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Die Erfindung betrifft eine Meldevorrichtung zur Signalisierung eines Ausgelöstzustandes eines Kurzschließers, der mittels eines explosionsartig erzeugten Gasstroms in eine Kurzschlussstellung überführbar ist, wobei ein Druckentlastungskanal vorhanden ist, durch den ein von der Explosion erzeugter Überdruck abgebaut wird.
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Derartige Kurzschließer werden mit einem pyrotechnisch arbeitenden Gasgenerator betrieben und sind beispielsweise aus
DE 19746564 A1 bekannt. Vornehmlich werden diese Kurzschließer in Störlichtbogen-Schutzvorrichtungen eingesetzt, welche beispielsweise aus
DE 19916327 A1 oder aus
DE 19712387 A1 zu entnehmen sind. Die wesentliche Funktion solcher Störlichtbogen-Schutzvorrichtungen liegt darin, im Kurzschlussfall hohe und mit schädlichen Folgen verbundene Lichtbogenströme in der frühesten Phase ihres Entstehens auszuschalten. Die wirksamste Maßnahme besteht darin, den Anlagenstrom in kürzest möglicher Zeit abzuschalten und/oder die spannungführenden Phasen, zwischen denen der Lichtbogen gezündet wurde, kurzzuschließen, wodurch der Lichtbogen unmittelbar gelöscht wird.
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Nachteile des Standes der Technik
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In den vorgenannten Geräten besteht nicht die Möglichkeit, den aktivierten, bzw. deaktivierten (kurzgeschlossenen) Zustand nach außen zu signalisieren oder eine Zustandsmeldung mit Hilfsschaltern in die Ferne zu übermitteln. An den Geräten ist von außen nicht erkennbar, ob der Kurzschließer aktiviert und kurzgeschlossen ist. Der Zustand des Geräts kann nur umständlich untersucht werden, nach dem das Gerät aus dem Schaltschrank ausgebaut ist. Die Beurteilung des Zustandes erfordert ein sicheres Wissen über den Aufbau und die Funktion des Kurzschließers. Der Anwender (Kunde) ist gezwungen, beispielsweise mit einem Messgerät zu überprüfen, ob ein Kurzschluss erzeugt wurde (ob eine Verbindung der einzelnen Phasen vorliegt).
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In der
DE 19712387 A1 wird ein Verschlussstopfen des Gasgenerators beschrieben, der durch den Innendruck zerstört und ausgestoßen wird. Das Ausstoßen des Verschlussstopfens als Indikation zu verwenden ist eine technische unzureichende Lösung, da der lose Verschlussstopfen unkontrolliert in die Anlage fliegen und die Anlage beschädigen kann.
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Inzwischen wird nach einer nordamerikanischen Vorschrift (UL 2748) gefordert, dass an einem Kurzschließer für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung eine visuell erkennbare optische Anzeige vorhanden sein soll, die den Kurzschluss-Schaltvorgang sichtbar macht.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Meldevorrichtung zur Signalisierung eines Ausgelöstzustandes eines Kurzschließers anzugeben, die unmittelbar und sicher den erfolgten Kurzschluss-Schaltvorgang anzeigt.
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Die Lösung der Aufgabe findet sich in den Merkmalen des Hauptanspruchs, weiterführende und bevorzugte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen formuliert.
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Der wesentliche Kern der Erfindung liegt darin, dass die Signalisierung der Aktivierung des Kurzschließers durch einen Meldestößel erfolgt.
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Eine einfache und effektive Ansteuerung der Meldevorrichtung besteht in der direkten Nutzung des vom Gasgenerator im Druckentlastungskanal erzeugten Überdrucks. Der Überdruck betätigt den Meldestößel über einen am Meldestößel vorhandenen Angriffspunkt. Ein Zurückprellen oder die Wiedereinnahme der Normalstellung des Meldestößels wird mit einem Blockademechanismus verhindert.
