EP4528781A1 - Coupling element, resetting arrangement and rcbo comprising a coupling element and resetting arrangement - Google Patents
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- EP4528781A1 EP4528781A1 EP24196354.5A EP24196354A EP4528781A1 EP 4528781 A1 EP4528781 A1 EP 4528781A1 EP 24196354 A EP24196354 A EP 24196354A EP 4528781 A1 EP4528781 A1 EP 4528781A1
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- H01H73/48—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism having both electrothermal and electromagnetic automatic release
- H01H73/50—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism having both electrothermal and electromagnetic automatic release reset by lever
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- H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
- H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition
- H01H83/22—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition the other condition being imbalance of two or more currents or voltages
Definitions
- the invention relates to a coupling element, a reset device for a protective switching device, in particular for a multi-pole protective switching device, in particular a combined circuit breaker and residual current device, i.e. an FI/LS combination device (RCBO), as well as to an FI/LS combination device (RCBO) with a coupling element and a reset device.
- a coupling element for a protective switching device, in particular for a multi-pole protective switching device, in particular a combined circuit breaker and residual current device, i.e. an FI/LS combination device (RCBO), as well as to an FI/LS combination device (RCBO) with a coupling element and a reset device.
- a coupling element for a protective switching device, in particular for a multi-pole protective switching device, in particular a combined circuit breaker and residual current device, i.e. an FI/LS combination device (RCBO), as well as to an FI/LS combination device (RCBO) with a coupling element and a reset device.
- Protective switching devices are used to protect against overcurrent (circuit breakers) and fault currents (residual current circuit breakers) in low-voltage networks. As is well known, these devices have at least one pair of contacts designed to open and close an electrical current path, with each contact pair having at least one moving and one fixed contact. If a fault occurs in the low-voltage network, the two contacts of a contact pair of the protective switching device are separated from each other, so that an electrical current flow in a current path assigned to the contact pair is interrupted. If the power supply is to be restored, the contacts must then be closed after the fault has been rectified. During the closing process, mechanical energy is stored in the device, for example in a spring, which is used to separate the contacts the next time it is triggered. As a result, switching the device back on requires a correspondingly high level of force.
- Both devices are characterized by a large number of moving parts, some of which have complex geometries. This results in unnecessary space consumption. In the closed, non-triggered state, an unnecessarily large number of parts are under mechanical stress. In the long term, this reduces their service life.
- Multi-pole protective switching devices are also known.
- Multi-pole protective switching devices can also be designed as residual current devices (RCDs).
- RCDs residual current devices
- the use of an RCD covers a total of three fault scenarios, whereby the RCD has three tripping mechanisms for this purpose:
- the so-called magnetic instantaneous trip also called an electromagnetic short-circuit current release
- the immediate shutdown is achieved in a relatively short period of time in order to best protect the components inside the protective switching device, as well as connected cables and electrical devices.
- thermal tripping occurs.
- a bimetal is heated by its own ohmic resistance in such a way that heated and thus deformed, causing a shutdown.
- an immediate shutdown occurs due to the presence of a fault current.
- the EP4064314 An indicator element that displays a different reading depending on which mechanism has been triggered.
- This indicator element has lateral springs that support a locking lug that engages in the protective device housing. Each time the indicator element moves, a resistance must be overcome, which reduces the service life of the locking lugs and the associated springs.
- Multi-pole circuit breakers are also characterized by the fact that they contain two or more contact pairs. Each pole is assigned an electrical current path, with a contact pair provided to interrupt the electrical current in this current path. These poles are often separated from each other by housing elements and can be arranged in different modules. Above certain current levels, arcs occur at the opening and closing contacts of the contact pair. These arcs must be controlled to prevent damage to the contacts or other surrounding components and to enable safe separation of the contacts. Conventionally, either a splitter stack is used for each contact pair to control the spread of the arcs, or a coupled mechanism with a transmission mechanism is used so that one of the contact pairs always opens or closes first. If only one contact pair opens initially, a splitter stack is required at that location for the reasons mentioned above. By eliminating a splitter stack, resources are not only conserved, but space is also saved, allowing switchgear to be designed smaller or to accommodate other useful components.
- DE 102023104113 A common switch lock is used to switch two contact pairs.
- DE102023104113 uses a complex arrangement of several moving parts and is therefore unnecessarily complicated and space-intensive.
- the invention is based on the object of providing a protective switching device in which the above-mentioned problems are solved.
- a movable coupling element between the housing elements ensures a staggered electrical contact separation in the event of a trip.
- a temporal offset between the two opening times of the electrical contacts is advantageously created.
- the arrangement of the coupling element between the two housing elements results in a modular structure, meaning that the housing elements can be easily mounted separately and then joined together with the coupling element between them.
- Fig. 1 The invention shows an RCD/MCB combination device, with an MCB module located on the left side of the image, and an RCD module located on the right side. It is, of course, also possible to position the RCD module to the right of the RCD module.
- the miniature circuit breaker has a knob 11, which is used to switch both modules of the combination device on and off.
- both the miniature circuit breaker module LS and the residual current device module FI and thus both modules, to have a knob 11 each.
- the residual current device module FI has a button for triggering a test 21.
- two display windows 38 in the housing 31 are shown in the housing 31. A display element 15 becomes visible through each of these windows when the device is tripped.
- the residual current device module FI has a release 1 and at least one contact pair consisting of a fixed contact 5 and a moving contact 4. Furthermore, a reset device is generally provided which resets the release after it has been triggered for the next use.
