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Die Erfindung betrifft ein netzspannungsunabhängiges Fehlerstrom-Schutzschaltgerät mit einem Isolierstoffgehäuse, das einen ersten und einen zweiten Strompfadbereich aufweist, die durch eine Gehäusetrennwand voneinander getrennt sind. Das Fehlerstrom-Schutzschaltgerät weist hierbei einen ersten Primärleiter, der Teil eines im ersten Strompfadbereich angeordneten ersten Strompfades ist, sowie einen zweiten Primärleiter, der Teil eines im zweiten Strompfadbereich angeordneten zweiten Strompfades ist, auf. Darüber hinaus weist das Fehlerstrom-Schutzschaltgerät zur Erfassung eines Überlastzustandes eine thermischen Auslöseeinrichtung sowie - zur Erfassung eines Fehlerstroms - einen Summenstromwandler, durch den die beiden Primärleiter hindurchgeführt sind, auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines derartigen netzspannungsunabhängigen Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes.
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Elektromechanische Schutzschaltgeräte - beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter - dienen der Überwachung sowie der Absicherung eines elektrischen Stromkreises und werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Zur Überwachung und Absicherung des elektrischen Stromkreises wird das Schutzschaltgerät über zwei oder mehrere Anschlussklemmen mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen überwachten Leitung zu unterbrechen. Das Schutzschaltgerät weist hierzu einen Schaltkontakt auf, der bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes, beispielsweise bei Erfassen eines Kurzschlusses oder eines Fehlerstromes, geöffnet werden kann, um den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
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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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Bei Fehlerstromschutzschaltern wird ferner zwischen netzspannungsabhängigen und netzspannungsunabhängigen Geräten unterschieden: während netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschalter eine Steuerungselektronik mit einem Auslöser aufweisen, die zur Erfüllung ihrer Funktion auf eine Hilfs- oder Netzspannung angewiesen ist, benötigen netzspannungsunabhängige Fehlerstromschutzschalter zur Realisierung der Auslösefunktion keine Hilfs- oder Netzspannung, sondern weisen zur Realisierung der netzspannungsunabhängigen Auslösung in der Regel einen großen Summenstromwandler mit einem sogenannten, über die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers gekoppelten Haltemagneten auf.
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Daneben existieren auch Gerätebauformen, bei denen die Funktionalität eines Fehlerstrom-Schutzschalters mit der Funktionalität eines Leitungsschutzschalters kombiniert wird: derartige kombinierte Schutzschaltgeräte werden im Deutschen als FILS oder im englischsprachigen Raum als RCBO (für Residual current operated Circuit-Breaker with Overcurrent protection) bezeichnet. Diese Kombigeräte haben im Vergleich zu getrennten Fehlerstrom- und Leitungsschutzschaltern den Vorteil, dass jeder Stromkreis seinen eigenen Fehlerstrom-Schutzschalter aufweist: Normalerweise wird ein einziger FehlerstromSchutzschalter für mehrere Stromkreise verwendet. Kommt es zu einem Fehlerstrom, werden somit in Folge alle abgesicherten Stromkreise abgeschaltet. Durch den Einsatz von RCBOs wird nur der jeweils betroffene Stromkreis abgeschaltet.
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Zur Erfassung eines Fehler- oder Differenzstromes weisen Fehlerstromschutzschalter in der Regel einen Summenstromwandler auf, welcher den Differenzstrom durch eine phasenrichtige Addition der in mehreren, beispielsweise in zwei bis vier, Primärleitern fließenden elektrischen Ströme ermittelt. Der Summenstromwandler weist hierzu einen ringförmigen Magnetkern auf, durch den die Primärleiter (hin- und rückführende Leitungen) hindurchgeführt sind. Der Magnetkern selbst ist mit einem Sekundärleiter umwickelt. Ist der Stromfluss in den hin- und rückführenden elektrischen Leitungen gleich, so wird in dem Sekundärleiter kein Induktionsstrom induziert. Fließt hingegen ein Fehlerstrom gegen Erde ab, so heben sich die in den Primärleitern fließenden Ströme nicht mehr gegenseitig auf. Dadurch wird in der Sekundärwicklung eine der Stromdifferenz proportionale Spannung induziert, die als Fehlerstromsignal nach Überschreiten eines vorbestimmten Wertes zum Auslösen des Schutzschaltgerätes führt.
