DE2940766A1 - Strombegrenzender ueberstromselbstschalter - Google Patents

Description

FATINlARIfALT

Dipl. ing. B. HOLSEB

PHILIPPINE -WBLBEB - BTH ΑββΒ Ι«

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W.1022

Augsburg, den 21. September 1979

Westinghouse Electric Corporation Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh Pennsylvania lt>222, V.St.A.

Strombegrenzender Uberstromselbstschalter

Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Uberstromselbstschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs

Dabei handelt es sich um einen überstromselbstscnalter, der im Kurzschlußfalle den über den Schalter fließenden Kurzschlußstrom auf einen Wert begrenzt, der unter der sich an sich aus dem elektrischen Widerstand des Stromkreises ergebenden Kurzschlußstromstärke liegt.

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Überstromselbstschalter finden in elektrischen Installationen von Industrie, Gewerbe und Haushalt als Schutz gegen durch Überströme verursachte Schäden weitverbreitete Anwendung. Mit dem steigenden Bedarf an elektrischer Energie ist auch die Kapazität der diese zur Verfügung stellenden elektrischen Energiequellen entsprechend gesteigert worden, so daß im Falle eines Kurzschlusses extrem hohe Kurzschlußströme durch Verteilerund Verbraucherkreise fließen können. Herkömmliche Überstromselbstschalter sind deshalb nicht mehr in der Lage, ihnen nachgeschaltete Geräte im üurzschlußfall zuverlässig vor schweren Schäden zu schützen.

Daher sind strombegrenzende überstromselbstschalter entwickelt worden, die einen besseren Schutz der Stromkreise bieten, die an ein Wetz oder eine Stromquelle angeschlossen sind, die im Kurzschlußfall sehr hohe Kurzschlußbzw. Fehlerströme entstehen lassen können.

Bei einer bekannten Bauart eines solchen strombegrenzenden Überstromselbstscnalters wird die strombegrenzende Wirkung durch einen im Kurzschlußfall eine extrem schnelle Kontakttrennung herbeiführenden Schaltmechanismus erreicht. Durch diese schnelle Kontakttrennung entsteht ein Lichtbogen zwischen den beiden Schaltkontakten, dessen

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Lichtbogenspannung sich schnell der Systemspannung nänert, so daß der Stromfluß zwischen den Kontakten begrenzt wird.

Obwohl die Leistungsfähigkeit dieser bekannten strombegrenzenden Selbstschalterbauart für gewisse Anwendungen
ausreicht, wäre ein überstromselbstschalter mit noch besserer Strombegrenzung wünschenswert. Außerdem sind die bekannten strombegrenzenden überstromselbstschalter teuer in der
Herstellung und in ihren Abmessungen ziemlich groß, so daß ihre Einsatzmöglichkeiten dadurch begrenzt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen strombegrenzenden überstromselbstschalter der eingangs
genannten Art im Sinne einer Verbesserung seiner Strombegrenzungsfänigkeit auszubilden, wobei gleichzeitig seine Einsatzmöglichkeiten durch kompaktere Abmessungen und
kostengünstigere Herstellbarkeit verbessert werden sollen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene
Anordnung gelöst.

Durch die von der Bewegung des Kontaktarmträgers unabhängige Kippmöglichkeit des daran angelenkten Kontaktarms
kann im Kurzschlußfall der Kontaktarm durch die auf ihn

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einwirkende elektrodynamische Kraft schnell und unabhängig von der Geschwindigkeit des Ansprechens der Auslöseeinrichtung und der üffnungsbewegung des Kontaktarmträgers im Sinne einer Kontakttrennung gekippt werden, so daß eine Begrenzung der Überstromstärke eintritt. Der aufgrund der Auslösung der auf den Überstrom ansprechenden Auslöseeinrichtung in die Offenstellung kippende Kontaktarmträger erfaßt dann mit dem an ihm angeordneten Anschlag den zuvor unabhängig von ihm im Sinne einer Kontakt trennung gekippten Kontaktarm, bevor dieser sich unter dem Einfluß seiner Vorspannung wieder wesentlich in Kontaktschließrichtung bewegt hat.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Durch die einen weiteren Kontaktarm aufweisende Anordnung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die im Kurzschlußfall entstehenden, auf die beiden Kontaktarme wirkenden elektrodynamischen Kräfte eine gegenseitige Abstoßung der beiden Kontaktarme bewirken.

Bei der Anordnung nach Anspruch 7 wird das Magnetjocn bei starken überströmen so stark magnetisiert, daß eine schnelle Kontakttrennung durch schnelle Bewegung des einen Kontaktarms in der einen Richtung, nämlich zum offenen Schlitzende hin, und des anderen Kontaktarms in der anderen

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Richtung, nämlich zum geschlossenen Schlitzende hin stattfindet.

