DE102013005171B4

DE102013005171B4 - Vorrichtung, umfassend einen Wärmeflussklemmkontakt und eine wärmegesteuerte Funktionseinheit für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter, sowie ein entsprechender Leitungsschutzschalter

Info

Publication number: DE102013005171B4
Application number: DE102013005171.1A
Authority: DE
Inventors: Serkan Er; Norbert H. L. Koster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: DE102013005171A1

Abstract

Vorrichtung, umfassend einen Wärmeflussklemmkontakt (7) für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter und eine wärmegesteuerte Funktionseinheit (8),- wobei der Wärmeflussklemmkontakt (7) einen Grundkörper (22) mit einer Öffnung (24) umfasst,-- wobei die Öffnung (24) eine Kontur zur Aufnahme einer zu schützenden elektrischen Leitung (12) und zur Wärmeübertragung von der elektrischen Leitung (12) auf die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) aufweist,-- wobei der Grundkörper (22) aus einem wärmeleitenden Material besteht und mit einer kreisrunden Öffnung (25) für eine Madenschraube (23) versehen ist,-- wobei die kreisrunde Öffnung (25) ein Innengewinde (26) aufweist, welches sich auf die Kontur zu windet und zur Aufnahme eines kreiszylinderförmigen Führungsabschnitts (29) der Madenschraube (23) geformt ist, und wobei die Kontur durch eine Ellipsenhälfte oder eine Näherung einer Ellipsenhälfte mittels eines Polygonzugs, trapezförmiger Aussparungen oder einem Satz von kreisförmigen Aussparungen unterschiedlicher Durchmesser dargestellt ist, und- wobei die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) umfasst:-- ein Schneckengetriebe mit einer Justierschraube (31) und einer Trägerplatte (32) mit Außengewinde (35), über welches die Trägerplatte (32) mit der Justierschraube (31) in Eingriff steht, und-- eine Bimetallspirale (36) mit einem zentralen mit der Trägerplatte (32) verbundenen Ende und einem peripheren Ende (37) zur Verbindung mit einer Auslösevorrichtung (3) eines Schaltschlosses des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters,-- wobei eine thermische Kopplung zwischen der Bimetallspirale (36), der Trägerplatte (32) und der Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontakts (7) und eine elektrische Isolierung der Bimetallspirale (36) von der schützenden elektrischen Leitung (12) vorgesehen sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Verbesserung des Schutzes von elektrischen Versorgungsleitungen hinsichtlich thermischer Überlastung und im Besonderen die Verbesserung der dazu erforderlichen Leitungsschutzschalter.
Stand der Technik
Wird eine elektrische Leitung von einem elektrischen Strom durchflossen, so erwärmt sich diese aufgrund ihres Leitungswiderstandes. Dabei steigt die in Wärme umgesetzte Verlustleistung mit dem Quadrat der jeweils fließenden Stromstärke an, was den Leitungswiderstand der metallenen Leitung und damit die auf der gesamten Leitungslänge gleichzeitig entstehende Erhitzung noch weiter erhöht. Dies kann schließlich zu Kabelbränden mit fatalem Ausgang führen, wenn dieser Prozess fortschreitet und keine geeignete Sicherungsmaßnahme dagegen vorgenommen wird.
Als relativ zuverlässige Sicherungsmaßnahme gegen solche Leitungsbrände hat sich der Leitungsschutzschalter etabliert.
Die US 6 338 658 B1 , die US 2004 / 0 067 697 A1 und die US 3 794 963 A offenbaren jeweils einen Klemmkontakt mit unterschiedlich konturierten Öffnungen zur Aufnahme einer elektrischen Leitung, welche mit einem Madenschraube geklemmt wird. Aus der US 1 190 061 A geht eine wärmegesteuerte Funktionseinheit mit einem Schneckengetriebe und einer Bimetallspirale hervor.
Ausführliche Informationen zu aktuell verwendeten Leitungsschutzschaltern findet man im Internet unter [01]: Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Leitungsschutzschalter, http://de.wikipedia.org/wiki/Leitungsschutzschalter, (eingestellt am 19. 02. 2013, abgerufen am 05. 03. 2013). Demnach wurde der Leitungsschutzschalter als ein „wieder verwendbares, nicht selbsttätig rückstellendes Sicherungselement“ [01] bereits „im Jahr 1924 in der Firma von Hugo Stotz in Mannheim“ [01} erfunden. Als Sicherungselement „kann er den Stromkreis bei Überlast und bei Kurzschluss selbsttätig abschalten.“ [01]
Zur Funktionsweise der „Auslösung bei Überlast“ wird in [01] erklärt: „Wenn der vorgegebene Nennwert des durch den Leitungsschutzschalter fließenden Stromes längere Zeit erheblich unterschritten wird, erfolgt die Abschaltung. Die Zeit bis zur Auslösung hängt von der Stärke des Überstroms ab; bei hohem Überstrom ist sie kürzer als bei geringer Überschreitung des Nennstromes.
Zur Auslösung wird ein Bimetall verwendet, das sich bei Erwärmung durch den durchfließenden Strom verbiegt und den Abschaltmechanismus „auslöst".
Als weitere Abschaltmechanismen sind in [01} die „elektromagnetische Auslösung bei Kurzschluss“, die „manuelle Auslösung“, die „Auslösung durch Zusatzmodule“ und die „Freiauslösung“ genannt, wobei die Letztgenannte sicher stellt, „dass bei Kurzschluss eine sofortige Auslösung auch dann erfolgt, wenn der Schalthebel betätigt oder in der Ein-Stellung festgehalten wird.“ [01]
Dies ist der hier recherchierte Stand der Technik. Leitungsschutzschalter, die nach diesem Prinzip funktionieren, sind sehr betriebssicher und zuverlässig. Sie benötigen keinerlei zusätzliche Versorgungsspannung in Form beispielsweise kleiner Batterien, sondern funktionieren völlig autark und sind daher stets einsatzbereit. Durch Massenproduktion sind sie zudem sehr preiswert und derzeit sind bereits Leitungsschutzschalter mit einem Verkaufspreis von weniger als zwei Euro für den Endverbraucher verfügbar.
Es gibt zahlreiche Hersteller für eine Vielzahl, lediglich im Detail geringfügig unterschiedlicher Leitungsschutzschalter und zahlreiche Patente und Gebrauchsmuster mit marginalen Verbesserungen, die allerdings hinsichtlich der Auslösung bei Überlast allesamt nach dem selben Prinzip funktionieren:

Stets wird ein Streifen Bimetall vom Leitungsstrom durchflossen und löst, bei dauerhaft unzulässig hoher Stromstärke, wegen durch Erhitzung bedingter Verbiegung des Bimetall-Streifens, das Schaltschloss verzögert aus.

Darstellung der Mängel der bisher bekannten Ausführungen
Wegen der möglicherweise entwicklungsgeschichtlich bedingten - immerhin hat der erste so konstruierte Leitungsschutzschalter hervorragend funktioniert - Fixierung auf den Bemessungsstrom durch die jeweils zu schützende Leitung anstelle der direkten Überwachung der Leitungserwärmung, haben sich bis zum heutigen Tage vielerlei Behelfsmaßnahmen und Vorschriften etabliert, um mit den Mängeln der herkömmlichen Leitungsschutzschalter, die dem heutigen Stand der Technik entsprechen, mit Hilfe zahlreicher Kompromisse fertig zu werden.
Ein Mangel besteht darin, dass die im Augenblick tatsächlich fließende Stromstärke zunächst nur wenig Aussagekraft hinsichtlich der Leitungserwärmung besitzt. Maßgebend für die Erwärmung ist unter anderem die zeitliche Einwirkdauer der zu hohen Stromstärke, die montagebedingte Wärmeabfuhr der installierten Leitung und die Umgebungstemperatur.
Da es für die Erwärmung einer Elektroleitung jedoch einen grundsätzlichen Zusammenhang zwischen dem Leiterquerschnitt und der durch sie hindurch fließenden Stromstärke gibt, hat sich eine große Auswahl von Leitungsschutzschaltern für jeweils unterschiedliche Bemessungsstromstärken für den Bereich der Elektroinstallation etabliert. So sind beispielsweise in [01] insgesamt 13 unterschiedliche Bemessungsstromstärken als Standart für den Bereich der Elektroinstallation aufgeführt: „Leitungsschutzschalter mit Charakteristik B sind standardmäßig für folgende Bemessungsströme verfügbar: 6 / 10 / 13 / 16 / 20 / 25 / 32 / 40 / 50 / 63 / 80 / 100 / 125 Ampere.“ Diese Auswahl ist notwendig, wenn die in der elektrischen Leitung fließende Stromstärke als primäres Auswahlkriterium verwendet wird. Entsprechend diesen unterschiedlichen Angaben für die jeweiligen Leitungsschutzschalter müssen die zugehörigen Leitungsquerschnitte vom Fachmann bei der Hausinstallation zugeordnet werden. Hierbei können Fehler gemacht werden. Daher kann diese Vielfalt an unterschiedlichen Typen auch als Mangel gegenüber einer gleichwertigen Lösung mit einer signifikant reduzierten Anzahl unterschiedlicher Typen von Leitungsschutzschaltern angesehen werden.
Doch damit nicht genug. Es existieren zahlreiche Vorschriften, nach denen berücksichtigt werden muss, auf welche Art und Weise die jeweiligen Stromkabel verlegt sind, weil eine frei auf der Wand montierte Elektroleitung sich weniger stark erhitzt, als eine Vielzahl von benachbarten Leitungen, die gemeinsam in einem engen Kabelschacht hinter einer Wärmedämmung verlegt worden sind. So benennt beispielsweise die DIN VDE 0298-4/2003 insgesamt 9 unterschiedliche Verlegearten mit entsprechender Zuordnung der Strombelastung, nämlich: „A1, A2, B1, B2, C, D, E, F und G“. Dabei wird dann auch noch hinsichtlich der Anzahl der im Kabel jeweils belasteten Adern und nach der jeweils zu erwartenden Umgebungstemperatur unterschieden.
Demnach sind auch in Abhängig von der Verlegungsart jeweils unterschiedliche Typen von Leitungsschutzschaltern zu verwenden. Bei der Auswahl können sehr leicht weitere Fehler gemacht werden. Auch dies kann als Mangel angesehen werden der darauf beruht, dass die Stromstärke und nicht die Erwärmung der Leitung als primäres Auswahlkriterium für den Leitungsschutz gewählt wird.
Eine umfangreiche Hausinstallation, beispielsweise für Mehrfamilien-Mietshäuser oder für ein Hotel, erfordert somit eine Vielzahl unterschiedlicher Leitungsschutzschalter, sehr hohe Fachkenntnis, Kenntnis der zutreffenden Vorschriften und ausgeprägte logistische Fähigkeiten bei der Gestaltung der Schaltschränke.
Trotzdem ist eine dauerhafte Sicherheit nicht immer gegeben, denn wenn sich beispielsweise im Laufe der Jahrzehnte die Nutzung eines Raumes ändert und die ursprünglich frei verlaufende Leitung auf dem Mauerwerk des Vorratskellers im Wärmedämmmaterial hinter der Holzverschalung der nachträglich zur Kellerbar weiter ausgebauten Räumlichkeiten verschwindet. In einer solchen Situation kann trotz ursprünglich korrekt durchgeführter Installation, eine Gefahr der Zerstörung durch Leitungsbrand entstehen.
Darstellung der vorliegenden Erfindung: Aufgabe, Lösung,
Vorteile
Ausgehend von den vorstehend dargelegten Unzulänglichkeiten und Nachteilen des Standes der Technik liegt der vor- liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Schutz von Leitungen vor Beschädigungen durch unzulässig hohe Erwärmung weiter zu verbessern und die Anzahl unterschiedlicher Leitungsschutzschalter mit jeweils unterschiedlichen Bemessungsstromstärken signifikant zu verringern.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, umfassend einen Wärmeflussklemmkontakt und eine wärmegesteuerte Funktionseinheit für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter gemäß Patentanspruch 1 sowie durch einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter gemäß Patentanspruch 3 gelöst.
Die mit der Erfindung jeweils erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Zuordnung der maximal zulässigen Bemessungsstromstärke zum Querschnitt des Leiters automatisch erfolgt, eine Überhitzung des Leiters durch Montagefehler ist somit ausgeschlossen.
Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, dass anstelle einer Vielzahl von unterschiedlichen Leiterschutzschaltern für die unterschiedlichen zu erwartenden Bemessungsströme, bei gleicher Baugröße, wie es bisher der Standard ist, nur noch wenige unterschiedliche Typen verwendet werden müssen. So ist beispielsweise für eine typische Hausinstallation lediglich ein einziger Typ des erfindungsgemäßen neuen Leitungsschutzschalters erforderlich, was die Vorratshaltung und die Logistik bei der Montage eines Schaltschrankes erheblich einfacher werden lässt.
Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, dass im Falle nachträglich auftretender Fehler durch unzulässige Erhöhung der Anzahl stromführender Kabel im Kabelschacht, durch unzulässige nachträgliche bauliche Wärmedämmmaßnahmen oder durch Reduzierung des Leitungsquerschnittes durch das versehentliche Anbohren bei der Montage eines Wandschrankes, eine Überhitzung der Leitungen detektiert und verhindert werden kann.
Figurenliste
Zur Erläuterung der Erfindung sind Zeichnungen gegeben, die im Folgenden näher beschrieben werden. Es zeigt

