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Die
Erfindung betrifft ein Installationsschaltgerät mit einem
eine Befestigungsseite, eine vordere und hintere Frontseiten und
die Befestigungs- und die Frontseite verbindende Breit- und vordere
und hintere Schmalseiten umfassenden Gehäuse, mit einem
zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsklemme verlaufenden Hauptstrompfad,
der eine mit einer Lichtbogenlöschkammer versehene Hauptkontaktstelle,
ein Schlagankersystem, das die Hauptkontaktstelle in Offenstellung
bringen kann, und ein Haupt-Thermobimetall enthält, das
auf ein Schaltschloss mit Verklinkungsstelle öffnend einwirken kann,
mit einem Nebenstrompfad, in dem ein Strombegrenzungswiderstand
und ein ebenfalls auf das Schaltschloss wirkendes Selektiv-Thermobimetall sowie
eine vom Schaltschloss öffenbare Trennkontaktstelle angeordnet
sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße
Installationsschaltgeräte sind beispielsweise als selektive
Hauptleitungsschutzschalter oder SH-Schalter bekannt. Solche Geräte
werden beispielsweise in einem Stromzählersystem vor dem
Zähler im Zählerkasten einer elektrischen Hausinstallationsanlage
eingesetzt, und damit auch vor dem Installationsverteiler einer
Hausinstallationsanlage. Ihr Zweck ist das selektive Schalten bei
Auftreten eines Kurzschlusses.
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Selektives
Schalten bedeutet dabei zeitverzögertes Abschalten. Ein
SH-Schalter ist dazu mit einer Zeitverzögerung versehen,
wodurch er bei einem Kurzschlussstrom in einem der nachgeordneten Stromkreise
nicht sofort ausschaltet, sondern erst nach einer gewissen Verzögerungszeit
ausschalten würde. Innerhalb dieser Verzögerungszeit
hat der Schutzschalter desjenigen nachgeordneten Stromkreises, in
dem der Kurzschluss aufgetreten ist, die Chance, den Kurzschluß selbsttätig
abzuschalten und den Stromkreis zu unterbrechen. In diesem Fall schaltet
der SH-Schalter nicht, und die Versorgung der übrigen,
nicht gestörten Stromkreise bleibt unbeeinflusst. Nur wenn
der Kurzschlussstrom nach Ende der Verzögerungszeit immer
noch anliegt, unterbricht der SH-Schalter die Stromzufuhr zum Zähler
und damit zu allen nachgeordneten Stromkreisen.
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Man
unterscheidet spannungsunabhängige und spannungsabhängige
SH-Schalter.
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Bei
einem spannungsunabhängigen SH-Schalter wird die Selektivität
dadurch erreicht, dass der Strom bei Auftreten eines Kurzschlusses zunächst
durch die Öffnung einer sogenannten Hauptkontaktstelle
vom Hauptstrompfad auf einen parallelen Nebenstrompfad umgeleitet
und dabei durch einen sogenannten Selektivwiderstand, welcher ein
Strombegrenzungswiderstand ist, begrenzt wird. Zwischen den Ein-
und Ausgangsklemmen fließt jetzt ein begrenzter Kurzschlussstrom.
In dem Nebenstrompfad befindet sich ein zeitverzögertes Unterbrechungselement,
meistens ein Thermobimetall, oft auch Selektiv-Bimetall genannt.
Nach Ablauf der Verzögerungszeit biegt dieses sich so weit
aus, dass eine Kopplung mit einem Auslöseelement eines Schaltschlosses
bewirkt wird, wodurch in dem Schaltschloss eine Verklinkung gelöst
und dadurch eine sog. Nebenkontaktstelle zusammen mit der Hauptkontaktstelle
dauerhaft geöffnet wird, wodurch dann der Strompfad zwischen
den Ein- und Ausgangsklemmen vollständig unterbrochen ist.
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Daneben
befindet sich im Hauptstrompfad noch das Haupt-Bimetall. Dieses
ist ein Auslöser mit langer Verzögerung, der in
bekannter Weise bei Auftreten eines über längere
Zeit anliegenden Überlaststromes im Hauptstrompfad sich
so weit ausbiegt, dass ebenfalls eine Kopplung mit dem Auslöseelement
des Schaltschlosses bewirkt wird, wodurch in dem Schaltschloss die
Verklinkung gelöst und dadurch ebenfalls die Nebenkontaktstelle
zusammen mit der Hauptkontaktstelle dauerhaft geöffnet
wird, wodurch dann der Strompfad zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen
vollständig unterbrochen ist.
