NL1027343C2 - Beveiligingsschakelaar. - Google Patents

Description

BeveiliginpssrhaVftlflar

Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een schakelaar, zoals een 5 beveiligingsschakelaar, voor het tot stand brengen of verbreken van een stroomketen die ten minste een fasegeleider omvat, waarbij de schakelaar een behuizing omvat waarin plaatsbaar zijn een (elektro-)mechanisch schakelsamenstel (ofwel aandrijfmechanisme) voor de aandrijving van contacten waarmee de stroomketen tot stand wordt gebracht of verbroken, een kortsluitstroombeveiligingsinrichting die is 10 ingericht om de stroomketen te verbreken in het geval van een plotseling zeer hoog oplopende stroom door de fasegeleider, een overstroombeveiligingsinrichting die is ingericht om de stroomketen te verbreken nadat een stroom boven de nominale waarde gedurende een vooraf bepaalde tijd door de stroomketen heeft gelopen en een aardlekbeveiligingsinrichting die is ingericht om een aardlekstroom te detecteren en de 15 stroomketen te verbreken in het geval van een te hoge gedetecteerde aardlekstroom.

Aangezien genoemde beveiligingen en het elektromechanisch schakelsamenstel met elkaar samenwerken dienen deze goed op elkaar te zijn afgestemd om een goede werking te waarborgen.

20 Stand van de techniek

Voor het op het (openbare) elektriciteitsnet aansluiten van elektrische huisinstallaties, elektrische installaties in kantoren, bedrijven e.d. wordt in de praktijk gebruik gemaakt van elektrische verdeelkasten, ook wel installatie- of schakelkasten genoemd waarop enerzijds de toevoerleiding van het elektriciteitsnet wordt aangesloten 25 en anderzijds de bedrading van de betreffende elektrische installatie. Naarmate een elektrische installatie uitgebreider is, wordt deze in meerdere, afzonderlijke groepen verdeeld. Voor het tegen brand, gevaarlijk aanraakbare spanningen, enz. beveiligen van de betreffende elektrische installaties worden in de praktijk kortsluit-, overbelastings-en aardfout-stroombeveiligingen toegepast, welke bij voorkeur alle in de installatiekast 30 zijn ondergebracht. Deze beveiligingen kunnen als afzonderlijke eenheden, zoals bijvoorbeeld smeltveiligheden, maar ook in combinatie met een in de installatiekast opgenomen, bijvoorbeeld dubbelpolige schakelaar voor het, van het elektriciteitsnet scheiden van de fase- en nulleider van de elektrische installatie, of een groep van de 1027343 2 betreffende installatie, zijn uitgevoerd, waarbij de schakelaar met de hand of automatisch onder invloed van een foutstroom kan worden bediend.

Aangezien het aantal elektrische energie verbruikende apparatuur alsmede het totaal afgenomen elektrisch vermogen voortdurend toeneemt en daarnaast ook de 5 behoefte aan beveiliging steeds groter is geworden, is niet alleen het aantal schakelaars per schakelkast toegenomen maar is per schakelaar ook het aantal beveiligingsfuncties toegenomen.

Een dergelijke schakelaar met meerdere beveiligingsfuncties, zoals beschreven in de hierboven gedefinieerde aanhef van conclusie 1, is bekend uit de publicatie US-A-10 5,293,142. Dit document openbaart een beveiligingsschakelaar waarbij de verschillende beveiligingsfuncties zijn ondergebracht in een omhulling met betrekkelijk kleine afmetingen (DIN-module) die bepaald zijn door de gestandaardiseerde afmetingen van de installatie- of schakelkasten. Door de geringe afmetingen van de schakelaarbehuizing zijn de mogelijkheden beperkt om de benodigde componenten 15 onder te brengen en zijn er bijzondere maatregelen nodig om de schakelaarbehuizing niet groter te hoeven maken. In de hier getoonde schakelaar is geen ruimte binnen de standaard maat behuizing beschikbaar, waardoor de mogelijkheden om verdere elementen toe te voegen ontbreekt. Ook is deze behuizing groter dan gewenst.

Een andere schakelaar is bekend uit de publicatie DE-A-101 02 708 met een 20 mechanische bediening van de schakelcontacten, waarbij de mechanische bediening bekrachtigd wordt door een overstroombeveiliging (in de vorm van een bimetaal, of door een kortsluitstroombeveiliging in de vorm van een magnetische actuator (of kortsluitstroombeveiliging). De elementen van deze beveiligingsschakelaar zijn ingebouwd in een enkele behuizing (of DIN-module). Aangezien deze DIN-modules 25 gestandaardiseerde afmetingen hebben is er in de behuizing geen plaats voor een aardlekbeveiliging en is het mechanisme van deze schakelaar zo ingericht dat deze beveiligingsfunctie met behulp van een afzonderlijke module naast de module met de beveiligingsschakelaar wordt geplaatst en kan ingrijpen op het mechanisme van die beveiligingsschakelaar.

30 Een ander voorbeeld waarbij een gewenste functie niet in de schakelaarbehuizing maar in de directe nabijheid is ondergebracht wordt getoond in de publicatie EP-A-0769197.

