EP2824689B1

EP2824689B1 - Dynamischer Auslöser und elektrisches Installationsschaltgerät mit einem dynamischen Auslöser

Info

Publication number: EP2824689B1
Application number: EP14170941.0A
Authority: EP
Inventors: Pascal Dommen; Siegfried Mayer
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2034-06-03
Also published as: EP2824689A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft einen dynamischen Auslöser für ein elektrisches Installations-schaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, sowie ein elektrisches Schaltgerät mit einem vorgenannten dynamischen Auslöser.

STAND DER TECHNIK

Auf dem Markt und in der Patentliteratur sind etliche elektrische Installationsschaltgeräte bekannt, beispielsweise in Form von Sicherungsautomaten oder Leitungsschutzschalter. Im Fall von Leitungsschutzschaltern erfolgt eine Absicherung der Installationen gegen elektrische Fehler in der Regel über einen thermischen Auslöser und einen elektromagnetischen Auslöser, welche beim Auftreten eines elektrischen Fehlers im Betrieb des Leitungsschutzschalters derart auf ein Schaltschloss des Leitungsschutzschalters einwirken, dass dieser entklinkt (auslöst) und eine selbsttätige Unterbrechung des Strompfades führt. Jener Strompfad erstreckt sich über einen typischerweise durch den Leitungsschutzschalter geführten Leiterabschnitt und ist an einer Trennstelle vom Schaltschloss elektrisch unterbrechbar. Ist eine sogenannte Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses entklinkt, wird meist ein bewegliches Kontaktelement an der Trennstelle entlang einer Bahn von einem stationären Kontaktelement weggeschwenkt und damit der Strompfad bis zum gezielten Wiedereinschalten des Leitungsschutzschalters sicher und zuverlässig unterbrochen.
Eine Auslösung des Schaltschlosses bei elektrischer Überlast mit dem thermischen Auslöser erfolgt dann, wenn der vorgegebene Nennwert des durch den Leitungsschutzschalterfliessenden Stromes längere Zeit erheblich überschritten wird. Die Zeit bis zur Auslösung hängt von der Stärke des Überstroms ab. Wenn der Strom im Hauptstrompfad längere Zeit über dem Nennstrom bleibt, spricht man von einem Überstrom.
Bei hohem Überstrom ist sie meist kürzer als bei geringer Überschreitung des Nennstromes. Zur Auslösung wird ein Bimetall verwendet, das sich bei Erwärmung durch den durchfliessenden Strom verbiegt und den Abschaltmechanismus auslöst. Die Verwendung eines thermischen Auslösers, umfassend einen Streifen aus Thermobimetall oder aus einer Formgedächtnislegierung ist bekannt. Jener thermische Auslöser wirkt bei einer Auslösung auf eine Verklinkungsstelle des Schaltschlosses, das mit dem beweglichen Kontaktelement gekoppelt ist, zu deren Entklinkung ein.
Der elektromagnetische Auslöser öffnet etwa bei Auftreten eines Kurzschlussstromes das bewegliche Kontaktelement unmittelbar durch Aufschlagen, typischerweise mit hilfe eines Schlagankers. Gleichzeitig betätigt der elektromagnetische Auslöser auch das Schaltschloss, damit das Schaltgerät bleibend geöffnet ist.
Ein Auslösen (Entklinken) des Schaltschlosses und damit der Unterbruch des Strompfades mittels dem elektromagnetischen Auslöser innerhalb weniger Millisekunden erfolgt dann, wenn in einer Anlage ein Kurzschluss auftritt. In diesem Fehlerfall erfolgt die Abschaltung durch einen vom Strom durchflossenen Elektromagneten, welcher etwa über einen Schlaganker derart auf das Schaltschloss einwirkt, dass dieses entklinkt und den Strompfad unterbricht.
Weiter sind Leitungsschutzschalter bekannt, bei welchen das Magnetfeld eines durchflossenen Leiters im Falle von grossen Strömen (wie sie beispielsweise bei Überlast auftreten) gezielt zum Auslösen der Verklinkungsstelle des Schaltschlosses einzusetzen. So schlägt beispielsweise die DE10013161A1 vor, den durch den Leitungsschalterführenden Leiterabschnitt mit einem selbsttätig auslösenden Auslösemechanismus vorzusehen, bei welchem ein Hebelarm vom Magnetfeld des Leiters um eine Drehachse verschwenkbar ist. Dabei kann dieser Hebelarm derart auf die Verklinkungsstelle einwirken, dass Letztere entklinkt und den Strompfad unterbricht.
Aus der EP0168888A2 ist ein schnellauslösender Strombegrenzer mit einem Leiterabschnitt bekannt, welcher bei einem Kurzschluss aufgrund des resultierenden Magnetfeldes des stromdurchflossenen Leiterabschnitts bei einer Trennstelle elektrisch unterbrochen wird. Überdies weist die EP0168888A2 eine thermische Auslöseeinrichtung zum Entklinken eines Schaltschlosses auf.
Auch bei elektrischen Installationsschaltgeräten wie etwa Leitungsschutzschaltern bilden die räumlichen Abmessungen ein wichtiges Anwendungskriterium. Besonders dann, wenn eine bestehende Elektroinstallation für höhere Leistungen nachgerüstet werden muss, etwa bei einem Retrofit, ist der für einen Einbau eines solchen Gerätes zur Verfügung stehende Platz vorgegeben und ohnehin bereits knapp bemessen. Entsprechend ist die Kompaktheit des Installationsschaltgerätes entscheidend für einen Einsatz eines Ersatz-Installations-schaltgerätes.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt im Lichte des Standes der Technik daher die Aufgabe zugrunde, einen Auslöser für ein elektrisches Installationsschaltgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter oder dergleichen vorzulegen, bei welchem das Magnetfeld eines durchflossenen Leiterabschnitts zum Entklinken eines Schaltschlosses nutzbar ist, ohne dabei die Kompaktheit des elektrischen Installationsschaltgerät negativ zu beeinflussen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bezüglich des Auslösers erfindungsgemäss gelöst durch ein verbessertes Installationsschaltgerätes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 7.
