BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auslösen eines Leitungsschutzschalters, welche einen thermischen Auslöser aus einem Bimetallstreifen, einen magnetischen Auslöser aus einem Magnetbügel mit einem Kern, einem Jochblech, einer Spule und einem Spulenkörper mit verschiebbarem Anker, ein Kontaktsystem mit einer mittels thermischer und/oder magnetischer Kräfte längsverschiebbaren mechanischen Übertragungsanordnung und einen manuell betätigbaren, mit dem Kontaktsystem in kraftschlüssigem Eingriff stehenden Schalthebel umfasst.
Leitungsschutzschalter sind seit Jahrzehnten bekannt, sie dienen dem Schutze der Leitungen, sind eine Alternative zu den Schmelzsicherungen.
Die heute verwendeten Leitungsschutzschalter haben je einen thermischen und einen elektromagnetischen Auslöser: - Bei Überstrom verbiegt sich ein Bimetallstreifen infolge verschiedener thermischer Ausdehnung seiner beiden Komponenten derart, dass ein daran anliegendes oder benachbartes mechanisches Übertragungsorgan auf eine Klinke einwirkt.
Nach deren Entriegelung werden mechanische Kräfte frei, der elektrische Kontakt wird unterbrochen und der Schalter springt in die Ausschaltstellung.
- Bei einem Kurzschluss wird innerhalb weniger Millisekunden in bekannter Weise ein Anker in eine Spule gezogen.
Diese Bewegung in Längsrichtung wird mittels eines andern mechanischen Übertragungsorgans auf die Klinke übertragen, worauf der elektrische Kontakt in der oben beschriebenen Weise gelöst, und der fehlerhafte Stromkreis vom Netz getrennt wird.
Leitungsschutzschalter der erwähnten Bauart werden beispielsweise in der electro-revue Nr. 40 - 42/1980, Seiten 3 - 6, beschrieben. Der magnetische Auslöser des in dieser Publikation gezeigten Leitungsschutzschalters wird in der CH-PS 481 479 näher erläutert.
Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, die eingangs beschriebene Vorrichtung zum Auslösen eines Leitungsschutzschalters zu vereinfachen und damit dessen kostengünstigere Herstellung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen gemeinsamen Auslösestift für den thermischen und magnetischen Auslöser, welcher Auslösestift - den Anker, den Kern und den Magnetbügel durchgreift, wobei der Auslösestift und der mit einem Rückholelement ausgestattete Anker wenigstens in Längsrichtung gegeneinander verschiebbar sind, und der Auslösestift einen in Richtung einer Klinke wirksamen Mitnehmer aufweist, und - aus einem elektrisch isolierenden, nicht magnetisierbaren und schlagfesten Material besteht.
Mit dem erfindungsgemässen Auslösestift können also die bisher getrennten mechanischen Kraftübertragungsanordnungen des thermischen und des magnetischen Auslösers zu einem einzigen mechanischen Übertragungsorgan vereinigt werden, was sowohl eine Vereinfachung als auch eine Verbilligung der Vorrichtung zum Auslösen eines Leitungsschutzschalters erlaubt.
Der Anker und der Kern des magnetischen Auslösers, welche vorzugsweise aus üblichen ferromagnetischen Legierungen bestehen, und der Auslösestift sind im Querschnitt vorzugsweise rund ausgebildet. Der Auslösestift kann aber auch rechteckigen oder quadratischen Querschnitts sein. Der Auslösestift verläuft zweckmässig durch eine entsprechend ausgebildete zentrale Bohrung von Anker und Kern.
Bei einer Überstromauslösung durch das Bimetall wird der weder elektrisch leitende noch magnetisierbare Auslösestift durch den Kern und den in seiner Ruhelage verbleibenden Anker in Richtung Klinke geschoben.
