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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine Überspannungs-Schutzeinrichtung
mit mindestens einem Schutzmodul, das dazu dient, mit einem elektrischen Schaltgerät verbunden
zu werden, welches Modul
- – mindestens ein Überspannungs-Schutzorgan und
- – mit
mindestens einem Schutzorgan verbundene Trennmittel umfasst, welche
dazu dienen, eine elektrische und/oder mechanische Trennung zu bewirken,
die einen Fehler eines Schutzorgans aufgrund des Anstiegs der Temperatur
und/oder des elektrischen Stroms abbildet.
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STAND DER
TECHNIK
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Überspannungs-Schutzeinrichtungen
bekannter Art umfassen mindestens ein Überspannungs-Schutzorgan, insbesondere
einen Varistor oder einen Uberspannungsableiter Wie in 1 dargestellt
sind der Varistor 1 und/oder der Überspannungsableiter 2 im Allgemeinen
in einem Gehäuse 3 angeordnet.
Bei zweipoliger Ausführung
zum Beispiel umfasst die Einrichtung einen Eingang 4 zum Anschluss
an einen Neutralleiter N, einen Eingang 5 zum Anschluss an einen
Phasenleiter P sowie eine Anschlussklemme 6 zum Anschluss eines
Erdungsleiters 7. Der Varistor ist normalerweise zwischen
einen Phasenleiter und den Neutralleiter und der Überspannungsableiter
zwischen den Neutralleiter und den Erdungsleiter geschaltet, wobei
jedoch auch andere Schaltungsarten oder Anordnungen möglich sind.
Der Varistor 1 ist in Reihe mit einer thermischen Schmelzsicherung 8 geschaltet,
die dazu dient, bei zu starker Erwärmung des Varistors die Abschaltung des
Stromkreises zu bewirken. Eine unzulässige Erwärmung des Varistors kann durch
einen Fehlerstrom als Folge eines oder mehrerer Spannungsstöße verursacht
werden.
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In
manchen Fällen
reicht die thermische Schmelzsicherung 8 zur Absicherung
der Schutzorgane 1 und 2 nicht aus. Bei der in 1 gezeigten Schaltung
gewährleistet
ein auf der Eingangsseite der Klemmen 4 und 5 angeschlossener
Leistungsschalter 10 den elektrischen Schutz der Einrichtung.
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Des
weiteren sind Einrichtungen bekannt, die aus einer Kombination aus
einem Leistungsschalter und Schutzorganen bestehen. Ein Beispiel für eine solche
Kombination ist in
2 dargestellt. Die gezeigte
Einrichtung umfasst ein Gehäuse
11 mit Eingängen
4 und
5,
die einspeiseseitig mit einem elektrischen Leitungsnetz
12 verbunden
sind, und Ausgängen
14 bzw.
15, über
die eine Last
16 gespeist wird. Ein zwischen die Eingänge und
die Ausgänge
geschalteter Leistungsschalter umfasst Hauptkontakte
17,
die in Reihe mit einem thermischen oder magnetothermischen Schutzrelais
18 geschaltet
sind. Im gleichen Gehäuse
sind zwischen die Ausgänge
und einen Erdungsleiter
7 Varistoren
19 geschaltet.
Solche Kombinationen sind in den Patentschriften
US 4168514 und
US 5321574 beschrieben.
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In
der Druckschrift FR-A-2 545 999 ist eine Einrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 beschrieben.
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Bei
den Einrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik ist es möglich, dass
nach Auslösung
eines Schutzschalters aufgrund eines elektrischen Fehlers ein Bediener
die Einrichtung erneut einschaltet, obwohl die betreffenden Überspannungs-Schutzorgane
ggf. defekt sind.
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Darüber hinaus
schützen
die im wesentlichen auf Kombinationen der in 2 gezeigten
Art beruhenden Einrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik
die auf der Abgangsseite des Leistungsschalters angeschlossenen
Verbraucher. Löst ein
Leistungsschalter aufgrund eines Fehlers in den Varistoren, insbesondere
aufgrund einer unzulässigen
Erwärmung
oder eines Kurzschlusses aus, ist die Spannungsversorgung der angeschlossenen Verbraucher
nicht mehr gewährleistet.
In einem solchen Fall ist die Verfügbarkeit der Installation gefährdet.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt eine Überspannungs-Schutzeinrichtung
zugrunde, die einen wirksamen Schutz gegen Überspannungen, eine verbesserte
Anwendung sowie eine hohe Verfügbarkeit
der Spannungsversorgung einer elektrischen Installation bietet.
