DE102015203778A1 - Electromechanical protection device and arrangement - Google Patents
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Abstract
Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät (1), welches insbesondere als Fehlerstrom- oder Störlichtbogen-Schutzschaltgerät ausgebildet ist, weist eine Koppeleinrichtung (10) zur mechanischen Übertragung einer Drehbewegung an ein mit dem Schutzschaltgerät (1) koppelbares weiteres Schutzschaltgerät (100) auf. Dabei weist die Koppeleinrichtung (10) ihrerseits einen Elektromagneten (12) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (15) sowie ein drehbar gelagertes Koppelelement (11), welches mit dem Magnetfeld (15) in Wirkverbindung steht, auf. Aus dem Magnetfeld (15) resultiert dabei ein derart auf das Koppelelement (11) wirkendes Drehmoment, dass das Koppelelement (11) bei unbestromtem Elektromagneten (12) eine statische erste Drehwinkellage einnimmt, und bei bestromtem Elektromagneten (12) eine statische zweite Drehwinkellage einnimmt. Das von dem Elektromagneten (12) erzeugte Magnetfeld wirkt dabei direkt und unmittelbar – d. h. ohne die sonst üblichen zusätzlichen, mechanischen Übertragungskomponenten, wie beispielsweise eines in Längsrichtung der Magnetspule linear verschiebbaren Stößels – auf das Koppelelement (11). Auf diese Weise kann einerseits die Teileanzahl – und damit die Komplexität – der Koppeleinrichtung (11) – und damit des Schutzschaltgerätes (1) – reduziert werden. Andererseits entfällt hierdurch der für diese Bauteile benötigte Platzbedarf im Inneren des Gehäuses (2) des Schutzschaltgerätes (1), so dass der für die Koppeleinrichtung (10) benötigte Platzbedarf vergleichsweise gering gehalten werden kann.The electromechanical protection switching device (1) according to the invention, which is designed in particular as a fault current or arc fault protection device, has a coupling device (10) for the mechanical transmission of a rotary motion to a further protective switching device (100) which can be coupled to the protective switching device (1). In this case, the coupling device (10) in turn an electromagnet (12) for generating a magnetic field (15) and a rotatably mounted coupling element (11) which is in operative connection with the magnetic field (15) on. From the magnetic field (15) results in such a manner acting on the coupling element (11) torque that the coupling element (11) in de-energized electromagnet (12) occupies a static first angular position, and at energized electromagnet (12) occupies a static second angular position. The magnetic field generated by the electromagnet (12) acts directly and directly - d. H. without the usual additional, mechanical transmission components, such as a linearly displaceable in the longitudinal direction of the solenoid plunger - on the coupling element (11). In this way, on the one hand, the number of parts - and thus the complexity - of the coupling device (11) - and thus of the protective switching device (1) - can be reduced. On the other hand, this eliminates the space required for these components inside the housing (2) of the protective switching device (1), so that the space required for the coupling device (10) space requirement can be kept comparatively low.
Description
Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere ein Fehlerstrom- oder Störlichtbogen-Schutzschaltgerät, welches eine Koppeleinrichtung zur mechanischen Übertragung einer Drehbewegung an ein mit dem Schutzschaltgerät koppelbares weiteres Schutzschaltgerät aufweist. Die Koppeleinrichtung weist ihrerseits einen Elektromagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes sowie ein drehbar gelagertes Koppelelement, welches mit dem Magnetfeld in Wirkverbindung steht, auf. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung, aufweisend ein erstes Schutzschaltgerät, insbesondere ein Fehlerstrom- oder Störlichtbogen-Schutzschaltgerät, sowie ein mit dem ersten Schutzschaltgerät mechanisch gekoppeltes weiteres Schutzschaltgerät, insbesondere ein Leitungsschutzschalter.The invention relates to an electromechanical protective switching device, in particular a fault current or arc fault protection device, which has a coupling device for the mechanical transmission of a rotary motion to a switchable with the protective device further protective switching device. The coupling device in turn has an electromagnet for generating a magnetic field and a rotatably mounted coupling element which is in operative connection with the magnetic field on. Furthermore, the invention relates to an arrangement comprising a first protection switching device, in particular a residual current or arc fault protection device, and a mechanically coupled with the first protection device further protective switching device, in particular a circuit breaker.
