DE102005044540A1

DE102005044540A1 - Elektrisches Installationsschaltgerät

Info

Publication number: DE102005044540A1
Application number: DE102005044540A
Authority: DE
Inventors: Patrick Dipl.-Ing. Claeys; Jürgen Dipl.-Ing. Hofmann; Richard Hack
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2005-09-17
Filing date: 2005-09-17
Publication date: 2007-03-22
Also published as: CA2621484A1; EP1941526A1; WO2007031174A1; CN101268534A; US20080180199A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Installationsgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter und dergleichen, mit einem aus schalenartigen Gehäuseteilen gebildeten Gehäuse, mit einem elektromagnetischen Auslöser und einem thermischen Auslöser, mit einem Schaltschloss mit einer Verklinkungsstelle, mit einem Schieber, der die Bewegung des thermischen Auslösers und des magnetischen Auslösers auf das Schaltschloss zu dessen Entklinkung überträgt, sowie mit einem mit dem Anker des elektromagnetischen Auslösers verbundenen Schlagstift, der auf ein bewegliches Kontaktstück einer Kontaktstelle im Kurzschlussfall zu deren Öffnung einwirkt, wobei die schalenartigen Gehäuseteile, der Schieber, der Schlagstift aus Kunststoff bestehen. Wenigstens der Schieber ist aus strahlenvernetztem Thermoplast, dem vor der Bestrahlung ein Additiv als Vernetzungsverstärker zugeführt ist, gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Installationsschaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter oder einen Motorschutzschalter oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es soll im folgenden im wesentlichen auf einen Leitungsschutzschalter eingegangen werden; die Erfindung ist aber auch anwendbar bei Motorschutzschaltern, Fehlerstromschutzschaltern und dergleichen.

Ein Leitungsschutzschalter besitzt im allgemeinen ein aus schalenartigen Gehäuseteilen gebildetes Gehäuse, einen elektromagnetischen und einen thermischen Auslöser und ein Schaltschloss mit einer Verklinkungsstelle, die sowohl manuell als auch durch die Auslöser entklinkt werden kann. Mit dem Schaltschloss gekuppelt ist ein Kontakthebel, an dem sich ein bewegliches Kontaktstück befindet, welches mit einem feststehenden Kontaktstück zusammenwirkt. Wenn aufgrund eines Überstrom- oder Kurzschlußstromes die Verklinkungsstelle von dem thermischen und/oder elektromagnetischen Auslöser entklinkt wird, wird der Kontakthebel verschwenkt und die Kontaktstelle geöffnet.

Der elektromagnetische Auslöser besitzt im Normalfall einen Anker, der von einem elektromagnetischen Feld betätigt wird. Im Falle eines Kurzschlussstromes schlägt der Anker mit einem damit gekuppelten Schlagstift unmittelbar gegen den Kontakthebel und öffnet die durch das bewegliche und das feststehende Kontaktstück gebildete Kontaktstelle. Wenn aber keine weiteren Maßnahmen vorgesehen sind, wird sich die Kontaktstelle wieder schließen, so dass es erforderlich ist, die Kontaktstelle bleibend zu öffnen. Zu diesem Zwecke ist der Anker mit einem Doppelarmhebel verbunden, dessen anderes Ende mit einem innerhalb des Gehäuses des Leitungsschutzschalters verschieblich angeordneten Schieber verbunden ist, so dass bei einer Auslösung der Schieber verschoben wird und die Verklinkungsstelle öffnet.

Der thermische Auslöser ist meist aus einem Thermobimetallstreifen gebildet, welches sich bei einem sogenannten Überstrom erwärmt und dann ausbiegt, wobei die Bewegung des freien Endes des Thermobimetalls ebenfalls auf den Schieber zur Entklinkung der Verklinkungsstelle übertragen wird.

Das Thermobimetall, das die thermische Auslösung bewirkt, liegt direkt am Schieber an. Da sich das Thermobimetall sukzessiv erwärmt, muss auch der Schieber den entsprechenden Temperaturen standhalten, wobei eine hohe Temperaturbelastung insbesondere bei höheren in den Strömen und entsprechender Charakteristik des Schaltgerätes auftritt.

