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Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung, mit einem Auslöserelais, welches auf einer Trägerplatte montiert ist und einen in einem Gehäuse des Auslöserelais beweglich gelagerten Stößel aufweist, wobei der Stößel durch eine in einer Stirnseite des Gehäuses ausgebildeten Öffnung hindurchführbar ist.
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In der Elektroinstallationstechnik werden zur Erfassung eines sogenannten Differenz- oder Fehlerstromes hierfür geeignete Schutzschaltgeräte - beispielsweise Fehlerstromschutzschalter oder Differenzstromschutzschalter - eingesetzt, um Personen vor Gefahren zu schützen, die beim Berühren unter Spannung stehender Teile elektrische Anlagen entstehen können. Differenzströme können auftreten, wenn beispielsweise über eine schadhafte Isolierung oder - im Falle einer Berührung - durch den menschlichen Körper ein Fehlerstrom gegen Erde fließt. Zur Erfassung eines derartigen 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. Im fehlerstromfreien Zustand ist die Summe der zu dem Verbraucher hinfließenden elektrischen Ströme gleich der Summe der 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.
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Umgekehrt ist im Falle eines Fehlerstromes, welcher gegen Erde abfließt, die im Summenstromwandler erfasste Summe der hin- beziehungsweise zurückfließenden elektrischen Ströme ungleich Null. Die dabei entstehende Stromdifferenz führt zum Auslösen des Schutzschaltgerätes und infolge dessen zur Abschaltung des entsprechend abgesicherten Stromkreises. 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.
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Da die ermittelten Differenzströme in der Regel vergleichsweise klein sind verfügen Sie auch nur über eine geringe Energiedichte. Daher kann der Fehlerstrom nicht, wie beispielsweise bei einem Leitungsschutzschalter, direkt zur Auslösung eines Schaltschlosses - beispielsweise mit Hilfe einer Magnetspule und einem Schlaganker im Falle einer Kurzschlussauslösung - verwendet werden. Stattdessen wird in der Regel ein Auslöserelais verwendet, welches jedoch wegen des zumeist geringen Differenzstromes nur über eine vergleichsweise geringe Auslösekraft verfügt. Aus diesem Grund kann die Auslösekraft nicht direkt zur Einwirkung auf einen Schaltkontakt verwendet werden, um diesen bei Auftreten eines Fehlerstroms zu öffnen. Stattdessen weist das Schutzschaltgerät einen Kraftspeicher, auf den das Auslöserelais im Auslösefall einwirkt. Durch den Kraftspeicher wird dann genügend Energie freigesetzt, um den Schaltkontakt des Schutzschaltgerätes zu öffnen.
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Niederspannungs-Schaltgeräte werden zum Teil als sogenannte Reiheneinbaugeräte mit einer Gehäusebreite von nur 18mm hergestellt. In Anbetracht des damit verbundenen, geringen Bauraumes, welcher im Inneren des Gehäuses des Schaltgerätes zur Verfügung steht, müssen die einzelnen Komponenten entsprechend klein gestaltet sind. Das Auslöserelais ist daher als Feinmechanik-Baugruppe gestaltet, welche in einem Gehäuse einen Permanentmagnet, eine Spule sowie einen Stößel aufweist. Der Stößel überträgt dabei die Bewegung des Auslöserelais nach draußen an den Kraftspeicher. Aufgrund der geringen Dimensionen sowie der geringen Energiedichte ist die Feinmechanik des Auslöserelais vergleichsweise anfällig und muss gegen Verschmutzungen und Schadgase von außen geschützt werden.