1 schematisch den typischen Aufbau eines herkömmlichen Leitungsschutzschalters mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, wie er hier als Stand der Technik ermittelt worden ist und auf dem die hier beschriebene Erfindung aufbaut,
2 schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, als zusätzliches ergänzend wirkendes Schutzelement bei der Elektroinstallation,
3 schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, als vollständiger Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter,
4 schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, als vollständiger Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter und mit zusätzlichen, ergänzenden Sicherheitselementen,
5 schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten mit alternativer modifizierter Form des Schaltschlosses, als vollständiger Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter,
6 schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten in alternativer, elektronisch modifizierter Form hinsichtlich des lichtbogenfreien Schaltschlosses, als vollständiger Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter,
7 als Stand der Technik zur Erläuterung die geometrischen Verhältnisse bei einer Ellipse,
8 als Stand der Technik zur Erläuterung zwei Kreise mit unterschiedlichen Radien und mit den Mittelpunkten auf einer gemeinsamen Achse,
9 als Stand der Technik zur Erläuterung die Überschneidung der Konturen einer Ellipse und zweier Kreise mit unterschiedlichen Radien und mit den Mittelpunkten auf einer gemeinsamen Achse,
10 eine optimale Querschnittsform bzw. Kontur zur Aufnahme von kreisförmigen Leiterquerschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern,
11 die Frontalansicht auf den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7), mit einer speziellen Öffnung (24) gemäß der in 10 gezeigten optimalen Querschnittsform bzw. Kontur zur Aufnahme von kreisförmigen Leiterquerschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern,
12 die seitliche Aufsicht auf die kreisrunde Öffnung (25) zur Aufnahme der Madenschraube (23) für den Wärmeflussklemmkontakt (7),
13 die Aufsicht auf den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7),
14 die seitliche und vordere Ansicht einer elliptisch geformten Madenschraube (23),
15 die Positionen von Madenschraube (23) und Grundkörper (22) vor dem Eindrehen der Madenschraube (23) in die kreisrunde Öffnung (25) des Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7),
16 die Positionen von Madenschraube (23) und Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) nach dem teilweise Eindrehen der Madenschraube (23) in die kreisrunde Öffnung (25) des Grundkörpers (22),
17 den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit einer Madenschraube (23), die bis zum äußeren Rand der in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten, zu schützenden elektrischen Leitung (12), welche einen minimalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, eingedreht ist,
18 den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit eingedrehter Madenschraube (23) und mit einer, in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten zu schützenden elektrische Leitung (12), welche einen minimalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, wobei die Madenschraube so fest angezogen ist, dass die eingeführte zu schützende elektrische Leitung (12) an die Wand der speziell geformten Öffnung (24) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) gepresst wird und sich dabei verformt, wobei sie teilweise deren Kontur annimmt und wodurch ein maximal großflächiger Wärmekontakt hergestellt wird,
19 den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit einer Madenschraube (23), die bis zum äußeren Rand der in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten, zu schützenden elektrischen Leitung (12), welche einen maximalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, eingedreht ist,
20 den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit eingedrehter Madenschraube (23) und mit einer, in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten zu schützenden elektrischen Leitung (12), welche einen maximalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, wobei die Madenschraube so fest angezogen ist, dass die eingeführte zu schützende elektrische Leitung (12) an die Wand der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) gepresst wird, wodurch sie sich so verformt, dass sie teilweise die Kontur der speziell geformten Öffnung (24) annimmt und wodurch ein maximal großflächiger Wärmekontakt hergestellt wird,
21 eine alternative Kontur der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7), wobei die in 10 gezeigte Kontur, durch maschinell einfacher herzustellende Polygonzüge, nachgebildet wird,
22 eine alternative Kontur der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7), wobei die in 10 gezeigte Kontur, durch maschinell einfacher herzustellende trapezförmige Aussparungen, näherungsweise nachgebildet wird,
23 eine alternative Kontur der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7), wobei die in 10 gezeigte Kontur, durch maschinell einfacher herzustellende kreisförmige Aussparungen, näherungsweise nachgebildet wird,
24 eine maschinell einfacher herzustellende alternative Form der Madenschraube (23) mit zahlreichen kreiszylinderförmigen Querschnittskonturen,
25 eine maschinell einfacher herzustellende alternative Form der Madenschraube (23) mit wenigen kreiszylinderförmigen Querschnittskonturen,
26 eine maschinell einfacher herzustellende alternative Form der Madenschraube (23) mit wenigen kreiszylinderförmigen Querschnittskonturen und abgerundeter Spitze,
27 schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau einer vollmechanischen wärmegesteuerten Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters in der Aufsicht,
28 schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau einer vollmechanischen wärmegesteuerten Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters in der Seitenansicht,
29 schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) zur Verwendung einer vollmechanischen wärmegesteuerten Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3),
30 schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit montierter vollmechanischer wärmegesteuerter Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) in der Aufsicht,
31 schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit montierter vollmechanischer wärmegesteuerter Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) in der Seitenansicht,
32 schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit alternativ montierter elektronisch wärmegesteuerter Funktionseinheit (8) zur Steuerung einer elektronischen Auslösevorrichtung (3) in der Seitenansicht,
33 schematisch als Ausführungsbeispiel die Frontalansicht eines selektiven Klemmkontaktes (42) mit beispielhaft dargestellten drei Selektionsmöglichkeiten und zugehöriger Klemmschraube (45),
34 schematisch als Ausführungsbeispiel die Frontalansicht eines selektiven Klemmkontaktes (42) mit drei Selektionsmöglichkeiten und zugehöriger Klemmschraube (45), welche eine Zugangsleitung (56) beispielhaft auf die Kontaktschiene 2 (53) presst,
35 schematisch als Ausführungsbeispiel die mehrfach angezapfte Spule für den elektromagnetischen selektiven Kurzschlussdetektor (43) mit einem beispielhaft gestalteten, beweglichen, partiell kreiszylinderförmigem ferromagnetischen Kern (61) und mit partiell unterschiedlichen Radien zur Erzeugung eines selektiven Kurzschlusssignals (44) und
36 schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, als vollständigen Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter und für eine Vielzahl von Schaltcharakteristiken.

Beispiel zur Ausführung der vorliegenden Erfindung
Zur Erläuterung der Erfindung ist in 1 schematisch der typische Aufbau eines herkömmlichen Leitungsschutzschalters mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, wie er hier als Stand der Technik ermittelt worden ist und auf dem die hier beschriebene Erfindung aufbaut, dargestellt.
Das typische Verteilungsnetz der Verbraucheranlage (11) beginnt in der Regel hinter den Hausanschlusssicherungen im Zählerschrank mit eingebautem Stromkreisverteiler. Dort befindet sich beispielsweise eine Zählertragplatte mit einer Befestigungs- und Kontaktiereinheit (BKE). Hier werden die jeweiligen Leitungsschutzschalter vorteilhafter Weise mit Hilfe von Hut-Schienen nebeneinander aufgereiht montiert.
Es wird zunächst eine elektrisch leitende Verbindung zum Verteilungsnetz der Verbraucheranlage (11) hergestellt. Dazu dient ein Klemmkontakt (6), welcher entweder ein Verbindungskabel oder eine Phasenschiene zu den Außenleitern der Hauptleitung elektrisch und mechanisch mit dem jeweiligen Leitungsschutzschalter verbindet, so dass der Leitungsstrom (9) verlustfrei übertragen wird.
Zentraler Bestandteil des Leitungsschutzschalters ist das Schaltschloss mit Freiauslösung (1), welches in der oben im Zusammenhang mit der Recherche zum Stand der Technik bereits verwendeten Freien Online-Enzyklopädie Wikipedia [01] ausführlich beschrieben ist. Demnach gibt es als Mittel zur manuellen Betätigung (2) einen Schalthebel, mit dem unabhängig und zusätzlich zur Auslösevorrichtung (3) der Schaltkontakt (4) geschlossen und geöffnet werden kann. Eine Lichtbogenlöschvorrichtung (5) sorgt für eine sichere Unterbrechung der elektrischen Verbindung nach dem Öffnen des Schaltkontaktes (4).
Durch die Betätigung des Schalthebels in die Stellung für die Ausschaltung (A) wird der Schaltkontakt (4) geöffnet und der Stromkreis wird unterbrochen.
Durch die Betätigung des Schalthebels in die Stellung für die Einschaltung (E) wird der Schaltkontakt (4) geschlossen, es sei denn, die Auslösevorrichtung (3) verhindert dies, z. B. im Fall eines Kurzschlusses, mit Hilfe ihrer integrierten Freiauslösung. Zur manuellen Betätigung des Schalthebels in die Stellung für die Einschaltung (E) finden sich in [01] erläuternde Hinweise im Zusammenhang mit der Freiauslösung: „Ein wichtiges Merkmal von Leitungsschutzschaltern ist die unbeeinflussbare Freiauslösung. Sie stellt sicher, dass bei Kurzschluss eine sofortige Auslösung auch dann erfolgt, wenn der Schalthebel betätigt oder in der Ein-Stellung festgehalten wird.
Nach Überlastauslösung muss der Bimetallstreifen erst abgekühlt sein, bevor ein Wiedereinschalten möglich ist. Dadurch, dass sie durch eine manuelle Schalthandlung wieder eingeschaltet werden müssen, wird der Anwender auf einen möglichen Fehler aufmerksam gemacht."
Diese jeweiligen Fehler in Form eines Kurzschlusses oder in Form einer Überlastung werden in zwei unterschiedlichen Funktionseinheiten des Leitungsschutzschalters detektiert, die alle seriell zueinander geschaltet sind und daher von jeweils der selben aktuellen Stromstärke des Leitungsstromes (9) durchflossen werden, welcher auch in der zu schützenden elektrischen Leitung (12) fließt.
Der Kurzschlussdetektor (14) ist vom prinzipiellen Aufbau her gesehen ein Elektromagnet, der bei sehr hohen Überströmen, wie sie nur im Kurzschlussfall wegen der sehr geringen Netzimpedanz auftreten können, ein mechanisches Kurzschlusssignal (15) an die Auslösevorrichtung (3) liefert, wodurch sie nahezu verzögerungsfrei das Fließen des Leitungsstroms (9) durch ein abruptes Öffnen des Schaltkontaktes (4) unterbricht.
In der Praxis besitzt dieser Elektromagnet typischerweise weniger als zehn Windungen aus einem dicken Draht, in dessen Zentrum sich ein kleiner Eisenstift befindet, welcher im Kurzschlussfall sehr rasch mit relativ großer Kraft verschoben wird und damit über einen Hebelmechanismus das vorgespannte Schaltschloss mit Freiauslösung (1) auslöst.
Der Standartwert in Industrieanlagen für das Abschaltvermögen im Kurzschlussfall beträgt gemäß [01] beachtliche 10000 A.
Der Überstromdetektor (16) hingegen überwacht sowohl die Höhe als auch den Zeitraum der jeweiligen Stromstärke des Leitungsstromes (9). Fließt dauerhaft eine zu hohe Stromstärke, so liefert der Überstromdetektor (16) ein Überstromsignal (17) an die Auslösevorrichtung (3), welche daraufhin den Schaltkontakt (4) öffnet.
In der Praxis wird dazu ein kleines Stück Bimetall verwendet, welches an einer Seite fixiert ist und dessen andere, frei bewegliche Seite bei Verformung durch Erwärmung einen Hebelmechanismus der Auslösevorrichtung (3) betätigt und damit das vorgespannte Schaltschloss mit Freiauslösung (1) auslöst.
Im Gegensatz zu der hier vorgestellten Erfindung des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters, bei welchem der von der stromdurchflossenen zu schützenden elektrischen Leitung (12) ausgehenden Wärmefluss direkt überwacht wird, ohne erst den Umweg über die Stromstärke des Leitungsstromes (9) zu gehen, wird gemäß dem Stand der Technik zur Erzeugung des Überstromsignals (17) bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern ein kleines Stück Bimetall in Serienschaltung in den zu überwachenden Stromkreis geschaltet und daher vollständig vom gesamten Leitungsstrom (9) durchflossen.
Der Nachteil bei diesem Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass für jede einzelne jeweils unterschiedliche Bemessungsstromstärke das jeweils vom Leitungsstrom (9) durchflossene kleine Stück Bimetall, welches als Kernbestandteil des Überstromdetektors (16) dient, entsprechend angepasst, dimensioniert und womöglich jeweils entsprechend anders positioniert sein muss, wobei zur Positionierung derzeit typischerweise eine kleine, für Laien schwer zugänglich angebrachte Justierschraube dient. Somit ist für jeweils eine bestimmte Bemessungsstromstärke prinzipiell auch ein jeweils intern angepasster anderer Leitungsschutzschalter erforderlich. Dies erfordert eine große Lagerhaltung und eine anspruchsvolle Planung vor der Elektroinstallation beispielsweise einer größeren Hausanlage.
Ein weiterer Nachteil ist, dass dieses kleine Stück Bimetall durch den Stromfluss des Leitungsstromes (9) sich ganz beachtlich hoch erhitzt. Messungen haben erwiesen, dass es Leitungsschutzschalter gibt, deren als Überstromdetektor (16) dienendes, vom Leiterstrom (9) durchflossenes kleines Stück Bimetall, verursacht durch den Stromfluss und der durch die elektrischen Verluste im Bimetall wirkenden und in Wärme umgewandelte Wirkleistung, sich erst auf über 90 Grad Celsius erhitzen muss, bevor sich das kleine Stück Bimetall mit einer Wegstrecke von typischerweise 3 mm soweit verbiegen kann, dass seine als mechanisches Überstromsignal (17) wirkende Verbiegung den Auslösehebel als Bestandteil der Auslösevorrichtung (3) des Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) soweit verschiebt, dass die Auslösevorrichtung (3) die abrupte Öffnung des Schaltkontaktes (4) bewirkt.
Bei einem einzelnen montierten herkömmlichen Leitungsschutzschalter nach dem Stand der Technik ist diese lokale interne Wärmequelle in Form des stromdurchflossenen Bimetalls kein Problem.
Werden hingegen zahlreiche herkömmliche Leitungsschutzschalter in einem Schaltschrank verbaut, ergibt sich dadurch ein unter Umständen sehr großes Problem. Um dies zu verstehen, muss die Wärmedynamik des jeweiligen stromdurchflossenen Bimetalls beachtet werden:

Das Bimetall eines Leitungsschutzschalters nach dem Stand der Technik wirkt, wegen der spezifischen Leitfähigkeit der Metalle aus denen er aufgebaut ist, wie ein ohmscher Widerstand. In diesem wird, mit dem Quadrat der durch ihn hindurch fließenden Stromstärke des Leitungsstromes (9), eine elektrische Wirkleistung in Wärme umgesetzt. Dieser physikalische Vorgang heizt das Bimetall auf.

