DE102017202790B4

DE102017202790B4 - Elektromechanisches Schutzschaltgerät

Info

Publication number: DE102017202790B4
Application number: DE102017202790.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Neumeier; Winfried Vierling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2037-02-22
Also published as: DE102017202790A1

Abstract

Elektromechanisches Schutzschaltgerät (1), mit- einem Isolierstoffgehäuse (2),- einem Betätigungselement (8), welches an einer Frontseite des Isolierstoffgehäuses (2) angeordnet ist,- einer Grifffeder, um das Betätigungselement (8) von einer EIN-Position in eine AUS-Position zurückzustellen,- einer elektromechanischen Auslöseeinrichtung, welche eine Spule (9) sowie einen relativ dazu beweglich gelagerten Anker (10) aufweist,- einer Ankerfeder, welche den Anker (10) in einer auslösebereiten Stellung hält, wobei die Grifffeder und die Ankerfeder als einstückiges Federelement (40) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, beispielsweise einen Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter, mit einem Isolierstoffgehäuse, einem Betätigungselement, welches an einer Frontseite des Isolierstoffgehäuses angeordnet ist, einer Grifffeder, um das Betätigungselement von einer EIN-Position in eine AUS-Position zurückzustellen, einer elektromechanischen Auslöseeinrichtung, welche eine Spule sowie einen relativ dazu beweglich gelagerten Anker aufweist, sowie einer Ankerfeder, welche den Anker in einer auslösebereiten Stellung hält.
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 im Gehäuse 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.
An einer Frontseite des Isolierstoffgehäuses ist ein Bedien- oder Betätigungselement zur manuellen Betätigung des Schutzschaltgerätes angeordnet. das Betätigungselement ist mit der Schaltmechanik gekoppelt, so dass der Schaltkontakt auch mit Hilfe des Betätigungselements geöffnet und geschlossen werden kann. Beim Einschalten des Schutzschaltgerätes über das Betätigungselement wird ein in der Regel mechanischer Kraftspeicher, vorzugsweise eine Dreh- oder Schraubenfeder, gespannt. Im Auslösefall, d.h. bei Auftreten des vordefinierten, beispielsweise eines Kurzschluss- oder Überlast-Zustandes, wird das Betätigungselement durch Freisetzen der gespeicherten Federenergie wieder in die ursprüngliche Stellung zurückgestellt.
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 sowie 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 zu unterbrechen, ist die erste Auslöseeinrichtung als magnetisches Auslösesystem mit einer Magnetspule sowie einer relativ dazu beweglichen Anker-Stößel-Baugruppe ausgebildet. Der Strompfad des elektrischen Stromes, der von einer der Anschlussklemmen zum Schaltkontakt des Schutzschaltgerätes fließt, ist dabei über die Magnetspule geführt, 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, wodurch der Anker in die Spule gezogen wird. Die Anker-Stößel-Baugruppe wird dadurch von ihrer Ruheposition in ihre Ausgelöst-Position bewegt. Hierbei trifft der mit dem Anker fest verbundene Stößel auf den Auslösehebel. 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.
Um zu verhindern, dass die Anker-Stößel-Baugruppe auch bei zulässigen Betriebsströmen in die Magnetspule gezogen wird, wird eine sogenannte Ankerfeder verwendet. Diese hat die Aufgabe, den Anker - und damit die gesamte Anker-Stößel-Baugruppe - gegen die magnetische Kraft des magnetischen Auslösers, d.h. der bestromten Magnetspule, bis zu einer vordefinierten Kraftschwelle in ihrer Ruheposition zu halten. Diese Kraftschwelle, die den Ansprechbereich des magnetischen Auslösers markiert, korrespondiert dabei mit einem vordefinierten, maximal zulässigen Strom-Schwellwert, bei dessen Überschreiten der magnetische Auslöser auslöst. Nach erfolgter Kurzschluss-Auslösung dient die Ankerfeder dazu, dem Anker, und damit die Anker-Stößel-Baugruppe, wieder in ihre auslösebereite Ruheposition zurückzustellen.
