EP4131297B1 - Einschub-summenstromwandler, fehlerstromschutzschalter und montageverfahren - Google Patents
Einschub-summenstromwandler, fehlerstromschutzschalter und montageverfahrenInfo
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- EP4131297B1 EP4131297B1 EP22185636.2A EP22185636A EP4131297B1 EP 4131297 B1 EP4131297 B1 EP 4131297B1 EP 22185636 A EP22185636 A EP 22185636A EP 4131297 B1 EP4131297 B1 EP 4131297B1
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Definitions
- the invention relates to a withdrawable summation current transformer for a residual current device consisting of multiple modules, for example, an RCBO or FI/LS. Furthermore, the invention relates to a modular residual current device with such a withdrawable summation current transformer and an assembly method for such a residual current device.
- Electromechanical protective devices – such as circuit breakers, miniature circuit breakers, residual current devices, and arc or fire protection switches – are used to monitor and protect electrical circuits and are used primarily as switching and safety elements in electrical power supply and distribution networks.
- the protective device is electrically connected to an electrical line of the circuit to be monitored via two or more connection terminals in order to interrupt the electrical current in the respective monitored line if necessary.
- the protective device has at least one switching contact, which can be opened when a predefined condition occurs – for example, when a short circuit or fault current is detected – to disconnect the monitored circuit from the electrical network.
- Such protective devices are also known as modular devices in the field of low-voltage technology.
- Circuit breakers are specifically designed for high currents.
- a miniature circuit breaker also known as a miniature circuit breaker, is a so-called overcurrent protection device in electrical installations and is used particularly in the field of of low-voltage networks.
- Circuit breakers and miniature circuit breakers guarantee safe shutdown in the event of a short circuit and protect consumers and systems from overload, for example, from damage to electrical cables due to excessive heating as a result of excessive electrical current. They are designed to automatically switch off a monitored circuit in the event of a short circuit or overload, thus isolating it from the rest of the power grid. Circuit breakers and miniature circuit breakers are therefore used primarily as switching and safety elements for monitoring and protecting an electrical circuit in electrical power supply networks.
- Miniature circuit breakers are known from the publications DE 10 2015 217 704 A1 , EP 2 980 822 A1 , DE 10 2015 213 375 A1 , DE 10 2013 211 539 A1 or EP 2 685 482 B1 basically known in advance.
- a single-pole circuit breaker To interrupt a single phase line, a single-pole circuit breaker is generally used, which typically has a width of one modular spacing (approximately 18 mm). For three-phase connections, three-pole circuit breakers are used (as an alternative to three single-pole switching devices), which accordingly have a width of three modular spacings (approximately 54 mm). Each of the three phase conductors is assigned a pole, i.e., a switching point. If the neutral conductor is to be interrupted in addition to the three phase conductors, the devices are referred to as four-pole devices, which have four switching points: three for the three phase conductors and one for the shared neutral conductor.
- compact circuit breakers which, with a housing width of only one module, provide two switching contacts for each connecting cable, i.e. either for two phase cables (compact circuit breakers of type 1+1) or for one phase cable and the neutral conductor (compact circuit breakers of type 1+N).
- Such compact protective switching devices in slim design are known, for example, from the publications DE 10 2004 034 859 A1 , EP 1 191 562 B1 or EP 1 473 750 A1 basically known in advance.
- a residual current device is a protective device designed to ensure protection against dangerous fault currents in an electrical system.
- a residual current also known as a differential current—occurs when a live wire makes electrical contact with ground. This occurs, for example, when a person touches a live part of an electrical system: in this case, the current flows as a residual current through the person's body and toward ground.
- the residual current device must quickly and safely disconnect all poles of the electrical system from the power supply when such a residual current occurs.
- RCD residual current device
- FI switch FI circuit breaker
- DI switch FI switch
- RVD Residual Current Protective Device
- mains voltage-dependent and mains voltage-independent residual current circuit breakers have control electronics with a release that relies on an auxiliary or mains voltage to fulfil their function
- mains voltage-independent residual current circuit breakers do not require an auxiliary or mains voltage to implement the release function, but usually have a somewhat larger summation current transformer to implement the mains voltage-independent release, which can generate a larger induction current in the secondary winding.
- the magnitude of the current in a line leading to an electrical load is compared with the magnitude of the current in a line returning from the electrical load, for example a neutral conductor, using a so-called summation current transformer.
- This has an annular magnetic core through which the primary conductors (outgoing and returning electrical lines) are passed.
- the magnetic core itself is wound with a secondary conductor or secondary winding.
- the sum of the electrical currents flowing to the load is equal to the sum of the electrical currents flowing back from the load. If the currents are added vectorially, i.e.
- the signed sum of the electrical currents in the outgoing and return lines in the fault-current-free state is zero: no induced current is induced in the secondary conductor.
- the sum of the forward and return electrical currents recorded in the summation current transformer is not equal to zero.
- the resulting current difference induces a voltage proportional to the current difference in the secondary winding, causing a secondary current to flow in the secondary winding.
- This secondary current serves as a fault current signal and, once a predetermined value is exceeded, triggers the protective switching device and, as a result, opens at least one switching contact of the protective switching device, disconnects the correspondingly protected circuit.
- a mains voltage independent residual current circuit breaker in a narrow design, ie with a width of only one module, is known for example from the published patent application DE ⁇ 10 2018 202 204 A1
- the residual current circuit breaker has two current path sections, which are arranged side by side in a common insulating housing. During assembly, a pre-assembled summation current transformer assembly is inserted into a middle section of the insulating housing via one of the wide sides, with the installation space required for the summation current transformer located in both the first and second current path sections.
- a residual current transformer for a residual current circuit breaker is disclosed, the housing of which consists of two half-shells, to each of which two break-out clips are formed, which, when not broken out, enable a snap-on connection of the two half-shells and can be broken out after the assembly of the primary conductors in order to achieve the most compact design possible.
- the withdrawable summation current transformer according to the invention for a residual current device formed from several structurally stable individual modules has a magnetic core accommodated and held in a housing, through the opening of which at least two rigid primary conductors are passed.
- Each of the primary conductors has a first end and a second end for contacting a connection element of the module uniquely assigned to the respective primary conductor.
- the withdrawable summation current transformer has at least one guide contour which enables a guided insertion of the withdrawable summation current transformer along an insertion direction into a laterally open installation space extending over the several modules of the residual current device, wherein the ends of the primary conductors are The insert assumes a predefined position in relation to the connection elements assigned to it.
- the use of the withdrawable summation current transformer according to the invention has the advantage that the rigid primary conductors are routed through the magnetic core before the summation current transformer is installed in the residual current device – and thus outside the residual current device housing.
- the magnetic core can be tubular or ring-shaped. If it is wound from strip material, it is referred to as a toroidal core. Furthermore, the magnetic core can be housed and held in its own protective sheath.
- the term "rigid” refers to the primary conductors having inherent stability, allowing them to retain their shape.
- the first and second ends of the primary conductors which are contacted with a respective connection element of the residual current device in a later assembly step, each have a predefined position—adjacent to the respective connection element—after the withdrawable summation current transformer has been installed, i.e., after the withdrawable summation current transformer has been inserted into the designated installation space of the residual current device.
- the number of primary conductors to be passed through the magnetic core corresponds to the number of individual modules of the residual current device, with each module of the residual current device being uniquely assigned to one of the primary conductors: for a two-pole residual current device consisting of two modules, two primary conductors are required – one for contacting a neutral conductor, another for contacting a phase conductor. For a three-pole residual current device consisting of three modules, three primary conductors are required – one for contacting the neutral conductor, two for contacting a phase conductor each. - must be provided. In a four-pole residual current device consisting of four modules, there are four primary conductors: one for contacting the neutral conductor, and three more for contacting a phase conductor each.
- the guide contours are formed on the housing of the withdrawable summation current transformer and serve to facilitate the insertion of the withdrawable summation current transformer in a insertion direction into a laterally open installation space extending across the multiple modules of the residual current circuit breaker. In particular, they serve to prevent the first and second ends of the primary conductors from colliding with the connection elements of the residual current circuit breaker that protrude into the installation space during insertion in the insertion direction.
- the guide contours can, for example, be webs, lugs, or stop surfaces formed on the housing, which enable a predefined spatial positioning of the withdrawable summation current transformer during the insertion movement.
- each primary conductor is routed through the opening of the magnetic core at least twice. This means that each primary conductor must be returned at least once on the outside of the withdrawable summation current transformer. The resulting higher number of turns in the primary conductors allows for a higher secondary current on the secondary side of the withdrawable summation current transformer.