Bei einer Kurzschlussauslösung dagegen, welche eine Verschiebung des Ankers zur Folge hat, muss der Auslösestift mit dem Anker in Richtung Klinke geschoben werden. Deshalb weist der Auslösestift einen Mitnehmer auf, der sich bei einer Ankerbewegung in Richtung der Klinke auf der Stirnseite des Ankers abstützt. Der Mitnehmer des Auslösestifts ist vorzugsweise als Ring oder in Form von wenigstens einem Nocken ausgebildet. Diese können, wie erwähnt, direkt auf der der Klinke zugewandten Stirnseite des Ankers aufliegen. Bevorzugt ist jedoch die Bohrung zu einem dem Mitnehmer entsprechenden Sackloch aufgeweitet. Derart kann der Mitnehmer jederzeit problemlos versenkt werden. Vorzugsweise entspricht die Tiefe des Sacklochs wenigstens der Länge des Mitnehmers, so dass dieser vollständig in der der Klinke zugewandten Stirnseite des Ankers versenkbar ist.
Das Rückholelement des Ankers ist vorzugsweise als am Jochblech befestigte Blattfeder ausgebildet, welche in eine Ringnut des Ankers, welche der dem Bimetallstreifen zugewandten Stirnseite benachbart ist, eingreift.
Bei eingeschaltetem Strom üblichen Nennwerts sind der Anker und der Mitnehmer auf dem Auslösestift derart positioniert, dass der bevorzugt 1 - 5 mm, insbesondere 2 - 3 mm, kürzere Auslösestift, als dies dem Abstand zwischen Bimetallstreifen und Aufschlagfläche der Klinke entspricht, jede Position einnehmen kann. Der Auslösestift kann also im Extremfall am freien Ende des Bimetallstreifens oder an der Klinke anliegen.
Ein aus einem Hartkunststoff, vorzugsweise aus einem Polyamid oder einem Polycarbonat, hergestellter Auslösestift ist elektrisch isolierend, nicht magnetisierbar und schlagfest. Weiter weist er eine geringe Masse auf, was für eine Verschiebung mit möglichst geringer Kraft - bei einer Auslösung durch den Bimetallstreifen - wesentlich ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der Vorrichtung zum Auslösen eines in einem Gehäuse angeordneten, normierten Leitungsschutzschalters üblicher Einbautiefe. Für Ausführungsvarianten und Zubehör der Leitungsschutzschalter wird auf den Firmenprospekt CMC, CH-8201 Schaffhausen, Ausgabe B, 15. November 1984, verwiesen.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zum Auslösen ist eingeschaltet, der normale Nennstrom fliesst zum Verbraucher.
Der thermische Auslöser umfasst einen Bimetallstreifen 10, der seinerseits aus zwei metallisch verbundenen Streifen mit unterschiedlichem Längenausdehnungskoeffizient besteht. Dimensionen und Materialkombination des Bimetallstreifens 10 richten sich nach dem Nennstrom. Im vorliegenden Fall bestehen die zwei miteinander verwalzten Streifen aus Chrom-Nickel Stahllegierungen. Der Bimetallstreifen 10 ist in Richtung des freien Endes über eine Verbindungslitze 12 mit einem elektrischen Anschluss 14 verbunden.
Der magnetische Auslöser umfasst im wesentlichen einen Uförmig abgewinkelten Magnetbügel 16 mit einem stirnseitig verbundenen Jochblech 18, eine über einen hülsenförmigen Spulenkörper 20 gewickelte Spule 22 aus Kupferdraht, einen Anker 24 und einen Kern 26, wobei die beiden letzteren zylindrisch ausgebildet sind und aus einer ferromagnetischen Legierung bestehen. Der Kern 26 kann nach einer nicht dargestellten Variante aus dem Magnetbügel 16 tiefgezogen sein.