- the reset device consists of release lever 3, reset lever 6, toggle 11, a release mechanism with a pawl 17, reset joint 9, and the Figure 3 coupling element 20 (not shown).
- the release 1 is a residual current release, also referred to as a trip relay, which is known from conventional residual current circuit breakers.
- the reset device according to the invention can also be used in conjunction with other releases, as long as they have a tripping plunger 2.
- the reset device can also be used in other protective switching devices and is not limited to use in a residual current circuit breaker.
- the release 1 In the event of a fault, i.e., when an impermissibly high fault current is present, the release 1 is triggered. This causes the release plunger 2 to extend and actuate a release mechanism, as described below. As in Figure 4A As shown, the trigger plunger 2 contacts the trigger lever 3, This rotates clockwise around the axis 13, which is a common axis of rotation of the release lever 3, the locking lever 29 and the movable contact 4, whereby the locking lug 19 moves out of the Figure 2 shown latch with the reset lever 6.
- the reset lever 6 subsequently rotates counterclockwise around its axis of rotation 14 under the action of the return spring 8 until it comes into contact with the movable contact 4.
- an indicator element lever 33 arranged on the reset lever 6 presses against the indicator element 15 from below.
- a driver 18 attached to the reset lever 6 acts on a coupling element 20.
- the coupling element 20 directly or indirectly transmits the movement of the reset lever 6 via the web 22 of the locking lever 29 of the movable contact 4 to the locking pawl 17, whereby the movable contact 4, driven by the switching spring 7, rotates clockwise around the axis of rotation 13 and separates from the fixed contact 5.
- the movable contact 4 comes into contact with one end of the return joint 9 and takes this along with it in the movement.
- the return joint 9 is rotated clockwise around its rotation axis 10. After only a short rotation, the other end of the return joint comes into contact with the release lever 3 and pushes it back counterclockwise until the rest position is slightly exceeded.
- the release lever 3 then acts on the release plunger 2, which is pushed back to its rest position.
- the forces acting in this case lead to an elastic deformation of the return joint 9 and place tension on the release lever 3.
- the return joint 9 thus also serves as an energy storage device for the energy released during release. This situation is in Figure 4A shown.
- the knob 11 is rotated in a known manner by the free release about its rotation axis 12 from the “on” position to the “released” position, as in Figure 4B shown.
- a display element 15 is displaced during the movement sequence in such a way that it indicates that the triggering has taken place.
- the pawl 17 of the release mechanism must finally be returned to the engaged position using the toggle 11 in a known manner.
- the movable contact 4 is also closed again using the toggle in a known manner.
- the force applied to the toggle is at least partially stored in the switching spring 7.
- the rotation of the toggle causes the detent 19 of the release lever 3 to re-engage in the reset lever 6.
- part of the energy released by the release is stored in the return spring 8 by the detent 19 being set between the release lever 3 and the reset lever 6.
- the energy stored in the return joint 9 supports the resetting process, so that less force has to be applied to the toggle 11.
- Figure 5 shows a representation of the preferred embodiment of the return joint 9.
- the return joint 9 is S-shaped in plan view.
- the widened ends ensure sufficient force transmission from the movable contact 4 or to the release lever 3.
- the thinned central section enables the return joint 9 to mesh with the movable contact 4.
- the elastic deformation of the return joint that occurs during the release process also compensates for dimensional deviations of the components involved.
- one module contains a miniature circuit breaker
- the second module contains a residual current device.
- the miniature circuit breaker which is located in Fig. 6 shown, usually includes a switching knob 11, a release mechanism with a locking pawl 17, a thermal release 24, an electromagnetic short-circuit current release 25 and a spark extinguishing chamber 23.
- a fixed contact 34 and a movable contact 35 are arranged in this module for the electrical current flow and its separation.
- the residual current device contains a summation current transformer 16, a residual current release 1, and the reset device described above. Furthermore, a release mechanism for releasing the latching mechanism is located in this module, comprising the components locking lever 30, locking pawl 17, wire bracket 47, and optionally a toggle 11. Both modules each have one pole and are connected to each other via the coupling element 20 mentioned above, which ensures coordinated tripping of both poles.
- the position of the coupling element 20 in the RCD/MCB combination device is shown in Figure 8B shown.
- a summation current transformer 16 of the residual current device measures a signal and triggers the release 1 by means of a control signal.
- This extends the release plunger 2 and activates a release mechanism, as described below.
- the release plunger 2 contacts the release lever 3, which rotates clockwise around the axis 13, which is a common axis of rotation of the release lever 3, the locking lever 29, and the movable contact 4, whereby the locking lug 19 moves out of the Figure 4
- the reset lever 6 subsequently rotates counterclockwise around its rotational axis 14 under the action of the return spring 8 until it comes into contact with the movable contact 4.
- an indicator lever 33 arranged on the reset lever 6 presses against the indicator element 15 from below.
- a driver 18 attached to the reset lever 6 acts on the coupling element 20, as shown in Figure 8A shown.
- the coupling element 20 transmits the movement of the reset lever 6 to the web 32 of the locking lever 30 of the movable contact 34 of the LS module, causing the movable contact 34 in the LS module to open.
- the web 32 of the locking lever 30 of the movable contact sits in a recess 27 of the coupling element 20. As soon as the inner wall of the recess 27 touches the web 32 of the locking lever 30, the movement is transmitted to the web 32.
- the coupling element 20 stops.
- the movable contact 34 of the LS module opens.
- the circuit breaker module trips and activates a tripping mechanism as described below.
- the thermal The release 24 or the electromagnetic short-circuit current release 25 acts directly or indirectly on the coupling element 20 via the web 32 of the locking lever 30 of the movable contact 34.
