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Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter, mit einer ersten Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Kurzschlusses, einer zweiten Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Überlastzustandes, einem Schaltkontakt, welcher einen Festkontakt sowie einen relativ dazu beweglichen Bewegkontakt aufweist, sowie einem Auslösehebel, welcher mit der ersten Auslöseeinrichtung sowie mit der zweiten Auslöseeinrichtung derart gekoppelt ist, dass bei Auslösen der ersten Auslöseeinrichtung und/oder der zweiten Auslöseeinrichtung der Auslösehebel betätigt und der Schaltkontakt geöffnet wird.
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Derartige Schutzschaltgeräte, wie beispielsweise Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter, werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter ist eine Überstromschutzeinrichtung in der Elektroinstallation und wird insbesondere im Bereich von Niederspannungsnetzen 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 und sind dazu ausgebildet, den zu überwachenden Stromkreis im Falle eines Kurzschlusses oder bei Auftreten einer Überlast selbsttätig abzuschalten und damit vom Leitungsnetz zu trennen.
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Derartige Schutzschaltgeräte weisen in der Regel ein Schaltkontaktpaar mit einem feststehenden Schaltkontakt, oder kurz:
Festkontakt, sowie einem relativ dazu bewegbaren Schaltkontakt, oder kurz: Bewegkontakt, auf. Zur Durchleitung eines elektrischen Stromes kontaktiert der bewegliche Schaltkontakt den Festkontakt. Zur Trennung des Stromflusses wird der Bewegkontakt von dem Festkontakt wegbewegt. Das Unterbrechen des Stromflusses führt bei jedem Schutzschaltgerät zumindest kurzzeitig zu einem Spannungsüberschlag zwischen dem feststehenden Schaltkontakt und dem beweglichen Schaltkontakt, da der Abstand während des Trennvorganges der Schaltkontakte zur Isolation noch nicht ausreicht. Befindet sich ein Gas zwischen den beiden Schaltkontakten, so wird dieses bei entsprechend hoher Spannungsdifferenz zwischen den Schaltkontakten durch den Überschlag ionisiert und es bildet sich aufgrund der Gasentladung ein Lichtbogen aus.
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Aus der Patentschrift
DE 10 2004 040 288 B4 ist ein Schutzschalter bekannt, welcher eine erste Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Kurzschlusses sowie eine zweite Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Überlastzustandes aufweist. Weiterhin weist der Schutzschalter einen Schaltkontakt mit einem Festkontakt und einem relativ dazu beweglichen Bewegkontakt sowie einen Auslösehebel auf, der mit der ersten Auslöseeinrichtung sowie mit der zweiten Auslöseeinrichtung derart gekoppelt ist, dass bei Auslösen der ersten Auslöseeinrichtung und/oder der zweiten Auslöseeinrichtung der Auslösehebel betätigt und der Schaltkontakt geöffnet wird.
