DE19632462A1 - Schutzschalter mit Zwangstrennung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter mit ei­ nem Ein- und Ausgangsklemmen aufweisenden Gehäuse, in dem eine Funktionskette aus einem Summenstromwandler, einem Auslösere­ lais sowie einer Schaltkinematik für Kontaktanordnungen vorge­ sehen sind, wobei jede Kontaktanordnung einen elektrisch lei­ tenden, schwenkbar gelagerten Kontakthebel, der leitend mit einer Ausgangsklemme verbunden ist, sowie einen stationären Gegenkontakt aufweist.

Derartige Fehlerstromschutzschalter haben die Aufgabe, einen Schutz vor zu hohen Berührungsspannungen sowie einen Brand­ schutz zu liefern. Hierzu bedarf es einer großen Zuverlässig­ keit bei hoher Empfindlichkeit. Andererseits ist die verfüg­ bare Auslöseleistung bei derartigen Fehlerstromschutzschal­ tern, die durch den tatsächlich zur Erde fließenden Fehler­ strom bestimmt wird, nur in der Größenordnung von einigen 10 µm VA. Aufgrund dieser geringen Auslöseleistung besteht insbesondere bei Langzeiteinsatz das Problem, daß es zu Aus­ löseversagen kommen kann. Zwar besitzt üblicherweise jeder Fehlerstromschutzschalter eine Prüftaste, mit der die Funktion des Schaltgerätes turnusmäßig geprüft werden kann, um recht­ zeitig im Bedarfsfall den Fehlerstromschutzschalter durch ei­ nen neuen zu ersetzen. Hierzu sind jedoch regelmäßige Prüfun­ gen und damit verbunden Prüfkosten und gegebenenfalls Geräte­ abschaltungen bei Funktionsprüfungen verbunden.

Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß bei einem umfangreichen Feldtest der Berufsgenossenschaft etwa 4% der geprüften Feh­ lerstromschutzschalter ihre Schutzfunktion nicht erfüllten, weil ein Bauteil der Funktionskette im Langzeiteinsatz versag­ te. Ein derartiger Ausfall ist angesichts der hohen Sicher­ heitsanforderungen nicht tolerierbar, und es besteht das Be­ dürfnis nach Schaffung eines Fehlerstromschutzschalters, der zuverlässig im Fehlerfall immer auslöst.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Feh­ lerstromschutzschalter der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß bei Fließen eines Fehlerstroms trotz Ver­ sagens eines Bauteils der Funktionskette eine zuverlässige Trennfunktion realisiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordne­ ten Patentansprüchen zu entnehmen.

Gemäß der Erfindung ist vorteilhaft die Anordnung derart ge­ troffen, daß jeder schwenkbare Kontakthebel an einer Schwenk­ achse aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gelagert ist, die nur im Schwenkhebellagerbereich elektrisch leitend ist und die bei Auftreten eines Fehlerstroms und gleichzeiti­ gem Versagen eines Bauteils der Funktionskette axial zur Tren­ nung der elektrischen Verbindung im Schwenkhebellagerbereich verlagerbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird vorteilhaft in elektri­ schen Anlagen eine Zuverlässigkeit der Schutzschaltgeräte er­ reicht, die bisher eine Illusion zu sein schien. Zudem brau­ chen erfindungsgemäß aufgebaute Fehlerstromschutzschalter kei­ ne Prüftaste, da kein Prüfstromkreis mehr benötigt wird.

Von Vorteil ist ferner, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen sich in kompakter kleiner Bauform realisieren lassen, wodurch die Möglichkeit eröffnet ist, die erfindungsgemäße Weiterbil­ dung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Anspruchs 1 auch in bereits bekannten Fehlerstromschutzschaltern und deren Gehäu­ sen unterzubringen, weil kein zusätzlicher Platzbedarf und Montageaufwand für die Installation erforderlich ist.

Von Vorteil ist weiterhin, daß aufgrund der erzielbaren Zuver­ lässigkeit keine turnusmäßige Prüfung, beispielsweise seitens des Technischen Überwachungsvereins, mehr nötig ist und damit Prüfkosten gespart werden können.