Vereinfacht dargestellt wir die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Leiterverlauf des dynamischen Auslösers so gestaltet ist, dass eine Schwenkbewegung des bewegliche Kontakt bei einer Trennstelle beim dynamischen Abheben von einem Gegenkontakt infolge der resultierenden Magnetfeldkräfte gezielt zum Entklinken des Schaltschlosses eingesetzt wird.
In einer Basisausführungsform weist der Auslöser für ein elektrisches Installationsschaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, einen Motorschutzschalter oder dergleichen, ein Schaltschloss und einen Leiterabschnitt mit einem ersten Kontaktelement und einem beweglichen Kontaktelement auf. Dabei ist der Leiterabschnitt an einer Trennstelle durch das bewegliche Kontaktelement elektrisch unterbrechbar. Der Leiterabschnitt bei der Trennstelle derart, dass bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts das bewegliche Kontaktelement an der Trennstelle aufgrund eines resultierenden Magnetfeldes des stromdurchflossenen Leiterabschnitts bei der Trennstelle entlang einer Bahn vom ersten Kontaktelement abstossbar und wegbewegbar ist. Je nach Ausgestaltung kann der Leiterverlauf bei der Trennstelle beispielsweise U-förmig oder V-förmig geformt sein. Der Auslöser weist ein Auslöseelement auf, das mit dem beweglichen Kontaktelement derart wirkverbunden ist, dass beim Wegbewegen des beweglichen Kontaktelements ein Entklinken der Verklinkungsstelle des Schaltschlosses erzielbar ist.
Ein erster Vorteil eines solchen Aufbaus des dynamischen Auslösers liegt darin, dass das in den meisten Fällen ohnehin bereits vorhandene bewegliche Kontaktelement nun ebenfalls zum Entklinken des Schaltschlosses einsetzbar ist. Dies erlaubt es, auf separate Hebelsysteme und dergleichen mit eigenen beweglichen Elementen weitestgehend zu verzichten, wodurch der Platzbedarf für das elektrische Installationsschaltgerät nicht oder höchstens geringfügig grösser ist, als bei bekannten elektrischen Installationsschaltgeräten ohne den dynamischen Auslöser.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die Mehrfachnutzung des in den meisten Fällen ohnehin bereits vorhandene bewegliche Kontaktelements die Montage des elektrischen Installationsschaltgerätes trotz einer Zusatzfunktion in Form des dynamischen Auslösens im Vergleich zu bekannten elektrischen Installationsschaltgeräten ohne den dynamischen Auslöser nicht oder höchstens geringfügig vergrössert wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die Mehrfachnutzung des in den meisten Fällen ohnehin bereits vorhandene bewegliche Kontaktelements die Teileanzahl und Komplexität des elektrischen Installationsschaltgerätes trotz der Zusatzfunktion in Form des dynamischen Auslösens nicht oder höchstens geringfügig vergrössert wird.
Je nach Ausführungsform des Installationsschaltgerätes bzw. des dynamischen Auslösers kann das erste Kontaktelement ein stationärer Kontakt sein.
In einer Basisausführungsform weist das elektrische Installationschaltgerät, insbesondere ein Leitungsschutzschalter, ein Motorschutzschalter oder dergleichen, ein Schaltschloss und einen Leiterabschnitt mit einem ersten Kontaktelement und einem beweglichen Kontaktelement auf. Dabei ist der Leiterabschnitt an einer Trennstelle durch das bewegliche Kontaktelement elektrisch unterbrechbar. Der Leiterabschnitt bei der Trennstelle derart, dass bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts das bewegliche Kontaktelement an der Trennstelle aufgrund eines resultierenden Magnetfeldes des stromdurchflossenen Leiterabschnitts bei der Trennstelle entlang einer Bahn vom ersten Kontaktelement abstossbar und wegbewegbar ist. Je nach Ausgestaltung kann der Leiterverlauf bei der Trennstelle beispielsweise U-förmig oder V-förmig geformt sein. Das elektrische Installationschaltgerät weist ein Auslöseelement auf, das mit dem beweglichen Kontaktelement derart wirkverbunden ist, dass beim Wegbewegen des beweglichen Kontaktelements ein Entklinken der Verklinkungsstelle des Schaltschlosses erzielbar ist.
Das erfindungsgemässe Installationschaltgerät weist zudem eine thermische Auslöseeinrichtung, umfassend ein durch den Strom auslenkbares Bimetallelement oder einer Vorrichtung mit einer Formgedächtnislegierung auf, wobei das Schaltschloss von der thermische Auslöseeinrichtung über eine Wirklinie bildenden Auslösemechanismus auslösbar, das heisst entklinkbar ist. Unter den Begriff "Wirklinie" wird dabei eine Vorrichtung, insbesondere eine mechanische Vorrichtung verstanden, welche zum Einwirken auf das Schaltschloss dient oder vom Schaltschloss her auf ein Element, etwa in Form eines Kipphebels einwirkt.
Zur Gewährleistung, dass das bewegliche Kontaktelement in geschlossenem Zustand mit einem gewissen Kontaktdruck gegen das erste Kontaktelement (den Gegenkontakt) gedrückt werden kann, sind mechanisch zuverlässige Installationschaltgeräte dadurch erreichbar, dass das bewegliche Kontaktelement mit einer Feder an einer Kontakteinheit des Schaltschlosses derart gehalten und positioniert ist. Ein Abschnitt dieser Feder bildet das Auslöseelement und ist dazu in jenem Abschnitt (nachfolgend auch Federabschnitt genannt) so ausgeformt, dass dieser Abschnitt bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts derart auf den Auslösemechanismus drückt, dass dieser Auslösemechanismus die Entklinkung der Verklinkungsstelle und damit eine Ausschaltbewegung des Schaltschlosses initiiert.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Feder besteht darin, dass mit ihr das bewegliche Kontaktelement mit einer Feder an einer bei Bedarf beweglich im Leistungsschalter gelagerten Kontakteinheit des Schaltschlosses derart festhaltbar und positionierbar ist, dass das bewegliche Kontaktelement um einen Drehpunkt an der Kontakteinheit herum vom stationären Kontakt bzw. -Element wegbewegbar ist.