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In
einer erfindungsgemäßen Einrichtung
umfasst das Schutzmodul mechanische Betätigungsmittel, die mit den
genannten Trennmitteln verbunden sind und eine mechanische Steuerverbindung
umfassen, welche mechanische Steuerverbindung in eine, einen Fehler
abbildende Auslösestellung
verbracht wird, wenn die genannten Trennmittel eine Trennung bewirkt
haben, wobei die genannten mechanischen Betätigungsmittel dazu dienen, über die mechanische
Verbindung mit einem elektrischen Schaltgerät gekoppelt zu werden, um die
Abschaltung oder Auslösung
des genannten Schaltgeräts
zu bewirken, wenn sich die genannte mechanische Verbindung in einer
Auslösestellung
befindet.
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Vorzugsweise
blockieren die mechanischen Betätigungsmittel
die mechanische Verbindung in einer Auslösestellung, wenn die genannten
Trennmittel eine Trennung bewirkt haben.
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Vorzugsweise
ist mindestens ein Schutzorgan als mindestens ein Varistor ausgebildet,
der thermisch mit einem Thermostift der Trennmittel verbunden ist,
welcher Stift mit den mechanischen Betätigungsmitteln verbunden ist,
um die mechanische Verbindung in eine Auslösestellung zu verbringen, wenn
eine Erwärmung
des genannten Varistors ein Schmelzen des genannten Stifts bewirkt
hat.
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Vorzugsweise
ist mindestens ein Schutzorgan als mindestens ein Überspannungsableiter
ausgebildet, der elektrisch mit einer Schmelzsicherung der Trennmittel
verbunden ist, welche Schmelzsicherung mit den mechanischen Betätigungsmitteln
verbunden ist, um die mechanische Verbindung in eine Auslösestellung
zu verbringen, wenn ein Stromanstieg im genannten Überspannungsableiter
das Durchschmelzen der genannten Schmelzsicherung bewirkt hat.
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Die
mechanischen Betätigungsmittel
umfassen vorteilhaft Konzentrationsmittel, um mechanische Bewegungen
an einem Punkt zusammenzuführen,
die von Verbindungen mit Thermostiften oder Schmelzsicherungen der
Trennmittel bewirkt werden.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung umfassen die mechanischen Betätigungsmittel
- – mindestens
einen Hebel, der einerseits mit den Trennmitteln und andererseits
mit der mechanischen Verbindung gekoppelt ist, und
- – mindestens
eine Rückstellfeder,
die mit dem genannten Hebel sowie mit einem Gehäuse des Schutzmoduls verbunden
ist, um den genannten Hebel in Richtung einer Fehlerstellung zu
beaufschlagen, wenn ein Element der Trennmittel den Hebel als Folge
einer durch thermische oder elektrische Überlastung bewirkten mechanischen Trennung
freigibt, wobei die genannte mechanische Verbindung durch den Hebel
betätigt
und in einer Auslösestellung
gehalten wird, wenn sich dieser in einer Fehlerstellung befindet.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Trennmittel mindestens
eine Kombination aus einem Schmelzsicherungselement und einem Thermostift,
wobei die mechanische Trennung des Schmelzsicherungselements bzw.
des Thermostifts die Ansteuerung der mechanischen Betätigungsmittel
bewirken kann.
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Die
Trennmittel umfassen vorzugsweise mindestens einen Thermostift,
der aus einer Metalllegierung oder einem warmschmelzenden Kunststoff
besteht, wobei das Auf- bzw. Durchschmelzen des Thermostifts eine
mechanische Trennung bewirkt, wodurch die mechanischen Betätigungsmittel
beaufschlagt werden.
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Nach
einer besonderen Ausgestaltung umfasst mindestens ein Schutzmodul
Trennmittel mit einem Schmelzsicherungselement, das als zwischen den
Lichtbogen-Aufteilungsstegen angeordneter Metallstreifen ausgebildet
ist.
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Vorzugsweise
umfasst mindestens ein Schutzmodul mechanische Anzeigemittel zur
Anzeige des Betriebszustands der Schutzeinrichtung, welche Anzeigemittel
eine mechanische Verbindung umfassen, die dazu dient, mit einem
Antriebsorgan eines elektrischen Schaltgeräts gekoppelt zu werden.
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Nach
einer ersten Ausführungsvariante
umfasst mindestens ein Schutzmodul mechanische Anzeigemittel zur
Anzeige des Betriebszustands der Schutzeinrichtung, welche Anzeigemittel
durch die mechanische Steuerverbindung betätigt werden.