Die bei der Erfindung vorgesehene axiale Verlagerung kann nach allen bekannten mechanischen und elektromechanischen Prinzi­ pien vorgenommen werden. Von besonderem Vorteil ist es hin­ sichtlich Baugröße und Ansprechempfindlichkeit, wenn über die axiale Verlagerung eine elektrisch zündbare Treibladung vor­ gesehen ist, wobei die Treibladung bevorzugt an einem stirn­ seitigen Ende der Schwenkachse angreift.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwenkachse quergeteilt, wobei an den zueinander weisenden Enden der Schwenkachse jeweils ein hälftiger Treibladungs-Auf­ nahmeabschnitt gebildet ist und wobei vorzugsweise die Aufnah­ meabschnitte an einem rohrförmigen Element geführt sind, in dem die Treibladung angeordnet ist und das eine vorzugsweise mittige Wandbohrung für den Eintritt einer elektrischen Zünd­ einrichtung aufweist, wobei bei Zündung der Treibladung an beiden Enden die Achsabschnitte zur axialen Auseinanderver­ schiebung beaufschlagbar sind.

Für das Prüfen des Versagens von Bauteilen der Funktionskette ist bevorzugt ein Zeitglied vorgesehen, das die elektrische Zündeinrichtung steuert.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, daß der Fehlerstromschutzschalter bei Fließen eines Fehlerstroms in gewohnter Weise auslöst. Versagt nun ein Bauteil in der Funktionskette in der Form, daß die durch das Zeitglied vorgegebene Auslösezeit überschritten wird, erfolgt eine elektrische Zündung der Treibladung durch die elektrische Zündeinrichtung mit der Folge, daß sämtliche bisher elektrisch leitend ausgebildeten Schwenkhebellagerbe­ reiche aufgrund der axialen Verlagerung der Schwenkachse zwangsläufig getrennt werden, weil die Schwenkhebel nunmehr nur noch an einem elektrisch isolierten Teil der Schwenkachse anliegen und damit eine leitende Verbindung zur Ausgangsklemme unterbrochen ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Schwenkachse mit ihren leitenden Abschnitten nach Art ei­ nes Schalters wirkt. Dabei wird in vorteilhafter Weise auch der Fehlermöglichkeit "verschweißter Kontakte" Rechnung getra­ gen, weil eine Zwangstrennung nicht in deren Kontaktbereich erfolgt.

Wenn die Schwenkachse etwa in der Mitte des Schaltgerätes ge­ teilt ist, ist es in günstiger Weise möglich, an der Trenn­ stelle die Treibladung unterzubringen, wobei hierfür verstärk­ te Enden zur Bildung der Treibladungs-Aufnahmeabschnitte vor­ gesehen sind, die den Treibsatz allseitig umfassen und in der Ausgangsstellung zwei Hälften einer geschlossenen Aufnahmekam­ mer für die Treibladung bilden. Bei Zündung werden die beiden Hälften der Aufnahmekammerabschnitte und damit der Schwenkach­ se in axialer Richtung voneinander wegbewegt, wobei vorteil­ haft die dafür erforderliche Energie der Treibladung nur ge­ ring zu sein braucht, da es nur erforderlich ist, die Rei­ bungskraft in dem Bereich der Kontaktanordnungen zu überwin­ den. Nach erfolgter Zwangstrennung ist dann sicher eine Unter­ brechung des Stromkreises erreicht, ohne daß die Gefahr einer mißbräuchlichen Wiedereinschaltung des Schaltgerätes gegeben ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fehlerstromschutzschal­ ters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht in Fig. 1 von links, wobei der Bereich der Schwenkhebellagerung und der Schwenkach­ se geschnitten ist; und

Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß Fig. 2, jedoch nach ausge­ löster Treibladung.

In Fig. 1 ist eine schematisierte Seitenansicht des Fehler­ stromschutzschalters 10 dargestellt, der ein Gehäuse 11 be­ sitzt, an dem eine Eingangsklemme 12 und eine Ausgangsklemme 13 zum Anschluß vor der elektrischen Leitung vorgesehen ist.

Für das manuelle Betätigen des Fehlerstromschutzschalters 10 ist ein Schaltknebel 13 vorgesehen, von dem beabstandet eine Prüftaste 14 aus dem Gehäuse 11 herausragt.