Zur Verhinderung eines Zurückkippens des am Kontaktarmträger angelenkten Kontaktarms kann gemäß Anspruch 12 ein federndes Sperrelement vorgesehen sein, welches den im Sinne einer Kontakttrennung gekippten Kontaktarm in der gekippten Stellung arretiert, bis der Schaltmechanismus die Offenstellung erreicht. Alternativ dazu kann gemäß Ansprucn ein mit dem am Kontaktarmträger angelenkten Kontaktarm gekuppelter Betätigungsnocken vorgesehen sein, der beim Kippen des Kontaktarms im Sinne einer Kontakttrennung die Auslöseeinrichtung betätigt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen menrpoligen

strombegrenzenden Überstromselbstschalter nach der Erfindung, wobei die Schaltkontakte in der Schließstellung dargestellt sind und inre Offenstellung strichpunktiert angedeutet ist,

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Fig. 2 eine Draufsicht auf eine äußere

Poleinheit des in Fig. 1 gezeigten uberstromselbstschalters,

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 durcn

den Überstromselbstschalter im ausgelösten Zustand,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich den Fig. 1

und 3 durch den Überstromselbstschalter nach überstrombedingter Kontakt trennung,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine abge

wandelte Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher der überstromselbstschalter mit einer Verriegelung zur Kontaktarmsperrung nach einer überstrombedingten Kontakttrennung versehen ist,

Fig. 6 einen ähnlichen Schnitt durch eine

noch weitere Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher der Überstromselbstschalter mit einer bei

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übers trombedingter Kontakttrennung tätig werdenden Auslösebetätigung ausgestattet ist, und

Fig. 7 eine Einzelheit eines Rückstell

mechanismus des überstromselbsts ehalte rs nach Fig. 6.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche bzw. entsprechende Teile.

Fig. 1 zeigt einen dreipoligen strombegrenzenden überstromselbstschalter 3 mit einem isolierenden Gehäuse 5 und einem darin untergebrachten riochgeschwindigkeits-Schaltmechanismus 7. Das Gehäuse 5 besteht aus einem isolierenden Sockel 9 mit im wesentlichen ebener Unter- bzw. Rückseite und einem daran befestigten isolierenden Deckel 11. Weiter enthält das Gehäuse 5 isolierende Trennwände, welche das Gehäuseinnere in drei nebeneinanderliegende Kammern zur Aufnahme jeweils einer Poleinheit des Schalters unterteilen.

Der Schaltmechanismus 7 weist einen einzigen Betätigungsmeenanisrnus 13 und einen einzigen Verriegelungsmechanismus auf, die in der mittleren Poleinheit angeordnet sind. Weiter

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weist der Schaltmechanismus 7 in jeder der drei Poleinheiten jeweils eine gesonderte thermische Auslöseeinrichtung 16 und eine elektromagnetische riochgeschwindigkeits-Auslöseeinrichtung 17 auf.

Jede Poleinheit des Schalters enthält ein Schaltkontaktpaar, dessen beide miteinander zusammenwirkende Schaltkontakte 19 und 21 jeweils an einem oberen Kontaktarm 20 und einem unteren Kontaktarm 22 angeordnet sind. Ferner enthält jede Poleinheit eine Funkenlöscheinrichtung 23. Der obere Schaltkontakt 19 ist über den aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden oberen Kontaktarm 20 elektriscn mit einem flexiblen Leiter 24 verbunden, der seinerseits über einen Leiterstreifen 25, die thermische Auslöseeinrichtung 16 und die magnetiscne Auslöseeinrichtung 17 mit einem Anschluß 26 verbunden ist. Der untere Schaltkontakt 21 ist über den ebenfalls aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden unteren Kontaktarm 22, einen flexiblen Leiter 27 und einen Leiterstreifen 28 elektrisch mit einem weiteren Anschluß 29 verbunden. Bei gemäß Fig. geschlossenem Schalter 3 verläuft demgemäß ein Strompfad vom Anschluß 26 über den Leiterstreifen 25, den flexiblen Leiter 24, den oberen Kontaktarm 20, den oberen Schaltkontakt 19, den unteren Schaltkontakt 21, den unteren Kontaktarm 22, den flexiblen Leiter 27 und den Leiter-

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streifen 28 zum Anschluß 29.

Der obere Kontaktarm 20 ist mittels eines Drehzapfens 30 kippbar an einem seinerseits kippbaren Reiter angelenkt, der mittels einer Klammer }k fest auf einer isolierenden Schiene 35 befestigt ist und mit dieser zusammen einen Kontaktarmträger bildet. Demzufolge ist der Kontaktarm 20 unabhängig vom Kontaktarmträger 32, 35 um die durch den Drehzapfen 30 gebildete Achse kippbar, die parallel und mit Abstand zur Kippachse des Kontaktarmträgers verläuft. Eine zwischen dem linken bzw. hinteren Ende des oberen Kontakt arms 20 und einem am Reiter 32 befestigten Winkel 37 angeordnete Zugfeder 36 drängt den oberen Kontaktarm 20 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bezüglich des Reiters 32, indem sie das hintere Ende dieses Kontaktarms gegen einen am Reiter 32 angeordneten Anschlag vorspannt. Bei normalen Stromstärken des über den Schalter 3 fließenden Stromes kippen daher der obere Kontaktarm 20 und der Reiter 32 jeweils gemeinsam mit der Schiene als eine Einheit.

Der einzige Betätigungsmechanismus 13 ist, wie schon gesagt, in der mittleren Poleinheit des dreipoligen Überstromselbstschalters angeordnet und an zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten, in der mittleren Poleinheit

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enKt. Zv;iacnen dem Änie_oeletikzapfen öl und dem bü^ely des Betatigun^sneuels 43 sind 2ugfeaern t>7 an^eoranet.