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Nach
einer zweiten Ausführungsvariante umfasst
mindestens ein Schutzmodul lokale mechanische Anzeigemittel, die
durch die Betätigungsmittel angesteuert
werden, um den Betriebszustand der Trennmittel mindestens zweier
Schutzorgane differenziert anzuzeigen.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung umfasst die Schutzeinrichtung
ein dem genannten Schutzmodul zugeordnetes elektrisches Schaltgerät mit Eingängen zum
Anschluss an eine zu schützende Leitung, über einen
Auslösemechanismus
angesteuerten Hauptkontakten sowie mit Ausgängen, wobei das genannte mindestens
einfach vorhandene Überspannungs-Schutzorgan an die
Ausgänge
des Schaltgeräts
angeschlossen und die mechanische Steuerverbindung mit den Auslösemitteln
verbunden ist, um die Abschaltung und/oder Einschaltsperre der Hauptkontakte
des elektrischen Schaltgeräts
zu bewirken, wenn sich die genannte mechanische Verbindung in einer
Auslösestellung
befindet, die einen Fehler in mindestens einem Schutzorgan abbildet.
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Das
genannte Schutzmodul umfasst vorteilhaft mechanische Anzeigemittel
zur Anzeige des Betriebszustands, welche Anzeigemittel mechanisch mit
einem Antriebshebel des elektrischen Schaltgeräts verbunden sind.
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Nach
einer besonderen Ausgestaltung umfasst die Einrichtung ein zweites,
zusätzliches Schutzmodul
mit zweiten mechanischen Betätigungsmitteln
und einer zweiten mechanischen Steuerverbindung zur Betätigung der
Auslösung
des elektrischen Schaltgeräts,
wobei die zweite mechanische Verbindung über eine erste mechanische
Verbindung eines ersten Schutzmoduls auf den Auslösemechanismus
des elektrischen Schaltgeräts
wirkt. In diesem Fall ist das elektrische Schaltgerät als vierpoliges
Schaltgerät
ausgeführt,
wobei an die Ausgänge eines
ersten und eines zweiten Pols Schutzorgane des genannten ersten
Schutzmoduls und an die Ausgänge
eines dritten und eines vierten Pols Schutzorgane des genannten
zusätzlichen,
zweiten Schutzmoduls angeschlossen sind.
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Die
Einrichtung umfasst vorteilhaft eine elektrische Hilfseinrichtung,
die einem Schutzmodul zugeordnet ist, um durch Schalthandlungen
beaufschlagt zu werden oder eine mechanische Auslöseverbindung
zu betätigen.
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Nach
einer ersten Ausführungsvariante
sind das elektrische Schaltgerät
und das Schutzmodul modular ausgeführt und seitlich aneinandergebaut.
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Nach
einer zweiten Ausführungsvariante
ist das elektrische Schaltgerät
als Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse ausgebildet und das Schutzmodul
auf der Abgangsseite des genannten Leistungsschalters an Ausgangsklemmen
montiert, wobei die zur Beaufschlagung durch die mechanische Verbindung
dienenden, genannten Auslösemittel
auf einer Abgangsseite des genannten Leistungsschalters angeordnet
sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Mehrere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher
erläutert.
Dabei zeigen
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1 und 2 Schaltbilder
einer Einrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik,
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3 ein
Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung nach einer Ausgestaltung
der Erfindung;
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4 bis 6 mechanische
Funktionsdarstellungen einer Einrichtung nach einer Ausgestaltung
der Erfindung,
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7 und 8 Innenansichten
einer Einrichtung nach einer Ausgestaltung der Erfindung;
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9 bis 12 Ausführungsvarianten
der mechanischen Teile von Einrichtungen nach Ausgestaltungen der
Erfindung;
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13 eine
Einrichtung nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit zwei geschützten Polen;
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14 eine
Einrichtung nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit Zusatzmodul;
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15 und 16 allgemeine
Ansichten von Einrichtungen nach Ausgestaltungen der Erfindung;
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17 und 18 Detailansichten
mechanischer Anzeigen einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
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19 ein
Schaltbild einer Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Einrichtung
mit thermischen und elektrischen Schutzfunktionen am Varistor und
am Überspannungsableiter;
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20 ein
Schaltbild einer Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Einrichtung
mit Anordnung einer Schmelzsicherung zwischen Lichtbogen-Aufteilungsstegen
und
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21 bis 24 Ausführungsvarianten
einer erfindungsgemäßen Einrichtung
mit Anwendung auf Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse für hohe Nennleistungen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VORZUGSWEISER AUSGESTALTUNGEN
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Eine
in 3 gezeigte Überspannungs-Schutzeinrichtung
umfasst ein Schutzmodul 20, das dazu dient, mit einem elektrischen
Schaltgerät 21,
beispielsweise einem Leistungsschalter verbunden zu werden. Das
Schaltgerät
umfasst Eingänge 22 zum
Anschluss an eine Leitung eines zu schützenden Netzes, über einen
Auslösemechanismus 24 angesteuerte
Hauptkontakte 23 und mit den Hauptkontakten über ein
Auslöserelais 26 verbundene Ausgänge 25.