Schutzschaltgeräte – beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter oder Lichtbogen- bzw. Brandschutzschalter – werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter, welcher auch als „Miniature Circuit Breaker” (MCB) bezeichnet wird, ist eine Überstromschutzeinrichtung in der Elektroinstallation und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher und Anlagen vor Überlast. Sie schützen beispielsweise Leitungen vor Beschädigung durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes.Protective switching devices - such as circuit breakers, circuit breakers, residual current circuit breakers or arc or fire protection switch - are used in particular as switching and security elements in electrical energy supply networks. Circuit breakers are specially designed for high currents. A miniature circuit breaker, also referred to as a "miniature circuit breaker" (MCB), is an overcurrent protective device in electrical installations and is used in particular in the field of low-voltage networks. Circuit breakers and miniature circuit breakers guarantee a safe shutdown in the event of a short circuit and protect consumers and systems from overload. They protect, for example, cables from damage due to excessive heating as a result of excessive electrical current.
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.A residual current device is a protective device to ensure protection against a dangerous fault current in an electrical system. Such a fault current, which is also referred to as differential current, occurs when a live line part has an electrical contact with earth. This is for example the case when a person touches a live part of an electrical system: in this case, the current flows as a fault current through the body of the person against the ground. To protect against such body currents of the residual current circuit breaker must occur when such a fault current, the electrical system quickly and safely disconnect all poles from the mains. In general parlance, instead of the term "residual current circuit breaker", the terms FI circuit breaker (short: FI switch), residual current circuit breaker (short: DI switch) or RCD (for "Residual Current Protective Device") are used equally.
Unter dem Begriff „Brandschutzschalter” wird in der Elektroinstallationstechnik eine Schutzeinrichtung zum Schutz vor einem durch einen Störlichtbögen hervorgerufenen Fehlerstrom verstanden. Derartige Störlichtbogen-Schutzeinrichtungen werden in Niederspannungsnetzen eingesetzt, um die elektrische Installationstechnik vor Beschädigung durch einen Fehlerstrom aufgrund eines Störlichtbogens sowie vor dessen thermischen Folgen – beispielsweise Kabelbränden – zu schützen. Ein Störlichtbogen kann beispielsweise an einer defekten Stelle einer elektrischen Leitung, z. B. einer lockeren Kabelklemme, oder aufgrund eines Kabelbruchs auftreten. Tritt der Störlichtbogen elektrisch in Reihe zu einem elektrischen Verbraucher auf, so wird der normale Betriebsstrom im Regelfall nicht überschritten, da er durch den Verbraucher begrenzt wird. Aus diesem Grund wird der Störlichtbogen von einer herkömmlichen Überstromschutzeinrichtung, beispielsweise einer Schmelzsicherung oder eines Leitungsschutzschalters, nicht erfasst. Dies ist insbesondere bei hohen Betriebsströmen sowie bei über längere Zeit bestehenden Störlichtbögen problematisch, da in diesen Fällen aufgrund der mit dem Lichtbogen einhergehenden hohen Temperaturen die Gefahr eines Brandes besteht.In the electrical installation technology, the term "fire protection switch" is understood to mean a protective device for protection against a fault current caused by an arcing fault. Such arc fault protection devices are used in low-voltage networks to protect the electrical installation technology from damage due to a fault current due to a fault arc and before its thermal consequences - such as cable fires. An arc fault, for example, at a defective location of an electrical line, for. As a loose cable clamp, or due to a cable break occur. If the arc occurs electrically in series with an electrical load, the normal operating current is usually not exceeded because it is limited by the consumer. For this reason, the arc is not detected by a conventional overcurrent protection device, such as a fuse or a circuit breaker. This is particularly problematic at high operating currents as well as existing for a long time arc fault, since in these cases, there is a risk of fire due to the associated with the arc high temperatures.
Zur Ermittlung, ob ein Störlichtbogen vorliegt, werden durch den Brandschutzschalter der Spannungsverlauf sowie der Stromverlauf über die Zeit gemessen und mittels digitaler Signalverarbeitung ausgewertet. Insbesondere der Stromverlauf weist bei einem Störlichtbogen charakteristische, hochfrequente Anteile auf. Bei der Auswertung ist jedoch zu beachten, dass reguläre Schwankungen im Stromverlauf sowie im normalen Betrieb auftretende Oberschwingungen oder transiente Stromverläufe, wie sie bei einem Einschaltvorgang eines Verbrauchers auftreten, nicht zu einer fehlerhaften Auslösung des Brandschutzschalters führen. Aus diesem Grund weisen Brandschutzschalter relativ komplexe Algorithmen zur Überwachung der Elektroinstallation sowie zum Detektieren möglicher Störlichtbögen auf.In order to determine whether an arc is present, the fire protection switch measures the voltage profile and the current profile over time and evaluates it by means of digital signal processing. In particular, the current profile has in a fault arc characteristic, high-frequency components. When evaluating, however, it should be noted that regular fluctuations in the course of the current as well as harmonics or transient current curves that occur during normal operation, such as occur when a load is switched on, do not lead to faulty tripping of the fire protection switch. For this reason, fire circuit breakers have relatively complex algorithms for monitoring the electrical installation as well as for detecting possible arcing faults.
