Von diesem Moment an wird das Ende der Verbindung 11 nicht mehr durch die Klinke zurückgehalten und ist frei, um auf der geneigten Ebene zu gleiten, wobei es ermöglicht wird, daß sich die Lösevorrichtung durch die kombinierte Wirkung der Schubkraft, die durch die Stoßvorrichtung 52 und die Feder 13 ausgeübt wird, dreht.
  • Die Lösezeit der Einrastklinke ist von extremer Wichtigkeit, um die Antwortgeschwindigkeit des Schutzes sicherzustellen, die so kurz wie möglich sein muß.
  • Da die mechanische Kraft, die durch einen Elektromagneten entwickelt werden kann, begrenzt ist, ist es notwendig, daß die Arbeit, die erforderlich ist, um ein Lösen zu bewirken, so klein wie möglich ist, um die Zeit zu minimieren, die notwendig ist, um die Arbeit durchzuführen.
  • Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm, das die Kräfte auf die unterschiedlichen Komponenten zeigt, die die Arbeit definieren, die unternommen werden muß, um die Einrastklinke zu lösen.
  • Die Bezugszeichen 31, 32 bzw. 56 zeigen die Kontaktebene des Tragehebels, das Ende der Verbindung 11, die im allgemeinen einen kreisförmigen Schnitt mit einem Durchmesser, der nicht Null ist, aufweist, und die Zurückbehalteebene der Einrastklinke 14 an.
  • Falls F die Reaktion ist, die durch die Verbindung 11 ausgeübt wird, um der Schubkraft der Feder entgegenzuwirken und dieselbe auszugleichen, kann die Kraft F in zwei Komponenten aufgeteilt werden, wobei FT senkrecht zu der Ebene 31 und FR senkrecht zu der Ebene 56 ist.
  • Die Komponente FT wird vollständig durch den Tragearm und die Vorspannfeder absorbiert.
  • Es ist klar ersichtlich, daß, je näher die Ebene 31 dem Zustand kommt, senkrecht zu der Kraft F zu sein, der Winkel, der zwischen F und FT gebildet ist, und die Komponente FR desto kleiner werden.
  • In der Praxis kann der Winkel α nicht weniger als einen bestimmten Grenzwert betragen, um sicherzustellen, daß die Verbindung 11 aufgrund der Reibung auf der Ebene 31 nicht hängen bleibt, und derselbe beträgt im allgemeinen nicht weniger als 20º.
  • Es ist ferner deutlich ersichtlich, daß für den gleichen Winkel α der Zustand, für den die Komponente FR minimal ist, derjenige ist, in dem die Ebene 56 senkrecht zu der Ebene 31 ist.
  • Die Kraft FR, die auf die Einrastklinke an dem Punkt des Kontakts zwischen der Ebene 56 und dem Ende der Verbindung 32 ausgeübt wird, wird durch die Reaktion, die durch den Einrastklinkentragestift 24 ausgeübt wird, vollständig ausgeglichen, falls die Achse des Stifts entlang der Komponente FR ausgerichtet ist.
  • Da die Kräfte, die auf die Einrastklinke wirken, vollständig ausgeglichen sind, ist ein minimales Kräftepaar M, das in einer ersten Näherung vernachlässigbar ist, ausreichend, um die Einrastklinke bei dem gesperrten Zustand vorzuspannen.
  • Folglich kann man in einer ersten Näherung, bei das Kräftepaar M vernachlässigt wird, sagen, daß die virtuelle Arbeit, die unternommen werden muß, um die Einrastklinke zu lösen, durch L = D · u · FR = D · u · F · tga gegeben ist, wobei D die Bewegung der Ebene 56 relativ zu dem Ende der Verbindung 32 ist, die notwendig ist, um die Ecke 56 des Zahns der Einrastklinke zu dem Berührungspunkt zwischen der Ebene 56 und dem Ende 32 zu bringen, und u der Reibungskoeffizient ist.