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Leistungsschalter beziehungsweise Leitungsschutzschalter sind daher so konstruiert, dass der beim Öffnen der Schaltkontakte entstehende Lichtbogen gelöscht und damit der Stromfluss unterbrochen wird. Hierzu weisen diese Schutzschaltgeräte ein magnetisches Auslösesystem mit einer Spule und einer relativ dazu beweglichen Anker-Stößel-Einheit auf, über die der Strom, oder auch nur ein Teil des Stroms, der zu den Schaltkontakten fließt, geleitet wird. Bei einem schnellen Anstieg des Stroms, beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses, zieht die Spule den Anker an, wodurch der Stößel auf einen Auslösehebel trifft, wodurch eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes freigegeben wird. Infolgedessen wird das Schutzschaltgerät ausgelöst und der Stromfluss über das Schaltkontaktpaar unterbrochen. Magnetische Auslösesysteme werden eingesetzt, um bei höheren Stromstärken das Verschmelzen der stromführenden Kontaktflächen zu verhindern und ein sicheres Abschalten des Schutzschaltgerätes zu gewährleisten, wenn ein entstandener Lichtbogen das Schutzschaltgerät beschädigen könnte. Hierfür sind kurze Auslösezeiten vorteilhaft, insbesondere deshalb, weil der Einsatzbereich des Schutzschalters durch eine zu lange Auslösezeit eingeschränkt werden kann. Da die Getriebekette der Schaltmechanik jedoch vergleichsweise träge reagiert, werden auch Kurzschluss-Auslösesysteme eingesetzt, welche darüber hinaus auch direkt, d. h. ohne Verwendung der Schaltmechanik, auf den Bewegkontakt einwirken und diesen direkt und unmittelbar um einen vordefinierten Abstand, den sogenannten Schlagöffnungsabstand, vom Festkontakt wegbewegen. Die Schlagöffnung bzw. der Schlagöffnungsabstand ist somit der Kontaktabstand zwischen Festkontakt und Bewegkontakt, der bei einer Überstromauslösung, beispielsweise bei Auftreten eines Kurzschlusses, im Zeitpunkt des mechanischen direkten Schlages des Kurzschluss-Auslösesystems auf den Bewegkontakt erzielt werden kann. Die endgültige, vollständige Kontaktöffnung wird anschließend über die nach ihrer Auslösung zur Ruhe gekommene Schaltmechanik bewirkt. Ein ausreichend großer Schlagöffnungsabstand beschleunigt den Lichtbogenlauf und dessen Löschung und ist daher sowohl für das Schaltvermögen des Schutzschaltgerätes als auch für dessen Lebensdauer maßgeblich.
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Weiterhin weisen derartige Schutzschaltgeräte eine weitere Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Überlastzustandes auf. Diese werden üblicher Weise durch ein direkt oder indirekt von dem zu überwachenden Strom beheiztes Bimetall realisiert und reagieren hinsichtlich ihrer Auslösung etwas verzögert auf den detektierten Überlastzustand. Ab einem bestimmten, vordefinierten Verformungszustand des Bimetalls wird wiederum die Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes aktiviert, wodurch wiederum die Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes ausgelöst und der Stromfluss über das Schaltkontaktpaar unterbrochen wird. Die Wirkverbindung des Bimetallelements zur Schaltmechanik kann beispielsweise durch Zug- oder Druckkräfte übertragende Bauelemente realisiert werden.
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Um ein reibungsloses, d. h. definiertes Auslösen der Überlast-Auslöseeinrichtung zu gewährleisten, muss der Abstand zwischen dem Auslösehebel und dem Bewegkontakt einerseits einen Mindestwert aufweisen. Andererseits ist, um einen möglichst großen Schlagöffnungsabstand realisieren zu können, ein möglichst geringer Abstand zwischen dem Auslösehebel und dem Bewegkontakt in seiner geschlossenen Kontaktstellung zu wählen. Mit anderen Worten: Für die erwünschte große Schlagöffnung ist dieser Abstand vorzugsweise möglichst klein zu halten, für ein sicheres Auslösen der Überlastauslöse-Einrichtung ist allerdings ein Mindestwert dieses Abstandes erforderlich. Die für die Auslegung des Schutzschaltgerätes gewählten Maße sind darüber hinaus auch an allen anderen möglichen Schalterstellungen, in verschiedenen Toleranzfällen, in unterschiedlichen Einbaulagen, im Zustand abgenutzter Kontakte, sowie unter den verschiedensten klimatischen Einflüssen wie beispielsweise hohe Luftfeuchtigkeit, trockene Hitze, Quellen oder Schwinden, sicherzustellen.
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Dabei kann es beim konstruktiven Optimieren der einzelnen Funktionsmaße des Schutzschaltgerätes bei herkömmlichem Geräteaufbau aufgrund der Geometrie der Schaltkinematik, aufgrund auftretender Toleranzen oder aufgrund klimatischer Einflüsse wie Quellen oder Schwinden zu derartigen Verschiebungen der benötigten Minimal- und Maximalwerte des Abstandes zwischen dem Auslösehebel und dem Bewegkontakt kommen, dass funktionsrelevante Mindestwerte wesentlicher Funktionsmaße des Schutzschaltgerätes nicht mehr eingehalten werden können. Der Optimierung dieser Funktionsmaße sind somit unter den allgemein vorgegebenen Randbedingungen, wie beispielsweise ein hohes Schaltvermögen bei gleichzeitig kompakter Bausweise, konstruktiv enge Grenzen gesetzt.