Insbesondere bei Schutzschaltgeräten mit einer Breite von nur einer Teilungseinheit (1TE = 18mm) stellt die Anordnung der einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes eine Herausforderung dar. Diese wird zusätzlich dadurch verstärkt, dass immer mehr Funktionalitäten in derartige Reiheneinbaugeräte integriert werden, beispielsweise indem die Funktionen mehrerer Einzelgeräte wie Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutzschalter in einem gemeinsamen Gerätegehäuse integriert werden.
Ferner ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 027 140 A1 ein Schutzschalter mit mindestens einem einpoligen Schutzschaltermodul, umfassend ein Gehäuse, ein einen Bewegkontakt tragenden Schaltarm, der zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung gegen einen Festkontakt schwenkbeweglich ist, eine Handbestätigungsmechanik zur manuellen Verstellung des Schaltarms zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung sowie eine Auslösemechanik zur automatischen Rückstellung des Schaltarms in die Öffnungsstellung bei Eintritt einer Auslösebedingung, bekannt.
Die CH 659 733 A5 beschreibt einen Leitungsschutzschalter mit einer mittels eines Kipphebels betätigbaren Handauslösung, mit einem elektromagnetischen Überstromauslöser, mit einem beweglichen Kontaktteil, welches in seiner Schliesslage mit einer Halbwelle verklinkt ist, die durch einen auf den Überstrom ansprechenden Klappanker des elektromagnetischen Auslösers betätigbar ist, und mit Mitteln zur zusätzlichen Beeinflussung der Kontakttrennung durch den elektromagnetischen Auslöser bei einer Entklinkung des beweglichen Kontaktteils zwecks Verringerung eines Ausschaltverzugs. Der Klappanker weist zwei Betätigungsarme auf, von welchen der eine ein Auslösearm ist, der beim Ansprechen des Klappankers die Halbwelle betätigt, und der andere ein Schlagarm ist, der beim Ansprechen des Klappankers auf das bewegliche Kontaktteil in dessen Öffnungsrichtung schlägt.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes oder zumindest alternatives elektromechanisches Schutzschaltgerät bereitzustellen, welches sich durch einen einfacheren Aufbau sowie geringere Herstellkosten auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät weist ein Isolierstoffgehäuse, ein Betätigungselement, welches an einer Frontseite des Isolierstoffgehäuses angeordnet ist, eine Grifffeder, um das Betätigungselement von einer EIN-Position in eine AUS-Position zurückzustellen, eine elektromechanische Auslöseeinrichtung, welche eine Spule sowie einen relativ dazu beweglich gelagerten Anker aufweist, sowie eine Ankerfeder, welche den Anker in einer auslösebereiten Stellung hält, auf. Die Grifffeder und die Ankerfeder sind dabei als ein einstückiges Federelement ausgebildet.
Das elektromechanische Schutzschaltgerät kann beispielsweise als Leistungsschalter oder als Leitungsschutzschalter ausgebildet sein. Ebenso kann es als Kombi-Gerät, beispielsweise als kombinierter Leitungsschutzschalter/Fehlerstromschutzschalter, in dem die Funktionen beider Einzelgeräte in einem einzigen Gerät vereint sind, ausgebildet sein. In einem Auslösefall des Schutzschaltgerätes übt die Grifffeder eine Kraft auf das Betätigungselement aus, um dieses von seiner EIN-Position in seine AUS-Position zurückzustellen. Ebenso übt die Ankerfeder bei einer elektromechanischen Auslösung im Falle eines Kurzschlusses eine Kraft auf den Anker aus, um diesen nach erfolgter Auslösung wieder in seine auslösebereite Stellung zurückzustellen.