  • Unter Verwendung eines Materials mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten (Bronze, Stahl) ist es folglich möglich, Auslösevorrichtungen herzustellen, die eine minimale Arbeit zum Lösen in der Ordnung von wenigen Dyns (g · cm) erfordern.
  • Diese abstrakte Anordnung ist lediglich in sowohl dem Fall gültig, bei dem die Ebene 56 zu dem Zahn einer Einrastklinke gehört, als auch bei dem Fall, bei dem dieselbe zu dem Zahn einer Hakenklinke gehört, falls die Drehung der Klinke (unabhängig von dem Typ), die notwendig ist, um den Zahn zu lösen, vernachlässigbar ist. In der Praxis ist dies nicht wahr, und eine vorbestimmte Drehung muß stattfinden, wobei dies durch die Tatsache erforderlich gemacht wird, daß das Drehzentrum der Klinke relativ nah an der Ebene 56 liegt.
  • Es ist folglich deutlich ersichtlich, daß in dem Fall einer Einrastklinke eine Kontaktebene, z. B. 56, ein Aneinanderliegen mit dem Ende 32 der Verbindung bei Zuständen eines stabilen Gleichgewichts bildet, und daß Winkelversetzungen der Einrastklinke von der Gleichgewichtsposition lediglich unter Aufbringung von Arbeit erhalten werden, die das Ende 32 von dem Drehzentrum durch eine geeignete Maßnahme trennt.
  • Das Diagramm von Fig. 7 stellt qualitativ die Arbeit dar, die unternommen werden muß, um die Einrastklinke um einen Winkel von der stabilen Position zu drehen.
  • Andererseits bildet in dem Fall einer Hakenklinke eine Kontaktebene, z. B. 56, einen unstabilen Gleichgewichtszustand für das Ende der Verbindung, das durch das Energiediagramm A von Fig. 8 dargestellt wird.
  • Lediglich durch Formen der Kontaktoberfläche 56 als einen zylindrischen Bogen mit einem Radius, der gleich dem Abstand zwischen der Kontaktoberfläche und der Drehachse der Klinke ist, ist es möglich, daß in beiden Fällen ein Zustand eines neutralen Gleichgewichts erhalten wird.
  • Dies ist jedoch nicht ausreichend, um das Verhalten der zwei Elemente äquivalent wiederzugeben.
  • Tatsächlich ist in dem Fall einer Einrastklinke die Kraft FR eine einfache Druckkraft, die nicht die Ausrichtung der Kontaktoberfläche sondern lediglich den Abstand der Oberfläche von der Drehachse (aufgrund der Elastizität des Materials, obwohl dieselbe minimal ist) modifiziert.
  • Andererseits ist in dem Fall einer Hakenklinke die Zugspannung den Biegemomenten unvermeidlich zugeordnet, die dazu tendieren, den Instabilitätszustand zu verstärken, wobei es notwendig ist, um denselben zu vermeiden, das Vorspannmoment M um einen erheblichen und nicht vernachlässigbaren Grad zu erhöhen oder die Oberflächen/Kontakt-Ebene auf eine solche Weise zu neigen, um eine Komponente der Schubkraft einzuführen, die dem Lösen der Einrastklinke entgegengerichtet ist und die Arbeit erhöht, die aufgewendet werden muß, um das Lösen zu bewirken.
  • Für beide Anordnungen wird das Energiediagramm qualitativ modifiziert, wie es durch das Diagramm B von Fig. 8 gezeigt ist.
  • Ein Vergleich von Fig. 7 und 8 wird einen weiteren und nicht vernachlässigbaren Unterschied zwischen dem Verhalten einer Einrastklinke und einer Hakenklinke betonen.
  • In dem Fall einer Einrastklinke ist das Arbeitsdifferential L/d, das notwendig ist, um dieselbe von der Ruheposition zu versetzen, zu Beginn Null und nimmt proportional zu dem Betrag der Versetzung zu.