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Wenn
der Strombegrenzungswiderstand nach der Kommutierung des Kurzschlussstromes von
diesem durchflossen wird, entsteht in ihm eine erhebliche Wärme,
die zur Vermeidung einer Bauelementestörung wirksam von
dem Strombegrenzungswiderstand abgeführt werden muss. Bei
bisher bekannten gattungsgemäßen Installationsschaltgeräten
erfolgt die Wärmeabfuhr von dem Strombegrenzungswiderstand
durch Strahlung und Konvention in das Gehäuseinneren hinein.
Wenn gattungsgemäße Installationsschaltgeräte
bei ansonsten wenigstens gleicher Funktionalität kleiner
und kompakter aufgebaut werden sollen, so könnte die im
Stand der Technik bisher bekannte und einzig verwendete Art der Wärmeabfuhr
von dem Strombegrenzungswiderstand nicht mehr ausreichen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes
Installationsschaltgerät zu schaffen, das auch bei kleinen
und kompakten Außenabmessungen eine wirksame Wärmeabfuhr
von dem Strombegrenzungswiderstand gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes
Installationsschaltgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß also
ist der Strombegrenzungswiderstand an einer ersten Kontaktierungsseite flächig
mit einer ersten Stromschiene verbunden. Insbesondere wenn die erste
Stromschiene als massives Bauteil, welches eine gute Wärme – und
Stromleitfähigkeit aufweist, ausgebildet ist, ist durch
die flächige Verbindung zwischen dem Strombegrenzungswiderstand
und dieser Stromschiene eine sehr gute Wärmeabfuhr durch
Wärmeleitung von dem Strombegrenzungswiderstand über
die erste Stromschiene ermöglicht. Beispielsweise könnte
die erste Stromschiene in Vorteilhafterweise in Form eines massiven Kupferleiters
ausgebildet sein.
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Die
Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung kann vorteilhafterweise
gerichtet erfolgen, so dass gezielt wärmeempfindliche Bereiche
in dem Geräteinneren nicht durch die Abwärme des
Strombegrenzungswiderstandes über Gebühr zusätzlich
belastet werden. Darüber hinaus ist die Wärmeabfuhr
durch Wärmeleitung effektiver als eine Wärmeabfuhr,
die nur auf Konvektion und Strahlung beruht, wie im Stande Technik
bekannt.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Strombegrenzungswiderstand
in einem eine erste Teilungswand umfassenden ersten Gehäuseteilbereich
zwischen einer Anschlussklemme und der Lichtbogenlöschkammer
angeordnet. Diese erfindungsgemäße Anordnung bietet
mehrere Vorteile. Der Strombegrenzungswiderstand ist durch den Einbau
in dem ersten Gehäuseteilbereich, welcher durch eine erste
Teilungswand von der Lichtbogenlöschkammer getrennt ist,
vor Einwirkungen des Lichtbogens geschützt, so dass eine
zusätzliche Erwärmung des Strombegrenzungswiderstandes
aufgrund eines Lichtbogens, der bei einer Kurzschluss Schalthandlung
entsteht, verhindert ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass
eine räumliche Potenzialtrennung gegenüber dem
restlichen Geräteinneren auf diese Art erreicht werden
kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung des Strombegrenzungswiderstandes
zwischen einer Anschlussklemme und der Lichtbogenlöschkammer kann
der Strombegrenzungswiderstand in einer weiteren besonders vorteilhaften
Ausführungsform in der Nähe einer Schmalseite
des Gehäuses, also in der Nähe des Randes des
Gehäuses, angeordnet sein. Dadurch kann besonders vorteilhaft
die Wärme des Strombegrenzungswiderstandes durch Strahlung
nach außen abgegeben werden.
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In
einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform ist die
erste Stromschiene an ihrem freien Ende mit dem Selektiv-Thermobimetall
verbunden. Dies hat die vorteilhafte Wirkung, dass die durch Wärmeleitung
von dem Strombegrenzungswiderstand über die erste Stromschiene
abgeleitete Wärme direkt dem Selektiv-Thermobimetall zugeführt wird.
