-
Die Erfindung betrifft ein Niederspannungs-Schutzschaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter oder einen Fehlerstromschutzschalter.
-
Elektromechanische Schutzschaltgeräte - beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter sowie Lichtbogen- bzw. Brandschutzschalter - dienen der Überwachung sowie der Absicherung eines elektrischen Stromkreises und werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungs- und Verteilnetzen eingesetzt. Zur Überwachung und Absicherung des elektrischen Stromkreises wird das Schutzschaltgerät über zumindest zwei elektrische Anschlusselemente - in der Regel als Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss bezeichnet - mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen überwachten Leitung zu unterbrechen. Das Schutzschaltgerät weist hierzu zumindest einen Schaltkontakt auf, der bei Auftreten eines vordefinierten Zustandes - beispielsweise bei Erfassen eines Kurzschlusses oder eines Fehlerstromes - geöffnet werden kann, um den überwachten Stromkreis vom elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
-
Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter (sogenannter LS-Schalter), welcher auch als „Miniature Circuit Breaker“ (MCB) bezeichnet wird, stellt in der Elektroinstallation eine sogenannte Überstromschutzeinrichtung dar und wird insbesondere im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt. Leistungs-schalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher und Anlagen vor Überlast, beispielsweise vor Beschädigung der elektrischen Leitungen durch zu starke Erwärmung in Folge eines zu hohen elektrischen Stromes. Sie sind dazu ausgebildet, einen zu überwachenden Stromkreis im Falle eines Kurzschlusses oder bei Auftreten einer Überlast selbsttätig abzuschalten und damit vom übrigen Leitungsnetz zu trennen. Leistungsschalter und Leitungsschutz-schalter werden daher insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente zur Überwachung und Absicherung eines elektrischen Stromkreises in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Leitungsschutzschalter sind aus den Druckschriften
DE 10 2015 217 704 A1 ,
EP 2 980 822 A1 ,
DE 10 2015 213 375 A1 ,
DE 10 2013 211 539 A1 oder
EP 2 685 482 B1 prinzipiell vorbekannt.
-
Ein Fehlerstromschutzschalter ist eine Schutzeinrichtung zur Gewährleistung eines Schutzes gegen einen gefährlichen Fehlerstrom in einer elektrischen Anlage. Ein derartiger Fehlerstrom - welcher auch als Differenzstrom bezeichnet wird - tritt auf, wenn ein spannungsführendes Leitungsteil einen elektrischen Kontakt gegen Erde aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer elektrischen Anlage berührt: in diesem Fall fließt der Strom als Fehlerstrom durch den Körper der betreffenden Person gegen die Erdung ab. Zum Schutz gegen derartige Körperströme muss der Fehlerstromschutzschalter bei Auftreten eines derartigen Fehlerstroms die elektrische Anlage schnell und sicher allpolig vom Leitungsnetz trennen. Im Allgemeinen Sprachgebrauch werden anstelle des Begriffs „Fehlerstromschutzschalter“ auch die Begriffe FI-Schutzschalter (kurz: FI-Schalter), Differenzstromschutzschalter (kurz: DI-Schalter) oder RCD (für „Residual Current Protective Device“) gleichwertig verwendet.
-
Lichtbogen- bzw. Brandschutzschalter werden zur Erfassung von Störlichtbögen, wie sie an einer defekten Stelle einer elektrischen Leitung - beispielsweise einer lockeren Kabelklemme oder aufgrund eines Kabelbruchs - auftreten können, verwendet. 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. Zur Ermittlung, ob ein Störlichtbogen vorliegt, werden durch den Brandschutzschalter sowohl der Spannungsverlauf als auch der Stromverlauf über die Zeit gemessen und hinsichtlich der für einen Störlichtbogen charakteristischen Verläufe analysiert und ausgewertet. In der (englischsprachigen) Fachliteratur werden derartige Schutzeinrichtungen zur Erfassung von Störlichtbögen als „Arc Fault Detection Device“ (abgekürzt: AFDD) bezeichnet. Im nordamerikanischen Raum ist die Bezeichnung „Arc Fault Circuit Interrupter“ (abgekürzt: AFCI) geläufig.