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* '·♦■ -; ORIGINAL INSPECSJED

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Die oühaituüntaKte Iy und dl Können uurcn Verscnieoen des LiandüetatitbUtiijoeleiaents ^-J in i'i^,. 1 nacn iinko aua der cin-ote lluiifci in die Aus-oteilun^j von nand geöffnet weraen. uei dieser Verscnieounj des nanduetatibUiiöSeleiiientü ureht die ocnieueplat te 4b den betati^un^aneue i 43 im ue_betiulirüeijjersirin. Durch ctiese Ui'enun^ des uetati^ungüneoels verlagert si cn die vVirKun^o linie der den luiienebel unter opannurifi naltenuen Zugfedern 6Y so weit nacn links, aaJo der aus den uliedern b3 uiiu o'j bestehende tvnieheoel nach

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ucr tu trit;$_,ulo&rü ocnwin^iicijel ¹J'{ LGt in Jt,-int· f in i''i_o. 1 (,ezeijiten üteilun_b i!i±ttt-⁴iJ αν α Verriete luii_b3-iMociianiöiiiuö Vj ν-,■ rr-ie^/ iL. atotr Ve rrJ-e^eluiiuuiaucncuiiu-HiUJ l'j weijt i'in Vu rrie^e i a,:_uü_alieu '/1 und. einen iüoiie renucii, Uiii einen ^api'en 7^ ut'enoaren ^ntrie_oeiun,_,öneüei (j> auf. υαό Verrie_oeiun^3oiieu 71 uestent aus einen, in. wedentlicnen Vei'rie^elun^sneuel J'j und einer hoile 77» uit*

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ORIGINAL !^"^C-^SD

ia zwei in den üeiaeii ^cnei.n.oLn aes Verrit;^ Ui^siiieuei.; '{,, ueWi₁ ocnlii^n 7>-' oe^ren^t oewe^iicn jcia^ri iöu.

ώίοίΐϋΓοαοΓ -öl span-t ^u^-^e nulle 77 i;» ηΐο.αα:ί₆ iUm einet. .,i,ae de r ueiadti ^ on Ii t ze 7o hin vor. ja.i Vcriie^-Ui^o ijlieci 71 ist niitbeiü eines ta^l'uns ö^ urenoar au .i<ji. .;ailepiaöten ^l t^eiu^e t't <, Las freie .,nUe aeö oCiiWin^ne^elo j'( ibt in einem in U-.-iit tel.;Le^ a^^ Verriete lu;i_u3ii,:üe Is Tj ^~ üildeten

üiitrie_beiut)_b3neüei 73 iat ein äpritüLe^oübcuea naes 'ieii, aas Kippuai" in den ueiden naite^iacueü 41 yjia_terL und iiiit einein ö^erre lement öj aus^jtaitoi iot, aas iiii Zuj;iiiiir.e:;.vii'Ken itiiu dei;; u-i'iittelste^ Ues Verriete iun^.ö-Glieds 71 üieses in acr in i'i^. i ^estiften olelluii₆ verriegelt. Aa dem entrie_t,e luaren ocnwin_oneüui ^lj7 i^t ein naxcn 'jö ^eüiidet, eier aIo mit aer i^oile 77 zuöanmioiiwirkenaeo Verriete iun_L.seleir,ent zur Verriegelung ueo ocnwin^- hebels in der in i''i_L. 1 o^est'iti^ten «Jtelluiit, aient.

Am oberen lunae aes Verrie^elun^SKÜeds 71 ist eiiie Vorspanni'eder T 2. oe festigt, aie mit in rein anderen ^nue aic. ^ntrie^eluntäSheoel 73 angreift. Bei uieser Vorspannfeder 72 handelt es sich urn eine Druckfeder, welcne das Verrietelungs^lied 71 im Uhrzeigersinn um dessen brenzapfen 83 herum vorspannt, oobald der bntriegelun_osnebel 73

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ORIGINAL INSPECTED

im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird sein Sperrelement 89 von der Oberkante des Verriegelungshebels 75 weg angehoben und die Vorspannfeder 72 dreht das Verriegelungsglied 71 im Uhrzeigersinn, wodurch die sich wegbewegende Rolle 77 den Schwinghebel 57 freigibt. Die Rückstellung des Mechanismus entgegen der Vorspannfeder erfolgt in einer später noch beschriebenen Weise.

Jede Poleinheit des überstromselbstschalters weist eine gesonderte elektromagnetische Hochgeschwindigkeits-Auslöseeinrichtung 17 auf. Diese elektromagnetische Auslöseeinrichtung 17 weist ein im wesentlichen U-förmiges Magnetj och 95 auf, dessen beide Schenkel den Leiter 25 zwischen sich aufnehmen, Ein kippbar im Gehäuse 5 gelagerter Anker 97 weist einen geschichteten magnetischen Ankerkörper 101 und ein Betätigungselement 103 auf.

Außerdem weist jede Poleinheit eine gesonderte thermische Auslöseeinrichtung 16 auf. Diese thermische Auslöseeinrichtung 16 weist ein Bimetallelement I05 auf, das an dem Leiterstreifen 25 angeschweißt ist. Das obere Ende des Bimetallelements 105 trägt eine darin eingeschraubte Einstellschraube 107.

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Befindet sich der überstromselbstschalter in der in Fig. 1 gezeigten, im Schließzustand verriegelten Stellung, spannen die Federn 67 den Schwinghebel 57 über das Kniehebelglied 53 und den üelenkzapfen 63 im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 59 herum vor. Eine Bewegung des Schwinghebels 57 im Uhrzeigersinn wird aber durch den Eingriff des als Sperrelement dienenden Hakens 58 unter die Rolle des Verriegelungsglieds 71 gesperrt, wobei der Schwinghebel 57 das Verriegelungsglied 71 ebenfalls im Unrzeigersinn um dessen Drehzapfen 83 herum spannt. Eine Bewegung des Verriegelungsglieds 71 im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 83 herum wird durch den Eingriff dieses Verriegelungsglieds mit dem Sperrelement 89 des Entriegelungshebels 73 gesperrt. Die Wirkungslinie der vom Verriegelungsglied 71 auf das Sperrelement 89 des Entriegelungshebels 73 ausgeübten Kraft verläuft durch die Achse des Drehzapfens 70 des Entriegelungshebels 73» so daß eine Bewegung des Verriegelungsglieds 71 im Uhrzeigersinn durch den Entriebelungs hebel 73 gesperrt ist, ohne daß der Entriegelungshebel 73 selbst um seine Achse gekippt wird. Demzufolge befindet sich der Entriegelungshebel 73, wenn das Verriegelungsglied 71 und der Schwinghebel 57 gemäß Fig. 1 in ihrer verriegelten Position stehen, in einer neutralen Verriegelungsstellung.

