CN106252173A - 热过载脱扣装置和保护开关设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于机电保护开关设备的热过载脱扣装置具有由热双金属或者形状记忆合金制成的条带，其可以借助电流被加热。该条带在第一端部被夹紧，其中，条带的与第一端部对置的第二端部可以相对于第一端部运动。条带的横截面构建为沿着它的纵向延伸方向从第一端部向着第二端部逐渐变细。条带的变形展示了弯曲负载。在条带上作用有弯曲应力，其在夹紧位置的区域中具有其最大值，并且向着自由的第二端部不断减小。通过条带横截面沿着纵向延伸方向从夹紧的第一端部向着自由的第二端部逐渐变细，条带的平面惯性矩适配于弯曲负载从夹紧的第一端部向自由的第二端部的空间走向。以该方式，可以显著降低热双金属或者形状记忆合金的材料成本。

Description

热过载脱扣装置和保护开关设备

技术领域

本发明涉及一种用于机电式的保护开关设备的、尤其用于线路保护开关或者断路器的热过载脱扣装置，其具有由热双金属或者形状记忆合金制成的、可以借助电流被加热的条带，该条带在第一端部被夹紧并且条带的与第一端部对置的第二端部可以运动，其中，第一端部可以与保护开关设备的输入端子导电连接，第二端部可以与保护开关设备的输出端子导电连接。此外，本发明涉及一种机电式的保护开关设备、尤其是线路保护开关或者断路器，其具有根据本发明的热过载脱扣装置。

背景技术

热过载脱扣装置被用在机电保护开关、例如线路保护开关或者断路器中，以便在电流对于特定的、预先定义的时段超过之前规定的电流强度的情况下中断电流流动。这种保护开关设备也称作过电流保护装置，其在过载或短路情况下在一定时间后断开电流路径从而中断电流流动。以该方式，过电流保护装置保护电线路、其本身或者连接于过电流保护装置的电负载或耗电器不受在较长时段上流过的过电流导致的过强加热所引起的损害。过电流在此可能是通过过载或者短路造成的。

过电流保护装置可以根据要求结构而做出不同的反应：例如，用于断开保护开关设备的反应时间与所出现的电流强度相关。在过载的情况下延迟地中断电流回路。为此预先定义的脱扣时间位于秒级，然而在过载小的情况下也可以位于小时级。另一方面，在例如可以流过几千安培电流的短路情况下，需要在千分之几秒内中断电流流动。

典型的过电流保护装置是线路保护开关或者断路器。过电流保护装置通常使用在电设备中。因为该保护开关设备通常在电设备配电器中并排“成排”安装，所以它们也称作成排安装设备。

热过载脱扣装置在这种过电流保护装置中例如用于释放锁扣机构。由热双金属或者形状记忆合金制成的条带在此在其一个端部上位置固定地夹紧，并且可以在对置布置的另一端部上相应加热时弯曲，和由此释放锁扣机构的释放位置，从而断开过电流保护装置的接触位置。

热双金属或者形状记忆合金是在预先定义的温度变化的条件下可以改变其初始形状的材料或材料对。热双金属在此由两个彼此固定连接的、不同金属或合金的层构成，然而这些层具有完全不同的温度膨胀特性。这在预定义的温度变化的条件下引起的是，热双金属的一个区域相比于其它区域更强地膨胀，使得热双金属向着具有较低温度膨胀特性的区域弯曲。形状记忆合金(英语：shape memory alloy)是特殊的金属，其根据温度可以以两个不同的晶体结构(晶格结构)存在。因为其即使在之后被强烈变形，显然还是能够“记得”其初始的形状，因此其通常被称作“记忆金属”。

由此，热双金属和形状记忆合金具有温度特性，该温度特性在过电流保护装置中被用于过载脱扣。然而，热双金属和形状记忆合金需要高开销地制造和由此比较昂贵，这相应地影响过载脱扣装置或者机电保护开关设备的制造成本。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是提供热过载脱扣装置和机电式的保护开关设备，它们在功能性和开关性能不变的条件下制造成本较低。

