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Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter
mit zweipoliger Unterbrechung zum Schutz von Leitungen gegen Fehlerströme, insbesondere gegen
thermische Überlastung
und Kurzschluss.
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Bisher sind zumindest in Mitteleuropa üblicherweise
Leitungsschutzschalter für
Wechselstrom im Einsatz, die den Stromkreis einpolig unterbrechen.
Da derartige Leitungsschutzschalter üblicherweise in sogenannten
genullten Netzen eingesetzt werden, also in Netzsystemen, bei denen
der Neutralleiter auf Seiten des Energieversorgungsunternehmens
geerdet wird, ist eine Unterbrechung des Neutralleiters bei der
Hausinstallation im Fehlerfall nicht erforderlich.
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Im Zuge der Globalisierung wird es
jedoch immer schwieriger, diese Nullungsbedinungen, also die energieversorgerseitige
Erdung des Neutralleiters europaweit zu gewährleisten, sodass bereits heute
in einigen europäischen
Ländern
die zweipolige Abschaltung der zu schützenden Stromkreise aus Sicherheitsgründen gefordert
wird.
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Aus der
DE 39 15 127 C1 ist ein
Leitungsschutzschalter mit einpoliger Unterbrechung bekannt, der
eine Kontakteinrichtung mit einem Festkontakt und einem beweglichen
Kontakt aufweist, der durch eine Kontaktfeder in seine Schließstellung
vorgespannt ist. Zum Ein- und Ausschalten des Schalters ist ein
Handschalter vorgesehen, der über
eine Koppelvorrichtung mit einem Schalthebel verbunden ist, der
von einer Schaltfeder in seine die beiden Kontakte trennende Stellung
vorgespannt ist. Eine Klinke, die um die gleiche Achse schwenkbar
ist wie der Schalthebel, dient dazu, die Koppelvorrichtung wirkungsmäßig in Eingriff
mit dem Schalthebel zu halten, sodass der Schalter manuell geöffnet und
geschlossen werden kann. Ein Überstromauslöser wirkt mit
der Klinke zusammen, um im Fehlerfall die Klinke so zu betätigen, dass
der Schalthebel freigegeben wird, um von der Schaltfeder in seine
die Kontakt unterbrechende Stellung geschwenkt wird. Hierbei muss
der Schalthebel den beweglichen Kontakt gegen die Kraft der Kontaktfeder
in seine Unterbrechungsstellung bewegen.
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Soll ein derartiger Leitungsschutzschalter
so ausgelöst
werden, dass er beide Pole einer Leitung unterbricht, so ist es
nicht einfach möglich,
die Elemente des bekannten Leitungsschutzschalters zu verdoppeln,
da die Funktionselemente des zweipoligen Leitungsschutzschalters
im Bauvolumen eines bisherigen einpoligen Leitungsschutzschalters
untergebracht werden sollen, sodass keine zusätzlichen Änderungen der jeweiligen Schaltschränke oder
-anlagen erforderlich sind. Das Hauptproblem ist dabei der Überstromauslöser, der
am meisten Platz beansprucht und daher nicht verdoppelt werden kann.
Somit besteht die Schwierigkeit darin, dass dieser Überstromauslöser zwar
die Auslösekräfte für die Entklinkung
eines einpoligen Leitungsschutzschalters aufbringt, die doppelten
Kräfte,
wie sie für
einen zweipoligen Schalter erforderlich sind, jedoch nicht beherrscht.