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Bei größeren Schutzschaltgeräten ist das Auslöserelais auf einer Trägerplatte, der sogenannten Platine, montiert. Zum Schutz vor Verschmutzung und Schadgasen wird die gesamte Auslösevorrichtung, d.h. die Platine sowie alle daran montierten Komponenten, durch ein gemeinsames Gehäuse geschützt. Dieses kann beispielsweise aus zwei Gehäusehalbschalen bestehen. Eine derartige Kapselung der Auslösevorrichtung bietet zwar einen wirksamen Schutz vor Verschmutzung und Schadgasen, benötigt jedoch ein vergleichsweise hohes Bauvolumen und ist daher für einen Einsatz in einem 18mm-Reiheneinbaugerät nur bedingt geeignet.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 43 41 214 A1 ist eine Auslöseeinheit für einen Leistungsschalter oder einen Schutzschalter, insbesondere als Unterspannungsauslöser, bekannt, die mit dem Schalterantriebsmechanismus derart zusammenwirkt, dass bei nicht ausreichender Spannung die Auslöseeinheit den Schalterantriebsmechanismus sofort entklinkt, wobei die Auslöseeinheit eine als Tauchankerspule ausgebildete Auslösespule mit einem durch eine Druckfeder in Auslöserichtung belasteten, in einem Magnetspeichergehäuse einliegenden Auslösestößel aufweist, wobei beim Öffnen des Schalters oder bei geöffnetem Schaltschloss das Ende eines Armes eines als Wippe ausgebildeten Spannhebels von einer Druckfeder in eine in einer Steuerkurve des Schalters befindliche Aussparung gedrückt ist, so dass der andere Arm des Spannhebels den Auslösehebel derart verdreht, dass der Auslösehebel um seine Achse verschwenkt wird und hierdurch den Auslösestößel in das Magnetspeichergehäuse drückt.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 10 2007 002 176 A1 ist eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Schaltzustands eines elektromagnetischen Schaltgeräts bekannt, welche ein Gehäuse aufweist, in dem ein Stößel beweglich gelagert ist. Der Stößel ist zwischen zwei mechanischen Endstellungen bewegbar, wobei die Endstellungen des Stößels mit dem Schaltzustand des elektromagnetischen Schaltgeräts korrespondieren. Im Gehäuse ist eine Sensoreinrichtung angeordnet, von der erfassbar ist, in welcher der Endstellungen sich der Stößel befindet, und von der ein hiermit korrespondierendes elektrisches Signal abgebbar ist. Die Sensoreinrichtung ist derart ausgebildet, dass die Stellung des Stößels von ihr erfassbar ist, ohne den Stößel zu berühren.
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Die
DE 696 03 142 T2 beschreibt eine einfache elektromagnetische Aktivierungsschaltung mit wenigen Bauteilen, die leicht auf einer kleinen gedruckten Schalttafel untergebracht werden kann und Schutz gegen Versagen des Solenoid aufgrund von Hitze gewährt, die durch erweiterten Stromfluss im elektromagnetischen Schaltkreis und schnell wiederholten Betrieb des Solenoid verursacht wird. Diese Schutzschaltung erlaubt den Einsatz eines kleineren Solenoid, der normalerweise anfälliger für Überhitzungsschaden wäre. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Zeitschaltung in die elektromagnetische Aktivierungsschaltung eingeschlossen wird, die nach einer für den Solenoid ausreichenden Zeit, die für ihn bestimmte Funktion auszuführen, verhindert, dass weiterer Strom an den Solenoid fließt, solange weiterhin Strom an die elektromagnetische Aktivierungsschaltung fließt. Wenn Strom von der elektromagnetischen Aktivierungsschaltung entfernt wird, wird die Schaltung automatisch für den nächsten Solenoidbetrieb zurückgesetzt, der vom Operator- Interfacegerät oder PLC-Gerät ausgelöst wird.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Auslösevorrichtung bereitzustellen, welche sich durch eine hohe Zuverlässigkeit bei gleichzeitig geringem Bauvolumen auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch die Auslösevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung für eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung weist eine Trägerplatte sowie ein Auslöserelais, welches auf der Trägerplatte montiert ist, auf. Das Auslöserelais weist einen in einem Gehäuse des Auslöserelais beweglich gelagerten Stößel auf, welcher durch eine in einer Stirnseite des Gehäuses ausgebildete Öffnung hindurchführbar ist. Die Auslösevorrichtung weist dabei eine an der Trägerplatte befestigte Schutzkappe auf, welche die Stirnseite im Bereich der Öffnung nach außen hin abdeckt, um das Auslöserelais vor Verschmutzung zu schützen.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung wird die in der Stirnseite des Gehäuses des Auslöserelais ausgebildete Öffnung mittels einer eigenen Schutzkappe abgedeckt und auf diese Weise vor Verschmutzung und Schadgasen geschützt. Eine vollständige Abdeckung der gesamten Auslösevorrichtung - beispielsweise mittels einer eigenen Gehäusehalbschale - ist damit entbehrlich. Auf diese Weise kann die Auslösevorrichtung auch für kleine, platzsparende Schutzschalter-Bauformen, beispielsweise für Reiheneinbaugeräte in Schmalbauweise mit einer Gehäusebreite von nur 18mm, eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist die Schutzkappe zumindest abschnittsweise an eine Randkontur der Stirnseite angepasst.