Das an einen oder mehrere Pole geschaltete Auslöserelais betätigt den
Auslösemechanismus,
wenn ein elektrischer Fehler, insbesondere ein Überlast- oder Kurzschlussfehler
erfasst wird. Mit Hilfe eines Antriebsorgans 27 wie z.B.
eines Schalthebels können
die Kontakte 23 über
den Auslösemechanismus 24 ein-
oder ausgeschaltet werden. Der genannte Auslösemechanismus kann über ein
Koppelglied 28 mit außerhalb
des Schaltgeräts
angeordneten Teilen verbunden werden. Das Koppelglied wird am Allgemeinen
als Auslösewelle
bezeichnet.
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Das
Schutzmodul umfasst mindestens ein Überspannungs-Schutzorgan, insbesondere
einen Varistor 1 und/oder einen Überspannungsableiter 2, die
dazu dienen, mit den Ausgängen 25 verbunden zu
werden. Außerdem
umfasst das genannte Modul mit einem Schutzorgan verbundene Trennmittel,
die dazu dienen, bei einem Anstieg der Temperatur und/oder des Stroms
die elektrische Trennung des genannten Schutzorgans zu bewirken.
Bei der in 3 gezeigten Schaltung sind die
Trennmittel als thermisch mit dem Varistor 1 verbundener Thermostift 30 und
in Reihe zum Überspannungsableiter 2 geschaltete
Schmelzsicherung 31 ausgebildet.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Schutzmodul ein mit
den genannten Trennmitteln verbundenes mechanisches Betätigungsglied 32,
das dazu dient, eine mechanische Steuerverbindung 33 in
eine, einen Fehler in mindestens einem Schutzorgan 1 oder 2 abbildende
Auslösestellung
zu verbringen, wenn die genannten Trennmittel 30 bzw. 31 eine
Trennung bewirkt haben. Das mechanische Betätigungsglied 32 dient
dazu, mit einem elektrischen Schaltgerät gekoppelt zu werden und die
Abschaltung oder Auslösung
des genannten Schaltgeräts
zu bewirken, wenn sich die genannte mechanische Verbindung 33 in
einer Auslösestellung
befindet.
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Auf
diese Weise kann die mechanische Verbindung 33 auf den
Auslösemechanismus 27 wirken, wenn
wie in 3 das Modul 20 an den Leistungsschalter 21 gekoppelt
ist. Der Varistor 1 und der Überspannungsableiter 2 sind
an die Ausgänge 25 des Leistungsschalters
angeschlossen. Die so gebildete Anordnung schützt eine Leitung eines mit
den Eingängen 22 verbundenen
Netzes, wenn die Kontakte 23 des Leistungsschalters geschlossen
sind. Bewirkt ein thermischer Fehler am Varistor 1 die
Zerstörung des
Thermostiftes 30, so verbringt das mit dem Stift 30 verbundene
mechanische Betätigungsglied
die mechanische Verbindung in eine Auslösestellung, wodurch der Auslösemechanismus 24 des
Leistungsschalters betätigt
wird, um die Kontakte 23 zu öffnen und die Verbindung der
Schutzorgane 1 und 2 zu unterbrechen. Ein elektrischer
Fehler am Überspannungsableiter
kann das Durchschmelzen der Schmelzsicherung 31 bewirken.
Tritt dies ein, verbringt das mit der Schmelzsicherung 31 verbundene mechanische
Betätigungsglied
die mechanische Verbindung wiederum in eine Auslösestellung, wodurch der Auslösemechanismus 24 des
Leistungsschalters betätigt
wird. Auf diese Weise werden mechanische Bewegungen von Verbindungen
mit verschiedenen Thermostiften oder Schmelzsicherungen der Trennmittel
im mechanischen Betätigungsglied
zusammengeführt.
