Modulares Schaltgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Einsatzfähigkeit eines (Niederspannungs-) Schaltgeräts wird allgemein von der so genannten elektrischen Lebensdauer begrenzt. Das Ende der elektrischen Lebensdauer ist erreicht, wenn das Kontaktmaterial an den Schaltstücken des Schaltgeräts vollständig verbraucht ist oder wenn feste und bewegliche Schaltstücke miteinander verschweißen. Der Verbrauch an Kontaktmaterial richtet sich bei einem Schütz nach der ge- schalteten Last. Bei einem Leistungsschalter wird die elektrische Lebensdauer vor allem durch die Höhe des abgeschalteten Kurzschlussstroms bestimmt.

Zumal die mechanische Lebensdauer bei einem Schaltgerät übli- cherweise weit über der elektrischen Lebensdauer liegt, können bei Schützen großer Baugrößen die beweglichen und die festen Schaltstücke häufig einzeln ausgetauscht werden, so dass die restlichen Bestandteile des Schaltgeräts über den Zeitraum der elektrischen Lebensdauer hinaus weiterverwendet werden können. Der Austausch der Schaltstücke ist aber vergleichsweise aufwändig. Bei klein dimensionierten Schaltgeräten ist daher in der Regel keine Austauschmöglichkeit vorgesehen. Diese Schaltgeräte müssen nach Ablauf der elektrischen Lebensdauer im Ganzen ausgetauscht werden.

Andererseits sind, z.B. aus der DE 35 31 710 C2, der EP 0 179 677 Al sowie der DE 198 36 549 Al, modular aufgebaute Schaltgeräte bekannt. Durch den modularen Aufbau soll bei diesen Schaltgeräten ein hoher Vorfertigungsgrad erreicht werden, d.h. die Möglichkeit geschaffen werden, durch variable Kombination einer Schaltkammer mit unterschiedlichen Funktionsmodulen eine Vielzahl von Gerätevarianten unterschiedlicher Funktionalität zusammensetzen zu können. Eine abnehmbare Be-

festigung der Funktionsmodule an der Schaltkammer ist aus den letztgenannten Dokumenten nicht zu entnehmen.

Ein Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 689 06 238 T2 bekannt. Das dortige Schaltgerät umfasst eine Schaltkammer mit einem mehrpoligen Leistungsschalter zum Schalten der Stromleitungen einer Hauptstrombahn. Das bekannte Schaltgerät umfasst weiterhin zwei Betätigungsmodule, die - zum Auswechseln dieser Module, insbesondere bei schaltungs- technisch montierter Schaltkammer - abnehmbar sind, und die elektro-mechanische Komponenten zur direkten Betätigung bzw. indirekten Betätigung des Leistungsschalters enthalten. Dem indirekten Betätigungsmodul sind hierbei Schutzvorrichtungen zugeordnet, die bei Nachweis einer Anomalie des in der Haupt- strombahn fließenden Stroms ein Schaltschloss betätigen, welches wiederum zur Unterbrechung der Hauptstrombahn auf den Leistungsschalter wirkt. Die Schutzvorrichtungen sind über Kontaktstifte und korrespondierende Kontakthülsen elektrisch mit den Stromleitungen der Hauptstrombahn kontaktiert, so dass die Hauptstrombahn aus der Schaltkammer in zumindest eines der Betätigungsmodule hineingeführt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät anzugeben, das auf einfache Weise zumindestens teilweise über die gewöhnliche elektrische Lebensdauer hinaus einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist das Schaltgerät modular aufgebaut und umfasst eine Schaltkammer, die neben einer Schalteinheit alle Komponenten einer dieser Schalteinheit zugeordneten Hauptstrombahn enthält. Das Schaltgerät umfasst weiterhin ein Basismodul, das eine mechanisch und/oder elektrisch (und damit optional auch elektro-mechanisch oder elektronisch) an- steuerbare Auslösemechanik zur Betätigung der Schalteinheit umfasst. Die Schaltkammer und das Basismodul sind hierbei (zerstörungsfrei) abnehmbar aneinander befestigt, so dass nach Ende der elektrischen Lebensdauer die verbrauchte

Schaltkammer mit geringem Aufwand gegen eine neue Schaltkammer ausgetauscht werden kann, und somit das verbleibende Basismodul über den Zeitraum der elektrischen Lebensdauer hinaus weiterverwendbar ist.

