EP2485237B1 - Fehlerstromschutzschalter - Google Patents

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Publication number
EP2485237B1
EP2485237B1 EP11195006.9A EP11195006A EP2485237B1 EP 2485237 B1 EP2485237 B1 EP 2485237B1 EP 11195006 A EP11195006 A EP 11195006A EP 2485237 B1 EP2485237 B1 EP 2485237B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
current circuit
switching
residual
lever
Prior art date
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Active
Application number
EP11195006.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2485237A1 (de
Inventor
Andreas Mundt
Jürgen Bross
Johann Herrmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2485237A1 publication Critical patent/EP2485237A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2485237B1 publication Critical patent/EP2485237B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/52—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever
    • H01H71/526—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release actuated by lever the lever forming a toggle linkage with a second lever, the free end of which is directly and releasably engageable with a contact structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/02—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by earth fault currents

Definitions

  • the invention relates to a residual current circuit breaker for detecting fault currents, which has at least one switching contact, which is opened when a fault current occurs by means of a switching mechanism of the residual current circuit breaker.
  • the residual current circuit breaker on a trip relay with a movably mounted release plunger which is moved in the occurrence of a fault current from a starting position in a tripped position.
  • the switching mechanism is kinematically coupled to the release plunger.
  • the residual current circuit breaker on a rotatably mounted application lever to return the release plunger from the released position back to the starting position.
  • a residual current circuit breaker is a protective device to ensure protection against a dangerous fault current in an electrical system.
  • a fault current which is also referred to as differential current, occurs when a live line part has an electrical contact with earth. This is for example the case when a person touches a live part of an electrical system: in this case, the current flows as a fault current through the body of the person against the ground.
  • the electrical system quickly and safely disconnect all poles from the mains.
  • the terms residual current circuit breaker (RCD) or RCD (Residual Current Protective Device) are also used equivalently.
  • the differential current is determined with the aid of a so-called summation current transformer, which adds all the currents flowing to and from an electrical load with the correct sign. If a current is diverted to earth at any point in the circuit, the sum of currents flowing back and forth in the summation current transformer is not equal to zero. The determined current difference then leads to the triggering of the residual current circuit breaker and thus to the shutdown of the power supply in the relevant circuit. Since the differential currents determined are usually comparatively small, they also have only a low energy density. Therefore, the fault current can not, for example, in a circuit breaker, directly for triggering a switching mechanism, for example by means of a magnetic coil and a shock absorber in the event of a short-circuit release, can be used. Instead, a trip relay is usually used, which, however, has only a comparatively low release force because of the usually small residual current. Due to the low tripping energy such tripping relays therefore react comparatively sensitive to shocks and / or vibrations.
  • FR 2 858 109 A1 describes a locking arrangement for an automatic fuse switch off an electrical installation.
  • the arrangement comprises a spring mechanism and a lever with a stop area.
  • This area and a coupling surface define walls that form a stop when a coupling lever is in a stable position.
  • a coupling end of a hand lever acts against the stop.
  • the coupling surface is formed so that at each point of the surface, a surface normal coincides with a rotational axis direction of the lever.
  • WO 98/53473 A1 describes a kinematic system for actuating a moving contact of an automatic load switch.
  • An actuating mechanism has a rotatably mounted on the body of a switch and connected to a cross member actuator.
  • the cross member is connected to an actuating lever which is operatively connected to an actuating spring having a first common axis of rotation.
  • the actuating lever is further operatively connected to a return spring which is connected to the first common axis of rotation.
  • a relay has a mushroom-shaped element which acts on a return lever, which is kinematically connected to a hook which is supported by a second common axis of rotation.
  • An engagement lever, which is held by the hook is intended to cooperate with the rear portion of a pull lever, thereby enabling the triggering of the system.
  • GB 2 026 244 A describes a differential circuit breaker in which a trigger mechanism is connected via a single kinematic coupling with moving contacts.
  • the coupling comprises a first two-armed lever, which is latched to a release lever and connected by means of two connections with a second two-armed lever.
  • the latter is attached to an axle which carries a movable contact arm and is urged by a spring into an open position.
  • EP 0 327 460 A1 describes an electric differential circuit breaker with automatic shutdown.
  • a control handle is rotatably mounted.
  • a contact holder is also rotatably mounted and carries a contact.
  • a quick release mechanism is driven by a cam provided coaxially with the control handle, which is freely rotatably mounted with respect to the control handle. Latches activate the cam and hold it back.
  • a slider engages with a finger in the cam and in a latch lever, which is rotatably mounted and can engage in the contact holder.
  • the latch lever has a ramp by which it interacts with the path of a pin integral with the slider.
  • On the slider supported contact pressure means act in a closing mode on the contact holder.
  • the residual current circuit breaker according to the invention is designed to detect fault currents and has a tripping relay, with a tripping plunger, which is moved on the occurrence of a fault current from a starting position to a tripped position. Furthermore, the residual current circuit breaker has a switching mechanism which is kinematically coupled to the release plunger so that when a fault current occurs with the switching mechanism coupled switching contact is opened, and a rotatably mounted application lever to the release plunger via a restoring force from the tripped position in the Reset initial position.
  • the application lever is held in closed position by the switching mechanism against the restoring force in a first position and released when triggering the residual current circuit breaker of the switching mechanism, wherein the application lever is kinematically coupled to the switching mechanism that when triggering the residual current circuit breaker arranged on the switching mechanism control slides on a trained as a control cam portion of the Anlegehebels along until the landing lever is released.
  • the interaction of the arranged on the switching mechanism control with the trained as a control cam portion of the Anlegehebels represents a cam control.
  • This has the advantage that the coupling of the switching mechanism with the Anlegehebel has a freewheel: in a highly dynamic triggering operation, the control of the switching mechanism runs along the control curve under the Anlegehebel away until it is free, ie Control and control cam are no longer in contact with each other.
  • the apply lever is now no longer held in the first position and is thus rotatable, so that the restoring force, the rotation of the apply lever can cause the return of the trigger plunger from its tripped position to its original position.
  • the control is formed on a rotatably mounted switching shaft of the switching mechanism and cooperates with the control cam that when triggering the residual current circuit breaker the switching shaft is rotated to open the switching contact and release the Anlegehebel, and when closing the switch contact of the Anlegehebel by a Rotation of the shift shaft is spent in the first position and held there.
  • the arrangement of the control on the switching shaft of the residual current circuit breaker provides a simple way to constructively implement the curve control, ie the interaction
  • An additional mechanical coupling of the docking lever to the switching mechanism - for example via a drawbar or a linkage - is not required, whereby the number of parts can be reduced and the assembly costs can be reduced.
  • control cam interacts with the control element formed on the selector shaft such that the contact lever reaches its first position already within a first rotational angle range of the selector shaft when the switch contact closes.
  • the size of the first rotation angle range is characterized by the structural design of the cam control, i. adjustable by the shape of the control cam and the control and their interaction.
  • the first rotation angle range of the switching shaft is approximately 15 ° to 20 °.
  • the mechanical spring is designed as a torsion spring.
  • a torsion spring provides a simple and cost-effective way to apply the restoring force for the rotational movement of the docking lever.
  • a contact region of the control element with the control cam is pressurized.
  • the application lever has a bayonet contour for safe storage of the application lever. With the help of the bayonet contour of the application lever is secured to a journal of the residual current circuit breaker in the axial direction against unintentional disassembly. The reliability of the residual current circuit breaker is thereby further improved.
  • a fault current circuit breaker for example, be formed 4-pin: this includes, inter alia, a switching mechanism, a trip relay and four switching contacts (for Unterberechung the three phase lines and the neutral conductor) on. Since the movement of the application lever is kinematically decoupled from the highly dynamic movement of the switching mechanism or the selector shaft, a change in the number of poles of the residual current circuit breaker to be switched does not affect the restoring force for resetting the trigger plunger.