-
All diesen Schutzschaltgeräten ist gemein, dass sie einen Schaltkontakt aufweisen, welcher bei Bedarf geöffnet werden kann, um in vordefinierten Situationen den durch das Schutzschaltgerät abgesicherten Stromkreis zu unterbrechen und damit vom elektrischen Versorgungsnetz zu trennen. Der Schaltkontakt wird dabei durch ein ortsfest im Gehäuse des Schutzschaltgerätes angeordnetes Festkontaktstück sowie ein relativ dazu bewegliches Bewegkontaktstück gebildet. Das Bewegkontaktstück ist hierbei über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes betätigbar, so dass der Schaltkontakt geöffnet und geschlossen werden kann.
-
Wird der Schaltkontakt dabei zu einem Zeitpunkt geöffnet, zu dem Strom über den Schaltkontakt fließt, so bildet sich beim Öffnen des Schaltkontakts zwischen dem Festkontaktstück und dem sich entfernenden Bewegkontaktstück ein Lichtbogen aus. Zum Löschen des Lichtbogens weisen herkömmliche Schutzschaltgeräte eine sogenannte Lichtbogen-Löschkammer mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter und voneinander beabstandeter Löschbleche auf. Wird der Lichtbogen in die Lichtbogen-Löschkammer getrieben, so teilt er sich bei Auftreffen auf die Löschbleche in mehrere Teil-Lichtbögen auf, welche anschließend in Reihe geschaltet zwischen den einzelnen Löschblechen brennen. Die mehreren, elektrisch sequenziell hintereinander geschalteten Teil-Lichtbögen führen insgesamt zu einer höheren Bogenspannung, was in der Folge zu einem schnelleren Erlöschen des Lichtbogens führt.
-
Ein zwischen dem Festkontaktstück und dem Bewegkontaktstück stehender Lichtbogen führt dabei zu einem sogenannten Kontaktabbrand, d.h. es erfolgt ein Materialabtrag von dem Festkontaktstück und dem Bewegkontaktstück, was letztendlich zu Beschädigungen des Schutzschaltgerätes führt, da der Kontaktabbrand bei einem geschlossenen, stromdurchflossenen Schaltkontakt zu einem erhöhten elektrischen Widerstand führt. Aus diesem Grund soll der Lichtbogen möglichst schnell aus dem Kontaktbereich in die Löschkammer getrieben werden. Hierzu weisen herkömmliche Schutzschaltgeräte eine sogenannte Leitschiene auf, welche mit einem Ende der Lichtbogen-Löschkammer elektrisch leitend verbunden ist. Das andere Ende der Lichtbogen-Löschkammer ist über ein Festkontakthorn mit dem Festkontaktstück elektrisch leitend verbunden. Die Leitschiene ist dabei derart angeordnet, dass das Bewegkontaktstück beim Öffnen des Schaltkontakts in die Nähe der Leitschiene verbracht wird. Beim Öffnen des Schaltkontakts wird der Lichtbogen immer länger, wodurch die Bogenspannung ansteigt. Ab einer bestimmten Bogenspannung springt der Lichtbogen dann von dem Bewegkontaktstück auf die Leitschiene über - man spricht hierbei von der Kommutation des Lichtbogens - und brennt fortan zwischen dem Festkontaktstück bzw. dem Festkontakthorn und der Leitschiene. Durch eine geeignete geometrische Gestaltung des Festkontakthorns sowie der Leitschiene wird der Lichtbogen in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer geführt.
