EP3057118B1

EP3057118B1 - Schaltmechanik, brandschutzschalter und system

Info

Publication number: EP3057118B1
Application number: EP15202018.6A
Authority: EP
Inventors: Bernhard Schmid; Sebastian Schaich
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: EP3057118A1; DE102015202322A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltmechanik für einen Brandschutzschalter zum Schalten eines mit dem Brandschutzschalter koppelbaren Leitungsschutzschalters. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Brandschutzschalter zur Erfassung eines Störlichtbogens, welcher eine derartige Schaltmechanik aufweist, sowie ein System, bestehend aus einem derartigen Brandschutzschalter sowie einen mit dem Brandschutzschalter gekoppelten Leitungsschutzschalter.
In der Elektroinstallationstechnik wird unter dem Begriff "Brandschutzschalter" eine Schutzeinrichtung zum Schutz vor einem durch einen Störlichtbögen hervorgerufenen Fehlerstrom verstanden. Derartige Störlichtbogen-Schutzeinrichtungen werden in Niederspannungsnetzen eingesetzt, um die elektrische Installationstechnik vor Beschädigung durch einen Fehlerstrom aufgrund eines Störlichtbogens sowie dessen thermischen Folgen - beispielsweise Kabelbränden - zu schützen.
Ein Störlichtbogen kann beispielsweise an einer defekten Stelle einer elektrischen Leitung, z.B. einer lockeren Kabelklemme, oder aufgrund eines Kabelbruchs auftreten. Tritt der Störlichtbogen elektrisch in Reihe zu einem elektrischen Verbraucher auf, so wird der normale Betriebsstrom im Regelfall nicht überschritten, da er durch den Verbraucher begrenzt wird. Aus diesem Grund wird der Störlichtbogen von einer herkömmlichen Überstromschutzeinrichtung, beispielsweise einer Schmelzsicherung oder eines Leitungsschutzschalters, nicht erfasst. Dies ist insbesondere bei hohen Betriebsströmen sowie bei über längere Zeit bestehenden Störlichtbögen problematisch, da in diesen Fällen aufgrund der mit dem Lichtbogen einhergehenden hohen Temperaturen die Gefahr eines Brandes besteht.
Zur Ermittlung, ob ein Störlichtbogen vorliegt, werden durch den Brandschutzschalter der Spannungsverlauf sowie der Stromverlauf über die Zeit gemessen und mittels digitaler Signalverarbeitung ausgewertet. Insbesondere der Stromverlauf weist bei einem Störlichtbogen charakteristische, hochfrequente Anteile auf. Bei der Auswertung ist jedoch zu beachten, dass reguläre Schwankungen im Stromverlauf sowie im normalen Betrieb auftretende Oberschwingungen oder transiente Stromverläufe, wie sie bei einem Einschaltvorgang eines Verbrauchers auftreten, nicht zu einer fehlerhaften Auslösung des Brandschutzschalters führen. Aus diesem Grund weisen Brandschutzschalter relativ komplexe Algorithmen zur Überwachung der Elektroinstallation sowie zum Detektieren möglicher Störlichtbögen auf.
In der (englischsprachigen) Fachliteratur werden derartige Einrichtungen zur Erfassung von Störlichtbögen als "Arc Fault Detection Device" (abgekürzt AFDD) bezeichnet. Im nordamerikanischen Raum, wo der sogenannte UL-Standard (Underwriters laboratories, Norm mit 110 V Netzspannung) vorherrscht, ist die Bezeichnung "Arc Fault Circuit Interrupter" (abgekürzt AFCI) geläufig. In den Vereinigten Staaten sind Lichtbogenschutzschalter sogar zwingend vorgeschrieben, um anhand vorbestimmter Kriterien zu erfassen, ob möglicherweise ein Lichtbogen in einem Stromkreis vorliegt. Die dort verwendeten Lichtbogenschutzschalter weisen hierzu einen eigenen Trennkontakt auf, der im Falle des Vorliegens eines Lichtbogens geöffnet wird. Die in diesen Lichtbogenschutzschaltern verwendeten Prinzipien sind beispielsweise in den US-Patentschriften US 5,729,145 sowie US 6,031,699 beschrieben. US2010/0073113 A1 offenbart eine Schaltmechanik für einen Brandschutzschalter gemäß der Präambel des Anspruchs 1. den meisten europäischen Ländern, welche den IEC-Standard (International Electrotechnical Commission, Norm mit einer Netzspannung von 230 V) verbindlich vorschreiben, sind Lichtbogenschutzschalter nicht zwingend erforderlich. Stromkreise in IEC-Technik werden bis dato zumeist mit Hilfe von Fehlerschutzstromschaltern sowie Leitungsschutzschaltern abgesichert. Ein Schutz vor Störlichtbögen ist mit den genannten Schutzschaltgeräten jedoch nicht realisierbar.