Die Erfindung greift hiermit das Konzept eines modular aufgebauten Schaltgeräts wieder auf. Der Einsatz der modularen Bauweise erfolgt hier aber vor einem anderen Hintergrund als im Stand der Technik, insbesondere zur Lösung einer Aufgabe, die bei der Konzeption der vorbekannten modularen Schaltgeräte keine Rolle spielte. Im Stand der Technik erfolgt der Einsatz der modularen Bauweise zur Erzielung einer variablen Funktionalität durch Kombination der Schaltkammer mit verschiedenartigen Funktionsmodulen.

Die erfindungsgemäß erreichte Austauschbarkeit der Schaltkammer wird demgegenüber insbesondere durch die Kombination zweier Merkmale erzielt, die erst vor dem anmeldungsgemäßen Hintergrund synergetisch zusammenwirken, nämlich einerseits die abnehmbare Befestigung der Schaltkammer an dem Basisgerät, die einen Austausch der ersteren erst ermöglicht, und andererseits die ausschließliche Anordnung der Hauptstrombahn innerhalb der Schaltkammer, ohne die ein Austausch der letzteren im Hinblick auf die Verwendbarkeit des Schaltgeräts letztlich wirkungslos wäre.

In bevorzugter Ausführung umfasst das Basismodul einen elek- tro-mechanischen Antrieb zur elektrischen Ansteuerung der Schalteinheit. Dieser Antrieb ist in an sich herkömmlicher Weise insbesondere durch einen Elektromagneten realisiert, der über einen Stößel mechanisch auf die Schalteinheit wirkt. Der Antrieb ist einerseits unmittelbar durch elektrische Ansteuerung von außen betätigbar, so dass mittels des Antriebs das Schaltgerät elektrisch geschaltet werden kann. Des Weite- ren wirkt der Antrieb als Auslöseglied einer dem Schaltgerät vorzugsweise zugeordneten elektronischen Schutzschalteinheit. Diese umfasst eine in die Hauptstrombahn geschaltete Stromoder Spannungsmesseinheit, insbesondere einen Wandler, und

eine Auslöseelektronik. Die Messeinheit ist dazu ausgebildet, ein Strom- oder Spannungsverhältnisse in der Hauptstrombahn wiederspiegelndes Messsignal zu erzeugen. Dieses Messsignal ist der Auswerteelektronik über einen elektrischen Signal- kreis, d.h. über einen von der Hauptstrombahn getrennten Sekundärstromkreis, zugeführt. Durch die Auslöseelektronik wird das Messsignal im Hinblick auf eine Auslösebedingung analysiert, wobei die Auswerteelektronik den Antrieb ansteuert, wenn die Auslösebedingung erfüllt ist. Je nach Art des zuge- führten Messsignals und Vorgabe der Auslösebedingung kann die elektronische Schutzschalteinheit zur Erkennung von Überlast, Kurzschluss, Leitungsbruch, Unter- oder Überspannung oder anderen Anomalien des in der Hauptstrombahn fließenden Stroms ausgebildet sein. Um die einfache Austauschbarkeit der Schaltkammer zu gewährleisten, ist die Messeinheit in der

Schaltkammer und die Auswerteelektronik in dem Basismodul angeordnet. Zur Verbindung des Signalkreises an der Schnittstelle zwischen der Schaltkammer und dem Basismodul sind dabei zweckmäßigerweise geeignete Steckkontakte vorgesehen, ü- ber die der Signalkreis beim Verbinden des Basismoduls mit der Schaltkammer automatisch geschlossen wird.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schaltgerät zusätzlich oder alternativ zu der elektronischen Schutzschalt- einheit eine elektro-mechanische Schutzschalteinheit, die insbesondere als Überlast- oder Kurzschlussabschaltung konzipiert ist. Diese (zweite) Schutzschalteinheit umfasst einen in die Hauptstrombahn geschalteten elektro-mechanischen Lastdetektor, der bei Überschreitung einer vorgegebenen Last- schwelle, insbesondere bei Kurzschluss, einen mechanischen Auslöseimpuls erzeugt. Die (zweite) Schutzschalteinheit umfasst des Weiteren ein mechanisches Übermittlungsglied, insbesondere in Form einer schwenkbaren Wippe, das dazu ausgebildet ist, den Auslöseimpuls mechanisch an ein Schalt- schloss der Auslösemechanik zu übertragen, so dass das