In dem Gehäuse 11 ist in nicht dargestellter Weise eine Funk­ tionskette aus einem Summenstromwandler, einem Auslöserelais sowie einer Schaltkinematik für Schaltkontaktanordnungen vor­ gesehen. Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Kontaktanordnung 15 mit einem stationären Kontakt 16 und einem elektrisch leitenden Kontakthebel 17 mit Anlagekontakt 18 sowie einen Lagerbereich 19, bei dem, wie Fig. 2 zu entnehmen ist, der Kontakthebel 17 auf einer Schwenkachse 20 gelagert ist. Die Schwenkachse 20 besteht aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff und ist im Bereich der in Fig. 2 gezeigten Lagerbereiche mit elektrisch leitenden Abschnitten 21 gebildet, die eine elektrisch leiten­ de Verbindung zu einer mit der Ausgangsklemme 13 verbundenen Schwenkachsenlagerung 22 bildet.

Wie näher aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Schwenkachse hälftig geteilt und besteht aus einem linken Abschnitt 23 und einem rechten Abschnitt 24. Im Teilungsbereich besitzen die zuein­ ander weisenden Enden der Schwenkachse hälftige Aufnahmekam­ mern 25 bzw. 26, die auf einem rohrförmigen Element 27 geführt sind. Das rohrförmige Element 27 dient gleichzeitig zur Auf­ nahme einer Treibleitung 28, die bei elektrischer Zündung mit­ tels einer nicht dargestellten Zündeinrichtung, die durch eine mittige Wandbohrung 29 des rohrförmigen Elements 27 erfolgt, aus den seitlichen Rohröffnungen auf die Aufnahmekammerab­ schnitte 25 und 26 wirkt, wie in Fig. 3 dargestellt.

Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 gezeigten Teil des Fehlerstrom­ schutzschalters 10 nach Auslösung, wobei die nicht dargestell­ te elektrische Zündeinrichtung über ein ebenfalls nicht darge­ stelltes Zeitglied gesteuert wird, das für das Prüfen des Ver­ sagens von Bauteilen der Funktionskette vorgesehen ist. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß nach Zündung die Lagerbereiche 19 der Kontakthebel 17 sich nicht mehr im leitenden Kontakt mit den elektrisch leitenden Abschnitten 21, sondern nur noch mit den an diesen anschließenden Abschnitten 23 bzw. 24 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff befinden. Hierdurch wird schnell und wirksam eine Zwangstrennung erreicht.

Claims (7)

1. Fehlerstromschutzschalter (10) mit einem Ein- und Ausgangsklemmen (12 bzw. 13) aufweisenden Gehäuse (11), in dem eine Funktionskette aus einem Summenstromwandler, ei­ nem Auslöserelais sowie einer Schaltkinematik für Kontakt­ anordnungen (15) vorgesehen sind, wobei jede Kontaktanord­ nung (15) einen elektrisch leitenden, schwenkbar gelager­ ten Kontakthebel (17), der leitend mit einer Ausgangsklem­ me (13) verbunden ist, sowie einen stationären Kontakt (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder schwenkbare Kontakthebel (17) an einer Schwenk­ achse (20) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gelagert ist, die nur im Schwenkhebellagerbereich (19) elektrisch leitend ist und bei Auftreten eines Fehler­ stroms und gleichzeitigem Versagen eines Bauteils der Funktionskette axial zur Trennung der elektrischen Ver­ bindung im Schwenkhebellagerbereich (19) verlagerbar ist.

2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die axiale Verlagerung der Schwenkachse (20) eine elektrisch zündbare Treibladung (28) vorgesehen ist.

3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (28) an ein stirnseitiges Ende der Schwenkachse (20) angreift.

4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (20) quergeteilt ist, wobei an den zueinander weisenden Enden der Schwenkachse (23, 24) je­ weils ein radial erweiterter hälftiger Treibladungs-Auf­ nahmeabschnitt (25, 26) gebildet ist.

5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hälftigen Treibladungs-Aufnahmeabschnitte (25, 26) an einem rohrförmigen Element (27) geführt sind, in dem die Treibladung (28) angeordnet ist und das eine vor­ zugsweise mittige Wandbohrung (29) für den Eintritt einer elektrischen Zündeinrichtung aufweist, wobei bei Zündung der Treibladung (28) an beiden Enden die Achsabschnitte (23, 24) zur axialen Auseinanderverschiebung gleichmäßig beaufschlagbar sind.

6. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zündeinrichtung über ein Zeitglied steuerbar ist, das für das Prüfen des Versagens von Bau­ teilen der Funktionskette vorgesehen ist.

7. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied auf eine vorgegebene Auslösezeit des Fehlerstromschutzschalters abgestimmt ist.