  • Andererseits ist in dem Fall einer Hakenklinke das Arbeitsdifferential in der Region des Ruhezustands hoch und nimmt mit zunehmendem Abstand von derselben ab.
  • Da in dem Fall einer Auslösevorrichtung der Drehwinkel der Einrastklinke bzw. der Hakenklinke mit der Zeit, die für deren Betätigung notwendig ist, obwohl nicht notwendigerweise auf eine lineare Art und Weise, korreliert ist, ermöglicht die Verwendung einer Einrastklinke eine größere Effizienz und Antwortzeit, da ihre dynamischen Charakteristika besser an diejenigen eines elektromagnetischen Betätigers angepaßt sind, der in der Lage ist, eine Schubkraft und Kraft zu ent wickeln, die mit der Zeit allmählich zunehmen, während sich die Größe des Luftzwischenraums verringert.
  • Folglich zeigt sich die Verwendung einer Einrastklinke als Ersatz für eine Hakenklinke bei einer Hin- und Herschalt- Unterbrechungsauslösevorrichtung eines automatischen Schalters als vorteilhaft, ob der Zahn der Einrastklinke zylindrische oder flache Kontaktoberflächen aufweist.
  • Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich lediglich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und viele Varianten können eingeführt werden. Die Kopplung zwischen der Einrastklinke und dem Auslösebauglied können beispielsweise mittels einer Verbindung an dem Arm der Einrastklinke des Auslösehebels und nicht mittels Eingreifzähnen gebildet sein, wobei die Einrastklinkenvorspannfeder in diesem Fall durch eine Vorspannfeder ersetzt werden kann, die auf das Auslösebauglied wirkt, das wiederum der Einrastklinke eine vorbestimmte Ruheposition auferlegt.

Claims (8)

1. Ein miniaturisierter automatischer Umschalter mit einem Gehäuse (1), in dem ein Paar von Kontakten (8, 9), jeweils ein bewegbarer (9) und ein stationärer (8) Kontakt, untergebracht sind, wobei der bewegbare Kontakt (9) an einem ersten Ende eines Kontaktarms (10) angeordnet ist, der zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position bewegbar ist, mit folgenden Merkmalen:
- einem Hebel zum manuellen Scharfmachen (7), der mit einer Übertragungsverbindung (11) gekoppelt ist, um einen bistabilen mechanischen Kommutator zu bilden,
- einer Stoßvorrichtung (52), die durch einen Elektromagnet (5, 17) betätigt wird,
- einem Tragehebel (12) für den Kontaktarm (10), wobei der Kontaktarm schwenkbar auf einem ersten Stift (22), der von dem Gehäuse (1) getragen wird, angeordnet ist, wobei der Kontaktarm (10) an seinem zweiten Ende gelenkig auf einem zweiten Stift (23) an dem freien Ende des Tragehebels (12) angebracht ist und zumindest eine vorbestimmte Drehung relativ zu dem Tragehebel (12) ausführen kann, wobei der zweite Stift (23) den Kontakten (8, 9) bezüglich des ersten Stifts (22) radial gegenüberliegt,
- einer Feder (13), die an einer Position zwischen dem ersten Stift (22) und dem zweiten Stift (23) auf den Kontaktarm (10) wirkt, um den Tragehebel (12) und den Kontaktarm (10) in die offene Position vorzuspannen,
- einem Zahn (30), der auf dem Tragehebel (12) in einer Zwischenposition zwischen dem ersten (22) und dem zweiten (23) Stift gebildet ist, wobei der Zahn (30) eine Kontakt- und Gleitebene (31) für ein freies Ende (32) der Verbindung (11) bildet, die geneigt und nicht senkrecht zu der Richtung der Schubkraft ist, die von der Verbindung (11) ausgeübt wird, wobei der Umschalter durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
- eine Einrastklinke (14), die gelenkig auf einem dritten Stift (24) an dem freien Ende des Tragehebels (12) angeordnet ist, wobei die Einrastklinke (14) einen Rückhaltezahn (29) mit einer Rückhalteoberfläche (56) für das freie Ende (32) der Verbindung (11) aufweist, die an dem Kontaktpunkt mit dem Ende (32) der Verbindung orthogonal zu der Gleitebene (31) ist, wobei der dritte Stift (24) mit seiner Achse in einer Ebene parallel zu der Gleitebene (31) angeordnet ist und den Kontaktpunkt der Verbindung (11) mit dem Rückhaltezahn (29) enthält,
- ein Auslösebauglied (42), das auf dem ersten Stift (22) schwenkbar angebracht ist und von der Stoßvorrichtung betätigt wird, und das einen Betätigungsarm (50, 51) aufweist, der eine Drehung der Einrastklinke (14) und das Außereingriffbringen des Endes (32) der Verbindung (11) von dem Rückhaltezahn (29) bewirkt, und
- einer Einrichtung (36) zum Anlegen einer Vorspannungskopplung an die Einrastklinke (14) zu der zurückgehaltenen Position.