- each primary conductor is oriented opposite to each other transversely to the insertion direction. Due to the opposite orientation of the first and second ends of each primary conductor, a certain distance between the primary conductor ends can be achieved, so that contact errors—touching, incorrect contacts, etc.—can be effectively avoided.
- Each primary conductor is uniquely assigned to a module of the residual current device. The two ends of a primary conductor are thus "at the same height" in the insertion direction, so that after insertion, they are positioned within the assigned module and adjacent to their respective connection element.
- the first ends of the primary conductors are arranged one behind the other in the insertion direction.
- the second ends of the primary conductors are also arranged one behind the other in the insertion direction.
- the housing has several guide ribs on its exterior for guiding the primary conductors. These guide ribs hold the primary conductors in a predefined position while winding the magnetic core. This allows the external dimensions of the withdrawable summation current transformer to be reliably maintained, which is advantageous given the limited space within the installation compartment, as it ensures that the maximum available installation space is not exceeded.
- the ends of the primary conductors are arranged at a distance from the housing downwards, i.e., from the front side to the mounting side. This ensures better accessibility to the primary conductor ends, which is particularly advantageous for the subsequent joining process (welding, soldering). This also minimizes the energy input when joining the primary conductor ends, thus the risk of damage to the withdrawable summation current transformer - especially the magnetic core - can be reduced.
- the withdrawable summation current transformer has a cuboid-shaped outer contour. This allows for a compact design, with the cuboid-shaped outer contour corresponding to the essentially cuboid-shaped installation space of the residual current device.
- the modular residual current device comprises a first module designed as an MCB module, in which a current path for contacting a phase conductor is arranged, which has a switching contact and a switching mechanism with a magnetic and a thermal tripping system for interrupting the switching contact. Furthermore, the residual current device comprises a second module designed as an RCD module, in which a current path for contacting a neutral conductor is arranged. Both modules each comprise an insulating housing with a front side, a fastening side arranged opposite the front side, and narrow and wide sides connecting the front and fastening sides, and are arranged side by side.
- the insulating housings each comprise a plug-in opening extending from one wide side to the other, whereby, when the MCB module is combined with the RCD module, a cross-module installation space is formed, in which a cross-module plug-in summation current transformer of the type described above is accommodated and held.
- the residual current device according to the invention is a combined device design in which the functionality of a pure residual current device is combined with the functionality of a circuit breaker: in German, such combined protective devices are called FI/LS (residual current/line protection), in English-speaking countries the term RCBO (for Residual current operated Circuit-Breaker with Overcurrent protection) is used.
- FI/LS residual current/line protection
- RCBO Residual current operated Circuit-Breaker with Overcurrent protection
- module refers to the fact that the residual current device is constructed from two individual modules – an MCB module and an RCD module. Both modules are structurally stable, enclosed modules, each with its own insulating housing and a plug-in opening. After the two modules are mounted side by side, they form a cross-module installation space for accommodating and mounting the plug-in summation current transformer. Internally, each module has a primary conductor current path – for the neutral conductor in the case of the RCD module, and for a phase conductor in the case of the MCB module.
- each module – a switching contact, switching and tripping mechanism (for short circuits and thermal overloads in the MCB module, for residual currents in the case of residual currents), arc quenching equipment, etc. – are also arranged, i.e., housed and supported, within the respective module.
- the installation space is arranged off-center between the two narrow sides, i.e. shifted towards one of the two narrow sides, and is accessible from the outside via the two wide sides of each module.
- the two outer wide sides can be closed using suitable closure elements such as covers or flaps.
- the off-center arrangement has the advantage that in this area of the modules forming the residual current device, free installation space is available, which can be used for the installation of a large-volume assembly such as the withdrawable summation current transformer.
- the modules - and thus the residual current device - can be kept compact, so that each Each module has a width of only one pitch unit, which corresponds to approximately 18 mm.
- the residual current circuit breaker accordingly has a width of one pitch unit per module—i.e., two pitch units for a two-pole device consisting of two modules.
- the modular residual current device has at least one additional module, which is designed as an MCB module and arranged next to the first module.
- additional MCB modules three-pole (one additional MCB module) or four-pole (two additional MCB modules) residual current devices or RCBOs can be easily implemented.
- the individual modules are arranged side by side and fastened to one another using suitable connecting elements - for example, clamps, rivets, or snap connections.
- the assembly process has the additional step b1) Moving the withdrawable summation current transformer in an engagement direction oriented transversely to the insertion direction (R2),
- the additional step b1) is performed before the "production of joint connections.” In this way, the ends of the primary conductors are brought into close proximity with the respective connection element only after the summation current transformer has been inserted into the installation space, so that they can then be easily connected. This reliably prevents collisions during insertion.
- step c) "Creating joints" is carried out thermally by soldering or welding. With the help of these thermal joining processes, soldering and welding, a solid, sometimes also highly heat-resistant, and secure joint can be created. between the primary conductor ends and the respective connection element assigned to them.
- the basic structure of the modular residual current device 1 according to the invention is shown schematically in two different views.
- the four-pole residual current device 1, designed as a residual current device (RCD) or RCBO, is composed of four individual modules, an RCD module 2 (shown on the right in Figure 1a) and three MCB modules 3, each of which has an independent, structurally stable insulating housing 10.
- the insulating housings 10 are each designed in a narrow design and have a width B of one pitch unit (1TE, corresponding to approximately 18mm).
- the outer dimensions defining the envelope surfaces are formed by a front side 11, a fastening side 12 arranged opposite the front side 11, and narrow sides 13 and wide sides 14 connecting the front and fastening sides 11, 12.
- screw terminals 19 for contacting mains-side or load-side connecting conductors are accommodated and held in the respective insulating housing 10 of the respective module.
- each of the modules 2, 3 has an actuating element 23 arranged in the area of its front side 11. Joint actuation of the individual actuating elements 23 is realized by means of a connecting element 24 coupling the individual actuating elements 23.
- narrow-profile insulating housings 10 comprise two half-shells, which are joined together at the end of the assembly of the low-voltage protective device 1 using suitable fasteners, such as rivets or snap-in connections, to form a circumferential joint line.
- Each half-shell includes one of the wide sides 14 as well as parts (in whole or in full) of the front, mounting, and narrow sides 11, 12, and 13.
- a plug-in opening is formed, which extends orthogonally to the broad sides 14 from one broad side 14 to the other, thereby forming an installation space 16.
- Electrical connection elements 26 of the respective module 2, 3 protrude laterally into the installation space 16.
- the installation space 16 is positioned off-center, i.e., shifted toward one of the narrow sides 13, in the insulating housing 10 and is accessible via each of the two wide sides 14.
- the insertion openings can be closed by means of suitable closure elements, for example a cover 25.
- FIG 3 A first embodiment of the plug-in summation current transformer 100 according to the invention is shown schematically in a perspective view.
- This has a ring-shaped or tubular magnetic core 102, which is accommodated and held in a housing 101 of the plug-in summation current transformer 100. Since this is a summation current transformer for the Figures 1 and 2
- four primary conductors 110, 120, 130, 140 are passed through the opening of the magnetic core.
- Each of the primary conductors 110, 120, 130, 140 has a first end 111, 121, 131, 141 and a second end 112, 122, 132, 142.
- each primary conductor 110, 120, 130, 140 are oriented opposite to each other transversely to an insertion direction R1, ie the ends each point outwards transversely to the insertion direction, wherein the first ends 111, 121, 131, 141 and the second ends 112, 122, 132, 142 each form a row extending in the insertion direction.
- the withdrawable summation current transformer 100 has guide contours 108 which, when the withdrawable summation current transformer 100 is inserted into the installation space 16, engage on corresponding contact surfaces 17 formed there (see Figures 4 and 5 ).
- each of the primary conductors 110, 120, 130, 140 is passed twice through the magnetic core 102 – and correspondingly returned to the outside of the housing 101.
- the withdrawable summation current transformer 100 has several guide webs 109 through which the primary conductors 110, 120, 130, 140 are guided at a distance from one another.
- Figures 4 and 5 is the one from the Figures 1 and 2 known residual current circuit breaker 1 with the mounted therein, made of Figure 3 known withdrawable summation current transformer 100 is shown schematically in two side views, which show different assembly states.
- Figure 4 shows the residual current device 1 with the withdrawable summation current transformer 100 inserted into the installation space 16 immediately at the end of the insertion movement in the insertion direction R1.
- the withdrawable summation current transformer 100 is in a second direction, the engagement direction R2, which is from the fastening side 12 is oriented towards the front side 11 - and thus transversely to the insertion direction R1 - so that the first and second ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 of the primary conductors 110, 120, 130, 140 are located directly in the region of the connection element 26 assigned to them.
