-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine thermische Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät mit einem
ein ortsfest gehaltenes Kontaktende aufweisenden Bimetallstreifen,
dessen Freiende infolge thermischer Verformung zunehmend einen Auslösehebel
in Auslöserichtung
beaufschlagt. Unter Schaltgerät werden
dabei mechanische oder elektromechanische Schaltgeräte, insbesondere
Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Relais, Schütze oder
dergleichen verstanden.
-
Aus
der DE-PS 837 726 ist eine Einrichtung zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik
von thermischen Auslösern
für Selbstschalter
bekannt, bei denen der die Auslösung
des Selbstschalters bewirkende Bimetallstreifen in einer den Wärmeabfluss hindernden
oder hemmenden Weise auf der Schaltergrundplatte oder an einem anderen
entsprechenden Gehäuseteil
befestigt ist, wobei als Befestigungsmittel für den Bimetallstreifen ein
besonders dünnwandiges
und formsteifes Halteteil von geringer Masse und aus einem Material
mit geringer Wärmeleitfähigkeit
vorgesehen ist, von dem die Verstellkräfte für den Schaltmechanismus ohne
Deformation aufgenommen werden.
-
Ein
Schaltgerät
der eingangs genannten Art dient zum Verbinden eines Stromkreises
mit einem Stromnetz sowie zur manuellen und selbsttätigen Trennung
des Stromkreises vom Netz, wenn der Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet.
So dient beispielsweise ein Leitungsschutzschalter zum Schutz von
Leitungen in Installationen und Anlagen gegen Überlast und Kurzschluss. In
einem Netz mit Abschaltung durch Überstrom-Schutzorgane verhindert
ein solches Schaltgerät
im Fehlerfall zusätzlich das
Bestehen bleiben zu hoher Berührungsspannungen.
-
Beim
Einschalten des Schaltgerätes
oder Schutzschalters wird ein Kraftspeicher, insbesondere eine Feder,
als Teil eines mechanischen Schaltwerkes oder Schaltschlosses gespannt,
die beim Auslösevorgang
freigegeben wird und den Schalter betätigt. Dabei umfasst das Schaltgerät einen
thermischen Auslöser
in Form eines üblicherweise
streifenförmigen
Bimetalls, der überlastzeitabhängig verzögert auslöst. Der
Auslösevorgang
wird durch eine thermische Verformung des Bimetallstreifens infolge des über den
Bimetallstreifen geführten
Oberstroms ausgelöst.
Dazu beaufschlagt ein einem ortsfesten Kontaktende gegenüberliegendes
Freiende des Bimetallstreifens einen mit dem Schaltwerk mechanisch
gekoppelten Auslösehebel, der
einerseits einen beweglichen Kontakt oder Bewegkontakt von einem
Festkontakt abhebt und andererseits den Schalter über das
Schaltschloss entklinkt. Zudem umfasst das Schaltgerät üblicherweise
zusätzlich
einen unverzögert
auslösenden
magnetischen oder elektromagnetischen Auslöser für hohe Stoß- und Kurzschlussströme.
-
In
der Regel wird bei einem derartigen elektromechanischen Schaltgerät mit einer
Unterbrechungsstelle eine biegeschlaffe Komponente in Form einer
Kupferlitze zur Verbindung einer ortsfesten Komponente, insbesondere
einer Anschlussklemme oder eines mit dieser verbundenen Bimetallträgers, und
eines beweglichen Teils, insbesondere des Bimetallstreifens oder
des Bewegkontaktes, eingesetzt. Eine derartige Litzenverbindung
ist beispielsweise aus der
DE
1 904 731 A und aus der
EP 0 143 981 A1 bekannt.
-
Zweck
der Flexibilität
dieses Verbindungselementes ist es, dass dieses dem erforderlichen
Auslösehub
des beweglichen Teils, d.h. des Freiendes des Bimetallstreifens
bzw. des Bewegkontaktes bei gleichzeitig möglichst geringer Beeinflussung
der Auslösebewegung
folgt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass aufgrund der Biegeschlaffheit
dieses Verbindungselements dessen Montage bei der Fertigung eines
entsprechenden Schaltgerätes
einen erheblichen Aufwand, insbesondere bei der Lagefixierung und
Kontrolle bei der heute üblichen
kurzzyklischen automatischen Montage, erfordert. So muss bei der Montage
ein solches biegeschlaffes Verbindungselement stets auf Zug gehalten
werden, um dessen präzise
Ausrichtung und Fixierung zu gewährleisten.