Anstelle der beiden Federn Grifffeder und Ankerfeder, welche ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schutzschaltgerät in der Regel aufweist, sind bei dem erfindungsgemäßen Schutzschaltgerät die Grifffeder und die Ankerfeder als ein einziges, einstückiges Federelement ausgebildet. Auf diese Weise sind zwei Funktionen, welche vormals mittels zweier einzelner Bauteile realisiert wurden, nunmehr mittels eines einzigen Bauteils realisierbar. Dies vereinfacht sowohl die Montage als auch die Lagerhaltung, weswegen sowohl die Lagerhaltungskosten als auch die Montagekosten reduziert werden. Damit ist das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät zu geringeren Kosten herstellbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes sind die Grifffeder durch ein distales erstes Ende und die Ankerfeder durch ein distales zweites Ende des gemeinsamen Federelements gebildet.
Das einstückige Federelement weist ein erstes Wirkende, welches die Funktion der Grifffeder übernimmt und vorstehend als distales Ende bezeichnet wird, sowie ein zweites Wirkende, welches die Funktion der Ankerfeder übernimmt und vorstehend als distales zweites Ende bezeichnet wird, auf.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist eine Abstützung der Grifffeder über die das distale zweite Ende bildende Ankerfeder, und eine Abstützung der Ankerfeder über die das distale erste Ende bildende Grifffeder realisiert.
Ein Federelement weist - unabhängig von seiner Ausführungsform als Spiralfeder, Schraubenfeder, Blattfeder oder dergleichen - ein aktives Wirk-Ende sowie ein ruhendes Ende auf. Das wirkende dient dazu, die im Federelement gespeicherte Federkraft auf ein Bauteil oder eine Baugruppe auszuüben, wohingegen das ruhende Ende zur Abstützung der Feder dient. Im vorliegenden Fall, bei dem die Grifffeder und die Ankerfeder zu einem gemeinsamen, einstückigen Federelement kombiniert sind, dient das Wirkende der Grifffeder gleichzeitig zur Abstützung der Ankerfeder und umgekehrt. Mit anderen Worten: jedes der beiden Enden des einstückigen Federelements hat zwei Funktionen: eine aktive Wirk-Funktion, d.h. das Bereitstellen der Federkraft für die Grifffeder bzw. die Ankerfeder, sowie eine Abstützungsfunktion für die jeweils andere Feder, d.h. die Ankerfeder oder die Grifffeder.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist das Federelement einen als Schraubenfeder ausgebildeten Grundkörper auf, an dessen Enden jeweils das distale erste Ende und das distale zweite Ende einstückig angeformt sind.
Eine Schraubenfeder stellt eine mögliche Ausführungsform des einstückigen Federelements dar. Dabei ist der Federdraht schraubenförmig zu einem in der Regel hohlzylinderförmigen (Grund-)Körper gewickelt. An die beiden Enden dieses Grundkörpers sind das distale erste Ende und das distale zweite Ende einstückig angeformt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist das erste distale Ende als erster Schenkel ausgebildet, der mit dem Grundkörper eine Schenkelfeder bildet.
Die Gestaltung des die Funktion der Grifffeder realisierenden Teils des Federelements als Schenkelfeder stellt eine einfache, kostengünstige und platzsparende Realisierungsmöglichkeit dar. Der als Schraubenfeder ausgebildeten Grundkörper des Federelements ist dabei um einen Lagerzapfen des Betätigungselements herum angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist das distale zweite Ende als Blattfeder ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist das distale zweite Ende als zweiter Schenkel der Schenkelfeder ausgebildet.
Die Ausführung des die Funktion der Ankerfeder realisierenden Teils des Federelements als Blattfeder stellt eine einfache, kostengünstige und platzsparende Möglichkeit zur Realisierung des distalen zweiten Endes dar. Alternativ dazu kann das distale zweite Ende auch als zweiter Schenkel einer beidseitigen Schenkelfeder ausgebildet sein. Auch dies stellt eine einfache, kostengünstige und platzsparende Möglichkeit zur Realisierung des distalen zweiten Endes dar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist das Isolierstoffgehäuse einen Gehäusezapfen auf, welcher in Wirkverbindung mit dem distalen zweiten Ende steht, um die von der Ankerfeder auf den Anker ausgeübte Federkraft zu variieren.
