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Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Schutzschaltgerät - beispielsweise einen Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter, - zum Überwachen eines elektrischen Stromkreises, mit einem Isolierstoffgehäuse, einem Schaltkontakt, welcher in einem Vorkammerbereich angeordnet ist und einen Festkontakt sowie einen relativ dazu beweglichen Bewegkontakt aufweist, wobei beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts ein Lichtbogen entsteht, mit einer Lichtbogen-Löschkammer zum Löschen des Lichtbogens, welche an den Vorkammerbereich angrenzend in dem Isolierstoffgehäuse angeordnet ist, sowie mit einer ersten Lichtbogenleitschiene und einer zweiten Lichtbogenleitschiene, welche den Lichtbogen aus dem Vorkammerbereich in die Lichtbogenlöschkammer leiten.
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Schutzschaltgeräte - beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter oder Lichtbogen- bzw. Brandschutzschalter - werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter, welcher auch als „Miniature Circuit Breaker“ (MCB) bezeichnet wird, ist eine Überstromschutzeinrichtung in der Elektroinstallation und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher und Anlagen vor Überlast. Sie schützen beispielsweise Leitungen vor Beschädigung durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes.
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Ein Fehlerstromschutzschalter ist eine Schutzeinrichtung zur Gewährleistung eines Schutzes gegen einen gefährlichen Fehlerstrom in einer elektrischen Anlage. Ein derartiger Fehlerstrom, welcher auch als Differenzstrom bezeichnet wird, tritt auf, wenn ein spannungsführendes Leitungsteil einen elektrischen Kontakt gegen Erde aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer elektrischen Anlage berührt: in diesem Fall fließt der Strom als Fehlerstrom durch den Körper der betreffenden Person gegen die Erdung ab. Zum Schutz gegen derartige Körperströme muss der Fehlerstromschutzschalter bei Auftreten eines derartigen Fehlerstroms die elektrische Anlage schnell und sicher allpolig vom Leitungsnetz trennen. Im Allgemeinen Sprachgebrauch werden anstelle des Begriffs „Fehlerstromschutzschalter“ auch die Begriffe FI-Schutzschalter (kurz: FI-Schalter), Differenzstromschutzschalter (kurz: DI-Schalter) oder RCD (für „Residual Current Protective Device“) gleichwertig verwendet.
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Lichtbogen- bzw. Brandschutzschalter werden zur Erfassung von Störlichtbögen, wie sie an einer defekten Stelle einer elektrischen Leitung - beispielsweise eine lockeren Kabelklemme oder aufgrund eines Kabelbruchs - auftreten können, verwendet. Tritt der Störlichtbogen elektrisch in Reihe zu einem elektrischen Verbraucher auf, so wird der normale Betriebsstrom im Regelfall nicht überschritten, da er durch den Verbraucher begrenzt wird. Aus diesem Grund wird der Störlichtbogen von einer herkömmlichen Überstromschutzeinrichtung, beispielsweise einer Schmelzsicherung oder eines Leitungsschutzschalters, nicht erfasst. Zur Ermittlung, ob ein Störlichtbogen vorliegt, werden durch den Brandschutzschalter sowohl der Spannungsverlauf als auch der Stromverlauf über die Zeit gemessen und hinsichtlich der für einen Störlichtbogen charakteristischen Verläufe analysiert und ausgewertet. In der (englischsprachigen) Fachliteratur werden derartige Schutzeinrichtungen zur Erfassung von Störlichtbögen als „Are Fault Detection Device“ (abgekürzt: AFDD) bezeichnet. Im nordamerikanischen Raum ist die Bezeichnung „Are Fault Circuit Interrupter“ (abgekürzt: AFCI) geläufig.