-
Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass die Reaktion des biegeschlaffen
Verbindungsteils während
des Schaltbetriebs des Schaltgerätes
praktisch nicht vorherbestimmbar ist. Zudem sind behindernde Kräfte und
unerwünschte
zusätzliche
Reibung durch eine derartige Litze nur mit erheblichem Aufwand reduzierbar
und können
praktisch nicht vollständig
verhindert werden.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine thermische Auslösevorrichtung
für ein Schaltgerät, insbesondere
für einen
Leitungsschutzschalter, anzugeben, bei dem die genannten Nachteile
vermieden sind.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist als Verbindungselement zur
elektrisch leitenden Verbindung des Bimetallstreifens mit dem Bewegkontakt eine
lediglich in Auslöserichtung
biegeweiche Komponente vorgesehen, die in Füge- oder Montagerichtung biegesteif
ist. Die Füge-
bzw. Montagerichtung ist als quer zur durch die Auslöserichtung
und die Längsrichtung
des Bimetallstreifens aufgespannten Ebene verlaufend definiert.
-
Das
Verbindungselement als in lediglich einer Richtung biegeweiche und
in den übrigen
Richtungen biegesteife Komponente ist zweckmäßigerweise nach Art eines Strombandes
ausgeführt.
Hierzu eignet sich insbesondere ein blechstreifenförmiges Stromband
mit einer Breite von ca. 5mm und einer Dicke oder Blechstärke von
ca. 0,1mm bis 0,5mm. Als Material für das bandartige Verbindungselement
ist zweckmäßigerweise
eine Kupferlegierung oder auch eine Silberlegierung geeignet.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das als Stromband ausgeführte
Verbindungselement beidendseitig stoffschlüssig mit dem Bimetallstreifen einerseits
und mit dem beweglichen Kontakt oder Bewegkontakt andererseits verbunden.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Verbindung am Bimetallstreifen zweckmäßigerweise an dessen Freiende
vorgesehen. Dadurch ist gewährleistet,
dass der Stromfluss zunächst über den
gesamten Bimetallstreifen verläuft.
In dieser Ausführungsform
ist das Stromband mehrfach gebogen oder gefalten. Bei der gebogenen Ausführung sind
zweckmäßigerweise
zumindest einige, vorzugsweise mehrere Kröpfungen entlang des Strombandes
vorgesehen, um eine möglichst
geringe Widerstandskraft des Strombandes gegen den Bewegkontakt
zu erreichen. Dadurch wird zudem eine große freie Biegelänge des
Verbindungselementes in Auslöserichtung
erzielt.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
ist das strombandförmige
Verbindungselement als Schleifkontakt ausgeführt. Dazu ist ein Ende des
Strombandes mit dem Bimetallstreifen wiederum stoffschlüssig verbunden,
während
das Freiende des strombandförmigen
Verbindungselementes einfach oder auch ösenartig gebogen ist. Als kontaktierendes
Gegenlager ist am Bewegkontakt eine entsprechende Kontakt- oder
Ansatzkontur angeformt, die eine möglichst großflächige Kontaktzone mit dem als
Schleifkontakt ausgebildeten Freiende des strombandförmigen Verbindungselements
sicherstellt. Der Schleifkontakt ist in Form einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen
dem gebogenen Freiende des zweckmäßigerweise strombadförmigen Verbindungselementes und
entweder einer Außenkontur
oder einer durch ein vorzugsweise kreisbogenförmiges Langloch gebildeten
Innenkontur des an einem beweglichen Kontaktarm angeformten Ansatzes
realisiert.
-
Bei
dieser alternativen Ausführungsform
ist das Bimetall zweckmäßigerweise
U-förmig.
Hierzu eignet sich ein U-förmiges
Stanzteil, dessen einer U-Schenkel freiendseitig mit dem Bimetallträger und dessen
anderer U-Schenkel freiendseitig mit dem dem Schleifkontaktende
gegenüberliegenden
Fixierende des strombandförmigen
Verbindungselements ebenfalls stoffschlüssig verbunden ist. An dem
die beiden U-Schenkel verbindenden Quersteg des Bimetalls ist bei
dieser Ausführungsform
zweckmäßigerweise
ein Verlängerungsstück in Form
beispielsweise eines Stahlblechs angesetzt, wobei hier wiederum
eine stoffschlüssige
Verbindung vorgesehen ist. Das Freiende des Verlängerungsstücks bildet dann die Koppelstelle
zum Auslösehebel
und bewegt sich dementsprechend infolge thermischer Verformung des
Bimetalls zunehmend in Auslöserichtung.