In der (englischsprachigen) Fachliteratur werden derartige Einrichtungen zur Erfassung von Störlichtbögen als „Arc Fault Detection Device” (abgekürzt AFDD) bezeichnet. Im nordamerikanischen Raum, wo der sogenannte UL-Standard (Underwriters laboratories, Norm mit 110 V Netzspannung) vorherrscht, ist die Bezeichnung „Arc Fault Circuit Interrupter” (abgekürzt AFCI) geläufig. In den Vereinigten Staaten sind Lichtbogenschutzschalter sogar zwingend vorgeschrieben, um anhand vorbestimmter Kriterien zu erfassen, ob möglicherweise ein Lichtbogen in einem Stromkreis vorliegt. Die dort verwendeten Lichtbogenschutzschalter weisen hierzu einen eigenen Trennkontakt auf, der im Falle des Vorliegens eines Lichtbogens geöffnet wird. Die in diesen Lichtbogenschutzschaltern verwendeten Prinzipien sind beispielsweise in den
In den meisten europäischen Ländern, welche den IEC-Standard (International Electrotechnical Commission, Norm mit einer Netzspannung von 230 V) verbindlich vorschreiben, sind Lichtbogenschutzschalter nicht zwingend erforderlich. Stromkreise in IEC-Technik werden bis dato zumeist mit Hilfe von Fehlerschutzstromschaltern sowie Leitungsschutzschaltern abgesichert. Ein Schutz vor Störlichtbögen ist mit den genannten Schutzschaltgeräten jedoch nicht realisierbar.In most European countries, which prescribe the IEC standard (International Electrotechnical Commission, standard with a mains voltage of 230 V), arc-protective circuit-breakers are not absolutely necessary. Electrical circuits in IEC technology have hitherto mostly been protected by means of fault current circuit breakers and miniature circuit breakers. However, protection against arcing faults is not feasible with the mentioned protective switching devices.
Um dennoch einen wirksamen Schutz vor Störlichtbögen zu realisieren, werden auch hierzulande vermehrt Schutzschalter gegen Störlichtbögen, sog. Brandschutzschalter, eingesetzt. Im Gegensatz zu den auf dem US-Markt erhältlichen Modellen verfügen diese Brandschutzschalter jedoch in der Regel über keine eigenen Trennkontakte, sondern werden zumeist als eigenständige Baugruppe, dem sogenannten AFD-Block, mit einer weiteren Schutzeinrichtung, beispielsweise einem Leitungsschutzschalter (sog. LS-Schalter) oder einem kombinierten Leitungsschutz-/Fehlerstromschutzschalter (sog. FI/LS-Schalter), kombiniert. Diese Kombination der beiden Geräte bildet dann das Schutzschaltgerät AFDD. In der Niederspannungs-Elektroinstallationstechnik werden derartige Schutzschaltgeräte – d. h. Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter oder Kombigeräte wie FI/LS oder AFDD – auch als „Reiheneinbaugeräte” bezeichnet. Dieser Begriff rührt daher, dass in einem Elektroinstallationsverteiler oftmals eine Vielzahl derartiger Reiheneinbaugeräte nebeneinander „in einer Reihe” angeordnet ist.Nevertheless, in order to realize effective protection against arcing faults, additional circuit breakers against arcing faults, so-called fire protection switches, are also being used here in Germany. In contrast to the models available on the US market, however, these fire protection switches generally do not have their own isolating contacts, but are usually used as an independent module, the so-called AFD block, with a further protective device, for example a circuit breaker (so-called LS switch ) or a combined circuit breaker / residual current circuit breaker (so-called RCCB). This combination of the two devices then forms the AFDD circuit breaker. In low-voltage electrical installation technology, such protective switching devices - d. H. Miniature circuit breakers, residual current circuit breakers or combination devices such as FI / LS or AFDD - also known as "DIN rail mounted devices". This term is due to the fact that in an electrical distribution manifold often a plurality of such modular devices are arranged side by side "in a row".