Unter dem Begriff „Wirkverbindung“ ist zu verstehen, dass der Zapfen und das distale zweite Ende einander kraftschlüssig berühren. Das distale zweite Ende ist dabei über einen Umfangsabschnitt des Gehäusezapfens geführt, so dass der Gehäusezapfen auf das distale zweite Ende eine Kraft ausübt. Dadurch kann die Federkraft, welche das distale zweite Ende auf den Anker ausübt, um diesen in seiner auslösebereiten Stellung zu halten oder dorthin zurückzustellen, gezielt, d.h. in vordefinierter Art und Weise, beeinflusst werden. Auf diese Weise kann das Schutzschaltgerät auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Stromstärken angepasst werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des elektromechanischen Schutzschaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:

1 bis 3 schematische Darstellungen eines aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Schutzschaltgerätes sowie der verwendeten Federelemente;
4 bis 6 schematische Darstellungen eines weiteren aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Schutzschaltgerätes sowie der verwendeten Federelemente;
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes in einer AUS-Stellung;
8 eine schematische Detaildarstellung des verwendeten Federelementes;
9 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes in einer EIN-Stellung;
10 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes in einer AUSGELÖST-Stellung;
11 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes in einer EIN-Stellung.

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 bis 3 sind ein aus dem Stand der Technik bereits bekanntes elektromechanisches Schutzschaltgerät 1 sowie die dort verwendeten Federelemente schematisch dargestellt. 1 zeigt dabei eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 in einer Seitenansicht, wobei ein Gehäusedeckel des Schutzschaltgerätes 1 weggelassen wurde, um einen Einblick in den strukturellen Aufbau des Schutzschaltgerätes 1 zu ermöglichen. In den 2 und 3 sind die in 1 verwendeten Federelemente - die Grifffeder 20 (3) sowie die Ankerfeder 30 (2) - in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt.
Unter Zuhilfenahme der 1 wird im Folgenden der grundsätzliche Aufbau sowie die Funktionsweise eines derartigen Schutzschaltgerätes 1 näher beschrieben: Das Schutzschaltgerät 1 weist einen Eingangsanschluss 3-1 sowie einen Ausgangsanschluss 3-2 auf, welche in einem Isolierstoffgehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 aufgenommen und gehaltert sind. Der Eingangsanschluss 3-1 sowie der Ausgangsanschluss 3-2 sind zur Kontaktierung des Schutzschaltgerätes 1 mit einem elektrischen Stromkreis (nicht dargestellt) ausgebildet und weisen jeweils eine Klemmschraube 3-3 zum Klemmen der elektrischen Anschlussleiter (nicht dargestellt) des Stromkreis auf. Der Eingangsanschluss 3-1 ist über eine elektrische Spule 9 mit einem im Isolierstoffgehäuse 2 ortsfest angeordneten Festkontakt 4 elektrisch leitend verbunden. Der Festkontakt 4 bildet zusammen mit einem relativ dazu beweglich gelagerten Bewegkontakt 5 einen Schaltkontakt, welcher geöffnet und geschlossen werden kann, um den Stromfluss zwischen dem Eingangsanschluss 3-1 und dem Ausgangsanschluss 3-2 zu unterbrechen oder zu ermöglichen. Hierzu ist der Bewegkontakt 5 an einem im Isolierstoffgehäuse 2 beweglich gelagerten Bewegkontaktträger 6 befestigt. Der Bewegkontaktträger 6 wiederum ist mit dem Ausgangsanschluss 3-2 elektrisch leitend verbunden.
Zur manuellen Betätigung des Schutzschaltgerätes 1 weist dieses an einer Frontseite des Isolierstoffgehäuses 2 ein Betätigungselement 8 auf, welches über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes 1 mit dem Bewegkontaktträger 6 in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise kann der Schaltkontakt mit Hilfe des Betätigungselements 8 manuell geöffnet und geschlossen werden.