- connection elements 26 have U-shaped receptacles for the primary conductor ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, which serve to mechanically secure the primary conductor ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142: if the first and second ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 of the primary conductors 110, 120, 130, 140 are located directly in the region of the U-shaped receptacle of the connection element 26 assigned to them in each case, the U-shaped receptacles can be pressed together by means of a tool suitable for this purpose, whereby a mechanically stable connection is initially realized between the respective primary conductor end and the connection element 26 assigned to it. In order to achieve a good electrical conductivity, this connection can then be thermally joined, for example by soldering, brazing or welding.
- the insulating housings 10 of the individual modules 2, 3 have closable mounting openings (not shown) on their mounting side 12, which allow access to the installation space and are located directly below the connection elements 26. In this way, the mechanical and/or thermal joining connection can be carried out from the mounting side 12 using standard tools.
- the primary conductors 110, 120, 130, 140 are initially guided downwards centrally below the housing 101 of the withdrawable summation current transformer 100, before the first and second ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 are angled outwards. In this way, a free space defined by the distance is created between the primary conductor ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 and the housing 101, into which the connection elements 26 protrude during the insertion movement of the withdrawable summation current transformer 100 without colliding with the primary conductor ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142.
- FIG. 6 An alternative embodiment of a withdrawable summation current transformer 100' according to the invention and of a corresponding, alternative modular residual current device 1' are schematically shown.
- Figure 6 shows the alternative plug-in summation current transformer 100', which is used for a two-pole residual current device 1' (see Figure 7 ) and therefore has only two primary conductors 110', 120', which in turn are passed twice through the magnetic core 102'.
- the magnetic core 102' is now erected so that the primary conductors 110', 120' are guided from top to bottom - ie from the front side 11 to the fastening side 12 - through the opening of the magnetic core 102'.
- the first and second ends 111', 112', 121', 122' of the two primary conductors 110' and 120' are again angled outwards so that between the primary conductor ends 111', 112', 121', 122' and the housing 101' of the two-pole plug-in summation current transformer 100', a free space defined by the distance to the magnetic core 102' is created, into which the connection elements 26 protrude without Insertion movement to collide with the primary conductor ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142.
- the two-pole residual current device 1' shown in a side view has only two modules - an RCD module 2 and an MCB module 3 (see Figures 1 and 2 ) - which are structurally equivalent to modules 2 and 3 of the Figures 1 to 5 correspond to the modules 2, 3 shown and described and each have an independent, structurally stable insulating housing 10.
- This design makes it possible to combine modular protective switching devices, for example two-, three-, or four-pole FI/LS residual current circuit breakers 1, 1', with cross-module assemblies such as the withdrawable summation current transformer 100, 100', whereby the respective withdrawable summation current transformer 100, 100' is specifically adapted to the modular conditions of the respective residual current circuit breaker 1, 1'.
- a first step S1 at least one MCB module 3 is attached to an RCD module 2, forming a residual current device 1, 1' with a module-spanning installation space 16.
- Using only one MCB module 3 results in a two-pole residual current device 1'; installing three MCB modules results in a four-pole residual current device 1.
- the withdrawable summation current transformer 100, 100' matching the respective residual current device 1, 1' is inserted into the cross-module installation space 16 in an insertion direction R1.
- the first ends 111, 121, 131, 141, 111', 121' as well as the second ends 112, 122, 132, 142, 112', 122' of the primary conductors 110, 120, 130, 140, 110', 120' are positioned adjacent to the connection element 26 assigned to them.
- a third step S3 joining connections are established between the first ends or second ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122' of the primary conductors 110, 120, 130, 140, 110', 120' and the connecting element 26 of the respective module 2, 3, which is uniquely assigned to the respective primary conductor end 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122'.
- the joining connection can be mechanical, for example, by clamping or crimping, or thermal, such as soldering, brazing, or welding. Combinations of the various joining methods are also possible.
- step S3 in which the withdrawable summation current transformer 100, 100' is moved in an engagement direction R2 oriented transversely to the insertion direction until the primary conductor ends 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122' are located in the immediate vicinity of the connecting element 26 assigned to them.
- the installation sequence is independent of whether it is a two-pole, three-pole or four-pole FI/LS residual current device 1, 1'.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Breakers (AREA)
- Transformers For Measuring Instruments (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft einen Einschub-Summenstromwandler für einen aus mehreren Modulen gebildeten Fehlerstromschutzschalter, beispielsweise ein FI/LS bzw. RCBO. Weiterhin betrifft die Erfindung einen modularen Fehlerstromschutzschalter mit einem derartigen Einschub-Summenstromwandler sowie ein Montageverfahren für einen derartigen Fehlerstromschutzschalter.
- Elektromechanische Schutzschaltgeräte - beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter sowie Lichtbogen- bzw. Brandschutzschalter - dienen der Überwachung sowie der Absicherung eines elektrischen Stromkreises und werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungs- und Verteilnetzen eingesetzt. Zur Überwachung und Absicherung des elektrischen Stromkreises wird das Schutzschaltgerät über zwei oder mehrere Anschlussklemmen mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen überwachten Leitung zu unterbrechen. Das Schutzschaltgerät weist hierzu zumindest einen Schaltkontakt auf, der bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes - beispielsweise bei Erfassen eines Kurzschlusses oder eines Fehlerstromes - geöffnet werden kann, um den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
- Leistungsschalter sind dabei speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter (sogenannter LS-Schalter), welcher auch als "Miniature Circuit Breaker" (MCB) bezeichnet wird, stellt in der Elektroinstallation eine sogenannte Überstromschutzeinrichtung dar und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher und Anlagen vor Überlast, beispielsweise vor Beschädigung der elektrischen Leitungen durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes. Sie sind dazu ausgebildet, einen zu überwachenden Stromkreis im Falle eines Kurzschlusses oder bei Auftreten einer Überlast selbsttätig abzuschalten und damit vom übrigen Leitungsnetz zu trennen. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter werden daher insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente zur Überwachung und Absicherung eines elektrischen Stromkreises in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Leitungsschutzschalter sind aus den Druckschriften
DE 10 2015 217 704 A1 ,EP 2 980 822 A1 ,DE 10 2015 213 375 A1 ,DE 10 2013 211 539 A1 oder auchEP 2 685 482 B1 prinzipiell vorbekannt. - Zur Unterbrechung einer einzigen Phasenleitung wird in der Regel ein einpoliger Leitungsschutzschalter verwendet, welche üblicher Weise eine Breite von einer Teilungseinheit (entspricht ca. 18mm) aufweist. Für dreiphasige Anschlüsse werden (alternativ zu drei einpoligen Schaltgeräten) dreipolige Leitungsschutzschalter eingesetzt, welche dementsprechend eine Breite von drei Teilungseinheiten (entspricht ca. 54mm) aufweisen. Jedem der drei Phasenleiter ist dabei ein Pol, d.h. eine Schaltstelle zugeordnet. Soll zusätzlich zu den drei Phasenleitern auch noch der Neutralleiter unterbrochen werden, spricht man von vierpoligen Geräten, welche vier Schaltstellen aufweisen: drei für die drei Phasenleiter sowie einen für den gemeinsamen Neutralleiter.
- Daneben existieren kompakte Leitungsschutzschalter, welche bei einer Gehäusebreite von nur einer Teilungseinheit zwei Schaltkontakte für je eine Anschlussleitung, d.h. entweder für zwei Phasenleitungen (Kompaktleitungsschutzschalter vom Typ 1+1) oder für eine Phasenleitung und den Neutralleiter (Kompaktleitungsschutzschalter vom Typ 1+N), bereitstellen.
- Derartige Kompakt-Schutzschaltgeräte in Schmalbauweise sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 10 2004 034 859 A1 ,EP 1 191 562 B1 oderEP 1 473 750 A1 prinzipiell vorbekannt. - Ein Fehlerstromschutzschalter ist eine Schutzeinrichtung zur Gewährleistung eines Schutzes gegen einen gefährlichen Fehlerstrom in einer elektrischen Anlage. Ein derartiger Fehlerstrom - welcher auch als Differenzstrom bezeichnet wird - tritt auf, wenn ein spannungsführendes Leitungsteil einen elektrischen Kontakt gegen Erde aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer elektrischen Anlage berührt: in diesem Fall fließt der Strom als Fehlerstrom durch den Körper der betreffenden Person gegen die Erdung ab. Zum Schutz gegen derartige Körperströme muss der Fehlerstromschutzschalter bei Auftreten eines derartigen Fehlerstroms die elektrische Anlage schnell und sicher allpolig vom Leitungsnetz trennen. Im Allgemeinen Sprachgebrauch werden anstelle des Begriffs "Fehlerstromschutzschalter" auch die Begriffe FI-Schutzschalter (kurz: FI-Schalter), Differenzstromschutzschalter (kurz: DI-Schalter) oder RCD (für "Residual Current Protective Device") gleichwertig verwendet.
