DE102006020702B4

DE102006020702B4 - Schutzschalter für Motorschutz und/oder Leitungsschutz

Info

Publication number: DE102006020702B4
Application number: DE102006020702.5A
Authority: DE
Inventors: Günter Baujan; Klaus Dauer; Anke Jülich
Original assignee: Eaton Industries GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2026-05-05
Also published as: PL2016605T3; DE102006020702A1; EP2016605B1; WO2007128421A1; EP2016605A1; US20090065338A1

Abstract

Handbetätigter Schutzschalter für Motorschutz und/oder Leitungsschutz, umfassend • eine im wesentlichen Schaltmechanismus (107, 140) und Hauptstrombahnen (102, 104) umfassende Basisbaugruppe (100), • eine manuelle Betätigungsvorrichtung (45, 150), die über einen Drehknopf (150) und über eine Betätigungswelle (45) für den mindestens einen Schaltapparat (107) und ein Schaltschloss (140) umfassenden Schaltmechanismus (107, 140) betätigt wird, wobei die Betätigungsvorrichtung (45, 150) in einem zur Bedienfront auskragenden Gehäuseteil untergebracht ist, und die Betätigungswelle (45) senkrecht zur Bedienfront angeordnet ist, • eine mit Steuergrößen für einen Fehlerfall einstellbare elektronische Steuereinheit (130) zur Ansteuerung des Schaltmechanismus, • eine Aktoreinheit (110) mit Kraftspeicher (113) für eine Betätigung des Schaltschlosses (140), und • einen auf einstellbare Fehlerkriterien agierenden Auslöser (120), • wobei die Steuereinheit (130) als auf die Basisbaugruppe (100) steckbare Baugruppe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung der Steuereinheit (130) aus der Hauptstrombahn (102, 104) in der Basisbaugruppe (100) über Steckkontakte zur Steuereinheit (130) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen handbetätigten Schutzschalter für Motorschutz und/oder Leitungsschutz.
Solche Schutzschalter umfassen im wesentlichen eine Basisbaugruppe, eine manuelle Betätigungsvorrichtung, eine elektronische Steuereinheit, eine Aktoreinheit und einen Auslöser. Mit einer manuellen Betätigungsvorrichtung wird über einen Drehknopf und über eine Betätigungswelle mindestens der Schaltmechanismus betätigt, wobei die Betätigungsvorrichtung in einem zur Bedienfront auskragenden Gehäuseteil untergebracht ist, und die Betätigungswelle senkrecht zur Bedienfront angeordnet ist. Der Drehknopf ragt auf der Bedienfront vor und kann vorzugsweise auch abschließbar gestaltet sein.
Als Motorschutzschalter sind derartige Schutzschalter bekannt, die in ihrem Auslöseverhalten (bis zum mehrfachen Anlaufstrom) auf den zu schützenden Elektromotor abgestimmt sind, oder als Leitungsschutzschalter zum Schutz von elektrischen Leitungen oder Anlagen gegen thermische Überlastung oder Kurzschlussschäden dienen. Das Auslöseverhalten und damit der Einsatz derartiger Schutzschalter werden bestimmt von den thermischen und den Kurzschluß-Auslösewerten.
Beispiele für nach dem Baukastenprinzip aufgebaute modulare Schutzschalter sind in der DE 3642719 A1 oder in der WO 01-27958 A1 beschrieben. Ein anderer Motorsschutzschalter kann auch mit auswechselbarem Überstrom-Auslöser-Modul ausgerüstet sein ( CH-PS 319019 ). Dabei kann ein Bediener unterschiedliche Auslöser-Module aufsetzen, die sich durch unterschiedliche Strombereiche, bzw. unterschiedliche Trägheitsklassen unterscheiden.
Aus sicherheitstechnischen Gründen soll ein Auslöser-Modul nicht in der Stellung EIN des Schutzschalters gezogen werden können. Hierzu ist in der DE 3642719 A1 ein Sicherheitseinrichtung in Form einer Klappe vorgesehen. In der Klappe ist ein Fenster vorhanden, durch das der Betätigungsdrehknopf hindurchgreift. Das Fenster ist derart ausgebildet, dass der Betätigungsdrehknopf in der EIN-Stellung die Ränder des Fensters sperrend übergreift, so dass das Auslöser-Modul aus der gesteckten Stellung nicht ziehbar ist. Die Sicherheitseinrichtung (die Klappe) ist ein sehr aufwändig gestaltetes Teil.
In der DE 196 15 923 A1 ist ein Schutzschalter beschrieben, welcher modular erweitert werden kann durch das Anstecken von austauschbaren Zusatzmodulen. Der Schutzschalter hat ein zur Bedienfront hin hervorstehendes prismatisches Gehäuseteil, an dem senkrecht zur Bedienfront zwei Anschlussflächen und Kontaktflächen ausgebildet sind. Die Zusatzmodule können bei diesem Stand der Technik direkt an den Schutzschalter gesteckt werden oder sie werden getrennt vom Schutzschalter auf einer Unterlage (Tragschiene) befestigt.
Es gibt verschiedene Leitungsschalter, die modular aufgebaut sind oder bei denen mittels weiterer Zusatzteile eine Funktionserweiterung oder eine Funktionsänderung vornehmbar ist.
Beispiele hiervon sind

