Die Erfindung betrifft einen Fernantrieb für ein elektrisches Schaltgerät.

Aus dem Stand der Technik bekannte Fernantriebe nutzen üblicherweise

Schaltelemente, die einen Magnetantrieb oder einen Motorantrieb verwenden. Die Schaltelemente wirken dabei direkt oder mittelbar auf ein Betätigungselement des Schaltgerätes, so dass dieses geschaltet werden kann.

In der EP 0 828 278 Bl ist ein Fernantrieb für einen Niederspannungs-Schutzschalter offenbart, der als Modul mit dem Schutzschalter zu verbinden ist. Das Schalten des Schutzschalters erfolgt mittels zweier von einem stromimpulsbetriebenen

Magnetantrieb mittelbar betätigbarer Stangen.

Die EP 0 506 066 Bl offenbart einen Motorantrieb für ein elektrisches Schaltgerät. Das Schalten des Schaltgeräts erfolgt dort durch eine Freigabe gespeicherter Energie zweier Federkraftspeicher. Durch die Verwendung von zwei Schaltelementen wird das Schaltgerät sowohl ein- wie auch ausgeschaltet. Der Motorantrieb dient zur Aufladung der Federkraftspeicher. Die Freigabe der Energie der Federkraftspeicher erfolgt von Ferne über einen Elektromagneten.

Fernantriebe, die mit magnetischem Antrieb oder Motorantrieb arbeiten, weisen allerdings einige Nachteile auf. Ein Motorantrieb für einen Fernantrieb ist aufwendig und dementsprechend teuer im Aufbau. Ferner führt der aufwendige Aufbau zu dem Erfordernis eines verhältnismäßig großen Bauvolumens. Ein Magnetantrieb hat darüber hinaus den Nachteil, einen hohen Anzugstrom zu benötigen, was wiederum zu höheren Kosten führt. Schließlich erfolgt der Schaltvorgang vielfach zu schnell, so dass zusätzliche Bauelemente nötig sind, um Schaltgeschwindigkeiten zu reduzieren, oder aber Bauteile mit höherer Festigkeit benötigt werden. Ein Fernauslöser zum Auslösen eines Schutzschalters, der mit einem thermisch empfindlichen Schaltelement arbeitet, wird in der EP 0 513 423 AI beschrieben. Das Schaltelement umfasst insbesondere ein Bimetall, das mittels eines PTC-Elements erwärmt werden kann. Aus der Ferne kann eine Spannung am PTC-Element angelegt werden. In Folge der Erwärmung des Bimetalls wird dieses derart ausgelenkt, dass eine Klinke eines Schaltschlosses von einer Verklinkungsstelle abgleitet und das

Schaltschloss damit auslöst. Andere Fernauslöser zum Auslösen eines Schutzschalters arbeiten mit einem magnetisch empfindlichen Schaltelement, wie beispielsweise in EP 1 005 060 Bl beschrieben. Nachteilig ist hierbei, dass Ein- oder Ausschalten des

Schalters nicht möglich ist, da Bimetalle oder kleine Elektromagnete den hierfür meist höheren Anforderungen an Kraft oder Hub nicht genügen können.

Ein weiterer Auslöser ist in der DE 92 06 054 Ul beschrieben. Hierbei wird der Umstand genutzt, dass eine mit einer Kraft vorgespannte Entklinkungsvorrichtung die Entklinkung eines Schaltschlosses bewirken kann, wenn ein thermisch sensibles Medium seinen Zustand von fest zu flüssig ändert.

Die DE 92 06 055 Ul zeigt ebenfalls einen thermischen Auslöser. Bei diesem Auslöser wird die Entklinkungsvorrichtung durch einen Hubkolben betätigt, wobei der

Hubkolben durch erwärmungsbedingte Volumenvergrößerung eines dehnfähigen Mediums verlagert wird.

Ein thermisches Relais mit einem Bimetall- Auslöser ist in der EP 0 371 415 A2 offenbart.