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Soll das Schaltvermögen des Schutzschaltgerätes weiter verbessert werden, ohne den Schlagöffnungsabstand geometrisch vergrößern zu können, so müsste dies beispielsweise durch hochwertigere, maßstabilere Gehäuse-Materialien, welche eine geringere Neigung zum Quellen oder Schwinden aufweisen, oder durch hochwertigere Materialien im Bereich der Schaltkinematik kompensiert werden, was höhere Materialkosten zur Folge hat. Darüber hinaus wären diese Teile genauer, d. h. mit engeren Toleranzgrenzen, zu fertigen, wodurch sich die Fertigungskosten erhöhen würden. Alternativ müsste die Schaltmechanik mit entsprechendem Zeit- und Kostenaufwand umkonstruiert werden.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromechanisches Schutzschaltgerät bereitzustellen, welches die oben genannte Problematik überwindet und ein sicheres Auslösen in allen Betriebszuständen gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch das elektromechanische Schutzschaltgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät, insbesondere ein Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter, weist eine erste Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Kurzschlusses, eine zweite Auslöseeinrichtung zur Erfassung und Abschaltung eines Überlastzustandes, einen Schaltkontakt mit einem Festkontakt sowie einen relativ dazu beweglichen Bewegkontakt, sowie einen Auslösehebel auf, welcher mit der ersten Auslöseeinrichtung sowie mit der zweiten Auslöseeinrichtung derart gekoppelt ist, dass bei Auslösen der ersten Auslöseeinrichtung und/oder der zweiten Auslöseeinrichtung der Auslösehebel betätigt und der Schaltkontakt geöffnet wird. Weiterhin weist der Auslösehebel ein erstes Hebelelement auf, welches mit der ersten Auslöseeinrichtung gekoppelt ist, um den Schaltkontakt im Falle eines Kurzschlusses zu öffnen, sowie ein zweites Hebelelement, welches mit der zweiten Auslöseeinrichtung gekoppelt ist, um den Schaltkontakt im Falle eines Überlastzustandes zu öffnen. Dabei ist das zweite Hebelelement unabhängig vom ersten Hebelelement mittels der zweiten Auslöseeinrichtung bewegbar, wohingegen bei einer Betätigung des ersten Hebelelements mittels der ersten Auslöseeinrichtung das zweite Hebelelement mitbewegt wird.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes wird eine durch die zweite Auslöseeinrichtung initiierte Überlastauslösung von einer durch die erste Auslöseeinrichtung initiierten Kurzschlussauslösung kinematisch entkoppelt. Dadurch ist einerseits ohne aufwändige, konstruktive Änderungen des Schutzschaltgerätes ein ausreichend großer Schlagöffnungsabstand realisierbar. Andererseits wird ein zuverlässiges Öffnen des Schaltkontaktes mit vordefinierten Öffnungsparametern sowohl bei einer Überlastauslösung als auch bei einer Kurzschlussauslösung gewährleistet. Damit wird sowohl eine Stabilisierung als auch eine Verbesserung des Schaltvermögens des Schutzschaltgerätes erreicht. Weiterhin kann durch diese vergleichsweise geringen konstruktiven Änderungen der Entwicklungsaufwand sowohl hinsichtlich der benötigten Zeit als auch der hierfür anfallenden Kosten reduziert werden.