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Das
mechanische Betätigungsglied
befindet sich dann in einer unumkehrbaren Stellung, die ein Wiederspannen
oder erneutes Einschalten des Leistungsschalters verhindert, indem
es die mechanische Verbindung 33 in einer Auslösestellung
blockiert. Das Nicht-Wiedereinschalten des Leistungsschalters bei einem
fehlerhaften Schutzorgan gewährleistet
eine hohe Sicherheit selbst für
den Fall, dass eines der fehlerhaften Schutzorgane durch eine Trennvorrichtung
abgeschaltet ist. Wenn ein Einschalten oder eine Einschalt-Auslösung nicht
möglich
ist, bildet außerdem
der Schaltzustand des Leistungsschalters die Verfügbarkeit
des Überspannungsschutzes
sowie das Vorliegen eines Fehlers an mindestens einem Schutzorgan
ab. In jedem Fall bleibt die Verfügbarkeit der elektrischen Verteilung
der Installation aufrecht erhalten, selbst wenn ein Fehler an einem
Schutzorgan vorliegt.
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Um
den Zustand der Schutzfunktion besser sichtbar zu machen, umfasst
das Modul 20 eine mechanische Anzeige, die dazu dient,
mit dem Antriebsorgan des Schaltgeräts, beispielsweise dem Schaltknebel
des Leistungsschalters zusammenzuwirken
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4 zeigt
den mechanischen Aufbau eines Moduls. Das mechanische Betätigungsglied
umfasst einen ersten Hebel 40 mit einem ersten Hebelarm 41, der
mechanisch mit einem Stift 30 verbunden ist, sowie einem
zweiten Hebelarm 42, der auf einen Konzentrator 43 und
die mechanische Verbindung 33 wirkt. Zwischen den ersten
Hebelarm des ersten Hebels und ein Gehäuse 50 ist eine erste
Rückstellfeder 44 gespannt,
um den genannten ersten Hebel in Richtung einer Fehlerstellung zu
beaufschlagen, wenn der Stift den Hebel nach einer mechanischen Trennung
aufgrund einer thermischen Überlastung freigibt.
Schmilzt der Stift beispielsweise oder wird zerstört und bewirkt
einen Bruch, so wird der Hebel 40 durch die Feder 44 in
Richtung des Gehäuses 50 gezogen.
Ein zweiter Hebel 45 umfasst einen mit der Schmelzsicherung 31 verbundenen
ersten Hebelarm 46 sowie einen auf den Konzentrator 43 wirkenden zweiten
Hebelarm 47. Zwischen den ersten Hebelarm 46 des
zweiten Hebels und dem Gehäuse 50 ist eine
zweite Rückstellfeder 48 gespannt,
um den genannten zweiten Hebel in Richtung einer Fehlerstellung
zu beaufschlagen, wenn die Schmelzsicherung den Hebel 45 nach
einer mechanischen Trennung aufgrund elektrischer Überlastung,
insbesondere als Folge eines Kurzschlusses freigibt. Schmilzt oder bricht
die Sicherung z.B., wird der Hebel durch die Feder 48 in
Richtung des Gehäuses
gezogen.
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5 zeigt
einen mechanischen Aufbau gemäß 4 mit
geschmolzenem Stift 30. Der anfänglich an einer, thermisch
mit dem Varistor 1 verbundenen Fahne 49 befestigte
Stift 30 hat hier den Hebel 40 freigegeben. Die
Feder 44 zieht daraufhin den Hebel 41 in Richtung
des Gehäuses.
Dadurch wirkt der Hebelarm 42 auf den Konzentrator 43 und
hält die Verbindung 33 in
der Auslösestellung.
Der durch die Feder 44 beaufschlagte Hebelarm 41 kann
nicht in die Ausgangsstellung zurückkehren. Der Stift ist vorzugsweise
als Thermostift aus einer Metalllegierung oder aus einem warmschmelzenden
Kunststoff mit niedrigem Schmelzpunkt ausgeführt.
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6 zeigt
einen mechanischen Aufbau gemäß 4 mit
durchgeschmolzener Schmelzsicherung 31. Durch den Bruch
der Sicherung 31 in zwei Teile 31A und 31B wird
die elektrische Verbindung zum Überspannungsableiter 2 unterbrochen
und der Hebel 45 freigegeben. Die Feder 48 zieht
daraufhin den Hebelarm 45 in Richtung des Gehäuses 50.