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Der Überstromselbstschalter ist in Fig. 1, wie schon gesagt, im geschlossenen Zustand dargestellt. Beim Auftreten eines hohen, eine bestimmte Stärke übersteigenden Überstromes in irgendeiner der drei Poleinheiten des Schalters wird in der betreffenden Poleinheit der Ankerkörper 101 der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung 17 an das Magnetjoch 95 angezogen, wodurch der Anker 97 im Uhrzeigersinn kippt und den im Ruhezustand vorhandenen Luftspalt zwischen Anker und Magnetjoch schließt· Durch die Kippbewegung des Ankers bewegt sich dessen Betätigungselement 103 im Uhrzeigersinn gegen das untere rinde des Entriegelungshebels 73_f so daß der Entriegelungshebel 73 im Gegenuhrzeigersinn gekippt wird und das Sperrelement außer Eingriff mit dem Verriegelungshebel 75 bewegt. Die durch den Schwinghebel 57 auf die Rolle 77 ausgeübte, nach oben gerichtete Kraft dreht nun das Verriegelungsglied im Uhrzeigersinn, wodurch der Haken 58 des Schwinghebels freigegeben wird. Daher dreht sich nun der Schwinghebel unter der Kraft der auf den Kniegelenkzapfen 6l ausgeübten und über das Kniehebelglied 53 und den Gelenkzapfen 63 auf den Schwinghebel ausgeübten Kraft der Spannfedern 67 im Uhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 59 herum. Durch diese Drehung des Schwinghebels wird der obere Anlenkzapfen 63 des Kniehebels auf die rechte Seite der Wirkungslinie der Spannfedern 67 verlagert, wodurch der Kniehebel 53» 55

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einknickt und der Reiter mit der daran befestigten Schiene im Gegenuhrzeigersinn kippt und die oberen Kontaktarme 20 aller drei Poleinheiten gleichzeitig ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn kippt, so daß die Schaltkontakte aller drei Poleinheiten gleichzeitig geöffnet werden. Dabei wird das Handbetätigungselement 49 in eine zwischen seiner Einstellung und seiner Aus-Stellung gelegene Auslöse-Stellung verschoben, um so in an sich bekannter Weise eine Sichtanzeige dafür zu liefern, daß der Selbstschalter ausgelöst hat.

Bevor der Selbstschalter nach einer automatischen Auslösung von Hand wieder eingeschaltet werden kann, muß der Schaltmechanismus rückgestellt und verriegelt werden. Die Rückstellung des Schaltmechanismus erfolgt dadurch, daß das Handbetätigungselement 49 aus der in Fig. 3 gezeigten Auslöse-Stellung nach links bis ganz in die Aus-Stellung verschoben wird. Dabei nimmt die Schiebeplatte 46 die Nase 44 des Betätigungshebels 43 mit und dreht diesen im Gegenuhrzeigersinn um dessen Drehpunkt in den Einschnitten 56 der Halteplatten 4l. Ein nach unten ragender Ansatz 45 des Betätigungshebels 43 greift an einer Mitηahmefläche 54 des Schwinghebels 57 an und dreht diesen aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung im Gegenuhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 59 herum.

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- 2h -

Während dieser Drenurig des Schwinghebels 57 bewegt sich sein Haken 58 in aem im U-Mittelsteg des Verriegelungshebels 75 gebildeten Schlitz nacn unten, ois er mit der Rolle 77 in berührung Kommt, die er dann in uen schlitzen Jb nacn rechts verdrängt und an inr vorbeigleitet. iJacndem der Haken 53 des Schwinghebels 57 über die riolle 77 ninwet,-ge^litten ist, drückt die Feder Öl die Kolle 77 in ihre in Fig. 1 dargestellte otellung zurück. Wenn das Verriegelungglied 71 wieder seine in Fig. 1 gezeigte Stellung erreicnt, gleitet die Ouerkante des Verriegelungsglieds 71 üüer aas Sperrelement 89 des t-ntriegelungsliebels 73» wonach aie Feder 12 das Sperrelement 89 wieder in sperrenden eingriff mit dem Verriegelungsgliea 71 spannt und dieses in der in Fig. 1 gezeigten Stellung wieder verriegelt. Danach und nach dem Loslassen des Handbetätibungselements 49 spannen die Federn 67 den Scnwinghebel 57 über das raiieheuelgiied wieder im Uhrzeigersinn vor, so daß der Haken ^b sicn wieder etwas nacn oben bewegt und die Rolle 77 ergreift, die ihn in der in Fig. 1 gezeigten Stellung verriegelt. Sodann kann das riandbetätigungselement 49 von Hand zwischen der Aus- und der iiin-3 te llung hin- und hergeschoben werden, um die Schaltkontakte zu schließen und zu öffnen.