Wäre das kleine Stück Bimetall thermisch vollständig isoliert, so würde es auch bei einer sehr geringen Stromstärke irgendwann soweit aufgeheizt und damit soweit verbogen sein, dass die Auslösevorrichtung (3) aktiviert würde.
Dabei wäre der Auslösevorgang absurder Weise unabhängig von der Größe der Stromstärke, denn diese würde lediglich den Zeitpunkt der Auslösung, die in jedem Fall erfolgen würde, bestimmen. Ein solcher Leitungsschutzschalter wäre selbstverständlich völlig unbrauchbar.
Daher ist das kleine Stück Bimetall in einem herkömmlichen Leitungsschutzschalter so montiert, dass es seine Wärme im Gehäuse auch wieder abgeben kann. Durch die Montage auf breiten Metallstücken an seiner fixierten Seite und die Verschweißung mit einer dicken Kupferlitze auf seiner beweglichen Seite wird die vom Bimetall herrührende Wärme im Gehäuse verteilt und an die Umgebung des herkömmlichen Leitungsschutzschalters abgegeben, wodurch das Bimetall sich auch wieder abkühlen kann.
Es bildet sich somit ein thermisches Gleichgewicht zwischen Erhitzung und Abkühlung.
Ein zuverlässiger Leitungsschutzschalter ist also das preiswerte Produkt mühsamer und ausgefeilter Entwicklungsarbeit, beachtenswert langer empirischer Versuchsreihen und toleranzarmer präziser Fertigungstechnologie. Werden nun jedoch in einem schlecht belüfteten Schaltschrank zahlreiche Leitungsschutzschalter eng neben einander, beispielsweise auf einer Hut-Schiene montiert, so kann das für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Leitungsschutzschalters erforderliche thermische Gleichgewicht unter Umständen empfindlich gestört werden.
Wegen der zusätzlichen Erwärmung durch die benachbarten Leitungsschutzschalter, sich durch den Betrieb ebenfalls erhitzt haben, kann es dann zur vorzeitigen Auslösung bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern kommen, obwohl die zulässige Bemessungsstromstärke der zu schützenden elektrischen Leitung (12) noch nicht überschritten ist, weil eine zusätzliche Erwärmung durch benachbarte Leitungsschutzschalter erfolgt. Das kleine Stück Bimetall kann somit nicht bestimmungsgemäß rasch abkühlen. Dadurch verlagert sich das thermische Gleichgewicht hin zu geringeren möglichen Bemessungsstromstärken als ursprünglich geplant und vorgesehen.
Das macht dann unter Umständen eine aktive Kühlung in dicht verbauten Schaltschränken erforderlich.
In einem schlecht belüfteten Zählerschrank der Hausinstallation kann dies durchaus zum Problem werden, welches der Fachmann jedoch prinzipiell lösen kann.
Sind alle herkömmliche Leitungsschutzschalter auf den Hut-Schienen montiert, so werden sie mit Hilfe von Klemmkontakten (6) mit den jeweiligen zu schützenden elektrischen Leitungen (12) verbunden.
Dabei muss der Leiterquerschnitt der jeweils zu schützenden elektrischen Leitung (12) zwingend und ganz exakt der jeweiligen Bemessungsstromstärke des damit verbundenen herkömmlichen Leitungsschutzschalters zugeordnet werden.
Eine versehentliche Vertauschung könnte ansonsten zu einem unbestimmten Zeitpunkt einen Leitungsbrand mit möglicherweise letalem Ausgang verursachen. Hier ist wachsame und verantwortungsvolle Arbeit seitens des Fachmannes bei der Montage dringend gefordert.
Doch auch bei völlig korrekter Montage können, insbesondere durch nachträgliche Veränderungen der Bausubstanz, Gefahren durch Überhitzung der elektrischen Leitungen entstehen.
Da werden beispielsweise ursprünglich frei auf der Wand verlaufende Leitungen nachträglich durch eine mit Wärme dämmendem Material versehene Holzverschalung abgedeckt, oder es werden in den Kabelschacht für die ursprünglich einzelne Leitung noch zusätzliche stromdurchflossenen Leitungen für einen noch nachträglich errichteten Anbau hinzu gelegt.
Ein Händler liefert Stromkabel mit grenzwertig verringerten Querschnitten, was dann bereits bei geringfügigen Leitungsstörungen wie Einkerbungen oder Quetschungen durch weitere Reduzierung des Querschnittes zur lokalen Erhöhung der Stromdichte und damit zur Überhitzung führen kann.
Das teilweise Anbohren eines in der Wand verlegten Unterputzkabels bei der Montage eines Wandschrankes, das Nachlassen des Anpressdruckes in der Klemme in einer seit Jahrzehnten nicht mehr sanierten und womöglich durch Laien installierten Steckdose, der Austausch eines zu häufig auslösenden Leitungsschutzschalters durch eine Version mit trägerer Schaltcharakteristik und womöglich „geringfügig“ höherer Stromstärke im Auftrag des genervten Erwerbers einer gebrauchten Immobilie mit nicht dokumentierter Elektroinstallation, usw. - dies alles kann auch heutzutage immer noch zu Kabelbränden mit zum Teil fürchterlichen Folgen führen.
Langjährige Erfahrungen aus der Praxis haben zu der Überlegung geführt, dass die Erfassung der Stromstärke des Leitungsstromes (9) der zu schützenden elektrischen Leitung (12) ein nicht immer ausreichender Ansatz ist, um die Überhitzung von elektrischen Leitungen zu vermeiden.
Der richtige Ansatz zur verbesserten Lösung des Problems der Überlastung elektrischer Leitungen ist, die aktuelle Temperatur der Leitung direkt und kontinuierlich zu überwachen und den Stromfluss schließlich zu unterbrechen, sobald die zu schützende elektrische Leitung (12) sich zu Überhitzen droht.
Diese Überlegungen führen dann folgerichtig zu dem hier als neue Erfindung vorgestellten, grundsätzlich verschiedenen, direkten Verfahren zur Verhinderung der thermischen Überlastung von elektrischen Leitungen, welches zuverlässig, ohne den Umweg über die jeweils aktuell fließende Stromstärke des Leitungsstromes (9) zu gehen, eine Überhitzung verhindern kann. Als Mittel zur Durchführung dieses Verfahrens dient dabei ein teilweise neuartig aufgebauter temperaturgesteuerter Leitungsschutzschalter, wie er nachfolgend in verschiedenen Versionen erläutert wird und ohne den die Durchführung dieses Verfahrens nicht möglich ist.
Der typische Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten ist schematisch in der 2 dargestellt.
Die dort verwendeten Funktionseinheiten bestehen, zunächst wie bei einem herkömmlichen Leitungsschutzschalter, aus einem Schaltschloss mit Freiauslösung (1), umfassend einen Schalthebel als Mittel zur manuellen Betätigung (2), eine Auslösevorrichtung (3), einen Schaltkontakt (4) und eine Lichtbogenlöschvorrichtung (5). Durch das Betätigen des Schalthebels in die Stellung für die Einschaltung (E), wird das Schaltschloss mit Freiauslösung (1) zum einen mit Hilfe einer Federvorrichtung zur Reduzierung der zur Auslösung des Schaltvorganges erforderlichen Kraft mechanisch vorgespannt und es wird zum anderen der Schaltkontakt (4) geschlossen. Dadurch wird dann das Fließen des Leitungsstromes (9) ermöglicht.
Durch das Betätigen des Schalthebels in die Stellung für die Ausschaltung (A) oder durch die aktivierte Auslösevorrichtung (3), wird die Federvorrichtung wieder entspannt und es wird gleichzeitig der Schaltkontakt (4) wieder geöffnet. Dadurch wird ein weiteres Fließen des Leitungsstromes (9) verhindert.
Eine Lichtbogenlöschvorrichtung (5) unterdrückt bei diesem Schaltvorgang eine möglicherweise sonst entstehende Lichtbogenbildung, welche womöglich den Stromfluss trotz geöffnetem Schaltkontakt (4) aufrecht erhalten würde.
Der Schaltkontakt (4) kann sowohl in mechanischer Form, beispielsweise durch eine Kontaktfeder mit verstärkten Kontaktelektroden, als auch in elektronischer Form, beispielsweise durch robuste Halbleiterschalter, realisiert sein. Die mechanische Form ist jedoch derzeit erheblich robuster, kompakter und signifikant preiswerter als eine halbleiterbasierte elektronische Form und wird daher noch auf lange Zeit die bevorzugte Form der Realisierung des Schaltkontaktes (4) bleiben.
Dann gibt es weiterhin noch, wie es auch bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern der Fall ist, einen Klemmkontakt (6), welcher einerseits mit dem Schaltschloss mit Freiauslösung (1) und andererseits mit dem Verteilungsnetz der Verbraucheranlage (11) verbunden ist.
Als bisher noch nicht bekannte, völlig neue und die Erfindung kennzeichnenderweise umfassende Funktionseinheiten gibt es sowohl einen Wärmeflussklemmkontakt (7) als auch eine wärmegesteuerte Funktionseinheit (8).
Der Wärmeflussklemmkontakt (7) ist einerseits mit dem Schaltschloss mit Freiauslösung (1) elektrisch leitend und andererseits mit der zu schützenden elektrischen Leitung (12) elektrisch und thermisch leitend verbunden. Er ist so konstruiert, dass er die zu schützende elektrische Leitung (12) mechanisch fixiert und einerseits sowohl den Leitungsstrom (9) verlustfrei überträgt und andererseits den von der zu schützenden elektrischen Leitung (12) ausgehenden Wärmefluss (10) verlustfrei an die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) weiterleitet.
Es ist - als signifikanter Unterschied zu allen bisherigen bekannten und angewandten Verfahren zum Leitungsschutz - zu beachten, dass bei der hier vorgestellten Erfindung die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) keineswegs direkt vom Leitungsstrom (9) durchflossen wird, sondern lediglich mit dem von dem Wärmeflussklemmkontakt (7) ausgehenden Wärmefluss (10) thermisch leitend verbunden ist und als Aktivierungssignal (13), welches zur Auslösevorrichtung (3) geleitet wird, entweder, eine mechanisch wirkende Steuerbewegung, beispielsweise in Form einer genau definierten und reproduzierbaren Bewegung einer Bimetallspirale, oder ein elektrisch wirkendes Steuersignal, beispielsweise verursacht durch die Änderung des Widerstandswertes eines Halbleiter basierten Temperaturfühlers, oder einen elektromechanisch basierten Auslösevorgang, beispielsweise durch ein temperaturgesteuertes Schaltrelais mit entsprechend angepasster oder geformter Schaltzunge oder ähnlich aufgebautem elektromagnetischen Baustein oder Hilfselement, generiert, sobald eine einstellbare Temperaturschwelle überschritten wird, wodurch die Auslösevorrichtung (3) aktiviert wird, was wiederum ein Öffnen des Schaltkontaktes (4) bewirkt und wodurch der Leitungsstrom (9) unterbrochen wird.
Ein temperaturgesteuerter Leitungsschutzschalter mit diesen Funktionseinheiten ist insbesondere als zusätzliches, ergänzend wirkendes Schutzelement geeignet. Er wird typischerweise in Reihenschaltung zwischen die zu schützende elektrische Leitung (12) und dem zugehörigen herkömmlichen Leitungsschutzschalter betrieben und ist so verschaltet, dass der jeweilige Leitungsstrom (9) vom herkömmlichen Leitungsschutzschalter kommend durch den temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter fließt und dann erst zu der zu schützenden elektrischen Leitung weiter geleitet wird. Dies ist erforderlich, damit der Stromfluss des Leitungsstromes (9) von dem temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter gegebenenfalls unterbrochen werden kann, wenn die vom temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter kontinuierlich überwachte Temperatur der jeweils zu schützenden elektrischen Leitung (12) überschritten wird.
Anstelle der in herkömmlichen Leitungsschutzschaltern gemäß dem in 1 dargestellten Stand der Technik verwendeten Funktionseinheiten wie zweiter Klemmkontakt (6), Kurzschlussdetektor (14) mit zugehörigem Kurzschlusssignal (15) und Überstromdetektor (16) mit zugehörigem Überstromsignal (17) werden in der hier vorgestellten Erfindung in Form eines temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters nunmehr die bisher nicht bekannten Funktionseinheiten Wärmeflussklemmkontakt (7) und wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) mit zugehörigem Aktivierungssignal (13) verwendet, wobei der Wärmeflussklemmkontakt (7) und die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8), um den erforderlichen Wärmefluss (10) zwischen ihnen zu ermöglichen, sowohl mechanisch als auch thermisch eng miteinander verbunden sind. Diese Funktionseinheiten sind kennzeichnende Merkmale dieser Erfindung und werden daher weiter unten detailliert beispielhaft erläutert.
Ein solchermaßen aufgebauter, temperaturgesteuerter Leitungsschutzschalter vermag kontinuierlich die Temperatur der zu schützenden elektrischen Leitung (12) zu überwachen und unterbricht bei der Überschreitung einer frei wählbaren Schwelle der Temperatur den Stromfluss, sodass sich die Temperatur der zu schützenden elektrischen Leitung (12) nicht weiter durch den Fluss des Leitungsstroms (9) erhöhen kann.
Die Häufigkeit von Kabelbränden aufgrund der oben beispielhaft benannten Probleme kann somit wirksam reduziert werden.
Wegen der sehr guten Wärmeleitfähigkeit von Kupferdrähten verteilt sich, je nach örtlichen Gegebenheiten, die an Störstellen lokal auftretende Hitze bis hin zum angeschlossenen Wärmeflussklemmkontakt. Dabei kommt es weniger auf die fließende Stromstärke des Leitungsstromes (9), sondern vielmehr auf die jeweilige Temperatur der zu schützenden elektrischen Leitung (12) an.
Werden solche temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter beispielsweise als zusätzliche Sicherungselemente zur Minderung von Gefahren, die durch überhitzte elektrische Leitungen verursacht werden, in einem Schaltschrank in Serie zwischen der jeweils zu schützenden elektrischen Leitung (12) und dem zugehörigen herkömmlichen Leitungsschutzschalter montiert, so können prinzipiell völlig baugleiche temperaturgesteuerte Leitungsschutzschalter für sämtliche zu schützende elektrische Leitungen - unabhängig von der Bemessungsstromstärke der vorgeschalteten herkömmlichen Leitungsschutzschalter - verwendet werden.
Nachteilig wäre bei einer solchen Verwendung jedoch der benötigte Platzbedarf. Weil die typische Baugröße eines temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters in etwa der Baugröße eines herkömmlichen Leitungsschutzschalters entspricht, würde jedoch der doppelte Raum im Schaltschrank benötigt werden. Dieses Problem lässt sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen durch eine einfache Erweiterung lösen, wie unten beschrieben wird.
Die in der 2 dargestellten Funktionseinheiten definieren somit zunächst lediglich die fundamentale Ausbaustufe der hier vorgestellten temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter.
Sie werden in dieser fundamentalen Ausbaustufe grundsätzlich in Kombination mit herkömmlichen Leitungsschutzschaltern als zusätzliche Sicherheitselemente innerhalb einer Elektroinstallation verwendet.
Ein Nachrüsten einer bereits bestehenden Anlage ist möglich, wenn genügend Raum zur Montage der zusätzlichen thermisch gesteuerten Leitungsschutzschalter vorhanden ist.
Die Problematik, dass in bereits montierten Schaltkästen möglicherweise nicht genügen Raum vorhanden ist, um nachträglich thermisch gesteuerte Leitungsschutzschalter ergänzend zu installieren, lässt sich, wie bereits erwähnt, durch eine Erweiterung der Funktionseinheiten, relativ einfach auflösen.
Durch das Hinzufügen eines von herkömmlichen Leitungsschutzschalter her bekannten Kurzschlussdetektors (14), der im Kurzschlussfehlerfall, genau so wie bei einem herkömmlichen Leitungsschutzschalter, zusätzlich ein Kurzschlusssignal (15) zur Aktivierung der Auslösevorrichtung (15) generiert, wird der temperaturgesteuerte Leitungsschutzschalter zu einem vollwertigen Komplettgerät, welches herkömmlich konstruierte Leitungsschutzschalter funktionell vollständig ersetzen kann.
Ein weiterer Leitungsschutzschalter wäre dann nicht mehr erforderlich, wodurch der notwendige Raumbedarf um 50 % reduziert würde.
Allerdings wäre eine Typeneinteilung der temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter erforderlich, die gemäß den jeweils geltenden Vorschriften für die maximal zulässige Kurzschlussstromstärke erfolgen müsste, weil nach den derzeit geltenden Vorschriften die zur Auslösung des Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) erforderliche Stromstärke im Kurzschlussfall auf ein Vielfaches der Bemessungsstromstärke bezogen ist.
Damit wären dann doch wieder eine Vielzahl von Typen zu unterscheiden, was im Rahmen der hier gestellten Aufgabe nicht erwünscht ist. Weiter Unten wird die optimale Lösung dieses Problems diskutiert. Aber es lässt sich die Problematik auch ohne zusätzliche Maßnahmen signifikant eingrenzen.
Die 3 zeigt schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, als vollständiger Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter.
Die 3 ist nahezu identisch mit der 2, es kommt lediglich die Funktionseinheit Kurzschlussdetektor (14) hinzu und es wird dargestellt, wie das im Fehlerfall generierte Kurzschlusssignal (15) zur Aktivierung der Auslösevorrichtung (3) weiter geleitet wird.
Der so aufgebaute temperaturgesteuerte Leitungsschutzschalter umfasst also zusätzlich zu der oben im Zusammenhang mit der 2 beschriebenen Version einen in Reihe geschalteten Kurzschlussdetektor, welcher so geschaltet ist, dass er vom Leitungsstrom (9) durchflossen wird und beim Überschreiten einer zuvor festgelegten Stromstärke verzögerungsfrei ein Kurzschlusssignal (15) an die Auslösevorrichtung (3) liefert. Dadurch wird die Auslösevorrichtung (3) aktiviert, wodurch der Leitungsstrom (9) unterbrochen wird, weil der Schaltkontakt (4) von der Auslösevorrichtung geöffnet wird. Dabei ist es vom Prinzip her ohne Bedeutung, ob sich der Kurzschlussdetektor (14) in Serieschaltung zwischen dem Wärmeflussklemmkontakt (7) und dem Schaltschloss (1) oder in Serienschaltung zwischen dem Klemmkontakt (6) und dem Schaltschloss (1) befindet. Wichtig ist lediglich, dass der Kurzschlussdetektor (14) vom gesamten jeweils fließenden Leitungsstrom (9) durchflossen wird. Es muss also zwingend eine Serienschaltung realisiert sein.
An dieser Stelle soll noch einmal ausführlich erläutert werden, warum der temperaturgesteuerte Leitungsschutzschalter, insbesondere im Bereich der Hausinstallation, sehr vorteilhaft und universell eingesetzt werden kann und warum die direkte Erfassung der Leitungstemperatur nicht nur gleichwertig ist, sondern zuverlässiger als die derzeitige Erfassung der zeitlich fließenden Stromstärke funktioniert.
Die beiden primären Aufgaben eines Leitungsschutzschalters sind, die Leitung zum einen im Falle eines Kurzschlusses und zum anderen im Falle einer längeren, dauerhaften Überlastung, welche zu einer Überhitzung der Leitung führt, vom Stromnetz abzuschalten.
Dabei wirken sowohl bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern als auch bei dem im Zusammenhang mit der 3 beschriebenen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter die jeweiligen Auslösemechanismen für den Kurzschlussfall bzw. für den Fall der Überlastung völlig autark und unabhängig voneinander.
Die Auslösung des Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) erfolgt für den Fall eines Fehlers durch einen Kurzschluss genau so, wie es bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern der Fall ist.
Was jedoch den Schutz vor Überlastung der Leitung betrifft, so wird die Temperatur der zu schützenden elektrischen Leitung (12) direkt ermittelt und zum Kriterium zur Abschaltung des Stromkreises durch die Aktivierung der Auslösevorrichtung (3) gemacht.
Für die Elektroinstallation werden überwiegend Leitungen eingesetzt, die aus kunststoffummantelten Kupferdrähten bestehen.
Der Wert des elektrischen Widerstandes eines solchen Drahtes lässt sich relativ einfach bestimmen.
Ausführliche Informationen hierzu findet man beispielsweise im Internet unter [02]: Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Elektrischer Widerstand,
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Widerstand, (eingestellt am 26. 02. 2013, abgerufen am 14. 03. 2013).
Demnach gilt für den Widerstand R einer Leitung der Länge l, dem materialbedingten spezifischen Widerstand p und der Querschnittsfläche A der Zusammenhang [02]: $R = ρ \cdot \frac{l}{A}$
Bei einer Elektroleitung mit konstanter, kreiszylinderförmiger Querschnittsfläche A lässt sich somit ein Widerstand pro Länge / folgendermaßen angeben: $\frac{R}{l} = \frac{ρ}{A}$
Weiter gilt nach [02]: „Wenn Strom durch einen Widerstand fließt“ wird „elektrische Leistung gemäß“ $P = R \cdot I^{2}$
„in Wärmeleistung umgesetzt“, dabei repräsentiert P die in Wärmeleistung umgesetzte elektrische Leistung und I den Effektivwert der Stromstärke des Leitungsstromes (9). Durch einfaches Einsetzen lässt sich somit eine Wärmeleistung pro Längeneinheit folgendermaßen definieren: $\frac{P}{l} = ρ \cdot \frac{I^{2}}{A}$
Die Wärmeleistung pro Längeneinheit / hängt also vom typischerweise konstanten materialabhängigem spezifischen Widerstand ρ ab. Sie wächst mit dem Quadrat des Effektivwertes der Stromstärke I an und verringert sich mit zunehmender Querschnittsfläche A der betreffenden Leitung. Zwischen dem Durchmesser d und der Querschnittsfläche A besteht ein eindeutiger Zusammenhang bei kreiszylindrischer Form der jeweiligen Drähte.
Ausführliche Informationen hierzu findet man im Internet unter [03]: Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Kreis, http://de.wikipedia.org/wiki/Kreis,
(eingestellt am 07. 03. 2013, abgerufen am 14. 03. 2013). Demnach gilt für die Querschnittsfläche A [03]: $A = π \cdot {(\frac{d}{2})}^{2}$
und nach einer arithmetischen Umstellung gilt somit für den Durchmesser d $d = 2 \cdot \sqrt{\frac{A}{π}}$
Die tatsächliche Temperatur ϑ einer elektrischen Leitung ergibt sich nach dem Zufluss- und Abflussprinzip aufgrund eines sich einstellenden thermischen Gleichgewichtes als Resultat der Summe der zeitlichen Einwirkdauer der aufheizenden Wärmeleistung, vermindert um die abkühlend wirkende, in die Umgebung der Leitung permanent abgeführten Wärmeleistung.
Da die Erfassung und Beurteilung der jeweiligen charakteristischen Parameter prinzipiell nur bei einer Neuinstallation hinreichend genau möglich ist, werden zur sicheren Abschätzung für den alltäglichen Gebrauch einzelner Leitungen häufig Näherungstabellen verwendet, welche einerseits die DIN VDE 0298 Teil 4 berücksichtigen und andererseits sicherheitshalber ungünstige Fälle wie eine Mehraderleitung, welche im Rohr in einer wärmegedämmten Wand verlegt ist und bei einer Umgebungstemperatur von ϑ=30°C von Gleichstrom durchflossen wird, berücksichtigen.
Damit ist man dann auf der sicheren Seite, auch wenn die Leitungen bei dem jeweils gegebenen Leiterquerschnitt oftmals mehr elektrische Energie übertragen könnten.

