DE10158254B4

DE10158254B4 - Überlastauslöseeinrichtung für Leitungsschutzschalter

Info

Publication number: DE10158254B4
Application number: DE10158254A
Authority: DE
Inventors: Isamu Nagahiro; Naoshi Uchida; Katsunori Kuboyama; Jun Oyama
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: CN1224071C; CN1373489A; JP4186415B2; JP2002170475A; FR2817391A1; US20020063619A1; FR2817391B1; US6621403B2; DE10158254A1

Abstract

Überlastauslöseeinrichtung für einen Leitungsschutzschalter umfassend eine Kombination aus einem Hauptbimetall (12) zur Überlasterfassung, einem Differentialschiebermechanismus (13), der mit dem Hauptbimetall (12) gekoppelt ist, und einem temperaturkompensierenden Bimetall (14), das zwischen ein Ausgangsende des Differentialschiebermechanismus (13) und einen Schaltmechanismus (9) gesetzt ist, um ein Ausgangssignal von dem Differentialschiebermechanismus (13) zu einem Verriegelungsempfänger (9a) des Schaltmechanismus (9) zu übertragen, wobei das temperaturkompensierende Bimetall (14) zugleich als Auslösehebel wirkt und an einer Zwischenstelle in seiner Längsrichtung schwenkbar gelagert ist, um den Bewegungsbereich zu erhöhen, und wobei ein Ende des temperaturkompensierenden Bimetalls (14) einem Ausgangshebel (17) des Differentialschiebermechanismus (13) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsarm aus einem Kunststoffformkörper mit einer geringeren Dichte als Metall an der Spitze des temperaturkompensierenden Bimetalls (14) angebracht ist, damit der Unterschied im Trägheitsmoment zwischen den bezüglich der Schwenkachse entgegengesetzten Seiten des temperaturkompensierenden Bimetalls (14) verringert ist und im Wesentlichen ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Seiten erreicht wird, so...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bimetall-Überlastauslöseeinrichtung für einen Leitungsschutzschalter, etwa einen Selbstschalter.

Überlastauslöseeinrichtungen mit Bimetallen sind im Stand der Technik beispielsweise in den Druckschriften DE 11 31 315 , DE 38 40 064 , US 4 908 594 oder DE 23 29 642 beschrieben worden.

Für einen Selbstschalter als Beispiel soll zunächst unter Bezugnahme auf die 3(a) und 3(b) der Aufbau eines Leitungsschutzschalters (nachfolgend einfach als Schalter bezeichnet) beschrieben werden, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. In diesen Figuren bezeichnen 1 ein Gehäuse des Schalters (dessen Deckel in den Figuren abgenommen ist), 2 speiseseitige Hauptanschlußklemmen, 3 lastseitige Hauptanschlußklemmen, 4 einen Handhebel zum Öffnen und Schließen des Schalters und 5 eine Einstellwählscheibe zur Einstellung eines eine thermische Überlast/offene-Phase-Auslöseeinrichtung durchfließenden Stroms auf einen Nennwert (was später noch näher beschrieben wird). Das Gehäuse 1 enthält einen Unterbrecherabschnitt 8 bestehend aus einem beweglichen Kontaktschuh 8a, einem festen Kontaktschuh 8b und einer Lichtbogenlöschkammer 8c, einen Schaltmechanismus 9 zum Bewegen des beweglichen Kontaktschuhs 8a des Unterbrecherabschnitts 8 in eine Offenstellung oder eine Schließstellung, die schon erwähnte thermische Überlast/offene-Phase-Auslöseeinrichtung 10, eine elektromagnetische Sofortauslöseeinrichtung 11 und andere Teile.