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Da bei Anwendungen in der Elektroinstallationstechnik der zur Verfügung stehende Bauraum - beispielsweise in einem Elektroinstallationsverteiler - zumeist stark begrenzt ist, besteht die Notwendigkeit, die Schutzschaltgeräte möglichst kompakt zu gestalten. Auf der anderen Seite werden immer mehr Funktionalitäten in die Geräte integriert bzw. Kombigeräte entwickelt, welche den Funktionsumfang mehrerer Einzelgeräte abdecken: so gibt es beispielsweise sogenannte FILS-Schutzschaltgeräte, welche den Funktionsumfang eines herkömmlichen Fehlerstromschutzschalters (FI) mit dem eines Leitungsschutzschalters (LS) kombinieren. Weiterhin sollen immer höhere Nennstromstärken realisiert werden. Diese Entwicklungen führen allesamt dazu, dass im Inneren der Geräte immer weniger Bauraum zur Verfügung steht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein netzspannungsunabhängiges Fehlerstrom-Schutzschaltgerät mit einem Summenstromwandler sowie ein Montageverfahren für ein derartiges netzspannungsunabhängiges Fehlerstromschutzschaltgerät bereitzustellen, welche bei einer kompakten Bauform des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes eine hohe Zuverlässigkeit bei gleichzeitig geringerem Montage- und Herstellaufwand ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschaltgerät sowie das Verfahren zur Montage des Summenstromwandlers gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes bzw. des erfindungsgemäßen Montageverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschaltgerät weist ein Isolierstoffgehäuse mit einem ersten und einem zweiten Strompfadbereich auf, die durch eine Gehäusetrennwand voneinander getrennt sind. Dabei ist ein erster Primärleiter, der Teil eines ersten Strompfades ist, im ersten Strompfadbereich angeordnet. Ein zweiter Primärleiter, der Teil eines zweiten Strompfades ist, ist im zweiten Strompfadbereich angeordnet. Weiterhin weist das Schutzschaltgerät einen Summenstromwandler auf, der in einer Öffnung der Gehäusetrennwand aufgenommen ist, wobei der erste Primärleiter und der zweite Primärleiter durch den Summenstromwandler hindurchgeführt sind. Ein erstes Ende des ersten Primärleiters ist dabei mittels einer hochwarmfesten Fügeverbindung mit einem diesem Ende zugeordneten ersten Kontaktierungselement des Schutzschaltgerätes elektrisch leitend verbunden. Ferner sind ein erstes und ein zweites Ende des zweiten Primärleiters mittels nicht-hochwarmfester Fügeverbindungen jeweils mit einem dem jeweiligen Ende zugeordneten Kontaktierungselement des Schutzschaltgerätes elektrisch leitend verbunden.
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Unter dem Begriff „netzspannungsunabhängig“ ist zu verstehen, dass das Schutzschaltgerät im Falle eines Fehlerstromes zur Generierung eines Auslösesignals (beispielsweise zur Speisung einer Auslöseelektronik) keine Netzspannung benötigt, sondern dass das Auslösesignal ohne eine zusätzliche Netzspannung alleine aus dem detektierten Fehlerstrom generiert wird - beispielsweise mit Hilfe eines sogenannten Haltemagneten. Netzspannungsunabhängige Fehlerstromschutzschalter sind zur Erfüllung ihrer Funktion auf keinerlei Hilfs- oder Netzspannung angewiesen und benötigen somit zur Realisierung der Auslösefunktion keine Hilfs- oder Netzspannung.
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Das Isolierstoffgehäuse dient der Aufnahme und Halterung der Komponenten sowie der Befestigung des Schutzschaltgerätes an einer Trag- oder Hutschiene, wie sie in gängigen Elektroinstallationsverteilern verwendet werden. Es ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und weist eine Frontseite, einer der Frontseite gegenüberliegende Befestigungsseite sowie die Front- und die Befestigungsseite verbindende Schmal- und Breitseiten auf. Durch die Gehäusetrennwand werden der erste und der zweite Strompfadbereich in Breitenrichtung voneinander getrennt sowie elektrisch voneinander isoliert.
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In Schmalbauweise weist das Isolierstoffgehäuse eine Breite von nur einer Teilungseinheit (TE) auf, was einer Gehäusebreite von ca. 18mm entspricht. Die Gehäusetrennwand, welche parallel zu den Breitseiten des Isolierstoffgehäuses verläuft, kann durch ein Gehäusemittelteil gebildet sein, welches nach der Montage der einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes mit Hilfe zweier Gehäuse-Abdeckteile beidseitig verschließbar ist. Die Abdeckteile stellen somit Gehäusedeckel dar, welche die Breitseiten des Isolierstoffgehäuses bilden und das Innere des Isolierstoffgehäuses zu diesen Breitseiten hin abdecken.
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Bei dem Summenstromwandler handelt es sich um einen ringförmigen, mit einer Sekundärwicklung umwickelten Magnetkern, durch den die Primärleiter hindurchgeführt sind. Der Summenstromwandler ist dabei in einer in der Gehäusetrennwand ausgebildeten Öffnung aufgenommen, so dass der erste Primärleiter im ersten Strompfadbereich, und der zweite Primärleiter im zweiten Strompfadbereich durch den ringförmigen Magnetkern hindurchführbar sind. Die Funktionsweise eines Summenstromwandlers beruht auf dem magnetisch-induktiven Prinzip: ist der im ersten Primärleiter hinfließende elektrische Strom gleich dem im zweiten Primärleiter zurückfließende elektrischen Strom, so heben sich bei vorzeichenrichtiger Addition der beiden elektrischen Ströme die von diesen erzeugten Magnetfelder gegenseitig auf - folglich wird in der Sekundärwicklung kein elektrischer Strom induziert. Ist hingegen der in den beiden Primärleitern hin- und zurück-fließende elektrische Strom unterschiedlich, so wird durch das daraus resultierende Magnetfeld ein Induktionsstrom in der Sekundärwicklung induziert, was in der Folge zur Auslösung des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes führt.
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Da das Herstellen einer stoffschlüssigen hochwarmfesten Fügeverbindung zwischen dem ersten Ende des ersten Primärleiters und dem diesem Ende unmittelbar und eindeutig zugeordneten ersten Kontaktierungselement mit einem hohen Energieeintrag in das Isolierstoffgehäuse verbunden wäre, ist es erfindungsgemäß möglich, diese Fügeverbindung außerhalb des Isolierstoffgehäuses zu erzeugen und die derart gefügten Komponenten erst im Anschluss an den Fügevorgang in das Isolierstoffgehäuse einzusetzen. Die anschließend im montierten Zustand vorzunehmenden Fügeverbindungen der beiden Enden des zweiten Primärleiters mit einem dem jeweiligen Ende entsprechend unmittelbar und eindeutig zugeordneten Kontaktierungselement werden mittels nicht-hochwarmfester Fügeverbindungen ausgeführt, um den damit verbundenen Wärmeeintrag in das Isolierstoffgehäuse möglichst gering zu halten. Somit ist auf einfache Art und Weise eine sichere und zuverlässige Montage des netzspannungsunabhängigen Fehlerstrom-Schutzschalt¬gerätes auch bei kompakten Bauformen realisierbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist das erste Kontaktierungselement Bestandteil einer thermischen Auslöseeinrichtung zur Erfassung eines Überlastzustandes.