Eine typische, hier beispielhaft vorgestellte Näherungstabelle aus der Praxis sieht dabei folgende Absicherungen mit einer Bemessungsstromstärke I in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche A beziehungsweise zugehörigem Drahtdurchmesser d der verlegten Leitungen vor:

I = 13,0A	A = 1,5 mm²	d = 1,38 mm
I = 16,0 A	A = 2,5 mm²	d = 1,78 mm
I = 20,0 A	A = 4,0 mm²	d = 2,26 mm
I = 25,0 A	A = 6,0 mm²	d = 2,76 mm
I = 32,0 A	A = 10,0 mm²	d = 3,57 mm
I = 50,0 A	A = 16,0 mm²	d = 4,51 mm
I = 63,0 A	A = 25,0 mm²	d = 5,64 mm
I = 80,0 A	A = 35,0 mm²	d = 6,68 mm

Messungen der Temperaturerhöhungen von einfach PVC ummantelten Kupferdrähten als isolierte Einzeldrähte, wie sie typischerweise in Kabeln jeweils zu drei oder zu fünf Stück zusammengefasst werden, ergeben bei einer Strombelastung gemäß dieser Tabelle bei einer jeweiligen Drahtlänge 1 von einem Meter für sämtliche dort wiedergegebenen Fälle nach einer Stromflussdauer von einer Stunde bei Zimmertemperatur mit guter Näherung stets eine Temperatur des Leiterdrahtes von ϑ = 40°C.
Die Aufheizung des Kupferdrahtes erfolgt dabei in jedem einzelnen Volumenelement des Drahtes. Da ja gemäß der Gleichung (1.3) die Wärmeleistung pro Längeneinheit / an jeder Stelle der zu schützenden elektrischen Leitung (12) durch den jeweils fließenden Leitungsstrom (9) erzeugt wird, so wird diese Wärmeleistung pro Längeneinheit / insbesondere auch direkt innerhalb der Anschlussklemme im Leiterquerschnitt wirksam.
Dies bedeutet, dass zum Schutz von Leitungen gegen Überhitzung durch dauerhaft zu hohe Stromdichten gemäß der oben gezeigten Näherungstabelle für acht verschiedene Querschnittsflächen A auch acht verschiedenen Leitungsschutzschalter für die jeweils unterschiedlichen Bemessungsstromstärken verwendet werden müssen, wenn die Stromstärke als primäres Kriterium für den Schutz gegen Überlastung heran gezogen wird.
Wird hingegen die tatsächliche Leiterdrahttemperatur ϑ der jeweils zu schützenden elektrischen Leitung (12) als Abschaltkriterium gewählt, so werden für sämtliche acht unterschiedliche Leitungsquerschnitte lediglich wenige Typen von temperaturgesteuerten Leitungsschutzschaltern für die jeweils unterschiedlichen Leitungen benötigt, wobei die Unterscheidung der Typen ausschließlich auf den derzeitig geltenden Vorschriften für die Abschaltung beim Auftreten eines Kurzschlusses beruhen. Hinsichtlich des Schutzes gegen Überlastung müsste hingegen nicht unterschieden werden.
An dieser Stelle soll nicht die komplizierte Problematik im Kurzschluss-Fehlerfall, unter Berücksichtigung beispielsweise von Materialien und Schleifenimpedanzen, diskutiert werden. Vielmehr sollen lediglich aufgrund bereits etablierter Gegebenheiten prinzipielle Denkanstöße für eine Typeneinteilung von temperaturgesteuerten Leitungsschutzschaltern gegeben werden.
Die bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern vorhandene verzögerte thermische Auslösung für den Überlastschutz ist bei dem temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter für ausnahmslos sämtliche oben tabellarisch genannten Leiterquerschnitte vollkommen gleich. Diesbezüglich muss also nicht unterschieden werden, weil nicht die Stromstärke, sondern die jeweilige Leitungserwärmung als Kriterium zum Abschalten verwendet wird.
Die Vorschriften für die elektromagnetische Auslösung im Falle eines Kurzschlusses beziehen sich derzeit unter anderem jedoch auf die jeweiligen Bemessungsstromstärken herkömmlicher Leitungsschutzschalter.
Dies macht durchaus einen Sinn, da für Elektroleitungen mit geringem Leiterquerschnitt die Leitungsimpedanzen hoch sind, was eine geringere Kurzschlussstromstärke zur Folge hat als für es für Elektroleitungen mit großem Leiterquerschnitt der Fall ist. Bei gleicher Leitungslänge sind dort nämlich die Leitungsimpedanzen geringer, wodurch höhere Kurzschlussstromstärken möglich sind. Zusätzlich gibt es zudem eine Unterteilung nach sogenannten Schalt-Charakteristiken.
So bedeutet, vereinfacht gesagt, eine hier beispielhaft gewählte C-Charakteristik, dass die Auslösung im Kurzschlussfall innerhalb eines Zeitraumes von einer Zehntel Sekunde zwingend erfolgen muss, wenn die Kurzschlussstromstärke größer oder gleich dem zehnfachen Wert der Bemessungsstromstärke ist, jedoch darf die Auslösung nicht erfolgen, wenn ein Stromstoss mit dem fünffachen Wert der Bemessungsstromstärke für einen Zeitraum von weniger als einer Zehntel Sekunde stattfindet.
Auf diese Weise soll verhindert werden, dass durch den Einschaltstromstoss bei der Inbetriebnahme einer größeren Maschine oder z. B. eines Schweißtransformators, der Leitungsschutzschalter vorzeitig und unnötig ausgelöst wird. Andererseits muss der Leitungsschutzschalter sicher auslösen, wenn durch ein defektes elektrisch betriebenes Gerät tatsächlich ein Kurschluss verursacht wird.
Dies würde in dem oben erwähnten Beispiel bedeuten, dass für Leitungsschutzschalter mit der Schaltcharakteristik C und den Bemessungsstromstärken 13 A, 16 A, 20 A und 25 A im Kurzschlussfall gemeinsam gilt, dass sie zwingend bei einer Stromstärke von 130 A nach spätestens einer Zehntel Sekunde auslösen müssen.
Mit genauer Einhaltung dieser Forderung wären gleichzeitig auch alle anderen Forderungen erfüllt, nämlich:

Alle Leitungsschutzschalter lösen nicht vorzeitig aus, weder bei 65 A, noch bei 80 A oder 100 A oder bei 125 A und alle Leitungsschutzschalter lösen rechtzeitig bei 130 A aus, somit auch bei 160 A oder 200 A oder 250 A.