Die thermische Auslöseeinrichtung 10 besteht aus der Kombination eines Hauptbimetalls 12, das mit einer Heizwicklung versehen ist, die mit der jeweiligen Phase des Hauptschaltungskreises verbunden ist, eines Differentialschiebermechanismus 13, der mit einem Betätigungsende des Hauptbimetalls der einzelnen Phasen gekoppelt ist, um eine betriebsmäßige Versetzung des Bimetalls festzustellen, und eines Kompensationsbimetalls 14 zur Temperaturkompensation, das sich zwischen dem Differentialschiebermechanismus 13 und einem Verriegelungsempfänger befindet, welcher in dem Schaltmechanismus 9 enthalten ist, um ein Ausgangssignal von dem Differentialschiebermechanismus auf den Verriegelungsempfänger zu übertragen und den Schaltmechanismus 9 auszulösen. Das Kompensationsbimetall dient zugleich als Auslösehebel.

Der Differentialschiebermechanismus 13 besteht aus der Kombination eines gleitenden Stoßschiebers 15 und Zugschiebers 16, die auf entgegengesetzten Seiten der Anordnung des Hauptbimetalls 12 jeder Phase angeordnet und in eine Nut in einer Phasentrennwand 1b des Gehäuses 1 eingesetzt und dort gehalten sind. Ein Ausgangshebel 17 erstreckt sich quer über die Oberseiten von Stoßschieber 15 und Zugschieber 16 und ist mit diesen Schiebern 15 und 16 mit Stiften verbunden, um den Bewegungsbereich zu vergrößern. Armteile, die von dem Stoßschieber 15 und dem Zugschieber 16 abstehen, sind einander zugewandt, wobei sich das Hauptbimetall 12 einer jeweiligen Phase zwischen den Armteilen befindet.

Im dargestellten Beispiel ist das Kompensationsbimetall 14 durch Biegen eines Bimetallstücks in eine Form ähnlich einer Haarnadel gebildet, von deren eines Ende in einem Lager 18 gelagert ist, welches mit der Einstellwählscheibe 5 gekoppelt ist, während das andere Ende dem Ausgangshebel 17 des Differentialschiebermechanismus zugewandt ist. Außerdem erstreckt sich ein Betätigungsstück vom nahen Lager in Richtung auf den Schaltmechanismus 9 und ist dem Verriegelungsempfänger des Schaltmechanismus zugewandt.

Wenn bei der in der beschriebenen Weise aufgebauten thermischen Überlastauslöseeinrichtung ein Überstrom durch die Hauptschaltung fließt und das Hauptbimetall 12 in einer vorgegebenen Richtung verbiegt, werden der Stoßschieber 15 und der Zugschieber 16 des Differentialschiebermechanismus 13 dem sich verbiegenden Hauptbimetall 12 folgend verschoben. Der Ausgangshebel 17 stößt dann gegen die Spitze des Kompensationsbimetalls 14. Dadurch dreht sich das Kompensationsbimetall 14 im Uhrzeigersinn um den Lagerpunkt des Lagers 18 und bewirkt, daß sein Betätigungsstück den Verriegelungsempfänger in eine Lösestellung stößt. Gleichzeitig mit dieser Bewegung wird der Schaltmechanismus 9 ausgelöst und bewegt den beweglichen Kontaktschuh 8a des Unterbrecherabschnitts 8 in die Offenstellung, wodurch der Hauptschaltkreisstrom unterbrochen wird. Wenn der Zustand einer offenen Phase in der Hauptschaltung auftritt, arbeiten der Stoßschieber 15 und der Zugschieber 16 des Differentialschiebermechanismus 13 in differentieller Weise, um zu bewirken, daß der Ausgangshebel 17 sich im Gegenuhrzeigersinn um den Stift dreht, der den Ausgangshebel mit dem Zugschieber koppelt. Somit wird das Kompensationsbimetall 14 zum Auslösen des Schalters gestoßen, wie oben beschrieben.

Da die Antriebskraft oder Versetzung des Hauptbimetalls, die aufgebracht wird, wenn sich das Hauptbimetall verbiegt, um das Kompensationsbimetall 14 zu verschwenken, klein ist, ist der Verriegelungsempfänger des Schaltmechanismus 9 so ausgelegt, daß er mit einer schwachen Antriebskraft in seine Lösestellung bewegt wird.