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Zur Überwachung bzw. zur Absicherung des elektrischen Stromkreises wird das jeweilige Schutzschaltgerät über zwei Anschlussklemmen mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen Leitung zu unterbrechen. Das Schutzschaltgerät weist dabei einen Schaltkontakt mit einem ortsfesten Festkontakt sowie einem relativ dazu beweglichen Bewegkontakt auf. Der Bewegkontakt ist hierbei über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes betätigbar, so dass der Schaltkontakt geöffnet und geschlossen werden kann. Auf diese Weise wird bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes, beispielsweise eines Kurzschlusses oder einer elektrischen Überlast, die Schaltmechanik aktiviert und somit der Schaltkontakt geöffnet, um die elektrische Leitung zu unterbrechen und damit den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
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Wird der Schaltkontakt zu einem Zeitpunkt geöffnet, zu dem ein elektrischer Strom über den Schaltkontakt fließt, so bildet sich beim Öffnen des Schaltkontakts zwischen dem Festkontaktstück und dem sich davon entfernenden Bewegkontaktstück ein aus ionisierter Luft gebildeter Lichtbogen aus. Zum Deio-ni-sieren - und damit zum Löschen des Lichtbogens - weisen herkömmliche Schutzschaltgeräte eine sogenannte Lichtbogenlöschkammer - auch Deionisationskammer genannt - auf. Diese ist in unmittelbarer Nähe des Schaltkontakts angeordnet und weist ihrerseits eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter und voneinander beabstandeter Löschbleche auf. Ein elektromechanisches Schutzschaltgerät mit einer derartigen Lichtbogenlöschkammer ist beispielsweise aus der dt. Offenlegungsschrift
DE 10 2011 002 714 A1 bekannt.
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Wird der Lichtbogen in die Löschkammer getrieben, so teilt er sich beim Auftreffen auf die Löschbleche in mehrere Teillichtbögen auf, welche anschließend elektrisch in Reihe geschaltet zwischen den einzelnen Löschblechen brennen. Die mehreren, elektrisch sequentiell hintereinander geschalteten Teil-Lichtbögen führen insgesamt zu einer höheren Bogenspannung. Zusammen mit einer Kühlungswirkung der Löschbleche, welche dem Lichtbogen Wärme entzieht, führt dies im weiteren Verlauf zu einem Erlöschen des Lichtbogens. Um dabei ein gutes Löschverhalten zu erreichen muss der Lichtbogen daher möglichst schnell vom Schaltkontakt weg in die Lichtbogenlöschkammer getrieben und dort zum Erlöschen gebracht werden.
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Ferner ist zu beachten, dass der durch den Lichtbogen verursachte Wärmeeintrag in das Schutzschaltgerät umso größer ist, je länger der Lichtbogen brennt und nicht gelöscht wird. Daher dient es auch dem Schutz des Schutzschaltgerätes und der darin verbauten Komponenten, wenn der Lichtbogen möglichst schnell zum Erlöschen gebracht werden kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromechanisches Schutzschaltgerät zur Überwachung eines elektrischen Stromkreises bereitzustellen, welches sich durch eine schnelle und sichere Löschung eines beim Öffnen des Schaltkontaktes des Schutzschaltgerätes entstehenden Lichtbogens bei gleichzeitig geringen Herstellkosten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch das elektromechanische Schutzschaltgerät zur Überwachung eines elektrischen Stromkreises gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät zum Überwachen eines elektrischen Stromkreises weist ein Isolierstoffgehäuse, einen Schaltkontakt, welcher in einem Vorkammerbereich angeordnet ist und seinerseits einen Festkontakt sowie einen relativ dazu beweglichen Bewegkontakt aufweist, wobei beim Öffnen des bestromten Schaltkontakts ein Lichtbogen entsteht, eine Lichtbogen-Löschkammer zum Löschen des Lichtbogens, welche an den Vorkammerbereich angrenzend in dem Isolierstoffgehäuse angeordnet ist, sowie eine erste Lichtbogenleitschiene und einer zweite Lichtbogenleitschiene, welche den Lichtbogen in die Lichtbogenlöschkammer leiten, auf. Der Vorkammerbereich weist dabei auf zumindest einer Teilfläche einer dort angeordneten Innenseite des Isolierstoffgehäuses mehrere von der Innenseite vorstehende Leitrippen auf, welche von einem Bereich des Schaltkontakts etwa der Laufrichtung des Lichtbogens folgend bis in einen Bereich der Lichtbogen-Lösch¬kammer langgestreckt verlaufend angeordnet sind. weiterhin weist das Schutzschaltgerät zumindest eine Vorkammerplatte auf, welche zumindest eine rillenartige Vertiefung aufweist, in der zumindest eine der Leitrippen (17) zumindest teilweise aufgenommen ist.