Entlang der Längsachse L führt eine Bohrung für den runden Auslösestift 28, welcher aus einem Polyamid besteht. Der Auslösestift 28 ist etwa 3 mm kürzer als der Abstand der Klinke 30 vom Bimetallstreifen 10. In Richtung der Klinke 30 ist die Bohrung im Anker 24 zu einem Sackloch 32 aufgeweitet, welches den am Auslösestift 28 befestigten, scheibenförmigen Mitnehmer 34 aufnimmt. Dieser dient dazu, bei einer Bewegung des Ankers 24 in Richtung des Kerns 26 den Auslösestift 28 kraftschlüssig mitzunehmen.
Der Abstand des Auslösestifts 28 vom unter Nennstrom stehenden Bimetallstreifen 10 kann, bei in Endposition befindlichem Anker 24, eingestellt werden, indem der Mitnehmer 34 verschoben oder in eine nicht dargestellte Bohrung mit Gewinde in Richtung der Längsachse L im Bimetallstreifen eine Schraube eingeführt wird.
In Richtung des Bimetallstreifens 10 ist im zylindrischen Mantel des Ankers 24 eine Ringnut 37 ausgespart, in welche eine Blattfeder 36 eingreift. Diese ist am in Richtung des Bimetallstreifens abgewinkelten Teil 38 des Jochblechs 16 und an einem Quersteg 40 des Jochblechs befestigt.
Ein Ende des Bimetallstreifens 10 ist am Z-förmig abgewinkelten Lappen 42 des Jochblechs z.B. durch Nieten befestigt, eine durch Überstrom bewirkte Krümmung kann deshalb vollständig auf das andere freie Ende des Streifens übertragen werden.
Ein mit der Spule 22 verbundener Festkontakt 44 steht über ein Kontaktplättchen 46 mit dem beweglichen Kontakt 48 in elektrisch leitendem Eingriff. Dieser Kontakt ist um eine im nur angedeuteten Gehäuse 50 des Leitungsschutzschalters gelagerte Achse 52 schwenkbar.
Um eine im beweglichen Kontakt 48 gelagerte Achse 54 ist die bereits erwähnte Klinke 30 schwenkbar. Diese Klinke ist winkelförmig ausgebildet und umfasst in einem Hebel die Aufschlagfläche 56 für den Auslösestift 28 und im andern Hebel den Haken 58 für die Abstützung des Klinkenhebels 60. In Richtung der Nase des Hakens 58 verläuft eine Gleitfläche 62 für das Wiedereinklinken des unteren Rands des Klinkenhebels 60. Einfacherheitshalber nicht dargestellt ist eine im Gegenuhr zeigersinn wirkende Feder für die rechtwinklige Klinke 30.
Der an einem Anschlag des Gehäuses 50 anliegende, stumpf abgewinkelte Schalthebel 64 ist über einen Kontaktbügel 66 mit dem arretierten Klinkenhebel 60 des Kontaktbügels 48 verbunden. Der um die Achse 68 schwenkbare, manuell betätigbare Schalthebel 64 verfügt über eine nicht dargestellte, im Uhrzeigersinn wirkende Torsionsfeder.
An der Aussenseite des beweglichen Kontakts 48 sind eine am Gehäuse verankerte, in Kontaktlage gespannte Spiralfeder 70 und einem zum Anschluss 72 führende Verbindungslitze 74 befestigt.
Tritt im Verbraucher bzw. in der Verbrauchergruppe ein übermässiger Stromverbrauch auf, erwärmt sich der Bimetallstreifen 10 stärker als bei Nennstrom. Der dem magnetischen Auslöser zugewandte Streifen weist einen kleineren Längenausdehnungskoeffizienten auf. Damit entsteht der bekannte Effekt des Bimetallstreifens: Dieser krümmt sich in Richtung der geringeren Dilatation, also des magnetischen Auslösers, und drückt direkt oder über eine nicht dargestellte Schraube auf den Auslösestift 28, welcher sich im Anker 24 in Längsrichtung verschiebt. Der Auslösestift 28 trifft auf die Aufschlagfläche 56 der rechtwinkligen Klinke 30 und schwenkt diese im Uhrzeigersinn. Dadurch gibt der Haken 58 den Klinkenhebel 60 frei. Die Spiralfeder 70 entfernt nun den beweglichen Kontakt 48 vom Kontaktplättchen 46.