- the coupling element 20 transfers the movement of the respective triggering element to the locking pawl 17 of the trip-free mechanism of the circuit breaker module, causing the movable contact 34 in the circuit breaker module to open.
- the locking pawl 17 rotates counterclockwise, with a bulge 36 pressing against the indicator element from below. The further functioning of the indicator element 15 will be described later.
- the coupling element 20 subsequently also touches the inner wall of the cavity 26 of the residual current device module, the web 22 of the locking lever 29 of the corresponding contact 4 of the residual current device module, and the movable contact 4 is also opened.
- the electrical pole in the circuit breaker module opens first, eliminating the need for a spark-extinguishing chamber on the RCD module side.
- the delay between the opening of the electrical pole in the circuit breaker module and the opening of the electrical pole in the RCD module can be adjusted via the precise dimensions of the recesses in the coupling element 20 and the drivers 22 and 32.
- the delay is preferably between 1 and 5 ms, particularly preferably 2 ms.
- the coupling element 20 is in Fig. 7 It is approximately trapezoidal in shape and has offset triggering sections on both sides. Fig. 7 These sections are designed as recesses 26, 27, into which components of the tripping mechanism, in this case the webs 22, 32, engage. For space-saving installation in the RCD/MCB combination device, the coupling element 20 is thinned at both ends.
- the coupling element 20 has a circular opening 28, which serves both to attach the coupling element 20 to the housing and to act as a pivot bearing.
- the coupling element 20 rotates around the common rotation axis 13 of the movable contacts 4, 34 and the tripping lever 3.
- the coupling element 20 is preferably a molded part.
- the coupling element 20 is preferably made of plastic, in particular of high-strength plastic.
- Fig. 9A shows a top view of the display element 15.
- Fig. 9B a side view of the display element 15 is shown.
- a display surface 41 On the top side of the display element 15 is a display surface 41, which is visible through the window 38 in the housing 31 after triggering.
- the display element 15 is installed in the housing in such a way that it is anchored by an anchor 45 on both sides in an anchor 44 on the housing. At its opposite end, the display element 15 rests with its toggle-side edge 37 on a two-step step element 32 formed on the housing.
- a finger 40 attached to the underside of the display element 15 is displaced by the pawl 17 in such a way that the spring 39 is compressed.
- the display surface 41 is visible through the window 38.
- the torque is applied by the display element lever 33, which presses counterclockwise from below onto the display element 15.
- the bulge 36 of the locking pawl 17 also presses against the display element 15 from below during tripping, thus applying the torque.
- the display element in the RCD module is arranged somewhat higher. This means that the bulge 36 cannot come into contact with the display element 15 when the locking pawl 17 in the RCD module rotates, and it can be reliably distinguished which of the two modules has tripped. When switching off manually by operating the knob 11, neither of the two display elements 15 is moved.
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- Breakers (AREA)
Abstract
Koppelelement (20) zum Koppeln der Pole eines mehrpoligen Schutzschaltgerätes wobei das Koppelelement (20) eine zeitversetzte Öffnung der Pole des mehrpoligen Schutzschaltgerätes bewirkt, sowie eine Rückstelleinrichtung welche eine kraftsparende Rückstellung des mehrpoligen Schutzschaltgeräte ermöglicht, wobei die Rückstelleinrichtung auf das Koppelelement (20) einwirkt, sowie FI/LS Kombigerät mit einem Koppelelement (20) und einer Rückstelleinrichtung.Coupling element (20) for coupling the poles of a multi-pole protective switching device, wherein the coupling element (20) causes a time-delayed opening of the poles of the multi-pole protective switching device, and a reset device which enables a force-saving reset of the multi-pole protective switching device, wherein the reset device acts on the coupling element (20), and FI/LS combination device with a coupling element (20) and a reset device.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Koppelelement, eine Rückstelleinrichtung für ein Schutzschaltgerät, insbesondere für ein mehrpoliges Schutzschaltgerät, insbesondere eines kombinierten Leitungsschutz- und Fehlerstromschutzschalter, also eines FI/LS Kombigerätes (RCBO), sowie auf ein FI/LS Kombigerät (RCBO) mit einem Koppelelement und einer Rückstelleinrichtung.The invention relates to a coupling element, a reset device for a protective switching device, in particular for a multi-pole protective switching device, in particular a combined circuit breaker and residual current device, i.e. an FI/LS combination device (RCBO), as well as to an FI/LS combination device (RCBO) with a coupling element and a reset device.
Schutzschaltgeräte werden zum Schutz gegen Überstrom (Leitungsschutzschalter) und Fehlerströme (Fehlerstromschutzschalter) in Niederspannungsnetzen eingesetzt. In bekannter Weise verfügen diese Geräte über mindestens ein zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Strompfads vorgesehenes Kontaktpaar, wobei jedes Kontaktpaar über mindestens einen beweglichen und einen feststehenden Kontakt verfügt. Bei Auftreten eines Fehlers im Niederspannungsnetz werden die beiden Kontakte eines Kontaktpaars des Schutzschaltgerätes voneinander getrennt, so dass ein elektrischer Stromfluss in einem dem Kontaktpaar zugeordneten Strompfad unterbrochen wird. Wenn die Stromversorgung wieder hergestellt werden soll, müssen in der Folge die Kontakte nach Beseitigung des Fehlers geschlossen werden. Während des Schließvorgangs wird mechanische Energie im Gerät, etwa in einer Feder, gespeichert, welche beim nächsten Auslösevorgang verwendet wird, um die Kontakte zu trennen. Als Folge erfordert das Wiedereinschalten einen entsprechend hohen Kraftaufwand.Protective switching devices are used to protect against overcurrent (circuit breakers) and fault currents (residual current circuit breakers) in low-voltage networks. As is well known, these devices have at least one pair of contacts designed to open and close an electrical current path, with each contact pair having at least one moving and one fixed contact. If a fault occurs in the low-voltage network, the two contacts of a contact pair of the protective switching device are separated from each other, so that an electrical current flow in a current path assigned to the contact pair is interrupted. If the power supply is to be restored, the contacts must then be closed after the fault has been rectified. During the closing process, mechanical energy is stored in the device, for example in a spring, which is used to separate the contacts the next time it is triggered. As a result, switching the device back on requires a correspondingly high level of force.