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist die Schutzkappe einstückig an die Trägerplatte angeformt. Durch die einstückige Ausführung der Trägerplatte mit angeformter Schutzkappe werden die Montagekosten der Auslösevorrichtung deutlich reduziert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist die Schutzkappe fest aber lösbar an der Trägerplatte befestigt. Die zweiteilige Ausführung mit einer Schutzkappe, welche fest aber lösbar mit der Trägerplatte verbunden wird, erlaubt eine einfachere Gestaltung der Bauteile, was sich vorteilhaft auf die Herstellkosten auswirkt. Ferner wird hierdurch eine einfache und kostengünstige Variantenbildung, bei der unterschiedliche Schutzkappen mit unterschiedlichen Trägerplatten kombinierbar sind, ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist die Trägerplatte aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Insbesondere bei einer Verarbeitung im Spritzgussverfahren stellt Kunststoff eine kostengünstige Materialart zur Herstellung der Trägerplatte dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Auslösevorrichtung in einem Kontaktbereich der Schutzkappe mit der Stirnseite des Auslöserelais eine Dichtung auf. Die Dichtigkeit des Kontaktbereichs zwischen der Schutzkappe und dem Gehäuse des Auslöserelais - insbesondere gegenüber Feuchtigkeit - wird durch Einbringen einer zusätzlichen Dichtung deutlich verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist die Dichtung als Dichtlippe ausgebildet. Eine Dichtlippe stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Realisierung der Dichtung dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Auslösevorrichtung ist die Dichtlippe an der Schutzkappe angeordnet. Durch die Anordnung der Dichtlippe an der Schutzkappe ist sichergestellt, dass die Dichtung nur dann eingesetzt wird, wenn auch eine Schutzkappe benötigt wird. Die Verwendung unterschiedlicher Schutzkappen - mit und ohne Dichtung - ermöglicht dabei wiederum eine kostengünstige Variantenbildung. Ferner muss im Falle einer undichten Dichtlippe nur die Schutzkappe, nicht aber das Auslöserelais ausgetauscht werden. Die Wartungskosten können dadurch deutlich reduziert werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Auslösevorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
- 1A und 1B schematische Darstellungen eine Auslösevorrichtung nach dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung;
- 3A und 3B schematische Darstellungen des Auslöserelais in verschiedenen Zuständen;
- 4 eine schematische Detaildarstellung der Schutzkappe der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung.
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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.
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In den 1A und 1B ist eine Auslösevorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt. Die Auslösevorrichtung 1 ist zum Einbau in eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung ausgebildet und weist ein Gehäuse auf, welches im Wesentlichen aus einer erste Gehäusehalbschale 2 sowie einer zweiten Gehäusehalbschale 3 gebildet ist. In dem Gehäuse sind sämtliche Komponenten der Auslösevorrichtung aufgenommen und vor Umgebungseinflüssen - wie Schmutz und Schadgasen - geschützt. 1A zeigt dabei die Auslösevorrichtung 1 mit geschlossenem Gehäuse, wohingegen 1B die Auslösevorrichtung geöffnetem Gehäuse zeigt. Die Auslösevorrichtung 1 weist eine Trägerplatte 10 auf, auf der ein Auslöserelais 20 montiert ist. Zur Montage wird die Trägerplatte 10 in die zweite Gehäusehalbschale 3 eingelegt. Sobald alle Komponenten der Auslösevorrichtung 1 montiert sind, kann das Gehäuse durch Verrasten der ersten Gehäusehalbschale 2 an der mit der zweiten Gehäusehalbschale 3 verschlossen werden. An der zweiten Gehäusehalbschale 3 sind hierfür geeignete Rastmittel, sogenannte Schapphaken 4, ausgebildet, welche in an der ersten Gehäusehalbschale 2 ausgebildete Rastöffnungen 5 eingreifen. Auf diese Weise werden die beiden Gehäusehalbschalen 2 und 3 sicher miteinander verrastet.
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2 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung 1 in perspektivischer Ansicht. Die Auslösevorrichtung 1, welche ebenfalls zum Einbau in eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung ausgebildet ist, weist wiederum eine Trägerplatte 10 auf, auf der ein Auslöserelais 20 montiert ist. Rückseitig ist die Trägerplatine 10 durch eine Gehäusehalbschale 11 vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt. Zur Befestigung weist die Gehäusehalbschale 11 mehrere Schnapphaken 12 auf, welche mit an der Trägerplatte 10 ausgebildeten Rastöffnungen 13 derart zusammenwirken, dass die Trägerplatte 10 fest aber lösbar mit der Gehäusehalbschale 11 verbunden ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Auslösevorrichtung 1 eine Schutzkappe 30 auf, welche an der Trägerplatte 10 montiert ist und dazu dient, eine Stirnseite 23 des Auslöserelais 20 zumindest teilweise abzudecken und damit vor Verschmutzung und Beschädigung zu schützen.
