DE102016203506A1

DE102016203506A1 - Auslösevorrichtung und elektromechanisches Schutzschaltgerät

Info

Publication number: DE102016203506A1
Application number: DE102016203506.1A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Franz; Thomas Rieger; Winfried Vierling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: DE102016203506B4; WO2017148640A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung (100) für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät (1) weist eine Kurzschluss-Auslöseeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines oberhalb eines ersten Auslöseschwellwertes liegenden Kurzschlussstromes unmittelbar auf eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes (1) einzuwirken, um diese auszulösen. Weiterhin weist die Auslösevorrichtung eine Überlast-Auslöseeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines Überlastzustandes auf die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung einzuwirken, um die Schaltmechanik dadurch mittelbar auszulösen. Die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung ist konstruktiv derart gestaltet, dass sie bei Auftreten eines elektrischen Stromes, dessen Stromstärke oberhalb des ersten Auslöseschwellwertes liegt – beispielsweise bei einem Kurzschlussstrom – unmittelbar, d. h. direkt auf eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes (1) einwirkt, um diese auszulösen und damit den Stromfluss zu unterbrechen. Hingegen ist die Überlast-Auslöseeinrichtung konstruktiv derart gestaltet, dass sie nicht direkt auf die Schaltmechanik einwirkt, sondern lediglich mittelbar, d. h. indirekt über die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung. Auf diese Weise ist es möglich, die Funktionalität der Überlast-Auslöseeinrichtung in die bereits bestehende Kurzschluss-Auslöseeinrichtung zu integrieren, um eine kompakte Auslösevorrichtung zu realisieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, beispielsweise einen Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter, welche eine Kurzschluss-Auslöseeinrichtung sowie eine Überlast-Auslöseeinrichtung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Schutzschaltgerät mit einer derartigen Auslösevorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Schutzschaltgeräte bekannt: Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter (sogenannter LS-Schalter) ist eine in der Elektroinstallation verwendete Überstromschutzeinrichtung und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher und elektrische Anlagen vor Überlast, beispielsweise vor Beschädigung der Leitungen durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt und dienen der Überwachung sowie der Absicherung eines elektrischen Stromkreises.
Hierzu wird das Schutzschaltgerät über zwei Anschlussklemmen mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den in dieser Leitung fließenden elektrischen Strom zu unterbrechen. Das Schutzschaltgerät weist dabei einen Schaltkontakt mit einem ortsfest in einem Gehäuse des Schutzschaltgerätes angeordneten Festkontakt sowie einem relativ dazu beweglichen Bewegkontakt auf. Der Bewegkontakt ist dabei über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes betätigbar, so dass der Schaltkontakt mit Hilfe der Schaltmechanik geöffnet und geschlossen werden kann. Auf diese Weise wird bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes, beispielsweise eines Kurzschlusses oder einer elektrischen Überlast, der Schaltkontakt geöffnet, um den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
Aus der Patentschrift DE 10 2004 040 288 B4 ist ein Schutzschalter bekannt, welcher eine erste Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Kurzschlusses sowie eine zweite Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Überlastzustandes aufweist. Weiterhin weist der Schutzschalter einen Schaltkontakt mit einem Festkontakt und einem relativ dazu beweglichen Bewegkontakt auf. Die Schaltmechanik des Schutzschalters weist ferner einen Auslösehebel auf, der sowohl mit der ersten Auslöseeinrichtung als auch mit der zweiten Auslöseeinrichtung derart gekoppelt ist, dass bei Auslösen der ersten Auslöseeinrichtung und/oder der zweiten Auslöseeinrichtung der Auslösehebel betätigt und damit der Schaltkontakt geöffnet wird. Beim Öffnen des Schaltkontakts entsteht zwischen dem Festkontakt und dem sich wegbewegenden Bewegkontakt zunächst ein Lichtbogen, welcher im weiteren Verlauf gelöscht wird, um den Stromfluss endgültig zu unterbrechen.
Um den Stromfluss bei Auftreten eines Kurzschlusses schnell zu unterbrechen, ist die erste Auslöseeinrichtung üblicher Weise als magnetisches Auslösesystem ausgebildet. Ein derartiges magnetisches Auslösesystem weist eine Magnetspule sowie einer relativ dazu bewegliche Anker-Stößel-Baugruppe auf. Der Strompfad des elektrischen Stromes, der von einer der Anschlussklemmen zum Schaltkontakt des Schutzschaltgerätes fließt, führt dabei über die Magnetspule, die im bestromten Zustand eine elektromagnetische Kraft auf die Anker-Stößel-Baugruppe ausübt. Bei einem schnellen Anstieg des elektrischen Stroms, wie er im Falle eines Kurzschlusses auftritt, wird die Magnetspule des magnetischen Auslösesystems mit dem hohen Kurzschlussstrom bestromt. Durch das hierdurch entstehende elektromagnetische Feld wird eine Kraft auf den Anker ausgeübt, welche diesen in die Spule zieht. Die Anker-Stößel-Baugruppe wird dadurch von ihrer Ruheposition in ihre Ausgelöst-Position bewegt. Auch der mit dem Anker fest verbundene Stößel wird dadurch von seiner Ruheposition in seine Ausgelöst-Position bewegt, wobei er auf den Auslösehebel trifft, welcher dadurch ebenfalls bewegt wird. Durch die Betätigung des Auslösehebels wird die Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes freigegeben, wodurch der mit der Schaltmechanik gekoppelte Bewegkontakt von dem Festkontakt wegbewegt wird, um den Schaltkontakt zu öffnen und damit den Stromfluss über den Schaltkontakt zu unterbrechen. Auf diese Weise ist eine erste Auslösekette, bestehend aus Stößel, Auslösehebel und Bewegkontakt realisiert.
Die zweite Auslöseeinrichtung ist in der Regel als thermisches Auslösesystem ausgebildet, um den Stromfluss bei Auftreten eines Überlastzustandes zu unterbrechen. Das thermische Auslösesystem weist in der Regel ein Auslöseelement aus einem Bimetall oder einer Formgedächtnislegierung auf, welches sich bei Temperaturänderung verformt. Diese Formänderung wird mittels eines mechanischen Übertragungsglieds auf die Schaltmechanik – beispielsweise auf den Auslösehebel – übertragen, wodurch die Auslösung der Schaltmechanik initiiert wird. Infolge dessen wird der Schaltkontakt geöffnet und damit der Stromfluss unterbrochen. Auf diese Weise ist eine zweite Auslösekette, bestehend aus thermischem Auslöseelement, Auslösehebel/Schaltmechanik und Bewegkontakt realisiert.