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Vorteile der Erfindung liegen in der einfachen Konstruktion eines Meldestößels, wobei damit Vorschriften für den nordamerikanischen Markt erfüllt werden können.
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Darstellung der Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen sind im folgenden erläutert. Bevorzugte Ausbildungen der Erfindung können einzeln oder – soweit technisch sinnvoll – in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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Der Meldestößel besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoffteil, das kostengünstig gefertigt werden kann. Der Meldestößel ist zylindrisch ausgebildet, wobei der Meldestößel achsparallel zum Kurzschließer im Gerät sicher gelagert ist und in der Normalstellung durch ein Rastelement an einer Bewegung gehindert ist. Eine in Raststellung vorgenommene Lagerung hat auch den Vorteil, dass der Meldestößel durch im industriellen Betrieb auftretende Erschütterungen nicht aus seiner Normalstellung herausbewegt werden kann. Durch den Gasstrom kann der Meldestößel über eine Entklinkungsfläche oder ein Rastelement hinüber bewegt werden, bis eine vorgespannte Feder freigegeben wird. Das Rastelement oder die Entklinkungsfläche kann am Kurzschließer ausgebildet sein.
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Die Meldevorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Meldestellung optisch und/oder elektrisch anzeigbar ist. Zur optischen Signalisierung des aktivierten Zustands ragt der Meldestößel oder ein am Meldestößel vorhandener Schenkel aus dem Gerätegehäuse heraus.
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Der Meldestößel kann durch eine Drehbewegung, durch eine Hubbewegung oder durch eine Dreh-Hub-Bewegung in die Meldestellung überführt werden. Die Meldestellung wird durch Kraftentfaltung einer in der Normalstellung gespannt gelagerten Feder erzeugt.
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Am Meldestößel ist mindestens ein seitlich abstehender Schenkel ausgebildet. Der mindestens eine Schenkel ist gegen die Austrittsöffnung gerichtet und sein vorderes Ende deckt die Austrittsöffnung ab. Die Ansteuerung des Meldestößels erfolgt über den Druckentlastungskanal, durch den der Überdruck nach der Zündung des Gasgenerators und der Betätigung des kurzschließenden Elementes abgebaut wird. Der Meldestößel wird über ein Rastelement oder eine Entklinkungsfläche bewegt bis eine vorgespannte Feder freigegeben wird. Diese Feder bewegt den Meldestößel dann in die als Meldestellung bezeichnete Endstellung. Die Aktivierung des Kurzschließers (Ausgelöstanzeige) wird durch das Herausragen des Meldestößels aus dem Gehäuse optisch signalisiert und kann elektrisch durch Aktivierung eines Hilfsschalters zusätzlich gemeldet werden.
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Am Meldestößel kann ein zweiter Schenkel ausgebildet sein, der in Richtung auf mindestens einen Hilfsschalter gerichtet ist, wobei der zweite Schenkel in der Meldestellung zur Betätigung des mindestens einen Hilfsschalters eingerichtet ist.
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Die Hilfsschalter sind in einer Gehäuseöffnung eingelassen und dort befestigt. Ein von einer Druckfeder erzeugter Hub des Meldestößels nach seiner Auslösung durch einen Gasstrahl bewegt den Meldestößel in Richtung auf die Schaltstößel der Hilfsschalter und schaltet die Kontakte der Hilfsschalter.
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Der eine Hilfsschalter kann als Signalgeber für den Ausgelöstzustand vorgesehen sein; der andere Hilfsschalter kann als Fernschaltgeber für einen Leistungsschutzschalter ausgebildet sein. Dadurch sind eine Fernsignalisierung und eine Verriegelung des einspeisenden Schalters (meist Leistungsschalter) direkt vom Kurzschließer aus möglich. Nach dem vom Kurzschließer erzeugten Kurzschluss muss der Leistungsschutzschalter gegen Wiedereinschalten solange blockiert werden, bis der Störlichtbogenfehler behoben ist und der Kurzschließer erneuert wurde.