Damit ist der Stromkreis unterbrochen und der Verbraucher bzw. die Verbrauchergruppe vom Netz abgetrennt.
Gleichzeitig mit dem Zurückspringen des beweglichen Kontakts 48 schwenkt die um die Achse 68 angeordnete Torsionsfeder den Schalthebel 64 in die Ausschaltposition und wird dort vom Anschlag am Gehäuse 50 arretiert. Der Klinkenhebel 60 wird ebenfalls im Uhrzeigersinn geschwenkt. Der untere Rand des Klinkenhebels 60 wird über die Gleitfläche 62 der Klinke 30 gestossen und nach dem Erreichen der Nase des Hakens 58 dank der um die Achse 54 angeordneten, im Gegenuhrzeiger- sinn wirkenden Torsionsfeder wieder verklinkt.
Beim Einschalten durch manuelle Betätigung des Schalthebels 64 wird der bewegliche Kontakt 48 wieder an das Kontaktplättchen 46 gezogen und der Stromkreis geschlossen.
Bei starker Überbelastung wird der Anker 24 in die Spule gezogen. Dank des Mitnehmers 34 drückt der Auslösestift 28 auf die Aufschlagfläche 56 der rechtwinkligen Klinke 30, wodurch der Klinkenhebel 60 entriegelt wird. Der Stromunterbruch und das Rückstellen des beweglichen Kontakts 48 erfolgt wie oben beschrieben.
Bei einem Kurzschluss erfolgt die Bewegung des Ankers 24 schlagartig. Dank entsprechender Auslegung der Geometrie der Vorrichtung zum Auslösen wird die durch den Anker 24 und die Spule 22 erzeugte Schlagenergie via Auslösestift 28 über die Aufschlagfläche 56 und einen ihr gegenüberliegenden Vorsprung 75 direkt auf den beweglichen Kontakt 48 übertragen.
Damit wird der bewegliche Kontakt 48 in kürzester Zeit, innerhalb weniger Millisekunden, zwangsläufig vom Festkontakt 44 getrennt. Das Rückstellen des beweglichen Kontakts erfolgt wiederum wie oben beschrieben.
DESCRIPTION
The invention relates to a device for triggering a circuit breaker, which has a thermal release from a bimetal strip, a magnetic release from a magnetic bracket with a core, a yoke plate, a coil and a coil body with a displaceable armature, a contact system with a thermal and / or magnetic forces longitudinally displaceable mechanical transmission arrangement and a manually operable, with the contact system in frictional engagement switching lever.
Miniature circuit breakers have been known for decades, they serve to protect the lines and are an alternative to the fuses.
The miniature circuit breakers used today each have a thermal and an electromagnetic release: - In the event of overcurrent, a bimetallic strip bends due to the different thermal expansion of its two components in such a way that an adjacent or adjacent mechanical transmission element acts on a pawl.
After unlocking, mechanical forces are released, the electrical contact is interrupted and the switch jumps to the off position.
- In the event of a short circuit, an armature is pulled into a coil in a known manner within a few milliseconds.
This movement in the longitudinal direction is transmitted to the jack by means of another mechanical transmission element, whereupon the electrical contact is released in the manner described above and the faulty circuit is disconnected from the mains.
Miniature circuit breakers of the type mentioned are described, for example, in electro-revue No. 40-42 / 1980, pages 3-6. The magnetic release of the circuit breaker shown in this publication is explained in more detail in CH-PS 481 479.
The inventor has set himself the task of simplifying the device for triggering a circuit breaker described at the outset and thus enabling its more cost-effective production.