Dadurch wirkt der Hebelarm 47 auf den Konzentrator 43 und
hält die
Verbindung 33 in der Auslösestellung. Der von der Feder 44 beaufschlagte
Hebelarm 46 kann nicht in die Ausgangsstellung zurückkehren. Um
eine leichte Verschiebung des Hebels 46 zu ermöglichen,
ist eine zwischen dem Überspannungsableiter
und der Schmelzsicherung ausgebildete elektrische Verbindung 60 vorzugsweise
biegsam, zum Beispiel in Form eines flexiblen Leitungsbandes ausgeführt.
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Die 7 und 8 zeigen
Innenansichten einer Einrichtung nach einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung. Die Hebel 40 und 45 umfassen jeweils nur
einen Hebelarm 41 bzw. 45, die um die gleiche Achse 51 verschwenken.
Der Konzentrator 43 verschwenkt um die gleiche Achse 51 wie
die Hebel 40 und 45 und ist mit Zapfen versehen,
die dazu dienen, die durch die Hebel bewirkten Verschiebungskräfte aufzunehmen.
Die mechanische Verbindung 33 verschiebt sich in einer
Aussparung 61 des Gehäuses 50.
Die in 7 dargestellte Innenansicht zeigt die Anordnung
der Teile, die bei einer Auslösung
durch den Varistor wirksam werden. Ein Ausgangsanschluss des Varistors
ist mit einer Metallfahne 49 verbunden, an der der Stift 30 gehaltert
ist. Diese elektrische Verbindung zwischen Metallteilen ermöglicht eine
Wärmeübertragung
zwischen dem Varistor 1 und dem Stift 30. Der
mit nur einem Hebelarm 41 ausgeführte Hebel 40 wirkt
auf einen Zapfen 52 des Konzentrators 43, wenn
eine Feder 44 den genannten Hebel 40 nach dem
Bruch oder Schmelzen des Stifts 30 in Richtung einer Auslösestellung
zieht. Die in 8 dargestellte Innenansicht
zeigt die Anordnung der Teile, die bei einer Auslösung durch
den Überspannungsableiter 2 wirksam
werden. Der mit nur einem Hebelarm 46 ausgeführte Hebel 45 wirkt auf
einen Zapfen 52 des Konzentrators 43, wenn eine Feder 48 den
genannten Hebel 45 nach dem Durchschmelzen oder dem Bruch
der Schmelzsicherung 1 in Richtung einer Auslösestellung
zieht.
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Die 9 bis 12 zeigen
Varianten der mechanischen Teile von Einrichtungen nach Ausgestaltungen
der Erfindung, jeweils in der Betriebsstellung bzw. in der Ausgelöststellung.
Bei der Anordnung gemäß 9 und 10 verschwenkt
der Hebel 40 um die gleiche Achse wie der Konzentrator und
ist als Steuerkurve ausgebildet, die am Ende des genannten Konzentrators
auf die mechanische Verbindung 33 wirkt. In der den Stift 30 haltenden
Fahne 49 ist eine Aussparung 62 ausgebildet, die
als thermische Bremse dient. Bei der in 11 und 12 gezeigten
Anordnung sind der Konzentrator 43 und die mechanische
Verbindung 33 durch eine Sperrklinke 63 in einer
Auslösestellung
verriegelt.
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13 zeigt
das Schaltbild einer Überspannungs-Schutzeinrichtung,
bei der ein Schutzmodul 20 einen Überspannungsableiter 2 und
zwei Varistoren 1 umfasst. Bei dieser zweipoligen Ausführung sind
die Varistoren an die Ausgänge 25 des
Leistungsschalters 21 angeschlossen, in dem die beiden Pole
durch das Relais 26 geschützt sind. Ein gemeinsamer Anschlusspunkt
der beiden Varistoren ist über die
Schmelzsicherung 31 mit dem Überspannungsableiter verbunden.
Um die Anzahl der Bauteile im Gehäuse zu begrenzen, umfasst das
Modul 20 einen Thermostift 30, der thermisch mit
den beiden Varistoren 1 verbunden ist. Das Schutzmodul 20 umfasst
eine mechanische Verbindung 33, die dazu ausgelegt ist, über eine
erste Seite des Gehäuses 50 auf den
Leistungsschalter 21 und über die andere Seite des Gehäuses 50 auf
ein Hilfsmodul 70 zu wirken. Auf diese Weise kann die mechanische
Verbindung 33 mechanische Bewegungen zu beiden Seiten des Schutzmoduls 20 übertragen
und so eine Aneinanderreihung von Modulen ermöglichen. Das Hilfsmodul 70 kann
als Ausgangsmodul, das durch die mechanische Verbindung beaufschlagt
wird, um beispielsweise wie in 13 gezeigt
einen Kontakt zu betätigen,
der den Schaltzustand des Leistungsschalters und damit die Verfügbarkeit
der Schutzfunktion abbildet, oder als Eingangsmodul ausgeführt sein,
das Steuerbefehle zur Betätigung
des Leistungsschalters empfangen kann, wie beispielsweise ein Überspannungs- oder ein Unterspannungsauslöser. Bei
dieser Ausführung
ist eine am Modul befindliche mechanische Anzeige 34A mit
der mechanischen Verbindung 33 der Betätigungsmittel 32 des Schutzmoduls 20 verbunden.