Die Verwendung eines Kontakteinheit des Schaltschlosses kann vorteilhaft sein, um eine erste Drehachse des beweglichen Kontaktelements relativ zur Kontakteinheit zu begründen, um ein dynamisches Abheben des beweglichen Kontaktelements vom Gegenkontakt zuzulassen, ohne dass das Schaltschloss gleich entklinkt wird. Dadurch ist eine gewisse Toleranz des Installationsschaltgerät gegenüber Strom- oder Spannungsschwankungen aufgrund von unkritischen Fehlern und dergleichen im abzusichernden Stromnetz zu ermöglichen.
Je nach Aufbau des Schaltschlosses sind Ausführungsformen realisierbar, bei welchen die Feder eine Torsionsfeder ist und der Abschnitt der Feder bügelförmig ist. Bei Bedarf kann die Feder eine Einfachtorsionsfeder oder eine Mehrfachtorsionsfeder, etwa eine Doppeltorsionsfeder sein.
Ein besonders platzsparender dynamischer Auslöser und damit ein besonders kompaktes Installationsschaltgerät ist dann erzielbar, wenn sich der bügelförmige Abschnitt in Richtung einer ersten Ebene erstreckt, welche erste Ebene parallel zu einer Auflagefläche des beweglichen Kontaktelements an der Kontakteinheit (36) angeordnet ist.
Die bezüglich des dynamischen Auslösers genannten Vorteile erstrecken sich entsprechend auf das mit ihm ausgerüstete elektrische Installationschaltgerät.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass sich ein bestehendes elektrische Installationschaltgerät durch einen Austausch des vorhandenen beweglichen Kontaktelements zu einem Installationschaltgerät mit der Zusatzfunktion des dynamischen Öffnens nachrüsten lässt, sofern ein bestehender Auslösemechanismus zum Entklinken des Schaltschlosses wiederverwendbar ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der dynamische Auslöser bei Bedarf eine alternative oder eine zusätzliche Funktionalität zum elektromagnetischen Auslöser bilden kann. Eine ergänzende, zusätzliche Funktionalität ist etwa dann erzielbar, wenn die Auslösecharakteristiken des dynamischen Auslösers und des elektromagnetischen Auslösers auf unterschiedliche Schwellwerte festgelegt sind, um einem Benutzer des elektrische Installationschaltgerätes bei zwei unterschiedlichen Kurzschlussströmen unterschiedliche Schutzabschaltungen zu ermöglichen.
Es ist bei Bedarf auch möglich, den Schwellwert des dynamischen Auslösers so anzupassen, dass der dynamische Auslöser bei gleichen Kurzschlusströmen wie der elektromagnetischen Auslösers eine Entklinkung des Schaltschlosses hervorruft. In diesem Fall kann der dynamische Auslöser eine Redundanz zum elektromagnetischen Auslöser und umgekehrt schaffen.
Ein weiterer Vorteil des dynamischen Auslösens der Entklinkung des Schaltschlosses liegt darin, dass sie zeitlich schneller ist, als die Entklinkung mit dem elektromagnetischen Auslöser, welcher ansprechträger als der dynamischen Auslöser ist.
Eine mechanisch besonders einfache Ausführungsform eines Installationschaltgerätes ist dann erzielbar, wenn der Auslösemechanismus einen Schaltarm aufweist und das Schaltschloss direkt vom Auslöseelement über den Schaltarm entklinkbar ist. Je nach Ausführungsform kann der Auslösemechanismus selber aus lediglich einem Schaltarm bestehen. Besonders kompakte und mechanisch dennoch einfache Ausführungsformen eines Installationschaltgerätes sind realisierbar, wenn der Schaltarm ohnehin bereits vorhanden ist, etwa im Zusammenhang mit einem elektromagnetischen Auslöser oder einem thermischen Auslöser.
Besonders geringe Veränderungen an bestehenden Installationschaltgeräten sind trotz der Zusatzfunktion des dynamischen Auslösens erzielbar, wenn das Auslöseelement ein Konturbereich des beweglichen Kontaktelements ist. Dabei ist der Konturbereich so ausgeformt und relativ zum Schaltarm so angeordnet, dass dieser Konturbereich bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts derart auf den Schaltarm drückt, dass der Schaltarm die Ausschaltbewegung des Schaltschlosses initiiert. Je nach Ausgestaltung des dynamischen Auslösers bzw. des Installationschaltgerätes kann dieser Konturbereich Bestandteil einer Aussenkontur oder Bestandteil einer Innenkontur des beweglichen Kontaktelements sein. Als stellvertretendes Beispiel für eine Innenkontur sei hier eine Kante einer Durchdringung in einem sonst streifenförmigen beweglichen Kontaktelement genannt.
Wenn die Verklinkungsstelle im Betrieb des Installationsschaltgerätes bei einem Kurzschluss bereits dann entklinkt werden soll, wenn das bewegliche Kontaktelement noch nicht die gesamten maximal mögliche Bewegung entlang einer Bahn vom ersten Kontaktelement her zurückgelegt hat, so ist dies beispielsweise über eine Übersetzung der Bewegung des Auslöseelements relativ zur Bewegung des beweglichen Kontaktelements erreichbar. In einer Ausführungsform des dynamischen Auslösers bzw. des Installationsschaltgerätes ist diese Übersetzung dadurch erreichbar, dass sich der bügelförmige Abschnitt der Feder in Richtung einer zweiten Ebene erstreckt, wobei diese zweite Ebene quer zu einer Auflagefläche des beweglichen Kontaktelements an der Kontakteinheit angeordnet ist. Unter dem Begriff "quer" werden nicht nur sich orthogonal zur Auflagefläche erstreckende Ausrichtungen verstanden, sondern auch Ausrichtungen, bei welchen die zweite Ebene schräg zu einer Auflagefläche des beweglichen Kontaktelements an der Kontakteinheit angeordnet ist.