Die elektromagnetische Auslöseeinrichtung 11 besteht aus einer Auslösespule 11a, die mit dem Hauptschaltungskreis verbunden ist, einem Joch 11b, einem Tauchkolbenanker 11c und einem Auslösehebel 11d, der der Bewegung des Tauchkolbenankers 11c folgt. Wenn ein Überstrom infolge eines Kurzschlusses oder dergleichen durch die Hauptschaltung fließt, wird der Tauchkolbenanker 11c angezogen und bewirkt, daß der Auslösehebel 11d den Verriegelungsempfänger des Schaltmechanismus 9 freigibt, was zu einer sofortigen Auslösung des Schalters führt.

Wie bereits erwähnt, ist das Kompensationsbimetall 14 beim dargestellten Beispiel in Form einer Haarnadel gebogen und an einem Ende schwenkbar gelagert. Das Kompensationsbimetall kann aber auch geradlinig ausgebildet werden und an einem Zwischenpunkt in seiner Längsrichtung mittels des Lagers gelagert werden, um den Bewegungsbereich zu erhöhen, wobei sein eines Ende dem Ausgangshebel des Differentialschiebermechanismus zugewandt ist und das andere Ende dem Verriegelungsempfänger des Schaltmechanismus über einen Zwischenhebel zugewandt ist. Alternativ kann die Spitze des Kompensationsbimetalls in Richtung auf den Verriegelungsempfänger unter Weglassung des Zwischenhebels verlängert werden, oder ein anderer metallischer Armteil kann mit der Spitze des Kompensationsbimetalls verschweißt werden, um direkt gegen den Verriegelungsempfänger zu stoßen und auf diese Weise Signale (mechanische Signale bzw. Bewegungen) effizienter zu übertragen.

Bei dem herkömmlichen Aufbau des Kompensationsbimetalls, das zugleich als Auslösehebel dient, weisen die von der Schwenkachse einerseits zum Differentialschiebermechanismus und andererseits zum Verriegelungsempfänger ausgehenden entgegengesetzten Seiten unterschiedliche Längen und Massen auf.

Wenn in diesem Fall das Kompensationsbimetall geradlinig ausgebildet ist und mit einem mittleren Punkt in Längsrichtung durch das Lager gelagert ist, um den Bewegungsbereich zu erhöhen und die Spitze des Kompensationsbimetalls zu dem Verriegelungsempfänger hin verlängert ist oder ein weiterer metallischer Armabschnitt mit der Spitze des Kompensationsbimetalls verschweißt ist derart, daß er dem Verriegelungsempfänger zugewandt ist, dann weist diese Spitzenseite bezüglich der Schwenkachse eine größere Masse und damit ein größeres Trägheitsmoment als das entgegengesetzte Ende auf. Folglich sind die bezüglich seiner Schwenkachse entgegengesetzten Seiten des Kompensationsbimetalls im Ungleichgewicht.

Wenn daher eine externe Anregung, z.B. eine Schwingung oder ein Stoß, bei Benutzung auf den Schalter ausgeübt wird, schwingt das Kompensationsbimetall infolge der beschriebenen unterschiedlichen Trägheitsmomente wie ein Pendel um die Schwenkachse und kann den Verriegelungsempfänger des Schaltmechanismus in die Lösestellung stoßen. Obwohl kein Überstrom durch die Hauptschaltung fließt, kann der Schalter auf diese Weise ausgelöst werden und den Hauptschaltungskreis öffnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Problem zu beseitigen und eine Überlastauslöseeinrichtung für einen Leitungsschutzschalter zu schaffen, die eine höhere Vibrationsfestigkeit aufweist, um zu verhindern, daß der Schalter infolge einer externen Anregung wie etwa einer Schwingung oder eines Stoßes unabsichtlich ausgelöst wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überlastauslöseeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

In der Druckschrift DE 23 29 642 ist eine Überlastauslöseeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben worden.