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Überstromauslöser, die
sowohl bei Kurzschluss als auch bei thermischer Überlastung eine Unterbrechung
der Leitung, also ein Öffnen
der Kontakte bewirken, sind beispielsweise aus der
DE 199 42 694 A1 und der
EP 0 917 173 A2 bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Leitungsschutzschalter mit zweipoliger Unterbrechung
so auszubilden, dass die Auslösekräfte für zwei zu
unterbrechende Kontakte von einem einzelnen Auslöser aufgebracht werden können, sodass sämtliche
Funktionselemente des Leitungsschutzschalters im Bauvolumen eines üblichen
einpoligen Leitungsschutzschalters untergebracht werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den Leitungsschutzschalter
nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Erfindungsgemäß umfasst also ein Leitungsschutzschalter
mit zweipoliger Unterbrechung eine erste und eine zweite Kontakteinrichtung,
von denen jede einen Festkontakt und einen beweglichen Kontakt umfasst,
wobei die beiden beweglichen Kontakte um eine gemeinsame Schwenkachse
schwenkbar an einem Tragköper
gelagert sind und jeweils von einer Kontaktfeder in ihre Schließstellung
vorgespannt sind, einen schwenkbar am Tragköper gelagerten Schalthebel,
der durch die Kontaktfedern der beweglichen Kontakte in eine Unterbrecherstelllung
federvorgespannt ist, in der er die beweglichen Kontak te in ihrer
Ausschaltstellung hält,
einen Schalterbetätigungselement,
das über
eine Koppelungsvorrichtung mit dem Schalthebel koppelbar ist, so
dass der Schalthebel mittels des Schalterbetätigungselements aus seiner
Unterbrecherstellung gegen die Kraft der Kontaktfedern in eine Freigabestellung
schwenkbar ist und in dieser festgehalten werden kann, solange das
Schalterbetätigungselement
mit dem Schalthebel gekoppelt ist, wobei die Koppelungsvorrichtung ein
am Schalterbetätigungselement
angelenktes Koppelelement und eine schwenkbar am Schalthebel gelagerte
Klinke umfaßt,
die das Koppelelement je nach Stellung relativ zum Schalthebel in
Eingriff mit diesem hält
oder freigibt, und einen Auslöser,
der im Fehlerfall so auf die Klinke einwirkt, dass sie das Koppelelement
freigibt.
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Erfindungsgemäß wird also auf geschickte Weise
eine einzelne Feder pro Kontaktstelle gleichzeitig als Schaltfeder
eingesetzt, sodass die Forderungen nach ausreichender Kontaktkraft,
Aufreißkraft und
Entklinkungskraft für
ein zweipoliges Schaltgerät erreicht
werden.
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Entsprechend einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Kontaktfedern
jeweils mit einem Ende an dem beweglichen Kontakt und mit ihrem
anderen Ende an dem Schalthebel abgestützt sind.
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Um eine besonders geeignete Anpassung der
einzelnen Bauelemente an das geforderte Bauvolumen zu erreichen,
ist vorgesehen, dass der Schalthebel symmetrisch zu einer zu seiner Schwenkachse
senkrechten Ebene ausgebildet ist, und dass die beweglichen Kontakte
bezüglich
dieser Ebene symmetrisch zueinander im Bereich der axialen Aussenflächen des
Schalthebels angeordnet sind, wobei der Schalthebel im Bereich seiner
Symmetrieebene einen dazu parallelen Einschnitt aufweist, in dem
die Klinke schwenkbar gelagert ist.
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Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der um sein Schwenklager
im wesentlichen kreisausschnittförmige
Schalthebel eine sich im wesentlichen bogenförmig um sein Schwenklager teilweise
herum erstreckende Ausnehmung aufweist, und dass die Schwenkachse
der beweglichen Kontakte in einem solchen Abstand zum Schwenklager
des Schalthebels angeordnet ist, dass sie innerhalb der Außenkontur
des Schalthebels in der bogenförmigen
Ausnehmung liegt, wobei im Außenumfangsbereich
des Schalthebels für
jeden beweglichen Kontakt ein Mitnehmerelement vorgesehenen ist,
um die beweglichen Kontakte im Fehlerfall in ihrer Ausschaltstellung mitzunehmen.
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Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die
Kontaktfedern jeweils mit ihrem einen Ende im Bereich des Außenumfangs
des Schalthebels und mit ihrem anderen Ende so an dem beweglichen Kontakt
abgestützt
sind, dass die Kontaktfedern mit ihren den beweglichen Kontakten
zugewandten Endbereichen jeweils zwischen einem der Mitnehmerelemente
und der Schwenkachse der beweglichen Kontakte liegen.
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Hierdurch wird erreicht, dass im
Falle, dass der bewegliche Kontakt in Anlage an dem Festkontakt
ist, während
der Schalthebel in seiner Freigabestellung fixiert ist, die Kraft
der Kontaktfeder die Schließkraft
bewirkt, während
gleichzeitig die gesamte Kraft auch als Aufreißkraft zur Verfügung steht.
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Um eine Anzeige für einen aufgrund eines Fehlerstroms
geöffneten
Leitungsschutzschalter zu erhalten, ist bei einer anderen vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass am Schalthebel eine
Mitnehmerfeder für
das Schalterbetätigungselement
vorgesehen ist, um das Schalterbetätigungselement nach einer Auslösung im
Fehlerfall in Mittelposition zu bringen, wobei die Mitnehmerfeder einstückig mit
einer Kontaktfeder hergestellt ist.
