DE102004004840B4

DE102004004840B4 - Schutzschaltvorrichtung mit Differenzstromauslöser

Info

Publication number: DE102004004840B4
Application number: DE200410004840
Authority: DE
Inventors: Gerald NÖRL; Bernhard Schmid
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: EP1709661B1; CN1906723A; WO2005073997A1; EP1709661A1; DE102004004840A1; DE502004011191D1; CN100511551C

Abstract

Schutzschaltvorrichtung mit
– einem Auslösehebel (5) zum Betätigen eines Schaltmechanismus,
– einer thermischen Auslöseeinrichtung (2) zur Überstromauslösung, die mit Hilfe eines Mitnehmerelements (4) an den Auslösehebel (5) angreift, und
– einer Differenzstromauslöseeinrichtung (8), mit der der Auslösehebel (5) ebenfalls betätigbar ist, wobei die Differenzstromauslöseeinrichtung (8) an das Mitnehmerelement (4) zum Betätigen des Auslösehebels (5) gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Differenzstromauslöseeinrichtung (8) einen magnetisch betriebenen Stößel (10) aufweist, der mit einem Koppelelement (9) an das Mitnehmerelement (4) gekoppelt ist, wobei das Koppelelement (9) eine Nut (91) aufweist, in der das Mitnehmerelement (4) bei thermischer Auslösung geführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzschaltvorrichtung mit einem Auslösehebel zum Betätigen eines Schaltmechanismus, einer thermischen Auslöseeinrichtung zur Überstromauslösung, die mit Hilfe eines Mitnehmerelements an den Auslösehebel angreift, und einer Differenzstromauslöseeinrichtung, mit der der Auslösehebel ebenfalls betätigbar ist.
LS/DI-Schutzschaltgeräte sind Kombinationsgeräte, bei denen eine Differenzstromauslösung in den Leitungsschutzschalter integriert ist. Derartige Kombinationsgeräte können in einer einzigen Teilungseinheit mit einer Einheitsbreite von beispielsweise 18 mm untergebracht sein.

Die Auslöseeinrichtung eines LS/DI-Schutzschaltgeräts muss drei unterschiedliche Auslösevorgänge gewährleisten:

1. Magnetische Auslösung für hohe Stoß- und Kurzschlussströme,
2. thermische Auslösung beispielsweise über Bimetall bei Überströmen, und
3. Differenzstromauslösung.

Die L5/DI-Schutzschaltgeräte verfügen daher über drei verschiedene Auslöseeinrichtungen. Jede dieser Auslöseeinrichtungen wirkt auf einen Auslösehebel ein, mit dem ein Schaltmechanismus betätigt wird. Bekannte LS/DI-Schutzschaltgeräte beispielsweise von der Firma Merlin Gerin oder Hager sind so realisiert, dass in den Leitungsschutzschalter mit üblichem Aufbau zusätzlich ein magnetischer Differenzstromauslöser integriert ist, der mit einem langen, im Gehäuse geführten Stößel an den Auslösehebel angreift. Die Firma F & G sieht demgegenüber eine andere Lösung vor, wonach der magnetische Auslöser für hohe Stoß- und Kurzschlussströme koaxial mit einem magnetischen Differenzstromauslöser kombiniert ist. Beide Varianten sind jedoch in der Realisierung verhältnismäßig aufwändig.

Die DE 689 16 815 T2 offenbart einen automatischen Schalter wie etwa einen Differential- oder Schutzschalter mit einer thermischen Auslöseeinrichtung (Bimetallschalter) zur Überstromauslösung und eine Differenzstromauslöseeinrichtung (differenziales Unterbrechungsrelais). Eine Klinke weist drei Zonen oder Erhebungen auf, die derartig ausgebildet sind, dass sie zur Auslösung durch das differenziale Unterbrechungsrelais ebenso wie durch den Bimetallschalter oder auch durch ein elektromagnetisches Schalterelement umgekippt werden können. Die Klinke wirkt mit einem Auslösehebel zusammen, der einen Schaltmechanismus betätigt.