Befindet sich der Selbstschalter in der gescnlossenen und verriegelten Stellung gemäß Fig. 1, bewirkt ein niedriger

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- 2b -

Überstrom eine erwärmung des birnetallelements 10t?, so daß sich dieses mit seinem oberen linde in Kig. 1 nach recnts ausbiegt. Die xiinstellscnraube 107 drückt dabei gegen uas betätigungselement 103 des Ankers 97, so daß der cntriegelungshebel 73 wiederum im Uegenuhrzeigersinn ^eKippt und damit eine ochalterauslösung nerbeigefünrt wird, so daß die ochaltkontakte in allen drei Poleinheiten des Schalters in gleicher Weise, wie oben mit oezug auf die magnetische Auslöseeinricntung beschrieben, jäleicnzeitig automatiscn geöffnet werden.

Wie aus den Kig. 1, 2 und t> hervorgent, enthält der uberstromselbstschalter weiterhin ein _&eschlitztes inajinetjoch 110, das ein Gehäuse 112 mit einem Scnlitz 11Ö (Fig. 2) aufweist, durcn welch letzteren die beiden j\ontaktarme 20 und 22 hindurchragen.

hin Puffer 120 begrenzt die Uffnungsbewegung des oberen Kontaktarme 20 bei der nachstehend oescnrieDenen strombegrenzenden Schnelltrennung der ochaltkontakte. Dieser Puffer 120 besteht aus stoßabsoroierendem Werkstoff, beispielsweise Polyurethan oder Butylkautschuck. Diese Werkstoffgruppe hat eine sehr große elastiscne Hysterese, so daß bei maximaler Energieabsorption das Zurückprellen auf ein Miniraum herabgesetzt ist. elin ähnlicher, am (iehäuse-

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sockel 9 montierter Puffer 121 ist dem unteren Kontaktarm 22 zugeordnet.

bei Kurzscnlüssen können überströme mit extrem honen Stromstärken über den überstromselbstschalter 3 fließen. Dieser starke Stromfluß durch den unteren kontaktarm 22 und den Leiter 28 erzeugt einen großen magnetischen Ii¹IuJi in dem geschlitzten Magnetjocn 110. Dieser magnetische Fluß und der Stromfluß durch den unteren Kontaktarm 22 erzeugen eine starke elektrodynamische Kraft auf dem unteren Kontaktarm, die diesen aus seiner in Fig. k strichpunktiert gezeichneten Schließstellung nach unten zum unteren tnde des Schlitzes 118 hin drängt.

Außerdem erzeugt der Stromfluß durch die Kontaktarme 20 und 22 aufgrund der entgegengesetzten Stroinrichtung im oberen Kontaktarm 20 und im unteren Kontaktarm 22 eine starne elektrodynamische Aostoßungskraft zwischen diesen beiden ivontaktarmen. Diese Abstoßungskraft baut sich ueini Auftreten eines Kurzschlußstromes extrem schnell auf, so daß der obere Kontaktarm 20 entgegen der Vorspannkraft der Zugfeder 36 aus der in Fig. 4 strichpunktiert gezeicnneten Schließstellung um seine Anlenkstelle 30 am Reiter 32 herum im üegenuhrzeigersinn in die in Vollinien gezeichnete Strombegrenzungsste llung gekippt wird. Dabei

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wird der obere Kontaktarm 20 mit starker Kraft &e&en den Puffer 120 geschleudert, der so ausgebildet ist, dait> er das Maß des Zurückprellens des oberen Kontaktarms auf ein Minimum begrenzt, liin Zurückprellen des oberen Kontaktarms ist nämlich sehr unerwünscht, da der bei der ivontakttrennung gezogene und durch die Funkenlöscheinricntung gelöschte Lichtbogen wieder zünden kann, wenn die beiden Scnaltkontakte 13 und 21 wieder nahe zueinander kommen. Die elektromagnetische nochgeschwindigkeits-Auslöseeinrichtung 17 ist daher so ausgelegt, dafö sie den Verriegelungmechanismus I^ im Sinne einer Entriegelung des Schaltmechanismus 13 betätigt, bevor die beiden Aontaktarme und 22 sich wieder in die Schließstellung zurückbewegen können. Wenn der Schaltmechanismus 13 sich aus der in Fig. k gezeigten Schließstellung in die in Fig. 3 gezeigte ausgelöste Stellung bewegt, kippt der Reiter 32 im Gegenuhrzeigersinn, wodurch der Gelenkzapfen j>0, mit weicnem der obere Kontaktarm 20 am Reiter angelenkt ist, in die in Fig. 3 gezeigte Stellung angehoben wird, bevor die Zugfeder J>6 den oberen Kontaktarm 20 in seine in Fig. 1 gezeigte ursprüngliche Stellung mit Bezug auf den Reiter j>et zurückholen kann.

Die anfängliche hohe üffnungsbeschleunigung der beiden Kontaktarme erzeugt eine hohe Lichtbogenspannung, was eine

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extrem wirksame Strombegrenzung zur Folge hat. Die kornüinierte Wirkung der elektromagnetischen nochgescnwinai&keits-Auslöseeinrichtung 17 und des hochgeschwindigkeits-Sciialtmechanismus stellt sicner, daß die Schaltkontakte nacn der ochnelltrennung voneinander getrennt bleiben, so daß ein Wiederzünden des bereits gelöschten Lichtbogens vernindert wird.