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Die Meldevorrichtung kann so ausgebildet sein, dass in der Meldestellung des Meldestößels nur eine optische Meldung, nur eine elektrische Meldung oder beide Arten von Meldungen erfolgt. Die erfindungsgemäße Signalisierung lässt sich mit unterschiedlichen Ausführungen realisieren.
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Der Meldestößel soll möglichst nicht aus seiner Meldestellung in die Normalstellung zurückgestellt werden können. Es soll damit verhindert werden, dass absichtlich oder unabsichtlich die Stellung des Meldestößels veränderbar ist. Da die Hilfsschalter aktiviert wurden, würde eine fehlerhafte Stellung des Meldestößels die Funktion der Meldevorrichtung beeinträchtigen.
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Kurzschließer mit der dargestellten Meldevorrichtung sollen vorzugsweise in einer Störlichtbogen-Schutzvorrichtung integriert sein.
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Zur Verhinderung der Rückstellung soll ein Blockademechanismus verwendet werden. Hierzu kann eine mechanische Schikane ausgebildet sein, die der Meldestößel bei der Bewegung in die Meldestellung zu überwinden hat und die eine Bewegung in die Gegenrichtung unmöglich macht. Der Meldestößel wird blockiert und irreversibel in der Stellung gehalten. Die Stellung des Meldestößels kann nicht mehr ohne Zerstörung der Schikane in den Ursprungszustand (Gerät noch nicht ausgelöst) zurückgesetzt werden.
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Zur Wiederinbetriebnahme des Kurzschließers können verschiedene technische Lösungen vorgesehen sein. Eine erste Lösung besteht darin, dass der aktivierte Kurzschließer gegen einen funktionstüchtigen neuen Kurzschließer ersetzt wird. Eine andere Lösung besteht im Austausch von Teilen, wobei beispielsweise nur der Gasgenerator entnommen und gegen einen funktionstüchtigen neuen ersetzt wird. Weiterhin müssen die durch das Überbrückungselement durchstoßenen Isolierteile ersetzt werden. Im Rahmen der letztgenannten Lösung könnte der Meldestößel auch wieder verwendet werden, wobei er beim Zusammenbau mit dem Gehäuse in seine Normalstellung gebracht wird. Wie noch in der Figurenbeschreibung ausführlich dargestellt, findet das untere Ende des Meldestößels in einer Hülse eine erste Lagerung. Dort eingeführt wird eine in der Hülse befindliche Druckfeder gespannt. Die Normalstellung wird dadurch eingenommen, dass der Meldestößel hinter einem Rastelement am Kurzschließer verrastet wird. Beim Aufsetzen des Gehäuses wird der Meldestößel in die zylindrische Gehäuseöffnung eingeführt, wo er ein zweites Lager findet.
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Die Erfindung wird in Zeichnungen wiedergegeben, von denen im Einzelnen darstellen:
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1: eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung mit Meldestößel dargestellt in einem aufgeschnittenen Gerätegehäuse,
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2A, 2B, 2C: drei Ansichten eines bevorzugten Meldestößels und
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3: eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung (als Stand der Technik) mit Meldestößel.
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Die 1 zeigt einen Kurzschließer 1 für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung, die in einem aufgeschnittenen Gerätegehäuse 40 dargestellt ist (vgl. auch 3). Zentrales Element ist ein Gasgenerator 2, welcher über ein pyrotechnisches Schaltelement aktivierbar ist. Die Schutzvorrichtung dient dem Kurzschließen mindestens zweier Stromschienen, die durch ein isolierendes Trennelement 8’ voneinander getrennt sind, über ein Überbrückungselement 3. Infolge der Zündung einer pyrotechnischen Ladung wird das Überbrückungselement explosionsartig beschleunigt, und nach Zündung der pyrotechnischen Ladung in eine Position gebracht, in der mindestens zwei Stromschienen (5.1, 5.2) überbrückt sind. Der Kurzschließer 1 ist oberhalb zweier Stromschienen (5.1, 5.2) isoliert über Kunststoffelemente 4 befestigt, wobei eine der Stromschienen 5.1 sichtbar ist. Das Überbrückungselement dringt von oben in je eine Öffnung der Stromschienen und wird dort verkeilt. Die pyrotechnische Aktivierung besteht in einem explosionsartig erzeugten Gasstrom, wobei ein Druckentlastungskanal 6 vorhanden ist, durch den der erzeugte Gasstrom entweicht.