Aus der WO 99/49490 AI ist ein weiterer Fernantrieb zum Schalten eines Schaltgerätes bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Fernantriebs möglichst einfach zu gestalten, und gleichzeitig die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Fernantrieb für ein elektrisches Schaltgerät mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß umfasst der Fernantrieb ein thermisch empfindliches Schaltelement, das dazu vorgesehen ist, das Schaltgerät zu schalten. Das Schaltelement umfasst eine Dehnstoffkammer zur Aufnahme eines Dehnstoffes sowie ein Kolbenelement. Eine Volumenänderung des Dehnstoffes bewirkt dabei eine Verlagerung des Kolbenelements relativ zu einem feststehenden Teil des Schaltelements.

Jede nachfolgende Bezugnahme auf Verlagerung des Kolbenelements wird dabei im Sinne der relativen Verlagerung in Bezug auf den feststehenden Teil des Schaltelements verstanden.

Die Dehnstoffkammer weist vorzugsweise einen zylindrischen Grundaufbau mit zwei Stirnseiten auf. Die Dehnstoffkammer begrenzt zumindest teilweise einen Innenraum, in dem sich ein Dehnstoff befindet. Vorzugsweise ist eine der Stirnseiten der

Dehnstoffkammer geschlossen, die andere Stirnseite teilweise offen, so dass das Kolbenelement durch die offene Stirnseite in den Innenraum der Dehnstoffkammer eingreifen kann.

Als Dehnstoff wird jeder geeignete Stoff verstanden, der unter Einfluss von

Änderungen der Temperatur seine physikalischen Eigenschaften, insbesondere sein Volumen, ändert. Besonders geeignete Dehnstoffe enthalten Wachs, Öl und/oder Paraffin.

Das Kolbenelement kann beispielsweise in Form einer Kolbenstange aber auch in Form einer geeignet geformten Scheibe oder einer Kombination der beiden ausgebildet sein. Auch kann das Kolbenelement derart ausgebildet sein, dass die offene Stirnseite der Dehnstoffkammer durch das Kolbenelement im Wesentlichen geschlossen werden kann.

Darüber hinaus kann das Kolbenelement auch jede Form annehmen, die dazu geeignet ist, eine Verlagerung des Kolbenelements aufgrund von Volumenänderung des

Dehnstoffes zu ermöglichen. Das Schaltelement kann des Weitern beispielsweise auch eine Membran umfassen, durch die beispielsweise eine der Stirnseiten der Dehnstoffkammer geschlossen wird. In diesem Fall steht das Kolbenelement mit dem Dehnstoff nicht unmittelbar in Kontakt. Vorzugsweise steht das Kolbenelement mit dem Dehnstoff derart in Wirkverbindung, dass bei einer, beispielsweise temperaturbedingten, Volumenänderung des Dehnstoffes eine Verlagerung des Kolbenelements bezüglich eines ortsfesten Teils des

Schaltelements, zum Beispiel relativ zur Dehnstoffkammer oder zu einem Teil der Dehnstoffkammer, erwirkt werden kann. Ist das Kolbenelement in Form einer teilweise innerhalb der Dehnstoffkammer angeordneten Kolbenstange ausgebildet, so bewirkt eine Volumenänderung des Dehnstoffes in diesem Fall, dass die Kolbenstange zumindest teilweise aus der Dehnstoffkammer heraus geschoben wird.

Das Schalten des Schaltgeräts wird vorzugsweise dadurch ermöglicht, dass das

Kolbenelement des Schaltelements mit einem Betätigungselement des Schaltgeräts in Wirkverbindung gebracht wird. Beispielsweise kann es sich dabei um eine mechanische Wirkverbindung handeln. Vorteilhaft ist das Kolbenelement an eine Welle des

Betätigungselements gekoppelt, so dass eine Verlagerung des Kolbenelements eine Drehung der Welle bewirken kann. Insbesondere kann die Wirkverbindung zwischen dem Kolbenelement und dem Betätigungselement mittels eines Nockens hergestellt sein. Dabei kann der Nocken beispielsweise direkt an der Welle des

Betätigungselements drehfest befestigt sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Zahnstange entsprechend dazu vorgesehen, die Wirkverbindung zwischen dem Kolbenelement und dem Betätigungselement herzustellen.