Insbesondere bei kompakten Reiheneinbaugeräten stellt die platzsparende Anordnung der einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes eine große Herausforderung dar. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Auslösevorrichtung sowie ein verbessertes elektromechanisches Schutzschaltgerät bereitzustellen, welche sich durch eine besonders kompakte Bauweise auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung sowie das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter oder einen Leistungsschalter, weist eine Kurzschluss-Auslöseeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines oberhalb eines ersten Auslöseschwellwertes liegenden Kurzschlussstromes unmittelbar auf eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes einzuwirken, um diese auszulösen. Weiterhin weist die Auslösevorrichtung eine Überlast-Auslöseeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines Überlastzustandes auf die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung einzuwirken, um die Schaltmechanik dadurch mittelbar auszulösen.
Die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung ist konstruktiv derart gestaltet, dass sie bei Auftreten eines elektrischen Stroms, dessen Stromstärke oberhalb des ersten Auslöseschwellwertes liegt – beispielsweise bei einem Kurzschlussstrom – unmittelbar, d. h. direkt auf eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes einwirkt, um diese auszulösen und damit den Stromfluss zu unterbrechen. Hingegen ist die Überlast-Auslöseeinrichtung konstruktiv derart gestaltet, dass sie nicht direkt auf die Schaltmechanik einwirkt, sondern lediglich mittelbar, d. h. indirekt. Mit anderen Worten: die Überlast-Auslöseeinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie bei Auftreten eines Überlastzustandes derart auf die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung einwirkt, dass der erste Auslöseschwellwert herabgesetzt wird, um dadurch eine Auslösung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung und somit eine mittelbare Auslösung der Schaltmechanik zu bewirken.
Der Begriff „mittelbar” ist in diesem Zusammenhang dahingehend zu verstehen, dass die Überlast-Auslöseeinrichtung nicht direkt, beispielsweise über einen Koppelbügel, auf die Schaltmechanik einwirkt, sondern bei Auftreten eines zweiten Auslöseschwellwertes, welche für den Überlastzustand maßgeblich ist, auf die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung einwirkt, um diese durch die Absenkung des ersten Auslöseschwellwertes zur Auslösung zu bringen. Auf diese Weise ist es möglich, die Funktionalität der Überlast-Auslöseeinrichtung in die bereits bestehende Kurzschluss-Auslöseeinrichtung zu integrieren, wodurch eine kompakte Auslösevorrichtung realisierbar ist, was insbesondere bei kompakten Reiheneinbaugeräten von Vorteil ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung weist die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung eine Magnetspule und eine Anker-Stößel-Baugruppe mit einem Anker und einem Stößel auf, welche durch Bestromen der Magnetspule mit dem Kurzschlussstrom von einer Ruheposition in eine Ausgelöst-Position bewegbar ist. Weiterhin weist die Auslösevorrichtung eine Halteeinrichtung auf, welche mit dem Anker gekoppelt ist und auf diesen einwirkt, um ihn bei elektrischen Strömen unterhalb eines vordefinierten ersten Auslöseschwellwertes mit einer vordefinierten Haltekraft in seiner Ruheposition zu halten. Die Überlast-Auslöseeinrichtung ist dabei mit der Halteeinrichtung derart gekoppelt, dass bei Auftreten des Überlastzustandes die Haltekraft soweit herabgesetzt wird, dass hierdurch eine Auslösung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung bewirkt wird.
Die Ausgestaltung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung mit einer Magnetspule sowie einer relativ dazu beweglich gelagerten Anker-Stößel-Baugruppe, die auch als Schlaganker bezeichnet wird, stellt eine gängige Realisierungsform im Bereich der elektromagnetischen Schutzschaltgeräte dar. Die Auslösung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung erfolgt dabei durch eine Bewegung der Anker-Stößel-Baugruppe von ihrer Ruheposition in ihre Ausgelöst-Position, wobei eine starke elektromagnetische Kraft von der bestromten Magnetspule auf die Anker-Stößel-Baugruppe wirkt welche diese in die Ausgelöst-Position drängt.
Üblicher Weise weisen derartige elektromagnetische Auslöser eine Ankerfeder auf, welche die Anker-Stößel-Baugruppe bei elektrischen Strömen unterhalb des ersten Auslöseschwellwertes entgegen der von der Magnetspule erzeugten elektromagnetischen Kraft in ihrer Ruheposition hält. Diese Funktion wird nun erfindungsgemäß von der Halteeinrichtung übernommen. Die dabei von der Halteeinrichtung auf die Anker-Stößel-Baugruppe ausgeübte, vordefinierte Haltekraft ist dabei derart bemessen, dass sie mit der Stromstärke des ersten Auslöseschwellwertes korrespondiert, d. h. daran angepasst bzw. darauf abgestimmt ist. Im Falle einer Überlast-Auslösung wird diese Haltekraft mit Hilfe der Überlast-Auslösevorrichtung soweit reduziert, dass die elektromagnetische Kraft, welche durch die mit dem Überlaststrom bestromte Magnetspule auf die Anker-Stößel-Baugruppe wirkt, größer ist als die entgegengesetzt wirkende, reduzierte Haltekraft. Infolgedessen kann die Anker-Stößel-Baugruppe nicht mehr von der Halteeinrichtung in der Ruheposition gehalten werden, so dass es zur Auslösung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung kommt. Auf diese Weise wird auch bei Vorliegen eines Überlastzustandes, d. h. bei einem elektrischen Strom unterhalb des ersten Auslöseschwellwertes, eine Auslösung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung weist der Anker an seinem distalen Ende zumindest eine Koppelstelle auf, die mit einem Koppelelement der Halteeinrichtung unter Ausbildung einer mechanischen Kopplung zusammenwirkt. Dabei sind die Koppelstelle als Rastnut und das Koppelelement als federndes Rastelement, welches in der Ruheposition in die Rastnut eingreift, ausgebildet.
Mit Hilfe der Koppelstelle ist der Anker fest, aber lösbar mit der Halteeinrichtung koppelbar. Auf diese Weise ist im gekoppelten Zustand – unterhalb des ersten Auslöseschwellwertes – eine vordefinierte Kraft, welche der Bewegung der Anker-Stößel-Baugruppe von ihrer Ruheposition in ihre Ausgelöst-Position entgegenwirkt, von der Halteeinrichtung auf den Anker übertragbar, wohingegen im ungekoppelten Zustand – oberhalb des ersten Auslöseschwellwertes – keine der Bewegung des Ankers von der Ruheposition in die Ausgelöst-Position entgegenwirkende Kraft von der Halteeinrichtung auf den Anker ausgeübt wird. Damit ist keine Ankerfeder mehr erforderlich, um die Anker-Stößel-Baugruppe in ihrer Ruheposition zu halten. Die Anker-Stößel-Baugruppe wird nach der Auslösung vollständig freigegeben, so dass von der Halteeinrichtung keine Kraft mehr auf die Anker-Stößel-Baugruppe wirkt, welche diese entgegen ihrer Auslösebewegung in die Ruheposition drängen würde. Unter dem Begriff des „distalen Endes” ist dabei das in einer Bewegungsrichtung von der Ruheposition in die Ausgelöst-Position hintere Ende des Ankers zu verstehen.