Um dennoch einen wirksamen Schutz vor Störlichtbögen zu realisieren, werden auch hierzulande vermehrt Schutzschalter gegen Störlichtbögen, sog. Brandschutzschalter, eingesetzt. Im Gegensatz zu den auf dem US-Markt erhältlichen Modellen verfügen diese Brandschutzschalter jedoch in der Regel über keine eigenen Trennkontakte, sondern werden zumeist als eigenständige Baugruppe, dem sogenannten AFD-Block, mit einer weiteren Schutzeinrichtung, beispielsweise einem Leitungsschutzschalter (sog. LS-Schalter) oder einem kombinierten Leitungsschutz-/Fehlerstromschutzschalter (sog. FI/LS-Schalter), kombiniert. Diese Kombination der beiden Geräte bildet dann das Schutzschaltgerät AFDD. In der Niederspannungs-Elektroinstallationstechnik werden derartige Schutzschaltgeräte - d.h. Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter oder Kombigeräte wie FI/LS oder AFDD - auch als "Reiheneinbaugeräte" bezeichnet. Dieser Begriff rührt daher, dass in einem Elektroinstallationsverteiler oftmals eine Vielzahl derartiger Reiheneinbaugeräte nebeneinander "in einer Reihe" angeordnet ist.
Bei der Kombination eines Brandschutzschalters mit dem weiteren Schutzschaltgerät ist zum Einen eine elektrische Verbindung der beiden Geräte erforderlich, um eine gemeinsame Einspeisung zu realisieren. Hierzu weist der Brandschutzschalter in der Regel bereits elektrische Verbindungsmittel auf, welche aus dem Gehäuse des Brandschutzschalters herausgeführt sind, um mit den Anschlussklemmen des weiteren Schutzschaltgerätes elektrisch leitend verbunden zu werden. Zum Anderen weist der Brandschutzschalter auch eine mechanische Kopplung mit dem weiteren Schutzschaltgerät auf, um ein auf Basis eines detektierten Fehlerstroms generiertes Auslösesignal von dem Brandschutzschalter an das weitere Schutzschaltgerät zu übertragen. Beim Auslösen des Brandschutzschalters wird das Auslösesignal folglich an das weitere Schutzschaltgerät - beispielsweise einem Leitungsschutzschalter oder einem kombinierten Leitungsschutz-/Fehlerstromschutzschalter - übertragen, welches dann durch Öffnen seiner Schaltkontakte eine Unterbrechung des zu überwachenden Stromkreises bewirkt.
Die Übertragung dieses Auslösesignals ist dabei in der Regel mechanisch realisiert: über eine mechanische Koppeleinrichtung des Brandschutzschalters wird eine Dreh- oder Linearbewegung auf ein mechanisches Element des weiteren Schutzschaltgerätes übertragen, wodurch dann die Auslösung einer Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes bewirkt wird. Infolge der Auslösung der Schaltmechanik werden die Trennkontakte des weiteren Schutzschaltgerätes geöffnet, wodurch die zu überwachende elektrische Leitung unterbrochen ist.
Hierbei ist jedoch zu beachten, dass für eine sichere Auslösung des weiteren Schutzschaltgerätes zum Einen ein vordefinierter Mindestwert für die Dreh- oder Linearbewegung der Koppeleinrichtung gefordert ist, um ein Auslösen der Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes sicher zu gewährleisten. Zum Anderen darf ein vordefinierter Maximalwert der Dreh- oder Linearbewegung nicht überschritten werden, um eine Beschädigung der Koppeleinrichtung oder der Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes zu vermeiden.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Auslösegenauigkeit der Schaltmechanik des Brandschutzschalters zu verbessern und damit die Auslösesicherheit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Schaltmechanik für einen Brandschutzschalter, durch den Brandschutzschalter zur Erfassung eines Störlichtbogens, welcher eine derartige Schaltmechanik aufweist, sowie durch das System, bestehend aus einem Brandschutzschalter und einen mit dem Brandschutzschalter gekoppelten Leitungsschutzschalter, gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Schaltmechanik für einen Brandschutzschalter