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Die in 1 als bevorzugte Anordnung dargestellte Schutzvorrichtung ist über einem isolierenden Unterteil 8 auf den Stromschienen befestigt. Die Abmessungen des isolierenden Unterteils sind im wesentlichen durch die Anforderung an ausreichende Isolierabstände der spannungführenden Teile bestimmt. Der Aufbau der Meldevorrichtung befindet sich auf dem isolierenden Unterteil 8. Das isolierende Unterteil trägt eine Hülse 21. Der Meldestößel 10, der in den 2A bis 2C näher und detailliert beschrieben wird, steht achsparallel zum Kurzschließer 1 mit seinem unteren Ende 12 in der Hülse 21. In der Hülse 21 ist eine Druckfeder (nicht sichtbar) eingebracht, die in der Normalstellung vom Meldestößel 10 gespannt wird. Mit seinem oberen Ende 13 liegt der Meldestößel 10 in einer zylindrisch ausgebildeten Gehäuseöffnung 42. Die erste Endstellung des Meldestößels 10 ist seine Normalstellung (Kurzschließer nicht aktiviert). In der Normalstellung bleibt der Meldestößel innerhalb der Gehäuseöffnung 42 (etwa 1 bis 2 mm tief) versenkt. Am Meldestößel sind zwei Schenkel 14, 17 ausgebildet, wobei der erste Schenkel 14 auf die Austrittsöffnung des Druckentlastungskanals des Gasgenerators hin gerichtet ist. Das vordere Ende des ersten Schenkels 14 deckt die Austrittsöffnung (nicht notwendig gasdicht) ab. Die Stellung des Meldestößels (und die Gespanntstellung der Druckfeder) ist durch eine Verrastung des ersten Schenkels 14 an einem Rastelement 19 bestimmt. Das Rastelement 19 ist als elastisch ausweichende Zunge auf dem isolierenden Unterteil 8 ausgebildet. Aus dieser ersten Endstellung kann der Meldestößel in die zweite Endstellung bewegt werden (siehe Bezugszeichen Dr), wenn das pyrotechnische Schaltelement aktiviert wird und der explosionsartig erzeugte Gasstrom aus der Austrittsöffnung austritt.
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Nach den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Meldestößel 10 durch eine Drehbewegung, durch eine Hubbewegung oder durch eine Dreh-Hub-Bewegung in die zweite Endstellung (Signalisierungsstellung) überführt werden. Die in 1 dargestellte Ausführungsform zeigt die Ausbildung in Art einer Dreh-Hub-Bewegung. Vergleiche auch Fig. 2B.
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Der explosionsartig aus der Austrittsöffnung 6 austretende Gasstrom dreht den Meldestößel aus der Raststellung (Freigabe des Rastelements) heraus. Die gespannte Druckfeder in der Hülse 21 bewegt den Meldestößel in Achsrichtung mit einem Hub H um etwa um 8 bis 10 mm auf die Gehäuseöffnung 42 zu, wobei die am Übergang von größeren zum kleineren Durchmesser des oberen Endes des Schafts vorhandene Kante gegen die Unterkante der zylindrischen Bohrung 42 anschlägt. In der Melde- oder Signalisierungsstellung ragt das obere Ende des Meldestößels aus der Bohrung 42 heraus. Zur deutlichen Sichtbarmachung dieser Stellung, kann das obere Ende des Meldestößels oder der Meldestößel als Ganzes in einer Signalfarbe eingefärbt sein.