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Bei einer Öffnung des bestromten Schaltkontakts, beispielsweise aufgrund einer Kurzschluss- oder Überlast-Abschaltung, entsteht ein Lichtbogen. Aufgrund der dabei auftretenden hohen Temperaturen entsteht ein hoher Gasdruck. Mit Hilfe der Leitrippen sowie der Vorkammerplatte werden diese Gase derart hinter den Lichtbogen geführt, dass der Lichtbogen durch den Gasdruck in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer gedrängt wird. Zur Führung des Lichtbogens dienen die beiden Lichtbogenleitschienen, welche im Vorkammerbereich angeordnet sind und den Lichtbogen aus dem Vorkammerbereich in die Löschkammer leiten.
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Die in der Vorkammerplatte ausgebildete rillenartige Vertiefung dient dazu, zumindest eine der Leitrippen zumindest teilweise darin aufzunehmen. Hierzu korrespondiert die rillenartige Vertiefung hinsichtlich ihrer Form und Lage mit der Form und Lage der zumindest einen Leitrippe. Durch das Aufstecken der rillenartigen Vertiefung auf die betreffende Leitrippe ist die Vorkammerplatte in ihrer Flächenerstreckung formschlüssig an der Innenseite des Isolierstoffgehäuses gehaltert. Auf diese Weise ist sowohl die positive Wirkung der Leitrippen, als auch der Vorkammerplatte auf den Lichtbogen nutzbar, um diesen möglichst schnell in die Lichtbogen-Löschkammer zu treiben und dort zum Erlöschen zu bringen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist zumindest die eine Leitrippe, welche in der zumindest einen Vertiefung aufgenommen ist, zumindest abschnittsweise höher von der Innenseite vorstehend ausgebildet als die übrigen Leitrippen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist die zumindest eine Vertiefung hinsichtlich ihrer Form und ihrer Länge der Form und der Länge der zumindest einen Leitrippe entsprechend angepasst.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist die zumindest eine Leitrippe mit der ihr zugeordneten Vertiefung kraftschlüssig gekoppelt. Auf diese Weise ist ein sicherer Halt der Vorkammerplatte im Isolierstoffgehäuse realisierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist die Anzahl der Leitrippen gleich der Anzahl der Vertiefungen.
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Falls nicht alle Leitrippen in ihnen zugeordnete rillenartige Vertiefungen eingreifen, ist es erforderlich, dass die zumindest eine Leitrippe, welche in die ihr zugeordnete rillenartige Vertiefung eingreift, höher ausgebildet ist als die übrigen Leitrippen, welche nicht in entsprechende rillenartige Vertiefungen eingreifen. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Leitrippe über ihre gesamte Länge in die rillenartige Vertiefung eingreift. Es ist ebenso möglich, dass lediglich ein Abschnitt der Leitrippe erhaben, d.h. hervorstehend, ausgebildet ist, während der restliche Abschnitt der Leitrippe sowie die übrigen Leitrippen eine geringere Höhe aufweisen und nicht in entsprechenden Vertiefungen aufgenommen sind. Ferner ist es ebenso möglich, dass eine Mehrzahl der Leitrippen oder alle Leitrippen zumindest abschnittsweise erhaben ausgebildet sind und in ihnen entsprechend zugeordnete, rillenartige Vertiefungen in der Vorkammerplatte eingreifen. Dadurch ist eine hohe Varianz - und damit eine hohe Flexibilität - erreichbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes sind die Leitrippen einstückig an die jeweilige Innenseite des Isolierstoffgehäuses angeformt. Diese konstruktive Gestaltung ermöglicht insbesondere bei Gehäusen, welche im Spritzgussverfahren herstellbar sind, eine äußerst kostengünstige Fertigung und Montage.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist der Vorkammerbereich zu beiden Seiten einer Breitenerstreckung von je einer Innenseite des Isolierstoffgehäuses begrenzt, wobei zu beiden Seiten von der jeweiligen Innenseite vorstehende Leitrippen ausgebildet sind.