Eine Rastverbindung stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Realisierung einer formschlüssigen, aber lösbaren mechanischen Kopplung zwischen dem Halteeinrichtung und dem Anker dar. Der Anker ist üblicher Weise rotationssymmetrisch ausgebildet. Die am Anker ausgebildete Rastnut kann dabei – angepasst an das an der Halteeinrichtung ausgebildete federnde Rastelement – sowohl abschnittsweise als auch umlaufend, beispielsweise als umlaufende Rille, ausgeführt sein. In der Ruheposition greift das federnde Rastelement in die Rastnut ein, um den Anker – und damit die Anker-Stößel-Baugruppe – bei elektrischen Strömen unterhalb des vordefinierten ersten Auslöseschwellwertes gegen die magnetische Kraft der bestromten Magnetspule in seiner/ihrer Ruheposition zu halten. Über die Federhärte des federnden Rastelements sowie eine durch das Zusammenwirken von Rastelement und Rastnut definierte geometrische Wirkungslinie ist die Auslösecharakteristik der Auslösevorrichtung auf eine bestimmte, vordefinierte maximale Haltekraft – und damit auf den vordefinierten ersten Auslöseschwellwert – einstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist das Rastelement als Blattfeder ausgebildet, deren eines freies Ende in der Ruheposition in die Rastnut eingreift.
Eine Blattfeder stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur konstruktiven Gestaltung des Rastelements dar. In der Ruheposition greift das freie Ende der Blattfeder dabei in die am Anker ausgebildete Rastnut ein, um den Anker in der Ruheposition zu halten. Anstelle einer einzelnen Blattfeder ist es ebenso möglich, mehrere Blattfedern zu verwenden, um die maximale Haltekraft der Halteeinrichtung genauer einstellen und dosieren zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist das Rastelement als u-förmig gebogenes Federelement ausgebildet, dessen beide freien Enden in der Ruheposition in die Rastnut eingreifen.
Das u-förmig gebogene Federelement weist zwei Federschenkel sowie einen die beiden Federschenkel verbindenden Verbindungssteg auf. In der Ruheposition des Ankers bzw. der Anker-Stößel-Baugruppe greifen die beiden freien Enden der beiden Federschenkel dabei in die Rastnut ein, um den Anker in seiner Ruheposition zu halten. Die Rastnut kann dabei umlaufend oder abschnittsweise, mit zwei Abschnitten für die beiden freien Enden der beiden Federschenkel, ausgebildet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung weist die Überlast-Auslöseeinrichtung ein Auslöseelement für eine Überlast-Auslösung auf, welches aus einem Thermobimetall oder einer Formgedächtnislegierung besteht und sich oberhalb eines vordefinierten, für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes mechanisch verformt.
Unter einem Thermobimetall oder einem Formgedächtnismaterial sind Werkstoffe zu verstehen, welche ihre Form bei einer Temperaturänderung auf definierte Art und Weise ändern. Bei elektromechanischen Schutzschaltgeräten werden Thermobimetalle oder Formgedächtnismaterialien verwendet, um eine Auslösung des Schutzschaltgerätes bei Auftreten eines Überlaststromes zu realisieren: Durch den über einen längeren Zeitraum fließenden Überlaststrom wird das Thermobimetall bzw. das Formgedächtnismaterial erwärmt und verformt sich auf vordefinierte Art und Weise. Diese Formänderung wird auf die Schaltmechanik übertragen, wodurch eine Auslösung der Schaltmechanik – und damit des Schutzschaltgerätes – realisiert ist.
Vorliegend wird die Formänderung jedoch nicht direkt auf die Schaltmechanik übertragen, sondern indirekt, indem durch die Formänderung des Auslöseelements eine Reduzierung der Haltekraft der Halteeinrichtung bewirkt wird, was schließlich zur Auslösung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung führt. Über die Haltekraft ist die Auslösevorrichtung somit an den vordefinierten, für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwert anpassbar.
Durch die Verwendung eines Thermobimetalls oder einer Formgedächtnislegierung für das Auslöseelement ist die Funktionalität der thermischen Überlastauslösung in die erfindungsgemäße Kurzschluss-Auslösevorrichtung integrierbar – eine eigene Überlast-Auslösevorrichtung ist damit entbehrlich. Auf diese Weise wird eine äußerst kompakte Gestaltung des Schutzschaltgerätes erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung übt das Auslöseelement unterhalb eines vordefinierten, für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes eine Kraft auf die Halteeinrichtung aus, welche zur Haltekraft beiträgt, wohingegen das Auslöseelement oberhalb des zweiten Auslöseschwellwertes aufgrund seiner Verformung keine Kraft mehr auf die Halteeinrichtung ausübt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung übt das Auslöseelement unterhalb eines vordefinierten, für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes keine Kraft auf die Halteeinrichtung aus, wohingegen das Auslöseelement oberhalb des zweiten Auslöseschwellwertes aufgrund seiner Verformung eine Kraft auf die Halteeinrichtung ausübt, welche die auf die Anker-Stößel-Baugruppe wirkende Haltekraft reduziert.
Prinzipiell kann die Reduzierung der Haltekraft durch die Formänderung des Auslöseelements auf zweierlei Art erreicht werden: Entweder wirkt das Auslöseelement als Klammer, welche unterhalb des zweiten Auslöseschwellwertes eine Kraft auf die Halteeinrichtung ausübt, die zur Haltekraft beiträgt, wohingegen diese Kraft oberhalb des zweiten Auslöseschwellwertes durch die Formänderung des Auslöseelements auf den Wert Null reduziert wird. Alternativ dazu übt das Auslöseelement unterhalb des zweiten Auslöseschwellwertes keine Kraft auf die Halteeinrichtung aus, ist aber derart mit der Halteeinrichtung gekoppelt, dass oberhalb des zweiten Auslöseschwellwertes durch die Formänderung des Auslöseelements eine Kraft auf die Halteeinrichtung ausgeübt wird, welche der Haltekraft entgegenwirkt, d. h. die von der Halteeinrichtung auf die Anker-Stößel-Baugruppe ausgeübte Haltekraft wird entsprechend reduziert. Die beiden beschriebenen Möglichkeiten stellen somit gleichwertige Alternativen zur konstruktiven Gestaltung der Auslösevorrichtung dar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist das Auslöseelement direkt oder indirekt beheizbar.