Die DE 38 82 601 T2 betrifft eine magnetothermische Auslöseeinheit für einen Lastschalter oder Differentiallastschalter mit einem mit einem Bimetall versehenen thermischen Teil, das einseitig befestigt angeordnet ist, und dessen freies Ende dazu bestimmt ist, mit einem Mechanismus zum Öffnen eines Kontaktes zusammenzuwirken, und mit einem magnetischen Teil, das eine Induktionsspule in Reihe zum Bimetall aufweist und mit einer Halterung oder Armierung in Verbindung steht, dessen zwei gegenüberliegende Flächen jeweils mit einer auf einer gemeinsamen Achse liegenden Öffnung versehen sind. Die Halterung oder Armierung ist durch Stanzen aus einem Stück und Biegen eines flachen Metallstücks gebildet. Ein erster Längsarm der Halterung oder Armierung trägt das Bimetall an seinem freien Ende derart, dass letzteres sich darüber hinaus in die gleiche Richtung wie der erste Längsarm erstrecken kann. Der erste Längsarm erstreckt sich parallel zu einem zweiten auch vom Gehäuse ausgehenden Längsarm, der ebenfalls Bestandteil der Halterung oder Armierung ist.

Die EP 0 962 952 A1 offenbart einen Schutzschalter, der einen thermischen Auslöser umfasst, der auf einen Auslösemechanis mus einwirkt sowie einen differentiellen Auslöser umfasst, der über Betätigungsmittel in der Form eines Relaisschalters und einen elektronischen Schaltkreis mechanisch auf den selben Auslöser einwirken kann.

Im Stand der Technik gibt es also eine Schutzschaltvorrichtung mit einem Auslösehebel zum Betätigen eines Schaltmechanismus, einer thermischen Auslöseeinrichtung, die mit Hilfe eines Mitnehmerelements an den Auslösehebel angreift zur Überstromauslösung, und einer Differenzstromauslöseeinrichtung, mit der der Auslösehebel ebenfalls betätigbar ist, wobei die Differenzstromauslöseeinrichtung an das Mitnehmerelement zum Betätigen des Auslösehebels gekoppelt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine solche Schutzschaltvorrichtung derart weiterzubilden, dass möglichst wenige Bauelemente verwendet werden.

Die Erfindung wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die Differenzstromauslöseeinrichtung einen magnetisch betriebenen Stößel besitzt, der mit einem Koppelelement an das Mitnehmerelement gekoppelt ist. Das Koppelelement besitzt eine Nut, in der das Mitnehmerelement bei thermischer Auslösung geführt ist.

Mit dem Koppelelement ist es möglich, ein einziges Mitnehmerelement für zwei Auslöser zu verwenden. Durch die Nut kann auf zusätzliche Führungseinrichtungen verzichtet werden.

In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Schutzschaltvorrichtung eine einfache Anordnung zweier magnetischer Auslöser mit einem Zusatzteil in einem einzigen Gehäuse mit beispielsweise der Teilungseinheit 18 mm. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Schutzschaltvorrichtung für verlängerte Gehäuseausführungen, wie sie beispielsweise auf dem englischen Markt aus Platzersparnisgründen in Haushaltsverteilungen eingesetzt werden, realisiert werden. Hierbei kann die ursprüngliche Anordnung der Bauteile im Leitungs schutzschalter-Teil beibehalten werden und auch die Auslöseprinzipien für die magnetische Auslösung und die thermische Auslösung können gleich bleiben.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Schutzschaltvorrichtung auch eine Magnetauslöseeinrichtung zur Auslösung bei Kurzschlussströmen, die über einen Stößel an den Auslösehebel angreift. Damit sind sämtliche Auslösemechanismen, wie oben bereits angedeutet, in der Schutzschaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert.

Die thermische Auslöseeinrichtung kann einen Bimetallstreifen als auslösendes Element umfassen. Somit lässt sich auf einfache Weise ein Auslösemechanismus für Überstrom realisieren.