- Bei Fehlerstromschutzschaltern wird ferner zwischen netzspannungsabhängigen und netzspannungsunabhängigen Gerätetypen unterschieden: während netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschalter eine Steuerungselektronik mit einem Auslöser aufweisen, die zur Erfüllung ihrer Funktion auf eine Hilfs- oder Netzspannung angewiesen ist, benötigen netzspannungsunabhängige Fehlerstromschutzschalter zur Realisierung der Auslösefunktion keine Hilfs- oder Netzspannung, sondern weisen zur Realisierung der netzspannungsunabhängigen Auslösung in der Regel einen etwas größeren Summenstromwandler auf, wodurch ein größerer Induktionsstrom in der Sekundärwicklung erzeugt werden kann.
- Daneben existieren auch Gerätebauformen, bei denen die Funktionalität eines Fehlerstrom-Schutzschalters mit der Funktionalität eines Leitungsschutzschalters kombiniert wird: derartige kombinierte Schutzschaltgeräte werden im Deutschen als FI/LS oder im englischsprachigen Raum als RCBO (für Residual current operated Circuit-Breaker with Overcurrent protection) bezeichnet. Diese Kombigeräte haben im Vergleich zu getrennten Fehlerstrom- und Leitungsschutzschaltern den Vorteil, dass jeder Stromkreis seinen eigenen Fehlerstrom-Schutzschalter aufweist: Normalerweise wird ein einziger FehlerstromSchutzschalter für mehrere Stromkreise verwendet. Kommt es zu einem Fehlerstrom, werden somit in Folge alle abgesicherten Stromkreise abgeschaltet. Durch den Einsatz von RCBOs wird nur der jeweils betroffene Stromkreis abgeschaltet.
- Zur Erfassung eines derartigen Fehler- bzw. Differenzstromes wird die Größe des Stromes in einer zu einem elektrischen Verbraucher hinführenden Leitung, beispielsweise einer Phasenleitung, mit der Größe des Stromes in einer vom elektrischen Verbraucher zurückführenden Leitung, beispielsweise eines Neutralleiters, mit Hilfe eines sogenannten Summenstromwandlers verglichen. Dieser weist einen ringförmigen Magnetkern auf, durch den die Primärleiter (hin- und rückführende elektrische Leitungen) hindurchgeführt sind. Der Magnetkern selbst ist mit einem Sekundärleiter bzw. einer Sekundärwicklung umwickelt. Im fehlerstromfreien Zustand ist die Summe der zu dem Verbraucher hinfließenden elektrischen Ströme gleich der Summe der vom Verbraucher zurückfließenden elektrischen Ströme. Werden die Ströme vektoriell, d.h. richtungsbezogen bzw. vorzeichenbehaftet, addiert, so folgt hieraus, dass die vorzeichenbehaftete Summe der elektrischen Ströme in den Hin- und Rückleitungen im fehlerstromfreien Zustand gleich Null ist: im Sekundärleiter wird kein Induktionsstrom induziert. Im Unterschied dazu ist im Falle eines Fehler- bzw. Differenzstromes, der gegen Erde abfließt, die im Summenstromwandler erfasste Summe der hin- beziehungsweise zurückfließenden elektrischen Ströme ungleich Null. Die dabei auftretende Stromdifferenz führt dazu, dass an der Sekundärwicklung eine der Stromdifferenz proportionale Spannung induziert wird, wodurch ein Sekundärstrom in der Sekundärwicklung fließt. Dieser Sekundärstrom dient als Fehlerstromsignal und führt nach Überschreiten eines vorbestimmten Wertes zum Auslösen des Schutzschaltgerätes und infolgedessen - durch Öffnen des zumindest einen Schaltkontaktes des Schutzschaltgerätes - zur Abschaltung des entsprechend abgesicherten Stromkreises.
- Ein netzspannungsunabhängiger Fehlerstromschutzschalter in Schmalbauweise, d.h. mit einer Breite von lediglich einer Teilungseinheit, ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE<
10 2018 202 204 A1 bekannt. Der Fehlerstromschutzschalter weist zwei Strompfadbereiche auf, welche in einem gemeinsamen Isolierstoffgehäuse in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet sind. Bei der Montage wird eine vormontierte Summenstromwandler-Baugruppe über eine der Breitseiten in ein Gehäusemittelteil des Isolierstoffgehäuses eingesetzt, wobei sich der für den Summenstromwandler benötigte Bauraum sowohl im ersten als auch im zweiten Strompfadbereich befindet. - Weiterhin ist in der Patentschrift
DE 691 02 583 T2 ein Fehlerstromwandler für einen Differenzstrom-Schutzschalter offenbart, dessen Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht, an die jeweils zwei herausbrechbare Klammern angeformt sind, die im nicht herausgebrochenen Zustand eine Schnappverbindung der beiden Halbschalen ermöglichen und nach der Montage der Primärleiter herausgebrochen werden können, um eine möglichst kompakte Gestaltung zu erhalten. - Insbesondere bei mehrpoligen Fehlerstromschutzschaltern - ob als reiner Fehlerstromschutzschalter oder als kombinierte Gärätebauform wie FI/LS bzw. RCBO - müssen bei der Montage des Summenstromwandlers die die vergleichsweise dicken Primärleiter manuell durch den ringförmigen Magnetkern hindurch gefädelt werden. Gerade bei kompakten Schutz- oder Messeinrichtungen, welche nur über einen geringen Bauraum verfügen, ist eine derartige Montage vergleichsweise aufwändig und zwingend von Hand auszuführen.
- Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einschub-Summenstromwandler für einen aus mehreren Einzelmodulen gebildeten Fehlerstromschutzschalter, einen modularen Fehlerstromschutzschalter mit einem derartigen Einschub-Summenstromwandler sowie ein Montageverfahren für einen derartigen Fehlerstromschutz-schalter bereitzustellen, welche sich durch eine vereinfachte Montage auszeichnen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Einschub-Summenstromwandler für einen aus mehreren Einzelmodulen gebildeten Fehlerstromschutzschalter, den modularen Fehlerstromschutzschalter mit einem derartigen Einschub-Summenstromwandler sowie das Montageverfahren für einen derartigen Fehlerstromschutz-schalter gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Der erfindungsgemäße Einschub-Summenstromwandler für einen aus mehreren strukturmechanisch stabilen Einzelmodulen gebildeten Fehlerstromschutzschalter weist einen in einem Gehäuse aufgenommenen und gehalterten Magnetkern auf, durch dessen Öffnung zumindest zwei starre Primärleiter hindurchgeführt sind. Dabei weist jeder der Primärleiter ein erstes Ende und ein zweites Ende zur Kontaktierung mit je einem Anschlusselement des dem jeweiligen Primärleiter eindeutig zugeordneten Moduls auf. Weiterhin weist der Einschub-Summenstromwandler zumindest eine Führungskontur auf, die einen geführten Einschub des Einschub-Summenstromwandlers entlang einer Einschubrichtung in einen sich über die mehreren Module des Fehlerstromschutzschalters erstreckenden, seitlich offenen Einbauraum ermöglicht, wobei die Enden der Primärleiter nach dem Einschub eine vordefinierte Position zu den ihnen jeweils zugeordneten Anschlusselementen einnehmen.
- Die Verwendung des erfindungsgemäßen Einschub-Summenstromwandlers hat den Vorteil, dass die starren Primärleiter vor der Montage des Summenstromwandlers im Fehlerstromschutzschalter - und damit außerhalb des Fehlerstromschutzschaltergehäuses - durch den Magnetkern hindurchgeführt werden. Der Magnetkern kann dabei rohr- oder ringförmig ausgebildet sein. Ist er aus Bandmaterial gewickelt, so spricht man von einem Ringbandkern. Ferner kann der Magnetkern in einer eigenen Schutzhülle aufgenommen und gehaltert sein.
- Unter dem Begriff "starr" ist dabei zu verstehen, dass die Primärleiter eine Eigenstabilität aufweisen, so dass sie ihre Form behalten. Insbesondere die ersten und zweiten Enden der Primärleiter, welche in einem späteren Montageschritt mit einem jeweiligen Anschlusselement des Fehlerstromschutzschalters kontaktiert werden, weisen nach der Montage des Einschub-Summenstromwandlers, d.h. nach dem Einschieben des Einschub-Summenstromwandlers in den dafür vorgesehenen Einbauraum des Fehlerstromschutzschalters, eine jeweils vordefinierte Position - benachbart zu dem jeweils zugeordneten Anschlusselement - auf.