DE 42 35 504 A1 : mit besonderer Gehäuseausbildung;
DE 39 09 576 A1 : mit Zubehörmodul zum Einsetzen einer Kassette für Hilfsfunktionen;
DE 690 22 333 T2 : zeigt ein anbaubares Trennmodul mit einem in der Ausschaltstellung verriegelbaren Schaltknebel;
DE 697 32 171 T2 : Leistungsschalter, bei dem über ein austauschbares Kommunikationsmodul unterschiedliche Verwendungsanforderungen realisierbar sind.

Weiterhin ist ein Leistungsschalter bekannt ( DE 695 09 093 T2 ), dessen Steuereinheit (Auslöser) auf unterschiedliche Fehlerkriterien einstellbar ist.
Wie die schon erwähnte WO 01-27958 A1 weist der Leistungsschalter der US 6 452 468 B1 ein Hilfsmodul auf, welches für die Steuereinheit (insbesondere Elektromagnet des Schalterantriebs) eine Hilfsstromversorgung liefert, welche notwendig ist, weil sonst bei geöffneten Kontakten des Schalters die Steuereinheit ohne Spannung ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektronische Steuereinheit des Leistungsschalters als ein auf die Basisbaugruppe steckbares Modul auszubilden und das Gerät so auszubilden, dass eine Hilfsstromversorgung nicht vorzusehen ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung im wesentlichen durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass ein modularer Zusammenbau mit mindestens einer austauschbaren Steuereinheit angegeben wird, wobei unterschiedliche Funktionsmerkmale mit der Steuereinheit einstellbar sind. Die elektrische Versorgungsenergie für die Steuereinheit ist unabhängig davon vorhanden, ob die Kontakte des Schutzschalters geöffnet sind oder nicht. Als Teilaspekt der Erfindung sind Sicherungsfunktionen vorhanden, so dass nur unter bestimmten Bedingungen der Austausch möglich ist.
Die elektronische Steuereinheit ist als ein auf die Basisbaugruppe steckbares Modul ausgebildet, wobei die Steuereinheit (insbesondere in Form ihrer Elektronikschaltung) ihre Spannungsversorgung und die Erfassungsdaten aus der Hauptstrombahn des Schutzschalters bezieht.
Die Elektronikschaltung ist das Zentrum der Steuereinheit. Der Schaltung werden als Eingangs- und Messsignale über Stromwandler die Parameter des durch die Hauptstrombahnen fließenden Stroms zugeführt. Die Steuereinheit arbeitet somit immer, wenn der Schutzschalter und der oder die hinterliegenden Verbraucher Strom führen. Zum Stecken der Steuereinheit auf die Basisbaugruppe sind Kontaktmittel vorhanden.
Die Steuereinheit ist auf bestimmte Steuergrößen für einen Fehlerfall, in denen der Schutzschalter abzuschalten hat, eingestellt. Die Einstellungen können vorzugsweise auch von einer Bedienperson auf unterschiedliche Steuergrößen an von außen zugänglichen Drehknöpfen verändert werden. Als Steuergrößen sind vorrangig die Trägheit der Abschaltung und ein einen bestimmten Nennstrom übersteigender Fehlerstrom vorgegeben und/oder einstellbar. Solche Fehlerstromkriterien sind auch von internationalen Normen (EN 60947) erfasst, wo beispielsweise Auslösezeiten verschiedenen Gruppen von Nennströmen zugeordneten sind.
Bei Auftreten des Fehlers steuert die Steuereinheit über die Aktoreinheit den Schaltmechanismus an, wodurch es zum Öffnen der Kontakte der Hauptstrombahnen kommt. Der Kern der Aktoreinheit ist ein Kraftspeicher, welcher die beschleunigte Beaufschlagung des Schaltschlosses bewirkt. Zum Schutzschalter kann ein Kurzschluss-Schnellauslöser gehören, der über eine mechanische Wirkverbindung ebenfalls auf den Schaltapparat einwirkt.
Der Schutzschalter mit der beschriebenen Basisbaugruppe bildet ein Grundgerät, bei dem der Kunde/Bediener durch Auswechseln der Steuereinheit und/oder des Auslöser-Moduls individuelle Funktionsmerkmale vorbestimmen und/oder ändern kann.
Es können auch weitere Einzelkomponenten in oder auf die Basisbaugruppe steckbar sein, oder auf andere Weise mit dem Schutzschalter zusammengebaut sein.
Vorzugsweise kann zusätzlich der Auslöser mit einer Funktion Auslösung bei Unterspannung ausgestattet sein.
Weiterhin kann in einer Ausführungsform eine von der Betätigungsvorrichtung zu betätigende Sperrvorrichtung vorhanden sein, die an der Betätigungswelle ausgebildet und durch Drehung der Betätigungswelle aktivierbar ist. Die Sperrvorrichtung blockiert bei EIN-Schaltstellung des Schutzschalters das Ziehen der Steuereinheit. Die Sperrvorrichtung besteht aus einem von der Betätigungswelle beaufschlagbaren und betätigbaren mechanischen Sperrmittel, das die Steckbewegung der Steuereinheit blockiert oder freigibt. Ein Vorteil liegt darin, dass eine sichere Verriegelung gegen unzulässiges oder unbefugtes Wechseln der Steuereinheit vorhanden ist.
Die Sperrvorrichtung tritt in den Weg der zu steckenden Steuereinheit und blockiert die Bewegung der Steuereinheit. Die Verriegelung erfolgt autonom ohne zusätzliche Betätigung von außen durch die Drehung der Betätigungswelle. Durch die Verriegelung ist eine sichere Fixierung der Steuereinheit bei eingeschaltetem Schutzschalter gewährleistet. im eingeschalteten Zustand ist das Ziehen der Steuereinheit durch die mit dem Betätigungsdrehknopf aktivierte Sperrvorrichtung blockiert. Die Steuereinheit kann nur bei ausgeschaltetem Schutzschalter abgezogen und gewechselt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Schutzschalter ergibt sich der Vorteil eines Grundgeräts, bei dem auf einfache und sichere Weise Funktionen für den Einsatz eingestellt oder, falls erforderlich, in seinen Werten verändert werden können. Gleichzeitig kann vor Arbeiten an der elektrischen Anlage oder an einem zu schützenden Elektromotor die Steuereinheit gezogen werden, wobei eine sichtbare Trennstelle entsteht und der Leitungszug sicher unterbrochen ist. Hierbei ist es wesentlich, dass die Öffnungen für die Steckkontakte fingersicher ausgeführt und damit gegen unbeabsichtigtes Berühren gesichert sind.
