DD245528A1 - Mehrpoliger thermischer ueberstromausloeser fuer niederspannungsschaltgeraete - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die konstruktive Gestaltung von streifenfoermigen Bimetallelementen fuer mehrpolige thermische Ueberstromausloeser oder Relais von Niederspannungsschaltgeraeten, die an einer Seite fest eingespannt sind und an ihrem freien Ende einen Justierstift aufweisen, der auf eine schiefe Ebene der Ausloesewelle einwirkt. Ziel der Erfindung ist es, fuer derartige Bimetallelemente die Justage des Phasengleichlaufs zu vermeiden. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass die Bimetallelemente an ihrem freien Ende eine seitliche Fahne aus dem gleichen Bimetall aufweisen, die ueber einen definierten Radius derart abgebogen ist, dass sie sich im unbelasteten Zustand im wesentlichen parallel hinter dem Bimetallelement erstreckt und dass der Justierstift in der Fahne befestigt ist. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die konstruktive Gestaltung von Bimetallelementen für mehrpolige thermische Überstromauslöser oder Relais von Niederspannungsschaltgeräten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei bekannten thermischen Auslösern haben die Bimetallelemente gewöhnlich die Form von langgestreckten Streifen, deren eines Ende fest eingespannt ist, während das andere Ende sich bei Erwärmung langsam biegt und beispielsweise auf eine Auslösewelle oder Sperre wirkt, bis die Auslösung des Schaltgerätes erfolgt. Zur Sicherung eines reproduzierbaren Ansprechverhaltens ist die Einstellung des sogenannten Phasengleichlaufes ein wesentliches Kriterium. Hierfür werden in der Literatur eine Reihe von Justageverfahren beschrieben.

So z. B. ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Bimetalle eines Auslösers einzeln und nacheinander mit einem Justagestrom beheizt werden, dessen Größe ca. 3 x In. beträgt. Durch Veränderung des jeweiligen Justagegliedes (Biegefahnen, Justierschrauben o.a.) wird der Auslöseweg des Bimetallsso lange verändert, bis die Auslösung in einem vorgeschriebenen Zeitintervall der Auslösekennlinie liegt (Kurzzeiteichung). Dieses Verfahren ist jedoch durch folgende Nachteile charakterisiert:

— hoher Zeitaufwand, da alle Phasen des Auslösers getrennt justiert werden und eine etwa dreimalige Wiederholung der Justagezyklen erforderlich ist;

— hoher Aufwand an Prüftechnik zur Bereitstellung der Prüfparameter und deren meßtechnischen Überwachung;

— unzureichende Realisierung des Phasengleichlaufes der Bimetalle, da die gegenseitige Beeinflussung der Bimetalle, insbesondere die durch die Wärmeübertragung in der mittleren Phase verursachte Mehrausbiegung nicht berücksichtigt wird.

Weiterhin ist eine Methode der sogenannten Grenzstromju.stage (DD-PS 130512) bekannt, bei dem die Bimetallauslöser durch direkten Stromfluß auf eine Temperatur geheizt werden, die der Endtemperatur beim Grenzstrom (I₃ = 1,12 W entspricht. Das heißt, die Bimetalle nehmen eine Lage ein, in der das Gerät gerade ansprechen soll. Zur Durchführung der Justage ist es erforderlich, daß der Auslösemechanismus (Auslöseleiste bzw. Auslösewelle) in sogenannten Kippunkt der Klinkenüberlappung mit Hilfe einer Einstellehre arretiert wird. Anschließend erfolgt die Justage in der Weise, daß die Justierschrauben durch Verdrehen bis an ihr Gegenlager (Bimetall oder Auslöseleiste) herangeführt werden. Für dieses Verfahren sind folgende Nachteile relevant:

— schlechte Reproduzierbarkeit der Auslösewerte, da im Justageergebnis der Einfluß der zu überwindenden Auslösekraft nicht berücksichtigt ist;

— relativ hoher zeitlicher und materieller Aufwand zur Durchführung der Justage;

— hoher subjektiver Einfluß des Justierers auf die Fixierung des Auslösepunktes und des Justageweges, woraus zusätzliche Einstellfehler resultieren können.

Der im Anstrich 1 aufgeführte Nachteil gilt auch für alle konstruktiven Gestaltungen der Bimetalle und Justierglieder bei den Prinzipien der Selbstjustage (selbsttätiges Verschieben der Justierglieder und anschließende Lagefixierung mittels geeignetem Kleber).