Zudem umfasst der Fernantrieb bevorzugt eine Verbindungsstange, die mit dem

Kolbenelement verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Kolbenelement und der Verbindungsstange ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass eine Volumenänderung des Dehnstoffes eine Verlagerung der Verbindungsstange bewirkt. Vorzugsweise erfolgt die Verlagerung der Verbindungsstange entlang einer Längsachse der Verbindungsstange. Zum Beispiel kann sich die Verbindungsstange bei einer Ausgangstemperatur des Dehnstoffes in einer Ausgangsposition befinden, wobei sie beispielsweise zumindest teilweise innerhalb der Dehnstoffkammer angeordnet ist. Bei einer Erwärmung des Dehnstoffes vergrößert sich dessen Volumen, wodurch mittels des Kolbenelements die Verbindungsstange entlang ihrer Längsachse verlagert wird. Bei einer Endtemperatur des Dehnstoffes erreicht sie ihre Endposition. Wird der Dehnstoff dann auf die

Ausgangstemperatur abgekühlt, so kann die Verbindungsstange in ihre

Ausgangsposition zurück verlagert werden.

Eine andere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Fernantrieb einen Kraftspeicher umfasst. Dabei kann es sich zum Beispiel um einen Federspeicher handeln. Der Federspeicher kann vorteilhaft mit einem Kniehebel oder einer Klinke versehen sein. Der Kraftspeicher wird durch die wirkverbundene Verlagerung des Kolbenelements beladen und kann zum Schalten des Schaltgeräts mittels einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise eines Magnets, entladen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Kraftspeicher durch die

wirkverbundene Verlagerung des Kolbenelements beladen und auch entladen. Die Entladung des Kraftspeichers erfolgt in diesem Fall zum Beispiel durch Entriegelung einer geeignet am Kraftspeicher angeordneten Klinke. Die Anwendung des

Kraftspeichers hat den Vorteil eines verhältnismäßig schnell erfolgenden

Schaltvorgangs im Schaltgerät. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Fernantrieb ein

Federelement auf. Das Federelement ist dabei derart angeordnet, dass die relative Verlagerung des Kolbenelements, die beispielsweise durch eine Volumenvergrößerung des Dehnstoffes verursacht wird, entgegen der Federkraft des Federelements erfolgt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Verlagerung des Kolbenelements nach Beendigung des Schaltvorgangs automatisch, bedingt durch die Federkraft, rückgängig gemacht werden kann, soweit der Dehnstoff, bzw. sein Volumen dies zulässt. Auch kann die Verlagerung des Kolbenelements bei einer Volumenverkleinerung oder auch bei beiden Volumenänderungen (Vergrößerung und Verkleinerung) entgegen der Federkraft erfolgen.

Die Volumenänderung des Dehnstoffes wird vorteilhaft durch seine Erwärmung erreicht. Daher umfasst der Fernantrieb in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine vorzugsweise elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen des Schaltelements. Besonders bevorzugt ist die Beheizung des Schaltelements mittels eines PTC-Elements oder mittels Heizdrähte. Die Heizvorrichtung kann an der Dehnstoffkammer oder am Kolbenelement angeordnet sein.

Ferner kann der erfindungsgemäße Fernantrieb in einer bevorzugten Ausführungsform einen Trennkontakt umfassen. Gemäß seiner Funktion unterbricht der Trennkontakt eine Energiezufuhr zur Heizvorrichtung, wenn der Schaltvorgang beendet ist. Bevorzugt ist der Trennkontakt durch einen Mikroschalter realisiert. Wird die Energie- oder speziell eine Stromzufuhr zur Heizvorrichtung getrennt, so kann das Schaltelement abkühlen und die Verlagerung des Kolbenelements gestoppt bzw. rückgängig gemacht werden.

