[0001] Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter mit einem Ein- und Ausgangsklemmen
aufweisenden Gehäuse, in dem eine Funktionskette aus einem Summenstromwandler, einem
Auslöserelais sowie einer Schaltkinematik für Kontaktanordnungen vorgesehen sind,
wobei jede Kontaktanordnung einen elektrisch leitenden, schwenkbar gelagerten Kontakthebel,
der leitend mit einer Ausgangsklemme verbunden ist, sowie einen stationären Gegenkontakt
aufweist.
[0002] Derartige Fehlerstromschutzschalter haben die Aufgabe, einen Schutz vor zu hohen
Berührungsspannungen sowie einen Brand schutz zu liefern. Hierzu bedarf es einer großen
Zuverlässigkeit bei hoher Empfindlichkeit. Andererseits ist die verfügbare Auslöseleistung
bei derartigen Fehlerstromschutzschaltern, die durch den tatsächlich zur Erde fließenden
Fehlerstrom bestimmt wird, nur in der Größenordnung von einigen 10 µm VA. Aufgrund
dieser geringen Auslöseleistung besteht insbesondere bei Langzeiteinsatz das Problem,
daß es zu Auslöseversagen kommen kann. Zwar besitzt üblicherweise jeder Fehlerstromschutzschalter
eine Prüftaste, mit der die Funktion des Schaltgerätes turnusmäßig geprüft werden
kann, um rechtzeitig im Bedarfsfall den Fehlerstromschutzschalter durch einen neuen
zu ersetzen. Hierzu sind jedoch regelmäßige Prüfungen und damit verbunden Prüfkosten
und gegebenenfalls Geräteabschaltungen bei Funktionsprüfungen verbunden.
[0003] Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß bei einem umfangreichen Feldtest der Berufsgenossenschaft
etwa 4% der geprüften Fehlerstromschutzschalter ihre Schutzfunktion nicht erfüllten,
weil ein Bauteil der Funktionskette im Langzeiteinsatz versagte. Ein derartiger Ausfall
ist angesichts der hohen Sicherheitsanforderungen nicht tolerierbar, und es besteht
das Bedürfnis nach Schaffung eines Fehlerstromschutzschalters, der zuverlässig im
Fehlerfall immer auslöst.
[0004] Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstromschutzschalter
der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß bei Fließen eines Fehlerstroms
trotz Versagens eines Bauteils der Funktionskette eine zuverlässige Trennfunktion
realisiert wird.
[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden,
sind den nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.
[0006] Gemäß der Erfindung ist vorteilhaft die Anordnung derart getroffen, daß jeder schwenkbare
Kontakthebel an einer Schwenkachse aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gelagert
ist, die nur im Schwenkhebellagerbereich elektrisch leitend ist und die bei Auftreten
eines Fehlerstroms und gleichzeitigem Versagen eines Bauteils der Funktionskette axial
zur Trennung der elektrischen Verbindung im Schwenkhebellagerbereich verlagerbar ist.
[0007] Durch die erfindungsgemäße Lösung wird vorteilhaft in elektrischen Anlagen eine Zuverlässigkeit
der Schutzschaltgeräte erreicht, die bisher eine Illusion zu sein schien. Zudem brauchen
erfindungsgemäß aufgebaute Fehlerstromschutzschalter keine Prüftaste, da kein Prüfstromkreis
mehr benötigt wird.
[0008] Von Vorteil ist ferner, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen sich in kompakter kleiner
Bauform realisieren lassen, wodurch die Möglichkeit eröffnet ist, die erfindungsgemäße
Weiterbildung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Anspruchs 1 auch in bereits bekannten
Fehlerstromschutzschaltern und deren Gehäusen unterzubringen, weil kein zusätzlicher
Platzbedarf und Montageaufwand für die Installation erforderlich ist.
[0009] Von Vorteil ist weiterhin, daß aufgrund der erzielbaren Zuverlässigkeit keine turnusmäßige
Prüfung, beispielsweise seitens des Technischen Überwachungsvereins, mehr nötig ist
und damit Prüfkosten gespart werden können.
[0010] Die bei der Erfindung vorgesehene axiale Verlagerung kann nach allen bekannten mechanischen
und elektromechanischen Prinzipien vorgenommen werden. Von besonderem Vorteil ist
es hinsichtlich Baugröße und Ansprechempfindlichkeit, wenn über die axiale Verlagerung
eine elektrisch zündbare Treibladung vorgesehen ist, wobei die Treibladung bevorzugt
an einem stirnseitigen Ende der Schwenkachse angreift.