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Um eine besonders gute Ausnutzung
der Modulbreite von heutzutage 18 mm zu erhalten, ist bei einer
besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass
der Auslöser,
die Kontakteinrichtungen mit zugeordneten Löschkammern, sowie der Schalthebel
mit der zugeordneten Klinke auf dem gemeinsamen, T-förmigen Tragkörper symmetrisch
dazu angeordnet sind.
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Hierdurch lässt sich nicht nur die gesamte Mechanik
und Elektrik des Leitungsschutzschalters in der herkömmlichen
Modulbreite realisieren, sondern es wird auch ermöglicht,
dass das komplette System im offenen Zustand, also ohne Zuhilfenahme von
Gehäuseabdeckungen
möglich
ist.
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Ferner ist durch die Verwendung des
gemeinsamen Tragkörpers
als Basis für
alle Funktionsteile sowohl eine weitgehend Toleranz unabhängige Funktions weise
als auch eine günstige
Voraussetzung für
die vollautomatische Fertigung bei der Massenherstellung gewährleistet.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise
anhand der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte schematische Seitenansicht eines Leitungsschutzschalters
nach der Erfindung, wobei eine seitliche Abdeckung teilweise weggebrochen
ist, um die Funktionselemente im Innern zu zeigen,
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2 eine
Draufsicht von unten auf den erfindungsgemäßen Leitungsschutzschalter
nach 1,
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3a bis 3c eine Seitenansicht des
Schalt- und Auslösemechanismuses
in verschiedenen Funktionsstellungen und
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4a bis 4c teilweise geschnittene
Seitenansichten, entsprechend den 3a bis 3c zur Veranschaulichung
der Schalterfunktion.
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In den verschiedenen Figuren der
Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Wie in 1 und 2 zu erkennen ist, ist ein Tragkörper 10 mit
den darauf befindlichen Funktionsteilen durch eine linke und rechte
schalenförmige
Abdeckung 11, 12 verschlossen. Dabei sind der
Tragkörper 10 und
die beiden Abdeckungen 11, 12 in nicht näher dargestellter
Weise mittels angeformter Nietzapfen miteinander verbunden. Nach
der Installation des erfindungsgemäßen Leitungsschutzschalters
in einem Verteilerkasten oder einem Schaltschrank wird der dann
sichtbare Teil des Gehäuses im
Wesentlichen nur durch die beiden Abdeckungen 11, 12 gebildet.
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Der erfindungsgemäße Leitungsschutzschalter ist
mit zwei eingangsseitigen Anschlussklemmen 13 und zwei
ausgangsseitigen Anschlussklemmen 14 (von denen nur eine
gezeigt ist) ausgestattet, die entweder als Schraub- oder als Steckklemmen
ausgebildet sein können.
Insbesondere bei Steckklemmen ist es vorteilhaft, wenn der Anschluss wie
bei der in 1 dargestellten
ausgangsseitigen Anschlussklemme 14 von vorne, also im
Sichtbereich des Mon tierenden nach der Befestigung des Leitungsschutzschalters
auf einer nicht gezeigten Tragschiene im Verteilerkasten oder Schaltschrank
erfolgen kann. Dazu sind diese als Steckklemmen ausgebildeten Anschlussklemmen 14 zurückgesetzt,
sodass zwischen einer nicht gezeigten Abdeckplatte des Verteilerkastens
und der Anschlussklemme 14 ein ausreichender Raum für den Anschluss
zur Verfügung
steht.
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In einer Aussparung 15 des
Tragkörpers 10 ist
im Wesentlichen symmetrisch zu diesem ein Auslöser 16 angeordnet,
der vorzugsweise für
thermische und magnetische Auslösung
im Fehlerfall ausgebildet ist. Hierzu weist der Auslöser 16 eine
Bimetallscheibe 17 für
thermische Auslösung
und eine Spule 18 für
magnetische Auslösung
auf. Ein Auslösestössel 19 wirkt,
wie besonders deutlich in den 4a bis 4c zu erkennen ist, mit einer
Klinke 20 zusammen, die an einem Schalthebel 21 schwenkbar gelagert
ist.
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Der Schalthebel 21, der
wie besonders gut in den 3a bis 4e zu erkennen ist, eine im Wesentlichen
kreisausschnittförmige
Außenkontur
besitzt, ist auf einem am Tragkörper 10 vorgesehenen Lagerzapfen 22 schwenkbar
gelagert und ist zu einer sich senkrecht zu seiner Schwenkachse
erstreckenden Ebene symmetrisch ausgebildet. Der Schwenkhebel weist
also auf seiner sich in 1 als
Rückseite
darstellenden Seite die gleichen Elemente auf, wie auf seiner in 1 dargestellten Vorderseite.