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Insbesondere bei sogenannten Reiheneinbaugeräten ist der Vorkammerbereich in der Breitenerstreckung von zwei Innenseiten des Isolierstoffgehäuses begrenzt. Sofern es aufgrund der beengten Platzverhältnisse möglich ist, ist es in diesem Fall vorteilhaft, die Leitrippen spiegelbildlich an beiden Innenseiten auszubilden, um eine verbesserte Gasführung und damit einhergehend eine schnellere Lichtbogen-Löschung zu erreichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist das Isolierstoffgehäuse eine Gehäuseschale sowie ein Abdeckteil auf, wobei die Leitrippen auf einer Teilfläche der Innenseite zumindest der Gehäuseschale oder des Abdeckteils angeordnet sind.
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Die sogenannte Schalenbauweise stellt eine gängige Möglichkeit zur Realisierung des Gehäuses eines Reiheneinbaugerätes dar. Hierunter ist dabei sowohl die Variante mit einer Gehäuseschale, in der die einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes montiert werden und die anschließend mit dem Abdeckteil verschlossen wird, als auch die alternative Gestaltung mittels zweier im Wesentlichen spiegelbildlich ausgebildeter Halbschalen zu verstehen. Beide Alternativen zeichnen sich durch eine kostengünstige Herstellung sowie eine vergleichsweise einfache Montage aus.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist die zumindest eine rillenartige Vertiefung als Schlitz in der Vorkammerplatte ausgebildet.
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Ein Schlitz entsteht, wenn die rillenartige Vertiefung bis zur Gegenseite der Vorkammerplatte reicht. Dies ist insbesondere bei dünnen Vorkammerplatten vorteilhaft, da insbesondere in diesem Fall die Ausführung als Schlitz einfacher herzustellen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist der Schlitz bei montierter Vorkammerplatte von der Leitrippe vollständig ausgefüllt.
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Sowohl die echte rillenartige Vertiefung als auch die Ausführung derselben als Schlitz dienen lediglich dazu, die Vorkammerplatte zusätzlich zu den Leitrippen an der Innenseite des Isolierstoffgehäuses anzuordnen, um eine verbesserte Löschleistung zu erreichen. Indem die dem jeweiligen Schlitz zugeordnete Leitrippe den Schlitz vollständig ausfüllt, wird bei einer Auslösung des Schutzschaltgerätes eine Gaszirkulation durch den Schlitz vermieden. Die bei der Lichtbogenentstehung erwünschte, durch die Leitrippen sowie die Vorkammerplatte realisierte Gasführung wird dadurch weiter verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist die zumindest eine Leitrippe an ihrem distalen, der Innenseite abgewandten Ende einen Hinterschnitt auf.