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Die thermische Auslöseeinrichtung ist oftmals Bestandteil eines Leitungsschutzschalters. Bei sogenannten Kombigeräten wird die Funktionalität eines Fehlerstrom-Schutzschalters mit der eines Leitungsschutzschalters kombiniert: man spricht dann von sogenannten FI/LS- oder LS/DI-Schaltern. Im englischsprachigen Raum ist die Bezeichnung RCBO (für Residual current operated Circuit-Breaker with Overcurrent protection) gebräuchlich. Die thermische Auslöseeinrichtung kann durch ein Bimetall- oder auch durch ein Formgedächtniselement gebildet sein, welches direkt oder indirekt vom elektrischen Strom durchflossen wird und sich dabei erwärmt. Bei einer zu starken Erwärmung verformt sich das Bimetall- oder das Formgedächtniselement. Diese Formänderung wird auf ein Auslösemechanik - beispielsweise ein Schaltschloss des Schutzschaltgerätes - übertragen, wodurch das Schutzschaltgerät ausgelöst wird und der Strom in der zu überwachenden elektrischen Leitung unterbrochen wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist auch ein zweites Ende des ersten Primärleiters mittels einer weiteren hochwarmfesten Fügeverbindung mit einem diesem Ende zugeordneten zweiten Kontaktierungselement des Schutzschaltgerätes elektrisch leitend verbunden.
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Auch die Verbindung des zweiten Endes des ersten Primärleiters mit dem weiteren, zweiten Kontaktierungselement ist durch eine hochwarmfeste Fügeverbindung außerhalb des Isolierstoffgehäuses herstellbar. Auf diese Weise wird - ohne den damit in der Regel einhergehenden hohen Energieeintrag in das Isolierstoffgehäuse - eine zuverlässige, stoffschlüssige Verbindung mit hoher Festigkeit erzeugt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist das zweite Kontaktierungselement durch eine Anschlussklemme des Schutzschaltgerätes gebildet.
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Je nach der Länge des ersten Primärleiters sowie der Lage des Summenstromwandlers im Gehäuse ist es möglich, das zweite Ende des ersten Primärleiters direkt - d.h. ohne weitere Zwischenteile - mit der diesem Strompfad zugeordneten Anschlussklemme elektrisch leitend zu verbinden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist die hochwarmfeste Fügeverbindung durch Schweißen oder Hartlöten gebildet.
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Das Schweißen sowie das Hartlöten stellen stoffschlüssige Fügeverfahren dar, welche sich durch eine hohe Festigkeit auszeichnen. Auf diese Weise kann die Funktionsfähigkeit - und damit die Zuverlässigkeit des Schutzschaltgerätes - gewährleistet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist die nicht-hochwarmfeste Fügeverbindung durch Weichlöten gebildet.
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Das Weichlöten unterscheidet sich vom Hartlöten oder auch vom Schweißen durch die deutlich geringere Prozess-Temperatur. Durch dieses Verfahren kann der Wärmeeintrag in das Isolierstoffgehäuse signifikant reduziert werden, wodurch die Gefahr von Beschädigungen benachbarter Komponenten des Schutzschaltgerätes deutlich reduziert wird. Das Weichlöten ist an dieser Stelle nur beispielhaft für eine nicht-hochwarmfeste Fügeverbindung genannt; prinzipiell kommt aber jedes Fügeverfahren in Betracht, bei dem der Energieeintrag in das Gerät vergleichsweise gering gehalten werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist durch den Summenstromwandler mit dem hindurchgeführten ersten Primärleiter sowie dem daran befestigten ersten Kontaktierungselement eine vormontierte Baugruppe gebildet.
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Neben der Reduzierung des Energieeintrags in das Isolierstoffgehäuse durch Erzeugen der hochwarmfesten Fügeverbindung(en) außerhalb des Isolierstoffgehäuses wird durch die vormontierte Baugruppe die Möglichkeit geschaffen, diese Montagevorgänge ohne räumliche Restriktionen (beengten Platzverhältnisse) zeitlich parallel zur Montage des Schutzschaltgerätes auszuführen. Die Montagedauer, und damit der Montageaufwand, können auf diese Weise deutlich reduziert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist auch der zweite Primärleiter Bestandteil der vormontierten Baugruppe.
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Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, dass der zweite Primärleiter nicht nachträglich durch den Summenstromwandler hindurchgefädelt werden muss, sondern außerhalb des Isolierstoffgehäuses ohne dessen räumliche Restriktion durch den Summenstromwandler hindurchgeführt werden kann. Der Montageaufwand kann dadurch weiter verringert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes sind der erste Primärleiter und/oder der zweite Primärleiter als starre Leiter ausgebildet.