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14 zeigt
eine Überspannungs-Schutzeinrichtung
mit zwei Schutzmodulen 20A und 20B, die einem
vierpoligen Leistungsschalter zugeordnet sind. Ein erstes Schutzmodul 20A umfasst
zwei Varistoren 1 und zwei Thermostifte zur Beaufschlagung eines
ersten Betätigungsmechanismus' 32A. Eine erste
mechanische Verbindung 33A wirkt auf einer ersten Seite
mit dem Koppelglied 28 des Leistungsschalters zusammen
und wird auf einer zweiten Seite durch eine zweite mechanische Verbindung 33B eines
Zusatzmoduls 20B beaufschlagt. Das zweite, zusätzliche
Modul 20B ist wie das mit Bezug auf 3 beschriebene
Modul ausgeführt
und umfasst einen Varistor 1 sowie einen Überspannungsableiter 2,
die jeweils einem Thermostift 30 bzw. einer Schmelzsicherung 31 zugeordnet
sind, um einen Betätigungsmechanismus 32B einer
zweiten mechanischen Verbindung 33B zu beaufschlagen. Bei
dieser Ausgestaltung wirkt die zweite mechanische Verbindung 33B über eine
erste mechanische Verbindung 33A des Moduls 20A auf
den Leistungsschalter. Das elektrische Schaltgerät ist als vierpoliger Leistungsschalter
ausgeführt,
bei dem an die Ausgänge
eines ersten und eines zweiten Pols Schutzorgane des ersten Schutzmoduls 20A und
an die Ausgänge
eines dritten und eines vierten Pols Überspannungs-Schutzorgane des
zusätzlichen
Schutzmoduls 20B angeschlossen sind. Die Module 20A und 20B der
in der Figur gezeigten Einrichtung können lokale mechanische Anzeigen 34B, 34C umfassen,
um den Zustand jedes Schutzorgans differenziert anzeigen zu können. Sind
die Betätigungsmechanismen 34B und/oder 34C mit
Hebeln ausgerüstet,
können
die lokalen mechanischen Anzeigen jeweils einem Hebel zugeordnet
sein, um den Bruch eines Stifts oder einer Sicherung anzuzeigen.
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Die 15 und 16 zeigen
jeweils allgemeine Ansichten einer Schutzeinrichtung mit einem Schutzmodul 20 und
einem zugeordneten Leistungsschalter 21. Der Schaltknebel 27 des
Leistungsschalters kann dazu verwendet werden, den Betriebszustand
der Schutzfunktion anzuzeigen. Um diese Anzeige zu verbessern, ist
das Schutzmodul mit einer mechanischen Anzeige 34, ausgerüstet, die
beim Anbau des Moduls an den Leistungsschalter mechanisch mit dem
Schaltknebel 27 verbunden wird. Bei der in 15 gezeigten
Darstellung ist der Uberspannungsschutz aktiv, der Leistungsschalter
ist eingeschaltet, der Schaltknebel befindet sich in der ersten,
oberen Stellung und die Anzeige zeigt in einem Fenster 80 des
Moduls 20 ein erstes Farbfeld an. Bei der in 16 gezeigten
Darstellung ist der Überspannungsschutz
inaktiv, der Leistungsschalter ist ausgeschaltet, der Schaltknebel
befindet sich in einer zweiten, unteren Stellung, und die Anzeige
zeigt im Fenster 80 ein zweites Farbfeld an. Die zweite
Ausschaltstellung kann durch einen Fehler eines Schutzorgans begründet sein.
In diesem Fall kann keine Einschalthandlung ausgeführt werden.
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Die 17 und 18 zeigen
Teilansichten der mechanischen Anzeige 34 und ihrer Verbindung mit
dem Schaltknebel 27. Die in 17 gezeigte
Anzeige umfasst einen zylinderförmigen
Tragkörper 81 mit
einem ersten Anzeigebereich 82 einer ersten Farbe sowie
mit einem zweiten Anzeigebereich 83 einer zweiten Farbe.