Bei derzeit hergestellten und verkauften Leitungsschutzschaltern wird der Lichtbogen nach seinem Entstehen in ein Lichtbogenlöschblechpaket getrieben; der Bereich, den der Lichtbogen zwischen der Kontaktstelle, d. h. zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück bis hin zum Lichtbogenlöschblechpaket durchquert, ist als Vorkammerraum bezeichnet. Beidseitig zu dem Vorkammerraum sind sogenannte Vorkammerplatten angeordnet, die aus Keramik bestehen. Diese beiden Vorkammerplatten dienen als Isolierteile gegenüber den Gehäuseinnenwänden und sollen deren Einschmelzen oder Zersetzen verhindern. Bei einigen Leitungsschutzschaltern sind die Vorkammerplatten aus einem Thermoplast hergestellt. Bei Verwendung einer solchen thermoplastischen Vorkammerplatte kommt es bei Entstehen und Lauf des Lichtbogens zu Entgasungen der Vorkammerplatten, die den Lichtbogen beim Lauf in die Lichtbo genlöschkammer unterstützen, was gewollt ist, da sich in diesem Falle die thermische Belastung des Vorkammerraumes verringert und die Strombegrenzung beschleunigt wird. In Fällen, in denen allerdings der Lichtbogen, der zwischen den Kontaktstücken entstanden ist, nicht über Lichtbogenleitschienen zum Lichtbogenlöschblechpaket läuft, kann die auftretende Entgasung thermoplastischer Vorkammerplatten den Startvorgang zusätzlich behindern, was unerwünscht ist. Daher werden die Vorkammerplatten meist aus einer Keramik hergestellt.

Für die Gehäuse von Leitungsschutzschaltern verwendet man entweder Duroplaste wie FS131,5 (Harnstoff), FS803 (Polyester) und FS183 (Melamien/Phenol) oder auch Thermoplaste wie Polyamid 6(PA)6 als Gehäusematerialien. Der Anwendungsbereich für Thermoplaste liegt jedoch auf sehr unterschiedlichem Niveau, je nach Wirkprinzip und Anordnung der Funktionselemente innerhalb des Leitungsschutzschalters. Jedoch sind Thermoplaste nur dann verwendbar, wenn ein bestimmter Nennstrom und eine maximale Abschaltleistung nicht überschritten werden.

Thermoplaste besitzen jedoch wirtschaftliche Vorteile gegenüber Duroplasten, beispielsweise weil bestimmte Funktionen oder Bauteile, z. B. eine Schnellbefestigung, und andere Bauteile entfallen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Installationsschaltgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei niedrigeren Kosten verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.

Danach ist wenigstens der Schieber aus strahlenvernetztem Thermoplast gebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der strahlenvernetzte Thermoplast auch für die den Vorkammerraum seitlich abdeckenden Vorkammerplatten eingesetzt.

Gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung wird das Material als strahlenvernetztes Thermoplast auch für das Gehäuse eingesetzt.

Oben ist erwähnt, dass der Anker über den Schlagstift auf das bewegliche Kontaktstück auftrifft; auch für einen derartigen mit dem Anker gekoppelten Schlagstift ist strahlenvernetztes Thermoplast möglich.

Die Vernetzung von thermoplastischen Polymeren ist ein an sich bekanntes Verfahren zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften. Dabei werden die thermoplastischen Werkstoffe durch Elektronenstrahlen oder Gammastrahlen vernetzt, wobei die Vernetzung durch die Dosis eingestellt werden kann. Dem Material werden sogenannte Vernetzungsverstärker als Additive zugesetzt. Der Vorteil besteht darin, dass strahlenvernetzte Werkstoffe unter Wärmeeinwirkung in hohem Maßen formbeständig sind, selbst über den ehemaligen Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials hinaus. Wenn ein Thermoplast, beispielsweise Polyamid, Polyethylen oder Polypropylen, strahlenvernetzt wird, wird das Thermoplastmaterial ähnlich wie Duroplast nicht mehr schmelzbar.

Dadurch wird als besonderer Vorteil erreicht, dass der Schieber, die Vorkammerplatten, der Schlagstift und das Gehäuse erheblich preisgünstiger hergestellt werden können, weil die Standardthermoplaste im Vergleich zu den Hochtemperaturthermoplasten etwa um das zehnfache preisgünstiger sind.

Wenn man in ähnlicher Weise auch die Vorkammerplatten aus strahlenvernetzten Thermoplast herstellt, sind ebenfalls erhebliche Kosteneinsparungen möglich. Die Verwendung von Keramik bringt hohe Kosten mit sich entsprechend den hohen Materialkosten. Darüber hinaus sind auch hohe Investitionen für Zuführeinrichtungen bei Keramikplatten erforderlich und die Aufwendungen für die Instandhaltung an diesen Einrichtungen aufgrund der großen Störanfälligkeit des Systems sind sehr hoch. Die Störanfälligkeit insbesondere ist auf die Werkstoffeigenschaft der Keramik zurückzuführen, denn Keramik ist ein bruchempfindlicher Werkstoff. Entstehende Bruchstück blockieren das System. Darüber hinaus wird Keramik im Sinterprozess hergestellt, was die Reproduzierbarkeit der Abmessungen schwierig macht. Gelegentlich werden nicht maßhaltige Vorkammerplatten zugeführt, so dass es zum Verklemmen der Keramikplatten in der Zuführung kommt.