Vorzugsweise kann bei einer Ausführungsform des Schutzschalters eine Vorrichtung zur Plombierung einer auf der Basisbaugruppe gesteckten Steuereinheit vorhanden sein.
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit kann die manuelle Betätigungsvorrichtung anschließbar gestaltet sein. Das bedeutet, dass der Drehknopf in der Stellung EIN des Schalters mit einem Schloss verriegelt werden kann. In einer solchen Anordnung ist es nicht möglich, weder den Drehknopf in der Stellung EIN zu betätigen noch abzuziehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt 1 eine schematische, als Blockbild gezeichnete Darstellung eines Schutzschalters.
Die Figur bezieht sich auf einen Schutzschalter, der Bestandteil einer zusammensteckbaren Schalterkombination ist, deren Komponenten nach dem Baukastensystem ausgebildet sind. Die Bestandteile des Baukastens sind – soweit dies für die vorliegende Anmeldung relevant ist die Basisbaugruppe 100, welche im wesentlichen den Kontaktapparat 107 und das Schaltschloss 140 umfasst; das Auslöser-Modul 120; die Aktoreinheit (Spanneinheit) 110; die steckbare Steuereinheit 130 und die manuelle Betätigungseinrichtung. Die Steuereinheit 130 ist an dem Schaltergehäuse neben dem auskragenden Gehäuseteil parallel zur Achse des Betätigungsdrehknopfs einschiebbar. Die mechanische Steck- und Trennbarkeit ist in der Figur durch die gestrichelte Linie 20 angedeutet.
Es sind nicht näher dargestellte Führ- und Verbinderelemente vorhanden, insbesondere Kontaktmittel (Steckkontakte zu 102, 104) zur Basisbaugruppe und Kontaktmittel (134) zur Aktoreinheit 110. Die Führ- und Verbinderelemente wirken mit korrespondierenden Elementen (Aufnahmeelemente oder Kontaktbuchsen) zusammen. Zwischen der Steuereinheit und der Basisbaugruppe des Schutzschalters befindet sich eine Trennstrecke zwischen Steckkontakten und Kontaktbuchsen. Es ist von Vorteil, wenn diese Trennstrecke bei nicht gesteckter Steuereinheit sichtbar ist.
In der Basisbaugruppe 100 sind Eingangs- und Ausgangskontakte, Hauptstrombahnen, die insbesondere dreiphasig sein können, und der Kontaktapparat 107 angedeutet. In der Mitte der Baugruppenanordnung befindet sich auskragend ein prismatisches Gehäuseteil mit einer Bedienfront, die der Befestigungsfläche gegenüber liegt. Die Befestigungsfläche liegt auf der Rückseite des Schutzschalters und dient dort vornehmlich zur Befestigung auf einer Tragschiene.
Das vorgenannte Gehäuseteil umfasst im wesentlichen eine mit einer Betätigungswelle 45 über einen Betätigungsdrehknopf 150 manuell zu betätigende Einrichtung für die Betätigung mindestens eines Schaltmechanismus (107) des Schutzschalters zum Öffnen und Schließen von Leitungsbahnen (102, 104).
Die Betätigungswelle 45 ist senkrecht zur Bedienfront und zur Befestigungsfläche (auf der Rückseite des Schutzschalters) angeordnet ist. An dem Gehäuseteil ist senkrecht zur Bedienfront eine Anschlussfläche für die steckbare Steuereinheit ausgebildet. Die Anschlussfläche hat – nicht näher dargestellte – lineare Führelementen und Verbinder- oder Kontaktmittel. Insbesondere ist ein aus mindestens einem Kontaktpaar bestehender Kontakt 134 zur Aktoreinheit 110 vorhanden.
Der Schutzschalter wird am Betätigungsdrehknopf 150 betätigt, mit dem eine AUS- und eine EIN-Stellung mit einer Drehung von 90° schaltbar ist. In der EIN-Stellung sind die Schaltkontakte 107 geschlossen. Aus dieser Stellung können die Schaltkontakte des Schutzschalters manuell durch eine erste Drehung der Antriebswelle über den Betätigungsdrehknopf geöffnet werden. Die Antriebswelle löst im Schalterantriebsmechanismus das Schaltschloss und öffnet die Schaltkontakte. Zur manuellen Ausschaltung reicht eine kurze Drehung in Gegenrichtung, um das Schaltschloss zu betätigen. Eine volle Drehung um 90° ist hierzu nicht erforderlich. Beim automatischen Ausschalten im Fehlerfall und Öffnen der Schaltkontakte wird zwangsweise die Antriebswelle mitbewegt.
Im ausgeschalteten Zustand des Schutzschalters, dort sind Schaltschloss und Schaltkontakte offen, ist es nicht möglich, unmittelbar den Schutzschalter in den eingeschalteten Zustand zu versetzen. Der mechanische Kraftspeicher des Auslöser-Moduls muss vorerst gespannt werden. Hierzu wird mit einer Linksdrehung des Betätigungsdrehknopfs (und der Antriebswelle) aus der AUS-Position um etwa 20° bis 30° (also in Gegenrichtung zur EIN-Schaltbewegung) das Auslöser-Modul aktiviert.
Die Einzelkomponenten können in oder auf die Basisbaugruppe gesteckt werden, oder auf andere Weise zusammengebaut sein. Wesentlich ist jedoch im Zusammenhang mit dem beanspruchten Gegenstand, dass die Steuereinheit 130 und die Baugruppe manueller Drehantrieb 150 steckbar sind. Das Auslöser-Modul 120 ist vorzugsweise ebenfalls austauschbar ausgebildet, wobei es neben dem prismatischen Gehäuseteil parallel zur Achse des Betätigungsdrehknopfs einschiebbar ist.
Das Auslöser-Modul hat Steckkontakte, die in entsprechende Kontaktbuchsen an der Basisbaugruppe steckbar sind. Wesentlich ist noch, dass das Auslöser-Modul im sperrenden Zustand der Sperrvorrichtung nur soweit eingesteckt werden kann, dass noch eine Trennstrecke zwischen Steckkontakten und Kontaktbuchsen vorhanden, bzw. insbesondere sichtbar ist.
Bezugszeichenliste