  • FIG. 1 the fault current circuit breaker 10 according to the invention is shown schematically in a side view.
  • the residual current circuit breaker 10 has a housing 11 with a front side 16 and a rear side 17 arranged opposite the front side 16.
  • an operating element 12 for manual operation of the residual current circuit breaker 10 is formed.
  • a mounting rail (not shown) are attached.
  • a movable locking element 14 is arranged for engaging behind the support rail on the housing 11, which is manually operable to release the residual current circuit breaker 10 of the support rail via a slider 13.
  • the residual current circuit breaker 10 has a switching contact (not shown) with a relative to the housing 11 fixedly arranged contact piece and a relatively movable contact piece.
  • the switching contact is opened by means of a switching mechanism of the residual current circuit breaker 10.
  • the movable contact piece of the switch contact is kinematically coupled to a rotatably mounted in the housing 11 shift shaft 30 of the switching mechanism, that the switching contact 30 is opened or closed by a rotational movement of the switching shaft.
  • the residual current circuit breaker 10 a trip relay 20 with a movably mounted Trigger plunger 21, which is also kinematically coupled to the switching mechanism.
  • the tripping relay 21 is moved from a starting position to a tripped position via the tripping relay 20, whereby the switching mechanism of the residual current circuit breaker 10 is triggered and the switching contact is opened.
  • the residual current circuit breaker 10 has a so-called application lever 40, which is rotatably mounted in the housing 11.
  • the residual current circuit breaker 10 may also have a plurality of switching contacts, all of which can be actuated by means of the switching mechanism of the residual current circuit breaker 10.
  • FIG. 2 the landing lever 40 according to the invention is shown schematically in several perspective views.
  • the application lever 40 has a bearing bore 44, via which it in the mounted state on a housing 11 formed on the journal 18 (see FIGS. 3A and 3B ) is rotatably mounted. With the help of a trained on Anlegehebel 40, arcuate bayonet contour 43, the storage of the landing lever 40 is secured to the bearing pin 18 in the axial direction.
  • an actuating surface 45 is formed for returning the release plunger 21 from the released position to the starting position.
  • a mounting snaphook 52 is eye-shaped on the application lever 40, which for securing the application lever 40 during assembly to a latching edge 53 (see FIGS. 4A to 4D ) of the residual current circuit breaker 10 can be latched.
  • the application lever 40 has a cam 41 formed on a pin-like projection 48.
  • the outer surface of the bearing bore 44 is formed as a bearing mandrel 46 for receiving and supporting a contact spring 42.
  • the application spring 42 is designed as a torsion spring and serves to provide the required to reset the release plunger 21 restoring force. Since the restoring force of the Applying spring 42 is provided, it is possible to kinematically decouple the return movement of the engaging lever 40 from the highly dynamic rotational movement of the switching shaft 30, as occurs when opening the switching contact or the switching contacts of the residual current circuit breaker 10. The restoring force is thus independent of the contact force of the switch contacts and regardless of the number of poles or the number of switching contacts of the residual current circuit breaker 10. In this way, a gentle, largely shock-free resetting of the trigger plunger 21 in its initial position by a gentle rotational movement of the landing lever 40 allows.
  • FIGS. 3A to 3D is the interaction of the switching mechanism with the application lever 40 during various switching states of the residual current circuit breaker 10 - each in a side view - shown schematically.
  • FIG. 3A an OFF position of the residual current circuit breaker 10 is shown.
  • the switching contact is open, the switching shaft 30 with the movable contact piece coupled thereto is in an open position corresponding to the OFF position.
  • the movable contact piece and the stationarily arranged contact piece of the switching contact are not in contact with each other, so that no current flows through the switching contact.
  • the OFF position of the residual current circuit breaker 10 of the application lever 40 with its actuating surface 45 on so-called ram plate 22 of the trip relay 20 at.
  • the ram plate 22 is fixed to a lower end of the release ram 21. Due to the restoring force applied by the torque of the application spring 42, the actuation surface 45 of the application lever 40 bears against the plunger plate 22 with a constant force, so that false triggering of the release relay 20 is prevented from the outset due to vibrations.
  • FIG. 3B shows the interaction of the switching shaft 30 with the application lever 40 during a switch-on of the residual current circuit breaker 10.
  • the actuator 12 see Fig. 1
  • the switching shaft 30 is thereby counter-clockwise rotated in rotation.
  • the formed on the cam 32 of the shift shaft 30 control member 31 formed on the Anformung 48 of the Anlegehebels 40 control cam 41.
  • the pin-like Anformung 48 driven by the cam 32, so that the application lever 40 is also offset in the counterclockwise direction in a rotary motion.
  • the kinematic interaction of the control element 31 with the control cam 41 is carried out by a corresponding shaping of the control element 31 and / or the control curve 41 such that the application lever 40 its complete stroke, ie its complete rotational movement, which is required to the release plunger 21 with to reset the desired force, already within a first rotational angle range ⁇ of the shift shaft 30 performs.
  • the application lever 40 thus reaches its first position already at an early point in time, even before the switching contact is closed by the further rotation of the switching shaft 30 by a further rotation angle range ⁇ (see FIG Fig. 3C ).
  • This has the advantage that the application lever 40 is already in its first position when the residual current circuit breaker 10 is switched on and is therefore "ready", even if a fault current occurs Immediately after switch-on.
  • the size of the first rotation angle range ⁇ is also adjustable by the structural design of the cam control, ie by the shape of the control cam 41 and the control element 31 and their interaction.
  • FIG. 3C is the switching shaft 30 in a position in which the switching contact is closed. Since the control cam 41 of the application lever 40 is formed flatter in this area, the rotational movement of the shift shaft 30 in the further rotation angle range ⁇ has no noticeable effect on the rotational position of the application lever 40. Since the application lever 40 its first position within the first rotation angle range ⁇ of Switching shaft 30 has reached, the further rotation angle range ⁇ of the shift shaft 30 thus only leads to the closing of the switch contact.
  • FIG 3D the fault current circuit breaker 10 is shown in its tripped position as it occurs after tripping of the residual current circuit breaker 10 due to a fault current. If a fault current is detected, this leads to a tripping of the tripping relay 20 and thus to a movement of the tripping plunger 21. In this way, the switching mechanism of the residual current circuit breaker 10 is actuated, whereby a highly dynamic shutdown is initiated. In this case, the switching contact of the residual current circuit breaker 10 is opened by a rotational movement of the switching shaft 30 in a clockwise direction, whereby the current flow is interrupted via the switching contact. The shift shaft 30 is doing in their in Fig. 3D shown OFF position moves.
  • the highly dynamic tearing movement of the shift shaft 30 is not transmitted to the application lever 40.
  • the cam 42 of the shift shaft 30 passes under the formed on the Anformung 48 cam 41 away, until the contact between the control cam 42 and the control member 31 is interrupted, whereby the application lever 40 is released for its rotational movement.
  • the trip relay 20 is thereby protected from shocks and / or shocks, as they can be caused by the highly dynamic tearing movement of the switching shaft 30 to open the switch contact.
  • FIGS. 4A to 4E the sequence of mounting the landing lever 40 according to the invention is shown schematically - each in a side view of the residual current circuit breaker 10 - in several assembly steps.
  • FIG. 4A is shown a position for attaching the docking lever 40.
  • the application lever 40 is used together with the pre-mounted on the bearing mandrel 46 apply spring 42 (see FIG. 2 ) in the FIG. 4A shown position with its bearing bore 44 mounted on the formed in an inner wall 19 of the residual current circuit breaker 10 bearing pin 18.