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Starre Leiter haben den Vorteil der Formstabilität und können massiver ausgeführt werden als flexible Litzen, was insbesondere bei Schutzschaltgeräte-Typen, die für höhere Ströme vorgesehen sind, wichtig ist. Bei einem bereits im Isolierstoffgehäuse montierten Summenstromwandler ist es jedoch aufgrund der beengten Platzverhältnisse schwierig bis unmöglich, die starren Leiter durch den Summenstromwandler hindurchzufädeln. Der Vorteil starrer Primärleiter kommt daher insbesondere bei der Vormontage der Baugruppe zum tragen: in diesem Fall können die Montagedauer - und damit der Montageaufwand - deutlich reduziert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Schutzschaltgerät als RCBO-Kombigerät, welches zusätzlich zur Funktionalität des Fehlerstromschutzschalters die Funktionalität eines Leitungsschutzschalters aufweist, ausgebildet.
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Als RCBO-Kombigerät weist das Schutzschaltgerät zusätzlich die Funktionalität - und damit die Komponenten - eines Leitungsschutzschalters auf, beispielsweise eine thermische Auslöseeinrichtung zur Erkennung eines Überlastzustandes, sowie eine elektrodynamische Auslöseeinrichtung zur Erkennung eines Kurzschlusses. Derartige Kombigeräte haben den Vorteil, dass sie die Funktionalität mehrerer einzelner Geräte in einem gemeinsamen Gehäuse vereinen - bei in der Regel gleichem oder geringerem Bauvolumen, vergleichen mit den Bauvolumina der Einzelgeräte.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist das Isolierstoffgehäuse eine Breite von nur einer Teilungseinheit auf.
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Gängige einpolige Leitungsschutzschalter weisen zumeist eine Gehäusebreite von einer Teilungseinheit (entspricht ca. 18mm) auf, ebenso gängige einpolige Fehlerstrom-Schutzschaltgeräte. Ein einpoliges Fehlerstrom-Schutzschaltgerät, welches bei einer Breite von einer Teilungseinheit zusätzlich die Funktionalität eines Leitungsschutzschalter vollständig oder teilweise aufweist, zeichnet sich durch eine äußerst kompakte Anordnung aus und stellt eine platzsparende Alternative zur Verwendung der entsprechenden Einzelgeräte dar. Aufgrund der räumlichen Restriktionen ist der Summenstromwandler zur Erkennung eines Fehlerstromes in unmittelbarer Nähe der thermischen Auslöseeinrichtung angeordnet, weswegen die Fügeverbindung zwischen dem ersten Primärleiter und der thermischen Auslöseeinrichtung einer deutlich höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist.
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Dieses Problem ist bei Schaltgeräten, die über einen größeren Bauraum verfügen - beispielsweise FILS-Geräte, welche bei einer Gehäusebreite von zwei Teilungseinheiten (2TE) den Funktionsumfang eines herkömmlichen Fehlerstromschutzschalters (FI) mit dem eines Leitungsschutzschalters (LS) kombinieren - weit weniger ausgeprägt. Gleiches gilt für netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschaltgeräte, welche aufgrund der dort verwendeten kleineren Stromwandler mehr Platz - und damit einen größeren Abstand der Fügeverbindungen zu anderen Gerätekomponenten sowie zum Isolierstoffgehäuse - bieten. In diesen Fällen können die Fügeverbindungen ggf. auch mittels nicht-hochwarmfester Fügeverfahren, beispielsweise mittels Weichlöten, erzeugt werden.
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Das erfindungsgemäße Montageverfahren für ein netzspannungsunabhängiges Fehlerstromschutzschaltgerät der vorstehend beschriebenen Art weist die folgenden Schritte auf:
- a) Vormontieren einer Baugruppe bestehend aus dem Summenstromwandler, dem ersten Primärleiter sowie der thermischen Auslöseeinrichtung, wobei das erste Ende des ersten Primärleiters mittels einer hochwarmfesten Fügeverbindung mit der thermischen Auslöseeinrichtung verbunden wird;
- b) Einsetzen der vormontierten Baugruppe in die Öffnung der Gehäusetrennwand, wobei der erste Primärleiter und die thermische Auslöseeinrichtung im ersten Strompfadbereich positioniert werden;
- c) Kontaktieren der beiden Enden des zweiten Primärleiters mittels nicht-hochwarmfester Fügeverbindungen mit einem dem jeweiligen Ende jeweils unmittelbar und eindeutig zugeordneten Kontaktierungselement.
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Durch die Bildung der vormontierten Baugruppe kann der Energieeintrag in das Isolierstoffgehäuse, welcher bei der Erstellung der hochwarmfesten Fügeverbindung in der Einbaulage im Isolierstoffgehäuse, d.h. im montierten Zustand, auftreten würde, vermieden werden. Dadurch möglicherweise verursachte Beschädigungen am Schutzschaltgerät werden auf diese Weise ebenfalls wirksam vermieden. Da bei der Erstellung der nichthoch¬warm¬festen Fügeverbindungen deutlich geringere Temperaturen auftreten, können diese in der Einbaulage der zu fügenden, d.h. zu verbindenden Komponenten im zweiten Strompfadbereich des Isolierstoffgehäuses ausgeführt werden, ohne dass dabei temperaturbedingte Beschädigungen am Schutzschaltgerät auftreten. Die Zuverlässigkeit des Montageprozesses wird dadurch deutlich verbessert. Zu den weiteren Vorteilen des erfindungsgemäßen Montageverfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Schutzschaltgerätes verwiesen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Montageverfahrens umfasst die vormontierte Baugruppe auch die elektrische Anschlussklemme, mit der das zweites Ende des ersten Primärleiters mittels einer weiteren hochwarmfesten Fügeverbindung vor dem Einsetzen der Baugruppe in die in der Gehäusetrennwand ausgebildete Öffnung verbunden wird.