2. Ein Umschalter gemäß Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (36) zum Anlegen einer Vorspannungskopplung an die Einrastklinke eine zweite Feder (36) um den drit ten Stift (24) aufweist, wobei die zweite Feder (36) das Auslösebauglied (42) über die Einrastklinke (14) in eine vorbestimmte Winkelruheposition vorspannt, die durch das Eingreifen einer Eingreifeinrichtung (44) des Auslösebauglieds mit dem Tragehebel (12) definiert ist.
3. Ein Umschalter gemäß Anspruch 2, bei dem das Auslösebauglied (42) einen Öffnungszahn (45) aufweist, der mit dem Kontaktarm (10) in dessen geschlossener Position eingreift, wenn das Auslösebauglied (42) durch die Stoßvorrichtung (52) aus seiner Ruheposition versetzt wird.
4. Ein Umschalter gemäß Anspruch 3, der ein Bimetall-Element (4) seriell zwischen dem bewegbaren Kontakt (10) und einem elektrischen Verbinderanschluß (2) und ein Gleitstück (49) aufweist, das durch das Bimetall-Element (10) betätigt wird, wobei das Gleitstück (49) mit einem Zahn (47) zum Eingreifen mit einem entsprechenden Zahn (46) des Auslösebauglieds (42) versehen ist.
5. Ein Umschalter gemäß Anspruch 4, bei dem sich der dritte (24) und zweite (23) Stift auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Tragehebels (12) erstrecken, der ferner eine elastische Kappe (37) aufweist, die auf dem zweiten und dritten Stift schnappmäßig in Eingriff genommen ist, um eine Trennung der Einrastklinke (14) von dem dritten Stift zu verhindern.
6. Ein Umschalter gemäß Anspruch 5, bei dem die Kappe (37) einer Öffnung (38) des Gehäuses (1) gegenüberliegt und eine Anzeige der Position des Kontaktarms (10) liefert.
7. Ein Umschalter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Einrastklinke (14) einen U-förmigen Arm (34) aufweist, wobei der dritte Stift (24) in einen zylindrischen Lagersitz (28) eingepaßt ist, der an einem Ende der Einrastklinke (14) vorgesehen ist, wobei das andere Ende des Arms (34) zu dem zylindrischen Lagersitz (28) gebogen ist, um einen Betätigungszahn (35) zu bilden, der durch den Auslösebaugliedbetätigungsarm (50, 51) an einem Punkt des Betätigungszahns (35), der von dem dem dritten Stift (24) um einen Abstand beabstandet ist, der gleich oder geringer als der der Rückhalteebene (31) von dem dritten Stift (24) ist, verbindbar ist.
8. Ein Umschalter gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der bewegbare Kontaktarm (10) ein Sattel-Typ- Lager (25) zum Aufnehmen des zweiten Stifts (23) aufweist.
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