Bei der Kombination eines ersten Schutzschaltgerätes, beispielsweise eines Fehlerstromschutzschalters oder eines Brandschutzschalters, mit einem weiteren Schutzschaltgerät, beispielsweise einem Leitungsschutzschalter oder einem kombinierten Leitungsschutz-/Fehlerstromschutzschalter, ist zum einen eine elektrische Verbindung der beiden Schutzschaltgeräte erforderlich, um eine gemeinsame Einspeisung zu realisieren. Hierzu weist das erste Schutzschaltgerät in der Regel bereits elektrische Verbindungsmittel auf, welche aus dem Gehäuse des ersten Schutzschaltgerätes herausgeführt sind, um mit den Anschlussklemmen des weiteren Schutzschaltgerätes elektrisch leitend verbunden zu werden.When combining a first protective switching device, such as a residual current circuit breaker or a fire circuit breaker, with another circuit breaker, such as a circuit breaker or a combined circuit breaker / residual current circuit breaker, on the one hand, an electrical connection of the two protection devices is required to implement a common feed. For this purpose, the first protection switching device usually already has electrical connection means, which are led out of the housing of the first protection switching device to be electrically connected to the terminals of the further protection switching device.
Zum Anderen weist das erste Schutzschaltgerät auch eine mechanische Kopplung mit dem weiteren Schutzschaltgerät auf, um ein auf Basis eines detektierten Fehlerstroms generiertes Auslösesignal von dem ersten Schutzschaltgerät mechanisch an das weitere Schutzschaltgerät zu übertragen, so dass beim Auslösen des ersten Schutzschaltgerätes durch Öffnen der Trennkontakte des weiteren Schutzschaltgerätes eine Unterbrechung des zu überwachenden Stromkreises bewirkt wird. Hierzu weist das erste Schutzschaltgerät ein mechanisches Koppelelement auf, über das eine Dreh- oder Linearbewegung auf ein mechanisches Element des weiteren Schutzschaltgerätes übertragen wird. Aufgrund der Betätigung des mechanischen Elements wird die Auslösung einer Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes initiiert, wodurch dann die die Trennkontakte des weiteren Schutzschaltgerätes geöffnet werden, um die zu überwachende elektrische Leitung zu unterbrechen.On the other hand, the first protective switching device also has a mechanical coupling with the further protective switching device to mechanically transmit a triggering signal generated on the basis of a detected fault current from the first protective switching device to the further protective switching device, so that when the first protective switching device is triggered by opening the isolating contacts of the other Protective switching device causes an interruption of the monitored circuit. For this purpose, the first protection switching device on a mechanical coupling element, via which a rotary or linear movement is transmitted to a mechanical element of the further protection switching device. Due to the actuation of the mechanical element, the triggering of a switching mechanism of the further protective switching device is initiated, whereby then the disconnecting contacts of the further protective switching device are opened to interrupt the electrical line to be monitored.
Hierbei ist jedoch zu beachten, dass für eine sichere Auslösung des weiteren Schutzschaltgerätes zum Einen ein vordefinierter Mindestwert für die Dreh- oder Linearbewegung der Koppeleinrichtung gefordert ist, um ein Auslösen der Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes sicher zu gewährleisten. Zum Anderen darf ein vordefinierter Maximalwert dieser Dreh- oder Linearbewegung nicht überschritten werden, um eine Beschädigung der Koppeleinrichtung oder der Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes zu vermeiden. Weiterhin ist zu beachten, dass die Platzverhältnisse im Inneren des Gehäuses eines derartigen Schutzschaltgerätes stark begrenzt sind, weswegen entsprechend wenig Platz für die einzelnen Komponenten des Schutzschaltgerätes zur Verfügung steht. Dennoch muss die Koppeleinrichtung ein vordefiniertes Mindest-Drehmoment bereitstellen, um ein sicheres Auslösen des weiteren Schutzschaltgerätes zu gewährleisten.It should be noted, however, that for a safe triggering of the further protection switching device on the one hand, a predefined minimum value for the rotary or linear movement of the coupling device is required to ensure safe triggering of the switching mechanism of the other protection device. On the other hand, a predefined maximum value of this rotary or linear movement must not be exceeded in order to avoid damage to the coupling device or the switching mechanism of the further protective switching device. Furthermore, it should be noted that the space in the interior of the housing of such a protective switching device are very limited, which is why correspondingly little space for the individual components of the protection device is available. Nevertheless, the coupling device must provide a predefined minimum torque to ensure safe triggering of the further protection switching device.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schutzschaltgerät sowie eine Anordnung mit einem derartigen Schutzschaltgerät bereitzustellen, welches die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet und ein sicheres Auslösen des mit dem ersten Schutzschaltgerät gekoppelten weiteren Schutzschaltgerätes zu gewährleisten.It is therefore the object of the present invention to provide a protective switching device and an arrangement with such a protective switching device, which at least partially overcomes the above-mentioned disadvantages and to ensure a safe triggering of the coupled with the first protective switching device further protective switching device.