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Im Falle einer durch die erste Auslöseeinrichtung initiierten Kurzschlussauslösung kann durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung der Wirkflächen des Auslösehebels, d. h. derjenigen Bereiche, mit denen der Auslösehebel mit der ersten Auslöseeinrichtung bzw. mit dem Bewegkontakt zusammenwirkt, eine optimierte Schlagöffnung bei gleichzeitig optimierter unverzögerter Auslösung über die Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes erreicht werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes steht der Auslösehebel über eine Schaltmechanik des Schutzschaltgerätes mit dem Bewegkontakt in einer Wirkverbindung. Die Verwendung einer Schaltmechanik, welche zum Öffnen eines Schaltkontaktes durch die erste oder die zweite Auslöseeinrichtung ausgelöst werden kann, stellt eine einfache Möglichkeit dar, um die für das Öffnen des Schaltkontaktes erforderlichen Kräfte bereitzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist das zweite Hebelelement einen Kontaktbereich zum Zusammenwirken mit der Schaltmechanik auf. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Schaltmechanik über den Kontaktbereich des zweiten Hebelelements sowohl bei einer durch die zweite Auslöseeinrichtung initiierten Überlastauslösung als auch bei einer über die erste Auslöseeinrichtung initiierten Kurzschlussauslösung, bei der das zweite Hebelelement durch das erste Hebelelement mitbewegt wird, ausgelöst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist der Kontaktbereich als Verklinkungskante ausgebildet, welche ihrerseits zum Zusammenwirken mit einer Klinke der Schaltmechanik ausgebildet ist. Eine Klinke, welche sich zur Abstützung und Stabilisierung der einzelnen Elemente der Schaltmechanik an einer Verklinkungskante abstützt, stellt eine einfach zu realisierende Möglichkeit dar, um die für das Öffnen des Schaltkontaktes erforderlichen Kräfte bereitzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes sind das erste Hebelelement und das zweite Hebelelement in einem Gehäuse des Schutzschaltgerätes drehbeweglich gelagert. Drehbewegungen sind in der Regel einfacher zu realisieren sind als Linearbewegungen. Das erste und zweite Hebelelement stellen somit drehbeweglich gelagerte Wippelemente dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes sind das erste Hebelelement und das zweite Hebelelement um eine gemeinsame Drehachse drehbeweglich gelagert. Durch die Lagerung der beiden Hebelelemente auf einer gemeinsamen Drehachse kann die konstruktive Gestaltung des Schutzschaltgerätes vereinfacht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist die erste Auslöseeinrichtung eine Spule und einen relativ dazu beweglichen Stößel zum Betätigen des ersten Hebelelements auf. Der Stößel ist dabei Teil einer Anker-Stößel-Baugruppe, welche relativ zur Spule verschiebbar gelagert ist. Wird die Spule mit einem Kurzschlussstrom beaufschlagt, so wird der Anker durch das von der Spule erzeugte elektromagnetische Feld angezogen, wodurch der Stößel bewegt wird, um auf eine Wirkfläche des ersten Hebelelements einzuwirken. Derartige Magnetauslöser stellen eine gängige Bauform für eine Kurzschluss-Auslöseeinrichtung dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist die zweite Auslöseeinrichtung ein Bimetallelement auf. Die Verwendung eines Bimetallelements stellt eine gängige Ausführungsform für eine Überlast-Auslöseeinrichtung dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes weist das erste Hebelelement eine Mitnehmerkontur auf, um das zweite Hebelelement bei einer Bewegung in einer ersten Bewegungsrichtung mitzubewegen. Der mechanische Mitnehmer des ersten Hebelelements stellt in einer Bewegungsrichtung, d. h. bei Betätigen des ersten Hebelelements aufgrund einer von der ersten Auslöseeinrichtung initiierten Kurzschlussauslösung, eine formschlüssige Verbindung mit dem zweiten Hebelelement her, so dass dieses in der ersten Bewegungsrichtung mitbewegt wird. Bei einer Bewegung des ersten Hebelelements zurück in seine ursprüngliche Ausgangslage wird das zweite Hebelelement nicht mitbewegt. Aufgrund des dadurch realisierten Freiheitsgrades des zweiten Hebelelements ist dieses unabhängig vom ersten Hebelelement betätigbar, beispielsweise aufgrund einer durch die zweite Auslöseeinrichtung initiierten Überlastauslösung.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schutzschaltgerätes ist die zweite Auslöseeinrichtung über einen Zugbügel mit dem zweiten Hebelelement gekoppelt. Ein Zugbügel stellt eine einfache Möglichkeit zur mechanischen Kopplung des zweiten Hebelelements an die zweite Auslöseeinrichtung dar.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Schutzschaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
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1A und 1B schematische Darstellungen eines Auslösemechanismus eines elektromechanischen Schutzschaltgerätes gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung eines Auslösehebels des Auslösemechanismus gemäß Stand der Technik;
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3A bis 3C schematische Darstellungen eines Auslösehebels des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes;
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4A und 4B schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes in mehreren Betriebszuständen.