-
Um den Lichtbogen schneller in die Lichtbogen-Löschkammer zu treiben weisen einige Schutzschaltgeräte zusätzlich eine im Kontaktbereich zwischen dem Schaltkontakt, der Leitschiene und der Lichtbogen-Löschkammer angeordnete, sogenannte Blasschleife auf. Dabei handelt es sich um eine Spule, welche elektrisch derart verschaltet ist, dass sie erst mit der Kommutierung des Lichtbogens auf die Leitschiene bestromt wird, um die Verlustenergie des Schutzschaltgerätes im eingeschalteten Betrieb zu begrenzen. Die Blasschleife ist dabei derart angeordnet, dass das resultierende elektromagnetische Feld derart orientiert ist, dass es auf den Lichtbogen eine Lorentzkraft ausübt, welche den Lichtbogen in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer drängt. Entsprechende Schutzschaltgeräte mit Blasschleife sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 28 41 004 oder
DE 33 33 792 A1 vorbekannt.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Niederspannungs-Schutzschaltgerät bereitzustellen, welches sich durch einen geringeren Kontaktabbrand und damit durch eine erhöhte Lebensdauer sowie eine verbesserte Schaltleistung auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Niederspannungs-Schutzschaltgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Schutzschaltgerätes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Das erfindungsgemäße Niederspannungs-Schutzschaltgerät, insbesondere ein Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter, weist einen Schaltkontakt mit einem in einem Gehäuse des Schutzschaltgerätes ortsfest angeordneten Festkontaktstück sowie einem relativ dazu beweglichen Bewegkontaktstück auf, welche derart ausgebildet sind, dass sich beim Öffnen des stromdurchflossenen Schaltkontakts ein Lichtbogen zwischen dem Festkontaktstück und dem Bewegkontaktstück ausbildet. Weiterhin weist das Niederspannungs-Schutzschaltgerät eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Eingangsanschluss des Schutzschaltgerätes und dem Festkontaktstück auf, welche ihrerseits eine Leiterschleife aufweist, die an einer dem Bewegkontaktstück abgewandten Seite des Festkontaktstücks unmittelbar hinter diesem angeordnet ist. Die Leiterschleife ist dabei derart ausgebildet, dass im stromdurchflossenen Zustand ein resultierendes elektromagnetisches Feld gebildet wird, welches mit dem Lichtbogen derart wechselwirkt, dass dieser vom Schaltkontakt weggetrieben wird.
-
Beim Öffnen des Schaltkontakts wird das Bewegkontaktstück in einer ersten Bewegungsrichtung von dem Festkontaktstück wegbewegt. Hierzu ist das Bewegkontaktstück an einem sogenannten Bewegkontaktträger befestigt, welcher über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes bewegbar ist. Unter dem Begriff „Leiterschleife“ wird eine durch einen elektrischen Leiter gebildete, in einer Draufsicht geschlossene Kurve verstanden. Anstelle des Begriffs der „Schleife“ könnten auch Begriffe wie „Schlaufe“ oder „Schlinge“ synonym verwendet werden. Wird die Leiterschleife vom elektrischen Strom durchflossen, so erzeugt sie gleich einer elektrischen Spule ein magnetisches Feld. Indem die Leiterschleife unmittelbar hinter, d.h. eng benachbart, dem Festkontaktstück angeordnet ist, wirkt das von der Leiterschleife erzeugte Magnetfeld derart auf den sich beim Öffnen des Schaltkontakts entstehenden Lichtbogen, dass dieser in einer zweiten Richtung, welche quer zur ersten Bewegungsrichtung orientiert ist, vom Schaltkontakt weggedrängt wird, um den Lichtbogen schneller zum Kommutieren auf die Leitschiene zu veranlassen. Mit anderen Worten: der Lichtbogen wird bereits vor der Kommutation auf die Leitschiene durch die Leiterschleife angetrieben, um ein schnelleres Kommutieren und - im weiteren Verlauf - ein schnelleres Erlöschen des Lichtbogens zu erreichen. Das schnellere Kommutieren hat unter anderem einen geringeren Kontaktabbrand zu Folge, wodurch eine erhöhte Lebensdauer sowie eine verbesserte Schaltleistung realisierbar sind.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Niederspannungs-Schutzschaltgerätes weist die Leiterschleife mehr als eine Windung auf. Unter eine Windung wird hierbei eine geschlossene 360°-Kurve verstanden. Ist die Leiterschleife durch mehr als eine Windung - bspw. 1,5 Windungen - gebildet, so verstärkt sich das durch die bestromte Leiterschleife generierte Magnetfeld, wodurch die Kraftwirkung auf den Lichtbogen ebenfalls erhöht ist. Dies trägt zu einer schnelleren Kommutation des Lichtbogens - und damit zu seinem schnelleren Erlöschen - bei.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Niederspannungs-Schutzschaltgerätes ist die Leiterschleife kreisförmig oder oval ausgebildet. Eine kreisförmige oder ovale Leiterschleife stellt eine einfach zu realisierende Ausführungsform dar, welche mittels gängiger Herstellungsverfahren kostengünstig zu realisieren ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Niederspannungs-Schutzschaltgerätes ist die Leiterschleife aus Bandmaterial gebildet. Durch die Verwendung von Bandmaterial kann der Verschnitt und somit die Materialkosten reduziert werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Niederspannungs-Schutzschaltgerätes ist das Festkontaktstück unmittelbar an der Leiterschleife ausgebildet oder befestigt.