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Die vorstehend genannten Vorteile kommen umso mehr zu tragen, wenn auch die weitere hochwarmfeste Fügeverbindung vor dem Einsetzen der vormontierten Baugruppe in die in der Gehäusetrennwand ausgebildete Öffnung ausgeführt wird. Damit ist durch diesen Fügevorgang kein entsprechender Wärmeeintrag in das Isolierstoffgehäuse des Schutzschaltgerätes verbunden, wodurch die Gefahr von Beschädigungen deutlich reduziert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Montageverfahrens beinhaltet die vormontierte Baugruppe ferner auch den zweiten Primärleiter.
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Indem das Einfädeln des zweiten Primärleiters durch die Öffnung des Summenstromwandlers, welches zumeist manuell ausgeführt wird, nicht unter den beengten Platzverhältnissen eines bereits im Gehäuse montierten Summenstromwandlers erfolgt, kann dieser Montageschritt deutlich vereinfacht außerhalb des Isolierstoffgehäuses zeitlich vor dem Einsetzen der vormontierten Baugruppe in das Isolierstoffgehäuse ausgeführt werden. Der Montageaufwand sowie die damit verbundene Fehlerrate können dadurch deutlich reduziert werden.
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Zusammenfassend liegt der Vorteil des erfindungsgemäßen netzspannungsunabhängigen Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes sowie des erfindungsgemäßen Montageverfahrens im Wesentlichen darin begründet, dass die hochwarmfesten Fügeverbindungen nur dort ausgeführt werden, wo aufgrund der erhöhten Temperaturbeanspruchung der Fügeverbindung im Betrieb des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes eine höhere Festigkeit erforderlich ist. Diese höhere thermische Belastung tritt insbesondere an der Fügestelle des ersten Primärleiters mit dem thermischen Auslöser auf. Indem die hochwarmfesten Fügeverbindungen außerhalb des Isolierstoffgehäuses erzeugt werden, ist damit kein Temperatureintrag in das Isolierstoffgehäuse verbunden, so dass dadurch verursachte Beschädigungen am Isolierstoffgehäuse oder den darin aufgenommenen, weiteren Komponenten des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes wirksam unterbunden werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des netzspannungsunabhängigen Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
- 1 bis 3 schematische Darstellungen des netzspannungsunabhängigen Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes in verschiedenen Ansichten;
- 4 eine schematische Darstellung einer vormontierten Summenstromwandler-Baugruppe in einer Seitenansicht;
- 5 eine schematische Darstellung der Summenstromwandler-Baugruppe vor dem Einsetzen in das Isolierstoffgehäuse in perspektivischer Ansicht;
- 6 und 7 schematische Darstellungen der in das Isolierstoffgehäuse eingesetzten Summenstromwandler-Baugruppe in verschiedenen Seitenansichten;
- 8 eine schematische Detaildarstellung der nicht-hochwarmfesten Fügestellen im montierten Zustand;
- 9 eine schematische Darstellung der vollständig im Isolierstoffgehäuse montierten und gefügten Summenstromwandler-Baugruppe in perspektivischer Ansicht.
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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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In den 1 bis 3 ist ein Fehlerstrom-Schutzschaltgerät 1 in verschiedenen Ansichten schematisch dargestellt. Während 1 eine Ansicht von unten auf das Fehlerstrom-Schutzschaltgerät 1 zeigt, ist in 2 eine hierzu korrespondierende Seitenansicht des Schutzschaltgerätes 1 dargestellt; 3 zeigt eine hierzu wiederum korrespondierende Draufsicht. Das erfindungsgemäße, netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschaltgerät 1 weist ein Isolierstoffgehäuse 2 mit einer Frontseite 4, einer der Frontseite 4 gegenüberliegenden Befestigungsseite 5 sowie die Frontseite 4 und die Befestigungsseite 5 verbindenden Schmalseiten 6 und Breitseiten 7 auf. Das Isolierstoffgehäuse 2 weist einen ersten Strompfadbereich 8 sowie einen zweiten Strompfadbereich 9 auf, die durch eine Gehäusetrennwand 10 voneinander getrennt sind. Die Gehäusetrennwand 10 verläuft dabei parallel zu den Breitseiten 7 von der einen Schmalseite 6 zur anderen Schmalseite 6 des Isolierstoffgehäuses 2. Die beiden Strompfadbereiche 8 und 9 sind somit in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet.
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Im ersten Strompfadbereich 8 befindet sich ein physikalischer erster Strompfad 11, welcher von der einen Schmalseite 6 zur anderen Schmalseite 6 verläuft und bei der Installation mit dem Phasenleiter des zu überwachenden elektrischen Stromkreises elektrisch leitend verbunden wird. Im zweiten Strompfadbereich 9 ist dementsprechend ein physikalischer zweiter Strompfad 12 vorhanden, der ebenfalls von der einen Schmalseite 6 zur anderen Schmalseite 6 verläuft und bei der Installation mit dem Neutralleiter des zu überwachenden elektrischen Stromkreises elektrisch leitend verbunden wird. Das Schutzschaltgerät 1 verfügt somit über eine Phasenleiter-Seite (P-Seite), in der der erste Strompfad angeordnet ist, sowie über eine Neutralleiter-Seite (N-Seite), in der der zweite Strompfad angeordnet ist. Im Bereich der Schmalseiten 6 weist jeder der beiden Strompfadbereiche 8 und 9 elektrische Anschlussklemmen 30 - eine Eingangsklemme sowie eine Ausgangsklemme - auf. Über die beiden Strompfade 11 bzw. 12 ist die jeweilige Eingangsklemme des betreffenden Strompfades 11 bzw. 12 mit der jeweiligen Ausgangsklemme dieses Strompfades elektrisch leitend verbunden.