  • the bayonet contour 43 of the docking lever 40 is not yet engaged.
  • a spring leg 49 of the application spring 42 which later rests against a housing contour of the housing 11 of the residual current circuit breaker 10 to exert the restoring force on the application lever 40 is still free.
  • the actuating surface 45 for resetting the trigger plunger 21 on the plunger plate 22 is located at the beginning of the installation of the application lever 40 in the space of the trip relay 20. An assembly of the trip relay 20 is therefore only after the installation of the docking lever 40th possible. When mounted trip relay 20 thereby disassembly of the docking lever 40 is no longer possible.
  • FIG. 4C the application lever 40 is shown in a position in which the bayonet contour 43 already partially engages behind a projection 51 formed in the inner wall 19 and is therefore already partly covered by the projection 51.
  • the application lever 40 is secured in this rotational position against axial detachment from the bearing pin 18.
  • the bayonet contour 43 permanently engages behind this projection 51 at least partially.
  • a further axial securing of the application lever 40, for example by a cover plate, is therefore no longer necessary.
  • the bearing pin 18 for supporting the landing lever 40 requires no further support and is designed as a flying journal.
  • a trained on Anlegehebel 40 mounting snap hook 52 is about to latch with the formed on the inner wall 19 locking edge 53rd
  • FIG. 4D shows the application lever 40 in a locked position of the mounting snap hook 52.
  • the mounting snap hook 52 is latched to the locking edge 53, so that the application lever 40 can not be rotated in the clockwise direction.
  • FIG. 4A shown mounting position for attaching the application lever 40 is moved to the bearing pin 18. This ensures that the bayonet contour 43 remains permanently engaged and the application lever 40 is thus secured against axial movement on the bearing journal 18.
  • the assembly process is significantly simplified.
  • the mounting snap hook 52 is shaped such that a release of the latching connection of the mounting snap hook 52 is possible at the locking edge 53 only by a manual pushing away of the mounting snap hook 52.
  • FIG. 4E the position of the docking lever 40 during assembly of the trip relay 20 is shown.
  • the apply lever 40 is moved over its first position (see FIGS. 3B and 3C ) into the in Figure 4E shown rotated position.
  • the actuating surface 45 of the Anlegehebels 40 for resetting the trigger plunger 21 is far away from the trip relay 20 and releases the space required for mounting the trip relay 20 space. This is necessary because the trip relay 20 has at its lower end a hook 24 for limiting the plunger stroke of the trigger plunger 21.
  • the Figure 4E illustrated position of the apply lever 40 represents an end position for a rotation of the apply lever counterclockwise, which is limited by a formed on the housing 11 stop for the apply lever.
  • the bayonet contour 43 of the application lever 40 thus remains in engagement with the projection 51 formed on the inner wall 19, so that the application lever is also secured axially in this position.
  • the application spring 42 is dimensioned such that it is not damaged even at this maximum deflection. If the application lever 40 is released from this position again, it rotates, driven by the restoring force applied by the application spring 42, as far as in the clockwise direction until the actuation surface 45 of the application lever 40 rests against the plunger plate 22 of the release relay 20.

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  • Breakers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter zum Erfassen von Fehlerströmen, welcher zumindest einen Schaltkontakt aufweist, der bei Auftreten eines Fehlerstroms mit Hilfe einer Schaltmechanik des Fehlerstromschutzschalters geöffnet wird. Hierzu weist der Fehlerstromschutzschalter ein Auslöse-Relais mit einem beweglich gelagerten Auslösestößel auf, welcher beim Auftreten eines Fehlerstroms von einer Ausgangsposition in eine Ausgelöst-Position bewegt wird. Hierzu ist die Schaltmechanik mit dem Auslösestößel kinematisch gekoppelt. Weiterhin weist der Fehlerstromschutzschalter einen drehbar gelagerten Anlegehebel auf, um den Auslösestößel von der Ausgelöst-Position wieder in die Ausgangsposition zurückzustellen.
  • Ein Fehlerstromschutzschalter ist eine Schutzeinrichtung zur Sicherstellung 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 für einen Fehlerstromschutzschalter auch die Begriffe FI-Schutzschalter (kurz: FI-Schalter) oder RCD (für Residual Current Protective Device) gleichwertig verwendet.
  • Die Ermittlung des Differenzstroms erfolgt mit Hilfe eines sogenannten Summenstromwandlers, der alle zu einem und von einem elektrischen Verbraucher fließenden Ströme vorzeichenrichtig addiert. Wird an einer beliebigen Stelle im Stromkreis ein Strom gegen Erde abgeleitet, so ist die im Summenstromwandler erfasste Summe von hin- und zurückfließenden Strömen ungleich Null. Die ermittelte Stromdifferenz führt dann zum Auslösen des Fehlerstromschutzschalters und damit zur Abschaltung der Stromzufuhr im betreffenden Stromkreis. Da die ermittelten Differenzströme in der Regel vergleichsweise klein sind verfügen Sie auch nur über eine geringe Energiedichte. Daher kann der Fehlerstrom nicht, wie beispielsweise bei einem Leitungsschutzschalter, direkt zur Auslösung eines Schaltschlosses, beispielsweise mit Hilfe einer Magnetspule und einem Schlaganker im Falle einer Kurzschlussauslösung, verwendet werden. Stattdessen wird in der Regel ein Auslöse-Relais verwendet, welches jedoch wegen des zumeist geringen Differenzstromes nur über eine vergleichsweise geringe Auslösekraft verfügt. Aufgrund der geringen Auslöseenergie reagieren derartige Auslöse-Relais daher vergleichsweise empfindlich auf Stöße und/oder Vibrationen.
  • Bei Fehlerstromschutzschaltern sind jedoch zumeist hohe Auslösekräfte erforderlich, da beim Auslösen alle Pole des Fehlerstromschutzschalters durch die Schaltmechanik vom Netz getrennt werden müssen. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Fehlerstromschutzschalter bekannt, welche zur Realisierung entsprechend hoher Auslösekräfte eine sogenannte Kniehebelschaltmechanik aufweisen. Dabei wird der sogenannte Kniehebel-Effekt verwendet, wonach die eingeleitete Kraft im Bereich des fast durchgestreckten Knies stark verstärkt werden kann, während vorhergehende Bewegungen mit geringer Kraft und somit mit relativ hoher Geschwindigkeit erfolgen können. Beim Einschalten des Fehlerstromschutzschalters per Hand über ein Betätigungselement wird die Bewegung über ein oberes und ein unteres Glied der Kniehebelschaltmechanik auf eine Schaltwelle übertragen, wodurch die mit der Schaltwelle gekoppelten Schaltkontakte geschlossen werden. Eine derartige Kniehebelschaltmechanik für einen Fehlerstromschutzschalter ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 8702467 U1 bekannt.
  • Weiterhin sind Fehlerstromschutzschalter bekannt, bei denen der Anlegehebel über einen Zugbügel mit der Schaltmechanik gekoppelt ist. Hierfür sind einerseits zusätzliche Bauteile erforderlich. Da der Zugbügel an einem Ende in einer Art Freilaufniere gelagert ist, besteht andererseits die Gefahr, dass bei einem hochdynamischen Abschaltvorgang der Schaltmechanik der dem Zugbügel in der Freilaufniere zur Verfügung stehende Weg nicht ausreicht, und somit Stöße von der Schaltmechanik über den Zugbügel auf den Anlegehebel übertragen werden. Ein sanftes Zurückstellen des Auslösestößels des vergleichsweise empfindlichen Auslöse-Relais ist daher bei einem hochdynamisch schaltenden Kontaktsystem nicht zu gewährleisten.