Das Auslöseelement reagiert in einem vordefinierten Temperaturbereich auf eine Temperaturänderung mit einer entsprechenden Verformung. Die hierzu erforderliche Erwärmung kann dabei durch direktes oder indirektes Beheizen des Auslöseelements erfolgen. Unter dem Begriff „direkt beheizbar” ist dabei zu verstehen, dass das Auslöseelement vom elektrischen Strom direkt, d. h. unmittelbar durchflossen und dabei aufgrund seines elektrischen Widerstands erwärmt wird. Alternativ dazu kann das Auslöseelement auch indirekt beheizt werden, d. h. es wird nicht direkt vom elektrischen Strom durchflossen, sondern lediglich durch den elektrischen Strom indirekt erwärmt, beispielsweise mittels eines Heizelements, welches in der Nähe des Auslöseelements angeordnet ist und vom elektrischen Strom durchflossen wird. Als weitere Alternative dazu kann das Auslöseelement auch durch die Abwärme der bestromten Magnetspule beheizt werden. Da die Auslösekennlinie des Auslöseelements in Abhängigkeit der gewählten Art der Beheizung variiert, ist das Auslöseelement konstruktiv an die jeweilige Art der Beheizung anzupassen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung weist die Überlast-Auslöseeinrichtung ein mechanisches Justageelement zur Anpassung an die vordefinierte Auslöseschwelle für die Überlast-Auslösung auf.
Mit Hilfe des Justageelements ist die Auslösevorrichtung durch Einstellen der Haltekraft an den vordefinierten zweiten Auslöseschwellwert anpassbar. Weiterhin ist die Auslösevorrichtung mit Hilfe des Justageelements auch an unterschiedliche Auslöseschwellwerte anpassbar. Auf diese Weise ist ein und dieselbe Auslösevorrichtung für Schutzschaltgeräte mit unterschiedlichen Auslösecharakteristiken einsetzbar. Das Justageelement kann beispielsweise als Einstellschraube ausgebildet sein – dies stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur konstruktiven Realisierung des Justageelements dar. Durch Betätigen der Einstellschraube ist die Kraft, die vom Auslöseelement auf die Halteeinrichtung ausgeübt wird, exakt einstellbar, was eine möglichst genaue Anpassung an den vordefinierten zweiten Auslöseschwellwert ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Auslösevorrichtung einen mechanischen Kraftspeicher auf, welcher die Anker-Stößel-Baugruppe in Richtung ihrer Ausgelöst-Position drängt.
Mit Hilfe des zusätzlichen Kraftspeichers wird die Reaktionszeit der Auslösevorrichtung – und damit das Schaltvermögen des Schutzschaltgerätes – weiter verbessert. Der Kraftspeicher ist beispielsweise als Feder, die sich gegen einen ortsfesten Teil des Schutzschaltgerätes – beispielsweise das Gehäuse oder eine andere, ortsfest im Gehäuse angeordnete Baugruppe – abstützt, realisierbar und bewirkt, dass der Anker – und damit die Anker-Stößel-Baugruppe – bei einer Auslösung zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft der Magnetspule in Richtung seiner Ausgelöst-Position beschleunigt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Auslösevorrichtung eine Rückstelleinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, die Anker-Stößel-Baugruppe nach einer Auslösung von ihrer Ausgelöst-Position wieder in ihre Ruheposition zurückzustellen.
Mit Hilfe der Rückstelleinrichtung ist sichergestellt, dass die Auslösevorrichtung – und damit das Schutzschaltgerät – nach erfolgter Auslösung wieder in einen auslösebereiten Zustand verbracht wird. Vorteilhafter Weise ist die Rückstelleinrichtung mechanisch realisiert; nicht-mechanische Realisierungsmöglichkeiten sind hiervon jedoch nicht per se ausgeschlossen.
Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät, welches beispielsweise als Leitungsschutzschalter oder als Leistungsschalter ausgebildet ist, weist ein Gehäuse, einen einen Festkontakt sowie einen Bewegkontakt umfassenden Schaltkontakt, eine Schaltmechanik zum Öffnen und Schließen des Schaltkontakts, sowie eine Auslösevorrichtung der vorstehend beschriebenen Art auf. Dabei ist die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung zur direkten Einwirkung auf die Schaltmechanik ausgebildet, um den Schaltkontakt (6) bei Auftreten eines Kurzschlussstromes zu öffnen. Die Überlast-Auslöseeinrichtung ist hingegen zur indirekten Einwirkung auf die Schaltmechanik ausgebildet, um den Schaltkontakt bei Auftreten eines Überlastzustandes zu öffnen.
Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes wird auf die vorstehenden Ausführungen zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung verwiesen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Auslösevorrichtung bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1 und 2 schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes in einem ersten Schaltzustand;
3 und 4 schematische Darstellungen der Auslösevorrichtung bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes in einem zweiten Schaltzustand;
5 und 6 schematische Darstellungen der Auslösevorrichtung bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes in einem dritten Schaltzustand.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
In den 1 und 2 ist ein erster Schaltzustand der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 100 bzw. des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 schematisch dargestellt. 1 zeigt dabei das geöffnete Schutzschaltgerät 1 in einer Seitenansicht; in der dazu korrespondierenden 2 ist die entsprechende Auslösevorrichtung 100 detailliert in der entsprechenden Seitenansicht schematisch dargestellt.
Das Schutzschaltgerät 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem die einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes 1 aufgenommen und gehaltert sind. Über eine Befestigungsseite 12 ist das Gehäuse 2 an einem Halteelement – beispielsweise einer Trag- oder Hutschiene – befestigbar. An einer der Befestigungsseite 12 gegenüberliegenden Frontseite 11 des Gehäuses 2 weist das Schutzschaltgerät 1 ein drehbar gelagertes Betätigungselement 3 zur manuellen Betätigung des Schutzschaltgerätes 1 auf. Das Betätigungselement 3 ist über einen Kopplungsbügel 7 mit einer Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes 1 mechanisch gekoppelt. Mit der Schaltmechanik ist ferner ein Bewegkontaktträger 8 mechanisch gekoppelt. An dem Bewegkontaktträger 8 ist ein Bewegkontakt 5 angeordnet, welcher zusammen mit einem ortsfest im Gehäuse 2 angeordneten Festkontakt 4 einen Schaltkontakt 6 bildet. Mit Hilfe des Bewegkontaktträgers 8 kann der Bewegkontakt 5 relativ zum Festkontakt 4 bewegt werden, wodurch der Schaltkontakt 6 geöffnet oder geschlossen werden kann. Weiterhin sind in dem Gehäuse 2 eine Eingangsklemme 9 sowie eine Ausgangsklemme 10 angeordnet, über die das Schutzschaltgerät 1 mit einer elektrischen Leitung verbindbar ist, um bei Auftreten eines Kurzschlusses oder einer Überlast den Stromfluss in dieser Leitung zu unterbrechen.