1027343 3

Doordat het aantal elektrische energie verbruikende apparatuur in huizen, kantoren e.d. steeds verder toeneemt zijn er per installatie in toenemende mate ook steeds meer groepen nodig terwijl daarnaast de gestandaardiseerde afmetingen van de installatie- of schakelkasten hetzelfde blijft. Dit betekent dat er niet alleen behoefte is 5 aan een zodanige aanpassing en ordening van de beveiligingsfuncties dat deze in de gestandaardiseerde schakelaaromhullingen passen maar er tevens een tendens is om de schakelaaromhullingen nog verder te verkleinen.

Samenvatting van de uitvinding 10 De onderhavige uitvinding tracht een verbeterde beveiligingsschakelaar te verschaffen, waarbij zowel de primaire functie om een stroomkring naar believen te kunnen sluiten of verbreken alsook de beveiligingsfuncties tegen een kortsluitstroom, een overstroom en een aardfoutstroom in een beveiligingsschakelaar zijn gecombineerd en in een zo compact mogelijke behuizing zijn ondergebracht en waarbij de primaire 15 functie en de beveiligingsfuncties optimaal op elkaar zijn afgestemd zodat een juiste werking van de beveiligingsschakelaar onder alle omstandigheden gewaarborgd is. Tevens tracht de uitvinding een eenvoudiger en sneller samen te bouwen schakelaar te verschaffen die een hoge mate van betrouwbaarheid heeft.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een beveiligingsschakelaar volgens de 20 in de aanhef gedefinieerde soort verschaft, waarbij het mechanisch schakelsamenstel, kortsluitstroombeveiligingsinrichting, overstroombeveiligingsinrichting en aardlekbeveiligingsinrichting omvat zijn in één behuizing met een vooraf bepaalde gestandaardiseerde (DIN) hoogte (90mm) en diepte (50mm) waarbij de breedte 18 mm bedraagt. Hierdoor is het mogelijk om alle benodigde onderdelen van een schakelaar 25 die benodigd zijn voor de uitgebreide set van functionaliteiten zoals hierboven beschreven onder te brengen in één enkele behuizing die zeer weinig ruimte inneemt.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de beveiligingsschakelaar voorzien van een draagelement dat in de behuizing is geplaatst, waarbij op het draagelement onderdelen van het mechanisch schakelsamenstel, 30 kortsluitstroombeveiligingsinrichting, overstroombeveiligingsinrichting en aardlekbeveiligingsinrichting plaatsbaar zijn. Dit draagelement is zodanig uitgevoerd dat het op eenvoudige wijze dient als montagelichaam, elektrisch en mechanisch scheidingsbarrière tussen het fase- en het nulgedeelte en tevens als contactlichaam 1027343 4 waarmee de verschillende elektrische verbindingen tussen de componenten eenvoudig tot stand gebracht kan worden.

Opgemerkt wordt dat uit EP 405 688 ook een montagelichaam bekend is waarop de verschillende schakelaaronderdelen worden bevestigd. Dit bekende montagelichaam 5 dient echter niet tevens als contactlichaam waarmee de elektrische verbindingen tussen schakelaaronderdelen tot stand kan worden gebracht

Uit FR 2 752 479 is verder een draagelement bekend dat tevens elektrische verbindingen omvat tussen verschillende schakelaaronderdelen. Dit bekende draagelement bevat echter geen combinatie van aansluitgebieden en contactveren dan 10 wel klemverbindingen waarmee goede en eenvoudig en snel tot stand te brengen elektrische verbindingen kunnen worden gerealiseerd. Verder bevat dit bekende draagelement ook niet de gelijktijdige functie van elektrische en mechanische scheidingsbarrière tussen het fase- en het nulgedeelte.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de stroomketen verder een 15 nulgeleider, en zijn de onderdelen behorend bij een fasezijde van de schakelaar en de onderdelen behorend bij een nulzijde van de schakelaar aan weerszijden van het draagelement geplaatst. Hierdoor kunnen het fasedeel en het nuldeel van de schakelaar zeer dicht bij elkaar geplaatst worden, waardoor minder volume nodig is voor de schakelaar. Door ‘dikke’ onderdelen en gemeenschappelijke onderdelen te plaatsen in 20 een uitsparing of opening van het draagelement (bijvoorbeeld een detectiespoel, een bedienknop, etc.) kan de diepte van de schakelaar toch gering blijven. De behuizing kan hierbij ook gesplitst zijn in twee helften (nulzijde en fasezijde) waardoor een zeer eenvoudige samenbouw van de schakelaar mogelijk is.

Zowel de overstroombeveiligingsinrichting als de aardlekbeveiligmgsinrichting is 25 in een uitvoeringsvorm gekoppeld met een triphefboom die het mechanisch schakelsamenstel bekrachtigt voor het verbreken van de stroomketen. Doordat functioneel gescheiden onderdelen van de schakelaar gebruik maken van een gemeenschappelijk deel voor het bekrachtigen van het schakelsamenstel wordt het aantal onderdelen beperkt waardoor minder ruimte benodigd is voor de schakelaar en 30 kan de goede werking beter worden gewaarborgd.