Diese Aufgabe wird durch das elektromechanische Schutzschaltgerät sowie durch die Anordnung – bestehend aus einem ersten Schutzschaltgerät sowie einen mit diesem gekoppelten weiteren Schutzschaltgerät – gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the electro-mechanical protection device and by the arrangement - consisting of a first protection device and a coupled thereto further protective switching device - according to the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät, welches insbesondere als Fehlerstrom- oder Störlichtbogen-Schutzschaltgerät ausgebildet ist, weist eine Koppeleinrichtung zur mechanischen Übertragung einer Drehbewegung an ein mit dem Schutzschaltgerät koppelbares weiteres Schutzschaltgerät auf. Dabei weist die Koppeleinrichtung ihrerseits einen Elektromagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes sowie ein drehbar gelagertes Koppelelement, welches mit dem Magnetfeld in Wirkverbindung steht, auf. Aus dem Magnetfeld resultiert dabei ein derart auf das Koppelelement wirkendes Drehmoment, dass das Koppelelement bei unbestromtem Elektromagneten eine statische erste Drehwinkellage einnimmt, und bei bestromtem Elektromagneten eine statische zweite Drehwinkellage einnimmt.The electromechanical protective switching device according to the invention, which is designed in particular as a fault current or arc fault protection device, has a coupling device for the mechanical transmission of a rotary motion to a couplable with the protective device further protective switching device. In this case, the coupling device in turn has an electromagnet for generating a Magnetic field and a rotatably mounted coupling element which is in operative connection with the magnetic field on. The magnetic field results in a torque acting on the coupling element such that the coupling element assumes a static first angular position when the electromagnet is de-energized, and assumes a static second angular position when the electromagnet is energized.
Das Koppelelement wird aufgrund des von dem Elektromagneten erzeugten Magnetfeldes mit einem Drehmoment beaufschlagt, welches das Koppelelement von seiner ersten Drehwinkellage in seine zweite Drehwinkellage drängt. Die statische erste Drehwinkellage entspricht dabei einer Ruheposition, welche das Koppelelement in einem auslösebereiten Zustand des Schutzschaltgerätes einnimmt, während die, von der ersten Drehwinkellage verschiedene, statische zweite Drehwinkellage einer Position entspricht, welche das Koppelelement in einem ausgelösten Zustand des Schutzschaltgerätes, in dem der Elektromagnet bestromt ist, einnimmt. Dabei wird das von dem Elektromagneten erzeugte Magnetfeld direkt und unmittelbar – d. h. ohne die sonst üblichen zusätzlichen, mechanischen Übertragungskomponenten, wie beispielsweise eines in Längsrichtung der Magnetspule linear verschiebbaren Stößels – auf das Koppelelement. Auf diese Weise kann zum einen die Teileanzahl – und damit die Komplexität – der Koppeleinrichtung reduziert werden. Weiterhin entfällt hiermit der für diese Bauteile benötigte Platzbedarf im Inneren des Gehäuses des Schutzschaltgerätes, so dass der für die Koppeleinrichtung benötigte Platzbedarf vergleichsweise gering gehalten werden kann.Due to the magnetic field generated by the electromagnet, the coupling element is subjected to a torque which urges the coupling element from its first angular position into its second angular position. The static first angular position corresponds to a rest position, which occupies the coupling element in a ready-tripping state of the protection device, while, different from the first angular position, static second angular position corresponds to a position which the coupling element in a tripped state of the protection device, in which the electromagnet energized, occupies. The magnetic field generated by the electromagnet is directly and immediately - d. H. without the usual additional mechanical transmission components, such as a linearly displaceable in the longitudinal direction of the solenoid plunger - on the coupling element. In this way, on the one hand the number of parts - and thus the complexity - of the coupling device can be reduced. Furthermore, this eliminates the space required for these components space inside the housing of the protective switching device, so that the space required for the coupling device space can be kept comparatively low.
Die Begriffe „statische erste Drehwinkellage” und statische zweite Drehwinkellage” bezeichnen ruhende Endpositionen des Koppelelements, zwischen denen das Koppelelement durch abwechselndes Bestromen oder stromfrei-Schalten des Elektromagneten bewegen werden kann.The terms "static first angular position" and static second rotational position "denote end positions of the coupling element, between which the coupling element can be moved by alternately energizing or de-energizing the electromagnet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist der Elektromagnet eine Magnetspule sowie einem Magnetkern auf, welcher derart geformt ist, dass das von der bestromten Magnetspule erzeugte Magnetfeld in Richtung des Koppelelementes geführt ist.In an advantageous development of the protective switching device, the electromagnet has a magnetic coil and a magnetic core, which is shaped such that the magnetic field generated by the energized magnetic coil is guided in the direction of the coupling element.