Es sind daher im Stand der Technik Geräte bekannt, die zur Aufgabe haben diesen Kraftaufwand zu verringern. Die
Beide Geräte zeichnen sich durch eine große Anzahl beweglicher Teile teils komplexer Geometrie aus. Hierdurch wird unnötig viel Platz verwendet. Auch stehen im geschlossenen, nicht -ausgelösten Zustand eine unnötig große Anzahl von Teilen unter mechanischer Spannung. Auf lange Sicht verringert dies die Lebensdauer.Both devices are characterized by a large number of moving parts, some of which have complex geometries. This results in unnecessary space consumption. In the closed, non-triggered state, an unnecessarily large number of parts are under mechanical stress. In the long term, this reduces their service life.
Weiterhin sind mehrpolige Schutzschaltgeräte bekannt. Mehrpolige Schutzschaltgeräte können auch als FI/LS Kombigeräte (RCBO) ausgeführt sein. Durch den Einsatz eines RCBO werden insgesamt drei Fehlerfälle abgedeckt, wobei der RCBO hierzu drei Auslösemechanismen aufweist: Im Kurzschlussfall wird die sogenannte magnetische Schnellauslösung (auch elektromagnetischer Kurzschlussstromauslöser genannt) aktiviert. Die sofortige Abschaltung wird in einer relativ gesehen sehr kurzen Zeitspanne realisiert, um die Komponenten im Inneren des Schutzschaltgerätes, sowie angeschlossene Leitungen und elektrische Verbrauchsmittel bestmöglich zu schützen. Im Falle einer länger währenden Überlast erfolgt die thermische Auslösung. Dabei wird ein Bimetall durch den eigenen ohmschen Widerstand derart erwärmt und somit verformt, dass es eine Abschaltung hervorruft. Im dritten Fall erfolgt eine unmittelbare Abschaltung durch Vorliegen eines Fehlerstroms.Multi-pole protective switching devices are also known. Multi-pole protective switching devices can also be designed as residual current devices (RCDs). The use of an RCD covers a total of three fault scenarios, whereby the RCD has three tripping mechanisms for this purpose: In the event of a short circuit, the so-called magnetic instantaneous trip (also called an electromagnetic short-circuit current release) is activated. The immediate shutdown is achieved in a relatively short period of time in order to best protect the components inside the protective switching device, as well as connected cables and electrical devices. In the event of a prolonged overload, thermal tripping occurs. In this case, a bimetal is heated by its own ohmic resistance in such a way that heated and thus deformed, causing a shutdown. In the third case, an immediate shutdown occurs due to the presence of a fault current.
Beim Einsatz eines FI/LS Kombigerätes hat sich gezeigt, dass zum einen die Anzahl zu montierender Schutzschaltgeräte reduziert werden kann, zum anderen kann der Montageaufwand reduziert werden, denn wo zuvor FI-Schutzschalter (RCCB) und Leitungsschutzschalter (MCB) in Reihe geschaltet werden mussten, können nun beide Funktionen durch ein Gerät abgedeckt werden. Durch eine solche Anordnung wird zumeist weniger Platz benötigt.The use of a residual current device/circuit breaker combination has been shown to reduce the number of protective switching devices required, as well as the installation effort. Where previously residual current devices (RCCBs) and miniature circuit breakers (MCBs) had to be connected in series, both functions can now be covered by a single device. This arrangement generally requires less space.
Bei FI/LS Kombigeräte (RCBO) ist es vorteilhaft, wenn angezeigt werden kann, welcher der unterschiedlichen Auslösemechanismen das Schutzschaltgerätes ausgelöst hat, ob also ein Überstrom oder ein Fehlerstrom vorliegt. Hierzu zeigt zum Beispiel die
Mehrpolige Schutzschaltgeräte zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass sie zwei oder mehr Kontaktpaare beinhalten. Jedem Pol ist ein elektrischer Strompfad zugeordnet, wobei zum Unterbrechen des elektrischen Stromes in diesem Strompfad ein Kontaktpaar vorgesehen ist. Oft sind diese Pole durch Gehäuseelemente voneinander getrennt und können in unterschiedlichen Modulen angeordnet sein. An den sich öffnenden sowie schließenden Kontakten des Kontaktpaares entstehen ab gewissen Stromstärken Lichtbögen, welche kontrolliert werden müssen, um Schäden an den Kontakten oder an sonstigen, umliegenden Komponenten zu verhindern und eine sichere Trennung der Kontakte zu ermöglichen. In herkömmlicher Weise wird entweder je Kontaktpaar ein Löschblechpaket zur kontrollierten Ausbreitung der Lichtbögen verwendet, oder eine gekoppelte Mechanik mit einer Übersetzung, sodass eines der Kontaktpaare in jedem Fall zuerst öffnet oder schließt. Wenn zunächst nur ein Kontaktpaar öffnet, ist an der Stelle ein Löschblechpaket notwendig, aus den zuvor genannten Gründen. Durch die Einsparung eines Löschblechpaketes werden nicht nur Ressourcen geschont, sondern auch Platz eingespart, um Schaltgeräte kleiner gestalten zu können oder sonstige zweckdienliche Komponenten unterbringen zu können.Multi-pole circuit breakers are also characterized by the fact that they contain two or more contact pairs. Each pole is assigned an electrical current path, with a contact pair provided to interrupt the electrical current in this current path. These poles are often separated from each other by housing elements and can be arranged in different modules. Above certain current levels, arcs occur at the opening and closing contacts of the contact pair. These arcs must be controlled to prevent damage to the contacts or other surrounding components and to enable safe separation of the contacts. Conventionally, either a splitter stack is used for each contact pair to control the spread of the arcs, or a coupled mechanism with a transmission mechanism is used so that one of the contact pairs always opens or closes first. If only one contact pair opens initially, a splitter stack is required at that location for the reasons mentioned above. By eliminating a splitter stack, resources are not only conserved, but space is also saved, allowing switchgear to be designed smaller or to accommodate other useful components.