Een verdere ruimtebesparende maatregel wordt gevormd doordat in een uitvoeringsvorm de schakelaar in hoogte verplaatste aansluitklemmen omvat. De fase-uitgang en nuluitgang en/of fase-ingang en nulingang liggen schuin boven elkaar, 1027343 5 waardoor minder breedte nodig is voor de aansluitingen (bijvoorbeeld schroefklemverbindingen) van de schakelaar.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat de aardlekbeveiligingschakeling een detectiespoel, een actuator en op een printplaat geplaatste elektronische onderdelen, en 5 worden verbindingen tussen detectiespoel, printplaat en actuator 10 met behulp van contacten en veertjes gevormd. Doordat geen draadverbindingen nodig zijn, wordt de schakelaar betrouwbaarder, en is eenvoudiger samen te bouwen.

Door een of meer elektrische verbindingen tussen onderdelen van de schakelaar te vormen door inklemmen van metalen delen in het draagelement, wordt voorkomen 10 dat in de schakelaar draden moeten worden gebruikt, die aan de verschillende onderdelen bevestigd moeten worden (bijvoorbeeld door solderen). Zo kunnen in het uiterste geval alleen (gesoldeerde) draden benodigd zijn naar de bewegende contacten van de schakelaar, waardoor de samenbouw van de schakelaar sneller en betrouwbaarder kan plaatsvinden.

15 In een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige schakelaar is de vorm van een printplaat met de aardlekbeveiligingschakeling zodanig dat deze op het draagelement past (bijvoorbeeld aan de nulzijde) op een ruimte die vrijgelaten wordt door een bij de aardlekbeveiligingschakeling behorende detectiespoel, een bluskamer | en de kortsluitstroombeveiliging.

20 Door in de behuizing van de schakelaar in een verdere uitvoeringsvorm de bedieningsrichting van de kortsluitstroombeveiliging loodrecht te laten liggen op een contactvlak tussen het vaste en het bewegende fasecontact, zal bij het verbreken van de contacten slechts een boog ontstaan met een minimale energie, waardoor tevens een voor het blussen van die boog benodigde bluskamer kleiner kan worden 25 gedimensioneerd.

De kortsluitstroombeveiliging omvat in een uitvoeringsvorm een spoel waarvan de uiteinden aansluitingen van de kortsluitstroombeveiliging vormen, een kern waaromheen de spoel zich bevindt, een juk dat een magnetisch circuit vormt met de kem, en een in de kem beweegbaar anker, dat in de kern wordt gehouden door een 30 veer, waarbij het anker zich uit de kem beweegt in het geval dat een stroom door de spoel loopt die boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt, waarbij de bekrachtigingskarakteristiek van de kortsluitstroombeveiliging wordt bepaald door de eigenschappen van de spoel en de eigenschappen van de veer. Op deze wijze kan bij 1027343 6 het samenstellen van de schakelaar een passende karakteristiek van de kortsluitstroombeveiliging worden gekozen, hetgeen een reeks verschillende producten met grotendeels dezelfde onderdelen en opbouw mogelijk maakt. Een samenstel van kern, veer, anker en spoel is in een verdere uitvoeringsvorm inklikbaar in het juk.

5 In een nog verdere uitvoeringsvorm omvat de schakelaar verder een bluskamer voor het doven van een eventuele tussen de contacten optredende boog, en het afvoeren van daarmee gepaard gaande gassen. De bluskamer kan worden gevormd door een deel van de behuizing, een deel van het draagelement, en additionele onderdelen, zoals een aantal gestapelde parallel aan elkaar liggende geleidende plaatjes met een speciale 10 vorm die de boog splitsen in een aantal deelboogjes die eenvoudiger doven.

Korte beschrijving van de tekeningen

De onderhavige uitvinding zal nu in meer detail worden besproken aan de hand j

15 van een aantal voorbeelduitvoeringsvormen, met verwijzing naar de bijgevoegde I

tekeningen, waarin

Fig. 1 een bovenaanzicht toont van een fasezijde van een beveiligingsschakelaar i volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; j

Fig. 2 een bovenaanzicht toont van een nulzijde van de beveiligingsschakelaar I

20 van Fig. 1; ! i

Fig. 3 een detailaanzicht toont van een kortsluitstroombeveiliging die toepasbaar is in de beveiligingsschakelaar van Fig. 1; en

Fig. 4 een zijaanzicht toont van de beveiligingsschakelaar van Fig. 1.

25

Gedetailleerde beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormen

Fig. 1 toont een bovenaanzicht van een beveiligingsschakelaar 50 volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. De beveiligingsschakelaar 50 verenigt 30 vier functies in één: - De primaire schakelfunctie om een stroomkring tot stand te brengen of te verbreken; - De beveiliging tegen kortsluitstroom; 1027343 7 - De beveiliging tegen overstromen; en - De beveiliging tegen aardfoutstromen.

Deze functies worden verenigd in een schakelaar 50 die geschikt is om te worden bevestigd met behulp van een universele bevestigingsrail, zoals een DIN-rail. Hierdoor 5 hoeven voor afzonderlijke functies geen afzonderlijke elementen of modules (schakelaar, aardlekbeveiliging, etc.) naast elkaar geplaatst en elektrisch verbonden te worden. Door de speciale uitvoering en opbouwwijze van de verschillende onderdelen van de schakelaar 50 volgens de onderhavige uitvinding is het niet alleen mogelijk om bovengenoemde functies binnen de gestandaardiseerde DIN-module behuizing met een 10 hoogte van 90 mm en een diepte van 50 mm te realiseren maar is het zelfs mogelijk om de breedte van de schakelaar 50, zeker in vergelijking met bestaande producten verder te verkleinen. In een uitvoeringsvorm is de hoogte van de schakelaar 90 mm en de breedte 18 mm, met een totaal volume van 87 cm . Bestaande schakelaars, zoals de Alamat III reeks twee-polige schakelaars met aardlekautomaat van aanvraagster hebben 15 een totaal volume van 168 cm3. Een ander soort enkelpolige aardlekautomaat van een bekend fabrikaat en type heeft een volume van 106 cm3.