Die ortsfest im Isolierstoffgehäuse 2 gelagerte Spule 8 bildet zusammen mit einer verschiebbar gelagerten Anker-Stößel-Baugruppe, bestehend aus einem Anker 10 und einem Stößel 11, der fest mit dem Anker 10 verbunden ist, einen sogenannten elektromechanischen Auslöser. Dieser dient dazu, im Falle eines Kurzschlusses den Schaltkontakt zu öffnen. Bei Auftreten eines Kurzschlusses wird die Spule 9 von dem hohen Kurzschlussstrom durchflossen. Aufgrund der magnetischen Wirkung des Spulenstroms wird der Anker 10 dadurch in die Spule 9 hineingezogen. Aufgrund dieser Bewegung wirkt der mit dem Anker 10 fest verbundene Stößel 11 auf einen Auslösehebel 12 der Schaltmechanik ein, wodurch diese entklinkt und der Schaltkontakt geöffnet wird.
Beim Öffnen des stromdurchflossenen Schaltkontakts entsteht ein Lichtbogen 7, welcher zunächst zwischen dem Festkontakt 4 und dem Bewegkontakt 5 brennt. Wird der Bewegkontakt 5 vom Festkontakt 4 wegbewegt, so führt die mit zunehmender Länge des Lichtbogens 7 ansteigende Bogenspannung dazu, dass der Lichtbogen 7 vom Bewegkontakt 5 auf eine Leitschiene 13, welche unterhalb des sich öffnenden Schaltkontakts angeordnet ist, kommutiert. Nach der Kommutation auf die Leitschiene 13 wandert der Lichtbogen 7 weiter in Richtung einer Lichtbogen-Löschkammer 14, welche eine Mehrzahl an Löschblechen 15 aufweist. Beim Auftreffen auf die Löschbleche 15 wird der Lichtbogen 7 in eine Vielzahl elektrisch in Reihe geschalteter Teillichtbögen aufgeteilt und zum Erlöschen gebracht.
2 zeigt die Ankerfeder 30 vergrößert in perspektivischer Darstellung. Die Ankerfeder 30 weist einen länglichen Grundkörper auf, dessen eines Ende als ruhendes Ende 31 ausgebildet ist. An diesem ruhenden Ende 31 ist die Ankerfeder 30 im Isolierstoffgehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 ortsfest gelagert. Das ruhende Ende 31 fungiert somit als Abstützung für ein am anderen Ende des Grundkörpers ausgebildete Wirk-Ende 32, welches auf den Anker 10 einwirkt, d.h. eine Federkraft auf den Anker 10 ausübt, welche diesen in seine auslösebereite Position drängt.
In 3 ist die Grifffeder 20 vergrößert in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Grifffeder 20 weist einen Grundkörper in Gestalt einer Schraubenfeder auf, an deren Enden zwei radial abstehende Schenkel angeordnet sind. Einer der Schenkel bildet ein ruhendes Ende 21, über das die Grifffeder 20 im Isolierstoffgehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 abgestützt ist. Der andere Schenkel bildet ein Wirk-Ende 22, welches eine Federkraft auf das Betätigungselement 8 ausübt, um dieses in seine AUS-Position zu bewegen.
In 1 ist das Schutzschaltgerät 1 ist seiner AUS-Stellung dargestellt. Die Schaltmechanik ist entklinkt, wodurch der am Bewegkontaktträger 6 angeordnete Bewegkontakt 5 vom Festkontakt 4 wegbewegt wurde, so dass der Schaltkontakt nun geöffnet ist. Weiterhin wurde durch das Entklinken der Schaltmechanik auch das Betätigungselement 8 mittels der Grifffeder 20 in die in 1 dargestellte AUS-Position verbracht. Nachdem der Stromfluss durch das Öffnen des Schaltkontakts unterbrochen wurde, wird keine elektromagnetische Kraft mehr von der Spule 9 auf die Anker-Stößel-Baugruppe ausgeübt. Mittels der von der Ankerfeder 30 auf den Anker 10 ausgeübten Federkraft wurde die Anker-Stößel-Baugruppe in die 1 dargestellte auslösebereite Position verbracht.