20: Trennlinie
45: Betätigungswelle
100: Basisbaugruppe (mit Schaltapparat und Schaltschloss)
107: Schaltapparat
102: Strom der Hauptstrombahn zu Wandler in Steuereinheit
104: Strom zurück zum Schaltapparat
106 108: Strom durch Schnellauslöser-Spule
110: Aktoreinheit (Spanneinheit) mit Kraftspeicher
112: Kraftspeicher entklinkt Schaltschloss
114: Stellungsanzeige Schaltschloss
113: Kraftspeicher
120: Auslöser-Modul (Kriterien. Kurzschluss, Überspannung)
122: Schnellauslöser beaufschlagt Schaltschloss
124: Schnellauslöser öffnet Kontakte 107 im Schaltapparat
130: Steuereinheit
131: Stromwandler
132: Einstellen Steuergrößen
133: Elektronik
134: (zwei) Ausgangskontakte Elektronik
140: Schaltschloss
142: Schaltschloss öffnet Kontakte im Schaltapparat
144: über Drehknopf Schaltschloss beaufschlagt Schaltapparat
150: Drehknopf (Betätigungsdrehknopf)
152: Drehung Drehknopf spannt Kraftspeicher (erste Drehrichtung)
152: Drehknopf schaltet Schalter AUS (erste Drehrichtung)
152: Drehknopf schaltet Schalter EIN (zweite Drehrichtung)
154: Aktoreinheit setzt Drehantrieb zurück
156: Drehantrieb öffnet Schaltschloss
158: Stellungsanzeige
158: Schaltschloss setzt Drehantrieb zurück
M1: Stecken auf Basisbaugruppe
M2: Stecken auf Geräteteil
M3: Betätigung manueller Drehantrieb (EIN, AUS, Aktor Spannen)