Eine für Überstromselbstschalter höherer Leistungen geeignete alternative Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Kontaktarmsperre vorgesehen, die ein mittels eines Niets 12 4 am Gehäuseboden 9 befestigtes federndes Sperrelement 122 aufweist, das mit einer am hinteren Lnde des oberen Kontaktarms 20 angeordneten Sperrnase 126 zusammenwirkt, wenn der obere Kontaktarm 20 bei einem Kurzschlußstrom durcn elektrodynamische Kräfte im Gegenuhrzeigersinn um den ihn mit dem Reiter 32 verbindenden Anlenkzapfen 30 herum gedreht wird, greift das federnde Sperrelement 122 hinter die Sperrnase 12b und sperrt damit den Kontaktarm 20 gegen ein Zurückkippen. Damit wird verhindert, daß der obere Kontaktarm wieder in Schließrichtung um seinen Anlenkzapfen 30 herum im Uhrzeigersinn zurückkippt, wenn die durch den Kurzschlußstrom bedingten elektrodynamischen Abstoßungskräfte im Bereich des Nulldurchgangs des Über-

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Stroms nachlassen. Der obere Kontaktarm 20 bleibt somit in der in Offnungsrichtung bezüglich des Reiters 32 gekippten Stellung verriegelt, bis der Auslösemechanismus Ib den Schaltmecnanismus 13 entriegelt hat und der Heiter 32 mit dem Anlenkzapfen 30 in die Offnungsstellung kippt, wcDei die Sperrnase 12o von dem Sperrelement 124 freikommt.

tiine weitere Ausführungsform ist in Fig. 6 gezeigt, die ebenfalls für Überstromselbstschalter näherer Leistungen geeignet ist. Diese Ausfünrungsform ist mit einer Auslosebetätigung ausgestattet, die ein Nockenelement 128 mit einer dockenflache 13^ aufweist, das mittels eines Geleukzapfens 129 drehbar an einem am Reiter 32 angeordneten Winkel 37 befestigt ist. liin starres Verbindungsglied ist mittels eines Zapfens 132 am Nockenelement 128 und mit seinem anderen linde am linken bzw. hinteren linde des oberen Kontaktarms 20 angelenkt und kuppelt diese oeiden Teile miteinander.

Im Falle eines Kurzschlusses bei gemäß Fig. 6 in der Schließstellung befindlichem Schalter wird der obere Kontaktarm 20 schnell im Gegenuhrzeigersinri bezüglich des Reiters 32 um den Anlenkzapfen 30 herum gekippt. Demzufolge bewegt sich das Verbindungsglied 130 nach recnts und bewirkt eine Drehung des Nockenelements 128 im üegen-

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Uhrzeigersinn um dessen Uelenkzapfen 129 herum. Die Dockenflache 13^ des Nockenelements 128 schlägt dabei auf den Ankerkörper 101 der elektromagnetiscnen Auslöseeinrichtung 17, wodurch die Entriegelung des Verriegelungsmechanismus Ib in der oben mit bezug auf die elektromagnetische Auslösung beschriebenen Weise herbeigeführt wird. Durch die Entriegelung des Verriegelungsmechanismus wird in kürzester Zeit nach dem Kippen des oberen Kontaktarms 20 im üegenuhrzeigersinn das Einknicken des schaltmechanismus 13 eingeleitet, wobei das Ansprechen des Verriegelungsmechanismus lt> und die Betätigung des Schaltmechanismus 13 nach dem Kippen des oberen Kontakt arms schneller erfolgt, als es ohne die das Nockenelement 128 und das Verbindungsglied 130 aufweisende Auslösebetätigung der Fall wäre.

Die Auslösebetätigung mit dem Nockenelement 12 8 und dem Verbindungsglied 130 ist in stromDegrenzenden Überstromselbstschaltern vorgesehen, die in Anlagen mit hohen möglichen Fehlerstromstärken eingesetzt werdeno Bei einem Kurzschluß in einem durch einen solchen Selbstschalter abgesicherten Stromkreis werden die Kontaktarme 20 und extrem schnell voneinander getrennt. Bei für gewisse Nennströme ausgelegten Schaltern ist die auf den Ankerkörper 101 wirKende magnetische Kraft im Hinblick auf dessen

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Trägheit nicht ausreichend groß, um die Schalterauslösung schnell genug einzuleiten. Bei Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Ausfünrungsform findet gleichzeitig mit der Scnnelltrennung der KontaKtarme 20 und 22 eine durcn den oberen Kontaktarm zwangsläufig herbeigeführte Auslösung statt. Demzufolge wird der Schaltmechanismus 13 in ausreichend kurzer Zeit entriegelt, um ein Zurückkippen des oberen Kontaktarms und somit ein Miederschließen der Schaltkontakte zu verhindern.

Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, kann der Verriegelungshebel 75 mit einem daran angeschweißten, L-forinigen Rückstellwinkel 135 ausgestattet sein, wach einer Schalterauslosung wird der Schaltmechanismus 13 durch Verschieben des Handbetätigungselements ¹Jy aus der zwischen der Ein-Stellung und der Aus-Stellung gelegenen Auslöse-Stellung in die Aus-Stellung rückgestellt. Dadurcn wird der Betätigungshebel 43 im Gegenuhrzeigersinn um seine Gelenkachse in den Einschnitten 5b der Halteplatten gedreht. Der Kniegelenkzapfen 61 des Kniehebels 53» 55 kommt dabei in Anlage mit den Rückstellwinkel 135 und dreht dadurch das Verriegelungsglied 71 im üegenuhrzeigersinn entgegen der Vorspannung der Vorspannfeder 72, bis sich das Ende des Verriegelungshebels 75 wieder in Eingriff mit dem Sperrelement 89 befindet. Gleichzeitig mit