  • Ferner sind Fehlerstromschutzschalter bekannt, welche ein Auslöse-Relais aufweisen, das weniger empfindlich auf Erschütterungen, wie sie beispielsweise beim Zurückstellen des Auslösestößels durch den Anlegehebel verursacht werden, reagiert. Dabei wird die gesamte Energie der schnell drehenden Schaltwelle direkt, von einer Feder gedämpft, auf das Auslöse-Relais übertragen. Hierbei ist jedoch nachteilig, dass die Kraft, die von der Schaltwelle auf das Auslöse-Relais übertragen wird, mit der Anzahl der Pole des Fehlerstromschutzschalters, d.h. mit den von der Schaltwelle zu schaltenden Schaltkontakten, variiert. Weiterhin ist die auf das Auslöse-Relais über den Anlegehebel einwirkende Kraft zum Zurückstellen des Auslösestößels starken Schwankungen aufgrund variierender Abschaltbedingungen des Fehlerstromschutzschalters unterworfen, je nachdem wie viel Energie von der Schaltwelle zum Öffnen der möglicherweise verklebten Schaltkontakte aufgebracht werden muss. Die auf den Anlegehebel einwirkende Kraft zum Zurückstellen des Auslösestößels ist im Einzelfall unter diesen Bedingungen kaum vorhersagbar.
  • FR 2 858 109 A1 beschreibt eine Arretierungsanordnung für einen automatischen Sicherungsabschalter einer elektrischen Installation. Die Anordnung umfasst einen Federmechanismus und einen Hebel mit einem Anschlagsbereich. Dieser Bereich und eine Kopplungsfläche definieren ein Wandungen die einen Anschlag bilden, wenn sich ein Kopplungshebel in einer stabilen Position befindet. Ein Kopplungsende eines Handhebels wirkt gegen den Anschlag. Die Kopplungsoberfläche ist so ausgebildet, dass an jedem Punkt der Oberfläche eine Oberflächennormale mit einer Drehachsenrichtung des Hebels zusammenfällt.
  • DE 10 2007 010 270 B3 beschreibt einen Fehlerstromschutzschalter mit einem Griffelement, an das eine Zugfeder exzentrisch angreift. Das von der Zugfeder auf das Griffelement ausgeübte Drehmoment erhöht sich bis zur Aus-Stellung und ist im Bereich der Ein-Stellung relativ gering. An dem Griffelement ist weiterhin eine Nocke ausgebildet, die beim Übergang in die Aus-Stellung auf eine Blattfeder drückt. Die Blattfeder drückt einen Stößel eines Haltemagneten in seine Ursprungsstellung zurück.
  • WO 98/53473 A1 beschreibt ein kinematisches System zur Betätigung eines beweglichen Kontaktes eines automatischen Lastschalters. Ein Betätigungsmechanismus weist ein drehbar am Körper eines Schalters angelenktes und mit einem Querelement verbundenes Betätigungselement auf. Das Querelement ist mit einem Betätigungshebel verbunden, der operativ mit einer Betätigungsfeder mit einer ersten gemeinsamen Drehachse verbunden ist. Der Betätigungshebel ist weiterhin operativ mit einer Rückstellfeder verbunden, die mit der ersten gemeinsamen Drehachse verbunden ist. Ein Relais weist ein pilzförmiges Element auf, welches auf einen Rückstellhebel wirkt, der kinematisch mit einem Haken verbunden ist, der durch eine zweite gemeinsame Drehachse getragen wird. Ein Eingriffshebel, der durch den Haken gehalten wird, ist dazu vorgesehen, mit dem rückwärtigen Bereich eines Zughebels zusammenzuwirken, wodurch das Auslösen des Systems ermöglicht wird.
  • GB 2 026 244 A beschreibt einen Differential-Schutzschalter, bei dem ein Auslösemechanismus über eine einzige kinematische Kopplung mit beweglichen Kontakten verbunden ist. Die Kopplung umfasst einen ersten zweiarmigen Hebel, der an einem Auslösehebel eingeklinkt und mittels zweier Verbindungen mit einem zweiten zweiarmigen Hebel verbunden ist. Letzterer ist an einer Achse befestigt, die einen beweglichen Kontaktarm trägt und durch eine Feder in eine Offen-Position gedrängt wird.
  • EP 0 327 460 A1 beschreibt einen elektrischen Differential-schutzschalter mit automatischer Ausschaltung. Ein Steuergriff ist drehbar angebracht. Ein Kontakthalter ist ebenfalls drehbar angebracht und trägt einen Kontakt. Ein Schnellauslösemechanismus wird von einer koaxial mit dem Steuergriff vorgesehenen Nocke angesteuert, die in Bezug auf den Steuergriff frei drehbar angebracht ist. Rastklinken steuern die Nocke an und halten diese zurück. Ein Schieber greift mit einem Finger in die Nocke und in einen Einklinkhebel ein, der drehbar angebracht ist und in den Kontakthalter eingreifen kann. Der Einklinkhebel weist eine Rampe auf, mittels der er mit dem Weg eines Stiftes wechselwirkt, der integral mit dem Schieber vorgesehen ist. Auf dem Schieber abgestützte Kontaktdruckmittel wirken in einem Schließ-Modus auf den Kontakthalter ein.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Fehlerstromschutzschalter bereitzustellen, welcher ein Auslöse-Relais mit einem Auslösestößel aufweist, der mittels einer vordefinierten Rückstellkraft - unabhängig von der Kontaktkraft der Schaltkontakte sowie unabhängig von der Anzahl der Pole des Fehlerstromschutzschalters - stoßfrei zurückgestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschalter ist zum Erfassen von Fehlerströmen ausgebildet und weist ein Auslöse-Relais auf, mit einem Auslösestößel, welcher beim Auftreten eines Fehlerstroms von einer Ausgangsposition in eine Ausgelöst-Position bewegt wird. Weiterhin weist der Fehlerstromschutzschalter eine Schaltmechanik, welche mit dem Auslösestößel derart kinematisch gekoppelt ist, dass beim Auftreten eines Fehlerstroms ein mit der Schaltmechanik gekoppelter Schaltkontakt geöffnet wird, sowie einen drehbar gelagerten Anlegehebel auf, um den Auslösestößel über eine Rückstellkraft von der Ausgelöst-Position in die Ausgangsposition zurückzustellen. Dabei wird der Anlegehebel bei geschlossenem Schaltkontakt von der Schaltmechanik gegen die Rückstellkraft in einer ersten Position gehalten und beim Auslösen des Fehlerstromschutzschalters von der Schaltmechanik freigegeben, wobei der Anlegehebel kinematisch derart an die Schaltmechanik gekoppelt ist, dass beim Auslösen des Fehlerstromschutzschalters ein an der Schaltmechanik angeordnetes Steuerelement an einem als Steuerkurve ausgebildeten Bereich des Anlegehebels entlang gleitet, bis der Anlegehebel freigegeben ist.
  • Indem das Steuerelement an der Steuerkurve des Anlegehebels solange entlang gleitet, bis der Anlegehebel freigegeben ist, wird vermieden, dass Stöße oder Erschütterungen, wie sie bei einem hochdynamischen Abschaltvorgang auftreten können, von der Schaltmechanik auf den Anlegehebel - und damit auf das empfindliche Auslöse-Relais - übertragen werden. Die Bewegung des Anlegehebels wird von der hochdynamischen Bewegung der Schaltmechanik kinematisch entkoppelt. Auf diese Weise wird der Auslösestößel sanft - d.h. weitestgehend stoßfrei und ohne Prelleffekte - in seine Ausgangsposition zurückgestellt. Beschädigungen am Auslöse-Relais werden somit sicher unterbunden.