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltgerät bereit zu stellen, bei dem die oben genannten Probleme gelöst werden.The invention is based on the object of providing a protective switching device in which the above-mentioned problems are solved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Koppelelement nach Anspruch 1, eine Rückstelleinrichtung nach Anspruch 5, sowie das FI/LS Kombigerät nach Anspruch 13. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved according to the invention by a coupling element according to
In erfinderischer Weise sorgt ein bewegliches Koppelelement zwischen den Gehäuseelementen für eine wegversetzte elektrische Kontakttrennung im Auslösefall. Resultierend aus- und in Abhängigkeit - der Massenträgheit des Kontaktapparates entsteht so in vorteilhafter Weise ein zeitlicher Versatz der beiden Öffnungszeitpunkte der elektrischen Kontakte.In an inventive manner, a movable coupling element between the housing elements ensures a staggered electrical contact separation in the event of a trip. As a result of and dependent on the inertia of the contact mechanism, a temporal offset between the two opening times of the electrical contacts is advantageously created.
Zusammen mit der Rückstelleinrichtung ergibt sich so ein Platz, Ressourcen und Kraftsparendes Schutzschaltgerä.Together with the reset device, this results in a space-, resource- and power-saving protective switching device.
Durch die Anordnung des Koppelelementes zwischen den beiden Gehäuseelementen ist ein modularer Aufbau gegeben, die Gehäuseelemente können also separat in einfacher Weise montiert werden und im Anschluss mit dem Koppelelement zwischen diesen zusammengefügt werden.The arrangement of the coupling element between the two housing elements results in a modular structure, meaning that the housing elements can be easily mounted separately and then joined together with the coupling element between them.
Die Erfindung wird besser verstanden mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen bezieht, die als nicht einschränkende Beispiele angegeben sind und unter Bezug auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen erläutert werden.
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Fig. 1 : Perspektivische Ansicht eines zwei-poligen FI/LS-Kombigeräts in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung -
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des Auslösehebels und des Rückstellhebels in der verklinkten Stellung als perspektivische Darstellung (a) und als Draufsicht(b) -
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Fehlerstromschutzschalter, welche eine erfindungsgemäße Rücksetzeinrichtung beinhaltet. Der Fehlerstromschutzschalte ist eingeschaltet. -
Fig. 4A und4B zeigen einen Schnitt durch einen Fehlerstromschutzschalter, welche eine erfindungsgemäße Rücksetzeinrichtung beinhaltet. InFig 4A ist der Fehlerstromschutzschalter ausgelöst, jedoch ist die Auslösebewegung noch nicht vollständig. InFig. 4B ist die Auslösebewegung vollendet. -
Fig. 5 zeigt eine Detailansicht des Rückstellgelenks als perspektivische Darstellung (a) und als Draufsicht(b) -
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch den Leitungsschutzschalter LS. -
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung des Koppelelements. -
Fig. 8A zeigt einen Schnitt durch das Koppelelement zu einem Zeitpunkt, an dem der Auslöser des Fehlerstromschutzschalters ausgelöst hat und die Kontakte des LS-Pols gerade geöffnet werden. -
Fig. 8B : Schnitt durch das zwei-polige FI/LS-Kombigeräts auf Höhe des Koppelelementes -
Fig. 9A zeigt das Anzeige-element in der Draufsicht.Fig 9B zeigt das Anzeigeelement in der Seitenansicht. -
Fig 10A zeigt eine Detail Ansicht des Anzeige-elementes im FI-Pol. -
Fig 10B zeigt die gleiche Ansicht wieFig. 10A , wobei das Anzeigeelement entfernt wurde
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Fig. 1 : Perspective view of a two-pole FI/LS combination device in a preferred embodiment of the invention -
Fig. 2 shows a detailed view of the release lever and the reset lever in the latched position as a perspective view (a) and as a top view (b) -
Fig. 3 shows a section through a residual current device incorporating a reset device according to the invention. The residual current device is switched on. -
Fig. 4A and4B show a section through a residual current circuit breaker which includes a reset device according to the invention.Fig. 4A the residual current device is triggered, but the tripping movement is not yet complete.Fig. 4B the release movement is completed. -
Fig. 5 shows a detailed view of the return joint as a perspective view (a) and as a top view (b) -
Fig. 6 shows a section through the miniature circuit breaker LS. -
Fig. 7 shows a perspective view of the coupling element. -
Fig. 8A shows a section through the coupling element at a time when the release of the residual current circuit breaker has tripped and the contacts of the LS pole are just being opened. -