De beveiligingsschakelaar 50 zoals weergegeven in Fig. 1 omvat een behuizing 31 in twee delen. In het bovenaanzicht van Fig. 1 is een deel van de behuizing aan de fasezijde van de schakelaar 50 weggelaten. In het bovenaanzicht van Fig. 2, dat de 20 nulzijde van de schakelaar 50 toont, is het deel van de behuizing 31 aan de nulzijde weggelaten. Aan de binnenzijde van de behuizing 31 is een draagelement 32 geplaatst. Op het draagelement 32 worden de verschillende onderdelen van de schakelaar 50 bevestigd. Het draagelement 32 vormt tevens een scheiding (elektrisch en mechanisch) tussen de fasezijde en de nulzijde van de schakelaar 50. Alleen op de plaatsen waar 25 relatief dikke elementen aanwezig zijn, of elementen die aan zowel de fase- als de nulzijde aanwezig zijn (zoals detectiespoel 9 en in- en uitschakelknop 4, zie hierna), is een uitsparing in het draagelement aanwezig. Indien er relatief dikke elementen aanwezig zijn aan bijvoorbeeld alleen de fasezijde, zoals kortsluitstroombeveiliging 2 of bluskamer 15 (zie hierna), dan kan een verdieping zijn aangebracht in het 30 draagelement 32. Tevens bevat het draagelement contactgebieden waar met behulp van een drukveer of een klemverbinding eenvoudig aanbrengbare en weer losneembare elektrische verbindingen tussen de verschillende onderdelen tot stand kan worden gebracht zoals hierna nader zal worden beschreven.

1027343 8

Aan de fasezijde (zie Fig. 1) is een ingaande faseaansluiting 1 aanwezig voor het aanbrengen van een elektrische geleider. In het getoonde uitvoeringsvoorbeeld heeft deze aansluiting 1 de vorm van een schroefklemverbinding, waarin een aansluitdraad elektrisch en mechanisch vast bevestigd kan worden. Een geleider 60 (zie beschrijving 5 Fig. 3 hierna) verbindt de aansluiting 1 met een kortsluitstroombeveiliging 2. De andere aansluiting 61 van de kortsluitstroombeveiliging 2 draagt het vaste contact 35 van de schakelaar 50. Het beweegbare contact 7 (of fasecontact) is via een draad 36 verbonden met een overstroombeveiliging 11 in de vorm van een bimetaalstrip. Indien lange tijd een te hoge stroom door de bimetaalstrip 11 loopt (bijvoorbeeld in het geval van een 10 langdurig lopende stroom boven de nominaalwaarde), zal deze door de opgewekte warmte verbuigen en een tripmechanisme in werking stellen (zie hieronder). Vanaf de bimetaalstrip wordt de fase verder geleid naar een uitgaande faseaansluiting 12, waarop een elektrische geleider kan worden aangesloten analoog aan ingaande faseaansluiting 1.

15 Aan de nulzijde (zie Fig. 2) is een ingaande nulaansluiting 17 aanwezig voor het aanbrengen van een elektrische geleider. Deze nulaansluiting 17 is via een geleider verbonden met een vast nulcontact 37. Het beweegbare nulcontact 19 is via een geleider 38 verbonden met een uitgaande nulaansluiting 21, waarop wederom een elektrische geleider kan worden aangesloten. De nulaansluitingen 17,21 zijn net als de 20 faseaansluitingen 1,12 uitgevoerd als schroefklemverbindingen.

De overstroombeveiliging 11 van de schakelaar 50 is aan te passen aan verschillende nominaalstroom waarden door het plaatsen van een bimetaalstrip 11 met andere eigenschappen. Alle overige onderdelen (aansluitende geleiders, mechanische bimetaalinstelling 13) blijven identiek. Hierdoor is het mogelijk bij assemblage van de 25 schakelaar 50 een specifieke gewenste overstroombeveiliging te kiezen. De overstroombeveiliging is bovenin de schakelaar 50 geplaatst (in geïnstalleerde toestand) omdat dan de geringste invloed door warmteoverdracht of warmteontwikkeling op andere componenten binnen in de schakelaar zelf plaatsvindt in geval van een (te) grote stroom. Door de gekozen configuratie wordt veel warmte 30 afgevoerd via de uitgaande faseaansluiting 12 en de daarop aangesloten geleiders.