  • Das Zusammenwirken des an der Schaltmechanik angeordneten Steuerelements mit dem als Steuerkurve ausgebildeten Bereich des Anlegehebels stellt eine Kurvensteuerung dar. Diese hat den Vorteil, dass die Kopplung der Schaltmechanik mit dem Anlegehebel einen Freilauf aufweist: bei einem hochdynamischen Auslösevorgang läuft das Steuerelement der Schaltmechanik entlang der Steuerkurve unter dem Anlegehebel hinweg, bis dieser frei ist, d.h. Steuerelement und Steuerkurve stehen miteinander nicht mehr in Kontakt. Der Anlegehebel wird nun nicht mehr in der ersten Position gehalten und ist somit drehbar, so dass die Rückstellkraft die Drehung des Anlegehebels die Rückstellung des Auslösestößels von seiner Ausgelöst-Position in seine Ausgangsposition bewirken kann.
  • Das Steuerelement ist an einer drehbar gelagerten Schaltwelle der Schaltmechanik ausgebildet und wirkt derart mit der Steuerkurve zusammen, dass beim Auslösen des Fehlerstromschutzschalters die Schaltwelle in Drehung versetzt wird, um den Schaltkontakt zu öffnen und den Anlegehebel freizugeben, und beim Schließen des Schaltkontakts der Anlegehebel durch eine Drehung der Schaltwelle in die erste Position verbracht und dort gehalten wird.
  • Die Anordnung des Steuerelements an der Schaltwelle des Fehlerstromschutzschalters stellt eine einfache Möglichkeit zur konstruktiven Umsetzung der Kurvensteuerung, d.h. des Zusammenwirkens des Steuerelements mit der Steuerkurve des Anlegehebels, dar. Eine zusätzliche mechanische Kopplung des Anlegehebels an die Schaltmechanik - beispielsweise über einen Zugbügel oder ein Gestänge - ist nicht erforderlich, wodurch die Teileanzahl reduziert und die Montagekosten gesenkt werden können.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Fehlerstromschutzschalters wirkt die Steuerkurve mit dem an der Schaltwelle ausgebildeten Steuerelement derart zusammen, dass der Anlegehebel beim Schließen des Schaltkontakts seine erste Position bereits innerhalb eines ersten Drehwinkelbereichs der Schaltwelle erreicht.
  • Hierdurch ist sichergestellt, dass der Anlegehebel beim Einschalten des Fehlerstromschutzschalters seine erste Position erreicht, bevor der Schaltkontakt durch das Weiterdrehen der Schaltwelle um einen weiteren Drehwinkelbereich geschlossen wird. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass sich der Anlegehebel auch bei Auftreten eines Fehlerstroms unmittelbar nach dem Einschalten des Fehlerstromschutzschalters bereits in seiner erste Position befindet und somit "bereit" ist. Die Größe des ersten Drehwinkelbereichs ist dabei durch die konstruktive Gestaltung der Kurvensteuerung, d.h. durch die Formgebung der Steuerkurve und des Steuerelements sowie deren Zusammenwirken einstellbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Fehlerstromschutzschalters beträgt der erste Drehwinkelbereich der Schaltwelle ca. 15° bis 20°.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Fehlerstromschutzschalters ist die von dem Anlegehebel aufzubringende Rückstellkraft mit Hilfe einer mechanischen Feder realisiert.
  • Da die Kraft zum Zurückstellen des Auslösestößels nicht von der zum Öffnen des Schaltkontakts ausgelösten Schaltmechanik, sondern von einer mechanischen Feder, welche sich beispielsweise gegen ein Gehäuseelement des Fehlerstromschutzschalters abstützt, aufgebracht wird, ist diese Rückstellkraft unabhängig von der Kontaktkraft der Schaltkontakte und damit unabhängig von der Anzahl der Pole bzw. der Schaltkontakte des Fehlerstromschutzschalters. Die Bewegung des Anlegehebels wird von der hochdynamischen Bewegung der Schaltmechanik bzw. der Schaltwelle kinematisch entkoppelt, wodurch ein sanftes Rückstellen des Auslösestößels ermöglicht wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Fehlerstromschutzschalters ist die mechanische Feder als Drehfeder ausgebildet. Eine Drehfeder stellt eine einfach und kostengünstig zu realisierende Möglichkeit zum Aufbringen der Rückstellkraft für die Drehbewegung des Anlegehebels dar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Fehlerstromschutzschalters ist ein Kontaktbereich des Steuerelements mit der Steuerkurve druckbeaufschlagt ausgebildet. Indem der Anlegehebel mit der Schaltwelle über eine aufgrund der Rückstellkraft unter Druck stehende Kurvensteuerung kinematisch gekoppelt ist, ist es möglich, den Auslösestößel möglichst sanft, d.h. stoßfrei und ohne die Übertragung von Prelleffekten von der Schaltmechanik auf den Anlegehebel, in seine Ausgangsposition zurückzustellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Fehlerstromschutzschalters weist der Anlegehebel eine Bajonettkontur zur sicheren Lagerung des Anlegehebels auf. Mit Hilfe der Bajonettkontur wird der Anlegehebel auf einem Lagerzapfen des Fehlerstromschutzschalters in axialer Richtung gegen ein unbeabsichtigtes Demontieren gesichert. Die Zuverlässigkeit des Fehlerstromschutzschalters wird dadurch weiter verbessert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Fehlerstromschutzschalter einen weiteren Schaltkontakt auf, welcher mittels der Schaltmechanik betätigbar ist.
  • Üblicherweise wird eine mittels eines Fehlerstromschutzschalters abgesicherte elektrische Anlage bei Auftreten eines Fehlerstromes allpolig vom Leitungsnetz getrennt. Aus diesem Grund kann ein Fehlerstromschutzschalter beispielsweise 4-polig ausgebildet sein: er weist hierzu unter anderem eine Schaltmechanik, ein Auslöse-Relais sowie vier Schaltkontakte (zur Unterberechung der drei Phasenleitungen sowie des Neutralleiters) auf. Da die Bewegung des Anlegehebels von der hochdynamischen Bewegung der Schaltmechanik bzw. der Schaltwelle kinematisch entkoppelt ist, wirkt sich eine Änderung der Anzahl der zu schaltenden Pole des Fehlerstromschutzschalters nicht auf die Rückstellkraft zum Zurückstellen des Auslösestößels aus.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Fehlerstromschutzschalters unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters in einer Seitenansicht;
    Figur 2
    schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Anlegehebels in mehreren Ansichten;
    Figuren 3A bis 3D
    schematische Darstellungen des Zusammenwirkens der Schaltmechanik mit dem Anlegehebel während verschiedener Schaltzustände des Fehlerstromschutzschalters;
    Figuren 4A bis 4E
    schematische Darstellungen des Montageablaufs des erfindungsgemäßen Anlegehebels in mehreren Montageschritten.
  • 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 Figur 1 ist der erfindungsgemäße Fehlerstromschutzschalter 10 in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Der Fehlerstromschutzschalter 10 weist ein Gehäuse 11 mit einer Vorderseite 16 sowie einer der Vorderseite 16 gegenüberliegend angeordneten Rückseite 17 auf. An der Vorderseite 16 ist ein Bedienelement 12 zur manuellen Betätigung des Fehlerstromschutzschalters 10 ausgebildet. Mit der Rückseite 17 kann der Fehlerstromschutzschalter 10 an einer Tragschiene (nicht dargestellt) befestigt werden. Hierzu ist am Gehäuse 11 ein bewegliches Rastelement 14 zum Hintergreifen der Tragschiene angeordnet, welches zum Lösen des Fehlerstromschutzschalters 10 von der Tragschiene über einen Schieber 13 manuell betätigbar ist.