-
Bei dem Festkontaktstück handelt es sich um eine Kontaktauflage aus hierfür geeignetem Kontaktmaterial, zumeist eine Silberlegierung. Da derartige Kontaktauflagen vergleichsweise teuer sind, werden sie in der Regel auf einen Festkontaktträger aus kostengünstigerem Trägermaterial - beispielsweise Stahl oder Kupfer - aufgebracht. Indem nun das Festkontaktstück unmittelbar an der Leiterschleife befestigt ist, kann deren Funktion mit der des Festkontaktträgers zu einem einzigen Bauteil zusammengefasst werden. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass die Leiterschleife damit so nah wie nur möglich an das Festkontaktstück heranrückt, wodurch die Wirkung des Magnetfeldes auf den Lichtbogen verstärkt wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Niederspannungs-Schutzschaltgerät eine Kurzschlussauslöseeinrichtung mit einer elektrisch zwischen den Eingangsanschluss und das Festkontaktstück geschalteten Magnetspule auf, wobei die Leiterschleife durch ein Magnetjoch der Kurzschlussauslöseeinrichtung gebildet ist.
-
Es ist bereits gängige Praxis, den Festkontaktträger als Teil des Magnetjochs auszubilden, um auf diese Weise mit weniger Bauteilen auszukommen und damit zu geringeren Herstellkosten zu gelangen. Durch die weitere Integration der Leierschleife in das Magnetjoch können die Anzahl der Bauteile - und damit die Herstellkosten - weiter reduziert werden. Des Weiteren rückt dadurch die Leiterschleife so weit wie nur möglich an den Schaltkontakt heran, so dass die Wirkung des Magnetfeldes auf den Lichtbogen verstärkt wird.
-
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Niederspannungs-Schutzschaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
- 1 eine schematische Darstellung zum prinzipiellen Aufbau eines Niederspannungs-Schutzschaltgerätes in einer Seitenansicht;
- 2 eine schematische Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Schutzschaltgerätes in einer Seitenansicht.
- 3 und 4 schematische Detaildarstellung alternativer Ausführungsformen der Leiterschleife des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Schutzschaltgerätes, jeweils in Seitenansicht.
-
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 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Niederspannungs-Schutzschaltgerätes 1, genauer: eines Niederspannungs-Leitungsschutzschalters - in einer Seitenansicht (Aufriss) auf eine der Breitseiten schematisch dargestellt, wobei ein vorderer Gehäusedeckel des Schutzschaltgerätes 1 weggelassen wurde, um einen Einblick in das Innere des Schutzschaltgerätes 1 zu erhalten. Das Schutzschaltgerät 1 weist ein Isolierstoffgehäuse 2 auf, welches seinerseits eine Frontseite 3, eine der Frontseite 3 gegenüberüberliegende Befestigungsseite 4, sowie die Frontseite 3 und die Befestigungsseite 4 verbindende Schmalseiten 5 und Breitseiten aufweist. Über die Befestigungsseite 4 ist das Schutzschaltgerät 1 an einer Trag- oder Hutschiene (nicht dargestellt) befestigbar. Im Bereich der Frontseite 3 ist ein Betätigungselement 7 angeordnet, mit dessen Hilfe das Schaltgerät 1 manuell betätigt, d.h. ein- und ausgeschaltet werden kann.