Wenn es also gelingt, den Kurzschlussdetektor so präzise zu fertigen, dass er trotz fertigungstechnisch bedingter Toleranzen genau bei einer Stromstärke von 130 A nach einer Zehntel Sekunde auslöst, dann könnte gemäß den hier diskutierten Beispielen ein entsprechender Typ des innovativen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters gleich vier herkömmliche Leitungsschutzschalter ersetzen.
Alternativ bietet sich eine Hybridlösung zwischen den beiden oben beschriebenen Lösungen an. Dabei wird sowohl ein herkömmlicher Leitungsschutzschalter, als auch ein temperaturgesteuerter Leitungsschutzschalter in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Durch die gemeinsame Verwendung der jeweiligen Funktionselemente wird bei signifikant erweitertem Schutzverhalten dann nicht wesentlich mehr Raum als bei einem herkömmlichen Leitungsschutzschalter benötigt
Die 4 zeigt schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen hybriden temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, als vollständigen Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter mit zusätzlichen ergänzenden Sicherheitselementen in Form eines zusätzlichen herkömmlichen Überstromdetektors (16), welcher bei drohender Überlastung der Leitung ein zusätzliches Überstromsignal (17) generiert und damit die Abschaltung durch die Aktivierung der Auslösevorrichtung (3), unabhängig von den anderen Funktionseinheiten, bewirkt. Weitere Ausgestaltungen und Veränderungen sind denkbar. So können anstelle des bei herkömmlichen Leiterschutzschaltern typischerweise verwendeten Schalthebels als Mittel für die manuelle Betätigung (2) alternativ auch jeweils ein Taster für die Einschaltung (18) und ein Taster für die Ausschaltung (19) verwendet werden. Diese Taster können entweder mechanisch auf das Schaltschloss (1) wirken oder aber sie können als elektrische Kontakte gestaltet, beispielsweise einen Elektromagneten (20) steuern, wie es in ähnlicher Weise bei einem Schaltschütz im Selbsthaltestromkreis der Fall ist.
Der Vorteil von Tastern ist, dass beispielsweise durch eine spezielle Formgebung sich die Schaltstellungen leicht erkennbar eindeutig zuordnen lässt. So kann auch bei einer um 180 Grad versetzten Montage der Schaltzustand sofort sicher aus der Ferne erkannt werden. Auch kann dadurch beispielsweise das Einschalten soweit erschwert werden, dass ein versehentliches Einschalten weniger leicht möglich ist.
Ein solchermaßen modifizierter temperaturgesteuerter Leitungsschutzschalter würde jedoch womöglich einen größeren Raumbedarf als herkömmliche Leitungsschutzschalter benötigen, was nachteilig wäre.
Die 5 zeigt schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten mit alternativer modifizierter Form des Schaltschlosses, als vollständigen Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter.
Es handelt sich dabei also um einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter, wie er bereits im Zusammenhang mit der 3 beschrieben worden ist. Unterschiedlich ist aber das Schaltschloss mit Freiauslösung (1), welches nun ein Mittel zur manuellen Betätigung in Form eines Tasters für die Einschaltung (18), ein Mittel zur manuellen Betätigung in Form eines Tasters für die Ausschaltung (19), eine Auslösevorrichtung (3), einen Schaltkontakt (4) und eine Lichtbogenlöschvorrichtung (5) umfasst. Dabei wird durch das Betätigen des Tasters für die Einschaltung (18), mechanisch oder mit Hilfe eines Elektromagneten (20) der Schaltkontakt (4) geschlossen und dadurch das Fließen des Leitungsstromes (9) ermöglicht.
Es wird entweder durch das Betätigen des Tasters für die Ausschaltung (19) oder durch die aktivierte Auslösevorrichtung (3), mechanisch oder mit Hilfe eines Elektromagneten (20) der Schaltkontakt (4) geöffnet und dadurch das Fließen des Leitungsstromes (9) verhindert, wobei die Lichtbogenlöschvorrichtung (5) eine Lichtbogenbildung bei diesem Schaltvorgang unterdrückt.
Als eine weitere alternative Möglichkeit könnte in Erwägung gezogen werden, den Schaltkontakt (4) durch einen elektronischen Schalter (21) zu ersetzen. Diesen elektronischen Schalter könnte man sowohl mit einem Taster für die Einschaltung (18) als auch mit einem Taster für die Ausschaltung (19) sehr einfach betätigen. Der Vorteil des elektronischen Schalters wäre, dass es keine Lichtbogenausbildung beim Abschalten geben würde. Eine Lichtbogenlöschvorrichtung (5) könnte daher entfallen und die Leitungsschutzschalter könnten vorteilhaft auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden.
Der Vollständigkeit halber ist daher in 6 schematisch der typische Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten in alternativer, elektronisch modifizierter Form hinsichtlich des lichtbogenfreien Schaltschlosses, als vollständiger Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter, dargestellt.
Es handelt sich dabei also um einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter, wie er bereits im Zusammenhang mit der 3 bzw. der 5 beschrieben worden ist. Unterschiedlich ist aber das Schaltschloss mit Freiauslösung (1), welches nun ein Mittel zur manuellen Betätigung, eine Auslösevorrichtung (3) und einen elektronischen Schalter (21) umfasst, wobei durch das Betätigen des Mittels zur manuellen Betätigung der elektronische Schalter (21) geschlossen und dadurch das Fließen des Leitungsstromes (9) ermöglicht wird oder wobei durch das Betätigen des Mittels zur manuellen Betätigung der elektronische Schalter (21) geöffnet und dadurch das Fließen des Leitungsstromes (9) verhindert wird.
Andererseits ist die Realisierung eines vollelektronischen Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) mit derzeitig verfügbaren Halbleitern, im Hinblick auf das immense Schaltvermögen derzeitiger Leitungsschutzschalter von beispielsweise 10000 A, hinsichtlich der Baugröße und vor allem im Vergleich zu den geringen Kosten herkömmlicher Schaltkontakte (4), derzeit weder technisch noch wirtschaftlich sinnvoll, sondern diese prinzipielle Alternative ist eher als zukünftige Entwicklungsmöglichkeit in Erwägung zu ziehen.
Ständig aktueller Gesichtspunkt und ein ganz wesentlicher Aspekt bei der Konstruktion von Leitungsschutzschaltern ist die funktionelle Zuverlässigkeit.
Daher konzentrieren sich die hier behandelten und nachfolgend vorgestellten Ausführungsbeispiele nahezu ausschließlich auf mechanische Realisierungen. Mechanische Realisierungen besitzen keine Halbleiterbauelemente, die ausfallen könnten. Sie benötigen auch keine Betriebsspannung und sind daher stets einsatzbereit.
Als sehr wichtiges Funktionselement des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters ist im Zusammenhang mit den Erläuterungen zur 2 der Wärmeflussklemmkontakt (7) genannt worden. Da der Wärmeflussklemmkontakt (7) für sämtliche, in der oben gezeigten Näherungstabelle beispielhaft genannten Leiter und Leiterquerschnitte mit hinreichend gutem Ergebnis geeignet sein muss, ist eine speziell geformte Öffnung (24) für den Wärmeflussklemmkontakt zur Aufnahme der jeweiligen elektrischen Leitung mit entsprechendem Leiterquerschnitt erforderlich.
Zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse werden in der 7 als Stand der Technik die geometrischen Verhältnisse bei einer Ellipse dargestellt.
Ausführliche Informationen hierzu findet man im Internet unter [04]: Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Ellipse, http://de.wikipedia.org/wiki/Ellipse,
(eingestellt am 26. 02. 2013, abgerufen am 14. 03. 2013). Demnach kann allgemein gesagt werden [04]: „Eine Ellipse ist eine spezielle geschlossene ovale Kurve.“
Die in der 7 gezeigte Ellipse schneidet die x-Achse in den beiden Hauptscheitelpunkten A und C und die y-Achse in den Nebenscheitelpunkten B und D. Die beiden Brennpunkte d und e liegen auf der Hauptachse. Ein Teil der großen Halbachse, hier mit „a“ bezeichnet und eine vollständige kleine Halbachse, hier mit „b“ bezeichnet bilden mit der als „c“ bezeichneten Strecke zwischen dem Brennpunkt „d“ und dem oberen Scheitelpunkt „B“ ein rechtwinkliges Dreieck. Dies ist der bekannte Stand der Technik.
Weiter ist bekannt, was in 8 als Stand der Technik zur Erläuterung dargestellt ist, nämlich dass zwei Kreise mit unterschiedlichen Radien, hier mit „R1“ und „R2“ bezeichnet, mit den Mittelpunkten auf einer gemeinsamen Achse eingezeichnet werden können.
Des Weiteren ist bekannt, dass die Lage der Mittelpunkte so gewählt werden kann und die Radien der Kreise so gewählt werden können, dass beide Kreiskonturen über einen relativ weiten Bereich mit der Kontur einer Ellipse in Übereinstimmung gebracht werden kann.
Die 9 zeigt als Stand der Technik zur Erläuterung die Überschneidung der Konturen einer Ellipse und zweier Kreise mit unterschiedlichen Radien „R1“ und „R2“ mit den jeweiligen Mittelpunkten auf einer gemeinsamen Achse.
Die beste Übereinstimmung der Kontur der Ellipse mit dem kleinsten beider Kreise, also mit dem Kreis, der den Radius „R1“ besitzt, wird erzielt, wenn der Mittelpunkt des Kreises in den Brennpunkt der Ellipse gelegt wird und der Radius „R1“ so groß wie die Strecke zwischen dem Hauptscheitelpunkt und dem benachbarten Brennpunkt der Ellipse lang ist.
Die beste Übereinstimmung der Kontur der Ellipse mit dem größten beider Kreise, also mit dem Kreis, der den Radius „R2“ besitzt, wird erzielt, wenn der Mittelpunkt des Kreises im Zentrum der Ellipse gelegt wird und der Radius „R2“ so groß ist wie die kleine Halbachse lang ist. Inspiriert von diesem bekannten Stand der Technik wird nun die Kontur der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) ermittelt.
Die 10 zeigt eine optimale Querschnittsform bzw. Kontur einer Öffnung zur Aufnahme von kreisförmigen Leiterquerschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern. Die jeweiligen kreiszylinderförmigen Leiterquerschnitte mit den Radien „R1“ und „R2“ sind gestrichelt in die Kontur der optimalen Querschnittsform eingezeichnet.
Auf der linken Seite der Darstellung in 10, also im Bereich negativer x-Werte, wird die eine Hälfte der Öffnung gemäß der oben beschriebenen Kontur einer halben Ellipse realisiert.
Auf der rechten Seite der Darstellung in 10, also im Bereich positiver x-Werte, wird die andere Hälfte der Öffnung aus einem halben Quadrat mit der Kantenlänge „2b“ gebildet. Dabei ist die halbe Kantenlänge „b“ des Quadrates genau identisch mit der Länge „b“ der Halbachse dieser Ellipse.
Beide jeweiligen Hälften zusammengesetzt formen zusammen die Kontur der erfindungsgemäßen speziell geformte Öffnung (24) zur Einführung der zu schützenden elektrischen Leitung (12). Diese weist somit in ihrem Querschnitt eine Kontur auf, welche einerseits aus einer halben Ellipse und anstelle der anderen Ellipsenhälfte andererseits aus einem halben Quadrat besteht, wobei die doppelte Länge der kürzesten Entfernung des Mittelpunktes der Ellipse zu ihrer Außenkontur gleich der Kantenlänge des Quadrates ist und dabei so dimensioniert ist, dass sie gleich dem maximalen Durchmesser, hier mit „R2“ bezeichnet, des Querschnittes der zu schützenden elektrischen Leitung (12) ist und wobei die Längendifferenz zwischen dem Hauptscheitelpunkt und dem benachbarten Brennpunkt der Ellipse so dimensioniert ist, dass sie gleich dem minimalen Durchmesser, hier mit „R1“ bezeichnet, des Querschnittes der zu schützenden elektrischen Leitung (12) ist.
Die 11 zeigt die Frontalansicht auf den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7), mit einer speziellen Öffnung (24) gemäß der in 10 gezeigten optimalen Querschnittsform bzw. Kontur zur Aufnahme von kreisförmigen Leiterquerschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Grundkörper (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) besteht aus einem gut wärmeleitendem Material wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Zu erkennen sind außerdem die im Metall verborgen liegende kreisrunde Öffnung (25) zur Aufnahme der jeweiligen Madenschraube (23) zum Anpressen der zu schützenden elektrischen Leitung (12). Diese kreisrunde Öffnung (25) ist mit einem Innengewinde (26) versehen, damit die Madenschraube (23) bestimmungsgemäß eingeschraubt werden kann.
Die 12 zeigt die seitliche Aufsicht auf die kreisrunde Öffnung (25) zur Aufnahme der Madenschraube (23) für den Wärmeflussklemmkontakt (7). In dieser seitlichen Aufsicht ist deutlich zu erkennen, wie die im Metall befindliche speziellen Öffnung (24) quer durch die gesamte Tiefe des Grundkörpers (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) verläuft.
Eine weitere Perspektive zeigt in der 13 die Aufsicht auf den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7). Hier sind, sowohl der Verlauf der im Metall liegenden kreisrunden Öffnung (25) mit dem Innengewinde (26) zur Aufnahme der jeweiligen Madenschraube (23), als auch der Verlauf der im Metall liegenden speziellen Öffnung (24) zur Aufnahme der zu schützenden elektrischen Leitungen (12) mit je nach Querschnittsflächen jeweils unterschiedlichen Durchmessern, zu erkennen.
Für die in der oben wiedergegebenen Näherungstabelle als typische und geläufige Leiterquerschnitte von A = 1,5 mm² bis zu A = 35 mm², liegen die jeweiligen zugehörigen Durchmesser entsprechend bei etwa d = 1,4 mm bis d = 6, 7 mm. Dabei muss allerdings bedacht werden, dass ab einem Durchmesser von über d = 3 mm die jeweiligen Leiter aus typischerweise 7 Einzeldrähten mit gleichem, aber jeweils geringerem Durchmesser nachgebildet werden. Dadurch kann eine bessere Beweglichkeit der Kabel gewährleistet werden. Würden nämlich Kupferstangen mit beispielsweise d = 6, 7 mm verwendet, so wären für die Verlegung der Leitung, beispielsweise um eine Ecke herum oder bei der Abwinkelung, außerordentlich hohe Kräfte notwendig.
Die äußere Kontur solcher zusammengesetzter Kabel ist jedoch mit guter Näherung nahezu ebenfalls kreisrund. Die zum Anpressen der in die spezielle Öffnung (24) eingeführten zu schützenden elektrischen Leitungen (12) benötigte Madenschraube (23) ist in der 14 dargestellt. Diese zeigt die seitliche und vordere Ansicht einer an ihrer Spitze elliptisch geformten Madenschraube (23) .
Die Madenschraube (23) besitzt einen Drehkopf mit Außengewinde (27), welches passend zum Innengewinde (26) der kreisrunden Öffnung (25) im Grundkörper (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) geformt ist. Eine Kerbe (28) im Drehkopf mit Außengewinde (27) ermöglicht bei dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel ein Drehen mit Hilfe eines Schraubendrehers. Andere Lösungen zum Drehen sind jedoch besser. Insbesondere die Verwendung von sechseckigen Vertiefungen zur Aufnahme von Inbusschlüsseln oder Torx-Schraubenschlüsseln ermöglichen sehr hohe Anpresskräfte und sind daher hier sehr vorteilhaft zu verwenden. Der Drehkopf mit Außengewinde (27) geht in einen glatten, kreiszylinderförmigen Führungsabschnitt (29) über, an welchen sich der Anpressabschnitt (30) anfügt. Die äußere Kontur des Anpressabschnitts (30) ist passend zur Kontur der speziellen Öffnung (24) geformt. Wird die Madenschraube (23) vollständig in die kreisrunde Öffnung (25) des Grundkörpers (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) hinein geschraubt, so wird die spezielle Öffnung (24) durch die Madenschraube (23) im Querschnitt vollständig ausgefüllt.