De kortsluitstroombeveiliging 2 is van een conventioneel type met een anker en een spoel. In Figuur 3 is een detailaanzicht getoond van de kortsluitstroombeveiliging 2. Deze omvat een geleider 60 die in samengebouwde toestand in elektrische 1027343 9 verbinding staat met de ingaande faseaansluiting 1, een spoelvormige geleider 62 en een geleider 61. Deze onderdelen zijn elektrisch met elkaar verbonden, bijvoorbeeld door soldeer- of lasverbindingen. Op de geleider 61 is op de juiste positie het vaste fasecontact 35 aangebracht. De kortsluitstroombeveiliging omvat verder een kern 64, 5 waaromheen de spoelvormige geleider 62 is geplaatst en een juk 63 dat een magnetisch circuit sluit tussen de uiteinden van de kern 64. Binnen de kern is een anker 65 geplaatst dat met een veer (gelegen binnen de kem 64, niet getoond) op zijn normale positie wordt gehouden. Zodra de stroom door de schakelaar 50 als gevolg van een kortsluiting plotseling zeer hoog oploopt, zal afhankelijk van de 10 uitschakelkarakteristiek van de kortsluitstroombeveiliging 2, die bepaald wordt door de eigenschappen van de spoel 62 en de veer, het anker 65 uit de kem 64 bewegen tegen de fasetriphefboom 5 (zie hierna), waardoor het bewegende fasecontact 7 weg wordt geduwd vanaf het vaste fasecontact 35.

Pas bij het samenbouwen hoeft de uiteindelijke uitschakelkarakteristiek van de 15 kortsluitstroombeveiliging 2 gekozen te worden, door het kiezen van de vorm van de spoel 62 en veer. Hierdoor kan ook met een minimum aantal basiscomponenten een groot bereik van kortsluitstroombeveiligingen gerealiseerd worden. In de praktijk worden kortsluitstroombeveiligingen toegepast met het bereik tussen 6 en 32 A, en met meerdere soorten uitschakelkarakteristieken (B, C of D, ieder langzaam of snel). Met 20 de onderhavige kortsluitstroombeveiliging 2 zijn al deze typen te vervaardigen door een van zes typen spoelen. De kortsluitstroombeveiliging 2 is zodanig geconstrueerd dat het mogelijk is om door aanpassing van de stroom-tijdkarakteristiek de kortsluitstroombeveiliging ongevoelig te maken voor in de praktijk optredende hoge inschakelstromen van aangesloten apparaten.

25 De kortsluitstroombeveiliging 2 is schuin in de schakelaar 50 geplaatst, zodat een optimale afstemming plaatsvindt met de fasecontacten 7,35 en een bluskamer 15 (zie hierna) voor het uitschakelen. Door de gekozen oriëntatie schuin in de behuizing, staat de bekrachtigingsrichting van de kem van de korstsluitstroombeveiliging 2 loodrecht op het bewegend contact 7, is de afschakeltijd minimaal en de kracht op de triphefboom 30 5 maximaal zodat een goede werking gewaarborgd is. Tevens is hierdoor de vrijkomende energie in geval van een boog minimaal, waardoor de eisen aan de bluskamer 15 ook lager kunnen zijn.

1027343 10

De bluskamer 15 omvat de speciaal gevormde aansluiting 61 van de kortsluitstroombeveiliging en een bluselement 33. Het bluselement 33 omvat een aantal parallel aan elkaar geplaatste geleidende plaatjes met een speciale vorm. In geval van een onderbreken van het circuit, zal in eerste instantie een boog ontstaan tussen het 5 bewegende fasecontact 7 en het vaste fasecontact 35. Een geleider 45, die elektrisch verbonden is met de overstroombeveiliging (bimetaalstrip 11) en daardoor op dezelfde potentiaal staat als het bewegende fasecontact 7, zorgt ervoor dat de boog overspringt en zich vervolgens bevindt tussen geleider 45 en aansluiting 61. Van de aansluiting 61 gaat de boog over naar het bluselement 33, waar het zich, in de tekening naar rechts 10 bewegend, zal splitsen in een aantal boogjes tussen de platen van het bluselement 33, waarna de boogjes zullen doven. Het bluselement 33 is aan de achterzijde voorzien van een afsluitplaat 34 die voorzien is van een of meer doorlaatopeningen. In de behuizing 31 is een afblaasopening 44 aanwezig, waardoor hete gassen die door een gevormde boog veroorzaakt worden, weg kunnen stromen uit de behuizing 31. Door deze 15 gasstroom zal ook de boog de bluskamer 15 in worden gedwongen. De afsluitplaat 34 is aanpasbaar voor verschillende nominaalstromen, en eenvoudig aan te brengen op de juiste plaats in de behuizing 31, waardoor de schakelaar 50 ook in dit opzicht eenvoudig samen te stellen is voor verschillende typen nominaalstroom.

Voor de aardlekbeveiling wordt gebruik gemaakt van een detectiespoel 9 die 20 verbonden is met een aardlekbeveiligingsschakeling op een printplaat 26. Door de detectiespoel 9 lopen zowel de geleider 36 uit het fasecircuit als de geleider 38 uit het nulcircuit. Indien gedetecteerd wordt dat de grootte van de stroom door het fasecircuit verschilt van die door het nulcircuit wordt aangenomen dat een aardlekstroom bestaat, en stuurt de aardlekbeveiligingsschakeling 26 een actuator 10 (tripsysteem) aan, die een 25 triphefboom 14 wegduwt, waardoor het vaste en bewegende fasecontact 7, 35 van elkaar worden bewogen. Op het draagelement 32 zijn aansluitcontacten 24 aanwezig, waarmee de detectiespoel 9 verbonden kan worden met de printplaat 26, waarop de aardlekbeveiligingsschakeling is aangebracht. Eveneens zijn aansluitcontacten 23 aanwezig die de aardlekbeveiligingsschakeling op de printplaat 26 verbindt met het 30 tripsysteem 10. Hierdoor is het mogelijk om de printplaat 26 aan de nulzijde van het draagelement 32 te plaatsen, en het tripsysteem 10 aan de fasezijde van het draagelement 32 te plaatsen.