所述技术问题通过根据本发明的热过载脱扣装置和机电式的保护开关设备来解决。有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于机电式的保护开关设备的热过载脱扣装置具有由热双金属或者形状记忆合金制成的、可以被电流加热的条带(Streifen)。该条带在第一端部上被夹紧，其中条带的与第一端部对置的第二端部可以相对于第一端部运动。第一端部在此可以与保护开关设备的第一电端子导电连接，第二端部可以与保护开关设备的第二电端子导电连接。在此，条带的横截面构建为沿着它的纵向延伸方向从第一端部至第二端部逐渐变细。

通过以在保护开关设备的输入端子和输出端子之间流动的电流来加热条带使得条带变形。因为条带在其第一端部上被牢固地夹紧，所以变形使得第二端部运动。该第二端部与锁扣机构或类似机构联接，以便使得热过载脱扣装置脱扣并且由此中断在保护开关设备的输入端子和输出端子之间的电流流动。

通过展示弯曲负载的变形，在夹紧位置的区域中具有最大值且向着自由端部不断减小的弯曲应力作用于条带。弯曲应力在自由的第二端部上达到其最小值0。通过条带的横截面沿着其纵向延伸方向从夹紧的第一端部向着自由的第二端部逐渐变细，条带的平面惯性矩适配于弯曲负载从夹紧的第一端部向着自由的第二端部的空间走向：在最高弯曲应力的区域中，条带具有相应较多材料，在最小弯曲应力的区域中，条带具有相应较少材料。以该方式可以显著降低用于双金属或者形状记忆合金的材料成本，这相应地积极影响过载脱扣装置或机电式的保护开关设备的制造成本。

在过载脱扣装置的一个有利的扩展方案中，横截面构建为不仅沿与纵向延伸方向正交地取向的第一方向，而且沿与纵向延伸方向和第一方向正交地取向的第二方向逐渐变细。

条带横截面的从夹紧的第一端部向着自由的第二端部逐渐变细的走向一方面可以通过如下实现，即，条带沿横向于纵向延伸方向的第一方向从第一端部向第二端部变细。另一方面，条带的厚度也可以减小，这对应于沿不仅与纵向延伸方向而且与第一方向都正交地取向的第二方向逐渐变细。以该方式，进一步优化了用于热双金属或形状记忆合金的材料投入。

在过载脱扣装置的又一有利的扩展方案中，条带构建为梯形的。

通过条带的梯形构型而可能的是，条带是在边角料尽可能少的情况下从板坯或者带状材料中裁出的。因为以该方式材料损耗较小，所以进一步降低了制造条带所需的材料投入。材料成本和由此制造成本被进一步降低。

在过载脱扣装置的又一有利扩展方案中，条带可以作为冲制件以从板材中冲裁的方式来制造。冲裁是一种简单和极其成本低廉的条带制造方法，其尤其在梯形条带的情况下可以没有显著材料损耗地实现。

根据本发明的机电保护设备、尤其是线路保护开关或者断路器具有在第一电端子和第二电端子之间延伸的电流路径，以及前述类型的热过载脱扣装置。关于机电保护开关设备的普遍优点请参见前述根据本发明的过载脱扣装置的优点。

附图说明

下面参考附图详细阐述热过载脱扣装置以及机电保护开关设备的实施例。其中：

图1示意性地示出了机电保护开关设备的总示图；

图2示意性示出了保护开关设备的脱扣装置的细节图；

图3A至3C示意性示出了由热双金属或者形状记忆合金制成的条带。

在不同的附图中相同的部件总是设有相同的附图标记。该描述适用于其中同样可以看出相应部件的所有附图。

具体实施方式

在图1中示意性示出了根据本发明的机电式的保护开关设备1。保护开关设备1具有带有固定触头4和相对于固定触头4可运动的运动触头5的电开关接触部3。运动触头5在此安装在可运动地支承的运动触头支承体15的下端，从而可以通过将运动触头5从固定触头4移开而断开开关接触部3。运动触头支承体15在此经历逆时针方向上的旋转或摆动运动。通过操作操作元件2，通过相应地移动紧固在运动触头支承体15上的运动触头5能够实现开关接触部3的手动发起的断开和闭合。在图1中示出了位于接通位置的操作元件2，即固定触头4和运动触头5彼此接触，从而开关接触部3闭合。通过两个接线柱9，保护开关设备1可以与待监视的电线路(未示出)电接触。