Ferner ist in dem Gehäuse 2 eine Löschkammer 14 angeordnet, welche aus einer Vielzahl parallel zueinander orientierter und voneinander beabstandeter Löschbleche 15 gebildet ist. Die Löschkammer 14 dient dazu, einen Lichtbogen, der bei der Öffnung des bestromten Schaltkontakts 6 durch Wegbewegen des Bewegkontakts 5 vom Festkontakt 4 entsteht, zum Erlöschen zu bringen. Rechts der Löschkammer 14 befindet sich der sogenannte Vorkammerbereich 18. Wird der Schaltkontakt 6, welcher ebenfalls im Vorkammerbereich 18 angeordnet ist, geöffnet, so brennt der Lichtbogen zunächst zwischen dem Festkontakt 4 und dem sich wegbewegenden Bewegkontakt 5. Mit zunehmender Entfernung des Bewegkontakts 5 vom Festkontakt 4 steigt die Spannung des Lichtbogens weiter an, bis der Lichtbogen vom Bewegkontakt 5 auf eine ebenfalls im Vorkammerbereich 18 angeordnete Leitschiene 17 kommutiert, d. h. überspringt. Auf Seite des Festkontakts 4 wandert der Lichtbogen dabei entlang eines unterhalb des Festkontakts 4 angeordneten Kontakthorns 16 in Richtung der Löschkammer 14. Bei Auftreffen auf die Löschkammer 14 wird der Lichtbogen in eine Vielzahl hintereinander, d. h. elektrisch in Serie geschalteter Teillichtbögen, welche zwischen den einzelnen Löschblechen 15 brennen, aufgeteilt. Hierdurch steigt die Bogenspannung weiter an, bis der Lichtbogen schließlich abbricht und erlischt.
Zur Auslösung des Schutzschaltgerätes 1 im Falle eines Kurzschlusses oder eines Überlastzustandes weist das Schutzschaltgerätes 1 eine Auslösevorrichtung 100 auf. Diese weist ihrerseits eine Kurzschluss-Auslöseeinrichtung auf, um im Falle eines Kurzschlusses eine Auslösung der Schaltmechanik und damit ein Öffnen des Schaltkontakts 6 zu bewirken. Die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung weist hierzu eine Magnetspule 101 auf, welche an ihrem einen Ende mit der Eingangsklemme 9 elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin weist die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung eine Anker-Stößel-Baugruppe, bestehend aus einem Anker 102 sowie einem fest mit dem Anker verbundenen Stößel 103, auf. Die Anker-Stößel-Baugruppe ist relativ zur Magnetspule 101 verschiebbar gelagert und durch Bestromen der Magnetspule 101 von einer Ruheposition in eine Ausgelöst-Position bewegbar. Bei der Bewegung der Anker-Stößel-Baugruppe in die Ausgelöst-Position trifft der Stößel 103 mit seinem distalen, dem Anker 102 abgewandten Ende auf einen Auslösehebel 19 der Schaltmechanik, wodurch die Schaltmechanik ausgelöst und der mit der Schaltmechanik gekoppelte Schaltkontakt 6 geöffnet wird.
Die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung weist eine Halteeinrichtung 110 auf, welche ortsfest im Gehäuse angeordnet und mit dem Anker 102 mechanisch gekoppelt ist. Die Halteeinrichtung 110 ist vorliegend als u-förmig gebogenes Federelement ausgebildet und weist zwei Federschenkel 111 sowie einen die beiden Federschenkel 111 miteinander verbindenden Verbindungssteg 112 auf. An ihrem freien Ende weisen die beiden Federschenkel 111 jeweils ein Koppelelement 114 auf, welche mit jeweils einer am Anker 102 ausgebildeten, dem jeweiligen Koppelelement 114 zugeordneten Koppelstelle 104 gekoppelt sind. Die Koppelstellen 104 sind dabei als eine Art Rastnut ausgebildet, in die die beiden an den freien Enden der Federschenkel 111 als Rastnoppen ausgebildeten Koppelelemente 114 eingreifen. Auf diese Weise ist eine formschlüssige Kopplung zwischen der Halteeinrichtung 110 und dem Anker 102 realisiert, welche konstruktiv derart gestaltet ist, dass der Anker 102 – und damit die Anker-Stößel-Baugruppe – bei elektrischen Strömen unterhalb eines vordefinierten ersten Auslöseschwellwertes in seiner/ihrer Ruheposition entgegen einer von der bestromten Magnetspule auf die Anker-Stößel-Baugruppe ausgeübten elektromagnetischen Kraft formschlüssig gehaltert ist.
Bei Überschreiten des vordefinierten ersten Auslöseschwellwertes, beispielsweise bei Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses, ist die elektromagnetische Kraft, welche von der durch den Kurzschlussstrom bestromten Magnetspule 101 auf die Anker-Stößel-Baugruppe ausgeübt wird und in Richtung der Ausgelöst-Position wirkt, größer als die von der Halteeinrichtung 110 auf den Anker 102 ausgeübte und in Gegenrichtung wirkende Haltekraft. Infolgedessen wird die formschlüssige Verbindung zwischen der Anker-Stößel-Baugruppe und der Halteeinrichtung 110 gelöst, indem die u-förmige Halteeinrichtung 110 durch die resultierende Kraft aufgebogen wird. Dabei werden die als Rastnoppen ausgebildeten Koppelelemente 114 aus den ihnen zugeordneten, als Rastnuten ausgebildeten Koppelstellen 104 gezogen, wodurch der bis dahin in der Bewegungsrichtung der Anker-Stößel-Baugruppe wirkende Formschluss aufgelöst wird. Der Anker ist damit vollständig freigegeben, d. h. die Halteeinrichtung 110 übt keinerlei Kraft mehr auf die Anker-Stößel-Baugruppe aus, welche diese in Richtung ihrer Ruheposition zurückdrängen würde.