1027343 11

De aardlekbeveiligingschakeling bevindt zich op de printplaat 26, die zodanig is gevormd dat deze past in een vlakke ruimte op het draagelement 32 die overblijft naast de ruimtes die worden ingenomen door de relatief dikke elementen, zoals de detectiespoel 9 (in een open ruimte van het draagelement 32), de 5 kortsluitstroombeveiliging 2 (in een verdiepte ruimte aan de fasezijde van het draagelement 32) en de bluskamer 15 (in een verdiepte ruimte aan de fasezijde van het draagelement 32). Bij voorkeur wordt de printplaat 26 geplaatst aan de nulzijde van het draagelement 32.

De printplaat 26 kan worden vastgezet met behulp van gaten en daarmee 10 overeenkomende pennen in het draagelement 3 2 of behuizing 31. Als alternatief kan de printplaat 26 ook worden vastgezet met een klemstuk dat in de behuizing 31 kan worden geplaatst, waarmee de printplaat 26 tegen het draagelement 32 wordt gehouden. Bij voorkeur is het klemstuk zodanig gevormd, dat tussen het klemstuk en de behuizing 31 een bluskamer gevormd wordt voor de nulcontacten. In het geval van het optreden 15 van een boog tussen de nulcontacten 19,37 zal dan de boog door het ontstaan van hete gassen en een door de vorm van de bluskamer geïnduceerde stroming daarvan worden weggeduwd en gedoofd. Omwille van duidelijkheid is het klemstuk niet weergegeven in Fig. 2, maar het klemstuk bedekt het grootste deel van de printplaat 26, en tevens een deel van het draagelement 32 ter hoogte van de nulcontacten 19,37.

20 De elektrische verbindingen tussen de onderdelen van de schakelaar 50 worden (zoveel mogelijk) gevormd door een combinatie van aansluitgebieden en contactveren, of door klemverbindingen in het draagelement 32. Hierdoor is het mogelijk om een goede elektrische verbinding tot stand te brengen, en tegelijkertijd de assemblage van de schakelaar 50 zeer eenvoudig te houden alsmede bedrading te vermijden die anders 25 extra ruimte in de behuizing zou opeisen.

De aardlekbeveiliging kan getest worden met een testknop 8, die een gecontroleerde foutstroom veroorzaakt wanneer deze bediend wordt.

Het mechanisme voor het bedienen van de schakelaar 50 is zodanig ontworpen dat deze optimaal in een kleine ruimte past met een minimum aan onderdelen. De 30 belangrijkste onderdelen zijn de in- en uitschakelknop 4, waarmee de schakelaar 50 met de hand bediend kan worden. Via een mechanisme, bestaande uit de fasetriphefboom 5, veer 3 en bewegend contact 7 wordt bij het (in Fig. 1) linksom draaien van de in- en uitschakelknop 4 het bewegende contact 7 in contact gebracht met het vaste fasecontact _ 1 027343 12 35. De veer 3 zorgt ook dat een contactkracht op het bewegende fasecontact 7 wordt uitgeoefend wanneer deze contact maakt met vast fasecontact 35. Op overeenkomstige wijze bedient de in- en uitschakelknop 4 aan de nulzijde van de schakelaar 50 (zie Fig.

2) een nultriphefboom 18 en bewegend nulcontact 19. Hierdoor kan een verbinding tot 5 stand worden gebracht tussen het bewegend nulcontact 19 en het vaste nulcontact 37.

Voor de nulzijde is een afzonderlijke veer 3' voorzien die aangrijpt op de nultriphefboom 18. Zowel de fasetriphefboom 5 als de nultriphefboom 18 zijn draaibaar rond een respectieve verschuifbare pen 6,6', die over een kleine afstand kan verschuiven, bijvoorbeeld door in de behuizing 31 aangebrachte sleuven (niet getoond). 10 Het mechanisme is zodanig ontworpen, dat het nulcontact 19,37 bij inschakelen voorloopt op het fasecontact 7,35, en dat bij uitschakelen het fasecontact 7,35 als eerste opent. Hierdoor zal altijd voorkomen worden dat de fasezijde van de schakelaar 50 een gekoppelde spanning moet in- en uitschakelen, waardoor afschakelvoorzieningen, zoals de bluskamer 15, alleen aan de fasezijde noodzakelijk is. 15 Dit wordt mogelijk door de mechanische koppeling van de nultriphefboom 18 en fasetriphefboom 5 via een mechanische verbinding in de vorm van een koppelschuif 30. Deze koppelschuif 30 kan bewegen in een sleuf in het draagelement 32 en wordt aangedreven door een uitsteeksel aan de fasetriphefboom 5 (en/of nultriphefboom 18). De koppelschuif 30 maakt ook een externe koppeling van de schakelaar 50 met andere 20 schakelaar 50 mogelijk (bijvoorbeeld in een kookschakeling) via een opening in de behuizing 31.