The object is achieved according to the invention by a common release pin for the thermal and magnetic release, which release pin - passes through the armature, the core and the magnetic bracket, the release pin and the armature equipped with a return element being displaceable relative to one another at least in the longitudinal direction, and the release pin one has effective driver in the direction of a pawl, and - consists of an electrically insulating, non-magnetizable and impact-resistant material.
With the release pin according to the invention, the previously separate mechanical force transmission arrangements of the thermal and the magnetic release can be combined into a single mechanical transmission element, which allows both simplification and a reduction in the cost of the device for triggering a circuit breaker.
The armature and the core of the magnetic release, which preferably consist of conventional ferromagnetic alloys, and the release pin are preferably round in cross section. The trigger pin can also be rectangular or square in cross-section. The release pin expediently runs through an appropriately designed central bore of the armature and core.
In the event of an overcurrent release by the bimetal, the release pin, which is neither electrically conductive nor magnetizable, is pushed through the core and the armature remaining in its rest position in the direction of the pawl.
In the event of a short-circuit release, on the other hand, which causes the armature to shift, the release pin with the armature must be pushed in the direction of the pawl. The trigger pin therefore has a driver which is supported on the end face of the armature when the armature moves in the direction of the pawl. The driver of the trigger pin is preferably designed as a ring or in the form of at least one cam. As mentioned, these can rest directly on the end of the armature facing the latch. However, the bore is preferably widened to form a blind hole corresponding to the driver. In this way, the driver can be easily sunk at any time. The depth of the blind hole preferably corresponds at least to the length of the driver, so that it can be completely sunk in the end of the armature facing the latch.
The return element of the armature is preferably designed as a leaf spring fastened to the yoke plate, which engages in an annular groove of the armature, which is adjacent to the end face facing the bimetallic strip.
When the current is switched on and the nominal value is switched on, the armature and the driver are positioned on the release pin in such a way that the release pin, which is preferably 1 to 5 mm, in particular 2 to 3 mm, shorter than the distance between the bimetal strip and the impact surface of the pawl, can assume any position . In extreme cases, the trigger pin can rest on the free end of the bimetal strip or on the latch.
A trigger pin made of a hard plastic, preferably a polyamide or a polycarbonate, is electrically insulating, non-magnetizable and impact-resistant. It also has a low mass, which is essential for a displacement with as little force as possible - when triggered by the bimetal strip.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
The single figure shows schematically a partially cut-open view of the device for triggering a standardized circuit breaker of a customary installation depth arranged in a housing. For versions and accessories of the circuit breakers, please refer to the company brochure CMC, CH-8201 Schaffhausen, edition B, November 15, 1984.
The triggering device shown in the drawing is switched on, the normal nominal current flows to the consumer.
The thermal release comprises a bimetallic strip 10, which in turn consists of two metallically connected strips with different coefficients of linear expansion. The dimensions and material combination of the bimetal strip 10 depend on the nominal current. In the present case, the two strips rolled together are made of chrome-nickel steel alloys. The bimetallic strip 10 is connected to an electrical connection 14 in the direction of the free end via a connecting strand 12.
The magnetic release essentially comprises a U-shaped angled magnetic bracket 16 with a yoke plate 18 connected at the end face, a coil 22 made of copper wire wound over a sleeve-shaped coil body 20, an armature 24 and a core 26, the latter two being cylindrical and made of a ferromagnetic alloy consist. According to a variant not shown, the core 26 can be deep-drawn from the magnetic bracket 16.
Along the longitudinal axis L there is a hole for the round release pin 28, which consists of a polyamide. The trigger pin 28 is approximately 3 mm shorter than the distance of the pawl 30 from the bimetallic strip 10. In the direction of the pawl 30, the bore in the armature 24 is widened to form a blind hole 32 which receives the disk-shaped driver 34 attached to the trigger pin 28. This serves to take the release pin 28 non-positively when the armature 24 moves in the direction of the core 26.