Ein aus dem Tragkörper
hervorstehender Zapfen 84 dient dazu, in eine seitliche Öffnung des
Schaltknebels 27 einzugreifen. In der in 18 gezeigten
Stellung sind die Anzeige 34 und der Schaltknebel 27 über den
Zapfen 84 miteinander verbunden.
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Nach
anderen Ausgestaltungen kann das Schaltgerät eine externe Verriegelungseinrichtung umfassen,
um das manuelle Einschalten oder Ausschalten des Schaltknebels zu
verhindern. Dabei bilden die Ausschalt- bzw. die Einschaltstellung
des Schaltknebels die Verfügbarkeit
des Überspannungsschutzes
ab.
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19 zeigt
eine Ausgestaltung der Einrichtung, bei der die Trennmittel zur
Trennung des Varistors 1 bzw. des Überspannungsableiters 2 eine
Kombination 90 aus einer elektrischen Schmelzsicherung 31 und
einem Thermostift 30 umfassen. Dabei kann die mechanische
Abtrennung der Schmelzsicherung oder des Thermostifts die Ansteuerung
der mechanischen Betätigungsmittel
bewirken.
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20 zeigt
ein Schutzmodul, das eine Schmelzsicherung 31 zur Absicherung
des Überspannungsableiters
umfasst, welche Sicherung aus einem zwischen den Lichtbogen-Aufteilungsstegen angeordneten
Metallstreifen besteht.
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Die
Rückstellfedern 44 und 48 sind
in den Zeichnungen so dargestellt, dass sie eine Zugwirkung ausüben. Es
sind jedoch auch andere Ausführungen
der Federn, zum Beispiel Druckfedern, Blattfedern oder Schraubenfedern
möglich.
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Für hohe Nennleistungen
kann das Schaltgerät 21 als
Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse ausgeführt sein, der ein Auslöseorgan
umfasst, das über
einen abgangsseitig angeschlossenen Hilfsblock angesteuert wird.
Entsprechend hierzu ist die in 21 und 22 gezeigte Überspannungs-Schutzeinrichtung 20 auf
der Abgangsseite des Leistungsschalters 21 mit Isolierstoffgehäuse angeordnet.
Die Schutzeinrichtung 20 ist als Hilfsstromkreis mit einer mechanischen
Auslöseverbindung 33 an
die abgangsseitigen Anschlussklemmen 25 des Leistungsschalters
angeschlossen. Die Schutzeinrichtung 20 weist hier einen ähnlichen
internen Aufbau auf wie die vorhergehenden, mit Bezug auf 3 bis 20 beschriebenen
Einrichtungen. 23 zeigt eine Außenansicht
eines Schutzmoduls, das eine mechanische Verbindung 33 umfasst
und mit einem Leistungsschalter 21 mit Isolierstoffgehäuse kombiniert werden
kann. 24 zeigt eine Detailansicht
eines Auslöseorgans 28 eines
Leistungsschalters mit Isolierstoffgehäuse, in dem eine Schutzeinrichtung 20 gemäß 23 angeordnet
werden kann.
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Die
Schutzorgane sind vorzugsweise als Zinkoxidvaristoren oder Überspannungsableiter
mit Gasentladungsröhre
oder Luftlöschung
ausgebildet. Es können
jedoch auch andere Uberspannungs-Schutzsysteme, beispielsweise Varistoren aus
anderen Materialien, Halbleiter-Bauelemente
wie Avalanche- oder Rückwärtsdioden
oder auch Kombinationen aus mehreren Komponenten zur Begrenzung
einer elektrischen Spannung verwendet werden.
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Die Überspannungs-Schutzeinrichtung
ist vorzugsweise als modulares Schaltgerät ausgeführt, das auf einfache Weise
zusammengebaut und mit anderen Geräten kombiniert werden kann.
Es kann jedoch auch in anderer Form ausgeführt sein.
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Das
Schaltgerät
ist vorzugsweise ein Leistungsschalter mit einer Überlast-Schutzfunktion und/oder
einer Kurzschluss-Schutzfunktion. Der Ansprechwert der Schutzfunktionen
kann in Abhängigkeit
von den Eigenschaften der Schutzorgane eingestellt oder gewählt werden.
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Es
können
auch andere Schaltgeräte,
z.B. Lastschalter, Differenzstrom-Schutzschalter oder Relais verwendet
werden.