Zoals hierboven vermeld, zal bij het aanspreken van de kortsluitstroombeveiliging 2 direct het fasecontact 7,35 verbroken worden. Door het mechanisme wordt dan via de fasetriphefboom 5 ook het nulcontact onderbroken (zij 25 het iets later).

Het mechanisme is zodanig ontworpen, dat de contacten verbroken kunnen worden door de vorm en bevestiging van de fasetriphefboom 5. Dit trippen gebeurt door een beweging van een triphefboom 14, die wordt bewogen door óf het tripsysteem 10 (n.a.v. van detectie van een aardlekfout) öf door de overstroombeveiliging 30 (bimetaalstrip 11) via een pal 39. De triphefboom 14 duwt tegen een uitstekend been van de triphefboom 5, waardoor deze rechtsom beweegt rond de verschuifbare pen 6. Doordat zowel voor het geval van een aardlekfout als in het geval van een overstroomfout gebruik wordt gemaakt van hetzelfde mechanisme voor het 1027343 13 uitschakelen van de schakelaar 50, zijn minder onderdelen nodig en kan de opbouw van de schakelaar 50 zeer compact en efficiënt worden uitgevoerd waarbij tevens een goede werking gewaarborgd is.

Door de boven beschreven onderdelen van de schakelaar 50 is het mogelijk om 5 de schakelaar 50 samen te bouwen met een eenvoudige en kostenefficiënte stapelmontage. Dit tezamen met de speciale uitvoering van het draagelement 32 en de plaatsing en uitvoering van de diverse onderdelen en de onderlinge elektrische verbindingen maakt een geautomatiseerde assemblage (bijvoorbeeld met behulp van een robot) mogelijk. Een klein aantal onderdelen van de schakelaar 50 bepalen de 10 schakel- en beveiligingskarakteristieken van de schakelaar 50, zoals de spoel 62 en veer van de kortsluitstroombeveiliging 2, de bimetalen strip 11 van de overstroombeveiliging en de aardlekbeveilingingsschakeling 26. Hierdoor is logistiek gezien een eenvoudige aansturing van het assemblageproces mogelijk. Er zijn slechts een beperkt aantal geleiders aanwezig die verbonden dienen te worden met de 15 verschillende onderdelen, nl. alleen de geleiders 36 en 38 in het stroomvoerende circuit van de schakelaar 50. Ook dit reduceert aanzienlijk de efficiëntie en kosten van assemblage.

Op de hierboven beschreven wijze zijn een aantal uitvoeringsvormen mogelijk, die specifiek aan bepaalde toepassingen of (juridische) vereisten zijn aangepast. Zo is 20 het mogelijk om een uitvoeringsvorm te maken, waarin de aardlekbeveiliging (detectiespoel 9, actuator 10 en printplaat 26 met schakeling) niet aanwezig is zoals bij kleine vermogenschakelaars ofwel MCB’s (Miniature Circuit Breakers).

Ook is een uitvoeringsvorm mogelijk, waarbij geen nulcircuit wordt onderbroken, waardoor het bedieningsmechanisme eenvoudiger kan zijn (vast nulcontact 37, 25 bewegend nulcontact 19, nultriphefboom 18, veer 3' en ingaande nulaansluiting 17 kunnen dan achterwege blijven). De aardlekbeveiligingsschakeling heeft uiteraard wel een vaste referentie nodig om een aardlekstroom te kunnen detecteren. Die kan dan worden verschaft door een functionele aardaansluiting 22 (zie Fig. 2), waarop een externe aardleiding aangesloten kan worden. De functionele aardaansluiting 22 wordt 30 dan, bijvoorbeeld met een verend contact verbonden met de printplaat 26, ter voeding van de daarop aangebrachte schakeling(en). Dit type schakelaar wordt ook aangeduid als 'solid neutral'. Deze uitvoeringsvorm kan tevens toegepast worden wanneer een verschil in potentiaal aanwezig is tussen het nulcircuit en de (externe) aarde. In 1027343 14 sommige toepassingen kan dit verschil oplopen tot ruim 50 V. De functionele aardaansluiting 22 kan met geschikte elektronica tevens gebruikt worden voor detectie van een nulonderbreking in het circuit.

Ook zijn variaties mogelijk met betrekking tot de ingaande en uitgaande fase- en 5 nulaansluitingen 1,12,17,21. In Fig. 4 is een doorsneeaanzicht getoond van de ingaande fase- en nulaansluiting 1,17 van de in Fig. 1 en 2 getoonde uitvoeringsvorm van de schakelaar 50. Aan de fase- en nulaansluiting (bijvoorbeeld 1 en 17) die in dwarsrichting van de schakelaar 50 naast elkaar zijn geplaatst, worden eisen gesteld qua afmetingen. Om toch een geringe breedte van de schakelaar 50 mogelijk te maken 10 (bijvoorbeeld 18 mm), worden de aansluitingen 1,17 aan de ingangszijde (en indien aanwezig de aansluitingen aan de uitgangszijde 12,21) versprongen gemonteerd. Doordat ter plaatse van de meer naar boven geplaatste ingaande faseaansluiting 1 alleen ruimte nodig is voor de opening naar de ingaande nulaansluiting 17 voor een schroevendraaier, die smaller is dan voor de aansluiting zelf, kan de breedte beperkt 15 worden. Tevens wordt door de versprongen plaatsing van de aansluitingen 1,12,17,21 voldaan aan de vereisten met betrekking tot elektrische isolatie tussen de respectieve nul- en faseaansluitingen.