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diesem Vorgang wird auch der Scnwingneoe1 57 durcn den an seiner mit i'litnanme fluche 54 angreifenden ßetätigungsnebelansatz 45 im Gegenunrzeigereinn gedrent, wooei sein iiaken 5ü an der Holle 77 vorbeigleitet, indem er aiese Rolle entgegen der von der r'eder dl Dewirkten Vorspannun_b in den sie führenden ocnlitzen nach rechts veraran_&t. wachdem sicn der haken 5B unterhalb aer Rolle 77 oefinüet, rastet diese wieder in die in Fig. 6 gezeigte otellunj-, ein und sichert den Schwingnebel 57 in seiner verrxe_toelten Stellung. Nunmehr lassen sich die Schaltkontakte ly und durch Verschieben des nandoetätigungselements 4y aus der Aus-Stellung in die ^in-ote llung wieder schließen.

i'alls die ochaltkontaKte ly und 21 infolge extrem noher üuerstrome miteinander verschweißen, wird der Verriegelungsmechanismus 15 durcn die elektromagnetiscne Auslöseeinricntung 17 entriegelt. Infolgedessen kippen die beiden Kontaktarme 20 und 22 gemeinsam im Uegenunrzei&ersinn, bis der am unteren Kontaktarm 22 angeordnete Zapfen an dem am Gehäuse 112 des MagnetJoches 110 angeordneten Anschlag 39 anschlägt. Wenn dann versucht wird, den selbstschalter zurückzustellen, indem das riandbetätigungselement 49 nach links in Richtung auf die Aus-Stellung verschoben wird, werden der ßetätigungsnebel 43 und der Schwingnebel 57 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Dabei bewegt sich

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der Haken 5Ö bezüglich der Holle 77 nach unten. Ua aber der obere, überden Reiter 32 mit dem Kniehebel verbundene Kontaktarm 20 mit dem unteren Kontaktarm verschweißt ist, ist es nicht möglich, den Kniete lenkzapfen öl des Kniegelenks weit genug nach links zu verschieben, um ihn in Anlage mit dem Rückstellwinkel 135 zu bringen. Demzufolge halt die Vorspannfeder 72 das Verriegelungsglied 71 in der im Unrzeigersinn gedrenten stellung, so daß die Holle bezüglich des Hakens t>8 nach recnts verschoben bleiot und der Schwinghebel ^7 sich nicht verriegeln läßt. Beim Loslassen des Handbetätigungselements 49 bewegt daher die Kraft der Spannfedern 67 das riandbetätigungaelement zurück in die iiin-oteilung,, was den wahren Zustand der Schalt kontakte Y) und 21, nämlicn den Schließzustand anzeigt. Damit weiß das bedienungs- bzw. Überwachuntspersonai, dai5 trotz des Versuchs aes üffnens bzw. Rückstellens des Scnalters die Schaltkontakte aufgrund einer Kontaktverschweißung immer nocn geschlossen sind.

Der beschriebene Üoerstromselbstschalter, der zwei kippoare Kontaktarme, von denen einer um eine bewegliche Kippachse kippbar ist, und eine elektromagnetiscne nocngeschwindigkeits-Auslöseeinrichtung aufweist, ermöglicht eine extrem schnelle Kontakttrennung und Strombegrenzung· Die zusätzliche Anordnung eines geschlitzten Magnetjocnes

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zur elektrodynamischen Beeinflussung der Kontaktarme, der federnden Kontaktarmsperre, der einen iMOcken aufweisenden Auslösebetätigung üoer den Kontaktarm, des Uückstellwinkels und der stoiiabsorbierenden Puffer bringt eine weitere Verbesserung des stronibe_forenzenden ÜDerstroiuselbstscnalters, bei welchem keine üefanr des unbeabsicntigten Wiederschlieüens der üchaltkontakte besteht und der Schließzustand der ocnaltKontakte definitiv angezei_ot wird.

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Claims (15)

rATBHTARWALT Dipl. ing. B. HOLZEK PHILIPPINE -WBLSBB · STBASSB IA 8000 AUGSBUBQ OQ/ Π ICC TBLBFOR 610«?· -V_ *«3HU/ÖO TELRX S83S0S petal 4 Patentansprüche

1. itrombegrenzender Überstromselbstschalter mit mindestens einem Paar miteinander zusammenwirkender Schaltkontakte, von denen einer an einem beweglicnen Kontaktarm angeordnet ist, weiter mit einem Schaltmechanismus, der einen den Kontaktarm halternden, zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung beweglichen Kontaktarmträger aufweist, und mit einer auf eine bestimmte Überstromstärke ansprechenden Auslöseeinrichtung zum Auslösen des Schaltmechanismus im Sinne einer kontaktoffenden Betätigung des Kontaktarmträgers, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktarmträger (32, 34, 35) kippbar gelagert und der Kontaktarm (20) seinerseits um eine zur Kippachse des Kontaktarmträgers parallele Kippachse (30) kippbar am Kontaktarmträger angelenkt und in Schließrichtung gegen einen am Kontaktarmträger angeordneten Anschlag vorgespannt (36) ist, und daß dem Kontaktarm Mittel (110) zugeordnet sind, die beim Auftreten von über der Auslösestromstärke der Auslöseeinrichtung liegenden Überstromstärken eine auf den Kontaktarm wirkende elektrodynamische Kraft erzeugen, die den Kontaktarm entgegen dessen Vorspannung schnell und unabhängig vom Kontaktarmträger in Kontaktöffnungsrichtung von dem Anschlag weg kippt.