In den 4 bis 6 sind ein alternatives aus dem Stand der Technik bereits bekanntes elektromechanisches Schutzschaltgerät sowie die dort verwendeten Federelemente schematisch dargestellt. 4 zeigt dabei eine zu 1 korrespondierende schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 in einer Seitenansicht. 6 zeigen die in 4 verwendeten Grifffeder 20 in perspektivischer Ansicht. Im Unterschied zu 1 weist das in 4 dargestellte Schutzschaltgerät 1 eine als Schraubenfeder ausgebildete Ankerfeder 30' auf. Diese ist in 5 in vergrößert und in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt. Im Übrigen entspricht die Darstellung der 4 der Darstellung der 1.
Die Ankerfeder 30' weist einen Grundkörper in Gestalt einer Schraubenfeder auf. Über diesen hohlzylindrischen Grundkörper ist die Ankerfeder 30' im im Isolierstoffgehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 ortsfest gelagert. Das eine Ende des Grundkörpers ist als abstehender Schenkel ausgebildet, welcher das ruhendes Ende 31' bildet, über das die Ankerfeder 30' im Isolierstoffgehäuse 2 abgestützt ist. Das andere Ende des Grundkörpers ist als radial vom Grundkörpers abstehender Schenkel ausgebildet. Dieser Schenkel stellt das Wirk-Ende 32' der Ankerfeder 30' dar, welches auf den Anker 10 einwirkt, d.h. eine Federkraft auf den Anker 10 ausübt, die den Anker 10 in seine auslösebereite Position drängt.
7 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 in einer Seitenansicht, wobei sich das Schutzschaltgerät 1 hierbei wiederum in seiner AUS-Stellung befindet. In 8 ist eine Detailansicht des in 7 verwendeten Federelements 40 vergrößert und in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt. Im Übrigen entspricht das in 7 dargestellte Schutzschaltgerät 1 im Wesentlichen dem in den 1 und 4 dargestellten Schutzschaltgerät, weswegen hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus sowie der Funktionsweise eines derartigen Schutzschaltgerätes 1 auf die allgemeinen Ausführungen zu 1 verwiesen wird.
Das Federelement 40 kombiniert die Funktion der aus dem Stand der Technik bekannten Grifffeder mit der ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Ankerfeder und weist hierzu einen als Schraubenfeder ausgebildeten Grundkörper 43 auf, an dessen Enden zwei Schenkel angeformt sind. Über den Grundkörper 43 ist das Federelement 40 auf einem Lagerzapfen 16 des Betätigungselements 8 gelagert.
Durch den kürzeren ersten Schenkel, welcher radial vom Grundkörper absteht, ist dabei ein distales erstes Ende 41 des Federelements 40 gebildet. Ein distales zweites Ende 42 des Federelements 40 ist durch den längeren zweiten Schenkel, welcher ebenfalls radial vom Grundkörper absteht, gebildet. Das distale erste Ende 41 übernimmt dabei sowohl die Funktion des Wirk-Endes 22 der ursprünglichen Grifffeder 20 (siehe 3 und 6), nämlich eine Kraft auf das Betätigungselement 8 auszuüben, welche dieses in die AUS-Position drängt, als auch die Funktion des ruhenden Endes 31 der ursprünglichen Ankerfeder 30 (siehe 2 und 5), nämlich der Abstützung des die ursprüngliche Ankerfeder 30 ersetzenden distalen zweiten Endes 42. Dementsprechend übernimmt das distale zweite Ende 42 sowohl die Funktion des Wirk-Endes 32 der ursprünglichen Ankerfeder 30, nämlich eine Kraft auf den Anker 10 auszuüben, welche diesen in seine auslösebereite Position drängt, als auch die Funktion des ruhenden Endes 21 der ursprünglichen Grifffeder 20, nämlich der Abstützung des die ursprüngliche Grifffeder 20 ersetzenden distalen ersten Endes 41.