- Die Anzahl der durch den Magnetkern hindurchzuführenden Primärleiter korrespondiert dabei mit der Anzahl der Einzelmodule des Fehlerstromschutzschalters, wobei jedem Modul des Fehlerstromschutzschalters jeweils einer der Primärleiter eindeutig zugeordnet ist: bei einem aus zwei Modulen gebildeten zweipoligen Fehlerstromschutzschalter sind dementsprechend zwei Primärleiter - einer zur Kontaktierung mit einem Neutralleiter, ein weiterer zur Kontaktierung mit einem Phasenleiter - vorzusehen. Bei einem aus drei Modulen gebildeten dreipoligen Fehlerstromschutzschalter sind entsprechend drei Primärleiter - einer zur Kontaktierung mit dem Neutralleiter, zwei weitere zur Kontaktierung mit jeweils einem Phasenleiter - vorzusehen. Bei einem aus vier Modulen gebildeten vierpoligen Fehlerstromschutzschalter sind es vier Primärleiter: einer zur Kontaktierung mit dem Neutralleiter, drei weitere zur Kontaktierung mit jeweils einem Phasenleiter.
- Die Führungskonturen sind am Gehäuse des Einschub-Summenstromwandlers ausgebildet und dienen dazu, das Einführen des Einschub-Summenstromwandlers in einer Einschubrichtung in einen sich über die mehreren Module des Fehlerstromschutzschalters erstreckenden, seitlich offenen Einbauraum zu erleichtern. Insbesondere dienen sie dazu, eine Kollision der ersten und zweiten Enden der Primärleiter mit den in den Einbauraum hineinragenden Anschlusselementen des Fehlerstromschutzschalters während des Einschiebens in der Einschubrichtung zu verhindern. Bei den Führungskonturen kann es sich beispielsweise um am Gehäuse ausgebildete Stege, Nasen oder Anschlagsflächen handeln, welche eine vordefinierte räumliche Positionierung des Einschub-Summenstromwandlers während der Einschubbewegung ermöglichen.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung des Einschub-Summenstromwandlers ist jeder der Primärleiter zumindest zweimal durch die Öffnung des Magnetkerns geführt. Dies bedeutet, dass jeder Primärleiter auf der Außenseite des Einschub-Summenstromwandlers zumindest einmal zurückgeführt werden muss. Durch die daraus resultierende höhere Windungszahl der Primärleiter ist auf der Sekundärseite des Einschub-Summenstromwandlers ein höherer Sekundärstrom realisierbar.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Einschub-Summenstromwandlers sind das erste und das zweite Ende eines jeden Primärleiters quer zur Einschubrichtung einander entgegengesetzt orientiert. Durch die entgegengesetzte Orientierung des ersten und zweiten Endes eines jeden Primärleiters ist ein gewisser Abstand der Primärleiterenden realisierbar, so dass Fehler bei der Kontaktierung - Berührungen, Fehlkontaktierungen, etc. wirksam vermieden werden können. Jedem Primärleiter ist dabei ein Modul des Fehlerstromschutzschalters eindeutig zugeordnet. Die beiden Enden eines Primärleiters befinden sich damit in Einschubrichtung "auf gleicher Höhe", so dass sie nach dem Einschieben innerhalb des ihnen zugeordneten Moduls und benachbart zu dem ihnen jeweils zugeordneten Anschlusselement positioniert sind.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Einschub-Summenstromwandlers sind die ersten Enden der Primärleiter in der Einschubrichtung hintereinander angeordnet. Auch die zweiten Enden der Primärleiter sind in der Einschubrichtung hintereinander angeordnet. Indem die ersten Enden der Primärleiter sowie die zweiten enden der Primärleiter jeweils hintereinander in einer Reihe angeordnet sind, können Kollisionen der Primärleiterenden mit in den Einbauraum hineinragenden Bauteilen des Fehlerstromschutzschalters vermieden werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Einschub-Summenstromwandlers weist das Gehäuse an seiner Außenseite mehrere Führungsstege zur Führung der Primärleiter auf. Mit Hilfe der Führungsstege werden den Primärleiter beim Bewickeln des Magnetkerns in einer vordefinierten Position gehalten. Damit können die Außenabmessungen des Einschub-Summenstromwandlers sicher eingehalten werden, was wegen der beengten Platzverhältnisse innerhalb des Einbauraums von Vorteil ist, um den dort maximal zur Verfügung stehenden Bauraum nicht zu überschreiten.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Einschub-Summenstromwandlers sind die Enden der Primärleiter nach unten, d.h. von der Frontseite zur Befestigungsseite, beabstandet vom Gehäuse angeordnet. Auf diese Weise ist eine bessere Zugänglichkeit zu den Primärleiterenden gewährleistet, was insbesondere für den nachfolgenden Fügeprozess (Schwei-βen, Löten) von Vorteil ist. Somit kann auch der Energieeintrag beim Fügen der Primärleiterenden geringgehalten und damit die Gefahr einer Beschädigung des Einschub-Summenstromwandlers - insbesondere des Magnetkerns - reduziert werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Einschub-Summenstromwandler eine quaderförmige Außenkontur auf. Auf diese Weise ist eine kompakte Gestaltung realisierbar, wobei die quaderförmige Außenkontur zu dem im Wesentlichen quaderförmig gehaltenen Einbauraum des Fehlerstromschutzschalters korrespondiert.
- Der erfindungsgemäße modulare Fehlerstromschutzschalter weist ein als MCB-Modul ausgebildetes erstes Modul auf, in dem ein Strompfad zur Kontaktierung mit einem Phasenleiter angeordnet ist, welcher einen Schaltkontakt sowie eine Schaltmechanik mit einem magnetischen und einem thermischen Auslösesystem zur Unterbrechung des Schaltkontakts aufweist. Weiterhin weist der Fehlerstromschutzschalter ein als RCD-Modul ausgebildetes zweites Modul auf, in dem ein Strompfad zur Kontaktierung mit einem Neutralleiter angeordnet ist. Dabei weisen beide Module jeweils ein Isolierstoffgehäuse mit einer Frontseite, einer der Frontseite gegenüberliegend angeordnete Befestigungsseite, sowie mit die Front- und die Befestigungsseite verbindende Schmal- und Breitseiten auf und sind nebeneinander angeordnet. Die Isolierstoffgehäuse weisen jeweils eine sich von der einen zur anderen Breitseite erstreckende Einschuböffnung auf, wodurch bei einer Kombination des MCB-Moduls mit dem RCD-Modul ein modulübergreifenden Einbauraum gebildet ist, in dem ein modulübergreifender Einschub-Summenstromwandler der vorstehend beschriebenen Art aufgenommen und gehaltert ist.
- Bei dem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter handelt es sich um eine kombinierte Gerätebauform, bei der Funktionalität eines reinen Fehlerstrom-Schutzschalters mit der Funktionalität eines Leitungsschutzschalters kombiniert wird: im Deutschen werden derartige Kombi-Schutzschaltgeräte als FI/LS (Fehlerstrom/Leitungsschutz) bezeichnet, im englischsprachigen Raum ist hierfür der Begriff RCBO (für Residual current operated Circuit-Breaker with Overcurrent protection) gebräuchlich.
- Unter dem Begriff "modular" ist zu verstehen, dass der Fehlerstromschutzschalter aus zwei Einzelmodulen - MCB-Modul und RCD-Modul - aufgebaut ist. Bei beiden Modulen handelt es sich dabei um strukturmechanisch stabile, geschlossene Module mit jeweils einem eigenen Isolierstoffgehäuse mit je einer Einschuböffnung, welche nach der Montage der beiden Module - Breitseite an Breitseite - einen modulübergreifenden Einbauraum zur Aufnahme und Montage des Einschub-Summenstromwandlers bilden. Innenliegend weisen die beiden Module jeweils einen Primärleiter-Strompfad - im Falle des RCD-Moduls für den Neutralleiter, beim MCB-Modul für einen Phasenleiter - auf. Auch die zur Realisierung der Funktionalität des jeweiligen Moduls erforderlichen Baugruppen und Komponenten - jeweils ein Schaltkontakt, Schalt- und Auslösemechanik (beim MCB-Modul für Kurzschluss und thermische Überlast, beim RCD-Modul für den Fehlerstromfall), Löscheinrichtung zur Lichtbogen-Löschung, etc. - sind in dem jeweiligen Modul angeordnet, d.h. aufgenommen und gehaltert.