Schaltschloss wiederum durch Betätigung der Schalteinheit die Hauptstrombahn unterbricht. Für eine einfache Austauschbarkeit der Schaltkammer ist hierbei der Lastdetektor wiede-

rum in der Schaltkammer angeordnet. Das Übermittlungsglied ist bevorzugt an dem Basismodul derart gehaltert, dass ein Freiende des Übermittlungsglieds bei Zusammenfügen des Basismoduls mit der Schaltkammer automatisch mit dem Lastdetektor mechanisch bewegungsmäßig gekoppelt wird, und dass das Übermittlungsglied beim Abnehmen der Schaltkammer von dem Basismodul ebenso automatisch von dem Lastdetektor entklinkt.

In bevorzugter Ausführung ist das Schaltgerät mehrpolig, ins- besondere dreipolig ausgeführt. In dieser Ausführung umfasst die Hauptstrombahn eine der Polzahl entsprechende Anzahl von Einzelleitungen. Ebenso umfasst die Schalteinheit eine der Polzahl entsprechende Anzahl von Einzelschaltern, von denen jeweils einer einer Einzelleitung zugeordnet ist. Weiterhin sind zweckmäßigerweise der Wandler und der Lastdetektor - sofern vorgesehen - mehrpolig ausgeführt oder in einer der Polzahl entsprechenden Anzahl mehrfach vorhanden.

Zur Aufnahme jeweils einer Einzelleitung und des zugehörigen Einzelschalters ist die Schaltkammer in eine der Polzahl entsprechende Anzahl von Polkammern aufgeteilt, die insbesondere durch Längswände voneinander getrennt sind. Die Einzelschalter der Schalteinheit können innerhalb der Schaltkammer mechanisch miteinander verbunden sein. Vorzugweise ist aber der Bewegkontakt eines jeden Einzelschalters mechanisch für sich isoliert gelagert. Die Auslösemechanik ist hierbei derart ausgebildet, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb alle Einzelschalter simultan betätigt werden.

Die Schaltkammer und das Basismodul sind insbesondere miteinander verschraubt oder lösbar miteinander verrastet. Im Hinblick auf die Austauschbarkeit der Schaltkammer ist es hierbei von Vorteil, wenn die hierzu vorgesehenen Befestigungsmittel in Fügerichtung wirken, so dass zum Verbinden und Trennen der Schaltkammer und des Basismoduls incl. deren gegenseitiger Befestigung lediglich eine unidirektionaler Steckbewegung erforderlich ist. Vorzugsweise sind die Befestigungsmittel (z.B. also die Schrauben oder Rasthaken) zum

Lösen der Verbindung zwischen der Sehaltkämmer und dem Basisgerät nur von dem Boden der Schaltkammer her zugänglich. Dies erhöht die Betriebssicherheit des Schaltgerätes, zumal der Boden der Schaltkammer bei eingebautem Schaltgerät üblicher- weise nicht zugänglich ist. Die Verbindung zwischen dem Basismodul und der Schaltkammer kann daher nur bei abmontiertem Schaltgerät gelöst werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1 in perspektivischer Ansicht ein dreipoliges Schaltgerät mit einer Schaltkammer und einem Basismodul in demontiertem Zustand, und FIG 2 in einem schematischen Längsschnitt das Schaltgerät gemäß FIG 1 in montiertem Zustand.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in FIG 1 dargestellte Schaltgerät 1 umfasst eine Schaltkammer 2 sowie ein auf dieses aufsetzbares Basismodul 3. Die Schaltkammer 2 und das Basismodul 3 sind hierbei über Befestigungsschrauben 4, die von der von dem Basismodul 3 abge- wandten Unterseite 5 der Schaltkammer 2 her betätigbar sind, aneinander zu befestigen, wobei diese Schraubverbindung zum Auswechseln der Schaltkammer 2 zerstörungsfrei lösbar ist, um das Basismodul 3 mit ausgetauschter Schaltkammer 2 erneut zu verwenden.

Das Schaltgerät 1 ist dreipolig ausgeführt und umfasst eine Hauptstrombahn 6, die entsprechend der Polzahl in drei Einzelleitungen 7 aufgeteilt ist. Jede Einzelleitung 7 dient zur Leitung eines Stroms zwischen einer ersten Anschlussklemme 8 und einer zweiten Anschlussklemme 9. Die Hauptstrombahn 6 enthält innerhalb einer jeder ihrer Einzelleitungen 7 jeweils einen elektro-mechanischen Lastdetektor 10 und jeweils einen als Strom- oder Spannungsmesseinheit ausgebildeten Wandler

11. Die Hauptstrombahn 6 umfasst weiterhin eine Schalteinheit 12 mit drei Einzelschaltern 13, von denen jeweils einer in eine jede Einzelleitung 7 geschaltet ist.