在保护开关设备1的被接触的状态中，电流从左边示出的接线柱9起经由励磁绕组11和磁轭13流向固定触头4。在开关接触部3闭合时，电流进一步经过运动触头5和热脱扣元件21流至右边示出的接线柱9，该热脱扣元件21是热过载脱扣装置20的一部分(参见图2)。

图2示意性示出了保护开关设备1的脱扣装置，其中仅示出了对于保护开关设备1的脱扣所需的部件。为了手动操作运动触头支承体15，保护开关设备1具有开关机构，运动触头支承体15通过该开关机构与操作元件2机械联接。开关机构自身具有爪形件7，该爪形件通过钩件16与运动触头支承体15机械联接。此外，爪形件7通过另一钩件17与操作元件2机械联接。在保护开关设备1接通时，即在操作元件2向其接通位置移动时，爪形件7首先抵靠于构建在脱扣杆6处的衔接边缘14，由此使得开关机构稳定。在操作元件2进一步向接通状态移动时，通过联接在爪形件7上的运动触头支承体15将开关接触部3闭合。

为了检测和断开短路电流，保护开关设备1具有电磁式的短路脱扣装置10，其自身具有励磁绕组11和相对于励磁绕组可运动的衔铁-推杆-组件12。固定触头4在此通过磁轭13与励磁绕组11导电连接。本身包括磁性衔铁和与该衔铁固定连接的推杆的衔铁-推杆-组件12可运动地支承在励磁绕组11的绕组体的内部。在短路的情况下，通过励磁绕组11产生电磁场，其这样地影响磁性衔铁，使得衔铁-推杆-组件12被吸入绕组体。在此，推杆击中可旋转运动地支承的脱扣杆6，脱扣杆6由于该冲击而进入逆时针取向的旋转运动。由于脱扣杆6的旋转运动，爪形件7不再抵靠于构建在脱扣杆6上端的衔接边缘14。开关机构的衔接被松开，运动触头5是通过该衔接被锁定的。开关机构通过被弹簧驱动而紧缩。通过将运动经由钩件16而机械联接至运动触头支承体15，从而突然地将开关接触部3拉开，由此中断电流。操作元件2经由另一钩件17向回运动到其断开位置。

为了测量和断开过载电流，保护开关设备1还具有热过载脱扣装置20。该热过载脱扣装置20主要由热脱扣元件21构成，该热脱扣元件21通过流经保护开关设备的电流而被加热。热脱扣元件在此构建为由热双金属或者形状记忆合金组成的条带21。条带21在此具有第一端部23(参见图3A)，其用于将条带紧固在保护开关设备1中。与第一端部23对置布置的第二端部24可以(相对于条带21的第一端部23)运动。在该自由的第二端部24的区域中，条带21通过拉力钩件(Zugbügel)22联接至脱扣杆6。如果待监测的电流持续过高，则热脱扣元件21基于从中形成的热而变形。从预先定义的阈值起，该变形运动经由拉力钩件22传递至脱扣杆6，脱扣杆6由此又进入逆时针方向的旋转运动。由此松开衔接边缘14与爪形件7的衔接，从而开关机构20如上面描述那样紧缩并且断开开关接触部3。