-
Durch
die U-förmige
Ausbildung des Bimetalls bei dieser alternativen Schleifkontakt-Ausführung liegen
das die Auslösekoppelstelle
bildende Verlängerungsstück und das
strombandförmige
Verbindungselement seitlich nebeneinander, d. h. in Fügerichtung
hintereinander, so dass das Verbindungselement die Biegebewegung
des Freiendes des Verlängerungsstücks ungehindert
zulässt
und gleichzeitig ebenfalls eine besonders geringe Widerstandskraft
gegen den Bewegkontakt ermöglicht.
-
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch Einsatz eines lediglich in Auslöserichtung biegeweichen Verbindungselementes,
das in Füge-
oder Montagerichtung biegesteif ist, eine besonders einfache Fertigung oder
Montage der thermischen Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät erreicht
ist. Hierdurch wird eine erhebliche Kosteneinsparung bei der Baugruppenfertigung
und bei der Endmontage eines derartigen Schaltgerätes erreicht.
Insbesondere ist bei Einsatz einer mit einem derartigen Verbindungselement
ausgerüsteten
thermischen Auslösevorrichtung
die Bewegungsrichtung des Verbindungselements innerhalb des Schaltgerätes, d.
h. innerhalb dessen Gehäuses
selbst besonders präzise
vorherbestimmbar.
-
Bei
Einsatz eines Schleifkontaktes sind die Reibungsverhältnisse
an der Berührungsstelle
eindeutig. Insbesondere bei dieser Ausführung des Verbindungselementes
sind lediglich zwei Montageschritte erforderlich. So ist in einem
ersten Montageschritt der Bewegkontakt zu montieren, während im zweiten
Montageschritt die Schleifkontakt-Baugruppe mit dem Bimetall und
den damit bereits verbundenen Schleifkontakt lediglich auf- bzw.
einzustecken ist.
-
Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1a u. 1b In
perspektivischer Darstellung bzw. in einer Draufsicht eine in ein
Schaltgerät
endmontierte thermische Auslösevorrichtung
mit einem gebogenen Stromband als Verbindungselement,
-
2 in
einer Darstellung gemäß 1b ein mehrfach
gefaltenes Stromband als Verbindungselement,
-
3a u. 3b in
einer Darstellung gemäß 1a bzw. 1b ein
als Schleifkontakt ausgeführtes
Verbindungselement, und
-
4a u. 4b in
einer Darstellung gemäß 3a bzw. 3b eine
alternative Ausführungsform
des Schleifkontaktes.
-
Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
Die 1a und 1b zeigen
ausschnittsweise ein Schaltgerät 1 bei
abgehobenem Gehäusedeckel
dessen Gehäuse 2,
in dem die wesentlichen Teile einer thermischen Auslösevorrichtung
sichtbar dargestellt sind. Die thermische Auslösevorrichtung umfasst einen
Bimetallstreifen 3, dessen Kontaktende 3a mit
einem Bimetallträger 4 stoffschlüssig verbunden
und somit ortsfest gehalten ist. Der Bimetallträger 4 ist in nicht
näher dargestellter
Art und Weise mit einer Anschlussklemme des Schaltgerätes 1 elektrisch
leitend verbunden. Das Freiende 3b des Bimetalls oder Bimetallstreifens
liegt einem Auslösehebel 5 beabstandet
gegenüber,
der mit einem nur ansatzweise sichtbaren Schaltwerk oder Schaltschloss 6 gekoppelt
ist.
-
Ein
ebenfalls mit dem Schaltschloss 6 gekoppelter beweglicher
Kontaktarm 7 trägt
einen somit beweglichen Kontakt oder Bewegkontakt 8, der
einem Festkontakt 9 (1b) an
einem ortsfesten Kontaktarm 10 gegenübersteht. Dargestellt ist die geöffnete Stellung
der Kontakte 8, 9 oder des Schaltkontaktes, d.h.
der Bewegkontakt 8 ist vom Festkontakt 9 abgehoben.
An den Bimetallträger 4 ist
endseitig eine Lichtbogenschiene 11 angesetzt, die freiendseitig
in eine nicht näher
bezeichnete Löschkammer ragt.
-
Zur
elektrisch leitenden Verbindung ist ein Verbindungselement 12 vorgesehen,
das den Bewegkontakt 8 über
dessen Kontaktträger 7 mit
dem ortsfesten Bimetall 3 und über dieses mit dem ebenfalls
ortsfesten Bimetallträger 4 und
damit mit der (nicht dargestellten) Anschlussklemme zur Stromführung über das
Schaltgerät 1 verbindet.