Die 9 und 10 zeigen wiederum das aus 7 bereits bekannte, erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät in einer Seitenansicht, allerdings in zwei weiteren, zu der in 7 dargestellten AUS-Stellung verschiedenen Betriebszuständen: dabei ist das das Schutzschaltgerät in 9 in seiner EIN-Stellung schematisch dargestellt, wohingegen 10 es 1 in seiner AUSGELÖST-Stellung zeigt. Anhand dieser Figuren wird nachfolgend der Fall einer Kurzschluss-Auslösung des Schutzschaltgerätes 1 beschrieben.
In dem in 9 dargestellten Betriebszustand ist der Schaltkontakt geschlossen, d.h. der Bewegkontakt 5 wird mittels des Bewegkontaktträgers 6 gegen den Festkontakt 4 gedrückt. Das Betätigungselement 8 befindet sich in seiner EIN-Position, welche im Vergleich zu der in 7 dargestellten AUS-Position um ca. 90° im Uhrzeigersinn verdreht ist. In der EIN-Stellung des Schutzschaltgerätes 1 verläuft der Strompfad vom Eingangsanschluss 3-1 über die Spule 9 zum Festkontakt 4, über den geschlossenen Schaltkontakt zum Bewegkontakt 5 und den Bewegkontaktträger 6, welcher über eine Litze (nicht dargestellt) mit dem Ausgangsanschluss 3-2 elektrisch leitend verbunden ist.
Das distale erste Ende 41 des Federelements 40 drückt dabei gegen eine Griffwalze 18 des Betätigungselements 8, um dieses in seine AUS-Position zurückzustellen. Über ein Bügelelement 19, über das die Griffwalze 18 mit der Schaltmechanik gekoppelt ist, wird das Betätigungselement 8 jedoch gegen die Federkraft in seiner EIN-Position gehalten. Das zweite distale Ende 42 des Federelements 40 hält den Anker 10 gegen die von der bestromten Spule 9 auf den Anker 10 ausgeübten Magnetkraft in seiner auslösebereiten Position.
Bei Auftreten eines Kurzschluss-Ereignisses fließt kurzfristig ein sehr hoher Kurzschlussstrom durch das Schutzschaltgerät 1, und damit auch durch die Spule 9, weswegen diese auf den Anker 10 eine entsprechend hohe Magnetkraft ausübt. Diese übersteigt die von dem zweiten distalen Ende 42 auf den Anker 10 ausgeübte Federkraft, weswegen die Anker-Stößel-Baugruppe nicht mehr in seiner auslösebereiten Position gehalten, sondern in die Spule 9 gezogen wird. Dieser Betriebszustand der elektromagnetischen Auslösung ist in 10 dargestellt.
Bei der Auslösung (Bewegung der Anker-Stößel-Baugruppe „nach rechts“) trifft der Stößel 11 auf den Auslösehebel 12, wodurch die Schaltmechanik entklinkt wird. Weiterhin trifft der Stößel 11 auch auf den Bewegkontaktträger 6, wodurch diese etwas vom Festkontakt 4 wegbewegt wird. Der Schaltkontakt ist leicht geöffnet (siehe 10), wodurch ein Lichtbogen 7 zwischen dem Festkontakt 4 und dem Bewegkontakt 5 entsteht. Aufgrund der Trägheit der Schaltmechanik ist der Schaltkontakt in diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig geöffnet. Dementsprechend verbleibt auch das Betätigungselement 8 zunächst noch in seiner in 10 dargestellten EIN-Position.