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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.
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In den 1A und 1B ist ein Auslösemechanismus eines elektromagnetischen Schutzschaltgerätes 1 gemäß dem Stand der Technik in mehreren Betriebszuständen schematisch dargestellt. Das Schutzschaltgerät 1 weist einen Schaltkontakt 6 mit einem Festkontakt 7 und einen relativ dazu beweglichen Bewegkontakt 8 auf. Der Bewegkontakt 8 ist dabei an einem unteren Ende eines beweglich gelagerten Bewegkontaktträgers 24 montiert, so dass der Schaltkontakt 6 durch Wegbewegen des Bewegkontaktes 8 vom Festkontakt 7 geöffnet werden kann. Zum Betätigen des Bewegkontaktträgers 24 weist das Schutzschaltgerät 1 eine Schaltmechanik 20 auf. Diese weist eine Klinke 21 auf, welche über einen Bügel 23 mit dem Bewegkontaktträger 24 mechanisch gekoppelt ist. Weiterhin ist die Klinke 21 über einen weiteren Bügel 22 mit einem Betätigungselement 9 zur manuellen Betätigung des Schutzschaltgerätes 1 mechanisch gekoppelt. Beim Einschalten des Schutzschaltgerätes 1, d. h. beim Bewegen des Betätigungselements 9 in Richtung einer EIN-Stellung stützt sich zunächst die Klinke 21 an einer an einem Auslösehebel 10’ ausgebildeten Verklinkungskante 13 ab, wodurch die Schaltmechanik stabilisiert wird. Bei einer weiterführenden Bewegung des Betätigungselements 9 in die EIN-Stellung wird dann der Schaltkontakt 6 durch den an die Klinke 21 gekoppelten Bewegkontaktträger 24 geschlossen.
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Zur Erfassung und Abschaltung eines Kurzschlusses weist das Schutzschaltgerät 1 eine erste Auslöseeinrichtung 2 auf, welche ihrerseits eine Spule 17 sowie einen relativ dazu beweglichen Stößel 19 aufweist. Der Stößel 19 bildet mit einem Anker 18 eine so genannte Anker-Stößel-Baugruppe, welche innerhalb des Spulenkörpers 17 beweglich gelagert ist und bei einer Bestromung der Spule 17 aufgrund der auf den Anker 18 wirkenden elektromagnetischen Kräfte in einer Längserstreckungsrichtung der Spule bewegbar ist. Im Falle eines Kurzschlusses trifft der Stößel 19 auf den drehbeweglich gelagerten Auslösehebel 10’, der dadurch um seine Drehachse D im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Der Auslösehebel 10’ trifft dabei zum einen direkt auf den Bewegkontaktträger 24, so dass der Bewegkontakt 8 vom Festkontakt 7 wegbewegt wird und der Schaltkontakt 6 unmittelbar ein Stück weit geöffnet wird. Der dabei erreichbare Abstand zwischen dem Festkontakt 7 und dem Bewegkontakt 8 wird als Schlagöffnungsabstand bezeichnet und ist in 1B dargestellt. Zum anderen wird durch die Drehbewegung des Auslösehebels 10’ die Verklinkung mit der Klinke 21 gelöst. Die Klinke kann sich nicht mehr an der Verklinkungskante 13 abstützen, die Schaltmechanik 20 fällt, durch Federn (nicht dargestellt) angetrieben, in sich zusammen. Durch eine Übertragung der Bewegung über den Bügel 23 auf den Bewegkontaktträger 24 wird der Schaltkontakt 6 aufgerissen. Ferner wird das Betätigungselement 9 über den Bügel 22 zurück in eine AUS-Stellung bewegt.