Die 15 zeigt die Positionen von Madenschraube (23) und Grundkörper (22) vor dem Eindrehen der Madenschraube (23) in die kreisrunde Öffnung (25) des Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) im Detail. Zur Aufnahme von Leitern mit zunächst unbestimmtem Durchmesser, wird die Madenschraube (23) zunächst in eine Bereitschaftsposition innerhalb des Grundkörpers (22) gebracht. Die 16 zeigt die Positionen von Madenschraube (23) und Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) nach dem teilweise Eindrehen der Madenschraube (23) in die kreisrunde Öffnung (25) des Grundkörpers (22).
Sobald die zu schützende elektrische Leitung (12) in die spezielle Öffnung (24) des Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) eingebracht worden ist, kann die Madenschraube (23) weiter hinein gedreht werden. Bis zum Auftreffen der Madenschraube (23) auf den äußeren Rand der zu schützenden elektrischen Leitung (12) werden nur geringe Drehkräfte benötigt, weil lediglich die Madenschraube (23) durch die kreisrunde Öffnung (25) des Grundkörpers (22) verlagert werden muss.
Die 17 zeigt für diesen Fall den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit einer Madenschraube (23), welche bis zum äußeren Rand einer in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten, zu schützenden elektrischen Leitung (12), welche einen minimalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, eingedreht ist. Erst wenn dann die Madenschraube (23) weiter angedreht wird, kommt es zu einer Verformung der ursprünglich kreiszylinderförmigen Querschnittfläche wobei je nach Anpressdruck die Kontur der speziell geformten Öffnung (24) bzw. die Kontur des Anpressabschnittes (30) der Madenschraube (23) von dem in der speziell geformten Öffnung (24) befindlichen Teil der zu schützenden elektrischen Leitung (12) teilweise angenommen wird. Dabei hängt das Ausmaß der Verformung davon ab, mit welchem Kraftaufwand die Madenschraube (23) angezogen wird und somit auf die zu schützende elektrische Leitung (12) einwirkt.
Die 18 zeigt den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit eingedrehter Madenschraube (23) und mit einer, in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten zu schützenden elektrische Leitung (12), welche einen minimalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, wobei die Madenschraube so fest angezogen ist, dass die eingeführte zu schützende elektrische Leitung (12) an die Wand der speziell geformten Öffnung (24) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) gepresst wird und sich dabei verformt, wobei sie teilweise deren Kontur annimmt und wodurch ein maximal großflächiger Wärmekontakt hergestellt wird. Bei der Verformung ändert sich zwar die Kontur, die Querschnittsfläche der zu schützenden elektrischen Leitung (12) wird in ihrer Größe insgesamt aber nicht verändert, d. h. die Erwärmung durch den Leitungsstrom (9) ist an dieser Stelle genau so groß, wie bei der unverformten Leitung, denn es findet durch das Anpressen und die dadurch verursachte Verformung keine Einkerbung oder Abtragung von Leitermaterial statt.
Für zu schützende elektrische Leitungen (12) mir größerer Querschnittsfläche gelten prinzipiell die gleichen Bedingungen.
Die 19 zeigt den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit einer Madenschraube (23), welche bis zum äußeren Rand einer in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten, zu schützenden elektrischen Leitung (12), welche einen maximalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, eingedreht ist. Auch bei einer solchen, relativ großen Querschnittsfläche bleibt diese trotz veränderter Kontur der Berandung in ihrer Größe unverändert, weil kein Material aus der Leitung entfernt wird.
Die 20 zeigt den Grundkörper (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit eingedrehter Madenschraube (23) und mit einer, in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführten zu schützenden elektrischen Leitung (12), welche einen maximalen, für diesen Wärmeflussklemmkontakt (7) bestimmungsgemäß vorgesehenen Leiterquerschnitt besitzt, wobei die Madenschraube so fest angezogen ist, dass die eingeführte zu schützende elektrische Leitung (12) an die Wand der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) gepresst wird und wodurch sie sich so verformt, dass sie teilweise die Kontur der speziell geformten Öffnung (24) annimmt, wodurch ein maximal großflächiger Wärmekontakt hergestellt wird.
Bei der Herstellung des Grundkörpers (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) ist zu beachten, dass die in den bisher diskutierten Figuren dargestellte optimalen Form der Kontur der speziell geformte Öffnung (24), insbesondere im Bereich der halben Ellipse, möglicherweise zu Problemen bei der Fertigung führen könnte. Diese Kontur entspricht einem optimalen Ideal, welches sich mit sehr guter Näherung hinsichtlich seiner Funktionalität mit einfacher herzustellenden Konturen nachbilden lässt.
Die 21 zeigt eine alternative Kontur der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7), wobei die in 10 gezeigte Kontur, durch maschinell einfacher herzustellende Polygonzüge, nachgebildet wird und die 22 zeigt eine alternative Kontur der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7), wobei die in 10 gezeigte Kontur, durch maschinell einfacher herzustellende trapezförmige Aussparungen, näherungsweise nachgebildet wird. Beide Konturen sind Beispiele für mögliche Kompromisse, die im Hinblick auf Herstellungskosten und Funktionalität bei der Produktion geschlossen werden können.
Für temperaturgesteuerte Leitungsschutzschalter, die in Typen für eine bestimmte Anzahl von Leiterquerschnitten gefertigt werden, bieten sich für die Kontur der speziell geformten Öffnung (24) auch kreisförmige Näherungen der optimalen Kontur an, wobei die Durchmesser der Aussparungen mit den Durchmessern der bestimmungsgemäß für diese Typen von temperaturgesteuerten Leitungsschutzschaltern vorgesehenen Leiterquerschnitte der zu schützenden elektrischen Leitungen übereinstimmen.
Die 23 zeigt eine alternative Kontur der speziell geformten Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7), wobei die in 10 gezeigte Kontur, durch maschinell einfacher herzustellende kreisförmige Aussparungen, näherungsweise nachgebildet wird.
Auch die Kosten bei der Herstellung der Madenschraube (23) können durch eine überarbeitete Fertigungskontur reduziert werden. Da das für die zu schützende elektrische Leitung (12) verwendete Material wie z. B. Kupfer relativ weich ist, sind gegebenenfalls auch andere Formen für die Kontur des Anpressabschnittes (30) ohne signifikante Funktionseinbußen möglich. In der Regel sind die alternativen Konturen jedoch preiswerter herzustellen, wie die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen.
Die 24 zeigt eine maschinell einfacher herzustellende alternative Form der Madenschraube (23) mit zahlreichen kreiszylinderförmigen Querschnittskonturen und die 25 zeigt eine maschinell einfacher herzustellende alternative Form der Madenschraube (23) mit wenigen kreiszylinderförmigen Querschnittskonturen, welche, wie in der 26 gezeigt wird auch als eine maschinell einfacher herzustellende alternative Form der Madenschraube (23) mit wenigen kreiszylinderförmigen Querschnittskonturen und abgerundeter Spitze produziert werden kann. Alle Madenschrauben mit diesen hier beispielhaft dargestellten Konturen genügen den hier gestellten Anforderungen in ausreichend hohem Maße.
Neben dem Wärmeflussklemmkontakt (7) ist auch die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) ein kennzeichnendes Merkmal der hier vorgestellten Erfindung.
Die 27 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau einer vollmechanischen wärmegesteuerten Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters in der Aufsicht.
Eine kreisrunde Trägerplatte (32), aus einem gut wärmeleitendem Material wie beispielsweise Kupfer, besitzt in der Mitte eine Verdickung in Form eines Fixierdomes (33). Im Zentrum befindet sich ein durchgehendes Loch (34). Die Verdickung in Form eines Fixierdomes (33) ist in etwa so weit ausgeprägt, dass eine Bimetallspirale (36), welche beispielsweise in einer Kerbe im Fixierdom (33) mechanisch und wärmeleitend befestigt ist, ohne eine weitere Berührung der Trägerplatte (32) frei schwebend montiert werden kann. Die Bimetallspirale (36) besitzt an ihrem frei beweglichen Ende eine Schaltöse (37) als mechanische Ankopplungsstelle zur Übertragung des Aktivierungssignals (13). Zur Feinjustierung des Aktivierungssignals (13) ist eine Justierschraube (31) vorhanden, deren äußeres Gewinde in die entsprechenden Gewindegänge der Trägerplatte (32) greift, welche auf der seitlichen Außenkante zumindest über einen Bereich von etwa einem Viertel des Umfanges der Trägerplatte (32) ebenfalls ein Außengewinde (35) besitzt. Beide Außengewinde bilden eine Art selbstsperrendes Schneckengetriebe, so dass die Justierschraube 31) gegebenenfalls nur ein einziges Mal eingestellt werden muss. Deutlicher wird die Funktionsweise der wärmegesteuerten Funktionseinheit, wenn sie aus der Seitenansicht betrachtet wird. Der Übersichtlichkeit halber ist die mechanische Lagerungen der Justierschraube nicht eingezeichnet. Die Details der Lagerung und Schraubenführung entsprechen dem Stand der Technik, folgen somit in bekannter Art und Weise den bekannten Regeln der Konstruktion und beinhalten daher keinen kennzeichnenden Gegenstand dieser Erfindung.
Auch die beispielhaft in dem hier gezeigten Anwendungsbeispiel verwendete Bimetallspirale (36) kann prinzipiell anders geformt sein. Grundsätzlich kann sie in ihrer Form so modifiziert werden, dass sie möglichst kompatibel zum Aufbau der Auslösevorrichtung (3) geformt ist. Die Spiralform wurde für den Aufbau erster Prototypen gewählt, weil dadurch die gesamte Länge des Bimetalls auf relativ kleinem Raum soweit vergrößert wird, dass bereits geringe Temperaturerhöhungen durch den Wärmefluss (10), die über die Befestigungsstelle am Fixierdom (33) in die Bimetallspirale (36) geleitet werden, zu relativ großen Änderungen des Ortes der Schaltöse (37) führen, woraus sich bereits bei relativ niedrigen Temperaturen der zu schützenden elektrischen Leitungen (12) signifikante Aktivierungssignale (13) herleiten lassen.
Die 28 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau einer vollmechanischen wärmegesteuerten Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters in der Seitenansicht.
Damit die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) mit dem Wärmeflussklemmkontakt (7) mechanisch und thermisch verkoppelt werden kann, muss die bisher diskutierte Form des Grundkörpers (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) erst noch für diese Aufgabe angepasst werden.
Die 29 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) zur Verwendung einer vollmechanischen wärmegesteuerten Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3). Dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine Erweiterung in Form einer Aufnahmezunge (39). Die speziell geformte Öffnung (24) im Grundkörper (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel an ihrem hinteren Ende verschlossen und besitzt eine Aufnahmezunge (39) mit der Höhe und der Breite des Grundkörpers (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7). Ein in der Aufnahmezunge (39) angebrachter Bolzen (38) dient als fixierender Drehpunkt für die wärmegesteuerten Funktionseinheit (8). Die in den 27 und 28 beschriebene wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) wird mit dem modifizierten Grundkörper (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) thermisch und mechanisch verbunden, indem der Bolzen (38) von unten durch das Loch (34) der Trägerplatte (32) mit dem Fixierdom (33) geschoben wird. Zur besseren thermischen Kopplung wird dazu die Trägerplatte (32) vor der Montage mit einer Wärmeleitpaste (41) versehen.
Die 30 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit montierter vollmechanischer wärmegesteuerter Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) in der Aufsicht. Es ist gut zu erkennen, dass die Justierschraube (31) aus der gleichen Richtung bedient werden kann, aus der auch die zu schützende elektrische Leitung (12) in die speziell geformte Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) eingeführt wird. Ein kleines Loch an entsprechender Stelle im hier nicht eingezeichneten Gehäuse des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters ermöglicht den Zugang zu der Justierschraube (31). Durch Drehen der Justierschraube (31) kann die Trägerplatte (32) um den Bolzen (38) als Drehpunkt herum verdreht werden. Dadurch verlagert sich die temperaturabhängige Position der Schaltöse (37) der Bimetallspirale (36). Hierdurch ist es möglich, die jeweilige Temperatur, bei der das Aktivierungssignal (13) gebildet wird, sehr genau einzustellen. Ist die zu schützende elektrische Leitung (12) in die speziell geformte Öffnung (24) eingeführt und durch die Madenschraube (23) eingeklemmt, so ist sie durch diesen Aufbau sehr gut wärmeleitend mit der Bimetallspirale verbunden. Die Temperatur der zu schützenden elektrischen Leitung (12) bestimmt dann die temperaturabhängige Position der Schaltöse (37). Eine temperaturbedingte Positionsänderung stellt dann das Aktivierungssignal (13) dar, welches die Auslösevorrichtung (3) des Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) aktiviert. In der Praxis wird die Auslösung des vorgespannten Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) dadurch bewirkt, dass ein kleiner, mit der Schaltöse (37) beweglich verbundener Hebel den Auslösemechanismus, ähnlich wie bei dem mit einem Stecher versehenen Abzug eines Jagdgewehres, nach Überschreiten einer örtlichen Schwelle, abrupt betätigt.
Die 31 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit montierter vollmechanischer wärmegesteuerter Funktionseinheit (8) zur Steuerung der Auslösevorrichtung (3) in der Seitenansicht. Diese Darstellung verdeutlicht noch einmal die Größenverhältnisse der jeweiligen Funktionseinheiten. Außerdem ist die Platzierung der Wärmeleitpaste (41) zwischen der Trägerplatte (32) und der Aufnahmezunge (39) des Grundkörpers (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) nur in dieser Ansicht gut zu erkennen.
Der Wärmeflussklemmkontakt (7) und die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) bilden also erst zusammen vereint eine bestimmungsgemäß wirkende Kombination zur Erzeugung eines Aktivierungssignals (13). Dazu besitzt der Wärmeflussklemmkontakt (7) eine Aufnahmezunge (39) und einen Bolzen (38), die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) eine Justierschraube (31), eine Trägerplatte (32), einen Fixierdom (33) und eine Bimetallspirale (36).
Die kreisrunde Trägerplatte (32) hat in ihrer Mitte einen ebenfalls kreisrunden Fixierdom (33) als kreiszylinderförmige Erhebung sowie ein zentrales Loch (34) zur Aufnahme des Bolzens (38) als Drehachse und besitzt des Weiteren an ihrem Rand ein Außengewinde (35) in Form eines Schneckengewindes, womit eine Drehlagenpositionierung durch eine ebenfalls mit einem Schneckengewinde versehenen Justierschraube (31) in Form eines selbstsperrenden Schneckengetriebes realisiert wird.