zum Schalten eines mit dem Brandschutzschalter koppelbaren weiteren Schutzschaltgerätes weist eine Auslöseeinrichtung auf, welche ihrerseits eine Auslösespule sowie einen relativ dazu beweglich gelagerten Auslösestößel aufweist. Weiterhin weist die Schaltmechanik eine Koppeleinrichtung zum Koppeln des Brandschutzschalters an das weitere Schutzschaltgerät auf. Die Koppeleinrichtung weist ihrerseits ein Aktuatorelement sowie ein Steuerelement auf, wobei das Aktuatorelement eine erste Wirkverbindung mit dem Auslösestößel sowie eine zweite Wirkverbindung mit dem Steuerelement aufweist. Die Wirkverbindungen sind dabei derart ausgebildet, dass bei Auslösen des Brandschutzschalters mittels des Steuerelements eine Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes betätigbar ist. Dabei sind das Aktuatorelement und das Steuerelement derart miteinander gekoppelt, dass einerseits dass bei einer durch den Auslösestößel veranlassten Betätigung des Aktuatorelements das Steuerelement mitbetätigt wird, andererseits das Steuerelement aber auch unabhängig vom Aktuatorelement bewegbar ist.
Die erfindungsgemäße Schaltmechanik ist für den Einsatz in einem Brandschutzschalter vorgesehen, der - da er über keine eigenen Trennkontakte verfügt - mit einem weiteren Schutzschaltgerät, beispielsweise einem Leitungsschutzschalter oder einem kombinierten Leitungsschutz-/Fehlerstromschutzschalter, koppelbar ist. Auf diese Weise können die Trennkontakte des weiteren Schutzschaltgerätes genutzt werden, um im Falle eines Störlichtbogens die zu überwachende elektrischen Leitung zu unterbrechen. Wird ein Störlichtbogen detektiert, so wird die Auslösespule bestromt, wodurch der beweglich gelagerte Auslösestößel von seiner auslösebereiten Stellung in eine ausgelöste Stellung verbracht wird. Diese Bewegung des Auslösestößels wird dann auf das Aktuatorelement und weiter auf das Steuerelement übertragen. Auslösestößel, Aktuatorelement und Steuerelement bilden somit eine mechanische Wirkkette. Im gekoppelten Zustand des Brandschutzschalters mit dem weiteren Schutzschaltgerät ist das Steuerelement mit einer Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes mechanisch derart gekoppelt, dass durch die Bewegung des Steuerelements die Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes betätigbar ist. Eine durch die Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes verursachte Bewegung des Steuerelements - beispielsweise aufgrund einer Überlast-, Kurzschluss- oder Fehlerstromauslösung des weiteren Schutzschaltgerätes - ist hingegen ohne Rückwirkung auf das Aktuatorelement möglich, d.h. das Steuerelement ist - zumindest in einer ersten Richtung - unabhängig vom Aktuatorelement bewegbar.
Auf diese Weise ist eine - durch die Auslösung des Brandschutzschalters initiierte - Bewegung des Steuerelements in einem vordefinierten Bereich, d.h. zwischen einem vordefinieren Minimalbereich und einem vordefinieren Maximalbereich, einstellbar, ohne dass hierbei eine "von außen" initiierte Bewegung, beispielsweise durch die Schaltmechanik des gekoppelten weiteren Schutzschaltgerätes, berücksichtigt werden müsste. Somit wird zum Einen de Auslösegenauigkeit der Schaltmechanik - und damit des Brandschutzschalters - deutlich verbessert. Zum Anderen kann dadurch eine Beschädigung der Koppeleinrichtung oder der Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes vermeiden werden.
In einer vorteilhaften Weiterbindung der Schaltmechanik sind das Aktuatorelement und das Steuerelement um ihre jeweilige Drehachse drehbar gelagert.
Sowohl das Aktuatorelement als auch das Steuerelement sind um eine, ihnen jeweils zugeordnete Drehachse drehbar gelagert. Somit wird die Linearbewegung des Auslösestößels in eine Drehbewegung des Aktuatorelements bzw. des Steuerelements gewandelt, welche dann auf einfache Art und Weise an das gekoppelte, weitere Schutzschaltgerät übertragbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Schaltmechanik sind die Drehachse des Aktuatorelements und die Drehachse des Steuerelements konzentrisch angeordnet.