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Zur Erfassung und Abschaltung eines Überlastzustandes weist das Schutzschaltgerät 1 eine zweite Auslöseeinrichtung 3 auf. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Bimetallelement 15, welches über einen Zugbügel 16 an den Auslösehebel 10’ gekoppelt ist. Ist der zu überwachende Strom dauerhaft zu hoch, so wird das Bimetallelement 15 aufgrund der daraus resultierenden Erwärmung verformt. Über den Zugbügel 16 wird diese Verformungsbewegung auf den Auslösehebel 10’ übertragen, der dadurch wiederum in eine Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn versetzt wird. Dadurch wird wiederum die Verklinkung mit der Klinke 21 gelöst, so dass die Schaltmechanik 20 wie oben beschrieben in sich zusammenfällt und den Schaltkontakt 6 öffnet. Durch das Auslösen der zweiten Auslöseeinrichtung 3 aufgrund eines Überlastzustandes wird der Schaltkontakt 6 also nur mittelbar über die Schaltmechanik 20 geöffnet, wohingegen bei einer Kurzschlussauslösung sowohl die mittelbare Öffnung des Schaltkontakts 6 über die Schaltmechanik 20, als auch dessen unmittelbare Öffnung über die Schlagöffnung bewirkt werden.
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Ferner weist das Schutzschaltgerät 1 eine Eingangsklemme 4, ihrerseits aufweisend einen Klemmrahmen 28 sowie eine Klemmschraube 29 zum Klemmen, d. h. zum mechanischen Anschließen eines elektrischen Eingangsleiters (nicht dargestellt), sowie eine Ausgangsklemme 5, ausweisend eine weitere Klemmschraube 29 und einem weiteren Klemmrahmen 28 zum Anschließen eines elektrischen Ausgangsleiters (nicht dargestellt) auf. Die Eingangsklemme 4 ist dabei mit der ersten Auslöseeinrichtung 2, die Ausgangsklemme 5 ist mit der zweiten Auslöseeinrichtung elektrisch leitend verbunden.
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2 zeigt schematisch einen Auslösehebel 10’ des in den 1A und 1B dargestellten Auslösemechanismus nach dem Stand der Technik. Der aus dem Stand der Technik bekannte Auslösehebel 10’ ist zur Unterscheidung von dem erfindungsgemäßen Auslösehebel 10 durch ein nachgestelltes Hochkomma gekennzeichnet. Selbes gilt auch für die weitern Merkmale. Der Auslösehebel 10’ weist einen Grundkörper 30 auf, an dem ein erster Arm 31’ sowie ein zweiter Arm 32’ angeformt sind. Über eine Lagerbohrung 33’, welche in dem Grundkörper 30 ausgebildet ist, ist der Auslösehebel 10’ um eine Drehachse D’ drehbeweglich auf einem Lagerzapfen (nicht dargestellt) des Schutzschaltgerätes 1 lagerbar. Am ersten Arm 31’ ist die Verklinkungskante 13’ ausgebildet, welche zum Verklinken der Klinke 21 dient. An einem Ende des zweiten Armes 32’ ist eine erste Wirkfläche 34’ ausgebildet, welche zum Zusammenwirken mit dem Stößel 19 (siehe 1A und 1B) der Anker-Stößel-Einheit und damit zum Zusammenwirken mit der ersten Auslöseeinrichtung 2 (siehe 1A und 1B) ausgebildet ist. Weiterhin ist am Ende des zweiten Armes 32’ eine zweite Wirkfläche 35’ ausgebildet, welche der ersten Wirkfläche 34’ im Wesentlichen gegenüber liegt, und zum Zusammenwirken mit dem Bewegkontaktträger 24 (siehe 1A und 1B) ausgebildet ist. Ferner ist am Ende des zweiten Armes 32’ noch eine Koppelbohrung 37’ zur Aufnahme des Zugbügels 16 der zweiten Auslöseeinrichtung 3 vorgesehen.