- Zwischen den beiden Schmalseiten ist der Einbauraum außermittig, d.h. zu einer der beiden Schmalseiten hin verschoben, angeordnet und über die in den beiden Breitseiten eines jeden Moduls von außen zugänglich. Nach der Montage der beiden Module (Breitseite an Breitseite) sind die beiden außenliegenden Breitseiten mittels geeigneter Verschlusselemente wie Deckel oder Klappen verschließbar. Die außermittige Anordnung hat den Vorteil, dass in diesem Bereich der den Fehlerstromschutzschalter bildenden Module freier Bauraum zur Verfügung steht, welcher für die Anordnung einer großvolumigen Baugruppe wie des Einschub-Summenstromwandlers genutzt werden kann. Auf diese Weise können die Module - und damit der Fehlerstromschutzschalter - kompakt gehalten werden, so dass jedes Modul eine Breite von lediglich einer Teilungseinheit, was ca. 18mm entspricht, aufweist. Der Fehlerstromschutzschalter weist dementsprechend eine Breite von einer Teilungseinheit je Modul -also zwei Teilungseinheiten bei einem aus zwei Modulen gebildeten zweipoligen Gerät - auf.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der modulare Fehlerstromschutzschalter zumindest ein weiteres Modul, welches als MCB-Modul ausgebildet und neben dem ersten Modul angeordnet ist, auf. Durch Hinzunahme weiterer MCB-Module sind dreipolige (ein weiteres MCB-Modul) oder vierpolige (zwei weitere MCB-Module) FI/LS- bzw. RCBO-Geräte auf einfache Art und Weise realisierbar. Lediglich der in den gemeinsamen, modulübergreifenden Einbauraum einzuschiebende Summenstromwandler ist entsprechend zu modifizieren, d.h. für jedes weitere Modul ist ein weiterer Primärleiter vorzusehen. Die einzelnen Module werden dabei jeweils Breitseite an Breitseite nebeneinander angeordnet und mit Hilfe geeigneter Verbindungsmittel - beispielsweise Klammern, Niet- oder Schnappverbindungen - aneinander befestigt.
- Das erfindungsgemäße Montageverfahren für einen modular aufgebauten Fehlerstromschutzschalter der vorstehend beschriebenen Art weist die Schritte
- a) Befestigen zumindest eines MCB-Moduls an einem RCD-Modul, so dass ein modulübergreifender Einbauraum gebildet ist;
- b) Einschieben eines gemäß der vorstehend beschriebenen Art gebildeten Einschub-Summenstromwandlers in den Einbauraum in einer Einschubrichtung (R1);
- c) Herstellen von Fügeverbindungen zwischen den ersten bzw. zweiten Enden der Primärleiter und einem dem jeweiligen Primärleiterende eindeutig zugeordneten Anschlusselement des jeweiligen Moduls.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Montageverfahren den zusätzlichen Schritt
b1) Bewegen des Einschub-Summenstromwandlers in einer quer zur Einschubrichtung orientierten Einrückrichtung (R2), - auf, wobei der zusätzliche Schritt b1) vor dem "Herstellen von Fügeverbindungen" ausgeführt wird. Auf diese Weise werden die Enden der Primärleiter erst nach dem Einschieben des Summenstromwandlers in den Einbauraum in unmittelbare Nähe zu dem jeweiligen Anschlusselement gebracht, so dass sie anschließend auf einfache Art und Weise verbunden werden können. Kollisionen während des Einschiebens werden dadurch sicher vermieden.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Montageverfahrens erfolgt der Schritt c) "Herstellen von Fügeverbindungen" thermisch durch Löten oder Schweißen. Mit Hilfe dieser thermischen Fügeverfahren Löten und Schweißen kann eine feste, teilweise auch hochwarmfeste, und sichere Fügeverbindung zwischen den Primärleiterenden und dem diesem jeweils zugeordneten Anschlusselement realisiert werden.
- Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Einschub-Summenstromwandlers, des erfindungsgemäßen modularen Fehlerstromschutzschalters sowie des erfindungsgemäßen Montageverfahrens unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
Figuren - 1 und 2
- schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen modularen Fehlerstromschutzschalters;
- Figur 3
- ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einschub-Summenstromwandlers;
- Figuren 4 und 5
- schematische Seitenansichten des zu
Figur 3 korrespondierenden Fehlerstromschutzschalters in verschiedenen Montagezuständen; - Figur 6
- ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einschub-Summenstromwandlers;
- Figur 7
- ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zu
Figur 6 korrespondierenden erfindungsgemäßen modularen Fehlerstromschutzschalters; - Figur 8
- eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Montageverfahrens.
- 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 den
Figuren 1 und2 ist der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen modularen Fehlerstromschutzschalters 1 in zwei verschiedenen Ansichten schematisch dargestellt. Der als FI/LS bzw. RCBO ausgebildete vierpolige Fehlerstromschutzschalter 1 ist aus vier einzelnen Modulen, einem RCD-Modul 2 (in Figur 1a rechts dargestellt) sowie drei MCB-Modulen 3 gebildet, welche jeweils ein eigenständiges, strukturmechanisch stabiles Isolierstoffgehäuse 10 aufweisen. - Die Isolierstoffgehäuse 10 sind jeweils in Schmalbauweise ausgeführt und weist eine Breite B von einer Teilungseinheit (1TE, entspr. ca. 18mm) auf, wobei die Außenmaße definierende Hüllflächen durch eine Frontseite 11, eine der Frontseite 11 gegenüberliegend angeordnete Befestigungsseite 12, sowie die Front- und die Befestigungsseite 11, 12 verbindende Schmalseiten 13 und Breitseiten 14 gebildet sind. Im Bereich der Schmalseiten sind jeweils Schraubklemmen 19 zur Kontaktierung mit netz- bzw. lastseitigen Anschlussleitern (nicht dargestellt) im jeweiligen Isolierstoffgehäuse 10 des jeweiligen Moduls aufgenommen und gehaltert. Zur manuellen Betätigung weist jedes der Module 2, 3 ein im Bereich seiner Frontseite 11 angeordnetes Betätigungselement 23 auf. Eine gemeinsame Betätigung der einzelnen Betätigungselemente 23 ist mittels eines die einzelnen Betätigungselemente 23 koppelndes Verbindungselements 24 realisiert.
- In der Regel weisen Isolierstoffgehäuse 10 in Schmalbauweise zwei Halbschalen auf, welche am Ende der Montage des Niederspannungs-Schutzschaltgerätes 1 mittels geeigneter Verbindungsmittel, beispielsweise Niet- oder Rastverbindungen, unter Ausbildung einer umlaufenden Fügelinie zusammengefügt werden. Zu jeder Halbschale gehört dabei eine der Breitseiten 14 sowie Teile (ganz oder vollständig) der Front-, Befestigungs- und Schmalseiten 11, 12, 13.
- In den Breitseiten 14 jedes der Isolierstoffgehäuse 10 ist eine Einschuböffnung ausgebildet, welche sich orthogonal zu den Breitseiten 14 von der einen zur anderen Breitseite 14 erstreckt, wodurch ein Einbauraum 16 gebildet ist. In den Einbauraum 16 ragen seitlich elektrische Anschlusselemente 26 des jeweiligen Moduls 2, 3 hinein. Durch die Montage der einzelnen Module 2, 3 zu einem mehrpoligen Gerät, hier zu dem vierpoligen FI/LS bzw. RCBO, wird aus den Einbauräumen 16 ein modulübergreifender Einbauraum 16 gebildet, in dem eine großvolumige Baugruppe, beispielsweise ein Einschub-Summenstromwandler 100 (siehe
Figur 3 ), angeordnet, d.h. aufgenommen und gehaltert werden kann. Der Einbauraum 16 ist dabei außermittig, d.h. zu einer der Schmalseiten 13 hin verschoben, im Isolierstoffgehäuse 10 platziert und über jede der beiden Breitseiten 14 zugänglich. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen wie Staub oder Feuchtigkeit sind die Einschuböffnungen mittels geeigneter Verschlusselemente, beispielsweise eines Deckels 25, verschließbar. - In
Figur 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einschub-Summenstromwandlers 100 in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt. Dieser weist einen ring- oder rohrförmigen Magnetkern 102 auf, der in einem Gehäuse 101 des Einschub-Summenstromwandlers 100 aufgenommen und gehaltert ist. Da es sich um einen Summenstromwandler für den aus denFiguren 1 und2 bekannten, vierpoligen Fehlerstromschutzschalter vom Typ FI/LS bzw. RCBO handelt, sind durch die Öffnung des Magnetkerns vier Primärleiter 110, 120, 130, 140 hindurchgeführt. Jeder der Primärleiter 110, 120, 130, 140 weist ein erstes Ende 111, 121, 131, 141 sowie ein zweites Ende 112, 122, 132, 142 auf. Die ersten und zweiten Enden eines jeden Primärleiters 110, 120, 130, 140 sind dabei quer zu einer Einschubrichtung R1 einander entgegengesetzt orientiert, d.h. die Enden weisen jeweils quer zur Einschubrichtung nach außen, wobei die ersten Enden 111, 121, 131, 141 und die zweiten Enden 112, 122, 132, 142 jeweils eine sich in der Einschubrichtung erstreckende Reihe bilden. - Um das Einschieben des Einschub-Summenstromwandlers 100 in den Einbauraum 16 zu erleichtern sowie um Kollisionen der ersten und zweiten Enden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 der Primärleiter 110, 120, 130, 140 mit den in den Einbauraum 16 ragenden Anschlusselementen 26 zu vermeiden weist der Einschub-Summenstromwandler 100 Führungskonturen 108 auf, welche beim Einschieben des Einschub-Summenstromwandlers 100 in den Einbauraum 16 an dort ausgebildeten, korrespondierenden Anlageflächen 17 (siehe
Figuren 4 und 5 ) entlanggleiten. Auf diese Weise ist eine definierte Relativbewegung des Einschub-Summenstromwandlers 100 gegenüber dem Fehlerstromschutzschalter 1 realisierbar, welche eine Kollision der Primärleiterenden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 mit den Anschlusselementen 26 wirksam verhindert. - Um eine bessere magnetische Induktion des Einschub-Summenstromwandlers 100 - und damit einen höheren Stromfluss in der Sekundärwicklung - zu erreichen, ist jeder der Primärleiter 110, 120, 130, 140 zweimal durch den Magnetkern 102 hindurchgeführt - und entsprechend außen am Gehäuse 101 zurückgeführt. Um die Primärleiter 110, 120, 130, 140 auch außen am Gehäuse 101 in einer vordefinierten Position zu halten, weist der Einschub-Summenstromwandler 100 mehrere Führungsstege 109 auf, durch die die Primärleiter 110, 120, 130, 140 voneinander beabstandet geführt sind.