Aufgrund der konzentrischen Lagerung des Aktuatorelements sowie des Steuerelements ist eine äußerst platzsparende Anordnung der Koppeleinrichtung realisierbar. Unter dem Begriff der "konzentrischen Lagerung" ist dabei zu verstehen, dass die Drehachse des Aktuatorelements mit der Drehachse des Steuerelements identisch ist, d.h. beide Elemente sind um die gleiche Achse drehbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Schaltmechanik wirkt ein Wirkbereich des Auslösestößels mit einer Wirkkontur des Aktuatorelements unter Ausbildung eines Kontaktpunktes zusammen. Der Wirkbereich ist dabei als plane Fläche ausgebildet, wohingegen die Wirkkontur derart ballig ausgebildet ist, dass der Kontaktpunkt bei jeder Winkelstellung des Aktuatorelements denselben Abstand zur Drehachse aufweist.
Der Wirkbereich des Auslösestößels, welcher mit der Wirkkontur des Aktuatorelements unter Ausbildung eines Kontaktpunktes zusammenwirkt, ist an der Stirnseite des Stößels als plane, ebene Fläche ausgebildet. Die Flächennormale des Wirkbereichs ist dabei im Wesentlichen parallel zu einer Bewegungsrichtung des Auslösestößels orientiert. Durch eine entsprechende gerundete, ballige Gestaltung der Wirkkontur wird erreicht, dass der Kontaktpunkt, d.h. der Berührungspunkt des Auslösestößels mit dem Aktuatorelement, stets, d.h. bei jeder Winkelstellung des Aktuatorelements, denselben Abstand zur Drehachse des Aktuatorelements aufweist. Hierdurch ist es möglich, eine gleichmäßige Linearbewegung des Auslösestößels in eine ebenso gleichmäßige Drehbewegung des Aktuatorelements umzuwandeln. Dies wäre bei einer balligen Ausführung des Wirkbereichs des Auslösestößels, welcher mit einer flach ausgebildeten Wirkkontur des Aktuatorelements zusammenwirkt, nicht möglich, da in diesem Fall der Abstand des Kontaktpunktes zu Drehachse nicht konstant bliebe, sondern mit zunehmendem Drehwinkel zur Drehachse hin wandern würde. Auf diese Weise ist ein vordefinierter Drehwinkelbereich des Aktuatorelements - und damit ein vordefinierter Drehwinkelbereich des Steuerelements - in allen Toleranzlagen sicher einstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Schaltmechanik ist ein Drehwinkelbereich des Aktuatorelements in einer ersten Richtung durch einen mechanischen ersten Anschlag begrenzt.
Durch den mechanischen Anschlag ist in der ersten Richtung ein Maximalwert der Drehwinkelbereichs des Aktuatorelements auf einfache Art und Weise realisiert. Damit wird auch ein auslösungsbedingter - d.h. durch ein Auslösung des Brandschutzschalters initiierter - Drehwinkel des Steuerelements auf vordefinierte Art und Weise begrenzt, wodurch ein Überdrehen, und damit eine mögliche Beschädigung, des Steuerelements im Falle einer Auslösung aufgrund eines detektierten Störlichtbogens wirksam vermieden wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Schaltmechanik ist der Drehwinkelbereich in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung durch einen mechanischen zweiten Anschlag begrenzt.
Auf diese Weise wird der Drehwinkelbereich des Aktuatorelements auch in der zur ersten Richtung entgegengesetzt orientierten, zweiten Richtung auf einfache Art und Weise begrenzt. Damit ist sichergestellt, dass sich das Aktuatorelement im auslösebereiten Zustand des Brandschutzschalters stets an derselben, vordefinierten Position befindet. Die Auslösegenauigkeit der Schaltmechanik wird dadurch weiter verbessert.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Schaltmechanik ist eine Drehung des Steuerelements in der ersten Richtung über den ersten Anschlag hinaus möglich.
Wird aufgrund einer Auslösung des mit dem Brandschutzschalter gekoppelten weiteren Schutzschaltgerätes, bei der über die Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes eine Drehbewegung an das gekoppelte Steuerelement des Brandschutzschalters übertragen wird, ein größerer Drehwinkel benötigt, so ist dieser an das - über den ersten Anschlag hinaus frei bewegliche - Steuerelement rückwirkungsfrei übertragbar. Dies bedeutet, dass das Steuerelement "von außen" über den ersten Anschlag hinaus bewegbar ist, ohne dass damit eine entsprechende Bewegung des Aktuatorelements über den ersten Anschlag hinaus verbunden ist. Das Steuerelement ist somit in der ersten Richtung über den ersten Anschlag hinaus frei bewegbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung weist die Schaltmechanik ein Federelement auf, welches das Steuerelement in seine Ausgangslage zurückdrängt.