Das Verbindungselement 12 ist als Stromband ausgeführt und weist
eine Strombanddicke von ca. 0,2mm und eine Strombandbreite von ca.
5mm auf. Das aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende strombandförmige Verbindungselement 12 ist
mit dessen einen Ende 12a mit einem an den Kontaktarm 7 des
Bewegkontaktes 8 angeformten Ansatz 13 (1b) stoffschlüssig verbunden.
Das andere Ende 12b des strombandförmigen Verbindungselementes 12 ist ebenfalls
stoffschlüssig
mit dem Freiende 3b des Bimetallstreifens 3 verbunden.
-
Bei
der Ausführungsform
gemäß den 1a und 1b ist
das strombandförmige
Verbindungselement 12 gebogen ausgeführt, während bei der Ausführungsform
gemäß 2 eine
mehrfache Faltung des Verbindungselements 12 vorgesehen
ist. Bei der gebogenen Ausführung
des Verbindungselements 12 sind entlang dessen gebogenen
Verlaufs mehrfach Kröpfungen 14 vorgesehen.
Dadurch wird eine entsprechende große Biegelänge des Verbindungselements 12 bereitgestellt,
so dass eine besonders geringe Widerstandskraft des Verbindungselements 12 gegen
den sich bewegenden Kontaktarm 7 und somit gegen den Bewegkontakt 8 erreicht
ist.
-
Diese
geringe Widerstandskraft sowie die entsprechend große freie
Biegelänge
ist bei der Ausführungsform
gemäß 2 durch
eine mehrfache Faltung des Verbindungselements 12 erzielt.
Die gefaltene Ausführung
des Verbindungselements 12 gemäß der Ausführungsform nach 2 ist
hinsichtlich des vergleichsweise geringen Raum- oder Platzbedarfes
vorteilhaft.
-
Das
Verbindungselement 12 ist bei allen Ausführungsformen
lediglich in Auslöserichtung
A (1a) biegeschlaff, während das Verbindungselement 12 in
Füge- oder
Montagerichtung F als biegesteife Komponente ausgeführt ist.
Die Füge-
bzw. Montagerichtung F verläuft
quer oder senkrecht zur durch die Auslöserichtung A und die Längsrichtung
L des Bimetallstreifens 3 aufgespannten Ebene und somit
senkrecht zur Zeichnungsebene.
-
Durch
diese Konfiguration des Verbindungselements 12 als lediglich
in Auslöserichtung
A biegeweiche und ansonsten biegesteife Komponente ist einerseits
gewährleistet,
dass das Verbindungselement 12 der Relativbewegung zwischen
dem sich infolge thermischer Verformung in Auslöserichtung A bewegenden Freiendes 3b zumindest
annähernd
gegenkraftslos und damit praktisch ohne Behinderung der Bewegung
des Bimetallstreifens 3 folgen kann. Andererseits ermöglicht die
Biegesteifheit des Verbindungselements 12 in Richtung F
quer zur Auslöserichtung
A eine besonders einfache und zuverlässige Montage der im Wesentlichen
aus dem Verbindungselement 12 und dem Bimetallstreifen 3 sowie aus
dem Bimetallträger 4 und
dem Bewegkontakt 7, 8 bestehenden Auslösekomponente
des Schaltgerätes 1.
-
Im
dargestellten Montageendzustand kann sich somit das Freiende 3b des
Bimetallstreifens 3 bestimmungsgemäß infolge thermischer Verformung aufgrund
eines über
den Bimetallstreifen 3 und das Verbindungselement 12 sowie
den beweglichen Kontaktarm 7 zum Bewegkontakt 8 fließenden Überstroms
praktisch ungehindert in Auslöserichtung
A bewegen und den Auslösehebel 5 bestimmungsgemäß zum Zwecke
der Entklinkung des Schaltschlosses 6 mit der Folge beaufschlagen,
dass der Bewegkontakt 8 vom Festkontakt 9 abhebt.
-
Bei
den in den 3a bis 4b dargestellten
Ausführungsformen
ist das Verbindungselement 12 als Schleifkontakt ausgeführt. Hierzu
ist bei beiden Ausführungsformen
wiederum ein Ende 12b mit dem Bimetallstreifen oder Bimetall 3 stoffschlüssig verbunden.
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen
gemäß den 1a, 1b und 2 ist
hier jedoch am andere Ende 12'a eine kraftschlüssige Verbindung
zum beweglichen Kontaktarm 7 und somit zum Bewegkontakt 8 vorgesehen.