-
Im Bereich der Schmalseiten 5 ist jeweils eine elektrische Anschlussklemme angeordnet, welche den Eingangsanschluss 8-1 sowie die Ausgangsanschluss 8-2 bilden, über die das Schutzschaltgerät 1 mit elektrischen Anschlussleitern (nicht dargestellt) des zu überwachenden Stromkreises verbunden werden kann. Die Ausführung der Anschlusselemente 8-1 und 8-2 als Anschlussklemmen ist hierbei beispielhaft und nicht erfindungswesentlich. Im Inneren des Isolierstoffgehäuses 2 sind die beiden Anschlusselemente 8-1 und 8-2 durch einen Strompfad, welcher mittels eines Schaltkontakts 20 unterbrochen werden kann, elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Schaltkontakt 20 weist ein Festkontaktstück 21 sowie ein relativ dazu bewegbares Bewegkontaktstück 22 auf. Das Bewegkontaktstück 22 ist auf einem im Isolierstoffgehäuse 2 beweglich, d.h. schwenkbar oder drehbeweglich, gelagerten Bewegkontaktträger 24 montiert. Es ist jedoch auch möglich, das Bewegkontaktstück 22 in den Bewegkontaktträger 24 derart zu integrieren, dass ein geeigneter Teilbereich des Bewegkontaktträgers 24 als Bewegkontaktstück 22 fungiert und zusammen mit dem Festkontaktstück 21 den Schaltkontakt 20 bildet.
-
Das Festkontaktstück 21 ist auf einem Festkontaktträger 23 montiert, welcher Bestandteil eines Magnetjochs 12 ist. Das Magnetjoch 12 ist Bestandteil einer Kurzschlussauslöseeinrichtung 10 des Schutzschaltgerätes 1, welche im Falle eines Kurzschlusses ein Öffnen des Schaltkontakts bewirkt. Diese weist ferner eine Magnetspule 11 auf, welche zum einen mit dem Eingangsanschluss 8-1, zum anderen mit dem Magnetjoch 12 elektrisch leitend verbunden ist. An seiner der Magnetspule 11 abgewandten Ende weist das Magnetjoch 12 ein Kontakthorn 13 auf, über welches das Magnetjoch 12 mit einem ersten Ende einer Lichtbogen-Löschkammer 15 des Schutzschaltgerätes 1 elektrisch leitend verbunden ist. Magnetjoch 12 und Kontakthorn 13 sind in der Darstellung der 1 einteilig ausgebildet, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist - es ist ebenso möglich, dass das Magnetjoch 12 und das Kontakthorn 13 aus unterschiedlichen Teilen gefertigt und anschließend elektrisch leitend miteinander verbunden werden (vgl. hierzu 3 und 4).
-
Über den Eingangsanschluss 8-1 und den Ausgangsanschluss 8-2, die beispielsweise als Anschlussklemmen ausgebildet sein können, wird das Schutzschaltgerät 1 in den zu schützenden elektrischen Stromkreis integriert. Sofern der Schaltkontakt 20 geschlossen ist, sind der Eingangsanschluss 8-1 und der Ausgangsanschluss 8-2 über den Strompfad elektrisch leitend miteinander verbunden. Ein erster Abschnitt des Strompfads führt dabei vom Eingangsanschluss 8-1 über die Magnetspule 12 und das Magnetjoch 13 zum Festkontaktstück 21. Ein zweiter Abschnitt des Strompfads verbindet das Bewegkontaktstück 22 mit dem Ausgangsanschluss 8-2 des Schutzschaltgerätes 1.