在图3A至3C中示意性示出了多个由热双金属或形状记忆合金制成的条带21。图3A在此示出了分出来的一个条带21，其具有等边梯形的几何形状。该梯形具有较宽的第一端部23，该第一端部23用于紧固在保护开关设备中并且因此也被称作“固定端部”或者“底部区域”。与第一端部23对置的是条带21的远端的第二端部24，其也被称作“自由端部”。条带21构建为沿着从第一端部23向着第二端部24定向的纵向延伸方向L逐渐变细。这理解为，条带21的横截面沿着纵向延伸方向L变小。在此，形成横截面的横截平面正交于纵向延伸方向L地取向。在此，横截面要么沿着与纵向延伸方向L正交地取向的第一方向x、要么沿着不仅与纵向延伸方向L还与第一方向x正交地取向的第二方向y逐渐变细。第一方向x在此与条带21的宽度相对应，第二方向y与条带的厚度相对应。然而同样可能的是，条带21不仅沿第一方向x，还沿第二方向y逐渐变细。纵向延伸方向L在此对应于笛卡尔坐标系的第三方向z。

在图3B和3C中示出了用于制造条带21的可能的原材料。在图3B中示出的情况中，条带21能够通过截取由热双金属或形状记忆合金制成的金属带30被制造。截取例如可以通过剪切或冲裁来进行，并且可以在很大程度上自动化进行。金属带30在此具有宽度B，其精确对应于条带在纵向延伸方向L上的长度。如果条带具有等边梯形的形状，则如若像图示那样布置各个条带21，在截取时没有材料损耗。

在图3C中示出的替选方案中，原材料构建为板坯状的。这种板坯31在此不具有宽度B，而是理想地具有图3B中示出的金属带30的宽度B的多倍。例如，图3C中示出了板坯，其是由三条图3B中示出的那样的金属带30构成的。然而其它布置也是可能的。在使用板坯状原材料的情况下，只要条带21具有等边梯形的形状，并且如图3C示出那样布置，则在剪裁或冲裁各个条带21时没有材料损耗条带。

附图标记列表

1 保护开关设备

2 操作元件

3 开关接触部

4 固定触头

5 运动触头

6 脱扣杆

7 爪形件

9 接线柱

10 磁性短路脱扣装置

11 励磁绕组

12 衔铁-推杆-组件

13 磁轭

14 衔接边缘

15 运动触头支承体

16 钩件

17 另一钩件

20 热过载脱扣装置

21 热脱扣元件/条带

22 拉力钩件

23 第一端部

24 第二端部

30 金属带

31 板坯

x 第一方向

y 第二方向

z 第三方向

L 纵向延伸方向

B 宽度

Claims (5)

1.一种用于机电式的保护开关设备(1)的热过载脱扣装置(10)，

-所述热过载脱扣装置(10)具有由热双金属或者形状记忆合金制成的条带(21)，条带(21)能够被电流加热，条带在第一端部(23)上被夹紧，并且条带(21)的与第一端部(23)对置的第二端部(24)能够相对于第一端部(23)运动，

-其中，第一端部(23)能够与保护开关设备(1)的第一电端子导电连接，第二端部(24)可以与保护开关设备(1)的第二电端子导电连接，

其特征在于，

条带(21)的横截面构建为沿着它的纵向延伸方向(L)从第一端部至第二端部逐渐变细。

2.根据权利要求1所述的热过载脱扣装置(10)，

其特征在于，

所述横截面构建为不仅沿与纵向延伸方向(L)正交地取向的第一方向(x)、而且沿与纵向延伸方向(L)和第一方向(x)正交地取向的第二方向(y)逐渐变细。

3.根据上述权利要求中任一项所述的热过载脱扣装置(10)，

其特征在于，

条带(21)构建为梯形。

4.根据上述权利要求中任一项所述的热过载脱扣装置(10)，

其特征在于，

条带(21)能够作为冲制件以从板材(30)中冲裁的方式来制造。

5.一种机电式的保护开关设备(1)、尤其是线路保护开关或者断路器，具有

-在第一电端子与第二电端子之间延伸的电流路径，以及

-根据权利要求1至4中任一项所述的热过载脱扣装置(10)。