The distance of the release pin 28 from the bimetal strip 10 under nominal current can be adjusted, when the armature 24 is in the end position, by moving the driver 34 or by inserting a screw into a bore, not shown, with a thread in the direction of the longitudinal axis L in the bimetal strip.
In the direction of the bimetallic strip 10, an annular groove 37 is recessed in the cylindrical jacket of the armature 24, in which a leaf spring 36 engages. This is attached to the part 38 of the yoke plate 16 which is angled in the direction of the bimetal strip and to a transverse web 40 of the yoke plate.
One end of the bimetal strip 10 is on the Z-shaped angled tab 42 of the yoke sheet e.g. attached by rivets, a curvature caused by overcurrent can therefore be completely transferred to the other free end of the strip.
A fixed contact 44 connected to the coil 22 is in electrically conductive engagement with the movable contact 48 via a contact plate 46. This contact can be pivoted about an axis 52 mounted in the housing 50 of the circuit breaker, which is only indicated.
The pawl 30 already mentioned can be pivoted about an axis 54 mounted in the movable contact 48. This pawl is of an angular design and includes the impact surface 56 for the release pin 28 in one lever and the hook 58 for supporting the pawl lever 60 in the other lever. A sliding surface 62 runs in the direction of the nose of the hook 58 for re-engaging the lower edge of the pawl lever 60. For the sake of simplicity, a spring acting counterclockwise for the right-angled pawl 30 is not shown.
The butt-angled switching lever 64, which rests against a stop of the housing 50, is connected via a contact bracket 66 to the locked latch lever 60 of the contact bracket 48. The manually operable shift lever 64, which can be pivoted about the axis 68, has a clockwise torsion spring (not shown).
Attached to the outside of the movable contact 48 are a spiral spring 70 anchored to the housing and tensioned in the contact position and a connecting wire 74 leading to the connection 72.
If excessive consumption of electricity occurs in the consumer or in the consumer group, the bimetal strip 10 heats up more than at nominal current. The strip facing the magnetic release has a smaller coefficient of linear expansion. This creates the known effect of the bimetallic strip: this bends in the direction of less dilatation, that is to say the magnetic trigger, and presses directly or via a screw (not shown) on the trigger pin 28, which moves in the armature 24 in the longitudinal direction. The trigger pin 28 strikes the impact surface 56 of the right-angled pawl 30 and pivots it clockwise. As a result, the hook 58 releases the pawl lever 60. The spiral spring 70 now removes the movable contact 48 from the contact plate 46.
The circuit is thus interrupted and the consumer or the consumer group is disconnected from the network.
Simultaneously with the return of the movable contact 48, the torsion spring arranged about the axis 68 pivots the switching lever 64 into the switch-off position and is locked there by the stop on the housing 50. The pawl lever 60 is also pivoted clockwise. The lower edge of the pawl lever 60 is pushed over the sliding surface 62 of the pawl 30 and latched again after reaching the nose of the hook 58 thanks to the torsion spring arranged around the axis 54 and acting counterclockwise.
When switching on by manual actuation of the switching lever 64, the movable contact 48 is pulled back to the contact plate 46 and the circuit is closed.
In the event of excessive overload, the armature 24 is pulled into the coil. Thanks to the driver 34, the trigger pin 28 presses on the impact surface 56 of the right-angled pawl 30, whereby the pawl lever 60 is unlocked. The power interruption and the resetting of the movable contact 48 take place as described above.
In the event of a short circuit, the armature 24 moves suddenly. Thanks to a corresponding design of the geometry of the device for triggering, the impact energy generated by the armature 24 and the coil 22 is transmitted directly to the movable contact 48 via the trigger pin 28, via the impact surface 56 and an opposite projection 75.
The movable contact 48 is thus inevitably separated from the fixed contact 44 in a very short time, within a few milliseconds. The moving contact is again reset as described above.