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Die 2A, 2B und 2C zeigen den Meldestößel in einer der Ausführungsformen in drei Ansichten. Nicht dargestellt sind Ausführungsformen, bei denen keine Schenkel am Meldestößel vorhanden sind oder nur ein Schenkel am Meldestößel vorhanden ist oder dass die Schenkel eine andere Form als dargestellt haben. Der Meldestößel zeichnet sich durch einfache Bauform aus. Er kann als Spritzgussteil ohne aufwendige Schieber im Werkzeug hergestellt werden. Der Meldestößel benötigt keine präzise Führung im Gehäuse, da keine engen Toleranzen erforderlich sind. Der Meldestößel 10 hat im wesentlichen einen zylindrischen Schaft 11, dessen oberes 13 und dessen unteres Ende 12 hinter je einer Abstufung im Durchmesser verjüngt ausgebildet ist. Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform sind am unteren Bereich des Schafts 11 zwei – etwa sich gegenüberliegende – Schenkel 14 und 17 ausgebildet.
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Am Vorderende des ersten Schenkels 14 ist eine Verschluss-Kalotte 16 ausgebildet. Diese liegt in der Normalstellung der Austrittsöffnung an. Das Vorderende des zweiten Schenkels 17 ist zur Betätigung der Schaltstößel 32 der Hilfsschalter 30.1, 30.2 ausgebildet. Die Schaltkante 18 hat eine Lage von 90° zur Achse des Schafts des Meldestößels (siehe auch 1).
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Die 2C zeigt den Meldestößel 10 in einer Sicht von unten auf sein unteres Ende. Die beiden Schenkel 14, 17 bilden einen stumpfen Winkel zwischen 160° und 175°. Am vorderen Ende des ersten Schenkels 14 ist eine Verschluss-Kalotte 16 zu erkennen, welche die Austrittsöffnung 6 (nicht notwendig gasdicht) abdeckt.
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Die 3 zeigt eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung als Stand der Technik, in einer Stellung bei der das metallische Überbrückungselement 3 nach explosionsartiger Erzeugung des Gasstroms das isolierende Trennelement 8’ durchstoßen hat und zwischen den Stromschienen 5.1, 5.2 eingekeilt ist. Der erfindungsgemäße Meldestößel 10 ist eingezeichnet. Der Meldestößel liegt der Austrittsöffnung 7 noch an. In der Figur sind zu erkennen: pyrotechnischer Gasgenerator 2; metallisches Überbrückungselement 3; Kunststoffelemente 4; erste Stromschiene 5.1; zweite Stromschiene 5.2; Druckentlastungskanal 6; Austrittsöffnung 7; isolierendes Unterteil 8; Meldestößel 10; Gehäuse oder Haube 40.
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Bezugszeichen
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurzschließer
- 2
- pyrotechnischer Gasgenerator
- 3
- metallisches Überbrückungselement
- 4
- Kunststoffelemente
- 5.1 5.2
- Stromschienen
- 6
- Druckentlastungskanal
- 7
- Austrittsöffnung
- 8
- isolierendes Unterteil
- 8’
- isolierendes Trennelement
- 10
- Meldestößel
- 11
- Schaft
- 12
- Ende unten, mit Abstufung
- 13
- Ende oben, mit Abstufung
- 14
- erster Schenkel
- 15
- Vorderende
- 16
- Verschluss-Kalotte
- 17
- zweiter Schenkel
- 18
- Schaltkante
- 19
- Rastelement
- 21
- Hülse
- 30.1, 30.2
- zwei Hilfsschalter
- 32
- Schaltstößel
- 40
- Gehäuse, oder Haube
- 42
- Gehäuseöffnung
- Dr
- Drehbewegung
- H
- Hubbewegung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19746564 A1 [0002]
- DE 19916327 A1 [0002]
- DE 19712387 A1 [0002, 0004]