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Im montieren Zustand greift die Leitrippe durch den Schlitz hindurch und steht auf der Gegenseite der Vorkammerplatte etwas über. Insbesondere bei Verwendung eines thermoplastischen Werkstoffs für die Leitrippe ist es möglich, diese im Bereich ihres distalen Endes mit Übermaß auszuführen. Nach dem Durchführen durch den Schlitz weitet sich das über die Vorkammerplatte hinausstehende distale Ende der Leitrippe wieder auf, wodurch der sogenannte Hinterschnitt, eine in Normalenrichtung der Vorkammerplatte wirkende, formschlüssige Verbindung zwischen der Leitrippe und der Vorkammerplatte gebildet ist. Als Material für die Vorkammerplatte kommen sowohl thermoplastische als auch duroplastische Werkstoffe in Betracht.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des elektromechanischen Schutzschaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des geöffneten Schutzschaltgerätes in einer Seitenansicht;
- 2 eine schematische Darstellung einer zum Schutzschaltgerät aus 1 passenden Vorkammerplatte in perspektivischer Ansicht;
- 3 eine schematische Darstellung des Schutzschaltgerätes aus 1 mit der montierten Vorkammerplatte aus 2 in einer Seitenansicht;
- 4 eine schematische Darstellung des vollständig montierten Schutzschaltgerätes in einer Seitenansicht;
- 5 eine schematische Schnittdarstellung des Schutzschaltgerätes aus 4;
- 6 eine schematische Darstellung einer Vorkammerplatte eines weiteren Ausführungsbeispiels in perspektivischer Ansicht;
- 7 eine schematische Darstellung des Schutzschaltgerätes mit der aus 6 bekannten, montierten Vorkammerplatte in einer Seitenansicht;
- 8 eine schematische Darstellung des vollständig montierten Schutzschaltgerätes aus 7 in einer Seitenansicht;
- 9 eine schematische Schnittdarstellung des Schutzschaltgerätes aus 8;
- 10 eine schematische Detaildarstellung einer Gehäuseinnenseite im Bereich der Vorkammerplatte.
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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.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schutzschaltgerätes 1 ist in den 1 bis 5 schematisch dargestellt. Das Schutzschaltgerät 1 weist ein Isolierstoffgehäuse 2 auf, in dem die einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes 1 aufgenommen und gehaltert sind. Dabei zeigen die 1 und 3 das Schutzschaltgerät 1 in einer Seitenansicht, wobei jeweils wurde ein vorderer Gehäusedeckel des Isolierstoffgehäuses 2 weggelassen wurde, um einen detaillierten Einblick in den strukturellen Aufbau des Schutzschaltgerätes 1 zu ermöglichen.
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Das Schutzschaltgerät 1 weist einen Eingangsanschluss 3-1 sowie einen Ausgangsanschluss 3-2 auf, welche in dem Isolierstoffgehäuse 2 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. In der Darstellung der 1 ist die Klemmschraube 3-3 des Eingangsanschlusses 3-1 dabei nicht in den Klemmkörper des Eingangsanschlusses 3-1 eingedreht, so dass ein elektrischer Anschlussleiter in den Eingangsanschluss 3-1 einführbar ist, während die Klemmschraube 3-3 des Ausgangsanschlusses 3-2 in den betreffenden Klemmkörper eingedreht ist.
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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.
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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.
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Die ortsfest im Isolierstoffgehäuse 2 gelagerte Spule 9 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. Wegen der magnetischen Wirkung des Spulenstroms auf den Anker 10 wird dieser 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.
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Beim Öffnen des stromdurchflossenen Schaltkontakts entsteht ein Lichtbogen 7, welcher zunächst zwischen dem Festkontakt 4 und dem Bewegkontakt 5 brennt. Die aufgrund des hohen Kurzschlussstromes auftretenden elektromagnetischen Kräfte wechselwirken mit dem Lichtbogen 7 dabei derart, dass dieser von dem sich öffnenden Schaltkontakt wegbewegt wird. Mit zunehmender Länge des Lichtbogens 7 führt die ansteigende Bogenspannung schließlich dazu, dass der eine Fußpunkt des Lichtbogens 7 vom Bewegkontakt 5 auf eine erste Lichtbogen-Leitschiene 13, welche unterhalb des sich öffnenden Schaltkontakts angeordnet ist, kommutiert, d.h. überspringt. Die erste Lichtbogen-Leitschiene 13 ist an ein unteres Ende einer Lichtbogen-Löschkammer 14 geführt. Eine zweite Lichtbogen-Leitschiene 19 für den anderen Fußpunkt des Lichtbogens 7 ist mit dem Festkontakt 4 elektrisch leitend verbunden und an ein oberes Ende der Lichtbogen-Löschkammer 14 geführt.