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Für
die weitere Kontaktierung des Strombegrenzungswiderstandes sieht
eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes
vor, dass der Strombegrenzungswiderstand an einer zweiten Kontaktierungsseite
durch eine Kontaktdruckfeder von einer zweiten Stromschiene her
druckbeaufschlagt ist. diese Druckbeaufschlagung kann in einer vorteilhaften
Ausführungsform durch die Kraft einer Kontaktdruckfeder
bewirkt werden. Die Kraft der Kontaktdruckfeder kann dann in einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform über eine
Kontaktplatte auf eine zweite Kontaktierungsseite des Strombegrenzungswiderstandes
geleitet werden.
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Die
Wärmeabfuhr über die Kontaktdruckfeder an der
zweiten Kontaktierungsseite ist dabei weniger effektiv als die Wärmeabfuhr über
den flächigen Kontakt an der ersten Kontaktierungsseite.
Auf diese Art kann eine Vorzugsrichtung der wärmeleitungsbedingten
Wärmeabfuhr aus dem Strombegrenzungswiderstand heraus erreicht
werden. Es kann günstig sein, dass die Wärme bevorzugt über
die erste Stromschiene abgeleitet wird, damit sie direkt dem Selektiv-Thermobimetall
zugeführt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Installationsschaltgerätes ist die zweite Stromschiene
mit der Ausgangsklemme und dem Haupt-Thermobimetall verbunden.
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Insbesondere
vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei
der der Strombegrenzungswiderstand als keramischer Widerstandsblock ausgeführt
ist. Bei einem solchen keramischen Widerstandsblock können
die Kontaktflächen günstiger Weise so präpariert
werden, dass ein sehr guter Wärmeübergang über
den flächigen Kontakt mit der ersten Stromschiene ermöglicht
wird. Keramische Widerstandsblöcke erlauben es auch, des
Strombegrenzungswiderstand sehr klein und kompakt aufzubauen der
Insgesamt ist der Strombegrenzungswiderstand gemäß der
vorliegenden Erfindung zwischen zwei Stromschienen kraftschlüssig
gehalten. Durch den Kraftschluss erfolgt sowohl die mechanische
Fixierung als auch die elektrische Kontaktierung mit den Stromschienen.
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Wie
bereits erwähnt, erfolgt zusätzlich zu der Wärmeabfuhr
durch gerichtete Wärmeleitung die Wärmeabfuhr
aus dem Strombegrenzungswiderstand heraus auch durch Konvektion
im Inneren des Gerätes und durch Strahlung. Ein erfindungsgemäßes
Installationsschaltgerät ermöglicht also eine
effektive Wärmeabfuhr aus dem Strombegrenzungswiderstand
durch eine gezielte Kombination von Wärmeleitung, Wärmestrahlung
und Konvektion, die sich aufgrund der erfindungsgemäßen
Einbauweise des Strombegrenzungswiderstandes in ihrer Wirkung kumulativ
ergänzen.
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Anhand
der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt ist, wird die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert
und beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Halterung des Strombegrenzungswiderstandes
zwischen zwei Stromschienen, und
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2 schematisch
eine Gesamt-Einsicht in ein erfindungsgemäßes
Installationsschaltgerät.
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In
den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauelemente oder Baugruppen
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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Es
werde zunächst die 2 betrachtet.
Diese zeigt in schematischer Darstellung eine Einsicht in ein erfindungsgemäßes
Installationsschaltgerät 10, bei dem eine Gehäusehalbschale
entfernt worden ist. Das Installationsschaltgerät 10 umfasst
ein Isolierstoffgehäuse 18, welches eine vordere
Frontseite 14, hintere Frontseiten 15, eine Befestigungsseite 12, sowie
vordere und hintere Schmalseiten 16,17 aufweist.