Falls es die Gestaltung des beweglichen Kontaktelements erlaubt und der Aufbau des Installationsschaltgerätes erfordert, kann das bewegliche Kontaktelement in diesen Fällen eine Aussparung aufweisen, durch welche der Auslösemechanismus herausgeführt ist. Wie oben bereits erwähnt, kann dabei eine Innenkontur, etwa eine Kante der Aussparung sein, welche bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts derart auf den Schaltarm drückt, dass der Schaltarm die Ausschaltbewegung des Schaltschlosses initiiert und entklinkt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung detailliert erläutert. Hierbei zeigt rein schematisch

FIG. 1: eine erste Ausführungsform eines elektrischen Installationsschaltgeräts in eingeschaltetem Zustand, bei welchem ein Schaltschloss verklinkt ist;
FIG. 2: das elektrische Installationsschaltgeräts von Fig. 1 beim Übergang vom eingeschaltetem Zustand in einen ausgeschaltetem Zustand, wobei das Schaltschloss entklinkt und der Strompfad unterbrochen sind;
FIG. 3: das elektrische Installationsschaltgeräts von Fig. 1 und 2 in ausgeschaltetem Zustand, wobei das Schaltschloss entklinkt und der Strompfad unterbrochen sind;
FIG. 4: eine zweite Ausführungsform eines elektrischen Installationsschaltgeräts in eingeschaltetem Zustand, bei welchem ein Schaltschloss verklinkt ist;
FIG. 5: das elektrische Installationsschaltgeräts von Fig. 4 beim Übergang vom eingeschaltetem Zustand in einen ausgeschaltetem Zustand, wobei das Schaltschloss entklinkt und der Strompfad unterbrochen sind;
FIG. 6: eine dritte Ausführungsform eines elektrischen Installationsschaltgeräts in eingeschaltetem Zustand, bei welchem ein Schaltschloss verklinkt ist;
FIG. 7: das elektrische Installationsschaltgeräts von Fig. 6 beim Übergang vom eingeschaltetem Zustand in einen ausgeschaltetem Zustand, wobei das Schaltschloss entklinkt und der Strompfad unterbrochen sind;
FIG. 8: eine vierte Ausführungsform eines elektrischen Installationsschaltgeräts in eingeschaltetem Zustand, bei welchem ein Schaltschloss verklinkt ist; und
FIG. 9: das elektrische Installationsschaltgeräts von Fig. 8 beim Übergang vom eingeschaltetem Zustand in einen ausgeschaltetem Zustand, wobei das Schaltschloss entklinkt und der Strompfad unterbrochen sind.

In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile oder Elemente mit den gleichen oder zumindest ähnlichen Bezugsziffern versehen.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Bei der anhand von FIG.1 bis FIG.3 beschriebenen Ausführungsform handelt es sich nicht um einen Teil der Erfindung, sondern um Stand der Technik. Dennoch dient diese Ausführungsform dazu, dem Leser das Verständnis der Erfindung zu erleichtern
FIG. 1 zeigt schematisch eine Einsicht in ein geöffnetes Gehäuse 46 eines elektrischen Installationsgerätes 1, hier eines Leitungsschutzschalters 1. Von einer ersten Anschlussklemme 2 erstreckt sich ein Strompfad über eine Klemmenschiene 4 und ein an einer Verbindungsstelle 5 daran angeschweisstes erstes Leiterstück 6, eine Litze 7, ein bewegliches Kontaktelement 8 und von dort über einen Spulenkörper eines magnetischen Auslösers 9 zu einer zweiten Anschlussklemme 3. Die Anschlussklemmen können je nach Bedarf beispielsweise als Steckklemmen oder als Schraubklemmen ausgeführt sein. Ein Streifen 11 aus Thermobimetall mit seinem Befestigungsende 12 am ersten Leiterstück 6 angeschweisst und bildet damit einen thermischen Auslöser 13 des Leitungsschutzschalters 1. Der detaillierte Aufbau des thermischen Auslösers 13 ist in der DE102009021773A1 beschrieben.
Das gegenüberliegende, freie Ende des Thermobimetallstreifens 11 dient als Betätigungsende 14 zur Auslösung einer Entklinkung der Verklinkungsstelle eines Schaltschlosses 15 und ist mit über eine biegsame Litze 7 mit dem beweglichen Kontaktelement 8 verbunden. Das bewegliche Kontaktelement 8 ist um eine erste Drehachse 16 einer Lagerstelle verschwenkbar gelagert.
Im in Fig.1 gezeigten Zustand ist das elektrische Installationsschaltgerät 1 eingeschaltet, wobei sich das Schaltschloss 15 in einem verklinkten (vorgespannten) Zustand befindet. Dabei ist ein Schaltknauf 18 derart mit dem Schaltschloss 15 verbunden, dass ein Benutzer des elektrische Installationschaltgerätes 1 visuell erkennen kann, dass der Strompfad geschlossen ist.
Das bewegliche Kontaktelement 8 weist mindestens ein Kontaktstück 20 auf und bildet zusammen mit einem ersten Kontaktelement 21 mit ebenfalls mindestens einem festen Kontaktstück 22 eine mehrfach öffenbare und schliessbare Trennstelle 23 des Strompfades des elektrischen Installationsschaltgeräts 1.