Die genannten Nachteile gelten auch für das Verfahren zum direkten Grenzstromeichen von thermischen Auslösern gemäß DD-PS 198570. Hierbei werden die Bimetalle aller Phasen gleichzeitig bis zu einer der Grenztemperatur entsprechenden Zeit aufgeheizt und einzeln über Justierschrauben auf den Auslösepunkt zugestellt. Die Zustellung erfolgt manuell jeweils bis zur Auslösung des Schalters, wobei die bereits justierten Bimetalle mittels Stutzen, entgegen ihrer freien Ausbiegung angehoben werden.

Ebenfalls unbefriedigend ist eine weitere Lösung, bei der die im Bimetall befindlichen Justierstifte mittels Laserstrahl auf ein einheitliches Maß abgetrennt werden, die spezifische Ausbiegung der einzelnen Bimetalle bei Erwärmung jedoch unberücksichtigt bleibt. (DD-PS 261172)

Ausgehend vom dargestellten Stand der Technik muß eingeschätzt werden, daß die bekannten Konfigurationen von Bimetallauslösern generell äußerst aufwandsintensive Justageverfahren zur Kompensation der Toleranzen im Phasengleichlauf

erfordern. . . ·

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll die konstruktive Gestaltung thermischer Bimetallauslöser so verändert werden, daß keine Justage des Phasengleichlaufes mehr erforderlich ist, wodurch die vorgenannten ökonomischen Aufwendungen und Nachteile für den Fertigungsprozeß von Schaltgeräten entfallen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bimetallelemente für thermische Überstromauslöser zu konzipieren, die es gestatten, völlig auf Justageverfahren zur Realisierung des Phasengleichlaufes zu verzichten.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ungleichmäßige Grenzausbiegungen infolge unterschiedlicher Temperatureinwirkungen auf die Bimetallelemente in den einzelnen Phasen dadurch kompensiertwerden,daßdie Bimetallelemente an ihrem freien Ende eine seitliche Fahne aus dem gleichen Bimetall aufweisen, die über einen definierten Radius derart abgebogen ist, daß sie sich im unbelasteten Zustand im wesentlichen parallel hinter dem Bimetallelement erstreckt.

Die Fahne selbst ragt mit einem bestimmten Betrag über das freie Ende des Bimetallelementes hinaus und trägt den Justagestift zur Übertragung der Weg-Kraft-Komponente in Richtung Auslösewelle. Das Bimetallelement kann auch einen Durchbruch aufweisen, den der in der Fahne befestigte Justagestift durchgreift.

Der dem Stift gegenüberliegende Abschnitt der Auslösewelle ist zur Veränderung des Ansprechwertes in an sich bekannter Weise als schiefe Ebene ausgebildet.

Die Beaufschlagung eines so gestalteten Bimetalls mit Grenzstrom führt in Abhängigkeit von der durch den Strom erzeugten Temperatur zu einer bestimmten Auslenkung des Bimetallelementes in Richtung Auslösewelle. Dieser Hauptauslenkung wirkt die Bimetallfahne mit dem Stift um einen bestimmten Betrag, der ebenfalls temperaturabhängig und über die Länge der Fahne und den Biegeradius beeinflußbar ist, entgegen.

Weicht die Bimetalltemperatur von einem vorgegebenen Sollwert ab, bewirkt die Bimetallfahne die zur Kompensation des Fehlbetrages notwendige Weg-Zeit-Inversion.

Durch Veränderung der Länge der Fahne, des Befestigungspunktes des Justierstiftes in der Fahne, des Biegeradius der Fahne und des Winkels der schiefen Ebene der Auslösewelle läßt sich die Autokalibrierung in weiten Grenzen beeinflussen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die konstruktive Gestaltung des Bimetallauslösers Fig.2: die grafische Darstellung des Kompensationsprinzips

Zweckmäßigerweise wird die Autokalibrierung des Phasengleichlaufes im Zusammenhang mit der Beschreibung der konstruktiven Gestaltung des Bimetallauslösers erläutert.