Claims

Handbetätigter Schutzschalter für Motorschutz und/oder Leitungsschutz, umfassend • eine im wesentlichen Schaltmechanismus (107, 140) und Hauptstrombahnen (102, 104) umfassende Basisbaugruppe (100), • eine manuelle Betätigungsvorrichtung (45, 150), die über einen Drehknopf (150) und über eine Betätigungswelle (45) für den mindestens einen Schaltapparat (107) und ein Schaltschloss (140) umfassenden Schaltmechanismus (107, 140) betätigt wird, wobei die Betätigungsvorrichtung (45, 150) in einem zur Bedienfront auskragenden Gehäuseteil untergebracht ist, und die Betätigungswelle (45) senkrecht zur Bedienfront angeordnet ist, • eine mit Steuergrößen für einen Fehlerfall einstellbare elektronische Steuereinheit (130) zur Ansteuerung des Schaltmechanismus, • eine Aktoreinheit (110) mit Kraftspeicher (113) für eine Betätigung des Schaltschlosses (140), und • einen auf einstellbare Fehlerkriterien agierenden Auslöser (120), • wobei die Steuereinheit (130) als auf die Basisbaugruppe (100) steckbare Baugruppe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung der Steuereinheit (130) aus der Hauptstrombahn (102, 104) in der Basisbaugruppe (100) über Steckkontakte zur Steuereinheit (130) erfolgt.
Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung über Stromwandler (131) erfolgt.
Schutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel zwischen Steuereinheit (130) und Basisbaugruppe (100) bei nicht gesteckter Steuereinheit (130) fingersicher ausgeführt sind.
Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Plombierung einer auf der Basisbaugruppe (100) gesteckten Steuereinheit (130) vorhanden ist.
Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöser (120) mit einer Funktion Auslösung bei Unterspannung ausgestattet ist.
Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Betätigungsvorrichtung (45, 150) zu betätigende Sperrvorrichtung vorhanden ist, die bei EIN-Schaltstellung des Schutzschalters das Ziehen der Steuereinheit (130) blockiert.
Schutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung aus einem von der Betätigungswelle (45) beaufschlagbaren und betätigbaren Sperrmittel besteht, das die Steckbewegung des Auslöser-Moduls (120) blockiert oder freigibt.
Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Betätigungsvorrichtung (45, 150) abschließbar ausgebildet ist.