Zwischen einer Eingangsklemme 21 und einer Ausgangsklemme 20 wird
durch das Gerät ein Hauptstrompfad geführt. Dieser
verläuft, ausgehend von der Klemme 20, über
eine hier als zweite Stromschiene bezeichnete Stromschiene 6,
ein am freien Ende der Stromschiene 6 angebrachtes Hauptthermobimetall 7,
weiter vom freien Ende des Hauptthermobimetalls 7 über
eine Litze 40 zu dem das bewegliche Kontaktstück 44 der
Hauptkontaktstelle 22 tragenden Kontakthebel, vom festen
Kontaktstück 46 der Hauptkontaktstelle 22 über
eine Stromschiene 47 zu dem Schlagankersystem 23 und
weiter zur Klemme 21.
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Wenn
aufgrund eines Kurzschlussstromes das Schlagankersystem 23 die
Hauptkontaktstelle 22 aufschlägt und damit den
Hauptstrompfad unterbricht, kommutiert der Stromfluss auf einen
Nebenstrompfad, der, ausgehend von der Klemme 20 und der
Klemmfeder 8, über eine Kontaktdruckfeder 5, den
Strombegrenzungswiderstand 1 und eine als erste Stromschiene 2 bezeichnete
Stromschiene zu einem Selektiv-Thermobimetall 3 verläuft,
vom freien Ende des Selektiv-Thermobimetalls 3 über
eine Litze 48 zu dem festen Kontaktstück der Trennkontaktstelle 25,
weiter von dem beweglichen Kontaktstück der Trennkontaktstelle 25 über
eine Litze 49 zu dem festen Kontaktstück 46 der
Hauptkontaktstelle 22. Dort trifft der Nebenstrompfad auf
den Hauptstrompfad.
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Das
freie Ende des Selektiv-Thermobimetalls
3 ist mit einem
Schieber
50 gekoppelt, der, wenn das Selektiv-Thermobimetall
3 sich
weit genug in seine thermische Auslöserichtung, in der
Darstellung der
2 also im Uhrzeigersinn nach
oben, verbogen hat, den Auslösehebel
51 des Schaltschlosses
24 betätigt,
worauf hin die Verklinkungsstelle in dem Schaltschloss
24 entklinkt
wird und das Schaltschloss
24 über den Nebenkontakt-Schalthebel
52 die
Trennkontaktstelle
25 öffnet. Jetzt ist der Stromfluss
durch das Gerät zwischen den beiden Anschlussklemmen
20,
21 vollständig
unterbrochen. Die hier beschriebene generelle Funktionsweise des Schaltgerätes
ist bereits in der Patentanmeldung
DE 10 2007 020 114 beschrieben,
auf die diesbezüglich ausdrücklich verwiesen wird.
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Es
werde nun die 1 betrachtet. Die 1 zeigt
als Detailansicht den Strombegrenzungswiderstand 1 und
dessen Montage zwischen der ersten Stromschiene 2 und der
zweiten Stromschiene 6. Der Strombegrenzungswiderstand 1 ist
dabei als thermischer Widerstandblock mit parallelen Seitenflächen
ausgebildet. An seiner ersten Kontaktierungsseite 32 steht
er in engem flächigen Kontakt mit der ersten Stromschiene 2.
Dieser Kontakt kann durch Verwendung einer Wärmeleitpaste
weiter im Hinblick auf einen besonders guten Wärmeübergang von
dem Strombegrenzungswiderstand 1 hin auf die erste Stromschiene 2 optimiert
ausgeführt sein. An der zweiten Kontaktierungsseite 34 drückt
eine Kontaktdruckfeder 5 eine Kontaktplatte 4 gegen
den Strombegrenzungswiderstand 1. Die Kontaktdruckfeder 5 stützt
sich mit ihrem anderen Ende dabei an einem Vorsprung der zweiten
Stromschiene 6 ab. Somit ist der Strombegrenzungswiderstand 1 durch
die Klemmkraftwirkung der Kontaktdruckfeder 5 zwischen
der ersten und der zweiten Stromschiene 2, 6 elektrisch
leitend fest geklemmt.
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Der
Wärmeübergang zwischen der ersten Kontaktierungsseite 32 und
der ersten Stromschiene 2 ist sehr gut, welches einerseits
durch die große Kontaktfläche und andererseits
durch eine mögliche Unterstützung durch Verwendung
einer Wärmeleitpaste bewirkt ist. der Wärmeübergang
zwischen der zweiten Kontaktierungsseite 34 und der zweiten Stromschiene 6 hingegen
ist schlechter. Dies liegt daran, dass er über die Kontaktdruckfeder 5 bewirkt wird.