Üblicherweise kann sich ein elektrisches Schaltgerät, das mit einer Schutzfunktion ausgestattet ist, in einem der drei folgenden Zustände befinden: einem eingeschalteten Zustand, in dem der Strom durch das Schaltgerät fließt, einem ausgeschalteten Zustand, in dem der Stromfluss durch das Schaltgerät unterbrochen ist, und in einem ausgelösten Zustand. Diese Zustände entsprechen für gewöhnlich einer EIN-, einer AUS-, und einer AUSGELÖST-Stellung des Betätigungselements des Schaltgeräts. Der ausgelöste Zustand des Schaltgerätes wird durch eine Auslösung der Schutzfunktion herbeigeführt. In diesem Zustand ist der Stromfluss unterbrochen, das Schaltgerät kann jedoch zunächst nicht direkt wieder in den eingeschalteten Zustand überführt werden. Vielmehr muss dazu eine zusätzliche Einstellung am Schaltgerät durchgeführt werden („Reset"), die üblicherweise durch einen dazu geeigneten Mechanismus erfolgt (beispielsweise muss das Betätigungselement des Schaltgeräts zuerst in die AUS -Stellung gebracht werden oder es muss aus der AUSGELÖST-Stellung auf eine bestimmte Art kurz ausgelenkt werden). In diesem Zusammenhang kann es zu dem ungünstigen Umstand kommen, dass das Schaltgerät während des Schalt Vorgangs mittels des Fernantriebs durch seine Schutzfunktion in den ausgelösten Zustand versetzt wird. Dabei wird das Betätigungselement beispielsweise in eine Zwischenstellung zwischen EIN und AUS gebracht. Aus dieser Zwischenstellung des Betätigungselements heraus kann der Schaltvorgang nicht erfolgreich durchgeführt werden. Die verlagerte

Verbindungsstange blockiert beispielsweise einerseits die Durchführung des Reset, wobei gleichzeitig auch eine weitere Verlagerung der Verbindungsstange nicht zu einem Einschalten des Schaltgeräts führen kann. Um diesen ungünstigen Fall zu vermeiden, umfasst der erfindungsgemäße Fernantrieb in einer bevorzugten Form einen Hilfsschalter. Der Hilfsschalter ist dazu vorgesehen, den Fernantrieb zu inaktivieren, wenn das Schaltgerät ausgelöst wird und sich das Betätigungselement in der

Zwischenstellung oder einer anderen Stellung, aus der heraus das Schaltgerät nicht in den eingeschalteten Zustand versetzt werden kann, befindet. Durch die Inaktivierung des Fernantriebs, wobei die Inaktivierung beispielsweise durch eine

Spannungsunterbrechung am Fernantrieb realisiert sein kann, wird verhindert, dass der Fernantrieb einen Schaltvorgang einleitet, solange das Schaltgerät nicht in einen eingeschalteten Zustand gebracht werden kann. Vorzugsweise ist die Spannungszufuhr über den Hilfsschalter nach erfolgreicher Einschaltung des Schaltgerätes durch den Fernantrieb solange unterbrochen, bis beispielsweise das Kolbenelement soweit zurückgeführt wurde, dass der Reset durchgeführt werden kann. Dies kann

beispielsweise erreicht werden, indem der Hilfsschalter mechanisch verrastet wird und/oder der Hilfsschalter durch die Verrastung in der gewünschten Stellung gehalten wird. Die Verrastung erfolgt, wenn das Schaltelement des Fernantriebs das Schaltgerät eingeschaltet hat. Eine Entrastung des Hilfsschalters, wodurch die Inaktivierung des Fernantriebs beendet wird, erfolgt beispielsweise, wenn das Schaltelement des