Darüber
hinaus erkennt man in den 4a bis 4c, die den Schalthebel 21 geschnitten
darstellen, dass er einen im Wesentlichen in der Symmetrieebene
liegenden Einschnitt aufweist, in dem die Klinke 20 schwenkbar gehalten
ist, und in den der Auslösestüssel 19 des Auslösers 16 zum
Betätigen
der Klinke 20 eingreifen kann.
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Auf beiden Seiten des Schalthebels 21 ist
ein beweglicher Kontakt 23 am Tragkörper 10 auf einem Schwenkzapfen 24 schwenkbar
gelagert. Der Schalthebel 21 weist eine bogenförmige Ausnehmung 21' auf, die so
angeordnet ist, dass der der bzw. die Schwenkzapfen 24 in
dieser Ausnehmung 21' liegt bzw.
liegen, sodass eine Schwenkbewegung des Schalthebels nicht behindert
wird.
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Die beweglichen Kontakte 23 sind über Litzen 25 mit
der jeweiligen Anschlussklemme 13 verbunden. In seiner
Schließstellung
liegt der bewegliche Kontakt 23 an einem festen Kontakt 26 an,
von denen der Eine über
die Spule 18 mit seiner Anschlussklemme 14 verbunden
ist. Der andere Festkontakt, der auf der auf der in 1 als Rückseite anzusehenden Seite
des Tragkörpers 10 angeordnet ist,
ist direkt mit der zugeordneten Anschlussklemme 14 verbunden.
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Den Kontakteinrichtungen aus beweglichem Kontakt 23 und
Festkontakt 26 sind jeweils Löschkammern 27 zugeordnet,
von denen widerum nur die Eine auf der linken bzw. rechten Seite
des Tragkörpers 10 angeordnete
dargestellt ist.
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Der Fachmann erkennt, dass die anhand
von 1 beschriebenen
Funktionselemente in spiegelbildlicher Form auf der anderen, der
rechten oder Rückseite
des Tragkörpers 10 in
entsprechender Weise vorgesehen sind. Im Folgenden wird daher nur die
Funktion und der Aufbau der in der Zeichnung dargestellten Elemente
erläutert.
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Eine Kontaktfeder 28, die
gleichzeitig auch als Aufreißfeder
dient, ist mit ihrem einen Ende auf einen am Außenumfang des Schalthebels 21 vorgesehenen
Stift 29 und mit ihrem anderen Ende am beweglichen Kontakt 23 abgestützt. Um
bei einer noch näher
zu beschreibenden Bewegung des Schalthebels 21 aus seiner
in 1 dargestellten Freigabestellung
in eine Unterbrechungsstellung den beweglichen Kontakt 23 vom
Festkontakt 26 abzureißen,
ist als Mitnehmerelement ein bogenförmiger Anschlagsteg 30 vorgesehen.
Das Mitnehmerelement kann jedoch auch jede andere geeignete Form
aufweisen, die eine zuverlässige
Kraftübertragung
vom Schalthebel 21 auf den beweglichen Kontakt 23 ermöglicht.
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Um mittels eines als Schalterbetätigungselement
dienenden Schaltgriffs 31 den Schalthebel aus seiner Unterbrechungsstellung
in seine Freigabestellung und zurückbewegen zu können, ist
ein Kopplungselement 32 schwenkbar am Schaltgriff 31 angelenkt,
das mithilfe der Klinke 20 in Koppeleingriff mit dem Schalthebel 21 gehalten
wird.
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Um den beweglichen Kontakt aus der
in den 3a und 4a dargestellten Unterbrecherstellung
in seine Schließstellung
zu bewegen, wird der Schaltgriff 31 in den 3a und 4a im
Gegenuhrzeigersinn bewegt, sodass er über das Kopplungselement 32, dass
von der Klinke 20 in Koppeleingriff mit dem Schalthebel 21 gehalten
wird, den Schalthebel 21 im Uhrzeigersinn be wegt. Aufgrund
der Kontaktfeder 28 wird der bewegliche Kontakt 23 solange
mitgenommen, bis er am Festkontakt 26 anliegt. Bei der
weiteren Bewegung des Schalthebels 21 in seine verriegelte
Freigabestellung, die in 3b und 4b dargestellt ist, löst sich
der Anschlagsteg 30 vom beweglichen Kontakt 23,
sodass die Kontaktfeder 28, die sich mit ihrem einen Ende
am beweglichen Kontakt 23 abstützt, mit ihrem anderen Ende über den
Schalthebel 21, das Kopplungselement 32 und den
Schaltgriff 31 am Tragkörper
abgestützt
ist, die volle Schließkraft
liefert.