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Schlägt der Stößel 19 bei einer Kurzschlussauslösung auf die erste Wirkfläche 34’, so wird der Auslösehebel 10’ um die Drehachse D’ im Gegenuhrzeigersinn bewegt, wobei die zweite Wirkfläche 35’ auf dem Bewegkontaktträger 24 derart einwirkt, dass der daran angeordnete Bewegkontakt 8 vom Festkontakt 7 wegbewegt wird. Der Schaltkontakt 6 (siehe 1A und 1B) wird dadurch geöffnet, wobei der Bewegkontakt 8 zum Festkontakt 7 den eingangs beschriebenen Schlagöffnungsabstand einnimmt.
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In den 3A bis 3C ist ein Auslösehebel 10 des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 schematisch dargestellt. Der Auslösehebel 10 besteht dabei aus einem ersten Hebelelement 11 sowie einem zweiten Hebelelement 12, welche jeweils eine Lagerbohrung 33 zur drehbeweglichen Lagerung um eine Drehachse D aufweisen. An einem Ende des zweiten Hebelelements 12 ist dabei wiederum die Verklinkungskante 13 zur Verklinkung mit der Klinke 21 der Schaltmechanik 20 des Schutzschaltgerätes 1 ausgebildet. Am anderen Ende weist das zweite Hebelelement 12 eine Wirkkontur 36 zum Zusammenwirken mit der zweiten Auslöseeinrichtung 3 für die thermische Auslösung auf. Im Bereich der Lagerbohrung 33 ist das zweite Hebelelement 12 U-förmig ausgebildet, derart, dass das erste Hebelelement 11 im Bereich seiner Lagerbohrung 33 zwischen zwei Schenkeln des zweiten Hebelelements 12 in Richtung der Drehachse D gehaltert und um die Drehachse D drehbar gelagert ist. Das erste Hebelelement 11 weist eine erste Wirkfläche 34 auf, welche zum Zusammenwirken mit dem Stößel 19 der ersten Auslöseeinrichtung 2 für den Fall einer Kurzschlussauslösung ausgebildet ist. Weiterhin weist das erste Hebelelement 11 eine zweite Wirkfläche 35 auf, welche zum Zusammenwirken mit dem Bewegkontaktträger 24 ausgebildet ist. Ferner ist an das erste Hebelelement 11 eine Mitnehmerkontur 14 angeformt, derart, dass bei einer Betätigung des ersten Hebelelements 11 durch den Stößel 19, welche das erste Hebelelement 11 in eine Drehung um die Drehachse D entgegen dem Uhrzeigersinn versetzt, das zweite Hebelelement 12 in einer Bewegungsrichtung B entgegen dem Uhrzeigersinn mitbewegt wird. Bei einer Rückstellbewegung des ersten Hebelelements 11 entgegen der Bewegungsrichtung B weist das zweite Hebelelement 12 einen Freiheitsgrad auf und wird vom ersten Hebelelement 11 nicht mitbewegt. Das zweite Hebelelement 12 ist ferner durch die zweite Auslöseeinrichtung 3 in der Bewegungsrichtung B unabhängig vom ersten Hebelelement 11 bewegbar.
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In den 4A und 4B ist das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät 1 in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen schematisch dargestellt. Hinsichtlich seines prinzipiellen Aufbaus entspricht das in den 4A und 4B dargestellte erfindungsgemäße Schutzschaltgerät 1 dem aus dem Stand der Technik bekannten Schutzschaltgerät gemäß den Darstellungen der 1A und 1B. Als wesentlicher Unterschied ist hierbei der aus dem Stand der Technik gemäß 2 bekannte Auslösehebel 10’ durch den erfindungsgemäßen Auslösehebel 10 gemäß den 3A bis 3C, welcher ein erstes Hebelelement 11 sowie ein zweites Hebelelement 12 aufweist, ersetzt.