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Nach der Kommutation auf die Leitschiene 13 wandert der Lichtbogen 7 entlang der ersten Lichtbogen-Leitschiene 13 bzw. der zweiten Lichtbogen-Leitschiene 19 weiter in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer 14, welche eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter und voneinander beabstandeter Löschbleche 15 aufweist. Trifft der Lichtbogen 7 auf die Löschbleche 22, so wird er in eine entsprechende Mehrzahl elektrisch hintereinander geschalteter Teillichtbögen aufgeteilt. Aufgrund der daraus resultierenden höheren Bogenspannung reißt der Lichtbogen 7 schließlich ab und erlischt.
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Der Bereich vor der Lichtbogen-Löschkammer 14, also der Bereich, der sich unterhalb des Schaltkontakts befindet, wird auch als Vorkammerbereich 16 bezeichnet. In diesem Vorkammerbereich 16 weist die Innenseite des Isolierstoffgehäuses 2 mehrere Leitrippen 17 auf, welche sich vom Schaltkontaktbereich in etwa der Laufrichtung des Lichtbogens 7 folgend bis unmittelbar vor die Lichtbogen-Löschkammer 10 erstrecken. Diese Leitrippen 17 dienen dazu, die bei einer Öffnung des bestromten Schaltkontakts auftretenden Gase gezielt zu kanalisieren, d.h. hinter den Lichtbogen 7 zu leiten, um den Lichtbogen 7 dadurch schneller in die Lichtbogen-Löschkammer zu treiben und somit schneller zum Erlöschen zu bringen.
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In 2 ist eine zu dem vorstehend beschriebenen Schutzschaltgerät 1 passende Vorkammerplatte 20 in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt. Sie weist einen Grundkörper 21 auf, welcher hinsichtlich seiner Form an den Vorkammerbereich 16 des Schutzschaltgerätes 1 angepasst ist. In den Grundkörper 21 sind mehrere längliche Vertiefungen 22 eingearbeitet, welche zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und sich im montierten Zustand der Vorkammerplatte 20 am Isolierstoffgehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 vom Schaltkontakt in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer 14 erstrecken. Zur einfacheren Montage sowie zur exakten Positionierung der Vorkammerplatte 20 am Isolierstoffgehäuse 2 weist der Grundkörper 21 der Vorkammerplatte 20 einen Haltezapfen 23 auf, welcher in eine an der Innenseite des Isolierstoffgehäuses 2 ausgebildete Zapfenaufnahme 18 einsteckbar ist.
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3 zeigt schematisch das in 1 beschriebene Schutzschaltgerät 1 mit der aus 2 bekannten, daran montierten Vorkammerplatte 20, wiederum in einer Seitenansicht. Dabei wird deutlich, dass die Vertiefungen 22 hinsichtlich ihrer Position im montieren Zustand mit der Lage der an der Innenseite des Isolierstoffgehäuses 2 ausgebildeten Leitrippen 17 korrespondieren, derart, dass die Leitrippen 17 zumindest teilweise in den Vertiefungen aufgenommen sind. Falls die Verbindung zwischen den Leitrippen 17 und den Vertiefungen 22 zumindest abschnittsweise kraftschlüssig ausgebildet ist, ist hierdurch eine erste Fixierung der Vorkammerplatte 20 am Isolierstoffgehäuse 2 realisierbar. Darüber hinaus ist die Fixierung der Vorkammerplatte 20 auch über das Zusammenwirken von Haltezapfen 23 und Zapfenaufnahme 18 realisierbar.
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In den 4 und 5 ist das erste Ausführungsbeispiel des Schutzschaltgerätes 1 bei geschlossenem Isolierstoffgehäuse 2 vollständig montiert dargestellt. 4 zeigt dabei eine Seitenansicht des vollständig montierten Schutzschaltgerätes 1, während 5 eine hierzu korrespondierende Schnittdarstellung (Schnitt A-A) des Schutzschaltgerätes 1 zeigt. Das Isolierstoffgehäuse 2 ist in einer sogenannten Schalen-Deckel-Bauweise ausgeführt und weist eine Gehäuseschale 2-1 auf, welche in Richtung einer Breitenerstreckung B mit einem Abdeckteil 2-2 verschließbar ist.