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Im eingeschalteten Zustand erfolgt
somit der Stromfluss von der Klemme 13 über die flexible Litze 23 zur
Kontakteinrichtung aus beweglichem Kontakt 23 und Festkontakt 26 und
weiter über
die Spule 18 des Auslösers 16 zur
Klemme 7. Im Fehlerfall wird entweder die im Auslöser 16 befindliche
Bimetallscheibe 18 oder der Magnetanker ansprechen und den
Auslösestössel 19 in 1 nach unten bzw. in den 3a bis 4e nach
rechts bewegen. Dadurch wird die Klinke 20 im Gegenuhrzeigersinn
um ihren Drehpunkt 20' gedreht,
wodurch das Kopplungselement 32 freigegeben wird. Damit
wird die Verriegelung des Schalthebels 21 in seiner Freigabestellung gelöst, sodass
die Kontaktfeder 28 nunmehr als Aufreißfeder dient, die über den
beweglichen Kontakt 23 seinen Lagerstift 24 und
den Festkontakt 26 solange am Tragkörper 10 abgestützt ist,
um die Aufreißkraft zu
liefern, bis der Anschlagsteg 30 gegen den beweglichen
Kontakt 23 schlägt
und diesen vom Festkontakt 26 abreißt. Somit wird der Schalthebel 21 und damit
der bewegliche Kontakt 23 durch die beim Auslösen als
Abreißfeder
dienende Kontaktfeder 28 in die in 3c und 4c gezeigte
Stellung bewegt, bis der Schalthebel 21 und die Klinke 20 an
Anschlägen 10a und l0b am
Tragkörper 10 (in
den 3a bis 4c nicht gezeigt) anliegt.
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Eine Mitnehmerfeder 33,
die auf dem Stift 29 am Schalthebel 21 gelagert
ist und mit einem Vorsprung 34 am Schaltgriff 31 zusammenwirkt,
dreht den Schaltgriff 31 in eine Zwischenstellung, durch
die angezeigt wird, dass der Leitungsschutzschalter die Leitungen
infolge eines Fehlers unterbrochen hat.
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Im Kurzschlussfall, also bei höheren Erregerströmen, wird
der Auslösestössel 19 des
Auslösers 16 durch
den Magnetanker so stark angetrieben, dass nicht nur die Entklinkung,
wie oben beschrieben, vollzogen wird, sondern dass über einen
Verbindungssteg 35, gegen den die Klinke 21 vom
Auslösestössel
19 gedrückt wird,
die Stösselkraft
auf den Schalthebel 21 und damit auf die beweglichen Kontakt 23 übertragen
wird. Dadurch erfolgt im Kurzschlussfall eine zusätzliche
Beschleunigung der beweglichen Kontakte 23.
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Zur Wiedereinschaltung muss der Schaltgriff 31 zunächst im
Uhrzeigersinn gedreht werden, um das Kopplungselement 32 zwischen
die Klinke 20 und den Schalthebel 21 zu ziehen,
bis es mit der Klinke 20 verrastet, wie in 3a und 4a dargestellt.
Anschließend
erfolgt dann die erneute Einschaltung wie oben bereits erläutert wurde.
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Durch die Verwendung handelsüblicher
Bauteile, wie zum Beispiel der Auslöser und der Löschkammer,
ergibt sich durch deren Anordnung auf dem gemeinsamen Tragkörper 10 in
Verbindung mit dem Schalthebel mit Klinke und den Klemmen eine transportfähige Einheit
für die
Serienfertigung. Nachdem für
die unterschiedlichen Nennstromstärken des Leitungsschutzschalters
nur unterschiedliche Magnetspulen erforderlich sind, die restlichen
Bauteil aber gleichbleiben, ergeben sich erhebliche Vorteile für Lagerhaltung
und Produktion.
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Die Kombination des Auslösers 16 in
Verbindung mit dem, mit einer Klinke ausgerüsteten Schalthebel und übrigen Funktionsteilen
stellt eine weitgehend Toleranz unabhängiger Anordnung dar, die für Arbeitsweise
keinerlei Justiervorgänge
erforderlich macht.
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Aufgrund der gleichen Abmessungen
des zweipoligen Leitungsschutzschalters gegenüber den einpoligen Geräten ist
es leicht möglich,
in bestehenden Schalt- oder Verteilerkästen bei Systemänderungen
einpolige Automaten durch den erfindungsgemäßen zweipoligen Leitungsschutzschalter
zu ersetzen, ohne das andere Änderungen
an den Schalt- oder Verteilerkästen
erforderlich wären.