Zur Auslösung des Schutzschaltgerätes 1 im Falle eines Überlastzustandes weist die Auslösevorrichtung 100 ferner eine Überlast-Auslöseeinrichtung auf, um bei Auftreten eines elektrischen Überlastzustandes eine Auslösung der Schaltmechanik und damit ein Öffnen des Schaltkontakts 6 zu bewirken. Die Überlast-Auslöseeinrichtung weist ein Auslöseelement 130 auf, welches aus Thermobimetall oder einem Formgedächtnismaterial gebildet ist. Das Auslöseelement 130 weist eine u-förmige Gestalt auf und ist derart im Gehäuse 2 angeordnet, dass es die ebenfalls u-förmige Halteeinrichtung 110 umgreift. Zur mechanischen Kopplung der Halteeinrichtung 110 mit dem Auslöseelement 130 ist an jeden der Federschenkel 111 der Halteeinrichtung 110 an seiner Außenseite ein hakenförmiger Fortsatz 113 angeformt, in die die beiden Enden des u-förmigen Auslöseelements 130 formschlüssig eingreifen. Die Enden des u-förmigen Auslöseelements 130 sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander sowie parallel zu den Federschenkeln 111 der Halteeinrichtung 110 orientiert, wobei zwischen dem jeweiligen Ende des Auslöseelements 130 und dem ihm zugeordneten Federschenkel 111 ein Spiel gelassen ist, um im Falle eine Kurzschluss-Auslösung eine Aufweitung der u-förmigen Halteeinrichtung 110 und damit eine Freigabe der Anker-Stößel-Baugruppe zu ermöglichen.
Dieses zwischen den Enden des Auslöseelements 130 und dem ihm jeweils zugeordneten Federschenkel 111 realisierte Spiel dient ferner dazu, dass das Bimetall keine Kraft auf die u-förmigen Halteeinrichtung 110 ausübt, auch dann nicht, wenn sich die Enden des Auslöseelements 130 bei tiefen Temperaturen in Richtung der Federschenkel 111 verbiegen sollten. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Auslösecharakteristik für die magnetische Auslösung – beispielsweise bei Auftreten eines Kurzschlusses – nicht beeinflusst wird.
Unterhalb eines vordefinierten, für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes weist das Auslöseelement 130 die in den Figuren dargestellte Form auf. Im Falle eines Überlastzustandes, d. h. bei Überschreiten des für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes wird das Auslöseelement 130 aufgrund der damit einhergehenden Temperaturerhöhung derart verformt, dass sich seine ursprünglich u-förmige Gestalt aufweitet, d. h. die beiden Enden des Auslöseelements 130 werden auseinandergebogen. Aufgrund der mittels der beiden Fortsätze 113 realisierten formschlüssigen Kopplung des Auslöseelements 130 mit der Halteeinrichtung 110 wird durch die Formänderung des Auslöseelements 130 eine Kraft auf die Halteeinrichtung 110 ausgeübt, welche die beiden Federschenkel 111 auseinander zieht. Dadurch wir die von der Halteeinrichtung 110 auf die Anker-Stößel-Baugruppe ausgeübte Haltekraft soweit reduziert, dass diese nicht mehr ausreicht, um die Anker-Stößel-Baugruppe entgegen der von der bestromten Magnetspule 101 ausgeübten elektromagnetischen Kraft in ihrer Ruheposition zu halten.
Zur exakten Einstellung des für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes weist die Überlast-Auslöseeinrichtung eine Einstellschraube 131 auf, welche gegen das Gehäuse 2 abgestützt ist. Durch Anziehen der Einstellschraube 131 wird ein Druck auf einen Verbindungsbereich des Auslöseelements 130 ausgeübt, wodurch sich seine dessen ursprünglich u-förmige Gestalt aufweitet, d. h. die beiden Enden des Auslöseelements 130 werden auseinandergedrückt. Auf diese Weise ist die Kraft, welche vom Auslöseelement 130 auf die Federschenkel 111 der Halteeinrichtung 110 ausgeübt wird, dosiert einstellbar, so dass eine Anpassung dieser Kraft an den zweiten Auslöseschwellwert ermöglicht wird.
In den Figuren der Zeichnung ist das Auslöseelement 130 direkt beheizt dargestellt. Hierzu ist ein erstes Ende bzw. ein erster Schenkel des Auslöseelements 130 über eine erste Litze 13-1 mit der Eingangsklemme 9 des Schutzschaltgerätes 1 elektrisch leitend verbunden. Über eine zweite Litze 13-2 ist das zweite Ende bzw. der zweite Schenkel des Auslöseelements 130 mit der Magnetspule 101 elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise wird das aus einem Thermobimetall oder einem Formgedächtnismaterial gebildete Auslöseelement 130 von einem durch das Schutzschaltgerät 1 fließenden Betriebsstrom durchflossen und damit direkt beheizt. Anstelle flexibler Litzen sind die elektrisch leitenden Verbindungen auch durch starre Leiter o. ä. realisierbar.
Ferner weist die in den Figuren der Zeichnung dargestellte Auslösevorrichtung 100 einen zusätzlichen mechanischen Kraftspeicher in Gestalt einer Druckfeder 106 auf, welcher gegen das Gehäuse 2 abgestützt ist. Durch die Druckfeder 106 wird eine zusätzliche Kraft auf die Anker-Stößel-Baugruppe in ihrer Ruheposition ausübt, welche nach erfolgter Auslösung Auslösevorrichtung 100, d. h. nachdem die Anker-Stößel-Baugruppe von der Halteeinrichtung 110 freigegeben worden ist, die Anker-Stößel-Baugruppe zusätzlich in Richtung ihrer Ausgelöst-Position beschleunigt. Da die Bewegung der Anker-Stößel-Baugruppe während dieser gesamten Auslösebewegung durch die Druckfeder 106 unterstützt wird, wird die Bewegung schneller, der Impuls auf den Schaltkontakt 6 wird vergrößert. Dieser kann dadurch schneller geöffnet werden. Die Schaltmechanik wird früher ausgelöst, so dass der Kurzschlussstrom nicht so stark ansteigen kann. Das Schutzschaltgerät 1 wird dadurch thermisch weniger belastet, wodurch kleinere I²t-Werte sowie ein höheres Schaltvermögen erreicht werden.
Die Druckfeder 106 kann dabei, wie in den 9 und 10 dargestellt, als Schraubenfeder ausgebildet sein. Die Verwendung anderer Federbauformen, beispielsweise Tellerfedern, ist jedoch ebenso möglich. Für die prinzipielle Funktionsweise der Auslösevorrichtung 100 ist ein derartiger, zusätzlicher mechanischer Kraftspeicher jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Auslösevorrichtung 100 kann konstruktiv auch so ausgelegt und dimensioniert werden, dass allein die elektromagnetische Kraft der Magnetspule 101, welche auf den Anker 102 wirkt, ausreichend bemessen ist, um eine adäquate Auslösung zu gewährleisten.