-
Wird der Schaltkontakt 20 durch Wegbewegen des Bewegkontaktstücks 22 vom Festkontaktstück 21 geöffnet, so bildet sich - sofern zum Zeitpunkt der Öffnung ein elektrischer Strom über den Schaltkontakt 20 fließt - zwischen dem Festkontaktstück 21 und dem Bewegkontaktstück 22 ein Lichtbogen 9 aus. Wird das Bewegkontaktstück 22 durch eine weiterführende Schwenkbewegung des Bewegkontaktträgers 24 weiter von dem Festkontaktstück wegbewegt, so springt der Lichtbogen 9 ab einer bestimmten Länge auf eine sogenannte Lichtbogen-Leitschiene 14 über, welche den Lichtbogen 9 zu einem zweiten Ende der Lichtbogen-Löschkammer 15 leitet. Der Lichtbogen 9 wandert dabei an der Festkontaktseite in Richtung des Kontakthorns 23 und brennt dann zunächst zwischen dem Kontakthorn 23 und der Lichtbogen-Leitschiene 14, bevor er in die Lichtbogen-Löschkammer 15 getrieben wird. Die Lichtbogen-Löschkammer 15 dient der Löschung eines beim Öffnen des stromdurchflossenen Schaltkontakts 20 auftretenden Lichtbogens 9 und weist hierzu mehrere parallel zueinander angeordnete, voneinander beabstandeter Löschbleche auf. Trifft der Lichtbogen auf die Löschbleche, so wird er in mehrere Teillichtbögen aufgeteilt, welche anschließend in Reihe geschaltet zwischen den einzelnen Löschblechen brennen. Die mehreren, elektrisch sequenziell hintereinander geschalteten Teil-Lichtbögen führen insgesamt zu einer höheren Bogenspannung, was in der Folge zu einem schnelleren Erlöschen des Lichtbogens führt.
-
2 zeigt schematisch eine Detaildarstellung des sich öffnenden Schaltkontakts 20 des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Schutzschaltgerätes 1 in einer Seitenansicht. An der dem Bewegkontaktstück 22 abgewandten Seite des Festkontaktstücks 21 ist eine Leiterschleife 30 angeordnet. Die Leiterschleife 30, die circa eineinhalb Windungen aufweist, kann dabei Teil des Magnetjochs 12 sein, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Elektrisch betrachtet ist ein erstes Ende 31 der Leiterschleife 30 mit der Magnetspule 11 leitend verbunden. Ein zweites Ende 32 der Leiterschleife 30 endet kurz vor dem Magnetjoch 12 oder ist in der Verlängerung oberhalb dem ersten Ende der Lichtbogen-Löschkammer 14 angeordnet. Ein Mittelabschnitt der Leiterschleife 30, an dem das Festkontaktstück 21 befestigt ist, dient als Festkontaktträger 23.
-
Anhand der in den 3 und 4 schematisch dargestellten alternativen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Schutzschaltgerätes wird deutlich, wie die Leiterschleife 30 mit dem Magnetjoch 12 konstruktiv verbunden oder kombiniert werden kann. Während in 3 die Leiterschleife 30 und das Magnetjoch 12 einteilig ausgebildet sind, zeigt die in 4 dargestellte alternativen Ausführungsform einen zweiteiligen Aufbau, bei dem die Leiterschleife 30 ein eigenständiges Bauteil darstellt, welches elektrisch leitend mit dem Magnetjoch 12 verbunden ist.
-
Unabhängig von diesen konstruktiven Gestaltungsalternativen wird bei Auftreten eines Kurzschlusses die Magnetspule 11 der Kurzschlussauslösevorrichtung 10 mit dem hohen Kurzschlussstrom bestromt, was dazu führt, dass durch die Kurzschlussauslösevorrichtung 10 eine Öffnung des Schaltkontakts 20 initiiert wird. Durch die Öffnung des bestromten Schaltkontakts 20, d.h. durch Wegbewegen des Bewegkontaktstücks 22 vom Festkontaktstücks 21 in einer Bewegungsrichtung B (in der Darstellung der 2 nach rechts), bildet sich ein Lichtbogen 9 aus, der zunächst zwischen den beiden Kontaktstücken 21, 22 brennt. Indem die Leiterschleife 30 ebenfalls von dem hohen Kurzschlussstrom durchflossen wird, wird ein Magnetfeld M erzeugt, welches derart orientiert ist, dass es auf den zwischen den Kontaktstücken 21, 22 brennenden Lichtbogen 9 eine Kraft F ausübt, welche diesen vom Schaltkontakt 20 weg in Richtung der Lichtbogen-Leitschiene 14 treibt (in der Darstellung der 2 nach unten). Die Bestromung der Leiterschleife 30 - und damit das Entstehen des Magnetfeldes M sowie dessen Kraftwirkung auf den Lichtbogen 9- setzen dabei bereits unmittelbar mit dem Auftreten des Kurzschlusses, und damit bereits vor der Kommutation des Lichtbogens 9 auf die Lichtbogen-Leitschiene 14 ein, während eine Blasschleife (nicht dargestellt), die in einem sogenannten Vorkammerbereich, welcher sich in der Darstellung der 2 rechts der Lichtbogen-Löschkammer 15 befindet, angeordnet ist, erst mit der Kommutation des Lichtbogens 9 auf die Lichtbogen-Leitschiene 14 bestromt wird und somit ihre Wirkung auf den Lichtbogen 9 erst nach dessen Kommutation entfaltet. Die Blasschleife, welche aufgrund der höheren Verlustleistung erst nach der Kommutation bestromt wird, dient somit dazu, den Lichtbogen 9 nach dessen Kommutation auf die Lichtbogen-Leitschiene 14 in Richtung der Lichtbogen-Löschkammer 15 zu treiben. Diese Richtung, die in der Darstellung der 2 nach links gerichtet wäre, entspricht nicht der Richtung der Kraft F, welche durch das von der Leiterschleife 30 erzeugte Magnetfeld M auf den zwischen den Kontaktstücken 21, 22 brennenden Lichtbogen 9.