Das bei der Erfindung eingesetzte Koppelelement kann aus Isoliermaterial bestehen oder zumindest einen isolierenden Abschnitt aufweisen, so dass der Stößel der Differenzstromauslöseeinrichtung von dem Mitnehmerelement elektrisch isoliert ist. Damit kann das Koppelelement neben der Koppelfunktion und der Führungsfunktion auch eine Isolierfunktion übernehmen. Diese multifunktionelle Eigenschaft des Koppelelements hilft Teile einzusparen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Mitnehmerele- ment kammartig geformt sein. Damit lässt sich eine mechani- sche Kopplung mehrerer Komponenten erzielen. Günstig ist es insbesondere, wenn das kammartige Mitnehmerelement drei Zähne aufweist, wovon ein erster Zahn als Anschlagstelle für die thermische Auslöseeinrichtung, ein zweiter Zahn als Anschlagstelle für die Differenzstromauslöseeinrichtung und ein dritter Zahn zum Eingriff in den Auslösehebel dient. Damit muss ein üblicherweise eingesetzter Standardbügel als Mitnehmerelement lediglich um einen Zahn in einem geeigneten Abstand ergänzt werden. Alternativ kann das Mitnehmerelement auch als Stange mit Löchern bzw. Langlöchern ausgestaltet sein. Ferner sind Mitnehmerelemente mit Zähnen und Löchern denkbar.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schutzschaltvorrichtung mit Darstellung der Auslöseanordnung;
2 eine perspektivische Darstellung eines Differenzstromauslösers;
3 eine perspektivische Ansicht eines Stößels des Differenzstromauslösers von 2;
4 eine perspektivische Ansicht des Koppelelements von 2;
5 eine perspektivische Ansicht des Koppelelements von 2 aus einer anderen Blickrichtung; und
6 eine perspektivische Darstellung des Mitnehmerelements bzw. Bügels von 2.
Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Gemäß der Ausführungsform von 1 ist eine vorhandene Leitungsschutzschaltermechanik mit einem zusätzlichen Auslöser für eine Differenzstromauslösung ergänzt. Sämtliche Auslösefunktionen werden hierbei durch das mechanische Einwirken auf einen Auslösehebel realisiert, der mit dem entsprechenden Schaltmechanismus verbunden ist.
Die Anordnung der einzelnen Bauteile eines LS/DI-Schutzschaltgeräts 11 ist 1 zu entnehmen. Die Platzierung und die Gestaltung des magnetischen Auslösers 1 und des Bimetallstreifens 2 für die thermische Auslösung sowie der Auslösehebel 5, auf den die beiden Auslöseeinrichtungen 1 und 2 einwirken, sind vorgegeben. Der magnetische Auslöser greift über seinen Stößel 3 und der Bimetallstreifen 2 über ein als Bügel ausgestaltetes Mitnehmerelement 4 auf den Auslösehebel 5 der Schaltmechanik ein. Durch die von der Auslöseeinrichtung 1 oder 2 hervorgerufene Arbeitsbewegung 7 des Auslösehebels 5 wird eine Klinke 6 freigegeben, so dass die Kontakte des Leitungsschutzschalters getrennt werden können.
Für die Differenzstromauslösung ist nun ein weiterer magnetischer Auslöser, der Differenzstromauslöser 8, in den Schutzschalter 11 integriert. Dieser Differenzstromauslöser 8 bzw. sein Stößel 10 wird mit Hilfe eines Koppelelements 9 über den Bügel 4 mit dem Auslösehebel 5 verbunden.
In 2 sind die für die Differenzstromauslösung notwendigen Elemente im zusammengebauten Zustand perspektivisch dargestellt. Diese Elemente sind der Differenzstromauslöser 8 einschließlich Stößel 10, das Koppelelement 9, der Bügel 4 und der Auslösehebel 5.
Das Koppelelement 9 besteht aus einem auf den Stößel 10, der in 3 einzeln dargestellt ist, schnappbaren oder steckbaren Kunststoffteil. Das Koppelelement 9 erfüllt die drei folgenden Funktionen:

1. Führung des Auslösebügels 4 bei Bimetallauslösung (thermische Auslösung),
2. Mitnahme des Auslösebügels 4 bei magnetischer Auslösung durch den Differenzstromauslöser 8 und
3. Isolation des metallenen Stößels 10 gegenüber stromführenden Teilen (z. B. Bimetallstreifen 2) zur Einhaltung der erforderlichen Kriech- und Luftstrecken.