Verder zijn er variaties mogelijk in de vormfactor van de behuizing 31 aan de voorzijde (bedieningszijde) van de schakelaar. Zo kunnen in een uitvoeringsvorm de 20 vlakken aan weerszijden van het vlak waarin de in- en uitschakelknop 4 en testknop 8 zijn geplaatst, op verschillende diepten geplaatst zijn.

1027343

Claims (12)

1. Schakelaar voor het tot stand brengen of verbreken van een stroomketen die ten minste een fasegeleider omvat, waarbij de schakelaar (50) een behuizing (31) omvat 5 waarin plaatsbaar zijn: - een mechanisch schakel samenstel (3-7) voor de aandrijving van contacten (7,35) waarmee de stroomketen tot stand wordt gebracht of verbroken; - een kortsluitstroombeveiligingsinrichting (2) die is ingericht om de stroomketen te verbreken in het geval van een plotseling zeer hoog oplopende stroom door de 10 fasegeleider; - een overstroombeveiligingsinrichting (11) die is ingericht om de stroomketen te verbreken nadat een stroom boven de nominale waarde gedurende een vooraf bepaalde tijd door de stroomketen heeft gelopen; - een aardlekbeveiligingsinrichting (9,10,26) die is ingericht om een aardlekstroom te 15 detecteren en de stroomketen te verbreken in het geval van een te hoge gedetecteerde aardlekstroom, met het kenmerk, dat het mechanisch schakelsamenstel (3-7), kortsluitstroombeveiligingsinrichting (2), overstroombeveiligingsinrichting (11) en aardlekbeveiligingsinrichting (9,10,26) 20 omvat zijn in één behuizing (31) met een vooraf bepaalde gestandaardiseerde hoogte en diepte, waarbij de breedte maximaal 18 mm bedraagt.

2. Schakelaar volgens conclusie 1, verder omvattende een draagelement (32) dat in de behuizing (31) is geplaatst, waarbij op het draagelement (32) onderdelen van het 25 mechanisch schakelsamenstel (3-7), kortsluitstroombeveiligingsinrichting (2), overstroombeveiligingsinrichting (11) en aardlekbeveiligingsinrichting (9,10,26) plaatsbaar zijn.

3. Schakelaar volgens conclusie 2, waarbij de stroomketen verder een nulgeleider 30 omvat, en de onderdelen behorend bij een fasezijde van de schakelaar (50) en de onderdelen behorend bij een nulzijde van de schakelaar (50) aan weerszijden van het draagelement (32) geplaatst zijn. 1027343 , 4

4. Schakelaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij zowel de overstroombeveiligingsinrichting (11) als de aardlekbeveiligingsinrichting (9,10,26) gekoppeld zijn met een triphefboom (14) die het mechanisch schakelsamenstel (3-7) bekrachtigt voor het verbreken van de stroomketen. 5

5. Schakelaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de schakelaar (50) in hoogte verplaatste aansluitklemmen (1,17; 12,21) omvat.

6. Schakelaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de 10 aardlekbeveiligingsschakeling een detectiespoel (9), een actuator (10) en op een printplaat (26) geplaatste elektronische onderdelen omvat, en verbindingen tussen detectiespoel (9), printplaat (26) en actuator (10) met behulp van contacten (23,24) en veertjes gevormd worden.

7. Schakelaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een of meer elektrische verbindingen tussen onderdelen van de schakelaar (50) gevormd zijn door inklemmen van metalen delen in het draagelement (32).

8. Schakelaar volgens conclusie 7, waarbij de vorm van een printplaat (26) 20 waarop de aardlekbeveiligingsschakeling (9,10,26) is gevormd, zodanig is dat deze op het draagelement (32) past op een ruimte die vrijgelaten wordt door een bij de aardlekbeveiligingsschakeling behorende detectiespoel (9), een bluskamer (15) en de kortsluitstroombeveiliging (2).

9. Schakelaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de bedieningsrichting van de kortsluitstroombeveiliging (2) loodrecht ligt op een contactvlak tussen het vaste en het bewegende fasecontact (35,7).

10. Schakelaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de 30 kortsluitstroombeveiliging (2) een spoel (62) omvat waarvan de uiteinden aansluitingen van de kortsluitstroombeveiliging (2) vormen, een kern (64) waaromheen de spoel (62) zich bevindt, een juk (63) dat een magnetisch circuit vormt met de kem (64), en een in de kem (64) beweegbaar anker (65), dat in de kem (64) wordt gehouden door een veer, 1027343 waarbij het anker (65) zich uit de kern (64) beweegt in het geval dat een stroom door de spoel (62) loopt die boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt, waarbij de bekrachtigingskarakteristiek van de kortsluitstroombeveiliging (2) wordt bepaald door de eigenschappen van de spoel (62) en de eigenschappen van de veer. 5

11. Schakelaar volgens conclusie 10, waarbij een samenstel van kern (64), veer, anker (65) en spoel (62) inklikbaar is in het juk (63).

12. Schakelaar volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de schakelaar 10 (50) verder een bluskamer (15) omvat voor het doven van een eventuele tussen de contacten (7,35) optredende boog, en het afvoeren van daarmee gepaard gaande gassen. 1027343