Anstelle der heute eingesetzten Vorkammerplatten aus einer Oxidkeramik werden also erfindungsgemäß Vorkammerplatten verwendet, die aus einem Thermoplast mit einem speziellen Additiv (Vernetzungsverstärker) mittels Strahlenvernetzung hergestellt werden. Das Material ist aufgrund seiner Vernetzung nicht mehr schmelzbar und die Wirtschaftlichkeit der Fertigung wird erheblich verbessert; die Bauteile sind maßhaltiger und lassen sich somit sicherer zuführen, wodurch die Produktivität der mechanisierten Anlage nachdrücklich steigt.

Anstelle der heute eingesetzten unvernetzten thermoplastischen Schlagstifte können erfindungsgemäß auch strahlenvernetzte thermoplastische Schlagstifte eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die bei hohen Stromstärken auftretenden Temperaturen nicht zu einem Anschmelzen des Schlagstiftes führen können. Dies erhöht die Qualität und sichert demgemäß auch die Gerätefunktion. Zur Sicherstellung der gleichen Funktionalität müsste ein Hochtemperatur-Thermoplast eingesetzt werden, der sich wirtschaftlich deutlich ungünstiger zeigt.

Aus der Vernetzung folgt auch für das Gehäuse für den praktischen Einsatz eine erhöhte Wärmeformbeständigkeit, verbesserte Festigkeits- und Kriecheigenschaften sowie verringerte thermische Ausdehnung. Darüber hinaus wird die Verschleißfestigkeit und die Spannungsrissbeständigkeit signifikant erhöht. Ein weiterer Vorteil der Vernetzung ist eine Verbesserung einer Faser-Matrixanhaftung sowie der Kunststoff-Kunstoff-Verbundfestigkeit.

Gehäuseteile sind nicht zuletzt auch wegen der unterschiedlichen Materialien ein Variantenteil, die entsprechend kleinerer Fertigungslose bei der Einzelteilherstellung, ein häufigeres Rüsten an den Montageanlagen bedingen und Qualitätsrisiken bergen, da eine Verwechselungsgefahr bestehen kann. Im Montageprozess auf den Endmontagemaschinen werden zunächst die Gehäuseunterteile in die Maschinenaufnahmen eingelegt, bevor weitere Teile und Baugruppen montiert werden. Der Gehäusedeckel schließt den einzelnen Pol zum Vernieten. Für einen derartigen Fertigungsprozess ist stets eine sogenannte späte Varianz anzustreben, da sich diese sowohl auf die Herstellkosten als auch auf die Qualität der Produkte positiv auswirkt. Beim Endmontageprozess bei dem derzeitigen Stand der Technik wird die Varianz dem gegenüber früh gelegt. Da Du roplaste deutlich spröder und damit bruchempfindlicher sind, können Probleme bei der Zuführung der Gehäuseteile sowie bei nachfolgenden Prozessschritten wie beim Nieten auftreten.

Erfindungsgemäß also wird in besonders vorteilhafter Weise auch das Gehäuse aus dem strahlenvernetzten Thermoplast hergestellt, wobei in besonders vorteilhafter Weise auch eigenständige Vorkammerplatten entfallen können, wenn die Vorkammerplatten in die Innenseitenflächen der Gehäusebreitseiten eingeformt sein können.

Die Erfindung ist insbesondere dadurch vorteilhaft, dass die Gehäuseteile sämtlich zunächst unbestrahlt und damit auch unvernetzt zur Montage gelangen, dort zum fertigen Pol montiert werden, um dann nur im Bedarfsfalle strahlenvernetzt zu werden. Hierbei lässt sich sicherstellen, dass lediglich die Geräte mit höheren thermischen Anforderungen an das Gehäusematerial nachbehandelt werden.