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Das Zusammenwirken der Schutzkappe 30 mit dem Auslöserelais 20 wird anhand der weiteren, nachfolgend beschriebenen Detaildarstellungen näher erläutert. In den 3A und 3B ist das Auslöserelais 20 perspektivisch in zwei verschiedenen Zuständen schematisch dargestellt. Das Auslöserelais 20 weist ein Gehäuse 21 auf, welches einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper aufweist. An einer Mantelfläche des zylindrischen Grundkörpers ist ein elektrisches und mechanisches Anschlusselement 26 ausgebildet, welches zur einfacheren Montage des Auslöserelais 20 dient, wobei die mechanische Kontur zur einfachen Befestigung, und die elektrischen Anschlüsse zur einfachen Kontaktierung vorgesehen sind. Wahlweise können auch die Anschlussleitungen der innenliegenden Spule direkt aus dem Grundkörper geführt werden. Eine Randkontur 25 bildet den Übergang der Mantelfläche zu einer Stirnseite 23 des zylindrischen Grundkörpers. Diese weist mittig eine Öffnung 24 auf, durch die ein Stößel 22 des Auslöserelais 20 hindurchführbar ist.
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In den 3A und 3B sind nun die beiden Zustände des Auslöserelais 20 dargestellt. 3A zeigt dabei eine erste Stellung: das Auslöserelais 20 hat noch nicht ausgelöst, der Stößel 22 befindet sich in einer eingezogenen Position und steht nur leicht aus der Öffnung 24 heraus, so dass seine Kontur über die Stirnseite 23 hervorsteht. In 3B ist das Auslöserelais 20 hingegen in einer zweiten, ausgelösten Stellung dargestellt. Der Stößel ist aus der Öffnung 24 herausgeschoben, seine Kontur steht deutlich über die Stirnseite 23 hinaus. Im Auslösefall wirkt der Stößel 22 durch seine Bewegung von seiner ersten, in 3A dargestellten Position in die zweite, in 3B dargestellte Auslöseposition auf einen Kraftspeicher (nicht dargestellt) ein. Durch den Kraftspeicher steht dann genügend Energie zur Verfügung, um einen Schaltkontakt der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung oder eines mit dieser gekoppelten Schutzschaltgerätes zu öffnen.
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4 zeigt perspektivisch eine schematische Detaildarstellung der in 2 gezeigten Schutzkappe 30. Die Schutzkappe 30 ist an der Trägerplatte 10 befestigt und weist eine zweite Stirnseite 31 auf, welche an die Kontur der Stirnseite 23 des Auslöserelais 20 angepasst ist. In einem oberen Bereich ist die zweite Stirnseite 31 abgerundet ausgeführt und somit an die kreisförmige Randkontur 25 des Gehäuses 21 des Auslöserelais 20 angepasst. Im montierten Zustand (siehe 2) wird durch diese geometrischen Anpassungen das Eindringen von Schmutz oder Schadgasen durch die Öffnung 24 in das Gehäuse 21 des Auslöserelais 20 weitestgehend unterbunden. Zur Verbesserung dieses Effekts sowie zum Ausgleich fertigungsbedingter Formabweichungen weist die Schutzkappe 30 eine an der weiteren Stirnseite 31 ausgebildete zusätzliche Dichtlippe 32 auf. Auf diese Weise wird der Schutz des Auslöserelais 20 vor Schmutz und Schadgasen weiter verbessert.
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In der Darstellung der 4 ist die Schutzkappe 31 als eigenständiges, an der Trägerplatte 10 befestigtes Bauteil dargestellt. Es ist jedoch ebenso möglich, die Schutzkappe 31 als integrales Element der Trägerplatte 10 einstückig mit dieser auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Auslösevorrichtung
- 2
- erste Gehäusehalbschale
- 3
- zweite Gehäusehalbschale
- 4
- Schapphaken
- 5
- Rastöffnungen
- 10
- Trägerplatte
- 11
- Gehäusehalbschale
- 12
- Schnapphaken
- 13
- Rastöffnungen
- 20
- Auslöserelais
- 21
- Gehäuse
- 22
- Stößel
- 23
- Stirnseite
- 24
- Öffnung
- 25
- Randkontur
- 26
- Anschlusselement
- 30
- Schutzkappe
- 31
- weitere Stirnseite
- 32
- Dichtlippe