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4A zeigt dabei das Schutzschaltgerät 1 im Augenblick der thermischen Auslösung mit bereits entkoppeltem Auslösehebel 10. Die Klinke 21 kann sich dabei nicht mehr an der Verklinkungskante 13 des Auslösehebels 10 abstützen, so dass die Schaltmechanik 20 des Schutzschaltgerätes 1 entklinkt ist. Aufgrund der thermischen Überlastsituation hat sich das Bimetallelement 15 verformt und über den Zugbügel 16 das zweite Hebelelement 12 des Auslösehebels 10 um die Drehachse D im Gegenuhrzeigersinn gedreht, was die thermische Auslösung bewirkt hat. Das erste Hebelelement 11 des Auslösehebels 10 bleibt dabei unbeaufschlagt in seiner bisherigen Position. Die zweite Wirkfläche 35 des ersten Hebelelements 11 wirkt folglich nicht auf den Bewegkontaktträger 24 ein, weswegen der Schaltkontakt 6 im dargestellten Zeitpunkt der thermischen Auslösung noch geschlossen ist und erst in Folge der gelösten Verklinkung, bei der sich die Klinke 21 nicht mehr gegen die Verklinkungskante 13 abstützen kann, durch das Zusammenfallen der Schaltmechanik 20 geöffnet wird.
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4B zeigt die Schaltmechanik 20 des Schutzschaltgerätes 10 zum Zeitpunkt der magnetischen Auslösung. Auch hier ist der Auslösehebel 10 an der Verklinkungsstelle mit der Klinke 21 entkoppelt, weswegen sich die Klinke 21 nicht mehr an der Verklinkungskante 13 des Auslösehebels 10 abstützen kann. Aufgrund der magnetischen Auslösung wirkt jedoch der Stößel 19 auf das erste Hebelelement 11 ein und bewegt dieses im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse D. Das zweite Hebelelement 12 wird dabei ebenfalls mitbewegt, so dass die Verklinkungskante 13 unter der Klinke 21 weggezogen wird und die Verklinkung gelöst wird. Weiterhin wird durch die Bewegung des ersten Hebelelementes 11 über die in den 3A bis 3C dargestellte zweite Wirkfläche 35 der Bewegkontaktträger 24 derart betätigt, dass der Schaltkontakt 6 um den Schlagöffnungsabstand geöffnet wird. Der Bewegkontakt 8 weist somit relativ zum Festkontakt 7 unmittelbar nach der Auslösung durch die erste Auslöseeinrichtung den Schlagöffnungsabstand auf. Die Schlagbewegung des Stößels 19 wirkt somit auch unmittelbar auf den Bewegkontaktträger 24 und damit auf den Schaltkontakt 6. Sobald die Schaltmechanik 20 aufgrund der gelösten Verklinkung vollständig in sich zusammenfällt, wird der Bewegkontaktträger 24 weiter bewegt, so dass der Schaltkontakt 6 vollständig geöffnet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schutzschaltgerät
- 2
- erste Auslöseeinrichtung
- 3
- zweite Auslöseeinrichtung
- 4
- Eingangsklemme
- 5
- Ausgangsklemme
- 6
- Schaltkontakt
- 7
- Festkontakt
- 8
- Bewegkontakt
- 9
- Betätigungselement
- 10, 10’
- Auslösehebel
- 11
- erstes Hebelelement
- 12
- zweites Hebelelement
- 13, 13’
- Verklinkungskante
- 14
- Mitnehmerkontur
- 15
- Bimetallelement
- 16
- Zugbügel
- 17
- Spule
- 18
- Anker
- 19
- Stößel
- 20
- Schaltmechanik
- 21
- Klinke
- 22
- Bügel
- 23
- Bügel
- 24
- Bewegkontaktträger
- 28
- Klemmrahmen
- 29
- Klemmschraube
- 30’
- Grundkörper
- 31, 31’
- erster Arm
- 32, 32’
- zweiter Arm
- 33, 33’
- Lagerbohrung
- 34, 34’
- erste Wirkfläche
- 35, 35’
- zweite Wirkfläche
- 36
- Wirkkontur
- 37’
- Koppelbohrung
- B
- Bewegungsrichtung
- D, D’
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004040288 B4 [0004]