Magnetspule und Magnetkern binden einen sogenannten magnetischen Kreis, welcher derart geformt ist, dass das das Koppelelement darin drehbar angeordnet ist. Vorteilhafter Weise sind der Magnetkern sowie das Koppelelement aus einem Material gebildet, welches eine hohe magnetische Permeabilität aufweist. Durch diese Anordnung wird die magnetische Flussdichte erhöht und das Magnetfeld auf den räumlichen Bereich des Koppelements konzentriert, wodurch das aus dem Magnetfeld resultierende und auf das Koppelelement wirkende Drehmoment verstärkt wird. Damit kann die Koppeleinrichtung – bei gleichem Drehmoment – kompakter gestaltet werden.Magnetic coil and magnetic core bind a so-called magnetic circuit, which is shaped such that the coupling element is rotatably disposed therein. Advantageously, the magnetic core and the coupling element are formed from a material which has a high magnetic permeability. By this arrangement, the magnetic flux density is increased and the magnetic field concentrated on the spatial area of the coupling element, whereby the resulting from the magnetic field and acting on the coupling element torque is amplified. Thus, the coupling device - be designed more compact - with the same torque.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist der Magnetkern im Wesentlichen u-förmig gestaltet und weist einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel sowie einen die beiden Schenkel verbindenden Verbindungsbereich, an dem die Magnetspule aufgenommen und gehaltert ist, auf. Die Aufnahme und Halterung der Magnetspule im Bereich des die beiden Schenkel verbindenden Verbindungsbereichs stellt eine äußerst platzsparende Anordnung des Elektromagneten, und damit der Koppeleinrichtung, dar.In a further advantageous embodiment of the protective switching device, the magnetic core is designed substantially U-shaped and has a first leg, a second leg and a connecting region connecting the two legs, on which the magnetic coil is accommodated and held on. The inclusion and retention of the magnetic coil in the region of the connecting the two legs connecting portion provides a very space-saving arrangement of the electromagnet, and thus the coupling device, is.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist der Magnetkern einstückig ausgebildet. Durch die einstückige Ausbildung des Magnetkerns kann die Teileanzahl der Koppeleinrichtung gering gehalten werden, was sich vorteilhaft auf die Logistikkosten – und damit die Herstellkosten – der Koppeleinrichtung (und damit des Schutzschaltgerätes) auswirkt.In a further advantageous embodiment of the protective switching device of the magnetic core is integrally formed. Due to the one-piece design of the magnetic core, the number of parts of the coupling device can be kept low, which has an advantageous effect on the logistics costs - and thus the manufacturing costs - the coupling device (and thus of the protective device).
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes sind durch ein erstes distales Ende des ersten Schenkels und ein zweites distales Ende des zweiten Schenkels zwei Pole des Elektromagneten gebildet, wobei das Koppelelement dabei zwischen dem ersten distalen Ende und dem zweiten distalen Ende angeordnet ist.In a further advantageous development of the protective switching device, two poles of the electromagnet are formed by a first distal end of the first leg and a second distal end of the second leg, wherein the coupling element is arranged between the first distal end and the second distal end.