Aus der Zusammenschau mit Fig. 2 geht hervor, dass sich das elektrische Installationsschaltgerät 1 gemäss der ersten Ausführungsform beim Übergang von einem eingeschaltetem Zustand in einen ausgeschaltetem Zustand befindet. Entsprechend befindet sich das bewegliche Kontaktelement 8 zwischen einer ersten Endlage am stationären Gegenkontakt 21 bei geschlossenem Strompfad und einer zweiten Endlage bei maximaler Offenstellung des bewegliche Kontaktelements 8 nahe dem Lagerende 32 beim thermischen Auslöser 13. Der dynamische Auslöser 24 ist dabei auf einen solchen Schwellwert eines Kurzschlusstromes eingestellt, dass er beim Übergang des bewegliche Kontaktelement 8 vom eingeschaltetem Zustand in den ausgeschaltetem Zustand das Schaltschloss 15 entklinkt und der Strompfad unterbricht. Dabei wird der Schaltknauf 18 vom Schaltschloss 15 mit umgelegt, so dass ein Benutzer des elektrische Installationschaltgerätes visuell erkennen kann, dass der Strompfad unterbrochen ist. Unter dem Begriff dynamischer Auslöser 24 wird dabei das bewegliche Kontaktelement 8 und eine dritte Wirklinie 25 verstanden.
Der dynamische Auslöser 24 umfasst das Schaltschloss 8 und einen Leiterabschnitt 26 mit dem ersten Kontaktelement 21 und dem beweglichen Kontaktelement 8. Der Leiterabschnitt 26 ist an der Trennstelle 23 durch das bewegliche Kontaktelement 8 elektrisch unterbrechbar. Der Leiterabschnitt 26 ist bei der Trennstelle 23 U-förmig ausgebildet, so dass bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts 1 das bewegliche Kontaktelement 8 an der Trennstelle 23 aufgrund eines resultierenden Magnetfeldes des stromdurchflossenen Leiterabschnitts 26 bei der Trennstelle 23 entlang einer Bahn vom ersten Kontaktelement 21 abgestossen, also abgehoben und weggeschoben wird. Das bewegliche Kontaktelement 8 ist mit einem Auslöseelement 37 wirkverbunden, so dass beim Wegbewegen des beweglichen Kontaktelements 8 ein Auslösen des Schaltschlosses 15 mittels Entklinken der Verklinkungsstelle erzielbar ist.
Aus der Zusammenschau mit Fig. 3 geht hervor, dass das bewegliche Kontaktelement 8 in einer Position gezeigt ist, bei welcher der Strompfad durch ein Entklinken des Schaltschlosses 15 vollständig unterbrochen und das Installationsschaltgerät 1 ausgeschaltet ist. In der ausgeschalteten Position, wenn die Trennstelle 23 geöffnet ist, liegt das freie Ende des beweglichen Kontaktelement 8 mit dem Kontaktstück 20 neben dem U-bogenförmigen Lagerende 32 des thermischen Auslösers 13, so dass ein elektrischer Lichtbogen zum Auslöschen in eine Lichtbogenlöschkammer 27 kommutierbar ist.
Der Thermobimetallstreifen 11 biegt sich mit seinem freien Ende, das als Betätigungsende 7 ausgebildet ist, aufgrund des durch ihn hindurchfliessenden Überstroms und der durch ihn erzeugten Stromwärme so weit aus, dass er über eine erste Wirklinie 28 auf das Schaltschloss 15 einwirkt und dort dafür sorgt, dass eine Verklinkungsstelle entklinkt wird. Die Realisierung der Wechselwirkung des Thermobimetallstreifens 11 mit dem Schaltschloss 15 ist auf verschiedene Weisen realisierbar und beispielsweise in der DE102008006863A1 näher erläutert. Nach dem Entklinken der Verklinkungsstelle wirkt das Schaltwerk des Schaltschlosses 15 über die dritte Wirklinie 25 auf das bewegliche Kontaktelement 8 ein und verschwenkt dieses im Uhrzeigersinn, so dass das bewegliche Kontaktelement 8 vom ersten Kontaktelement 21 abgehoben wird und die elektrische Trennstelle 23 geöffnet und durch das Schaltschloss 15 offengehalten wird.
Ein Wiedereinschalten des Schaltschlosses 15 kann über den Schaltknauf 18 erfolgen, der über eine fünfte Wirklinie 29 mit dem Schaltschloss 15 zusammenwirkt und bei Betätigung ein Wiederverklinken der Verklinkungsstelle erlaubt, sobald sich das Thermobimetall 11 beim Abklingen des Überstroms sich wieder in seine Ausgangsposition zurückbegeben hat. Eine Justierung des thermischen Auslösers 13 ist über eine Einstellschraube 30 durchführbar. Für detailliertere Informationen dazu wird auf die DE102009021773A1 verwiesen.
Wenn ein Kurzschlussstrom/Überstrom durch den Strompfad fliesst, also ein in sehr kurzer Zeit auf ein Mehrfaches des Nennstroms ansteigender Strom, so spricht der Magnetauslöser 9 an. Dieser schlägt dann über eine vierte Wirklinie 31 direkt und schnell das bewegliche Kontaktelement 8 auf, gleichzeitig wirkt er über eine zweite Wirklinie 47 auch auf das Schaltschloss 15 zur Entklinkung von dessen Verklinkungsstelle und zur dauerhaften Offenhaltung der Trennstelle 23 bis zum Wiedereinschalten ein.
Bei einem schnellen Öffnen der Trennstelle 23 entsteht zwischen den sich voneinander wegbewegenden Kontaktelementen 8,21 ein Schaltlichtbogen. Dieser kommutiert nach kurzer Zeit auf eine Festkontaktleitschiene 33 und über einen ersten Leitschenkel 34 auf eine Lichtbogenleitschiene 35 und wird in die Lichtbogenlöschkammer 27 geführt, wo er erlischt. Solange der Lichtbogen noch nicht verloschen ist, trägt dieser den Kurzschlussstrom. Die Lichtbogenleitschiene 35 und die Lichtbogenlöschkammer 27 sind ortsfest am Gehäuse 46 des Installationsschaltgeräts 1 gelagert und gehalten.