Mit Hilfe des Federelements, welches in der zweiten Richtung wirkt, kann das Steuerelement nach einer Bewegung in der ersten Richtung, beispielsweise aufgrund einer Auslösung des Brandschutzschalters, wieder in seine Ausgangslage, d.h. in seinen auslösebereiten Zustand, zurückgesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Schaltmechanik weist das Steuerelement einen Mitnehmer auf, welcher bei der Bewegung des Steuerelements in seine Ausgangslage das Aktuatorelement mitbewegt.
Mit Hilfe des am Steuerelement ausgebildeten Mitnehmers wird auch das Aktuatorelement wieder in seinen auslösebereiten Zustand zurückgesetzt. Durch diese Kopplung der Rückstellbewegungen des Steuerelements und des Aktuatorelements kann auf eine eigene Rückstellfeder für das Aktuatorelement verzichtet werden.
Der erfindungsgemäße Brandschutzschalter zur Erfassung eines Störlichtbogens weist ein Gehäuse auf, welches seinerseits eine Frontseite, eine der Frontseite gegenüberliegende Befestigungsseite, sowie die Frontseite und die Befestigungsseite verbindende Verbindungsseiten aufweist. Weiterhin weist der Brandschutzschalter eine Schaltmechanik der vorstehend beschriebenen Art auf, welche in dem Gehäuse angeordnet ist und zum Schalten eines mit dem Brandschutzschalter koppelbaren weiteren Schutzschaltgerätes vorgesehen ist, wobei eine Koppeleinrichtung der Schaltmechanik des Brandschutzschalters in einer der Verbindungsseiten des Gehäuses drehbar gelagert ist.
Die Lagerung der Koppeleinrichtung in derjenigen Verbindungsseite, welche benachbart zu dem zu koppelnden weiteren Schutzschaltgerät angeordneten ist, ermöglicht es, bei Auslösen des Brandschutzschalters über das Steuerelement der Koppeleinrichtung eine Schaltmechanik des mit dem Brandschutzschalter gekoppelten weiteren Schutzschaltgerätes zu betätigen, um über die dort angeordneten Trennkontakte eine Unterbrechung der zu überwachenden elektrischen Leitung zu veranlassen. Hinsichtlich der weiteren Vorteile des erfindungsgemäßen Brandschutzschalters wird auf die vorstehenden Ausführungen zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Schaltmechanik verwiesen.
In einer vorteilhaften Weiterbindung des Brandschutzschalters sind der mechanische erste Anschlag und/oder der mechanische zweite Anschlag der Schaltmechanik als Anformung an das Gehäuse ausgebildet.
Die Ausgestaltung des mechanischen ersten und/oder zweiten Anschlags als Gehäuseanformung stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur konstruktiven Ausgestaltung der Anschläge dar.
Das erfindungsgemäße System weist einen Brandschutzschalter der vorstehend beschriebenen Art sowie einen mit dem Brandschutzschalter gekoppeltes weiteres Schutzschaltgerät auf. Die Kopplung des Brandschutzschalters mit dem weiteren Schutzschaltgerät ist dabei durch ein formschlüssiges Eingreifen des Steuerelements in ein beweglich gelagertes Aufnahmeelement des Leitungsschutzschalters realisiert, so dass bei Auslösen des Brandschutzschalters durch Betätigen der Aufnahme eine mit der Aufnahme gekoppelte Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes betätigt wird.
Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Systems wird auf die vorstehenden Ausführungen zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Schaltmechanik sowie des erfindungsgemäßen Brandschutzschalters verwiesen.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Schaltmechanik, des Brandschutzschalters sowie des Systems, bestehend aus einem Brandschutzschalter und einen mit dem Brandschutzschalter gekoppelten Leitungsschutzschalter, unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:

Figuren 1A und 1B: schematische Darstellungen des Systems aus Brandschutzschalter und weiterem Schutzschaltgerät in verschiedenen Montagezuständen;
Figuren 2A und 2B: schematische Darstellungen der Schaltmechanik des Brandschutzschalters in verschiedenen Ansichten;
Figur 3: eine schematische Detaildarstellung des Zusammenwirkens des Auslösestößels mit dem Aktuatorelement;
Figuren 4A und 4B: schematische Darstellungen der Koppeleinrichtung der Schaltmechanik in verschiedenen Montagezuständen.

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.
In den Figuren 1A und 1B ist das System aus Brandschutzschalter 1 und weiterem Schutzschaltgerät 100 in verschiedenen Montagezuständen schematisch dargestellt. Figur 1A zeigt hierbei das vollständig montierte System, bei dem der Brandschutzschalter 1 an ein weiteres Schutzschaltgerät 100, welches beispielsweise als Leitungsschutzschalter oder als kombinierter Leitungsschutz-Fehlerstromschutzschalter ausgebildet sein kann, gekoppelt ist.
Figur 1B zeigt schematisch die beiden Schutzschaltgeräte 1 und 100 in perspektivischer Darstellung vor der abschließenden Montage bzw. Kopplung. Der Brandschutzschalter 1 weist dabei ein Gehäuse 2 auf, welches seinerseits eine Frontseite 3, ein der Frontseite 3 gegenüberliegend Befestigungsseite 4, sowie die Front- und die Befestigungsseite 3 und 4 verbindende Verbindungsseiten 5 aufweist. Das weitere Schutzschaltgerät 100 weist ebenfalls ein Gehäuse 102 auf, welches seinerseits eine Frontseite 103, ein der Frontseite 103 gegenüberliegend Befestigungsseite 104, sowie die Front- und die Befestigungsseite 103 und 104 verbindende Verbindungsseiten 105 aufweist. Zur manuellen Betätigung weist das weitere Schutzschaltgerät 100 ein Betätigungselement 106 auf, welches an der Frontseite 103 des Gehäuses 102 des weiteren Schutzschaltgerätes 100 angeordnet ist.
Der Brandschutzschalter 1 weist ferner ein Steuerelement 22 auf, welches in der dem weiteren Schutzschaltgerät 100 zugewandten Verbindungsseite 5 des Brandschutzschalters 1 drehbar gelagert ist. Das Steuerelement 22 korrespondiert dabei hinsichtlich seiner Lage mit einem Aufnahmeelement 107, welches in der dem Brandschutzschalter 1 zugewandten Verbindungsseite 105 des weiteren Schutzschaltgerätes 100 ebenfalls drehbar gelagert ist. In dem in Figur 1A dargestellten gekoppelten Zustand der beiden Geräte greift das Steuerelement 22 des Brandschutzschalters 1 formschlüssig in das Aufnahmeelement 107 des weiteren Schutzschaltgerätes 100 ein, um bei einer Auslösung des Brandschutzschalters 1 ein mechanisches Auslösesignal an eine Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes 100 zu übertragen.
In den Figuren 2A und 2B ist die Schaltmechanik des Brandschutzschalters 1 in unterschiedlichen Ansichten schematisch dargestellt. Die Schaltmechanik ist in dem Gehäuse 2 des Brandschutzschalters 1 aufgenommen und gehaltert und weist eine Auslöseeinrichtung 10 auf, welche ihrerseits eine Auslösespule 11 sowie einen relativ dazu beweglich gelagerten Auslösestößel 12 aufweist. Wird die Auslösespule 11 bestromt, beispielsweise aufgrund eines von dem Brandschutzschalter 1 detektierten Störlichtbogens, wird ein Magnetfeld erzeugt, welches den Auslösestößel 12 von der in den Figuren 2A und 2B dargestellten auslösebereiten Stellung in eine ausgelöste Stellung gegen ein Aktuatorelement 21 zieht. Das Aktuatorelement 21 ist Teil einer Koppeleinrichtung 20 (siehe Figuren 4A und 4B), welche zum Koppeln des Brandschutzschalters 1 an das weitere Schutzschaltgerät 100 dient. Das Aktuatorelement 21 bildet zusammen mit dem Steuerelement 22 und dem Federelement 25 die Koppeleinrichtung 20. Das Aktuatorelement 21 und das Steuerelement 22 sind in einer Verbindungsseite 5 des Gehäuses 2 koaxial bzw. konzentrisch gelagert und weisen somit eine gemeinsame Drehachse 24 auf.
Das Aktuatorelement 21 weist eine erste Wirkverbindung mit dem Auslösestößel 12, sowie eine zweite Wirkverbindung mit dem Steuerelement 22 auf. Diese Wirkverbindungen sind derart ausgebildet, dass bei einer Auslösung des Brandschutzschalters 1 - beispielsweise aufgrund eines detektierten Störlichtbogens - der Auslösestößel 12 nach links gegen das Aktuatorelement 21 gedrückt wird, wodurch das Aktuatorelement 21 im Uhrzeigersinn um seine Drehachse 24 gedreht wird. Diese Drehung des Aktuatorelements 21 wird durch einen mechanischen ersten Anschlag 6, welcher an die Verbindungsseite 5 des Gehäuses 2 angeformt ist, begrenzt. Über einen Mitnehmer 26, welcher außermittig an dem Steuerelement 22 angeformt ist, wird die Drehbewegung des Aktuatorelements 21 an das Steuerelement 22 übertragen, welches ebenfalls um die Drehachse 24 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Aktuatorelement 21 und Steuerelement 22 sind somit derart miteinander gekoppelt, dass bei einer durch den Auslösestößel 12 veranlassten Betätigung des Aktuatorelements 21 das Steuerelement 22 mit diesem mitbetätigt wird.