- In den
Figuren 4 und 5 ist der aus denFiguren 1 und2 bekannte Fehlerstromschutzschalter 1 mit dem darin montierten, ausFigur 3 bekannten Einschub-Summenstromwandler 100 in zwei Seitenansichten, welche unterschiedliche Montagezuständen zeigen, schematisch dargestellt.Figur 4 zeigt den Fehlerstromschutzschalter 1 mit dem in den Einbauraum 16 eingeschobenen Einschub-Summenstromwandler 100 unmittelbar am Ende der Einschubbewegung in der Einschubrichtung R1. InFigur 5 ist der Einschub-Summenstromwandler 100 in einer zweiten Richtung, der Einrückrichtung R2, welche von der Befestigungsseite 12 zur Frontseite 11 - und damit quer zur Einschubrichtung R1 - orientiert ist, versetzt, so dass sich die ersten und zweiten Enden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 der Primärleiter 110, 120, 130, 140 unmittelbar im Bereich des ihnen jeweils zugeordneten Anschlusselements 26 befinden. - In dem in den
Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Anschlusselemente 26 u-förmige Aufnahmen für die Primärleiterenden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 auf, welche zur mechanischen Sicherung der Primärleiterenden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 dienen: befinden sich die ersten und zweiten Enden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 der Primärleiter 110, 120, 130, 140 unmittelbar im Bereich der u-förmige Aufnahme des ihnen jeweils zugeordneten Anschlusselements 26, so können die u-förmigen Aufnahmen mittels eines hierzu geeigneten Werkzeugs zusammengepresst werden, wodurch zunächst eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem jeweiligen Primärleiterende und der diesem zugeordneten Anschlusselement 26 realisiert ist. Um eine gut leitende elektrische Verbindung zu erzielen kann diese Verbindung anschließend noch thermisch gefügt werden, beispielsweise durch Löten, Hartlöten oder Schweißen. - Um einen besseren Zugang zu den Anschlusselementen 26 zu ermöglichen weisen die Isolierstoffgehäuse 10 der einzelnen Module 2, 3 an ihrer Befestigungsseite 12 verschließbare Montageöffnungen (nicht dargestellt) auf, welche einen Zugang zu dem Einbauraum ermöglichen und unmittelbar unterhalb der Anschlusselemente 26 angeordnet sind. Auf diese Weise ist die mechanische und/oder thermische Fügeverbindung mit gängigen Werkzeugen von der Befestigungsseite 12 aus ausführbar.
- In den Darstellungen der
Figuren 4 und 5 sind ferner die beiden Anlageflächen 17, welche den Einschub-Summenstromwandler 100 bei dessen Einschubbewegung in der Einrückrichtung R2 führen und dadurch verhindern, dass die ersten und zweiten Enden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 der Primärleiter 110, 120, 130, 140 mit den Anschlusselementen 26 während der Einschubbewegung in Richtung R1 kollidieren, gut zu erkennen. - Die Primärleiter 110, 120, 130, 140 sind dabei zunächst mittig unterhalb des Gehäuses 101 des Einschub-Summenstromwandlers 100 nach unten geführt, bevor die ersten und zweiten Enden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 nach außen hin abgewinkelt sind. Auf diese Weise ergibt sich zwischen den Primärleiterenden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 und dem Gehäuse 101 ein durch den Abstand definierter freier Raum, in den die Anschlusselemente 26 bei der Einschubbewegung des Einschub-Summenstromwandlers 100 hineinragen, ohne dabei mit den Primärleiterenden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 zu kollidieren.
- In den
Figuren 6 und7 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einschub-Summenstromwandlers 100' sowie eines hierzu korrespondierenden, alternativen modular aufgebauten Fehlerstromschutzschalters 1' schematisch dargestellt.Figur 6 zeigt dabei den alternativen Einschub-Summenstromwandler 100', welcher für einen zweipoligen Fehlerstromschutzschalter 1' (sieheFigur 7 ) vorgesehen ist und daher lediglich zwei Primärleiter 110', 120' aufweist, die wiederum zweifach durch den Magnetkern 102' hindurchgeführt sind. Im Unterschied zu dem in denFiguren 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der Magnetkern 102' nunmehr aufgerichtet, so dass die Primärleiter 110', 120' von oben nach unten - d.h. von der Frontseite 11 zur Befestigungsseite 12 durch die Öffnung des Magnetkerns 102' hindurchgeführt. Die ersten und zweiten Enden 111', 112', 121', 122' der beiden Primärleiter 110' und 120' sind wiederum nach außen hin abgewinkelt, so dass sich zwischen den Primärleiterenden 111', 112', 121', 122' und dem Gehäuse 101' des zweipoligen Einschub-Summenstromwandlers 100' ein durch den Abstand zum Magnetkern 102' definierter freier Raum ergibt, in den die Anschlusselemente 26 hineinragen, ohne bei der Einschubbewegung mit den Primärleiterenden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 zu kollidieren. - Der in
Figur 7 in einer Seitenansicht dargestellte zweipoligen Fehlerstromschutzschalter 1' weist entsprechend lediglich zwei Module - ein RCD-Modul 2 sowie ein MCB-Modul 3 (sieheFiguren 1 und2 ) - welche baulich jeweils den Modulen 2, 3 des in denFiguren 1 bis 5 dargestellten und beschriebenen Modulen 2, 3 entsprechen und jeweils ein eigenständiges, strukturmechanisch stabiles Isolierstoffgehäuse 10 aufweisen. Durch diese Bauweise ist es möglich, modular aufgebaute Schutzschaltgeräte, beispielsweise zwei-, drei- oder vierpolige FI/LS-Fehlerstromschutzschalter 1, 1', mit modulübergreifenden Baugruppen wie dem Einschub-Summenstromwandler 100, 100' zu kombinieren, wobei der jeweilige Einschub-Summenstromwandler 100, 100' speziell an die modularen Gegebenheiten des jeweiligen Fehlerstromschutzschalters 1, 1' angepasst ist. - Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Montageverfahren für einen modularen Fehlerstromschutzschalter 1, 1' der vorstehend beschriebenen Art anhand der Darstellung in Figur 8 kurz erläutert:
In einem ersten Schritt S1 wird zumindest ein MCB-Modul 3 an einem RCD-Modul 2 befestigt, so dass ein Fehlerstromschutzschalter 1, 1' mit einem modulübergreifenden Einbauraum 16 gebildet ist. Bei Verwendung lediglich eines MCB-Moduls 3 entsteht dabei ein zweipoliger Fehlerstromschutzschalter 1', bei Montage von drei MCB-Modulen entsprechend ein vierpoliger Fehlerstromschutzschalter 1. - In einem zweiten Schritt S2 wird zum jeweiligen Fehlerstromschutzschalter 1, 1' passende Einschub-Summenstromwandler 100, 100' in einer Einschubrichtung R1 in den modulübergreifenden Einbauraum 16 eingeschoben. Dabei werden die ersten Enden 111, 121, 131, 141, 111', 121' sowie die zweiten Enden 112, 122, 132, 142, 112', 122' der Primärleiter 110, 120, 130, 140, 110', 120' benachbart zu dem ihnen jeweils zugeordneten Anschlusselement 26 positioniert.