Die Hauptstrombahn 6 ist einschließlich aller ihrer Komponenten in der Schaltkammer 2 angeordnet. Hierbei ist jeder Einzelleitung 7 innerhalb der Schaltkammer 2 eine eigene Polkammer 14 zugeordnet, wobei angrenzende Polkammern 14 durch Längswände 15 der Schaltkammer 2 voneinander abgetrennt sind.

FIG 2 zeigt den Aufbau der Hauptstrombahn 6 am Beispiel einer Einzelleitung 7 in schematischer Darstellung. Wie aus dieser Darstellung insbesondere erkennbar ist, umfasst jeder Einzelschalter 13 (in an sich herkömmlicher Art und Weise) zwei einander beabstandet gegenüberliegende Festschaltstücke 16, von denen einer mit der Anschlussklemme 8 und der andere mit der Anschlussklemme 9 verbunden ist, und die mittels einer Kontaktbrücke 17 leitend überbrückbar sind. Die Kontaktbrücke 17 umfasst hierzu zwei leitend verbundene Gegenschaltstücke 18, von denen jedes mit einem Festschaltstück 16 korrespondiert und die an einem gemeinsamen Mittelblock 19 befestigt sind. Der Mittelblock 19 ist derart gegen Federdruck auslenkbar, dass in einer Ruhestellung des Mittelbl ^' ocks 19 die Festschaltstücke 16 mit den jeweiligen Gegenschaltstücken 18 kon- taktieren, und dass bei Auslenkung des Mittelblocks 19 aus der Ruhestellung beide Gegenschaltstücke 18 gleichzeitig von den Festschaltstücken 16 getrennt werden.

Um einen bei diesem Schaltvorgang entstehenden Schaltlicht- bogen schnell zum Erlöschen zu bringen, ist jedem Festschaltstück 16 ein Löschblechpaket 20 beigeordnet.

Das Basismodul 3 enthält, wie ebenfalls aus FIG 2 ersichtlich ist, eine Schaltmechanik 21 zur simultanen Betätigung der Einzelschalter 13 der Schalteinheit 12. Die Schaltmechanik 21 umfasst ein Schaltschloss 22, das über einen Stößel 23 auf die Schalteinheit 12 wirkt. Das Schaltschloss 22 ist einerseits mittels eines Betätigungsknopfes 24, der an einer von

der Schaltkammer 2 abgewandten Oberseite 25 aus dem Gehäuse des Basismoduls 3 herausragt, manuell betätigbar.

Die Schaltmechanik 21 umfasst weiterhin einen elektromagneti- sehen Antrieb 26, der über ein Umlenkglied 27 und einen Stößel 28 auf die Schalteinheit 12 wirkt. Der Antrieb 26 ist ü- ber eine elektrische Steuerleitung 29 von außen ansteuerbar. Insbesondere ist der Antrieb 26 dabei derart ausgeführt, dass er die Schalteinheit 12 freigibt, solange über die Steuerlei- tung 29 eine von Null verschiedene Steuerspannung U zugeführt wird, und dass er die Schalteinheit 12 betätigt (und damit die Hauptstrombahn 6 unterbricht) , sobald die über die Steuerleitung 29 zugeführte Steuerspannung U zusammenbricht.

Dem Schaltgerät 1 sind weiterhin zwei Schutzschalteinheiten 30,31 zugeordnet. Die erste Schutzschalteinheit 30 umfasst den Wandler 11 sowie eine in dem Basismodul 3 angeordnete Auswerteelektronik 32. Der Wandler 11 und die Auswerteelektronik 32 sind über einen von der Hauptstrombahn 6 galvanisch getrennten Signalkreis 33 verbunden, der an der Schnittstelle zwischen der Schaltkammer 2 und dem Basismodul 3 über einen Steckkontakt 34 geschlossen ist. Im Betrieb des Schaltgeräts 1 liefert der Wandler 11 über den Signalkreis 33 ein Messsignal M in Form einer Kleinspannung an die Auswerteelektro- nik 32, das den durch die Einzelleitung 7 fließenden Strom oder die zugehörige Spannung wiederspiegelt. Die Auswerteelektronik 32 analysiert das Messsignal M auf das Vorliegen einer vorgegebenen Auslösebedingung (z.B. Kurzschluss, Überlast, Unterspannung, Überspannung, etc.) und steuert den An- trieb 26 bei Vorliegen dieser Auslösebedingung derart an, dass dieser die Schalteinheit 12 betätigt und die Hauptstrombahn 6 unterbricht.