Um diese Funktionen erfüllen zu können, wird das Koppelelement 9 mit einer Führungsnut 91 ausgestattet, wie sie den unterschiedlichen Ansichten des Koppelelements 9 in den 4 und 5 zu entnehmen ist. In diese Nut 91 ist entsprechend 2 der kammförmige Auslösebügel 4, der in 6 einzeln dargestellt ist, eingehängt. Dieser Auslösebügel 4 besitzt eine erste Anschlagstelle 41 für die Bimetallauslösung und eine zweite Anschlagstelle 42 für die Differenzstromauslösung. Die zahnförmigen Anschlagstellen 41, 42 werden durch einen weiteren Zahn 43 ergänzt, mit dem der Auslösebügel 4 in eine Aussparung 51 des Auslösehebels 5 eingreift. Der Abstand zwischen den Anschlagstellen 41 und 42 des Auslösebügels 4 muss den Weg für die Bimetallauslösung ermöglichen.
Zur Befestigung des Koppelelements besitzt der Anker bzw. Stößel 10 des Differenzstromauslösers 8 eine umlaufende Nut 11. Diese Nut 11 kann eine dem Stößel 10 zugewandte Wandung 93 des Koppelelements 9 aufnehmen und dadurch im Auslösefall das Koppelelement 9 mitnehmen. Die gegenüberliegende Wand 92 des Koppelelements 9 dient der Isolation des metallischen Ankers bzw. Stößels 10 gegenüber angrenzenden stromführenden Teilen.
Die Öffnung in der Wandung 93 des Koppelelements 9 für die Ringnut 11 kann so ausgebildet werden, dass ein einfaches Einlegen des Koppelelements 9 ermöglicht wird, wobei das Koppelelement 9 dann durch einen Gehäusesteg von oben herab gesichert wird. Eine weitere Möglichkeit, das Koppelelement 9 an dem Stößel 10 zu sichern besteht darin, die beiden Komponenten miteinander zu verschnappen. Hierzu wird der untere Bereich der Öffnung in der Wandung 93 kleiner als der Innendurchmesser der Ringnut 11 ausgelegt.
In vorteilhafter Weise wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des Differenzstromauslösers 8 sowie der Gestaltung des Auslösebügels 4 und des Koppelelements 9 ermöglicht, die vor handene Auslösestelle und Auslösebewegung im Leitungsschutzschalterteil beizubehalten. Durch diese Beibehaltung der Bauteile und der Auslösebewegung kann eine kostengünstige Lösung realisiert werden. Ferner werden hierdurch zusätzliche Bauteilevarianten vermieden. Darüber hinaus wird der Differenzstromauslöser mit nur einem einzigen zusätzlichen Teil, dem Koppelelement 9, angekoppelt und das Auslöseprinzip des Differenzstromauslösers kann in üblicher Weise magnetisch sein. Des Weiteren ergibt sich durch die Gestaltung der einzelnen Komponenten als Einlegeteile eine einfache Montage. Schließlich besitzt die dargestellte Ausführungsform den Vorteil, dass beim Auslösevorgang nur geringe Massen bewegt werden müssen.

Claims

Schutzschaltvorrichtung mit – einem Auslösehebel (5) zum Betätigen eines Schaltmechanismus, – einer thermischen Auslöseeinrichtung (2) zur Überstromauslösung, die mit Hilfe eines Mitnehmerelements (4) an den Auslösehebel (5) angreift, und – einer Differenzstromauslöseeinrichtung (8), mit der der Auslösehebel (5) ebenfalls betätigbar ist, wobei die Differenzstromauslöseeinrichtung (8) an das Mitnehmerelement (4) zum Betätigen des Auslösehebels (5) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzstromauslöseeinrichtung (8) einen magnetisch betriebenen Stößel (10) aufweist, der mit einem Koppelelement (9) an das Mitnehmerelement (4) gekoppelt ist, wobei das Koppelelement (9) eine Nut (91) aufweist, in der das Mitnehmerelement (4) bei thermischer Auslösung geführt ist.
Schutzschaltvorrichtung nach Anspruch 1, die eine Magnetauslöseeinrichtung (1) zur Auslösung bei Kurzschlussströmen aufweist, welche über einen Stößel (3) an den Auslösehebel (5) angreift.
Schutzschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die thermische Auslöseeinrichtung (2) einen Bimetallstreifen als auslösendes Element umfasst.
Schutzschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (9) aus Isoliermaterial besteht oder zumindest einen isolierenden Abschnitt aufweist, so dass der Stößel (10) der Differenzstromauslöseeinrichtung (8) von dem Mitnehmerelement (4) elektrisch isoliert ist.
Schutzschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mitnehmerelement (4) kammartig ausgebildet ist.
Schutzschaltvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Mitnehmerelement (4) drei Zähne (41, 42, 43) aufweist, wovon ein erster Zahn (41) als Anschlagstelle für die thermische Auslöseeinrichtung (2), ein zweiter Zahn (42) als Anschlagstelle für die Differenzstromauslöseeinrichtung (8) und ein dritter Zahn (43) zum Eingriff in den Auslösehebel (5) dient.