Die Lichtbogenleitschiene 35 ist mit dem thermischen Auslöser 13 und dem ersten Leiterstück 6 samt Klemmenschiene 4 und daran angeschweisster erster Anschlussklemme 2 als vorgefertigte Baueinheit hergestellt, welche bei der Montage in rationeller Weise in das Installationsschaltgerät 1 hineineingesetzt werden kann. Es werden bei der Baueinheit erfindungsgemäss keine flexiblen Litzen verwendet, sondern durchweg feste Stromschienen oder Leiterstreifen, die miteinander verschweisst oder verlötet sind. Sie könnten natürlich auch verschraubt oder auf sonstige bekannte Art kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Die Verwendung von festen Bauteilen und der Verzicht auf flexible Litzen begünstigt die einfache Handhabung der Baugruppe bei der Montage des Installationsschaltgeräts.
Bei der in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform eines elektrischen Installationsschaltgerätes 10 wird näher auf die Realisation der ersten Wirklinie 28 eingegangen. Da die zweite Ausführungsform des elektrischen Installationsschaltgerätes 10 ähnlich beschaffen ist, wie die erste Ausführungsform 1, wird nachfolgend weitgehend lediglich auf die unterschiedlichen Merkmale detaillierter eingegangen.
Beim Schaltschloss 15 der zweiten Ausführungsform ist das bewegliche Kontaktelement 8 um die erste Drehachse 16 verschwenkbar. Das Schaltschloss 15 selber umfasst eine Kontakteinheit 36 aus Isoliermaterial, an welcher das bewegliche Kontaktelement 8 mit einer Torsionsfeder 37 gehalten und positioniert ist. Durch geeignete Bemessung der Torsionsfeder 37 kann nicht nur die erwünschte Kontaktkraft bei geschlossenem Strompfad, sondern auch die erforderliche Kontaktnachfederung erreicht werden. Ein Abbrand der Kontaktstücke 20, 22 und damit verbundener Materialverlust kann so unter Beibehalt einer ausreichend bemessenen Kontaktkraft durch ein Nachführen des beweglichen Kontaktelements 8 mittels der Torsionsfeder 37 kompensiert werden.
Weiter ist die Torsionsfeder 37 so bemessen, dass sie ein Verschwenken des beweglichen Kontaktelements 8 um die erste Drehachse 16 beim dynamischen Öffnen beim Auftreten von hohen Kurzschlussströmen ermöglicht.
Die Torsionsfeder 36 ist an deren kürzeren Schenkel an der Kontakteeinheit 36 gehalten, während am distalen Ende des längeren Schenkels ein bügelförmiger Abschnitt 38 angeordnet ist. Dabei ist die Torsionsfeder 37 in besagtem Abschnitt 38 bügelförmig geformt und dimensioniert, dass dieser Abschnitt 38 das Auslöseelement bildet, welches bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts direkt und derart auf den Auslösemechanismus 39 drückt, dass dieser Auslösemechanismus 39 die Ausschaltbewegung des Schaltschlosses 15 initiiert, indem er die Verklinkungsstelle entklinkt. In der vorliegenden zweiten Ausführungsform des Installationsschaltgeräts ist der Auslösemechanismus 39 durch einen drehbar an der Kontakteinheit 36 des Schaltschlosses 15 gelagerten Schaltarm 39 gebildet, dessen freies Ende bei geschlossenem Strompfad beim Betätigungsende 14 des Thermobimetallstreifens 11 angeordnet ist. Im Fall einer thermischen Überlast drückt das Betätigungsende 14 den Schaltarm 39 derart in Richtung des Schaltknaufs 18 weg, dass die Verklinkungsstelle des Schaltschlosses 15 entklinkt und der Strompfad unterbrochen wird. Bezugnehmend auf die schematische Darstellung in Fig. 1 bilden in der zweiten Ausführungsform das bewegliche Kontaktelement 8, der Federabschnitt 38 und der zur Verklinkungsstelle des Schaltschlosses führende Schalthebel 39 funktionell die dritte Wirklinie 25, während das Betätigungsende 14 mit dem Schalthebel 39 funktionelle die erste Wirklinie 28 bildet.
Anhand der Fig. 5 ist erkennbar, dass im Falle eines dynamischen Öffnens mit dem dynamischen Auslöser 24 bei Überströmen die Kontakteinheit 36 relativ zu einer zweiten Drehachse 40 weitgehend ortsfest bleibt, während das bewegliche Kontaktelement 8 aufgrund eines resultierenden Magnetfeldes des stromdurchflossenen Leiterabschnitts 26 bei der Trennstelle 23 vom magnetischen Druck des Strompfads bei der Trennstelle 23 um die erste Drehachse 16 entlang einer Bahn vom ersten Kontaktelement 21 abgehoben und weggeschwenkt wird. Obwohl diese Schwenkbewegung wegmässig recht gering ist, reicht sie dennoch aus, um die zuverlässige Entklinkung der Verklinkungsstelle über den zum thermischen Auslöser 13 führenden Schaltarm 39 zu bewirken.
Das Schaltschloss 15 ist selber um die zweite Drehachse 40 schwenkbar gelagert, um das gesamte Schaltschloss 15 durch Rotation entgegen der Schliessrichtung in eine geöffnete Position des Installationsschaltgeräts bringen zu können. Bei Bedarf kann die Drehachse 40 als Parallelführung für eine lineare Bewegung ausgeführt sein. Die zweite Drehachse 40 ist ortsfest im Gehäuse 46 des Installationsschaltgeräts 1 gelagert.