Zu ergänzen ist, dass den Thermoplasten, die strahlenvernetzt werden sollen, ein Additiv als Vernetzungsverstärker beigemischt ist.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen
1 eine Einsicht in einen elektrischen Leitungsschutzschalter
2 eine Seitenansicht eines Schiebers und
3 einen Schlagstift, der mit dem Anker des Auslösers verbindbar ist
Ein Leitungsschutzschalter 10 umfasst ein schalenförmiges Gehäuse 11, in dem ein Schaltschloss 12 mit einer Verklinkungsstelle, ein festes Kontaktstück 13, ein bewegliches Kontaktstück 14, ein elektromagnetischer Auslöser 15 und ein thermischer Auslö ser 16 in Form eines Thermobimetalls untergebracht sind. Der elektromagnetische Auslöser 15 besitzt einen Anker 17, der mit einem Arm 18 eines bei 19 drehbar gelagerten Doppelarmhebels 20 verbunden ist, welch letzterer mit seinem zweiten Arm 21 mit einem Schieber 22 gekoppelt ist, der die Bewegung des Ankers und damit die Bewegung des Doppelarmhebels 20 auf die Verklinkungsstelle im Schaltschloss 12 überträgt.
Darüber hinaus ist im elektromagnetischen Auslöser 15 ein thermoplastischer Schlagstift 28 gelagert, der mit dem Anker verbunden ist und dessen freies Ende aus dem Auslöser auf dessen dem Kontakthebel zugewandten Ende herausragt.
In gleicher Weise ist das freie, ausbiegbare Ende des Thermobimetalls mit dem Schieber 22 verbunden, so dass die Bewegung des Thermobimetalls 16 über den Schieber ebenfalls auf das Schaltschloss bzw. die Verklinkungsstelle des Schaltschlosses übertragen wird.
Bei einer Ausschalthandlung bewegt sich der Kontakthebel 23, an dem das bewegliche Kontaktstück 14 angeordnet ist, im Uhrzeigersinn in Einschaltstellung und gelangt dort in die Nähe einer Lichtbogenleitschiene 24, die den bei dem Öffnungsvorgang der Kontaktstelle 13, 14 gezogenen Lichtbogen in eine Lichtbogenlöschkammer 25 leitet. Der Bereich 26 vor der Lichtbogenlöschkammer ist der sogenannte Vorkammerraum, welcher beidseitig durch eine Vorkammerplatte 27 abgedeckt ist. Sowohl der Schieber 22, die Vorkammerplatte 27 und der Schlagstift 28 ist auch einem strahlenvernetzten Thermoplast gebildet.
Darüber hinaus ist auch das Gehäuse 11 aus einem solchen strahlenvernetzten Thermoplast hergestellt.
Die Herstellung kann dadurch erfolgen, dass entweder die einzelnen Teile nämlich der Schieber und/oder der Schlagstift und/oder die Vorkammerplatten und/oder das Gehäuse jeweils für sich oder zusammen aus strahlenvernetztem Thermoplast hergestellt werden; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Leitungsschutzschalter 10 vor dem Strahlenvernetzungsvorgang komplett zu montieren und je nach Bedarf nachträglich für den komplett montierten Leitungsschutzschalter eine Strahlenvernetzung durchzuführen.

Claims

Elektrisches Installationsgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter und dergleichen, mit einem aus schalenartigen Gehäuseteilen gebildeten Gehäuse, mit einem elektromagnetischen Auslöser und einem thermischen Auslöser, mit einem Schaltschloss mit einer Verklinkungsstelle, mit einem Schieber, der die Bewegungen des thermischen Auslösers und des magnetischen Auslösers auf das Schaltschloss zu dessen Entklinkung überträgt sowie mit einem mit dem Anker des elektromagnetischen Auslösers verbundenen Schlagstift, der auf ein bewegliches Kontaktstück einer Kontaktstelle im Kurzschlussfall zu deren Öffnung einwirkt, wobei die schalenartigen Gehäuseteile, der Schieber, der Schlagstift aus Kunststoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Schieber aus strahlenvernetztem Thermoplast, dem vor der Bestrahlung ein Additiv als Vernetzungsverstärker zugeführt ist, gebildet ist.
Elektrisches Installationsgerät mit wenigstens einer die Kontaktstelle seitlich abdeckenden Vorkammerplatte, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammerplatte aus strahlenvernetztem Thermoplast, dem vor der Bestrahlung ein Additiv als Vernetzungsverstärker zugeführt worden ist, gebildet ist.
Elektrisches Installationsgerät insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagstift aus strahlenvernetztem Thermoplast, dem vor der Bestrahlung ein Additiv als Vernetzungsverstärker zugeführt worden ist, besteht.
Elektrisches Installationsgerät insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schalenartigen Gehäuseteile aus strahlenvernetztem Thermoplast, dem vor der Bestrahlung ein Additiv als Vernetzungsverstärker zugeführt worden ist, bestehen.
Elektrisches Installationsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammerplatten in das Gehäuse integriert bzw. mit diesem einstückig verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Installationsgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffteile aus Thermoplast hergestellt werden und dass das Installationsgerät nach der Fertigmontage als Ganzes bestrahlt wird, so dass das Thermoplast zu einem strahlenvernetzten Thermoplast wird.