Diese kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Freiende 12'a des Verbin dungselements 12 und
einem an den beweglichen Kontaktarm 7 angeformten Ansatz 15 wirkt bei
einer Bewegung des beweglichen Kontaktarms 7 in Auslöserichtung
A als Reibschluss. Um dabei eine elektrisch möglichst zuverlässige Reibschlussverbindung über den
gesamten Auslöseweg
sicherzustellen, ist in dieser Kraftschlussverbindung zwischen dem
Freiende 12'a des
Verbindungselements 12 und dem Ansatz 15 eine
möglichst
große
Kontakt- oder Reibfläche
vorgesehen.
-
Bei
beiden Ausführungsformen
gemäß den 3a,3b und 4a, 4b ist
das Verbindungselement 12 wiederum als in Auslöserichtung
A biegeweiche und in Fügerichtung
F quer hierzu biegesteife Komponente ausgeführt. Zur Stützung und Lagefixierung des
Verbindungselementes 12 sind in das Gehäuse 2 zwei zapfenartige
und einander gegenüberliegende
Stützstreben 16, 17 eingeformt, zwischen
denen das Verbindungselement 12 hindurchgeführt ist.
Die Stützelemente 16, 17 sind
dabei möglichst
nah am als Schleifkontakt wirksamen Freiende 12'a des Verbindungselements 12 angeordnet, um
dieses bei einer Bewegung des beweglichen Kontaktarms 7 möglichst
positionsgenau zu halten.
-
Dabei
unterscheidet sich die Ausführungsform
gemäß den 4a und 4b gegenüber der Ausführungsform
gemäß den 3a bzw. 3b im Wesentlichen
durch die Ausformung des als Schleifkontakt wirksamen Freiendes 12'a des Verbindungselements 12.
So ist bei der Ausführungsform
gemäß den 4a und 4b der
Schleifkontakt in einem kreisbogenförmig verlaufenden Langloch 18 des
Ansatzes 15 und somit an einer Innenkontur 19 dieses Ansatzes 15 geführt und
dazu ösen-
oder schlaufenartig gebogen. Demgegenüber ist bei der Ausführungsform
gemäß den 3a und 3b der Schleifkontakt
an einer dem Langloch 18 abgewandten Außenkontur 20 des Ansatzes 15 realisiert
und lediglich etwa viertel- oder halbkreisförmig gebogen.
-
Um
bei diesen Ausführungsformen
eine Kollision zwischen dem Verbindungselement 12 und dem
Bimetall 3 zu vermeiden, verlaufen diese in Fügerichtung
F und damit quer zur Zeichenebene nebeneinander und dabei zueinander
beabstandet. Hierzu ist – wie
aus den 3a und 4a vergleichsweise
deutlich ersichtlich – das
Bimetall 3 als U-förmiges
ausgeführt.
Dabei ist ein erster U-Schenkel 21 des Bimetalls 3 freiendseitig
mit dem Bimetallträger 4 stoffschlüssig verbunden,
während
der andere U-Schenkel 22 freiendseitig mit dem Fixierende 12b des
Verbindungselements 12 stoffschlüssig verbunden ist. In der
Verlängerung
des mit dem Bimetallträger 4 verbundenen
U-Schenkels 21 ist
im Bereich eines die beiden U-Schenkel 21, 22 miteinander verbindenden
Querstegs 23 des Bimetalls 3 ein Verlängerungselement 24 stoffschlüssig angesetzt,
dessen Freiende 25 als den Auslösehebel 5 beaufschlagendes
Freiende des Bimetalls 3 wirksam ist.
-
Die
Schleifkontaktausführung
hat gegenüber der
beidendseitig stoffschlüssigen
Verbindung des strombandförmigen
Verbindungselements 12 Vorteile bei der Fertigung bzw.
Montage des Schaltgerätes 1,
zumal lediglich eine Stoffschlussverbindung zwischen dem jeweiligen
ortsfesten Bauteil, d.h. dem Bimetall 3 bzw. dem Bimetallträger 4 und
dem beweglichen Bauteil, d.h. dem beweglichen Kontaktarm 7 erforderlich
ist. So kann bei der Schleifkontaktausführung die im Wesentlichen aus
dem Bimetall 3 und dem Bimetallträger 4 sowie dem Verbindungselement 12 bestehende
thermische Auslösevorrichtung praktisch
vollständig
vormontiert werden und ist lediglich als Schleifkontakt-Baugruppe
in das Gehäuse 2 einsteckbar
bzw. dort aufsteckbar.