Fig. 8B : Section through the two-pole FI/LS combination device at the level of the coupling element -
Fig. 9A shows the display element in top view.Fig. 9B shows the display element in side view. -
Fig. 10A shows a detailed view of the display element in the FI pole. -
Fig. 10B shows the same view asFig. 10A , with the display element removed
In der abgebildeten Ausführungsform hat nur der Leitungsschutzschalter einen Knebel 11, welcher zum Ein- und Ausschalten beider Module des Kombigerätes verwendet wird. Alternativ ist es natürlich möglich, dass sowohl das Leitungsschutzschalter-Modul LS als auch das Fehlerstromschutzschalter-Modul FI, und damit beide Module über je einen Knebel 11 verfügen. Ebenso ist es möglich einen gemeinsamen Knebel vorzusehen, der sich über die volle Breite des FI/LS Kombigerätes erstreckt. Der Knebel 11 zeigt im Fall einer Auslösung durch seine Stellung die erfolgte Auslösung an. Das Fehlerstromschutzschalter-Modul FI verfügt über eine Taste zum Auslösen eines Tests 21. Ebenfalls gezeigt sind zwei Anzeigefenster 38 im Gehäuse 31. Durch diese Fenster wird bei Auslösung je ein Anzeigeelement 15 sichtbar. Das Anzeigeelement im Fenster des FI-Moduls wird dabei nur bei Auslösung durch das FI-Modul (also durch einen Fehlerstrom) sichtbar. Das Anzeigeelement im LS-Modul wird bei Auslösung durch das LS-Modul (also durch einen Überstrom) und bei Auslösung durch das FI-Modul (also durch einen Fehlerstrom) sichtbar. Beim manuellen Schließen bzw. Öffnen der Kontakte durch Bewegung des Knebels wird keines der beiden Anzeigeelemente sichtbar.In the embodiment shown, only the miniature circuit breaker has a
Im Folgenden ist der Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Rückstelleinrichtung anhand der
Wie in
Die erfindungsgemäße Rückstelleinrichtung besteht aus Auslösehebel 3, Rückstellhebel 6, Knebel 11, einer Freiauslösung mit einer Sperrklinke 17, Rückstellgelenk 9, sowie dem in
Im dargestellten Fall handelt es sich bei dem Auslöser 1 um einen Fehlerstromauslöser , auch als Auslöserelais bezeichnet, welcher aus üblichen Fehlerstromschutzschaltern bekannt ist. Die erfindungsgemäße Rückstelleinrichtung kann aber auch in Verbindung mit anderen Auslösern verwendet werden, solange diese über einen Auslösestößel 2 verfügen. Ebenso kann die Rückstelleinrichtung auch in anderen Schutzschaltgeräten eingesetzt werden und ist nicht auf den Einsatz in einem Fehlerstromschutzschaltgerät eingeschränkt.In the illustrated case, the
Im Fehlerfall, also beim Vorliegen eines unzulässig hohen Fehlerstroms, löst der Auslöser 1 aus. Hierdurch wird der Auslösestößel 2 ausgefahren und betätigt einen Auslösemechanismus, wie im Folgenden beschrieben. Wie in
Der Rückstellhebel 6 rotiert in der Folge unter Wirkung der Rückstellfeder 8 entgegen dem Uhrzeigersinn um seine Drehachse 14 bis er mit dem beweglichen Kontakt 4 in Anschlag kommt. Hierbei drückt ein am Rückstellhebel 6 angeordneter Anzeigeelement-Hebel 33 von unten gegen das Anzeigeelement 15. Die weitere Funktionsweise des Anzeigeelements 15 wird später beschrieben. Außerdem wirkt ein am Rückstellhebel 6 angebrachter Mitnehmer 18 auf ein Koppelelement 20. Das Koppelelement 20 überträgt direkt oder indirekt die Bewegung des Rückstellhebels 6 über den Steg 22 des Sperrhebels 29 des beweglichen Kontakts 4 auf die Sperrklinke 17, wodurch sich der bewegliche Kontakt 4, angetrieben durch die Schaltfeder 7 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 13 dreht und sich vom festen Kontakt 5 trennt. Hierbei kommt der bewegliche Kontakt 4 in Berührung mit einem Ende des Rückstellgelenk 9 und nimmt dieses in der Bewegung mit. Das Rückstellgelenk 9 wird dabei in Uhrzeigerrichtung um seine Drehachse 10 gedreht. Das andere Ende des Rückstellgelenks kommt schon nach wenig Drehung in Berührung mit dem Auslösehebel 3, und drückt diesen entgegen dem Uhrzeigersinn zurück, bis die Ruhestellung leicht überschritten ist. Der Auslösehebel 3 wirkt hierbei auf den Auslösestößel 2, welcher in seine Ruhestellung zurückgedrückt wird.The
Der Rückstellhebel 6 wird durch den beweglichen Kontakt 4 in Uhrzeigerrichtung um seine Drehachse 14 gedreht, wobei die Endposition jenseits der Ruheposition ist. Dies ermöglicht ein einfaches Wiedereinklinken. Außerdem wird hierdurch Energie in der Rückstellfeder 8 gespeichert.The
Vorzugsweise führen die hierbei wirkenden Kräfte zu einer elastischen Verformung des Rückstellgelenks 9 und setzen den Auslösehebel 3 unter Spannung. Das Rückstellgelenk 9 dient somit auch als Energiespeicher für die beim Auslösen frei gesetzte Energie. Diese Situation ist in
Vorzugsweise wird der Knebel 11 auf bekannte Weise von der Freiauslösung um seine Drehachse 12 von der "Ein"-Position in die "Ausgelöst" Position gedreht, wie in
Als Folge des Bewegungsablaufs ist am Ende der Auslösung der Auslösestößel 2 wieder in Ruheposition, der Auslösehebel 3 liegt zu diesem Zeitpunkt noch am Auslösestößel 2 an.As a result of the movement sequence, at the end of the release the