Mit Hilfe der beiden Schenkel des u-förmigen Magnetkerns wird das Magnetfeld gebündelt und von dem Verbindungsbereich, an dem die Magnetspule aufgenommen und gehaltert ist, zu dem Koppelelement, welches zwischen dem ersten distalen Ende des ersten Schenkels und dem zweiten distalen Ende des zweiten Schenkels angeordnet ist, geführt. Auf diese Weise wird die magnetische Flussdichte gebündelt und auf den räumlichen Bereich des Koppelements konzentriert, wodurch das aus dem Magnetfeld resultierende Drehmoment verstärkt wird. Damit kann die Koppeleinrichtung – bei gleichem Drehmoment – kompakter gestaltet werden.With the help of the two legs of the U-shaped magnetic core, the magnetic field is focused and from the connection region, in which the magnetic coil is received and held, to the coupling element, which is arranged between the first distal end of the first leg and the second distal end of the second leg is, guided. In this way, the magnetic flux density is concentrated and concentrated on the spatial area of the coupling element, whereby the torque resulting from the magnetic field is amplified. Thus, the coupling device - be designed more compact - with the same torque.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes sind das erste distale Ende und das zweite distale Ende zum Koppelelement hin abgewinkelt ausgebildet. Durch das Abwinkeln des ersten und des zweiten distalen Endes zum Koppelelement hin kann die Anordnung vergleichsweise kompakt gehalten werden, ohne dass dabei die die magnetische Flussdichte, und damit das hieraus auf das Koppelement wirkenden Drehmoment reduziert wird. In a further advantageous embodiment of the protective switching device, the first distal end and the second distal end are formed angled towards the coupling element. By bending the first and the second distal end towards the coupling element, the arrangement can be kept comparatively compact, without the magnetic flux density, and thus the torque acting thereon on the coupling element, being reduced.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist die erste Drehwinkellage des Koppelelements einen Winkel von 30° bis 80° zu einer Hauptrichtung des magnetischen Flusses des Magnetfeldes auf, und die zweite Drehwinkellage des Koppelelements weist einen Winkel von 0° zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses auf.In a further advantageous development of the protective switching device, the first angular position of the coupling element at an angle of 30 ° to 80 ° to a main direction of the magnetic flux of the magnetic field, and the second angular position of the coupling element has an angle of 0 ° to the main direction of the magnetic flux.
In seiner Ruheposition, welche das Koppelelement in einem auslösebereiten Zustand des Schutzschaltgerätes einnimmt, nimmt das Koppelelement die statische erste Drehwinkellage ein, bei der eine Orientierungsrichtung des Koppelelements einen Winkel von 30° bis 80° zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses des Magnetfeldes im Bereich des Koppelelements aufweist, während es bei bestromtem Elektromagneten, d. h. ein einem ausgelösten Zustand des Schutzschaltgerätes, eine statische zweite Drehwinkellage einnimmt, bei der die Orientierungsrichtung des Koppelelements einen Winkel von 0° zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses im Bereich des Koppelelements aufweist. Auf diese Weise kann im Auslösefall des Schutzschaltgerätes ein mechanisches Auslösesignal durch eine Drehung des Koppelelements mit einem Drehwinkel von 30° bis 80° an ein mit dem Schutzschaltgerät gekoppeltes weiteres Schutzschaltgerät übertragen werden. Unter dem Begriff „Hauptrichtung des magnetischen Flusses” ist dabei die Richtung des magnetischen Flusses im bestromten Zustand, d. h. bei bestromtem Elektromagneten, gemeint.In its rest position, which assumes the coupling element in a ready-tripping state of the protective switching device, the coupling element assumes the static first angular position, wherein an orientation direction of the coupling element has an angle of 30 ° to 80 ° to the main direction of the magnetic flux of the magnetic field in the region of the coupling element while it is energized electromagnet, d. H. a triggered state of the protective switching device, a static second angular position assumes, in which the orientation direction of the coupling element has an angle of 0 ° to the main direction of the magnetic flux in the region of the coupling element. In this way, a mechanical release signal can be transmitted by a rotation of the coupling element with a rotation angle of 30 ° to 80 ° to a coupled with the protective device further protective device in the case of release of the protective device. The term "main direction of the magnetic flux" is the direction of the magnetic flux in the energized state, d. H. when energized electromagnet, meant.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist die erste Drehwinkellage des Koppelelements einen Winkel von vorzugsweise 40° bis 60° zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses auf. Ein Drehwinkel von 40° bis 60° hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, um das Auslösesignal von dem Schutzschaltgerät an das mit dem Schutzschaltgerät gekoppelte weitere Schutzschaltgerät sicher und zuverlässig zu übertragen.In a further advantageous embodiment of the protective switching device, the first angular position of the coupling element at an angle of preferably 40 ° to 60 ° to the main direction of the magnetic flux. A rotation angle of 40 ° to 60 ° has been found to be particularly advantageous to safely and reliably transmit the trip signal from the protection device to the coupled with the protection device further protective device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Schutzschaltgerät ein Gehäuse auf, mit einer Frontseite, einer der Frontseite gegenüberliegenden Befestigungsseite, sowie