Diese Funktionalität ist schaltungstechnisch besonders ein- fach realisiert, indem die Auswerteelektronik 32 nach Art eines Schalters in die Steuerleitung 29 geschaltet ist und diese bei Vorliegen der Auslösebedingung unterbricht, wodurch

die Steuerspannung U zwangsweise zum Erliegen kommt und der Antrieb 26 auslöst.

Die zweite Schutzschalteinheit 31 umfasst den Wandler 10 so- wie ein nach Art einer schwenkbaren Wippe ausgebildetes mechanisches Übermittlungsglied 35. Das Übermittlungsglied 35 ist hierbei derart in dem Basismodul 35 schwenkbar gelagert, dass ein Freiende 36 des Übermittlungsglieds 35 im Montagezustand des Schaltgeräts 1 mit einem Auslösestift 37 des Wandlers 10 lose verklinkt ist, so dass das Übermittlungsglied 35 im Montagezustand mit dem Wandler 10 bewegungsmäßig gekoppelt ist. Das entgegengesetzte Freiende 38 des Betätigungsglieds 35 wirkt mit dem Schaltschloss 22 zusammen.

Der Lastdetektor 10 ist durch eine Spulenwicklung der Einzelleitung 7 gebildet, in der der Auslösestift 37 axialbeweglich geführt ist. Der Lastdetektor 10 ist dabei zur Erkennung einer Überlast oder eines Kurzschlusses in der Einzelleitung 7 ausgebildet, indem bei Überlast bzw. Kurzschluss der Auslöse- stift 37 in die Spulenwicklung des Lastdetektors 10 hineingezogen wird. Hierdurch erzeugt der Lastdetektor 10 einen mechanischen Auslöseimpuls, der durch Verschwenkung des Betätigungsglieds 35 auf das Schaltschloss 22 übertragen wird.

Durch diesen mechanischen Auslöseimpuls wird das Schaltschloss 22 ausgelöst und die Schalteinheit 12 zur Unterbrechung des Stromflusses in der Hauptstrombahn 6 betätigt.

Zumal alle Komponenten der Hauptstrombahn 6, insbesondere die Einzelleitungen 7 mit jeweils zugeordnetem Lastdetektor 10, Wandler 11 und Einzelschalter 12 vollständig in der Schalt- kammer 2 angeordnet sind, kann das Schaltgerät 1 nach Ablauf der elektrischen Lebensdauer durch einfachen Austausch der Schaltkammer 2 wieder einsatzfähig gemacht werden. Die ver- brauchte Schaltkammer 2 ist zu diesem Zweck von dem weiterverwendbaren Basismodul 3 nach Lösen der Befestigungsschrauben 4 einfach abziehbar. Insbesondere wird dabei der Signalkreis 33 durch Dekontaktieren des Steckkontakts 34 automa-

0

tisch getrennt. Ebenso entklinkt das Betätigungsglied 35 dabei automatisch von dem Auslösestift 37. Beim Aufstecken einer neuen Schaltkammer 2 werden diese Wirkverbindungen selbsttätig wiederhergestellt, so dass beide Schutzschalt- einheiten 30 und 31 nach dem Zusammenstecken der Schaltkammer 2 und des Basismoduls 3 sofort wieder einsatzfähig sind.

Die Wiederverwendbarkeit des Schaltgeräts 1 ist optional noch weiter gesteigert, indem die Anschlussklemmen 8 und 9 jeweils in einem separaten Klemmenblock 39 bzw. 40 angeordnet sind, der auf die Schaltkammer 2 aufsteckbar ist. Zumal die An- schlussklemmen 8,9 im ordnungsgemäßen Betrieb des Schaltgeräts 1 keinem nennenswerten elektrischen Verschleiß unterliegen, können die Klemmenblöcke 39,40 bei einem Austausch der Schaltkammer 2 von derselben abgezogen und ebenfalls weiterverwendet werden.