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An seiner Frontseite 4 weist das erfindungsgemäße, netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschaltgerät 1 ein Betätigungselement 3 zur manuellen Betätigung auf. Über die der Frontseite 4 gegenüberliegende Befestigungsseite 5 kann das Schutzschaltgerät 1 an einer Rast- oder Hutschiene befestigt werden. Derartige Rast- oder Hutschienen werden in Elektroinstallationsverteilern standardmäßig zur Befestigung von Reiheneinbaugeräten verwendet. Vorteilhafter Weise weist das Isolierstoffgehäuse 2 eine Breite von nur einer Teilungseinheit (1TE) auf.
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4 zeigt schematisch eine Seitenansicht eine vormontierte Summenstromwandler-Baugruppe 20. Die Baugruppe 20 weist einen Summenstromwandler 21 auf, welcher mit einem ersten Primärleiter P, der Teil des im ersten Strompfadbereich 8 angeordneten ersten Strompfades 11 ist, einfach umwickelt ist. Ein erstes Ende P1 des ersten Primärleiters P ist dabei mittels einer hochwarmfesten Fügeverbindung mit einem ersten Kontaktierungselement 27, welches Bestandteil einer thermischen Auslöseeinrichtung 22 ist, elektrisch leitend verbunden. Die thermischen Auslöseeinrichtung 22 weist weiterhin ein Bimetallelement 23, welches mit dem ersten Kontaktierungselement 27 elektrisch leitend verbunden ist, einen Bewegkontakt 24, welcher über eine Litze 28 mit dem Bimetallelement 23 elektrisch leitend verbunden ist, sowie eine Blasschleife 25 und eine Lichtbogen-Leitschiene 26 auf. Über sein zweites Ende P2 ist der erste Primärleiter P mittels einer weiteren hochwarmfesten Fügeverbindung mit einer Anschlussklemme 30 des Schutzschaltgerätes 1 elektrisch leitend verbunden. Die beiden hochwarmfesten Fügeverbindungen des ersten Primärleiters P mit der thermischen Auslöseeinrichtung 22 einerseits sowie der Anschlussklemme 30 andererseits können beispielsweise mittels Schweißen oder Hartlöten gebildet sein. Ferner ist der Summenstromwandler 21 mit einem zweiten Primärleiter N (siehe 7), der Teil des im zweiten Strompfadbereich 9 angeordneten zweiten Strompfades 12 ist, einfach umwickelt.
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5 zeigt schematisch die vormontierte Summenstromwandler-Baugruppe 20 vor ihrem Einbau in die Gehäusetrennwand 10 in perspektivischer Ansicht. Die Gehäusetrennwand 10 ist dabei als Bestandteil des Gehäusemittelteils 14 ausgebildet, welches die Gehäusetrennwand 10 beinhaltet und beidseitig mit den Komponenten des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes 1 bestückbar ist. Nach der Montage der einzelnen Komponenten wird das Gehäusemittelteil 14 mittels zweier Gehäusedeckel (nicht dargestellt), welche an dem Gehäusemittelteil 14 befestigt werden, beidseitig verschlossen. Die beiden Gehäusedeckel decken dann das Isolierstoffgehäuse 2 zu den Breitseiten 7 hin ab und bilden somit die äußereren Breitseiten 7 des Isolierstoffgehäuses 2. Die Befestigung der Gehäusedeckel am Gehäusemittelteil 14 kann beispielsweise mittels Nieten und/oder Rastverbindungen erfolgen.
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In den 6 und 7 ist die in das Gehäusemittelteil 14 eingesetzte Summenstromwandler-Baugruppe 20 in verschiedenen Seitenansichten schematisch dargestellt. Dabei stellt 6 eine Seitenansicht auf die Phasenleiter-Seite (P-Seite) des Gehäusemittelteils 14 dar, 7 zeigt eine Seitenansicht auf die gegenüberliegende Neutralleiter-Seite (N-Seite). Sowohl auf der P-Seite als auch auf der N-Seite ist im Bereich der Schmalseiten 6 jeweils ein Klemmenaufnahmeraum 15 angeordnet, in dem die elektrischen Anschlussklemmen 30 des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes 1 bei der Montage aufgenommen und gehaltert werden. Aus den 6 und 7 wird deutlich, dass der im Inneren des Isolierstoffgehäuses 2 zur Verfügung stehende Bauraum stark begrenzt ist. Zum einen entspricht die Breite des Summenstromwandlers 21 im Wesentlichen der Innenbreite des Isolierstoffgehäuses 2 zwischen den beiden Breitseiten 7. Zum anderen ist die im Gehäusemittelteil 14 ausgebildete Öffnung 13 zur Aufnahme des Summenstromwandlers 21 ist nicht viel größer dimensioniert als der Summenstromwandlers 21 selbst. Aus diesem Grund müssen die beiden Enden N1 und N2 des zweiten Primärleiters N eng am Summenstromwandler 21 geführt sein, um bei der Montage der vormontierten Summenstromwandler-Baugruppe 20 noch durch die Öffnung 13 zu passen. Auch aus diesem Grund ist es sinnvoll, den zweiten Primärleiter N als starren Leiter auszubilden.