- In einem dritten Schritt S3 werden schließlich Fügeverbindungen zwischen den ersten Enden bzw. zweiten Enden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122' der Primärleiter 110, 120, 130, 140, 110', 120' und dem dem jeweiligen Primärleiterende 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122' eindeutig zugeordneten Anschlusselement 26 des jeweiligen Moduls 2, 3 hergestellt. Hierunter ist zu verstehen, dass die jeweiligen Fügepartner werden fest miteinander verbunden werden. Die Fügeverbindung kann dabei sowohl mechanisch, beispielsweise durch Klemmen oder Crimpen, als auch thermisch, beispielsweise durch Löten, Hartlöten oder Schweißen, ausgeführt sein. Auch Kombinationen der verschiedenen Fügeverfahren sind möglich.
- Befinden sich die Primärleiterende 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122' nach dem zweiten Schritt, dem Einschieben des Einschub-Summenstromwandlers 100, 100' in der Einschubrichtung R1 in den modulübergreifenden Einbauraum 16 noch nicht in unmittelbarer Nähe zu den jeweils zugeordneten Anschlusselementen 26, so ist vor dem Fügen (Schritt S3) ein zusätzlicher Schritt S2a erforderlich, bei dem der Einschub-Summenstromwandler 100, 100' in einer quer zur Einschubrichtung orientierten Einrückrichtung R2 bewegt wird, bis sich die Primärleiterenden 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122' in unmittelbarer Nähe zu dem ihnen jeweils zugeordneten Anschlusselement 26 befinden.
- Die Montagereihenfolge ist dabei unabhängig davon, ob es sich um einen zweipoligen, dreipoligen oder vierpoligen FI/LS-Fehlerstromschutzschalter 1, 1' handelt.
-
- 1, 1'
- Fehlerstromschutzschalter
- 2
- RCD-Modul
- 3
- MCB-Modul
- 10
- Isolierstoffgehäuse
- 11
- Frontseite
- 12
- Befestigungsseite
- 13
- Schmalseite
- 14
- Breitseite
- 16
- Einbauraum
- 17
- Anlagefläche
- 19
- Schraubklemme
- 23
- Betätigungselement
- 24
- Verbindungselement
- 25
- Deckel
- 26
- Anschlusselement
- 100, 100'
- Summenstromwandler
- 101, 101'
- Gehäuse
- 102, 102'
- Magnetkern
- 108, 108'
- Führungskontur
- 109, 109'
- Führungssteg
- 110, 110'
- Primärleiter
- 111, 111'
- erstes Ende
- 112, 112'
- zweites Ende
- 120, 120'
- Primärleiter
- 121, 121'
- erstes Ende
- 122, 122'
- zweites Ende
- 130
- Primärleiter
- 131
- erstes Ende
- 132
- zweites Ende
- 140
- Primärleiter
- 141
- erstes Ende
- 142
- zweites Ende
- R1
- Einschubrichtung
- R2
- Einrückrichtung
- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S2a
- zusätzlicher Schritt
- S3
- dritter Schritt
Claims (12)
- Einschub-Summenstromwandler (100, 100') für einen aus mehreren strukturmechanisch stabilen Modulen (2, 3) gebildeten Fehlerstromschutzschalter (1, 1'),- mit einem Gehäuse (101, 101'), in dem ein Magnetkern (102, 102') aufgenommen und gehaltert ist, durch dessen Öffnung zumindest zwei starre Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') hindurchgeführt sind,- wobei jeder der Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') ein erstes Ende (111, 121, 131, 141, 111', 121') und ein zweites Ende (112, 122, 132, 142, 112', 122') zur Kontaktierung mit je einem Anschlusselement (26) des dem jeweiligen Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') eindeutig zugeordneten Moduls (2, 3) aufweist,- wobei der Einschub-Summenstromwandler (100, 100') zumindest eine Führungskontur (108, 108') aufweist, die einen geführten Einschub des Einschub-Summenstromwandlers (100, 100') entlang einer Einschubrichtung (R1) in einen sich über die mehreren Module (2, 3) des Fehlerstromschutzschalters (1, 1') erstreckenden, seitlich offenen Einbauraum (16) ermöglicht, wobei die Enden der Primärleiter (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122') nach dem Einschub eine vordefinierte Position zu den ihnen jeweils zugeordneten Anschlusselementen (26) einnehmen.
- Einschub-Summenstromwandler (100, 100') nach Anspruch 1, wobei jeder der Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') zumindest zweimal durch die Öffnung des Magnetkerns (102, 102') geführt ist.
- Einschub-Summenstromwandler (100, 100') nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das erste und das zweite Ende (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122') eines jeden Primärleiters (110, 120, 130, 140, 110', 120') quer zur Einschubrichtung (R1) einander entgegengesetzt orientiert sind. - Einschub-Summenstromwandler (100,100') nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die ersten Enden (111, 121, 131, 141, 111', 121') der Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') in der Einschubrichtung (R1) hintereinander angeordnet sind sowie die zweiten Enden (112, 122, 132, 142, 112', 122') der Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') in der Einschubrichtung (R1) hintereinander angeordnet sind. - Einschub-Summenstromwandler (100, 100') nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Gehäuse (101, 101') an seiner Außenseite mehrere Führungsstege (109, 109') zur Führung der Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') aufweist. - Einschub-Summenstromwandler (100, 100') nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Enden (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122') der Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') nach unten, d.h. von der Frontseite (11) zur Befestigungsseite (12) beabstandet vom Gehäuse (101, 101') angeordnet sind. - Einschub-Summenstromwandler (100, 100') nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Einschub-Summenstromwandler (100, 100') eine quaderförmige Außenkontur aufweist. - Modularer Fehlerstromschutzschalter (1, 1'),- mit einem als MCB-Modul ausgebildeten ersten Modul (3), in dem ein Strompfad zur Kontaktierung mit einem Phasenleiter angeordnet ist, welcher einen Schaltkontakt sowie eine Schaltmechanik mit einem magnetischen und einem thermischen Auslösesystem zur Unterbrechung des Schaltkontakts aufweist,- mit einem als RCD-Modul ausgebildeten zweiten Modul (2), in dem ein Strompfad zur Kontaktierung mit einem Neutralleiter angeordnet ist,- wobei beide Module jeweils ein Isolierstoffgehäuse (10) mit einer Frontseite (11), einer der Frontseite (11) gegenüberliegend angeordnete Befestigungsseite (12), sowie mit die Front- und die Befestigungsseite (11, 12) verbindenden Schmal- und Breitseiten (13, 14) aufweisen und nebeneinander angeordnet sind,- wobei die Isolierstoffgehäuse (10) jeweils eine sich von der einen zur anderen Breitseite (14) erstreckende Einschuböffnung aufweisen, wodurch bei einer Kombination des MCB-Moduls (3) mit dem RCD-Modul (2) ein modulübergreifenden Einbauraum (16) gebildet ist, in dem ein modulübergreifender, nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildeter Einschub-Summenstromwandler (100, 100') aufgenommen und gehaltert ist.
- Modularer Fehlerstromschutzschalter (1, 1') nach Anspruch 8, mit zumindest einem weiteren Modul (3), welches als MCB-Modul ausgebildet und neben dem ersten Modul (3) angeordnet ist.
- Montageverfahren für einen modularen Fehlerstromschutzschalter (1, 1') nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
mit den Schritten:a) Befestigen zumindest eines MCB-Moduls (3) an einem RCD-Modul (2), so dass ein modulübergreifender Einbauraum (16) gebildet ist;b) Einschieben eines nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildeten Einschub-Summenstromwandlers (100, 100') in den Einbauraum (16) in einer Einschubrichtung (R1);c) Herstellen von Fügeverbindungen zwischen den ersten bzw. zweiten Enden (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122') der Primärleiter (110, 120, 130, 140, 110', 120') und einem dem jeweiligen Primärleiterende (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 111', 112', 121', 122') eindeutig zugeordneten Anschlusselement (26) des jeweiligen Moduls (2, 3). - Montageverfahren nach Anspruch 10, mit dem zusätzlichen Schritt:b1) Bewegen des Einschub-Summenstromwandlers (100, 100') in einer quer zur Einschubrichtung (R1) orientierten Einrückrichtung (R2),wobei der zusätzliche Schritt b1) vor dem Herstellen von Fügeverbindungen ausgeführt wird.
- Montageverfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Schritt c) Herstellen von Fügeverbindungen thermisch durch Löten oder Schweißen erfolgt.
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