Eine Bimetallspirale (36), die nicht vom Leitungsstrom (9) durchflossen wird und welche an ihrem Ende eine Schaltöse (37) besitzt, ist mechanisch und thermisch mit dem Fixierdom (33) verbunden und so konfiguriert, dass in Abhängigkeit von der Temperatur der Trägerplatte (32) der Ort der Schaltöse (37) auf reversible und eindeutige Weise verschoben wird und somit als mechanisch basiertes Aktivierungssignal (13) für die Auslösevorrichtung (3) des Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) dient.
Der Grundkörper (22) des Wärmeflussklemmkontaktes (7) besitzt, wie bereits gesagt, eine Ausbuchtung in Form einer Aufnahmezunge (39), in der sich ein Bolzen (38) als Drehachse für die Trägerplatte (32) befindet. Nach dem Aufbringen einer Wärmeleitpaste (41) zwischen die Trägerplatte (32) und die Aufnahmezunge, wird die Trägerplatte (32) so auf den Bolzen (38) aufgeschoben, dass zum einen eine thermische Kopplung zum Wärmeflussklemmkontakt (7) hergestellt wird und zum anderen die Position durch drehen der Fixierschraube (31) eingestellt werden kann.
Prinzipiell denkbar sind auch elektronische Realisierungen der Funktionseinheiten. Ein Ausführungsbeispiel für eine elektronische Version einer wärmegesteuerten Funktionseinheit wäre das Anbringen eines Halbleiterbauelementes zur Erfassung der Temperatur des Wärmeflussklemmkontaktes (7), welches dann mit einer entsprechenden Auswerteelektronik elektrisch leitend verbunden ist. Der Vollständigkeit halber zeigt die 32 schematisch als Ausführungsbeispiel den prinzipiellen Aufbau eines modifizierten Grundkörpers (22) eines Wärmeflussklemmkontaktes (7) mit alternativ montierter elektronisch wärmegesteuerter Funktionseinheit (8) zur Steuerung einer elektronischen Auslösevorrichtung (3) in der Seitenansicht.
Es wurde bereits im Zusammenhang mit den Erläuterungen zu den 2 und 3 darauf hingewiesen, dass die bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern vorhandene verzögerte thermische Auslösung für den Überlastschutz, bei dem temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter, für sämtliche in der Anfangs erwähnten Näherungstabelle genannten Leiterquerschnitte, völlig gleich ist, weil nicht die Stromstärke, sondern die jeweilige Leitungserwärmung als Kriterium zum Abschalten verwendet wird.
Demnach können völlig gleichartig aufgebaute temperaturgesteuerte Leitungsschutzschalter für alle Bemessungsstromstärken beispielsweise von 13 A bis 80 A als zusätzliche Sicherungsmaßnahme verwendet werden.
Die elektromagnetische Auslösung im Falle eines Kurzschlusses hängt jedoch von der jeweiligen Bemessungsstromstärke ab. Dafür gibt es zudem eine Unterteilung nach sogenannten Schaltcharakteristiken.
Es konnte gezeigt werden, dass ein einzelner temperaturgesteuerte Leitungsschutzschalter je nach Schaltcharakteristik bis zu vier herkömmliche Leitungsschutzschalter gleichwertig ersetzen kann, wenn der Kurzschlussdetektor hinreichend präzise und mit nur geringer Toleranz gefertigt werden kann und möglichst genau bei einem vorgegebenen Wert, in unserem Beispiel waren dies 130 A, auslöst. Nachfolgend wird nun auf diese Problematik vertiefend eingegangen. Da nicht der thermische Überlastschutz sondern die unterschiedlichen Gegebenheiten im Falle eines Kurzschlusses die universelle Verwendung der temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter einschränken, wird die Problematik der unterschiedlichen Werte für die jeweiligen Kurzschlussstromstärken dahingehend gelöst, dass dem temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter als zusätzliche erfindungsgemäße Funktionseinheiten, einerseits ein selektiver Klemmkontakt (42) und andererseits ein damit verbundener, elektrisch angeschlossener, selektiver Kurzschlussdetektor (43) hinzu gefügt werden, wodurch ein und der selbe Typ eines temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters eine große Vielzahl von herkömmlichen Leitungsschutzschaltern gleichwertig ersetzen kann.
Die 33 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel die Frontalansicht eines selektiven Klemmkontaktes (42) mit beispielhaft dargestellten drei Selektionsmöglichkeiten und zugehöriger Klemmschraube (45).
Mit Hilfe dieses selektiven Klemmkontaktes (42) ist es möglich, diejenige Stromstärke zu wählen, bei der im Falle eines Kurzschlusses das Schaltschloss mit Freiauslösung (1) den Stromfluss unterbrechen soll.
Die Klemmschraube (45) besitzt ein Außengewinde (46) und wird in das Gewindeloch (49) des Klemmenmantels (47) eingeführt. Sie dient zum Fixieren einer in die jeweilige Öffnung eingelegten Hauptleitung. Der Klemmenmantel (47) besteht aus einem zähen, widerstandsfähigem Material wie beispielweise Stahl. Er hält die einzelnen Bauteile des selektiven Klemmkontaktes zusammen und nimmt die beim Einklemmen einer Hauptleitung auftretenden Kräfte auf.
Es sind in diesem Ausführungsbeispiel drei Öffnungen gegeben, nämlich die Selektion 1 (54), die Selektion 2 (52) und die Selektion 3 (50). Im unteren Teil der jeweiligen Öffnungen befinden sich die Kontaktschienen aus Kupfer oder ähnlich gut leitendem Material. Die Kontaktschienen besitzen im Bereich der jeweiligen Öffnungen eine abgerundete Kontur zur Vergrößerung der Kontaktfläche zur jeweils eingeführten Hauptleitung und sind voneinander durch einen Isolator (48), der aus einer keramikartigen festen Substanz besteht und der den gesamten restlichen selektiven Klemmkontakt ausfüllt, elektrisch voneinander getrennt. Die Kontaktschienen sind so angeordnet, dass beim Einführen eines Hauptleiters in die Öffnung Selektion 1 (54) dieser durch die Klemmschraube (45) auf die Kontaktschiene 1 (55) gepresst werden kann und dass beim Einführen eines Hauptleiters in die Öffnung Selektion 2 (52) dieser durch die Klemmschraube (45) auf die Kontaktschiene 2 (53) gepresst werden kann und dass beim Einführen eines Hauptleiters in die Öffnung Selektion 3 (50) dieser durch die Klemmschraube (45) auf die Kontaktschiene 3 (51) gepresst werden kann.
Damit die Klemmschraube (45) in alle Ebenen gelangen kann, sind die Kontaktschiene 2 (53) und die Kontaktschiene 3 (51) jeweils mit einer Bohrung versehen, deren Durchmesser signifikant größer als der Durchmesser der Klemmschraube (45) ist, so dass diese den Rand der Kontaktschiene nicht erreichen kann und somit zwischen der Klemmschraube (45) und der jeweiligen Kontaktschiene 2 (53) oder Kontaktschiene 3 (50) daher keine elektrisch leitende Verbindung hergestellt werden kann.
Damit die Klemmschraube (45) in alle Ebenen gelangen kann, besitzt auch das Isolatormaterial (48) drei Bohrungen, nämlich einmal zwischen der Öffnung Selektion 1 (54) und der Kontaktschiene 2 (53), dann zwischen der Öffnung Selektion 2 (52) und der Kontaktschiene 3 (51) und schließlich zwischen der Öffnung Selektion 3 (50) und dem Gewindeloch (49) im Klemmenmantel (47). Der Durchmesser dieser Bohrungen ist nur geringfügig größer als der Durchmesser der Klemmschraube (45). Dadurch wirken die jeweiligen Bohrungen wie Führungshülsen und verhindern wirkungsvoll ein Verkanten der Klemmschraube (45) auch dann, wenn sie mit großer Krafteinwirkung angedreht wird.
Die 34 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel die Frontalansicht eines selektiven Klemmkontaktes (42) mit drei Selektionsmöglichkeiten und zugehöriger Klemmschraube (45), welche eine Zugangsleitung (56) beispielhaft auf die Kontaktschiene 2 (53) presst. Durch das Einklemmen der Zugangsleitung (56) befinden sich die Klemmschraube (45), der Klemmenmantel (47) und die Kontaktschiene 2 (53) auf dem gleichen Potential wie die Zugangsleitung (53). Der Klemmenmantel muss daher im Gehäuse des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters isoliert montiert werden. Wäre die Zugangsleitung (56) in eine andere Selektionsöffnung eingeführt worden, so wäre sie dann mit einer entsprechend anderen Kontaktschiene elektrisch leitend verbunden. Es kann also bei der Einführung der Zugangsleitung (56) durch die Wahl der jeweiligen Selektionsöffnung vom montierenden Fachmann bestimmt werden, mit welcher Kontaktschiene die Zugangsleitung (56) elektrisch leitend verbunden ist.
Durch die Wahl der Selektionsöffnung kann bei dem temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit selektivem Klemmkontakt (42) daher der Bereich der zur Auslösung des Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) führenden Kurzschlussstromstärke festgelegt werden.
Es wird zur weiteren Erläuterung nun zunächst der funktionelle Aufbau des selektiven Kurzschlussdetektors betrachtet.
Die 35 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel die mehrfach angezapfte Spule für den elektromagnetischen selektiven Kurzschlussdetektor (43) mit einem beispielhaft gestalteten beweglichen ferromagnetischen Kern (61), mit partiell unterschiedlichen Radien, zur Erzeugung eines selektiven Kurzschlusssignals (44).
Die Spule zur Erzeugung des Magnetfeldes, welches den ferromagnetischen Kern (61) im Kurzschlussfall auch bei herkömmlichen Leitungsschutzschaltern so bewegt, dass dieser das Schaltschloss mit Freiauslösung (1) den Schaltkontakt (4) öffnen lässt, besitzt bei dem selektivem Kurzschlussdetektor (43) mehrere Anzapfstellen.
Bei einem sehr hohen Kurzschlussstrom genügen wenige Windungen, um ein Magnetfeld mit hinreichend hoher Flussdichte zu erzeugen, so dass der ferromagnetische Kern (61) mit hinreichender Kraft bewegt wird, bei einem weniger hohen Kurzschlussstrom werden mehr Windungen benötigt, um ein Magnetfeld mit hinreichend hoher Flussdichte zu erzeugen, so dass der ferromagnetische Kern (61) mit hinreichender Kraft bewegt wird und bei einem geringen Kurzschlussstrom werden noch mehr Windungen benötigt, um ein Magnetfeld mit hinreichend hoher Flussdichte zu erzeugen, so dass der ferromagnetische Kern (61) mit hinreichender Kraft bewegt wird.
Wenn nun der Spulenanschluss 1 (62) mit der Kontaktschiene 1 (55) elektrisch leitend verbunden wird, dann genügt bereits ein geringer Kurzschlussstrom, der von diesem Anschluss zum gemeinsamen Anschluss (65) fließt, um ein selektives Kurzschlusssignal (44) in Form eines sich bewegenden ferromagnetischen Kerns (61) zu bewirken.
Wenn nun der Spulenanschluss 2 (63) mit der Kontaktschiene 2 (53) elektrisch leitend verbunden wird, dann muss ein höherer Kurzschlussstrom von diesem Anschluss zum gemeinsamen Anschluss (65) fließen, um ein selektives Kurzschlusssignal (44) in Form eines sich bewegenden ferromagnetischen Kerns (61) zu bewirken.
Wenn nun der Spulenanschluss 3 (64) mit der Kontaktschiene 3 (51) elektrisch leitend verbunden wird, dann muss ein noch höherer Kurzschlussstrom von diesem Anschluss zum gemeinsamen Anschluss (65) fließen, um ein selektives Kurzschlusssignal (44) in Form eines sich bewegenden ferromagnetischen Kerns (61) zu bewirken.
Auf diese Weise lässt sich die Höhe des Kurzschlussstromes durch die Wahl einer Selektionsöffnung zunächst relativ grob bestimmen.
Weil die Anzapfungen konstruktionsbedingt aber nicht an einer beliebigen Stelle durchgeführt werden können, ist die fertigungstechnische Bestimmung der Kurzschlussstromstärke so zunächst nicht mit hinreichender Genauigkeit möglich.
Durch eine gezielte Wahl des jeweiligen Durchmessers des ferromagnetischen Kerns in den partiell unterschiedlichen Feldbereichen der magnetischen Flussdichte, lässt sich dieses Problem mit guter Näherung lösen.
Es werden durch die angezapfte Spule drei lokale Feldbereiche definiert. Zwischen dem Spulenanschluss 1 (62) und dem Spulenanschluss 2 (63) befindet sich der Spulenfeldbereich 1 (66).
Zwischen dem Spulenanschluss 2 (63) und dem Spulenanschluss 3 (64) befindet sich der Spulenfeldbereich 2 (67) und zwischen dem Spulenanschluss 3 (64) und dem gemeinsamen Anschluss (65) befindet sich der Spulenfeldbereich 3 (68).
Die Wechselwirkung eines ferromagnetischen Kerns (61) mit dem magnetischen Feld hängt hinsichtlich der auftretenden Kraftwirkung auch von dessen Durchmesser, also von der Menge des magnetisierbaren Materials im Bereich magnetischer Flussdichte, ab. Ein ferromagnetischer Kern mit geringem Radius erfährt bei gleicher magnetischer Flussdichte eine geringere Krafteinwirkung als ein ferromagnetischer Kern mit großem Radius. Dies eröffnet einen weiteren Freiheitsgrad zur Festlegung der jeweils zur Auslösung des Schaltschlosses mit Freiauslösung (1) im Kurzschlussfall erforderlichen Stromstärke.
Dadurch lässt sich das Abschaltverhalten im Kurzschlussfall besser vorher bestimmen, was die Einsatzmöglichkeiten des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters signifikant erweitert. Die Anwendung des selektiven Klemmkontaktes (42) in Kombination mit dem selektiven Kurzschlussdetektor (43) führt zu dem weiter verbesserten temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter.
Die 36 zeigt schematisch den typischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter mit seinen jeweiligen Funktionseinheiten, als vollständigen Ersatz für herkömmliche Leitungsschutzschalter für eine Vielzahl von Schaltcharakteristiken.
Dieser Aufbau besitzt zum einen zunächst sämtliche bereits in der 2 dargestellten Funktionseinheiten für die fundamentale Ausbaustufe des hier vorgestellten temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters.
Anstelle der in der 3 gezeigten Erweiterung durch einen herkömmlichen Kurzschlussdetektor (14), der ein herkömmliches Kurzschlusssignal (15) erzeugt und an die Auslösevorrichtung (3) weiter leitet, sieht der Aufbau der Erweiterung nun jedoch völlig anders aus.
Anstelle des in 2 gezeigten herkömmlichen Klemmkontaktes (6) wird nun ein selektiver Klemmkontakt (42) verwendet. Die unterschiedlichen, selektierbaren Kontaktschienen (51), (53) und (55) sind mit den jeweils zugeordneten Spulenanschlüssen (64), (63) und (61) eines selektiven Kurzschlussdetektors (43) elektrisch leitend verbunden, welcher bei der Überschreitung einer durch Selektion bestimmten Schwelle der Stromstärke, wie sie im Falle eines Kurzschlusses auftreten kann, ein selektives Kurzschlusssignal (44) erzeugt, welches auf die Auslösevorrichtung (3) wirkt und das Schaltschloss mit Freiauslösung (1) zu einem abrupten Öffnen des Schaltkontaktes (4) zwingt.
Der Leitungsstrom (9) wird also nicht über einen herkömmlichen Klemmkontakt (6) direkt dem Schaltschloss mit Freiauslösung (1) zugeführt, wie es für die Ausführungsbeispiele der Fall war, die im Zusammenhang mit den 2 bis einschließlich der 6 diskutiert und erläutert wurden.
Vielmehr wird der Strompfad für den Leitungsstrom (9) zunächst mit Hilfe des selektiven Klemmkontaktes (42) so bestimmt und festgelegt, dass nur ein ganz bestimmter Teilbereich der Feldspule des Elektromagneten im selektiven Kurzschlussdetektor (43) vom Leitungsstrom (9) durchströmt wird, bevor dieser dann zum Schaltschloss mit Freiauslösung (1) weiter geleitet wird.
Vom Schaltschloss mit Freiauslösung (1) gelangt der Leitungsstrom (9) dann über den aus der 2 bereits bekannten Wärmeflussklemmkontakt (7) schließlich in die zu schützende elektrische Leitung (12).
Als Resultat der Summe der geschilderten innovativen Maßnahmen ist somit als optimiertes Produkt ein universell für zahlreiche Einsatzfälle verwendbarer verbesserter temperaturgesteuerter Leitungsschutzschalter geschaffen worden.
Quellenverzeichnis