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8 zeigt schematisch eine zu 7 korrespondierende Detaildarstellung der nicht-hochwarmfesten Fügestellen der Summenstromwandler-Baugruppe 20 im montierten Zustand. Die nicht-hochwarmfesten Fügestellen dienen dazu, das erste Ende N1 bzw. das zweite Ende N2 des zweiten Primärleiters N mit einem dem jeweiligen Ende N1 bzw. N2 unmittelbar und eindeutig zugeordneten Kontaktierungselement 16 bzw. 17 (siehe 9) des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes 1 elektrisch leitend zu verbinden.
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In 9 ist die vollständig im Isolierstoffgehäuse 2 montierte Summenstromwandler-Baugruppe 20 in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt. 9 zeigt dabei wiederum die N-Seite des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes 1, wobei die nicht-hochwarmfesten Fügeverbindungen der Summenstromwandler-Baugruppe 20 mit den dem jeweiligen Ende N1 bzw. N2 zugeordneten Kontaktierungselement 16 bzw. 17 bereits ausgeführt sind. Dabei ist das erste Ende N1 des zweiten Primärleiters N über ein Kontaktierungselement 16 mit einer diesem Ende N1 zugeordneten Anschlussklemme 30 elektrisch leitend verbunden. Das zweite Ende N2 des zweiten Primärleiters N ist über ein weiteres Kontaktierungselement 17, welches am Festkontaktträger 19 angeformt ist, mit dem Festkontakt 18 des Schutzschaltgerätes 1 elektrisch leitend verbunden. Der Festkontakt 18 bildet mit einem am Bewegkontakt 24 angeordneten Kontaktelement den N-seitigen Schaltkontakt des Schutzschaltgerätes 1. Über den geschlossenen Schaltkontakt ist das zweite Ende N2 indirekt mit der dem zweiten Primärleiter N zugeordneten Anschlussklemme elektrisch leitend verbunden.
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Anhand der Figuren wird im Folgenden das erfindungsgemäße Montageverfahren näher beschrieben:
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In einem ersten Schritt wird zunächst die Baugruppe 20, bestehend aus dem Summenstromwandler 21, dem ersten Primärleiter P sowie der thermischen Auslöseeinrichtung 22 vormontiert. Hierzu wird zunächst der erste Primärleiter P durch den Summenstromwandler 21 hindurchgeführt. Gegebenenfalls kann der erste Primärleiter P auch einfach oder mehrfach um den Magnetkern des Summenstromwandlers 21 gewickelt sein. Anschließend wird das erste Ende P1 des ersten Primärleiters P mittels einer hochwarmfesten Fügeverbindung mit dem ersten Kontaktierungselement 27, welches Bestandteil der thermischen Auslöseeinrichtung 22 ist, elektrisch leitend verbunden. Alternativ dazu ist es ebenso möglich, den ersten Primärleiter P zunächst mittels der hochwarmfesten Fügeverbindung mit dem ersten Kontaktierungselement 27 zu verbinden und erst anschließend den ersten Primärleiter P durch den Summenstromwandler 21 hindurchzuführen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Primärleiter P nicht um den Magnetkern des Summenstromwandlers 21 herum gewickelt werden muss.
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Vorteilhafter Weise wird in diesem ersten Schritt auch das zweite Ende P1 des ersten Primärleiters P mittels einer weiteren hochwarmfesten Fügeverbindung mit der diesem Ende zugeordneten, P-seitigen Anschlussklemme 30 des Schutzschaltgerätes 1 elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist es vorteilhaft, im ersten Schritt auch schon den zweiten Primärleiter N durch den Summenstromwandler 21 hindurchzuführen und ggf. einfach oder mehrfach um dessen Magnetkern herumzuwickeln. Diese beiden Montageschritte sind jedoch zur Ausführung des erfindungsgemäßen Montageverfahrens nicht zwingend in dieser Reihenfolge auszuführen.
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In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Montageverfahrens wird die vormontierte Baugruppe 20 P-seitig in die in der Gehäusetrennwand 10 ausgebildete Öffnung 13 eingesetzt, wobei die thermische Auslöseeinrichtung 22 im ersten Strompfadbereich 8 des Isolierstoffgehäuses 2 positioniert wird. Ein Teil des Summenstromwandlers 21 ragt dabei durch die Öffnung 13 in den zweiten Strompfadbereich 9 des Isolierstoffgehäuses 2 hinein.
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Im dritten Schritt werden das erste Ende N1 sowie das zweite Ende N2 des zweiten Primärleiters N mit dem dem jeweiligen Ende N1 bzw. N2 jeweils unmittelbar und eindeutig zugeordneten Kontaktierungselement 16 bzw. 17 in ihrer Einbaulage im zweiten Strompfadbereich 9 mittels nicht-hochwarmfester Fügeverbindungen elektrisch leitend verbunden. Dabei wird die dem ersten Ende N1 zugeordnete Anschlussklemme 30 auf das erste Ende N1 aufgesteckt; ebenso wird der dem zweiten Ende N2 zugeordnete Festkontaktträger 19 auf das zweite Ende N2 aufgesteckt. Beide N-seitigen Fügeverbindungen werden mit Hilfe eines nicht-hochwarmfesten Fügeverfahrens, beispielsweise mittels Weichlöten, ausgeführt. Da hiermit ein geringerer Wärmeeintrag verbunden ist, werden hierdurch keine Gerätekonturen oder Komponenten des Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes 1 übermäßig belastet. Die nicht-hochwarmfesten Fügeverbindungen sind an dieser Stelle ausreichend, da die thermische Belastung dieser Fügestellen im Betrieb des Schutzschaltgerätes 1 nicht allzu groß ist. Alternativ zum Weichlöten kann die Erstellung der nicht-hochwarmfesten Fügeverbindungen auch durch jedes andere Fügeverfahren erfolgen, sofern der Wärmeeintrag in das Gerät gering ist und die Kunststoffwände des Isolierstoffgehäuses 2 hierdurch nicht beschädigt werden.