Fernantriebs eine Stellung erreicht hat, aus der das Schaltgerät in den eingeschalteten Zustand gebracht werden kann. Es ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Fernantrieb als Einschalter verwendet wird. Wird der Fernantrieb zudem im Zusammenhang mit einem Schaltgerät mit einer Schutzfunktion betrieben, schaltet der Fernantrieb in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung das Schaltgerät nach einer Auslösung, zum Beispiel durch Überlast, automatisch wieder ein. Während des Schaltvorgangs können durch die Schutzfunktion geschützte Aggregate beispielsweise abkühlen. In einer anderen Ausgestaltung ist es ebenfalls möglich, den Fernantrieb dazu vorzusehen, das Schaltgerät auszuschalten. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Fernantrieb zwei Schaltelemente umfasst. Dadurch ist es möglich, den Fernantrieb sowohl als Einschalter wie auch als Ausschalter zu nutzen.

Bevorzugt weist der erfindungsgemäße Fernantrieb ein Gehäuse auf. Das Gehäuse ist derart ausgestaltet, dass es am Schaltgerät montierbar ist. Als geeignete

Montagevarianten kommen dabei zum Beispiel eine Front-Montage oder eine Seiten- Scheiben-Montage oder eine Kombination der beiden in Frage. Ausgehend von einer Verwendung des thermisch empfindlichen Schaltelements müssen unter Umständen auch umweltbedingte Temperaturschwankungen in der Umgebung des Schaltelements in Betracht gezogen werden. Diese können dazu führen, dass die Funktion des Schaltelements beeinträchtigt wird, wenn zum Beispiel aufgrund einer erhöhten Umgebungstemperatur die Verbindungsstange nicht in ihre Ausgangsposition zurückkehren kann. Daher verfügt der erfindungsgemäße Fernantrieb in einer vorteilhaften Ausführung über eine Vorrichtung, die dazu vorgesehen ist, eventuelle Temperaturschwankungen in der räumlichen Umgebung des Schaltelements zu kompensieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Fernantrieb mit einem Unterspannungsauslöser ausgestattet sein, wobei der Unterspannungsauslöser bevorzugt als separates Teil am Schaltgerät angebracht ist. Bei Auftreten einer vorher bestimmten Bedingung (zum Beispiel bei Unterspannung) schaltet der

Unterspannungsauslöser das Schaltgerät aus, indem er zum Beispiel das

Betätigungselement des Schaltgeräts in die AUS- oder die AUSGELÖST-Stellung bringt. Gleichzeitig wird vorteilhaft die Stromzufuhr zum Schaltelement unterbrochen, damit der Fernantrieb das Schaltgerät erst dann wieder einschalten kann, wenn die Spannungsversorgung des Unterspannungsauslösers wieder hergestellt ist.

Die Erfindung wird ferner in Verbindung mit den beiliegenden Figuren beschrieben, wobei Figur la den erfindungsgemäßen Fernantrieb zeigt, der auf einem Schaltgerät angebracht ist;

Figur lb den schematischen Innenaufbau eines erfindungsgemäßen Fernantriebs in einer Seiten-Querschnittsansicht zeigt;

Figur lc den schematischen Innenaufbau eines erfindungsgemäßen Fernantriebs in einer Draufsicht zeigt. Im Einzelnen zeigt Figur la einen Fernantrieb 1, der ein Gehäuse 9 aufweist. Das Gehäuse 9 ist dazu geeignet, den Fernantrieb 1 an einem Schaltgerät 10 anzubringen, wobei das Schaltgerät 10 ein Betätigungselement 101 umfasst, das zum Schalten des Schaltgeräts vorgesehen ist. Ein Unterspannungsauslöser 11 ist an das Schaltgerät 10 seitlich angebaut dargestellt.