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2. uberstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere (21) der beiden Schaltkontakte (19, 21) an einem weiteren Kontaktarm (22) angeordnet ist, der im wesentlichen parallel zum erstgenannten, den einen Schaltkontakt (19) tragenden Kontaktarm (20) verläuft und elektrisch derart angeschlossen ist, daß die Stromflußrichtung in diesem weiteren Kontaktarm entgegengesetzt zur Stromflußrichtung im ersteren Kontaktarm ist.

3. Uberstromselbstschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kontaktarm (22) in begrenztem Maße um eine zur Kippachse des Kontaktarmträgers (32, 3^, 35) verlaufende Achse (18) kippbar gelagert ist und daß der Abstand der Kippachse des weiteren Kontaktarms von der durch die Anlenkung zwischen dem ersteren Kontaktarm und dem Kontaktarmträger definierten Kippachse des ersteren Kontaktarms kleiner als der Abstand der Kippachse des weiteren Kontaktarms von der Kippachse des Kontaktarmträgers ist.

4. uberstromselbstschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kontaktarm (22) in Richtung zum ersteren Kontaktarm (20) in eine Ruhestellung vorgespannt ist, aus welcher er beim Schließen der Schaltkontakte durch den am ersteren Kontaktarm (20) angeordneten

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Schaltkontakt (19) etwas ausgelenkt wird.

5. Uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erstere, am Kontaktarmträger (32, 3¹*, 35) angelenkte Kontaktarm (20) durch eine einerseits an diesem und andererseits am Kontaktarmträger angreifende Feder (36) gegen den Anschlag vorgespannt ist.

6. Uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kontaktarm (22) derart mit Bezug auf die auf höhere Überstromstärken ansprechenden Mittel (110) angeordnet ist, daß diese bei entsprechenden Überströmen auf den weiteren Kontaktarm ebenfalls eine elektrodynamische Kraft ausüben, die zu der auf den ersteren Kontaktarm ausgeübten elektrodynamischen Kraft entgegengerichtet ist und in Kontaktöffnungsrichtung auf den weiteren Kontaktarm wirkt.

7. Uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf höhere Überströme ansprechenden Mittel (110) ein magnetisches Joch mit einem an einem Ende offenen und am anderen £nde geschlossenen Schlitz (118) aufweisen, durch welcn letzteren die beiden Kontaktarme (20, 22) hindurchverlaufen.

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8. uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß dem ersteren, am Kontaktarmträger (32, 3^> 35) angelenkten Kontaktarm (20) ein Stoßdämpfer (120) zugeordnet ist, der die üffnungsbewegung dieses Kontaktarms begrenzt.

9. uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Kontaktarm (22) ein Stoßdämpfer (121) zugeordnet ist, der die Bewegbarkeit des weiteren Kontaktarms in Öffnungsrichtung begrenzt.

10. Uberstroraselbstschalter nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßdämpfer (120 bzw. 121) aus einem Werkstoff mit großer, ein Zurückprellen des Kontaktarms weitgehend ausschließender elastischer Hysterese ist.

11. Uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem am Kontaktarmträger (32, 34, 35) angelenkten Kontaktarm (20) Sperrmittel (122, 126) zugeordnet sind, die nach einem vom Kontaktarmträger unabhängigen, kontakttrennenden Kippen des Kontaktarms diesen gegen ein anschließendes Zurückkippen sperren und ihn erst nach dem Kippen des Kontakt-

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armträgers in die Offenstellung wieder freigeben.

12. Uberstromselbstschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel ein federndes Sperrelement (122) und eine damit zusammenwirkende, am Kontaktarm (20) angeordnete Sperrnase (126) aufweisen, welch letztere beim unabhängigen Kippen des Kontaktarms in sperrenden Eingriff mit dem federnden Sperrelement bewegt und beim Kippen des Kontaktarmträgers in dessen Offenstellung wieder aus diesem sperrenden Eingriff herausbewegt wird.

13. Üoerstromselbstschalter nach einem der Ansprücne bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wirkungsmäßig zwischen dem am Kontaktarmträger (32, 3^, 35) angeordneten Kontaktarm (20) und der Auslöseeinrichtung (17) angeordnete Auslösebetätigungsmittel (128, 130) die Auslöseeinrichtung betätigen, wenn ein vom Kontaktarmträger unabhängiges kontakttrennendes Kippen des Kontaktarms stattfindet.

14. Uberstromselbstschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösebetätigungsmittel ein auf die Auslöseeinrichtung (17) wirkendes Nockenelement (128) und ein dieses Nockenelement mit dem Kontaktarm (20) kuppelndes Verbindungsglied (130) aufweisen.

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15. uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen einer Ein-Stellung und einer Aus-Stellung bewegbares Handbetätigungselement (49) derart mit dem Schaltmechanismus gekuppelt ist, daß eine Bewegung des Handbetatigungselements in seine Aus-Stellung nach einem Ansprechen der Auslöseeinrichtung eine Rückstellung der Auslöseeinrichtung bewirkt, sofern die Schaltkontakte sich frei trennen lassen, und daß eine Rückstellung der Auslöseeinrichtung nicht erfolgen kann, wenn sich die Schaltkontakte nicht trennen lassen, derart, daß ein Verbleiben des Handbetätigungselements in einer die Kontakttrennung anzeigenden Stellung nur dann möglich ist, wenn die Schaltkontakte tatsacnlicn geöffnet sind.

l6. uberstromselbstschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (17) als elektromagnetischer Auslöser mit einem Magnetjocn (S>5) und einem Anker (97, 101) mit geschichtetem Ankerkörper ausgebildet ist, welch letzterer bei der bestimmten überstromstärke vom Magnetj och angezogen wird.

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