  • Im Inneren des Gehäuses 11 weist der Fehlerstromschutzschalter 10 einen Schaltkontakt (nicht dargestellt) mit einem relativ zum Gehäuse 11 ortsfest angeordnetem Kontaktstück sowie einem relativ dazu beweglichen Kontaktstück auf. Bei Auftreten eines Fehlerstroms wird der Schaltkontakt mittels einer Schaltmechanik des Fehlerstromschutzschalters 10 geöffnet. Das bewegliche Kontaktstück des Schaltkontakts ist dabei mit einer drehbar im Gehäuse 11 gelagerten Schaltwelle 30 der Schaltmechanik derart kinematisch gekoppelt, dass der Schaltkontakt durch eine Drehbewegung der Schaltwelle 30 geöffnet bzw. geschlossen wird. Weiterhin weist der Fehlerstromschutzschalter 10 ein Auslöse-Relais 20 mit einem beweglich gelagerten Auslösestößel 21 auf, welcher ebenfalls mit der Schaltmechanik kinematisch gekoppelt ist. Wird ein Fehlerstrom erfasst, so wird über das Auslöse-Relais 20 der Auslösestößel 21 von einer Ausgangsposition in eine Ausgelöst-Position bewegt, wodurch die Schaltmechanik des Fehlerstromschutzschalters 10 ausgelöst und der Schaltkontakt geöffnet wird. Um den Auslösestößel von seiner Ausgelöst-Position in seine Ausgangsposition zurückzustellen weist der Fehlerstromschutzschalter 10 einen sogenannten Anlegehebel 40 auf, welcher drehbar im Gehäuse 11 gelagert ist. Je nach Anwendungsfall kann der Fehlerstromschutzschalter 10 auch mehrere Schaltkontakte aufweisen, welche allesamt mittels der Schaltmechanik des Fehlerstromschutzschalters 10 betätigbar sind.
  • In Figur 2 ist der erfindungsgemäße Anlegehebel 40 in mehreren perspektivischen Ansichten schematisch dargestellt. Der Anlegehebel 40 weist eine Lagerbohrung 44 auf, über die er in montiertem Zustand auf einem am Gehäuse 11 ausgebildeten Lagerzapfen 18 (siehe Fig. 3A und 3B) drehbar gelagert ist. Mit Hilfe einer am Anlegehebel 40 ausgebildeten, bogenförmigen Bajonettkontur 43 wird die Lagerung des Anlegehebels 40 auf dem Lagerzapfen 18 in axialer Richtung gesichert. An einem fingerartigen Kragarm 47 ist eine Betätigungsfläche 45 zum Zurückstellen des Auslösestößels 21 von der Ausgelöst-Position in die Ausgangsposition ausgebildet. Weiterhin ist an dem Anlegehebel 40 ein Montageschnapphaken 52 augeformt, welcher zur Sicherung des Anlegehebels 40 bei der Montage an einer Rastkante 53 (siehe Figuren 4A bis 4D) des Fehlerstromschutzschalters 10 verrastbar ist. Zur kinematischen Kopplung mit der Schaltwelle 30 weist der Anlegehebel 40 eine an einer zapfenartigen Anformung 48 ausgebildete Steuerkurve 41 auf.
  • Die Außenfläche der Lagerbohrung 44 ist als Lagerdorn 46 zur Aufnahme und Lagerung einer Anlegefeder 42 ausgebildet. Die Anlegefeder 42 ist als Drehfeder ausgebildet und dient dazu, die zum Zurückstellen des Auslösestößels 21 erforderliche Rückstellkraft bereitzustellen. Da die Rückstellkraft von der Anlegefeder 42 bereitgestellt wird, ist es möglich, die Rückstellbewegung des Anlegehebels 40 von der hochdynamischen Drehbewegung der Schaltwelle 30, wie sie beim Öffnen des Schaltkontakts bzw. der Schaltkontakte des Fehlerstromschutzschalters 10 auftritt, kinematisch zu entkoppeln. Die Rückstellkraft ist damit unabhängig von der Kontaktkraft der Schaltkontakte sowie unabhängig von der Anzahl der Pole bzw. der Anzahl der Schaltkontakte des Fehlerstromschutzschalters 10. Auf diese Weise wird durch eine sanfte Drehbewegung des Anlegehebels 40 ein sanftes, weitestgehend stoßfreies Rückstellen des Auslösestößels 21 in seine Ausgangsposition ermöglicht.
  • In den Figuren 3A bis 3D ist das Zusammenwirken der Schaltmechanik mit dem Anlegehebel 40 während verschiedener Schaltzustände des Fehlerstromschutzschalters 10 - jeweils in einer Seitenansicht - schematisch dargestellt. In Figur 3A ist eine AUS-Stellung des Fehlerstromschutzschalters 10 dargestellt. Der Schaltkontakt ist geöffnet, die Schaltwelle 30 mit dem daran gekoppelten beweglichen Kontaktstück befindet sich in einer der AUS-Stellung entsprechenden Offen-Stellung. In dieser Offen-Stellung stehen das bewegliche Kontaktstück und das ortsfest angeordnete Kontaktstück des Schaltkontakts nicht miteinander in Kontakt, so dass kein Strom über den Schaltkontakt fließt. Weiterhin liegt in der AUS-Stellung des Fehlerstromschutzschalters 10 der Anlegehebel 40 mit seiner Betätigungsfläche 45 am sogenannten Stößelteller 22 des Auslöse-Relais 20 an. Der Stößelteller 22 ist an einem unteren Ende des Auslösestößels 21 befestigt. Aufgrund der durch das Drehmoment der Anlegefeder 42 aufgebrachten Rückstellkraft liegt die Betätigungsfläche 45 des Anlegehebels 40 mit konstanter Kraft am Stößelteller 22 an, so dass eine Fehlauslösung des Auslöse-Relais 20 aufgrund von Erschütterungen von vornherein unterbunden wird. Das Steuerelement 31, welches an einer mit der Schaltwelle 30 fest verbundenen Nocke 32 ausgebildet ist, steht mit der an der Anformung 48 ausgebildeten Steuerkurve 41 des Anlegehebels 40 nicht in Kontakt.
  • Figur 3B zeigt das Zusammenwirken der Schaltwelle 30 mit dem Anlegehebel 40 während eines Einschaltvorgangs des Fehlerstromschutzschalters 10. Hierzu wird das Betätigungselement 12 (siehe Fig. 1) von der AUS-Stellung in eine EIN-Stellung gebracht. Die Schaltwelle 30 wird dadurch entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn in Drehung versetzt. Ab einem bestimmten, vordefinierten Drehwinkel der Schaltwelle 30 berührt das an der Nocke 32 der Schaltwelle 30 ausgebildete Steuerelement 31 die an der Anformung 48 des Anlegehebels 40 ausgebildete Steuerkurve 41. Bei weiterer Drehung der Schaltwelle 30 im Gegenuhrzeigersinn wird durch den Kontakt des Steuerelements 31 mit der Steuerkurve 41 die zapfenartige Anformung 48 von der Nocke 32 angetrieben, so dass der Anlegehebel 40 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn in eine Drehbewegung versetzt wird. Dadurch entfernt sich die Betätigungsfläche 45 des Anlegehebels 40 vom Stößelteller 22 des Auslöse-Relais 20; der Anlegehebel 40 befindet sich damit in seiner ersten Position, dargestellt in Fig. 3B. Weiterhin wird die Anlegefeder 42 (siehe Fig. 2) durch die Drehbewegung des Anlegehebels 40 aufgezogen.