Vorzugsweise wird im Bewegungsablauf ein Anzeigeelement 15 derart verschoben, dass es die erfolgte Auslösung anzeigt.Preferably, a
Um das Rücksetzen zu vervollständigen, muss zuletzt noch die Sperrklinke 17 der Freiauslösung mittels des Knebel 11 in bekannter Weise zurück in die eingeschaltete Position gebracht werden. Hierbei wird in bekannter Weise mittels des Knebels auch der bewegliche Kontakt 4 wieder geschlossen. Die auf den Knebel aufgebrachte Kraft wird dabei zumindest teilweise in der Schaltfeder 7 gespeichert. Gleichzeitig bewirkt die Drehung des Knebels, dass die Rastnase 19 des Auslösehebels 3 wieder in den Rückstellhebel 6 einrastet. Hierdurch bleibt ein Teil der durch das Auslösen frei gesetzten Energie durch das Setzen der Rastnase 19 zwischen Auslösehebel 3 und Rückstellhebel 6 in der Rückstellfeder 8 gespeichert. Die im Rückstellgelenk 9 gespeicherte Energie unterstützt dabei die Rücksetzung, so dass weniger Kraft auf den Knebel 11 aufgebracht werden muss.To complete the reset, the
Am Ende des Rücksetzvorgangs ist das Rückstellgelenk 9 durch einen Luftspalt vom Auslösehebel 3 getrennt, welcher auch durch einen Luftspalt vom Auslösestößel getrennt ist. Das Rückstellgelenk 9 ist in diesem Zustand frei von mechanischen Spannungen. Dies entspricht dem in
Das Rückstellgelenk 9 kann aus jeglichem Material hergestellt werden, welches über die notwendige Elastizität und Festigkeit verfügt. Insbesondere kann das Rückstellgelenk 9 aus Kunststoff gefertigt sein. Insbesondere wird ein Kunststoff verwendet, welcher unter anhaltender Belastung nicht oder nur wenig fließt. Das Rückstellgelenk 9 kann durch geeignete Verfahren gefertigt werden, insbesondere Spritzguß oder additive Fertigung.The return joint 9 can be made of any material that has the necessary elasticity and strength. In particular, the return joint 9 can be made of plastic. In particular, a plastic is used that does not flow or only slightly flows under sustained load. The return joint 9 can be manufactured using suitable processes, in particular injection molding or additive manufacturing.
Der Rückstellhebel 3 und der Auslösehebel 6 werden ebenfalls aus Kunststoff gefertigt, bevorzugt aus hochfestem Kunststoff, insbesondere aus einem Kunststoff mit einem E-Modul größer 3000 MPa und einer Zugfestigkeit > 100 MPa, weiter insbesondere mit einem E-Modul von 3500 MPa und einer Zugfestigkeit 129 MPa. Der Rückstellhebel 3 und der Auslösehebel 6 können durch geeignete Verfahren gefertigt werden, insbesondere Spritzguß oder additive Fertigung. In besonders bevorzugter Weise bewirkt das Koppelelement 20 zusätzlich eine koordinierte Auslösung eines FI/LS - Kombigerätes.The
FI/LS-Schalter oder auch RCBO (residual current breaker with overcurrent protection) dienen dazu, einen oder mehrere elektrische Verbraucher vor Überstrom zu schützen und außerdem den elektrischen Stromfluss zu unterbrechen, wenn ein unzulässig hoher Fehlerstrom vorliegt. Bei einem FI/LS-Schalter oder FI/LS-Kombigerät handelt es sich also um ein kombiniertes Gerät aus Leitungsschutzschalter (MCB) und Fehlerstromschutzschalter (RCCB).Residual current breakers (RCBOs) are designed to protect one or more electrical consumers from overcurrent and also to interrupt the flow of electrical current if an excessively high fault current is present. A residual current breaker (RCB) or combined residual current breaker (RCCB) is a combined device consisting of a miniature circuit breaker (MCB) and a residual current device (RCCB).
Im FI/LS-Kombigerät, befindet sich in einem Modul (LS -Modul) ein Leitungsschutzschalter, während sich im zweiten Modul (FI-Modul) ein Fehlerstromschutzschalter befindet. Der Leitungsschutzschalter, welcher in
Der Fehlerstromschutzschalter beinhaltet einen Summenstromwandler 16, einen Fehlerstromauslöser 1 und die oben beschriebene Rückstelleinrichtung. Außerdem befindet sich für das Lösen der Verklinkung ein Auslösemechanismus mit den Komponenten Sperrhebel 30, Sperrklinke 17, Drahtbügel 47, sowie optional ein Knebel 11, in diesem Modul. Beide Module verfügen jeweils über einen Pol und sind über das oben genannte Koppelelement 20 miteinander verbunden, welches für eine koordinierte Auslösung beider Pole sorgt. Die Lage des Koppelelementes 20 im FI/LS-Kombigerät ist in
Zur Realisierung der zeitlichen Kontakttrennungsdifferenz sowie der Differenzstromerkennung werden die innenliegenden Gehäuseteile mit Durchbrüchen für die stromführenden Leitungen versehen. Außerdem werden die beiden Klinken zur Auslösung mit einem Mitnehmer derart verbunden, dass nur im Auslösefall ein Abstand zwischen dem Kontaktpaar, das beim Öffnen voreilt, und dem nacheilenden (N-) Kontaktpaar vorhanden ist.To implement the temporal contact separation difference and differential current detection, the internal housing sections are provided with openings for the current-carrying wires. Furthermore, the two triggering latches are connected to a driver in such a way that a gap exists between the contact pair leading during opening and the lagging (N) contact pair only in the event of a triggering event.