-
Selbstverständlich ist es möglich, das erfindungsgemäße Niederspannungs-Schutzschaltgerät 1, welches eine Leiterschleife 30 wie in 2 beispielhaft dargestellt, aufweist, um eine entsprechend ausgebildete, zusätzliche Blasschleife zu ergänzen. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Leiterschleife 30 die Form eines abgerundeten Rechtecks auf, welche als oval oder o-förmig bezeichnet werden kann. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
-
Wesentlich im Sinne der Erfindung ist, dass mit Hilfe der unmittelbar hinter dem Festkontaktstück 21 angeordneten Leiterschleife 30 bereits mit dem Auftreten des Kurzschlusses, d.h. noch vor der Kommutation des Lichtbogens 9, ein Magnetfeld M erzeugt wird, welches eine Kraft F auf den Lichtbogen 9 ausübt, die quer zur Bewegungsrichtung B des Bewegkontaktstücks 22 sowie senkrecht zur Stromrichtung, d.h. senkrecht zum Lichtbogen 9, orientiert ist. Auf diese Weise wird der Lichtbogen 9 vom Schaltkontakt 20 weggetrieben, um derart eine schnellere Kommutation des Lichtbogens 9 auf die Lichtbogen-Leitschiene 14 - und damit ein schnelleres Erlöschen des Lichtbogens 9 - zu erreichen. Die Löschleistung des Schutzschaltgerätes wird dadurch deutlich verbessert. Weiterhin kann auch der durch den Lichtbogen 9 verursachte Energieeintrag in das Schutzschaltgerät 1 reduziert werden, wodurch dessen Komponenten weniger belastet werden. Die Lebensdauer sowie die Zuverlässigkeit des Schutzschaltgerätes werden dadurch ebenfalls erhöht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Niederspannungs-Schutzschaltgerät
- 2
- Isolierstoffgehäuse
- 3
- Frontseite
- 4
- Befestigungsseite
- 5
- Schmalseite
- 7
- Betätigungselement
- 8-1
- Eingangsanschluss
- 8-2
- Ausgangsanschluss
- 9
- Lichtbogen
- 10
- Kurzschlussauslöseeinrichtung
- 11
- Magnetspule
- 12
- Magnetjoch
- 13
- Kontakthorn
- 14
- Lichtbogen-Leitschiene
- 15
- Lichtbogen-Löschkammer
- 20
- Schaltkontakt
- 21
- Festkontaktstück
- 22
- Bewegkontaktstück
- 23
- Festkontaktträger
- 24
- Bewegkontaktträger
- 30
- Leiterschleife
- 31
- erstes Ende
- 32
- zweites Ende
- B
- Bewegungsrichtung
- F
- Kraft M Magnetfeld
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015217704 A1 [0003]
- EP 2980822 A1 [0003]
- DE 102015213375 A1 [0003]
- DE 102013211539 A1 [0003]
- EP 2685482 B1 [0003]
- DE 2841004 [0009]
- DE 3333792 A1 [0009]