Durch den ersten mechanischen Anschlag 6 wird jedoch nur der Drehwinkelbereich des Aktuatorelements 21, nicht aber der des Steuerelements 22 begrenzt. Dies hat zur Folge, dass das Steuerelement 22 über den Anschlag 6 hinaus unabhängig vom Aktuatorelement 21 drehbar ist. Dies ist von Bedeutung, wenn das Steuerelement 21 von außen - beispielsweise über das Aufnahmeelement 107 des weiteren Schutzschaltgerätes 100 (siehe Figur 1B) zu einer Drehung veranlasst wird, deren Drehwinkelbereich den des Aktuatorelements übersteigt. Auf diese Weise können Beschädigungen am Aufnahmeelement 107, am Steuerelement 22 oder am Aktuatorelement 21 durch die mechanische Trennung von Steuerelement 22 und Aktuatorelement 21 vermieden werden. Gleichzeitig ist im Auslösefall des Brandschutzschalters der maximale Drehwinkel durch den ersten mechanischen Anschlag 6 vorgegeben. Der Drehwinkelbereich des Steuerelements 22 ist damit bei einer durch eine Auslösung des Brandschutzschalters 1 initiierten Bewegung des Aktuatorelements 21 auf den maximalen Drehwinkel des Aktuatorelements 21 begrenzt.
Figur 3 zeigt schematisch eine Detaildarstellung des Zusammenwirkens des Auslösestößels 12 mit dem Aktuatorelement 21. An seiner - zum Aktuatorelement 21 hin orientierten - Stirnseite weist der Auslösestößel 12 einen Wirkbereich 13 auf, welcher als plane, ebene Fläche ausgebildet ist. Hierzu korrespondierend weist das Aktuatorelement 21 eine Wirkkontur 23 auf, welche ballig (mit annähernd halbkreisförmigem Querschnitt) ausgebildet ist. Wird der Auslösestößel 12 im Falle einer Auslösung des Brandschutzschalters 1 durch Bestromen der Auslösespule 11 von seiner auslösebereiten Stellung nach links in seine ausgelöste Stellung verbracht, so bildet der Wirkbereich 13 des Auslösestößels 12 mit der Wirkkontur 23 des Aktuatorelements 21 einen Kontaktpunkt. Bei Drehung des Aktuatorelements 21 um die Drehachse 24 wandert dieser Kontaktpunkt zwar auf der Wirkkontur 23 des Aktuatorelements 21 in radialer Richtung umher. Der Abstand des Kontaktpunktes zur Drehachse 24 bleibt dabei jedoch aufgrund der balligen Formgebung der Wirkkontur 23 bei jeder Winkelstellung des Aktuatorelements 21 stets derselbe. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine gleichmäßige Linearbewegung des Auslösestößels 12 in eine gleichmäßige Drehbewegung des Aktuatorelements 21 überführt wird.
Um das Aktuatorelement 21 in seine vordefinierte, auslösebereite Stellung zurückzuführen, weist die Schaltmechanik des Brandschutzschalters 1 einen mechanischen zweiten Anschlag 7 auf, welcher - ebenso wie der mechanische erste Anschlag 6 - als Anformung an das Gehäuse 2 des Brandschutzschalters 1 ausgebildet ist. Durch den mechanischen ersten Anschlag 6 und den mechanischen zweiten Anschlag7 sind der Maximalwert sowie der Minimalwert des Drehwinkelbereichs des Aktuatorelements 21 eindeutig festgelegt.
Zum Zurückstellen des Steuerelements 22 in seine - in den Figuren 2A und 2B dargestellte, auslösebereite Stellung - weist die Koppeleinrichtung 20 ein Federelement 25 auf, welches für die Rückstellung benötigte Federkraft aufbringt. Das Federelement 25 ist vorliegend als Drehfeder ausgebildet (siehe auch Figuren 4A und 4B). Sie weist ein erstes Ende 25-1 auf, welches sich an einem als Ausformung im Gehäuse 2 ausgebildeten Einhängezapfen 8 abstützt. Ein zweites Ende 25-2 des Federelements 25 ist an dem - ebenfalls als Zapfen ausgebildeten - Mitnehmer 26 des Steuerelements 22 eingehängt. Wird das Federelement 25 gegen den Uhrzeigersinn aufgezogen, so wirkt eine dadurch erzeugte Federkraft auf den Mitnehmer 26, wodurch das Steuerelement 22 im Gegenuhrzeigersinn in Richtung seiner auslösebereiten Stellung gedrängt wird. Über den Mitnehmer 26 wird dabei auch das Aktuatorelement 21 im Gegenuhrzeigersinn wieder in seine auslösebereite Stellung zurückgestellt.
In den Figuren 4A und 4B ist die Koppeleinrichtung 20 der Schaltmechanik in verschiedenen Montagezuständen schematisch dargestellt. Figur 4A zeigt die Koppeleinrichtung 20 in montierter Ausführung, während in Figur 4B eine hierzu korrespondierende Explosionsdarstellung der Koppeleinrichtung 20 schematisch dargestellt ist. Die Koppeleinrichtung 20 besteht im Wesentlichen aus dem Aktuatorelement 21, dem Steuerelement 22 sowie dem Federelement 25. Im Rahmen der Montage der Koppeleinrichtung 20 werden das Aktuatorelement 21 und das Steuerelement 22 konzentrisch ineinander gesteckt, so dass beide Teile dieselbe Drehachse 24 aufweisen. Zwischen dem Aktuatorelement 21 und dem Steuerelement 22 wird vor dem Ineinanderstecken das Federelement 25 montiert, wobei das zweite Ende 25.2 an dem Mitnehmer 26 eingehängt wird.