Bei Auftreten eines Fehlerstroms misst ein Summenstromwandler 16 des Fehlerstromschutzschalter ein Signal und löst mittels einem Steuersignal den Auslöser 1 aus. Hierdurch wird der Auslösestößel 2 ausgefahren und betätigt einen Auslösemechanismus, wie im folgenden beschrieben. Der Auslösestößel 2 kontaktiert den Auslösehebel 3, dieser rotiert im Uhrzeigersinn um die Achse 13, welche eine gemeinsame Drehachse des Auslösehebels 3, des Sperrhebels 29 und des beweglichen Kontakts 4 ist, wodurch sich die Rastnase 19 aus der in
Bei Auftreten eines Überstroms oder Kurzschlussstroms löst das LS-Modul aus und betätigt einen Auslösemechanismus, wie im Folgenden beschrieben. Dabei wirkt als auslösendes Element der thermische Auslöser 24 oder der elektromagnetischer Kurzschlussstromauslöser 25 direkt oder indirekt über den Steg 32 des Sperrhebels 30 des beweglichen Kontakts 34 auf das Koppelelement 20 ein. Das Koppelelement 20 überträgt, wie oben beschrieben, die Bewegung des jeweiligen auslösenden Elements auf die Sperrklinke 17 der Freiauslösung des LS-Moduls, wodurch sich der bewegliche Kontakt 34 im LS-Modul öffnet. Dabei dreht sich die Sperrklinke 17 entgegen dem Uhrzeigersinn, wobei eine Beule 36 von unten gegen das Anzeigeelement drückt. Die weitere Funktionsweise des Anzeigeelements 15 wird später beschrieben. Das Koppelelement 20 berührt in der Folge auch die innere Wand der Aushöhlung 26 des FI-Moduls den Steg 22 des Sperrhebels 29 des dazugehörigen Kontakts 4 des FI-Moduls, und auch der bewegliche Kontakt 4 wird geöffnet.If an overcurrent or short-circuit current occurs, the circuit breaker module trips and activates a tripping mechanism as described below. The thermal The
In jedem Fall öffnet sich der elektrische Pol im LS-Modul zuerst, wodurch auf eine Funkenlöschkammer auf der Seite des FI-Moduls verzichtet werden kann. Die Verzögerung zwischen dem Öffnen des elektrischen Pols im LS-Modul und dem Öffnen des elektrischen Pols im FI-Modul ist über die genauen Abmessungen der Aushöhlungen des Koppelementes 20 und der Mitnehmer 22 und 32 einstellbar. In bevorzugter Weise beträgt die Verzögerung zwischen 1-5ms, besonders bevorzugt 2ms.In any case, the electrical pole in the circuit breaker module opens first, eliminating the need for a spark-extinguishing chamber on the RCD module side. The delay between the opening of the electrical pole in the circuit breaker module and the opening of the electrical pole in the RCD module can be adjusted via the precise dimensions of the recesses in the
Die Rücksetzung des Auslösers 1 im FI-Modul erfolgt mit der oben beschriebenen Rückstelleinrichtung. Die Rücksetzung des elektromagnetischen Kurzschlussstromauslösers im LS-Modul erfolgt vorzugsweise in bekannter Weise über eine Feder im elektromagnetischen Kurzschlussstromauslöser.
Das Koppelelement 20 ist in
Aufgrund der Ausgestaltung des Koppelelementes 20 mit zueinander lageversetzten auslösenden Abschnitten wird grundsätzlich im Auslösefall zuerst die Verklinkung in einem definierten Modul gelöst und somit die Kontakttrennung in einem definierten Pol vollzogen. Die Öffnungsbewegung des entsprechenden Kontaktes löst wiederum den entsprechenden weiteren Pol wegversetzt aus, somit ist kein oder ein nur noch relativ geringer Stromfluss mehr vorhanden, wenn das zweite Kontaktpaar öffnet. Beide angesprochenen Kontaktmechanismen nehmen jeweils nur den Raum in einem Gehäuseelement (also weniger als 1 TE) in Anspruch. Somit ergeben sich für ein zweipoliges Gerät (1 +N) zwei Teilungseinheiten Gesamtbreite.Due to the design of the
Das Koppelelement 20 ist bevorzugt ein Formteil. Das Koppelelement 20 ist bevorzugt aus Kunststoff, insbesondere aus hochfestem Kunststoff gefertigt.The
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen und in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen begrenzt. Modifikationen bleiben möglich, insbesondere vom Gesichtspunkt der Beschaffenheit der verschiedenen Elemente oder durch Substitution von technischen Äquivalenten, ohne dabei den Schutzbereich der Erfindung, welcher durch die Schutzansprüche definiert ist, zu verlassen.The invention is, of course, not limited to the embodiments described and illustrated in the accompanying drawings. Modifications remain possible, particularly with regard to the nature of the various elements or by substitution of technical equivalents, without thereby departing from the scope of the invention as defined by the claims.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2024
- 2024-08-26 EP EP24196354.5A patent/EP4528781A1/en active Pending
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