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Anhand der Darstellung in 5 wird ferner deutlich, dass bei montierter Vorkammerplatte 20 die durch die Leitrippen 17 bewirkte, vorteilhafte Beeinflussung der Gasführung zur schnelleren Löschung des Lichtbogens 7 aufrecht erhalten bleibt. Dies bedeutet, dass der zwischen der Innenseite des Isolierstoffgehäuses 2 und der Vorkammerplatte 20 angeordnete, strömungsführende Bereich vom eigentlichen Vorkammerberich 16, in dem der Schaltkontakt angeordnet ist, durch die Vorkammerplatte 20 separiert wird. Das heißt, dass die Leitrippen 17 nicht vollständig, sondern lediglich die distalen Enden der Leitrippen 17, welche von der Innenseite des Isolierstoffgehäuses 2 wegweisen, in den Vertiefungen 22 der Vorkammerplatte 20 aufgenommen sind.
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In den 6 bis 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schutzschaltgerätes 1 schematisch dargestellt. Das Schutzschaltgerät 1 weist wiederum ein Isolierstoffgehäuse 2 auf, in dem die einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes 1 aufgenommen und gehaltert sind. Im Gegensatz zu dem in den 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel zeigt 6 hierzu eine alternative Vorkammerplatte 30 in perspektivischer Ansicht. Die Vorkammerplatte 30 weist wiederum einen Grundkörper 31 auf, an den ein Haltezapfen 33 angeformt ist. Der Haltezapfen 33 ist wiederum in die an der Innenseite des Isolierstoffgehäuses 2 ausgebildete Zapfenaufnahme 18 einsteckbar und dient der einfacheren Montage sowie der exakten Positionierung der Vorkammerplatte 30 am Isolierstoffgehäuse 2. Im Unterschied zu der aus 2 bereits bekannten Vorkammerplatte 20 sind hier die Vertiefungen in dieser Vorkammerplatte 30 durchgebrochen, d.h. als Schlitze 32 ausgebildet, in denen die Leitrippen 17 aufgenommen sind.
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7 zeigt eine Seitenansicht des geöffneten Schutzschaltgerätes 1 mit der alternativen Vorkammerplatte 30 in montiertem Zustand. Dabei wird deutlich, dass die Leitrippen 17 nun nicht mehr durch die Vorkammerplatte 30 abgedeckt sind, sondern in der Breitenerstreckung B durch die in der Vorkammerplatte 30 ausgebildeten Schlitze 32 bis an den Vorkammerbereich 16 heranreichen.
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In den 8 und 9 ist - entsprechend der Darstellungen der 4 und 5 - nunmehr das zweite Ausführungsbeispiel des Schutzschaltgerätes 1 bei geschlossenem Isolierstoffgehäuse 2 vollständig montiert dargestellt. Das Isolierstoffgehäuse 2 ist wiederum in Schalen-Deckel-Bauweise ausgeführt, mit einer Gehäuseschale 2-1, die in Richtung der Breitenerstreckung B mit einem Abdeckteil 2-2 verschließbar ist. 8 zeigt wiederum eine Seitenansicht des vollständig montierten Schutzschaltgerätes 1, während in 9 eine hierzu korrespondierende Schnittdarstellung (Schnitt B-B) des Schutzschaltgerätes 1 dargestellt ist. Die distalen Enden der Leitrippen 17 können dabei mit der nach innen zum Schaltkontakt hin gewandten Seite der Vorkammerplatte 30 einen bündigen Abschluss bilden. Es ist jedoch ebenso möglich, dass sie etwas über die Vorkammerplatte 30 überstehen, um mit der Vorkammerplatte 30 einen in Normalenrichtung der Vorkammerplatte wirkenden, formschlüssigen Hinterschnitt, d.h. eine Hinterschneidung zu bilden. Auf diese Weise können die Leitrippen 17 auch zur Halterung der Vorkammerplatte 30 im Isolierstoffgehäuse genutzt werden, ohne dass hierbei zusätzliche Montagemittel erforderlich wären.