Der in den 1 und 2 dargestellte erste Schaltzustand ist dadurch charakterisiert, dass sich das Betätigungselement 3 in einer EIN-Position befindet und der Schaltkontakt 6 entsprechend geschlossen ist. Die Anker-Stößel-Baugruppe befindet sich dementsprechend in ihrer Ruheposition, die Auslösevorrichtung 100 ist somit auslösebereit. In diesem Schaltzustand führt ein durch das Schutzschaltgerät 1 verlaufender Strompfad von der Eingangsklemme 9 über die Auslösevorrichtung 100 zum geschlossenen Schaltkontakt 6 und weiter über den Bewegkontaktträger 8 sowie eine weitere Litze 20 zur Ausgangsklemme 10.
In den 3 und 4 ist ein zweiter Schaltzustand der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 100 bzw. des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 schematisch dargestellt. 3 zeigt dabei wiederum das geöffnete Schutzschaltgerät 1 in einer Seitenansicht; in der dazu korrespondierenden 4 ist die entsprechende Auslösevorrichtung 100 detailliert dargestellt. Der zweite Schaltzustand, der auch als „ausgelöster Zustand” bezeichnet werden kann, beschreibt bzw. zeigt das Schutzschaltgerät 1 bzw. die Auslösevorrichtung 100 unmittelbar nach einer erfolgten Auslösung der Auslösevorrichtung 100, noch bevor die Schaltmechanik auf diese Auslösung reagiert hat. Die Anker-Stößel-Baugruppe wurde dabei von ihrer Ruheposition in ihre Ausgelöst-Position verbracht, wodurch der Schaltkontakt 6 durch den Stößel 103 bereits ein Stück weit aufgeschlagen worden ist. Die Auslösung der Schaltmechanik wurde durch die Bewegung der Anker-Stößel-Baugruppe von ihrer Ruheposition in ihre Ausgelöst-Position, wodurch der Auslösehebel 19 betätigt wurde, bereits initiiert. Die Schaltmechanik selbst hat hierauf aufgrund ihrer Trägheit jedoch noch nicht reagiert, weswegen sich das Betätigungselement 3 noch in seiner EIN-Stellung befindet. Erst wenn die Schaltmechanik vollständig reagiert und auslöst, wird der Schaltkontakt 6 wie – in 5 dargestellt – vollständig geöffnet und das Betätigungselement 3 über den Kopplungsbügel 7 in seine AUS-Position verbracht.
In 4 ist gut zu erkennen, wie das distale, dem Anker 102 abgewandte Ende des Stößels 103 den Auslösehebel 19 betätigt und damit die Auslösung der Schaltmechanik initiiert. Hinter dem Auslösehebel 19 ist ein erstes Ende einer Rückstelleinrichtung 120 zu erkennen. Die Rückstelleinrichtung 120, deren zweites Ende mit dem Betätigungselement 3 mechanisch gekoppelt ist, dient dazu, die Anker-Stößel-Baugruppe nach einer Auslösung von ihrer Ausgelöst-Position wieder in ihre Ruheposition zurückzustellen. Die Rückstelleinrichtung 120 ist im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 drehbar gelagert und in den Darstellungen der 1 bis 6 L-förmig ausgebildet. Diese Formgebung ist für die prinzipielle Funktionsweise der Rückstelleinrichtung 120 jedoch nicht zwingend, andere Formen sind ebenfalls möglich. Ein erster Schenkel der L-förmigen Rückstelleinrichtung 120 steht dabei in Wirkverbindung mit dem distalen Ende des Stößels 103, wobei von der Rückstelleinrichtung 120 keinerlei Kraft auf den Stößel 103 ausgeübt wird. Der andere, zweite Schenkel steht in Wirkverbindung mit einer Drehwalze des Betätigungselements 3. Auf diese Weise ist durch das Verbringen des Betätigungselements 3 in seine AUS-Position eine automatische Rückstellung der Anker-Stößel-Baugruppe in ihre Ruheposition realisiert.
Alternativ kann die Rückstelleinrichtung, welche zum Zurückstellen der Anker-Stößel-Baugruppe von ihrer Ausgelöst-Position in ihre Ruheposition dient, auch anders – beispielsweise als schwach dimensionierte Rückstellfeder, die anstelle einer starken Ankerfeder die Rückstellung der Anker-Stößel-Baugruppe übernimmt, ausgebildet sein. In diesem Fall wäre die hebelartige Rückstelleinrichtung 120, wie sie in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist, entbehrlich.
In den 5 und 6 ist ein dritter Schaltzustand der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 100 bzw. des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 schematisch dargestellt. 5 zeigt wiederum das geöffnete Schutzschaltgerät 1 in einer Seitenansicht; die hierzu korrespondierende Auslösevorrichtung 100 ist in 6 detailliert dargestellt. Der dritte Schaltzustand ist dadurch charakterisiert, dass sich das Betätigungselement 3 nun in seiner AUS-Position befindet und der Schaltkontakt 6 vollständig geöffnet ist. Der Strompfad zwischen der Eingangsklemme 9 und der Ausgangsklemme 10 ist dementsprechend unterbrochen.
Die Bewegung des Betätigungselements 3 von seiner EIN-Position in seine AUS-Position ist durch die Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes 1 über den Kopplungsbügel 7 initiiert und mittels einer Drehbewegung um ca. 100° im Gegenuhrzeigersinn um eine Drehachse des Betätigungselements 3 realisiert. Bei der Drehung des Betätigungselements 3 in seine AUS-Position wird der zweite Schenkel der L-förmigen Rückstelleinrichtung 120 von einer am Betätigungselement 3 ausgebildeten Mitnehmerkontur mitgenommen, wodurch die Rückstelleinrichtung 120 von der in den 3 und 4 dargestellten Position wieder in die in den 5 und 6 dargestellte Position verbracht wird. Beim Zurückstellen der Rückstelleinrichtung 120 in die in den 5 und 6 dargestellte Position übt der ersten Schenkel der Rückstelleinrichtung 120 eine Rückstellkraft auf das distale Ende des Stößels 103 aus, wodurch die Anker-Stößel-Baugruppe von der in den 3 und 4 dargestellten Ausgelöst-Position wieder in ihre Ruheposition zurückgestellt wird.