Diese hat einen die geringeren Querschnitt und stellt damit für
die Wärmeleitung einen höheren Widerstand dar.
Insgesamt ist also durch die erfindungsgemäße
Anbringung des Strombegrenzungswiderstandes ein bevorzugter und
damit gerichteter Wärmetransport aus dem Strombegrenzungswiderstand 1 heraus über
die erste Kontaktierungsseite 32 in die erste Stromschiene 2 hinein
gegeben.
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Dies
ist deshalb vorteilhaft, weil damit das Selektiv-Thermobimetall 3 sehr
intensiv an die aus dem Strombegrenzungswiderstand 1 abgeführte Wärme
angekoppelt ist. Die in dem Strombegrenzungswiderstand 1 auftretende
Wärme wird schnell auf das Selektiv-Thermobimetall 3 übertragen,
welches dann schnell abschalten kann.
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Es
werde nun wieder die 2 betrachtet. Der Raum 27 zwischen
der Hauptkontaktstelle 22 und dem Strombegrenzungswiderstand 1 ist
für die Aufnahme einer Lichtbogenlöschblecheinrichtung vorgesehen.
Diese ist hier nicht dargestellt, in einem fertig montierten Gerät
wäre sie aber vorhanden. Üblicherweise verwendet
man als Lichtbogenlöschblecheinrichtung ein Lichtbogenlöschblechpaket,
in das der beim Öffnen der Hauptkontaktstelle 22 dort entstehende
Schaltlichtbogen über Lichtbogenleitschienen, von denen
in der Darstellung gemäß der 2 nur
die dem beweglichen Kontaktstück 44 zugeordnete
Lichtbogenleitschiene 42 dargestellt ist, hineingeleitet
und darin zum verlöschen gebracht wird.
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Der
Strombegrenzungswiderstand 1 ist in einem eigenen Gehäuseteilbereich 30 untergebracht, der
von dem Einbauraum 27 der Lichtbogenlöschblecheinrichtung
durch wenigstens eine Teilungswand 28 abgetrennt ist. Damit
ist der Strombegrenzungswiderstand 1 von dem bei einer
Schalthandlung an der Hauptkontaktstelle 22 entstehenden Lichtbogen
wirksam abgeschirmt. Eine zusätzliche Erwärmung
des Strombegrenzungswiderstandes 1, etwa aufgrund von Wärmestrahlung,
die von dem Schaltlichtbogen ausgehen würde, kann damit
vermieden werden.
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- 1
- Strombegrenzungs-Widerstand
- 2
- erste
Stromschiene
- 3
- Selektiv-Thermobimetall
- 4
- Kontaktplatte
- 5
- Kontaktdruckfeder
- 6
- zweite
Stromschiene
- 7
- Haupt-Thermobimetall
- 8
- Druckfeder
der Anschlussklemme
- 9
- Gehäuse-Zwischenstück
- 10
- Selektivschutzschalter
- 12
- Befestigungsseite
- 14
- vordere
Frontseite
- 15
- hintere
Frontseite
- 16
- vordere
Schmalseite
- 17
- hintere
Schmalseite
- 18
- Gehäuse
- 20
- Ausgangsklemme
- 21
- Eingangsklemme
- 22
- Hauptkontaktstelle
- 23
- Schlagankersystem
- 24
- Schaltschloss
- 25
- Trennkontaktstelle
- 26
- Handgriff
- 27
- Lichtbogenlöschkammer
- 28
- erste
Teilungswand
- 30
- erster
Gehäuseteilbereich
- 32
- erste
Kontaktierungsseite
- 34
- zweite
Kontaktierungsseite
- 40
- Litze
- 42
- Lichtbogenleitschiene
- 44
- bewegliches
Kontaktstück
- 46
- festes
Kontaktstück
- 47
- Stromschiene
- 48
- Litze
- 49
- Litze
- 50
- Schieber
- 51
- Auslösehebel
- 52
- Nebenkontakt-Schalthebel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19526592
C2 [0007]
- - DE 102004019175 A1 [0007]
- - DE 102007020114 [0028]