[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwenkachse quergeteilt,
wobei an den zueinander weisenden Enden der Schwenkachse jeweils ein hälftiger Treibladungs-Aufnahmeabschnitt
gebildet ist und wobei vorzugsweise die Aufnahmeabschnitte an einem rohrförmigen Element
geführt sind, in dem die Treibladung angeordnet ist und das eine vorzugsweise mittige
Wandbohrung für den Eintritt einer elektrischen Zündeinrichtung aufweist, wobei bei
Zündung der Treibladung an beiden Enden die Achsabschnitte zur axialen Auseinanderverschiebung
beaufschlagbar sind.
[0012] Für das Prüfen des Versagens von Bauteilen der Funktionskette ist bevorzugt ein Zeitglied
vorgesehen, das die elektrische Zündeinrichtung steuert.
[0013] Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung wird vorteilhaft erreicht,
daß der Fehlerstromschutzschalter bei Fließen eines Fehlerstroms in gewohnter Weise
auslöst. Versagt nun ein Bauteil in der Funktionskette in der Form, daß die durch
das Zeitglied vorgegebene Auslösezeit überschritten wird, erfolgt eine elektrische
Zündung der Treibladung durch die elektrische Zündeinrichtung mit der Folge, daß sämtliche
bisher elektrisch leitend ausgebildeten Schwenkhebellagerbereiche aufgrund der axialen
Verlagerung der Schwenkachse zwangsläufig getrennt werden, weil die Schwenkhebel nunmehr
nur noch an einem elektrisch isolierten Teil der Schwenkachse anliegen und damit eine
leitende Verbindung zur Ausgangsklemme unterbrochen ist. Dabei ist die Anordnung so
getroffen, daß die Schwenkachse mit ihren leitenden Abschnitten nach Art eines Schalters
wirkt. Dabei wird in vorteilhafter Weise auch der Fehlermöglichkeit "verschweißter
Kontakte" Rechnung getragen, weil eine Zwangstrennung nicht in deren Kontaktbereich
erfolgt.
[0014] Wenn die Schwenkachse etwa in der Mitte des Schaltgerätes geteilt ist, ist es in
günstiger Weise möglich, an der Trennstelle die Treibladung unterzubringen, wobei
hierfür verstärkte Enden zur Bildung der Treibladungs-Aufnahmeabschnitte vorgesehen
sind, die den Treibsatz allseitig umfassen und in der Ausgangsstellung zwei Hälften
einer geschlossenen Aufnahmekammer für die Treibladung bilden. Bei Zündung werden
die beiden Hälften der Aufnahmekammerabschnitte und damit der Schwenkachse in axialer
Richtung voneinander wegbewegt, wobei vorteilhaft die dafür erforderliche Energie
der Treibladung nur gering zu sein braucht, da es nur erforderlich ist, die Reibungskraft
in dem Bereich der Kontaktanordnungen zu überwinden. Nach erfolgter Zwangstrennung
ist dann sicher eine Unterbrechung des Stromkreises erreicht, ohne daß die Gefahr
einer mißbräuchlichen Wiedereinschaltung des Schaltgerätes gegeben ist.
[0015] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fehlerstromschutzschalters
gemäß der Erfindung;
- Fig. 2
- eine Seitenansicht in Fig. 1 von links, wobei der Bereich der Schwenkhebellagerung
und der Schwenkachse geschnitten ist; und
- Fig. 3
- eine Schnittansicht gemäß Fig. 2, jedoch nach ausgelöster Treibladung.
[0016] In Fig. 1 ist eine schematisierte Seitenansicht des Fehlerstromschutzschalters 10
dargestellt, der ein Gehäuse 11 besitzt, an dem eine Eingangsklemme 12 und eine Ausgangsklemme
13 zum Anschluß vor der elektrischen Leitung vorgesehen ist. Für das manuelle Betätigen
des Fehlerstromschutzschalters 10 ist ein Schaltknebel 13 vorgesehen, von dem beabstandet
eine Prüftaste 14 aus dem Gehäuse 11 herausragt.