Figuren lb und lc zeigen den Fernantrieb 1 mit einem Gehäuse 9 entsprechend der Figur la, jeweils in Seiten- bzw. Draufsicht. Gleiche oder gleichartige Elemente des Fernantriebs 1 werden dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Fernantrieb 1 umfasst demnach ein thermisch empfindliches Schaltelement 2, mittels dessen das Schaltgerät 10 geschaltet werden kann. Das Schaltelement 2 umfasst seinerseits eine Dehnstoffkammer 21 sowie ein Kolbenelement 22, das in Form einer Kolbenstange ausgebildet ist. Wirkverbunden mit dem Kolbenelement 22 ist eine Verbindungsstange 3. Die Dehnstoffkammer 21 ist dazu vorgesehen, einen Dehnstoff aufzunehmen. Die Dehnstoffkammer 21 weist eine zylindrische Grundform mit zwei Stirnseiten auf. Eine Stirnseite ist offen und dient dazu, das Kolbenelement 22 aufzunehmen. Das

Kolbenelement 22 begrenzt stets denjenigen Teil der Dehnstoffkammer 21, in der sich der Dehnstoff befindet. Das Kolbenelement 22 ist verlagerbar angeordnet. Die

Verbindungsstange 3 steht mit dem Kolbenelement 22 in Wirkverbindung, so dass eine Vergrößerung des Dehnstoff- Volumens eine Verlagerung des Kolbenelements 22 und der Verbindungsstange 3 entlang einer Längsachse 31 bewirkt.

Wird durch eine Volumenveränderung des Dehnstoffes das Kolbenelement 22 verlagert, so wird es aus der Dehnstoffkammer 21 heraus geschoben, so dass es über die durch die Verbindungsstange 3 hergestellte Wirkverbindung auf einen Nocken 5 mechanisch einwirkt. Der Nocken 5 ist mit einer Welle 6 des Betätigungselements 101 des

Schaltgeräts 10 (vgl. Figur la) drehfest verbunden. Eine Verlagerung des

Kolbenelements 22 bewirkt also mittelbar eine entsprechende Drehung der Welle 6 des Betätigungselements 101, wodurch das Schaltgerät 10 geschaltet wird. Um eine

Verlagerung des Kolbenelements 22 und der Verbindungsstange 3 zu erreichen, muss der Dehnstoff in der Dehnstoffkammer 21 seine Volumen vergrößern. Die

Volumenvergrößerung wird dadurch erreicht, dass die Dehnstoffkammer 21 mittels einer Heizvorrichtung 7 erhitzt wird. Die Heizvorrichtung 7 umfasst ein PTC-Element, das bei Anlegen einer Spannung an der Heizvorrichtung 7 die Dehnstoffkammer 21 erhitzen kann. Ferner umfasst der Fernantrieb 1 ein Federelement 4. Das Federelement 4 ist derart an der Verbindungsstange 3 angeordnet, dass die bei Volumenvergrößerung des Dehnstoffes erfolgende Verlagerung der Verbindungsstange 3 gegen die Federkraft des Federelements 4 erfolgt.

Der Fernantrieb 1 umfasst darüber hinaus einen Trennkontakt 8, der als Mikroschalter ausgebildet ist. Der Trennkontakt 8 hat die Funktion, nach beendetem Schaltvorgang die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung 7 zu unterbrechen. Wird demnach die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung 7 unterbrochen, so kühlt der Dehnstoff in der Dehnstoffkammer 21 ab und sein Volumen verringert sich. Bedingt durch die Federkraft des Federelements 4 wird dann die Verbindungsstange 3 entlang der Längsachse 31 in die Ausgangsposition zurück geschoben.

Bezugszeichenliste

I Fernantrieb

2 Schaltelement

21 Dehnstoffkammer

22 Kolbenelement

3 Verbindungsstange

31 Längsachse der Verbindungsstange 4 Federelement

5 Nocken

6 Welle des Betätigungselements

7 Heizvorrichtung

8 Trennkontakt

9 Gehäuse

10 Schaltgerät

101 B etätigungselement

I I Unterspannungsauslöser