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10 zeigt eine schematische Detaildarstellung einer Innenseite des Isolierstoffgehäuses 2 im Bereich des Vorkammerbereichs. Um die Wirkung der Leitrippen 17 auf die Löschung des Lichtbogens 7 zu verbessern, sind diese in ihrer Längserstreckung bis unmittelbar an die Lichtbogen-Löschvorrichtung 14 herangeführt und ragen an ihrem anderen Ende bis in den Bereich des Schaltkontakts hinein. Andererseits ist es der Stabilität der Vorkammerplatte 20 bzw. 30 - insbesondere bei dünnen Vorkammerplatten - zuträglich, wenn die Vertiefungen 22 bzw. die Schlitze 32 vollständig vom jeweiligen Grundkörper 21 bzw. 31 umschlossen ist, da hierdurch eine höhere Steifigkeit der Vorkammerplatte 20 bzw. 30 erreicht wird. Daher sind die Leitrippen 17 in einem mittleren Abschnitt 17-1 höher ausgebildet und greifen nur im Bereich dieses mittleren Abschnitts 17-1 in die Vertiefungen 22 bzw. die Schlitze 32 ein. An ihren äußeren Abschnitten 17-2 sind die Leitrippen 17 hingegen niedriger ausgebildet und im montierten Zustand lediglich an der nach außen gewandten Seite der Vorkammerplatte 20 bzw. 30 entlanggeführt.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Leitrippen 17 sowie die Vorkammerplatte 20 bzw. 30 in der Richtung der Breitenerstreckung B nur auf einer Seite des Vorkammerbereichs 16 ausgebildet. Es ist jedoch ebenso möglich, diese auf beiden Seiten des Vorkammerbereichs 16, d.h. sowohl links als auch rechts des Schaltkontakts anzuordnen, um eine verbesserte Löschleistung zu erreichen. Dadurch kann die Löschleistung des Schutzschaltgerätes 1 auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Einsatzszenarien angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, für einfache Anwendungen lediglich die gasführende Wirkung der Leitrippen 17 zu nutzen, und erst bei einer geforderten höheren Löschleistung zusätzlich eine oder zwei Vorkammerplatten 20 bzw. 30 zu montieren. Auf diese Weise ist ohne großen Aufwand eine kostengünstige Variantenbildung realisierbar.
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In den 1, 3, 4, 7 und 8 ist das Schutzschaltgerät 1 jeweils in seiner AUS-Stellung schematisch dargestellt. Die Schaltmechanik ist dabei entklinkt, der am Bewegkontaktträger 6 angeordnete Bewegkontakt 5 ist vom Festkontakt 4 beabstandet gehalten, so dass der Schaltkontakt geöffnet ist. Das Betätigungselement 8 befindet sich dementsprechend ebenfalls in seiner AUS-Position. Die Anker-Stößel-Baugruppe wurde mit Hilfe eines Federelements in die in den 1, 3 und 7 dargestellte, auslösebereite Positionen verbracht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schutzschaltgerät
- 2
- Isolierstoffgehäuse
- 2-1
- Gehäuseschale
- 2-2
- Abdeckteil
- 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
- erste Leitschiene
- 14
- Lichtbogen-Löschkammer
- 15
- Löschblech
- 16
- Vorkammerbereich
- 17
- Leitrippe
- 17-1
- mittlerer Abschnitt
- 17-2
- äußerer Abschnitt
- 18
- Zapfenaufnahme
- 19
- zweite Leitschiene
- 20
- Vorkammerplatte
- 21
- Grundkörper
- 22
- Vertiefung
- 23
- Haltezapfen
- 30
- Vorkammerplatte
- 31
- Grundkörper
- 32
- Schlitz
- 33
- Haltezapfen
- B
- Breitenerstreckung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011002714 A1 [0006]