Mit Hilfe der Rückstelleinrichtung 120 ist eine Rückstellung der Auslösevorrichtung 100 von ihrer Ausgelöst-Position in ihre Ruheposition – und damit wieder in einen auslösebereiten Zustand – realisiert. Die Rückstelleinrichtung 120 stellt dabei einen adäquaten Ersatz für eine üblicherweise für die Rückstellung verwendete Ankerfeder dar. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Bewegung der Anker-Stößel-Baugruppe von der Ruheposition in die Ausgelöst-Position keine von der Ankerfeder hervorgerufene Federkraft entgegenwirkt. Auf diese Weise wird die Reaktionszeit der Auslösevorrichtung – und damit das Schaltvermögen des Schutzschaltgerätes – deutlich verbessert.
Bezugszeichenliste

1: Schutzschaltgerät
2: Gehäuse
3: Betätigungselement
4: Festkontakt
5: Bewegkontakt
6: Schaltkontakt
7: Kopplungsbügel
8: Bewegkontaktträger
9: Eingangsklemme
10: Ausgangsklemme
11: Frontseite
12: Befestigungsseite
13-1: erste Litze
13-2: zweite Litze
14: Lichtbogen-Löschkammer
15: Löschblech
16: Kontakthorn
17: Leitschiene
18: Vorkammerbereich
19: Auslösehebel
20: Litze
100: Auslösevorrichtung
101: Magnetspule
102: Anker
103: Stößel
104: Koppelstelle
106: Druckfeder
110: Halteeinrichtung
111: Federschenkel
112: Verbindungssteg
113: Fortsatz
114: Koppelelement
120: Rückstelleinrichtung
130: Auslöseelement
131: Einstellschraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004040288 B4 [0004]

Claims

Auslösevorrichtung (100) für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät (1), insbesondere einen Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter, mit – einer Kurzschluss-Auslöseeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines oberhalb eines ersten Auslöseschwellwertes liegenden Kurzschlussstromes unmittelbar auf eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes (1) einzuwirken, um diese auszulösen, – einer Überlast-Auslöseeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, bei Auftreten eines Überlastzustandes auf die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung einzuwirken, um die Schaltmechanik dadurch mittelbar auszulösen.
Auslösevorrichtung (100) nach Anspruch 1, – wobei die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung eine Magnetspule (101) und eine Anker-Stößel-Baugruppe mit einem Anker (102) und einem Stößel (103) aufweist, welche durch Bestromen der Magnetspule (101) mit dem Kurzschlussstrom von einer Ruheposition in eine Ausgelöst-Position bewegbar ist, – mit einer Halteeinrichtung (110), welche mit dem Anker (102) gekoppelt ist und auf diesen einwirkt, um ihn bei elektrischen Strömen unterhalb des ersten Auslöseschwellwertes mit einer vordefinierten Haltekraft in seiner Ruheposition zu halten, – wobei die Überlast-Auslöseeinrichtung mit der Halteeinrichtung (110) derart gekoppelt ist, dass bei Auftreten des Überlastzustandes die Haltekraft soweit herabgesetzt wird, dass hierdurch eine Auslösung der Kurzschluss-Auslöseeinrichtung bewirkt wird.
Auslösevorrichtung (100) nach Anspruch 2, – wobei der Anker (102) an seinem distalen Ende zumindest eine Koppelstelle (104) aufweist, die mit einem Koppelelement (114) der Halteeinrichtung (110) unter Ausbildung einer mechanischen Kopplung zusammenwirkt, – wobei die Koppelstelle (104) als Rastnut und das Koppelelement (114) als federndes Rastelement, welches in der Ruheposition in die Rastnut eingreift, ausgebildet sind.
Auslösevorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei das Rastelement als Blattfeder ausgebildet ist, deren eines freies Ende in der Ruheposition in die Rastnut eingreift.
Auslösevorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei das Rastelement als u-förmig gebogenes Federelement (111, 112) ausgebildet ist, dessen beide freien Enden in der Ruheposition in die Rastnut eingreifen.
Auslösevorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Überlast-Auslöseeinrichtung ein Auslöseelement (130) für eine Überlast-Auslösung aufweist, welches aus einem Thermobimetall oder einer Formgedächtnislegierung besteht und sich oberhalb einer vordefinierten Auslöseschwelle für die Überlast-Auslösung mechanisch verformt.
Auslösevorrichtung (100) nach Anspruch 6 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 5, – wobei das Auslöseelement (130) unterhalb eines vordefinierten, für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes eine Kraft auf die Halteeinrichtung (110) ausübt, welche zur Haltekraft beiträgt, und – wobei das Auslöseelement oberhalb des zweiten Auslöseschwellwertes aufgrund seiner Verformung keine Kraft mehr auf die Halteeinrichtung (110) ausübt.
Auslösevorrichtung (100) nach Anspruch 6 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 5, – wobei das Auslöseelement (130) unterhalb eines vordefinierten, für die Überlast-Auslösung maßgeblichen zweiten Auslöseschwellwertes keine Kraft auf die Halteeinrichtung (110) ausübt, und – wobei das Auslöseelement (130) oberhalb des zweiten Auslöseschwellwertes aufgrund seiner Verformung eine Kraft auf die Halteeinrichtung (110) ausübt, welche die auf die Anker-Stößel-Baugruppe wirkende Haltekraft reduziert.
Auslösevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Auslöseelement (130) direkt oder indirekt beheizbar ist.
Auslösevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Überlast-Auslöseeinrichtung ein mechanisches Justageelement (131) zur Anpassung an die vordefinierte Auslöseschwelle für die Überlast-Auslösung aufweist.
Auslösevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, mit einem mechanischen Kraftspeicher (106), welcher die Anker-Stößel-Baugruppe in Richtung ihrer Ausgelöst-Position drängt.
Auslösevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, mit einer Rückstelleinrichtung (120), welche dazu ausgebildet ist, die Anker-Stößel-Baugruppe nach einer Auslösung von ihrer Ausgelöst-Position wieder in ihre Ruheposition zurückzustellen.
Elektromechanisches Schutzschaltgerät (1), beispielsweise Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter, mit – einem Gehäuse (2), – einem einen Festkontakt (4) sowie einen Bewegkontakt (5) umfassenden Schaltkontakt (6), – einer Schaltmechanik zum Öffnen und Schließen des Schaltkontakts (6), – einer Auslösevorrichtung (100), die nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, – wobei die Kurzschluss-Auslöseeinrichtung der Auslösevorrichtung (100) zur direkten Einwirkung auf die Schaltmechanik ausgebildet ist, um den Schaltkontakt (6) bei Auftreten eines Kurzschlussstromes zu öffnen, und – wobei die Überlast-Auslöseeinrichtung der Auslösevorrichtung (100) zur indirekten Einwirkung auf die Schaltmechanik ausgebildet ist, um den Schaltkontakt (6) bei Auftreten eines Überlastzustandes zu öffnen.