Bezugszeichenliste:

1: Brandschutzschalter
2: Gehäuse
3: Frontseite
4: Befestigungsseite
5: Verbindungsseite
6: erster Anschlag
7: zweiter Anschlag
8: Einhängezapfen

10: Auslöseeinrichtung
11: Auslösespule
12: Auslösestößel
13: Wirkbereich

20: Koppeleinrichtung
21: Aktuatorelement
22: Steuerelement
23: Wirkkontur
24: Drehachse
25: Federelement
25-1: erstes Ende
25-2: zweites Ende
26: Mitnehmer

100: weiteres Schutzschaltgerät
102: Gehäuse
103: Frontseite
104: Befestigungsseite
105: Verbindungsseite
106: Betätigungselement
107: Aufnahmeelement

Claims

Schaltmechanik für einen Brandschutzschalter (1) zum Schalten eines mit dem Brandschutzschalter (1) koppelbaren weiteren Schutzschaltgerätes (100), mit
- einer Auslöseeinrichtung (10), welche eine Auslösespule (11) sowie einen relativ dazu beweglich gelagerten Auslösestößel (12) aufweist,

- einer Koppeleinrichtung (20) zum Koppeln an das weitere Schutzschaltgerät (100), welche ein Aktuatorelement (21) sowie ein Steuerelement (22) aufweist,

- wobei das Aktuatorelement (21) eine erste Wirkverbindung mit dem Auslösestößel (12) sowie eine zweite Wirkverbindung mit dem Steuerelement (22) aufweist, derart, dass beim Auslösen des Brandschutzschalters (1) mittels des Steuerelements (22) eine Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes (100) betätigbar ist,
wobei das Aktuatorelement (21) und das Steuerelement (22) derart miteinander gekoppelt sind,
- dass bei einer durch den Auslösestößel (12) veranlassten Betätigung des Aktuatorelements (21) das Steuerelement (22) mitbetätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (22) auch unabhängig vom Aktuatorelement (21) bewegbar ist.
Schaltmechanik nach Anspruch 1,
wobei das Aktuatorelement (21) und das Steuerelement (22) um ihre jeweilige Drehachse (24) drehbar gelagert sind.
Schaltmechanik nach Anspruch 2,
wobei die Drehachse (24) des Aktuatorelements (21) und die Drehachse (24) des Steuerelements (22) konzentrisch angeordnet sind.
Schaltmechanik nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
- bei dem ein Wirkbereich (13) des Auslösestößels (11) mit einer Wirkkontur des (23) Aktuatorelements (21) unter Ausbildung eines Kontaktpunktes zusammenwirkt,

- wobei der Wirkbereich (13) als plane Fläche ausgebildet ist,

- wobei die Wirkkontur (23) derart ballig ausgebildet ist, so dass der Kontaktpunkt bei jeder Winkelstellung des Aktuatorelements (21) denselben Abstand zur Drehachse (24) aufweist.
Schaltmechanik nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei ein Drehwinkelbereich des Aktuatorelements (21) in einer ersten Richtung durch einen mechanischen ersten Anschlag (6) begrenzt ist.
Schaltmechanik nach Anspruch 5,
wobei der Drehwinkelbereich in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung durch einen mechanischen zweiten Anschlag (7) begrenzt ist.
Schaltmechanik nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
wobei eine Drehung des Steuerelements (22) in der ersten Richtung über den ersten Anschlag (6) hinaus möglich ist.
Schaltmechanik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Federelement (25), welches das Steuerelement (22) in seine Ausgangslage zurückdrängt.
Schaltmechanik nach Anspruch 8,
wobei das Steuerelement (22) einen Mitnehmer (26) aufweist, welcher bei der Bewegung des Steuerelements (22) in seine Ausgangslage das Aktuatorelement (21) mitbewegt.
Brandschutzschalter (1) zur Erfassung eines Störlichtbogens,
- mit einem Gehäuse (2), welches eine Frontseite (3), eine der Frontseite (3) gegenüberliegende Befestigungsseite (4), sowie die Frontseite (3) und die Befestigungsseite (4) verbindende Verbindungsseiten (5) aufweist,

- mit einer Schaltmechanik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche in dem Gehäuse (2) angeordnet und zum Schalten eines mit dem Brandschutzschalter (1) koppelbaren weiteren Schutzschaltgerätes (100) vorgesehen ist,

- wobei eine Koppeleinrichtung (20) der Schaltmechanik in einer der Verbindungsseiten (5) des Gehäuses (2) drehbar gelagert ist.
Brandschutzschalter (1) nach Anspruch 10,
wobei der mechanische erste Anschlag (6) und/oder der mechanische zweite Anschlag (7) der Schaltmechanik als Anformung an das Gehäuse (2) ausgebildet sind.
System, aufweisend einen Brandschutzschalter (1) sowie ein mit dem Brandschutzschalter (1) gekoppeltes weiteres Schutzschaltgerät (100),
- wobei der Brandschutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 ausgebildet ist,

- wobei die Kopplung des Brandschutzschalters (1) mit dem weiteren Schutzschaltgerät (100) durch ein formschlüssiges Eingreifen des Steuerelements (22) in ein beweglich gelagertes Aufnahmeelement (107) des weiteren Schutzschaltgerätes (100) realisiert ist,

- so dass bei einem Auslösen des Brandschutzschalters (1) durch Betätigen des Aufnahmeelements (107) eine mit dem Aufnahmeelement (107) gekoppelte Schaltmechanik des weiteren Schutzschaltgerätes (100) betätigt wird.