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Mit der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Anordnung eines Fehlerstrom-Schutzschaltgerätes 1 sowie des erfindungsgemäßen Montageverfahrens wird überhaupt erst ermöglicht, den bei der netzspannungsunabhängigen FI-Technik notwendigen, deutlich größeren Summenstromwandler 21 in einem kompakten RCBO-Gerät unterzubringen. Aufgrund des geringen Bauraumes sind die Primärleiter P und N im Gerät sehr nahe an den geometrischen Konturen und Wänden des Isolierstoffgehäuses 2 angeordnet, welches der hohen thermischen Belastung (Nähe zur thermischen Auslöseeinrichtung 22) einer hochwarmfesten Verbindungstechnik wie Schweißen oder Hartlöten in der Regel nicht standhält. Hochwarmfeste Verbindungen sind an dieser Stelle jedoch erforderlich, um zu vermeiden, dass die starke Erwärmung der thermischen Auslöseeinrichtung 22 nicht-hochwarmfeste Verbindungen, beispielsweise Weichlot-Verbindungen, aufschmilzt und somit zerstört. Daher werden diejenigen Fügeverbindungen, die aufgrund der Geräte-bedingten Technik und Bauart hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, als hochwarmfeste Fügeverbindungen außerhalb des Gerätes ausgeführt. Diejenigen Verbindungen hingegen, die im Gerät einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt sind (geringere Nähe zur thermischen Auslöseeinrichtung 22), können dementsprechend als weniger temperaturstabile, nicht-hochwarmfeste Fügeverbindungen ausgeführt werden, beispielsweise durch Weichlöten. Da hiermit ein deutlich geringerer Wärmeeintrag verbunden ist, können dieser Verbindungen auch im Gerät, d.h. im bereits montierten Zustand der zu fügenden Bauteile im Isolierstoffgehäuse 2, ausgeführt werden. Durch die besondere Ausgestaltung der Primärleiter P und N sowie deren Enden P1, P2, N1 sowie N2 ist es nicht erforderlich, die Primärleiter P und N nach der Montage im Isolierstoffgehäuse 2 noch durch einen weiteren Biegeprozess auszuformen. Die Montage wird hierdurch weiter vereinfacht.
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Durch die Einführung kompakter Schutzschaltgeräte 1 werden die Ansprüche und Erwartungen auf Kundenseite hinsichtlich einer platzsparenden Bauweise deutlich erhöht. Dabei rücken die verwendeten Komponenten und Baugruppen immer näher zusammen, die ursprünglich noch vorhandenen, vergleichsweise großen Abstände, beispielsweise zwischen dem Summenstromwandler 21 und der thermischen Auslöseeinrichtung 22, werden deutlich geringer oder entfallen beinahe gänzlich. Dies erhöht die Stabilitätsanforderungen an die verwendeten Fügeverbindungen, was erfindungsgemäß durch einen hochwarmfesten Fügeprozess (beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen), der sich durch eine deutlich höhere thermische Stabilität auszeichnet und vorab, d.h. bereits vor der Montage der zu fügenden Komponenten in das Isolierstoffgehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 ausgeführt wird, gelöst wird. Dabei ist es notwendig, den Summenstromwandler 21 in beide Strompfade 8 und 9 des Schutzschaltgerätes 1 zu integrieren, wobei nicht alle Verbindungen vorab erstellt werden können, da der Summenstromwandler 21 immer von einer Seite montiert werden muss. Nach der Montage des Summenstromwandlers 21 werden die verbleibenden Fügeverbindungen auf der anderen Seite (N-Seite) mit einem bei niedrigeren Temperaturen stattfindenden Fügeprozess, beispielsweise durch Weichlöten, erzeugt.
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Bezugszeichenliste
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| 1 |
Schutzschaltgerät |
| 2 |
Isolierstoffgehäuse |
| 3 |
Betätigungselement |
| 4 |
Frontseite |
| 5 |
Befestigungsseite |
| 6 |
Schmalseite |
| 7 |
Breitseite |
| 8 |
erster Strompfadbereich |
| 9 |
zweiter Strompfadbereich |
| 10 |
Gehäusetrennwand |
| 11 |
erster Strompfad |
| 12 |
zweiter Strompfad |
| 13 |
Öffnung |
| 14 |
Gehäusemittelteil |
| 15 |
Klemmenaufnahmeraum |
| 16 |
Kontaktierungselement |
| 17 |
Kontaktierungselement |
| 18 |
Festkontakt |
| 19 |
Festkontaktträger |
| 20 |
Baugruppe |
| 21 |
Summenstromwandler |
| 22 |
thermische Auslöseeinrichtung |
| 23 |
Bimetallelement |
| 24 |
Bewegkontakt |
| 25 |
Blasschleife |
| 26 |
Leitschiene |
| 27 |
erstes Kontaktierungselement |
| 28 |
Litze |
| 30 |
Anschlussklemme |
| 31 |
Klemmrahmen |
| 32 |
Klemmschraube |
| P |
erster Primärleiter |
| P1 |
erstes Ende |
| P2 |
zweites Ende |
| N |
zweiter Primärleiter |
| N1 |
erstes Ende |
| N2 |
zweites Ende |