[01] Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Leitungsschutzschalter, http://de.wikipedia.org/wiki/Leitungsschutzscha lter, (eingestellt am 19. 02. 2013, abgerufen am 05. 03. 2013)
[02] Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Elektrischer Widerstand, http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Wider stand, (eingestellt am 26. 02. 2013, abgerufen am 14. 03. 2013)
[03] Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Kreis, http://de.wikipedia.org/wiki/Kreis, (eingestellt am 07. 03. 2013, abgerufen am 14. 03. 2013)
[04] Freie Online-Enzyklopädie Wikipedia: Ellipse, http://de.wikipedia.org/wiki/Ellipse, (eingestellt am 26. 02. 2013, abgerufen am 14. 03. 2013)

Bezugszeichenliste

(1): Schaltschloss mit Freiauslösung
(2): Mittel zur manuellen Betätigung
(3): Auslösevorrichtung
(4): Schaltkontakt
(5): Lichtbogenlöschvorrichtung
(6): Klemmkontakt
(7): Wärmeflussklemmkontakt
(8): wärmegesteuerte Funktionseinheit
(9): Leitungsstrom
(10): Wärmefluss
(11): Verteilungsnetz der Verbraucheranlage
(12): zu schützende elektrische Leitung
(13): Aktivierungssignal
(14): Kurzschlussdetektor
(15): Kurzschlusssignal
(16): Überstromdetektor
(17): Überstromsignal
(18): Taster für die Einschaltung
(19): Taster für die Ausschaltung
(20): Elektromagnet
(21): elektronischer Schalter
(22): Grundkörper
(23): Madenschraube
(24): speziell geformte Öffnung
(25): kreisrunde Öffnung
(26): Innengewinde
(27): Drehkopf mit Außengewinde
(28): Kerbe
(29): Führungsabschnitt
(30): Anpressabschnitt
(31): Justierschraube
(32): Trägerplatte
(33): Fixierdom
(34): Loch
(35): Außengewinde
(36): Bimetallspirale
(37): Schaltöse
(38): Bolzen
(39): Aufnahmezunge
(40): Temperatursensor
(41): Wärmeleitpaste
(42): selektiver Klemmkontakt
(43): selektiver Kurzschlussdetektor
(44): selektives Kurzschlusssignal
(45): Klemmschraube
(46): Klemmschraubengewinde
(47): Klemmenmantel
(48): Isolatormaterial
(49): Gewindeloch
(50): Selektion 3
(51): Kontaktschiene 3
(52): Selektion 2
(53): Kontaktschiene 2
(54): Selektion 1
(55): Kontaktschiene 1
(56): Zugangsleitung
(57): Bohrung 3
(58): Bohrung 2
(59): Führung 1
(60): Führung 2
(61): ferromagnetischer Kern
(62): Spulenanschluss 1
(63): Spulenanschluss 2
(64): Spulenanschluss 3
(65): gemeinsamer Anschluss
(66): Spulenfeldbereich 1
(67): Spulenfeldbereich 2
(68): Spulenfeldbereich 3

Claims

Vorrichtung, umfassend einen Wärmeflussklemmkontakt (7) für einen temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalter und eine wärmegesteuerte Funktionseinheit (8), - wobei der Wärmeflussklemmkontakt (7) einen Grundkörper (22) mit einer Öffnung (24) umfasst, -- wobei die Öffnung (24) eine Kontur zur Aufnahme einer zu schützenden elektrischen Leitung (12) und zur Wärmeübertragung von der elektrischen Leitung (12) auf die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) aufweist, -- wobei der Grundkörper (22) aus einem wärmeleitenden Material besteht und mit einer kreisrunden Öffnung (25) für eine Madenschraube (23) versehen ist, -- wobei die kreisrunde Öffnung (25) ein Innengewinde (26) aufweist, welches sich auf die Kontur zu windet und zur Aufnahme eines kreiszylinderförmigen Führungsabschnitts (29) der Madenschraube (23) geformt ist, und wobei die Kontur durch eine Ellipsenhälfte oder eine Näherung einer Ellipsenhälfte mittels eines Polygonzugs, trapezförmiger Aussparungen oder einem Satz von kreisförmigen Aussparungen unterschiedlicher Durchmesser dargestellt ist, und - wobei die wärmegesteuerte Funktionseinheit (8) umfasst: -- ein Schneckengetriebe mit einer Justierschraube (31) und einer Trägerplatte (32) mit Außengewinde (35), über welches die Trägerplatte (32) mit der Justierschraube (31) in Eingriff steht, und -- eine Bimetallspirale (36) mit einem zentralen mit der Trägerplatte (32) verbundenen Ende und einem peripheren Ende (37) zur Verbindung mit einer Auslösevorrichtung (3) eines Schaltschlosses des temperaturgesteuerten Leitungsschutzschalters, -- wobei eine thermische Kopplung zwischen der Bimetallspirale (36), der Trägerplatte (32) und der Öffnung (24) des Wärmeflussklemmkontakts (7) und eine elektrische Isolierung der Bimetallspirale (36) von der schützenden elektrischen Leitung (12) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiter umfasst: - die Madenschraube (23) aus einem wärmeleitenden Material, wobei die Madenschraube (23) aufweist: -- den kreiszylinderförmigen Führungsabschnitt (29), -- einen Drehkopf mit Außengewinde (27), wobei der Drehknopf eine Kerbe (28) aufweist, und -- einen Anpressabschnitt (30), - wobei der Durchmesser des Drehkopfes mit Außengewinde (27) so dimensioniert ist, dass er in die kreisrunde Öffnung (25) des Grundkörpers (22) passt und einen Formschluss mit dem Innengewinde in der kreisrunden Öffnung (25) bildet.
Temperaturgesteuerter Leitungsschutzschalter, welcher umfasst: - eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, - einen Teil der zu schützenden elektrischen Leitung (12) und - ein Schaltschloss mit Freiauslösung (1), welches umfasst: -- ein Mittel zur manuellen Betätigung (2), -- die Auslösevorrichtung (3), -- einen Schaltkontakt (4) und -- eine Lichtbogenlöschvorrichtung (5), - wobei der Wärmeflussklemmkontakt (7) mit dem Schaltschloss elektrisch leitend und mit der zu schützenden elektrischen Leitung (12) thermisch und elektrisch leitend verbunden ist und - wobei der Leistungsschutzschalter weiter umfasst: -- einen selektiven Klemmkontakt (42), der durch eine Zuleitung zu einem Verteilungsnetz einer Verbraucheranlage (11) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Zuleitung mechanisch fixiert ist in einer von mehreren Kontaktstellen, die als Nuten (50, 52, 54) unterschiedlicher Größen auf jeweils einer Kontaktschiene (51, 53, 55) zur elektrisch leitenden Verbindung mit der Zuleitung eingerichtet sind, und -- einen selektiven Kurzschlussdetektor (43) mit einer Erregerspule mit wenigstens n Anschlüssen zur Erzeugung eines Magnetfeldes gemäß n-1 unterschiedlicher Spulenfeldbereiche (66, 67, 68) darunter Spulenanschlüsse (62, 63, 64), von denen jeder mit jeweils einer der Kontaktschienen (55, 53, 51) elektrisch leitend verbunden ist, und ein gemeinsamer Spulenanschluss (65), der mit dem Schaltschloss elektrisch leitend verbunden ist, und - wobei der selektive Kurzschlussdetektor (43) in der Mittenachse der Erregerspule einen beweglich angeordneten, partiell kreiszylinderförmigen, durch die Kraftwirkung der Erregerspule entlang der Mittenachse verschiebbaren ferromagnetischen Kern (61) mit einer Wirkverbindung zur Betätigung des Schaltschlosses mit der Auslösevorrichtung (3) aufweist, - wobei n-1 Kreiszylinderradien des ferromagnetischen Kerns (61), die in ihrem Wert entlang einer Zylinderachse des ferromagnetischen Kerns (61) unterschiedlich sind, für die n-1 Spulenfeldbereiche (66, 67, 68) vorgesehen sind und n ≥ 4 ist.