Das Bimetallelement 1 ist an einen Kurzschlußring 2 genietet, der sich auf dem Joch eines Wandlers 3 befindet. Am oberen freien Ende des Bimetallelementes 1 ist seitlich eine Fahne 4 aus dem gleichen Bimetall angeordnet. Diese Fahne 4 ist über den Radius T₁ derart abgebogen, daß sie sich im unbelasteten Zustand im wesentlichen parallel hinter dem Bimetallelement 1 erstreckt. Die Fahne 4 überragt hierbei das Bimetallelement 1, und in diesem überragenden Abschnitt der Fahne 4 ist der Justierstift 5 eingeklebt, der auf die schiefe Ebene der Auslösewelle 6 einwirkt.

Für die Erläuterung des Wirkprinzips wird davon ausgegangen, daß die Justierstifte 5 bereits während des Montageprozesses in die Fahnen 4 der Bimetallelemente 1 eingeklebt werden. Die Fixierung der Justierstifte 5 erfolgt dabei unter Berücksichtigung des Weges der Grenzausbiegung der Bimetallelemente 1. Hierzu wird die Auslösewelle 6 mittels einer Einstellhilfe den Bimetallelementen 1 entgegengestellt, um die Justierstifte 5 für den Klebevorgang auf einen definierten Weg zu begrenzen.

Gemäß Fig. 2 befindet sich das Bimetallelement 1 im stromlosen Zustand in seiner Ausgangsstellung, wobei die Fahne 4 parallel hinter dem Bimetallelement 1 liegt und der Justierstift 5 senkrecht in Richtung Auslösewelle 6 zeigt. Wird diese Anordnung im Anwendungsfall mit einem Nennstrom beaufschlagt, erfolgt in Abhängigkeit von der erzeugten Nenntemperatur eine Auslenkung des Bimetallelementes 1 in Richtung Auslöseweile. Gleichzeitig bewegt sich die Bimetallfahne 4 um einen sehr viel kleineren Betrag ASi in entgegengesetzter Richtung, wodurch der Justierstift 5 um einen Nennbetrag Weg und Winkel in bezug auf die schiefe Ebene der Auslösewelle 6 ändert.

Dieser Sachverhalt ist die Voraussetzung zur Einhaltung der Grenzstrombedingungen für entsprechend dimensionierte thermische Überstromauslöser. Bewirkt der Nennstrom jedoch auf Grund der Wirkung verschiedener Einflußgrößen eine überhöhte Bimetalltemperatur, die zwangsläufig zu einer vorzeitigen Auslösung der entsprechenden Phase führen würde, erhöht sich gleichermaßen die inverse Wirkung der Bimetallfahne 4, wodurch der Justierstift 5 in seinem Endpunkt eine Evolvente ausführt und seinen Ansatzpunkt auf der schiefen Ebene der Auslösewelle 6 um den Betrag AS₂ vergrößert, womit sich die zeitliche Einwirkung des Bimetalls auf die Auslöseleiste verzögert.

Für den Fall, daß die Nenntemperatur bei Nennstrom nicht erreicht wird, erfolgt eine Beschleunigung des Auslöseverhaltens, da der Justierstift 5 eine entsprechend geringere Winkeländerung ausführt.

Die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung von Bimetallelementen ermöglicht die justagefreie Funktionsherstellung thermischer Überstromauslöser mit folgenden Effekten:

— Einsparung von Arbeitszeit für Justage- und Prüfoperationen

— Einsparung an Elektroenergie

— Einsparung an Prüfausrüstungen und damit Einsparung von Instandhaltungsaufwendungen und Produktionsflächen.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Mehrpoliger thermischer Überstromauslöserfür Niederspannungsschaltgeräte, die streifenförmige Bimetallelemente aufweisen, die an einer Seite fest eingespannt sind und an ihrem freien Ende einen Justierstift aufweisen, der auf eine schiefe Ebene der Auslösewelle einwirkt, gekennzeichnet dadurch, daß die Bimetallelemente (Dan ihrem freien Ende eine seitliche Fahne (4) auf dem gleichen Bimetall aufweisen, die über einen definierten Radius (V₁) derart abgebogen ist, daß sie sich im unbelasteten Zustand im wesentlichen parallel hinter dem Bimetallelement (1) erstreckt und daß der Justierstift (5) in der Fahne (4) befestigt ist.
2. 2. Mehrpoliger Überstromauslöser nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Fahne (4) das Bimetallelement (1) überragt und der Justierstift (5) in dem überragenden Abschnitt befestigt ist. " '
3. 3. Mehrpoliger Überstromauslöser nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Bimetallelement (1) einen Durchbruch aufweist, den der Justierstift (5) durchgreift.