Wenn das bewegliche Kontaktelement anstelle eines einzigen Kontaktstücks zwei oder mehr Kontaktstücke aufweist, können diese mechanisch über eine tragende Kontaktbrücke miteinander verbunden sein, wobei die zwei Kontaktstücke durch eine Aussparung voneinander getrennt sind. Bei Bedarf kann der Schaltarm 39 des Auslösemechanismus von der Kontakteinheit 36 her kommend durch diese Aussparung hindurch zum thermischen Auslöser 13 geführt sein. In diesem Fall drückt das in Y-Richtung gesehen proximale Ende des Federabschnitts 38 beim dynamischen Auslösen gegen den Schaltarm 39. Der bügelförmige Abschnitt 38 der Torsionsfeder 37 erstreckt sich in Richtung einer ersten Ebene 41, welche erste Ebene 41 parallel zu einer Auflagefläche 42 des beweglichen Kontaktelements 8 an der Kontakteinheit 36 angeordnet ist.
Die in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigte dritte Ausführungsform eines elektrischen Installationsschaltgeräts 100 unterscheidet sich lediglich in der Gestaltung des bügelförmigen Abschnitts 38 der Torsionsfeder 37 von der anhand Fig. 4 und Fig. 5 offenbarten zweiten Ausführungsform des Installationsschaltgerätes 10. Konkret liegt der Unterschied darin, dass sich der bügelförmige Abschnitt 38 bei der dritten Ausführungsform 100 in Richtung einer zweiten Ebene 42 erstreckt, welche zweite Ebene 43 quer, das heisst in der X-Y-Ebene gesehen schräg zur Auflagefläche 42 des beweglichen Kontaktelements 8 an der Kontakteinheit 36 erstreckt. Damit ist im Unterschied zur zweiten Ausführungsform 10 gemäss Fig. 4 eine Übersetzung der vergleichsweise geringen Schwenkbewegung des bügelförmigen Abschnitts 38 relativ zur Bewegung des beweglichen Kontaktelements 8 erreichbar, um den Wegabschnitt zum Auslösen der Entklinkung der Verklinkungsstelle zu vergrössern.
Wenn das bewegliche Kontaktelement anstelle eines einzigen Kontaktstücks 20 zwei oder mehr Kontaktstücke aufweist, können diese mechanisch über eine tragende Kontaktbrücke wiederum miteinander verbunden sein, wobei die zwei Kontaktstücke durch eine Aussparung voneinander getrennt sind. Bei Bedarf kann der Schaltarm 39 des Auslösemechanismus von der Kontakteinheit 36 her kommen durch diese Aussparung hindurch zum thermischen Auslöser 13 geführt sein. In diesem Fall drückt das in Y-Richtung gesehen proximale Ende des Federabschnitts 38 beim dynamischen Auslösen gegen den Schaltarm 39. Der bügelförmige Abschnitt 38 der Torsionsfeder 37 erstreckt sich in Richtung der ersten Ebene 41, welche erste Ebene 41 parallel zur Auflagefläche 40 des beweglichen Kontaktelements 8 an der Kontakteinheit 36 angeordnet ist.

Die in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigte vierte Ausführungsform eines elektrischen Installationsschaltgeräts 1000 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform 10 und der dritten Ausführungsform 100 dadurch, dass das bewegliche Kontaktelement 8 eine Aussparung 44 aufweist, durch welche der Auslösemechanismus 39 herausgeführt ist. Bei der vierten Ausführungsform 1000 bildet jedoch nicht ein Federabschnitt der Torsionsfeder 37 das Auslöseelement, sondern ein Innenkonturbereich 45 des beweglichen Kontaktelements 8 bei der Aussparung 44. Im vorliegenden Fall bildet eine in der X-Y-Ebene gesehen untere Kante 45 der Aussparung das eigentliche Auslöseelement des dynamischen Auslösers 24. Um einen möglichst präzise vordefinierbaren Angriffspunkt am Schaltarm 39 zu bilden, ist die Kante 45 spitzwinklig ausgeführt und lediglich leicht entgratet, vorzugsweise verrundet. Bezugnehmend auf die schematische Darstellung in Fig. 1 bilden in der vierten Ausführungsform das bewegliche Kontaktelement 8 über dessen Kante des Innenkonturbereichs 45 zusammen mit dem zur Verklinkungsstelle des Schaltschlosses 15 führenden Schalthebel 39 funktionell die dritte Wirklinie 25, während das Betätigungsende 14 mit dem Schalthebel 39 funktionelle die erste Wirklinie 28 bildet.