Im weiteren Verlauf der Auslösung wird durch die Schaltmechanik ein vollständiges Öffnen des Schaltkontakts bewirkt, wodurch der Bewegkontaktträger 6 die in 7 dargestellte Position einnimmt. Dabei wird auch die Abstützung des Betätigungselements 8 über das Bügelelement 19 freigegeben. Aufgrund der vom ersten distalen Ende 41 auf die Griffwalze 18 ausgeübten Federkraft wird das Betätigungselement 8 schließlich entgegen dem Uhrzeigersinn in seine in 7 dargestellte AUS-Position bewegt.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 in seiner EIN-Stellung. Das hier dargestellte Schutzschaltgerät 1 entspricht dabei im Wesentlichen dem in 9 dargestellten Schutzschaltgerät 1, mit dem Unterschied, dass an das Isolierstoffgehäuse 2 ein Gehäusezapfen 17 angeformt ist, über den das zweite distale Ende 42 des Federelements 40 geführt ist. Hierunter ist zu verstehen, dass das zweite distale Ende 42 elastisch über den Gehäusezapfen 17 gebogen ist. Dadurch wird von dem Gehäusezapfen 17 eine zusätzliche Kraft auf das zweite distale Ende 42 ausgeübt. Über das Wirk-Ende des zweiten distalen Endes 42 wird diese zusätzliche Kraft auf den Anker 10 übertragen. Auf diese Weise kann die auf den Anker 10 wirkende Haltekraft auf einfache Art und Weise beeinflusst bzw. variiert werden.
Dadurch ist das Schutzschaltgerät 1 auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Stromstärken anpassbar.
Bezugszeichenliste

1: Schutzschaltgerät
2: Isolierstoffgehäuse
3-1: Eingangsanschluss
3-2: Ausgangsanschluss
3-3: Klemmschraube
4: Festkontakt
5: Bewegkontakt
6: Bewegkontaktträger
7: Lichtbogen
8: Betätigungselement
9: Spule
10: Anker
11: Stößel
12: Auslösehebel
13: Leitschiene
14: Lichtbogen-Löschkammer
15: Löschblech
16: Lagerzapfen
17: Gehäusezapfen
18: Griffwalze
19: Bügelelement
20: Grifffeder
21: ruhendes Ende
22: Wirk-Ende
30, 30': Ankerfeder
31, 31': ruhendes Ende
32, 32': Wirk-Ende
40: Federelement
41: distales erstes Ende
42: distales zweites Ende
43: Grundkörper

Claims

Elektromechanisches Schutzschaltgerät (1), mit - einem Isolierstoffgehäuse (2), - einem Betätigungselement (8), welches an einer Frontseite des Isolierstoffgehäuses (2) angeordnet ist, - einer Grifffeder, um das Betätigungselement (8) von einer EIN-Position in eine AUS-Position zurückzustellen, - einer elektromechanischen Auslöseeinrichtung, welche eine Spule (9) sowie einen relativ dazu beweglich gelagerten Anker (10) aufweist, - einer Ankerfeder, welche den Anker (10) in einer auslösebereiten Stellung hält, wobei die Grifffeder und die Ankerfeder als einstückiges Federelement (40) ausgebildet sind.
Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 1, wobei die Grifffeder durch ein distales erstes Ende (41) und die Ankerfeder durch ein distales zweites Ende (42) des gemeinsamen Federelements (40) gebildet sind.
Schutzschaltgerät nach Anspruch 2, - wobei eine Abstützung der Grifffeder über die das distale zweite Ende (42) bildende Ankerfeder realisiert ist, und - wobei eine Abstützung der Ankerfeder über die das distale erste Ende (41) bildende Grifffeder realisiert ist.
Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Federelement (40) einen als Schraubenfeder ausgebildeten Grundkörper (43) aufweist, an dessen Enden das distale erste Ende (41) und das distale zweite Ende (42) einstückig angeformt sind.
Schutzschaltgerät nach Anspruch 4, wobei das distale erste Ende (41) als erster Schenkel ausgebildet ist und mit dem Grundkörper (43) eine Schenkelfeder bildet.
Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das distale zweite Ende (42) als Blattfeder ausgebildet ist.
Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das distale zweite Ende (42) als zweiter Schenkel der Schenkelfeder ausgebildet ist.
Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei dass das Isolierstoffgehäuse (2) einen Gehäusezapfen (17) aufweist, welcher in Wirkverbindung mit dem distalen zweiten Ende (42) steht, um die von der Ankerfeder auf den Anker (10) ausgeübte Federkraft zu variieren.