  • Das kinematische Zusammenwirken des Steuerelements 31 mit der Steuerkurve 41 ist dabei durch eine entsprechende Formgebung des Steuerelements 31 und/oder der Steuerkurve 41 derart ausgeführt, dass der Anlegehebel 40 seinen vollständigen Hub, d.h. seine vollständige Drehbewegung, welche erforderlich ist, um den Auslösestößel 21 mit der gewünschten Kraft zurückzustellen, bereits innerhalb eines ersten Drehwinkelbereichs α der Schaltwelle 30 ausführt. Der Anlegehebel 40 erreicht damit seine erste Position bereits zu einem frühen Zeitpunkt, noch bevor der Schaltkontakt durch das Weiterdrehen der Schaltwelle 30 um einen weiteren Drehwinkelbereich β geschlossen wird (siehe Fig. 3C). Dies hat den Vorteil, dass sich der Anlegehebel 40 bereits beim Einschalten des Fehlerstromschutzschalters 10 in seiner ersten Position befindet und somit "bereit" ist, auch bei Auftreten eines Fehlerstroms unmittelbar nach dem Einschaltvorgang sofort auszulösen. Die Größe des ersten Drehwinkelbereichs α ist dabei ebenfalls durch die konstruktive Gestaltung der Kurvensteuerung, d.h. durch die Formgebung der Steuerkurve 41 und des Steuerelements 31 sowie deren Zusammenwirken einstellbar.
  • In Figur 3C befindet sich die Schaltwelle 30 in einer Position, in der der Schaltkontakt geschlossen ist. Da die Steuerkurve 41 des Anlegehebels 40 in diesem Bereich flacher ausgebildet ist, hat die Drehbewegung der Schaltwelle 30 in dem weiteren Drehwinkelbereich β keine merkliche Auswirkung mehr auf die Drehlage des Anlegehebels 40. Da der Anlegehebel 40 seine erste Position bereits innerhalb des ersten Drehwinkelbereichs α der Schaltwelle 30 erreicht hat, führt der weitere Drehwinkelbereich β der Schaltwelle 30 somit lediglich zum Schließen des Schaltkontakts.
  • In Figur 3D ist der Fehlerstromschutzschalter 10 in seiner Ausgelöst-Stellung dargestellt, wie sie nach Auslösung des Fehlerstromschutzschalters 10 aufgrund eines Fehlerstroms eintritt. Wird ein Fehlerstrom erfasst, so führt dies zu einer Auslösung des Auslöse-Relais 20 und damit zu einer Bewegung des Auslösestößels 21. Hierdurch wird die Schaltmechanik des Fehlerstromschutzschalters 10 betätigt, wodurch ein hochdynamsicher Abschaltvorgang initiiert wird. Dabei wird der Schaltkontakt des Fehlerstromschutzschalters 10 durch eine Drehbewegung der Schaltwelle 30 im Uhrzeigersinn geöffnet, wodurch der Stromfluss über den Schaltkontakt unterbrochen wird. Die Schaltwelle 30 wird dabei in ihre in Fig. 3D dargestellte AUS-Stellung bewegt. In dieser Position wird der Anlegehebel 40 an der zapfenartigen Anformung 48 nicht mehr durch die Nocke 32 der Schaltwelle 30 abgestützt, woraus ein kinematischer Freiheitsgrad des Anlegehebels 40 resultiert. Aufgrund der von der Anlegefeder 42 aufgebrachten Rückstellkraft führt dies zu einer Drehbewegung des Anlegehebels 40 im Uhrzeigersinn. Dabei wird der Auslösestößel 21 über den Kontakt der Betätigungsfläche 45 mit dem Stößelteller 22 wieder in seine Ausgangsposition zurückgestellt.
  • Da der Anlegehebel 40 mit der Schaltmechanik bzw. der Schaltwelle 30 keine feste Kopplung aufweist, sondern lediglich über die Steuerkurve 41 druckbeaufschlagt mit dem Steuerelement 31 der Schaltwelle 30 in Kontakt steht, wird die hochdynamische Aufreißbewegung der Schaltwelle 30 nicht auf den Anlegehebel 40 übertragen. Während der hochdynamischen Aufreißbewegung läuft die Nocke 42 der Schaltwelle 30 unter der an der Anformung 48 ausgebildeten Steuerkurve 41 hinweg, bis der Kontakt zwischen der Steuerkurve 42 und dem Steuerelement 31 unterbrochen ist, wodurch der Anlegehebel 40 für seine Drehbewegung freigegeben ist. Das Auslöse-Relais 20 wird dadurch vor Stößen und/oder Erschütterungen, wie sie durch die hochdynamische Aufreißbewegung der Schaltwelle 30 zum Öffnen des Schaltkontakts verursacht werden können, geschützt.
  • In den Figuren 4A bis 4E ist der Ablauf der Montage des erfindungsgemäßen Anlegehebels 40 - jeweils in einer Seitenansicht des Fehlerstromschutzschalters 10 - in mehreren Montageschritten schematisch dargestellt. In Figur 4A ist eine Stellung zum Aufstecken des Anlegehebels 40 dargestellt. Der Anlegehebel 40 wird zusammen mit der auf dem Lagerdorn 46 vormontierten Anlegefeder 42 (siehe Figur 2) in der in Figur 4A dargestellten Stellung mit seiner Lagerbohrung 44 auf den in einer Innenwand 19 des Fehlerstromschutzschalters 10 ausgebildeten Lagerzapfen 18 aufgesteckt. Die Bajonettkontur 43 des Anlegehebels 40 ist dabei noch nicht in Eingriff. Auch ein Federschenkel 49 der Anlegefeder 42, welcher später an einer Gehäusekontur des Gehäuses 11 des Fehlerstromschutzschalters 10 anliegt, um die Rückstellkraft auf den Anlegehebel 40 auszuüben, ist noch frei. Die Betätigungsfläche 45 zum Zurückstellen des Auslösestößels 21 über den Stößelteller 22 befindet sich zu Beginn der Montage des Anlegehebel 40 im Bauraum des Auslöse-Relais 20. Eine Montage des Auslöse-Relais 20 ist deshalb erst nach der Montage des Anlegehebels 40 möglich. Bei montiertem Auslöse-Relais 20 ist dadurch auch eine Demontage des Anlegehebels 40 nicht mehr möglich.
  • Im Unterschied zu Figur 4A ist der Anlegehebel 40 in Figur 4B ein Stück weit im Gegenuhrzeigersinn auf dem Lagerzapfen 18 verdreht. Dabei kommt der Federschenkel 49 der Anlegefeder 40 in Eingriff mit einer an der Innenwand 19 ausgebildeten Gehäusekontur 50. Wird der Anlegehebel 40 weiter im Gegenuhrzeigersinn auf dem Lagerzapfen verdreht, so stützt sich der Federschenkel 49 an der Gehäusekontur 50 ab, wodurch die Anlegefeder 40 vorgespannt wird.
  • In Figur 4C ist der Anlegehebel 40 in einer Position dargestellt, bei der die Bajonettkontur 43 einen in der Innenwand 19 ausgebildeten Vorsprung 51 bereits teilweise hintergreift und folglich bereits teilweise durch den Vorsprung 51 verdeckt ist. Der Anlegehebel 40 ist in dieser Drehlage gegen ein axiales Loslösen vom Lagerzapfen 18 gesichert. Im normalen Betrieb des Fehlerstromschutzschalters 10, d. h. während diverser Ein- und Abschaltvorgänge, hintergreift die Bajonettkontur 43 dauerhaft diesen Vorsprung 51 zumindest teilweise. Eine weitere axiale Sicherung des Anlegehebels 40, beispielsweise durch eine Deckelplatine, ist damit nicht mehr erforderlich. Der Lagerzapfen 18 zur Lagerung des Anlegehebels 40 bedarf keiner weiteren Abstützung und ist als fliegender Lagerzapfen ausgebildet. Ein am Anlegehebel 40 ausgebildeter Montageschnapphaken 52 steht kurz vor dem Verrasten mit der an der Innenwand 19 ausgebildeten Rastkante 53.