BEZUGSZEICHENLISTE

1,	Elektrisches Schaltgerät
10,
100,
1000
2	erste Anschlussklemme	33	Festkontaktleitschiene
3	zweite Anschlussklemme	34	erster Leitschenkel
4	Klemmenschiene	35	Lichtbogenleitschiene
5	Verbindungsstelle	36	Kontakteinheit
6	erstes Leiterstück	37	Feder
7	Litze	38	Federabschnitt (Auslöseelement)
8	bewegliches Kontaktelement	39	Auslösemechanismus / Schaltarm
9	magnetischer Auslöser	40	zweite Drehachse
11	Streifen aus Thermobimetall	41	erste Ebene
12	Befestigungsende	42	Auflagefläche
13	thermischer Auslöser	43	zweite Ebene
14	freies Ende, Betätigungsende	44	Aussparung
15	Schaltschloss	45	Konturbereich, Kante (Auslöseelement)
16	Lagerstelle, erste Drehachse	46	Gehäuse
18	Schaltknauf, Kipphebel	47	zweite Wirklinie
20	Kontaktstück
21	erstes (festes) Kontaktelement
22	festes Kontaktstück
23	Trennstelle
24	dynamischer Auslöser
25	dritte Wirklinie
26	Leiterabschnitt
27	Lichtbogenlöschkammer
28	erste Wirklinie
29	fünfte Wirklinie
30	Justiermittel
31	vierte Wirklinie
32	Lagerende, Biegestelle

Claims

Elektrisches Installationsschaltgerät (10, 100), insbesondere Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter oder dergleichen, umfassend
ein Schaltschloss (15), und
einen Leiterabschnitt (26) mit einem ersten Kontaktelement (21) und einem beweglichen Kontaktelement (8),
wobei der Leiterabschnitt (26) an einer Trennstelle (23) derart ausgebildet ist, dass bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts (10, 100) das bewegliche Kontaktelement (8) an der Trennstelle (23) aufgrund eines resultierenden Magnetfeldes des stromdurchflossenen Leiterabschnitts (26) bei der Trennstelle (23) entlang einer Bahn vom ersten Kontaktelement (21) abstossbar und wegbewegbar ist, so dass der Leiterabschnitt (26) elektrisch unterbrechbar ist,
wobei das Installationsschaltgerät eine thermische Auslöseeinrichtung (13) aufweist, die ein durch den Strom auslenkbares Bimetallelement (11) oder einer Vorrichtung mit einer Formgedächtnislegierung umfasst, wobei eine Verklinkungsstelle des Schaltschlosses (15) von der thermische Auslöseeinrichtung (13) über einen eine erste Wirklinie (28) bildenden Auslösemechanismus (39) entklinkbar ist, wobei
das elektrische Installationsschaltgerät (10, 100) ein Auslöseelement (38, 45) aufweist, das mit dem beweglichen Kontaktelement (8) derart wirkverbunden ist, dass beim Wegbewegen des beweglichen Kontaktelements (8) ein Entklinken der Verklinkungsstelle des Schaltschlosses (15) erzielbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das bewegliche Kontaktelement (8) mit einer Feder (37) an einer Kontakteinheit (36) des Schaltschlosses (15) gehalten und positioniert ist, wobei die Feder (37) in einem Abschnitt (38) das Auslöseelement bildet und so ausgeformt ist, dass dieser Abschnitt (38) bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts derart auf den Auslösemechanismus (39) drückt, dass dieser Auslösemechanismus (39) die Entklinkung der Verklinkungsstelle und damit eine Ausschaltbewegung des Schaltschlosses (15) initiiert.
Installationsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösemechanismus einen Schaltarm (39) aufweist und dass die Verklinkungsstelle des Schaltschlosses (15) direkt vom Auslöseelement (38, 45) über den Schaltarm (39) entklinkbar ist.
Installationsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (37) eine Torsionsfeder ist und dass der Abschnitt (38) der Feder bügelförmig ist.
Installationsschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der bügelförmige Abschnitt (38) der Torsionsfeder (37) in Richtung einer ersten Ebene (41) erstreckt, welche erste Ebene (41) parallel zu einer Auflagefläche (42) des beweglichen Kontaktelements (8) an der Kontakteinheit (36) angeordnet ist.
Installationsschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der bügelförmige Abschnitt (38) der Torsionsfeder (37) in Richtung einer zweiten Ebene (43) erstreckt, welche zweite Ebene (43) quer zu einer Auflagefläche (42) des beweglichen Kontaktelements (8) an der Kontakteinheit (36) angeordnet ist.
Installationsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kontaktelement (8) eine Aussparung (44) aufweist, durch welche Aussparung (44) der Auslösemechanismus (39) herausgeführt ist.
Elektrisches Installationsschaltgerät (1000), insbesondere Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter oder dergleichen, umfassend
ein Schaltschloss (15), und
einen Leiterabschnitt (26) mit einem ersten Kontaktelement (21) und einem beweglichen Kontaktelement (8),
wobei der Leiterabschnitt (26) an einer Trennstelle (23) derart ausgebildet ist, dass bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts (1000) das bewegliche Kontaktelement (8) an der Trennstelle (23) aufgrund eines resultierenden Magnetfeldes des stromdurchflossenen Leiterabschnitts (26) bei der Trennstelle (23) entlang einer Bahn vom ersten Kontaktelement (21) abstossbar und wegbewegbar ist, so dass der Leiterabschnitt (26) elektrisch unterbrechbar ist,
wobei das Installationsschaltgerät eine thermische Auslöseeinrichtung (13) aufweist, die ein durch den Strom auslenkbares Bimetallelement (11) oder einer Vorrichtung mit einer Formgedächtnislegierung umfasst, wobei eine Verklinkungsstelle des Schaltschlosses (15) von der thermische Auslöseeinrichtung (13) über einen eine erste Wirklinie (28) bildenden Auslösemechanismus (39) entklinkbar ist, wobei das elektrische Installationsschaltgerät (1000) ein Auslöseelement (38, 45) aufweist, das mit dem beweglichen Kontaktelement (8) derart wirkverbunden ist, dass beim Wegbewegen des beweglichen Kontaktelements (8) ein Entklinken der Verklinkungsstelle des Schaltschlosses (15) erzielbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kontaktelement (8) mit einer Feder (37) an einer Kontakteinheit (36) des Schaltschlosses (15) gehalten und positioniert ist, wobei dass das Auslöseelement ein Konturbereich (45) des beweglichen Kontaktelements (8) ist, wobei der Auslösemechanismus einen Schaltarm (39) aufweist und dass die Verklinkungsstelle des Schaltschlosses (15) direkt vom Auslöseelement (38, 45) über den Schaltarm (39) entklinkbar ist, wobei der Konturbereich (45) so ausgeformt und relativ zum Schaltarm (39) so angeordnet ist, dass dieser Konturbereich (45) bei einem Kurzschluss im Betrieb des Installationsschaltgeräts derart auf den Schaltarm (39) drückt, dass der Schaltarm (39) die Entklinkung der Verklinkungsstelle und damit eine Ausschaltbewegung des Schaltschlosses (15) initiiert.
Installationsschaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kontaktelement (8) eine Aussparung (44) aufweist, durch welche Aussparung (44) der Schaltarm (39) herausgeführt ist.