[0017] In dem Gehäuse 11 ist in nicht dargestellter Weise eine Funktionskette aus einem
Summenstromwandler, einem Auslöserelais sowie einer Schaltkinematik für Schaltkontaktanordnungen
vorgesehen. Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Kontaktanordnung 15 mit einem stationären
Kontakt 16 und einem elektrisch leitenden Kontakthebel 17 mit Anlagekontakt 18 sowie
einen Lagerbereich 19, bei dem, wie Fig. 2 zu entnehmen ist, der Kontakthebel 17 auf
einer Schwenkachse 20 gelagert ist. Die Schwenkachse 20 besteht aus einem elektrisch
isolierenden Werkstoff und ist im Bereich der in Fig. 2 gezeigten Lagerbereiche mit
elektrisch leitenden Abschnitten 21 gebildet, die eine elektrisch leitende Verbindung
zu einer mit der Ausgangsklemme 13 verbundenen Schwenkachsenlagerung 22 bildet.
[0018] Wie näher aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Schwenkachse hälftig geteilt und besteht
aus einem linken Abschnitt 23 und einem rechten Abschnitt 24. Im Teilungsbereich besitzen
die zueinander weisenden Enden der Schwenkachse hälftige Aufnahmekammern 25 bzw. 26,
die auf einem rohrförmigen Element 27 geführt sind. Das rohrförmige Element 27 dient
gleichzeitig zur Aufnahme einer Treibleitung 28, die bei elektrischer Zündung mittels
einer nicht dargestellten Zündeinrichtung, die durch eine mittige Wandbohrung 29 des
rohrförmigen Elements 27 erfolgt, aus den seitlichen Rohröffnungen auf die Aufnahmekammerabschnitte
25 und 26 wirkt, wie in Fig. 3 dargestellt.
[0019] Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 gezeigten Teil des Fehlerstromschutzschalters 10 nach
Auslösung, wobei die nicht dargestellte elektrische Zündeinrichtung über ein ebenfalls
nicht dargestelltes Zeitglied gesteuert wird, das für das Prüfen des Versagens von
Bauteilen der Funktionskette vorgesehen ist. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß nach Zündung
die Lagerbereiche 19 der Kontakthebel 17 sich nicht mehr im leitenden Kontakt mit
den elektrisch leitenden Abschnitten 21, sondern nur noch mit den an diesen anschließenden
Abschnitten 23 bzw. 24 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff befinden. Hierdurch
wird schnell und wirksam eine Zwangstrennung erreicht.
1. Fehlerstromschutzschalter (10) mit einem Ein- und Ausgangsklemmen (12 bzw. 13) aufweisenden
Gehäuse (11), in dem eine Funktionskette aus einem Summenstromwandler, einem Auslöserelais
sowie einer Schaltkinematik für Kontaktanordnungen (15) vorgesehen sind, wobei jede
Kontaktanordnung (15) einen elektrisch leitenden, schwenkbar gelagerten Kontakthebel
(17), der leitend mit einer Ausgangsklemme (13) verbunden ist, sowie einen stationären
Kontakt (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder schwenkbare Kontakthebel (17) an einer Schwenkachse (20) aus einem elektrisch
isolierenden Werkstoff gelagert ist, die nur im Schwenkhebellagerbereich (19) elektrisch
leitend ist und bei Auftreten eines Fehlerstroms und gleichzeitigem Versagen eines
Bauteils der Funktionskette axial zur Trennung der elektrischen Verbindung im Schwenkhebellagerbereich
(19) verlagerbar ist.
2. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die axiale Verlagerung der Schwenkachse (20) eine elektrisch zündbare Treibladung
(28) vorgesehen ist.
3. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Treibladung (28) an ein stirnseitiges Ende der Schwenkachse (20) angreift.
4. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkachse (20) quergeteilt ist, wobei an den zueinander weisenden Enden
der Schwenkachse (23, 24) jeweils ein radial erweiterter hälftiger Treibladungs-Aufnahmeabschnitt
(25, 26) gebildet ist.
5. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die hälftigen Treibladungs-Aufnahmeabschnitte (25, 26) an einem rohrförmigen Element
(27) geführt sind, in dem die Treibladung (28) angeordnet ist und das eine vorzugsweise
mittige Wandbohrung (29) für den Eintritt einer elektrischen Zündeinrichtung aufweist,
wobei bei Zündung der Treibladung (28) an beiden Enden die Achsabschnitte (23, 24)
zur axialen Auseinanderverschiebung gleichmäßig beaufschlagbar sind.
6. Fehlerstromschutzschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Zündeinrichtung über ein Zeitglied steuerbar ist, das für das
Prüfen des Versagens von Bauteilen der Funktionskette vorgesehen ist.
7. Fehlerstromschutzschalter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zeitglied auf eine vorgegebene Auslösezeit des Fehlerstromschutzschalters
abgestimmt ist.