  • Figur 4D zeigt den Anlegehebel 40 in einer eingerasteten Stellung des Montageschnapphakens 52. Der Montageschnapphaken 52 ist dabei an der Rastkante 53 verrastet, so dass der Anlegehebel 40 nicht mehr im Urzeigersinn verdreht werden kann. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass bei nicht montiertem Auslöse-Relais 20 der Anlegehebel 40 nicht durch die von der Anlegefeder 42 aufgebrachte Rückstellkraft in Richtung der ursprünglichen, in Figur 4A dargestellten, Montagestellung zum Aufstecken des Anlegehebels 40 auf den Lagerzapfen 18 bewegt wird. Damit ist sichergestellt, dass die Bajonettkontur 43 dauerhaft in Eingriff bleibt und der Anlegehebel 40 damit gegen eine axiale Bewegung auf dem Lagerzapfen 18 gesichert ist. Der Montageablauf wird dadurch deutlich vereinfacht. Der Montageschnapphaken 52 ist dabei derart geformt, dass ein Lösen der Rastverbindung des Montageschnapphakens 52 an der Rastkante 53 nur durch ein manuelles Wegdrücken des Montageschnapphakens 52 möglich ist.
  • In Figur 4E ist die Position des Anlegehebels 40 bei der Montage des Auslöse-Relais 20 dargestellt. Damit das Auslöse-Relais 20 montiert werden kann, wird der Anlegehebel 40 über seine erste Position (siehe Figuren 3B und 3C) hinaus in die in Figur 4E dargestellte Stellung gedreht. Die Betätigungsfläche 45 des Anlegehebels 40 zum Zurückstellen des Auslösestößels 21 ist dabei weit von dem Auslöse-Relais 20 entfernt und gibt den zur Montage des Auslöse-Relais 20 erforderlichen Bauraum frei. Dies ist notwendig, da das Auslöse-Relais 20 an seinem unteren Ende einen Haken 24 zum Begrenzen des Stößelweges des Auslösestößels 21 aufweist. Die in Figur 4E dargestellte Position des Anlegehebels 40 stellt eine Endstellung für eine Drehung des Anlegehebels im Gegenuhrzeigersinn dar, welche durch einen am Gehäuse 11 ausgebildeten Anschlag für den Anlegehebel begrenzt ist. Ein weiteres Verschwenken des Anlegehebels 40 im Gegenuhrzeigersinn ist damit nicht mehr möglich. Die Bajonettkontur 43 des Anlegehebels 40 bleibt damit in Eingriff mit dem an der Innenwand 19 ausgebildeten Vorsprung 51, so dass der Anlegehebel auch in dieser Stellung axial gesichert ist. Die Anlegefeder 42 ist dabei derart dimensioniert, dass sie auch bei dieser maximalen Auslenkung nicht beschädigt wird. Wird der Anlegehebel 40 aus dieser Stellung wieder losgelassen, so dreht er sich, angetrieben von der durch die Anlegefeder 42 aufgebrachten Rückstellkraft, soweit im Urzeigersinn, bis die Betätigungsfläche 45 des Anlegehebels 40 am Stößelteller 22 des Auslöse-Relais 20 anliegt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fehlerstromschutzschalter
    11
    Gehäuse
    12
    Betätigungselement
    13
    Schieber
    14
    Rastelement
    15
    Anschlussklemme
    16
    Vorderseite
    17
    Rückseite
    18
    Lagerzapfen
    19
    Innenwand
    20
    Auslöse-Relais
    21
    Auslösestößel
    22
    Stößelteller
    24
    Haken
    30
    Schaltwelle
    31
    Steuerelement
    32
    Nocke
    40
    Anlegehebel
    41
    Steuerkurve
    42
    Anlegefeder / Drehfeder
    43
    Bajonettkontur
    44
    Lagerbohrung
    45
    Betätigungsfläche
    46
    Lagerdorn
    47
    Kragarm
    48
    Anformung
    49
    Federschenkel
    50
    Gehäusekontur
    51
    Vorsprung
    52
    Montageschnapphaken
    53
    Rastkante
    α
    erster Drehwinkelbereich
    β
    weiterer Drehwinkelbereich

Claims (8)

  1. Fehlerstromschutzschalter (10) zum Erfassen von Fehlerströmen, mit
    - einem Auslöse-Relais (20), welches einen Auslösestößel (21) aufweist, der beim Auftreten eines Fehlerstroms von einer Ausgangsposition in eine Ausgelöst-Position bewegt wird,
    - einer Schaltmechanik, welche mit dem Auslösestößel (21) derart kinematisch gekoppelt ist, dass beim Auftreten eines Fehlerstroms ein mit der Schaltmechanik gekoppelter Schaltkontakt geöffnet wird,
    - einem drehbar gelagerten Anlegehebel (40), um den Auslösestößel (21) über eine Rückstellkraft von der Ausgelöst-Position in die Ausgangsposition zurückzustellen,
    - wobei der Anlegehebel (40) bei geschlossenem Schaltkontakt von der Schaltmechanik gegen die Rückstellkraft in einer ersten Position gehalten wird und beim Auslösen des Fehlerstromschutzschalters (10) von der Schaltmechanik freigegeben wird,
    - wobei der Anlegehebel (40) kinematisch derart an die Schaltmechanik gekoppelt ist, dass beim Auslösen des Fehlerstromschutzschalters (10) ein an der Schaltmechanik angeordnetes Steuerelement (31) an einem als Steuerkurve (41) ausgebildeten Bereich des Anlegehebels (40) entlang gleitet, bis der Anlegehebel freigegeben ist ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerelement (31) an einer drehbar gelagerten Schaltwelle (30) der Schaltmechanik ausgebildet ist und derart mit der Steuerkurve (41) zusammenwirkt, dass beim Auslösen des Fehlerstromschutzschalters (10) die Schaltwelle (30) in Drehung versetzt wird, um den Schaltkontakt zu öffnen und den Anlegehebel (40) freizugeben, und beim Schließen des Schaltkontakts der Anlegehebel (40) durch eine Drehung der Schaltwelle (30) in die erste Position verbracht und dort gehalten wird.
  2. Fehlerstromschutzschalter (10) nach Anspruch 1, bei dem die Steuerkurve (41) mit dem an der Schaltwelle (30) ausgebildeten Steuerelement (31) derart zusammenwirkt, dass der Anlegehebel (40) beim Schließen des Schaltkontakts seine erste Position bereits innerhalb eines ersten Drehwinkelbereichs (α) der Schaltwelle (30) erreicht.
  3. Fehlerstromschutzschalter (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Drehwinkelbereich (α) der Schaltwelle ca. 15° bis 20° beträgt.
  4. Fehlerstromschutzschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die von dem Anlegehebel (40) aufzubringende Rückstellkraft mit Hilfe einer mechanischen Feder realisiert ist.
  5. Fehlerstromschutzschalter (10) nach Anspruch 4, bei dem die mechanische Feder als Drehfeder (42) ausgebildet ist.
  6. Fehlerstromschutzschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Kontaktbereich des Steuerelements (31) mit der Steuerkurve (41) druckbeaufschlagt ausgebildet ist.
  7. Fehlerstromschutzschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Anlegehebel (40) eine Bajonettkontur (43) zur sicheren Lagerung des Anlegehebels (40) aufweist.
  8. Fehlerstromschutzschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem weiteren Schaltkontakt, welcher mittels der Schaltmechanik betätigbar ist.
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