die Front- und die Befestigungsseite verbindende Verbindungsseiten, wobei das Koppelelement in einer der Verbindungsseiten drehbar gelagert angeordnet ist. Die Lagerung des Koppelelements in einer der seitlichen Verbindungsseiten des Gehäuses stellt eine konstruktiv einfach zu realisierende Möglichkeit zur Übertragung des Auslösesignals an das weitere Schutzschaltgerät dar.In a further advantageous refinement, the protective switching device has a housing, with a front side, a fastening side opposite the front side, and connecting sides connecting the front side and the fastening side, wherein the coupling element is rotatably mounted in one of the connecting sides. The storage of the coupling element in one of the lateral connection sides of the housing provides a structurally simple to implement possibility for transmitting the trigger signal to the further protective switching device.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist ein erstes Schutzschaltgerät der vorstehend beschriebenen Art, insbesondere ein Fehlerstrom- oder Störlichtbogen-Schutzschaltgerät, sowie ein weiteres Schutzschaltgerät, insbesondere ein Leitungsschutzschalter, welches mit dem ersten Schutzschaltgerät mechanisch gekoppelt ist, auf. Die Kopplung des ersten Schutzschaltgerätes mit dem weiteren Schutzschaltgerät ist dabei durch ein formschlüssiges Eingreifen des Koppelelement des ersten Schutzschaltgerät in ein drehbar gelagertes Aufnahmeelement des weiteren Schutzschaltgerätes realisiert, so dass bei einem Auslösen des ersten Schutzschaltgerätes durch Betätigen des Aufnahmeelements eine mit dem Aufnahmeelement gekoppelte Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes betätigt wird.The arrangement according to the invention comprises a first protective switching device of the type described above, in particular a fault current or arc fault protection switching device, and a further protective switching device, in particular a circuit breaker, which is mechanically coupled to the first protective switching device on. The coupling of the first protective switching device with the further protective switching device is realized by a positive engagement of the coupling element of the first protective switching device in a rotatably mounted receiving element of the further protective switching device, so that when a triggering of the first protective switching device by pressing the receiving element coupled to the receiving element switching mechanism further Protective switching device is actuated.
Durch die Betätigung der Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes werden die Trennkontakte des weiteren Schutzschaltgerätes geöffnet, wodurch die zu überwachende elektrische Leitung unterbrochen wird. Aufgrund der Kopplung des ersten Schutzschaltgerätes mit dem weiteren Schutzschaltgerät kann beim ersten Schutzschaltgerät daher auf eigene Trennkontakte verzichtet werden. Hierdurch ist eine kompakte Bauweise des ersten Schutzschaltgerätes sowie der Anordnung realisierbar. Hinsichtlich der weiteren Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die vorstehend genannten Vorteile, das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät betreffend, verwiesen.By actuating the switching mechanism of the further protective switching device, the isolating contacts of the further protective switching device are opened, whereby the electrical line to be monitored is interrupted. Due to the coupling of the first protective switching device with the other protective switching device can therefore be dispensed with own isolating contacts in the first protection device. As a result, a compact design of the first protective switching device and the arrangement can be realized. With regard to the further advantages of the arrangement according to the invention, reference is made to the abovementioned advantages relating to the protective switching device according to the invention.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Schutzschaltgerätes sowie der Anordnung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind: In the following, an embodiment of the protective switching device and the arrangement will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. In the figures are:
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 the various figures of the drawing, like parts are always provided with the same reference numerals. The description applies to all drawing figures in which the corresponding part can also be recognized.
In den
Das erste Schutzschaltgerät
Die Koppeleinrichtung
In den
Die Koppeleinrichtung
Durch die Formgebung des Magnetkerns
Durch Bestromen der Magnetspule
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- SchutzschaltgerätProtection device
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- Frontseitefront
- 44
- Befestigungsseitemounting side
- 55
- VerbindungsseiteLinks page
- 1010
- Koppeleinrichtungcoupling device
- 1111
- Koppelelementcoupling element
- 1212
- Elektromagnetelectromagnet
- 1313
- Magnetspulesolenoid
- 1414
- Spulenträgercoil carrier
- 1515
- Magnetfeldmagnetic field
- 2020
- Magnetkernmagnetic core
- 2121
- erster Schenkelfirst leg
- 2222
- zweiter Schenkelsecond leg
- 2323
- Verbindungsbereichconnecting area
- 2424
- erstes distales Endefirst distal end
- 2525
- zweites distales Endesecond distal end
- 100100
- weiteres Schutzschaltgerätanother protective switching device
- 102102
- Gehäusecasing
- 103103
- Frontseitefront
- 104104
- Befestigungsseitemounting side
- 105105
- VerbindungsseiteLinks page
- 106106
- Betätigungselementactuator
- 107107
- Aufnahmeelementreceiving element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5729145 [0006] US 5729145 [0006]
- US 6031699 [0006] US 6031699 [0006]
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-
2015
- 2015-03-03 DE DE102015203778.9A patent/DE102015203778B4/en active Active
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