Durch den Aufbau gemäß der beanspruchten Lösung ist die Spitzenseite des Kompensationsbimetalls (die dem Verriegelungsempfänger zugewandte Seite) leichter als beim herkömmlichen Aufbau (wo der den Verriegelungsempfänger stoßende Teil aus Metall besteht), wodurch der Unterschied im Trägheitsmoment zwischen den bezüglich der Schwenkachse entgegengesetzten Seiten des Bimetalls verringert ist und im wesentlichen ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Seiten erreicht wird. Dies wiederum verringert Schwingungsvibrationen des Kompensationsbimetalls als Folge einer externen Anregung, macht den Schalter vibrationsresistenter und verhindert ein unbeabsichtigtes Auslösen.

Dadurch, daß dem Kompensationsbimetall ein Ausgleichsgewicht hinzugefügt wird, kann das oben beschriebene Gleichgewicht der Trägheitsmomente noch verbessert werden. Das Aus gleichsgewicht ist ein Metallstück, das an einer optimalen Stelle angebracht wird abhängig von der Abweichung des Schwerpunkts des Kompensationsbimetalls von der richtigen Position.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 den Aufbau wesentlicher Teile einer Überlastauslöseeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei 1(a) eine Draufsicht ist, 1(b) eine Vorderansicht und 1(c) eine Seitenansicht,
2 Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise der in 1 gezeigten Einrichtung, wobei die 2(a) und 2(b) Draufsichten auf die Auslöseeinrichtung in einem stationären Zustand bzw. einem Auslösebetriebszustand sind und die 2(c) und 2(d) Seitenansichten der Auslöseeinrichtung in einem stationären Zustand bzw. einem Auslösebetriebszustand sind, und
3 den gesamten Aufbau eines Selbstschalters, der eine herkömmliche Überlastauslöseeinrichtung enthält, wobei 3(a) eine Draufsicht ist und 3(b) eine Seitenschnittansicht ist, die den internen Mechanismus des Schalters zeigen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben, in denen gleiche Teile wie in 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht noch einmal beschrieben werden.
Wie in den 1(a) bis 1(c) gezeigt, besteht das Kompensationsbimetall 14, das zugleich als Überlastauslösehebel des Schalters dient, aus einem plattenartigen Bimetallstück, welches zwischen seinen beiden Enden in Längsrichtung schwenkbar auf einem Bimetallhalter 5b gelagert ist, der seinerseits auf einem Halter 5a für die Einstellwählscheibe 5 montiert ist, so daß das Bimetall in Richtung des in den Figuren angegebenen Pfeiles schwingen kann. Das rechte Ende des Kompensationsbimetalls liegt dem Ausgangshebel 17 des Differentialschiebermechanismus gegenüber, der anhand von 3 beschrieben wurde. Auf das linke Ende des Kompensationsbimetalls 14 ist ein Betätigungsarm 19 aufgesetzt, der aus einem Kunststofformkörper aus einem Kunststoff, z.B. Nylon, besteht, welches leichter ist als Metall. Die Spitze des Betätigungsarms 19 stößt gegen den Verriegelungsempfänger 9a des Schaltmechanismus 9, der sich unter dem Betätigungsarm 19 befindet. Der Bimetallhalter 5b ist mit einem nicht gezeigten Nockenabschnitt der Einstellwählscheibe 5 verbunden, damit die Position der Schwenkachse A des Kompensationsbimetalls 14 nach Maßgabe eines Einstellwerts für den Nennstrom verschoben und reguliert werden kann.
Ein Auslösevorgang mit einem Kompensationsbimetall 14 des oben beschriebenen Aufbaus soll nun unter Bezugnahme auf die 2(a) bis 21d) beschrieben werden. Die 2(a) und 2(c) zeigen den stationären Zustand, während die 2(b) und 2(d) einen Überlastauslösezustand zeigen. Im stationären Zustand befindet sich der Ausgangshebel 17 in einer zurückgezogenen Position, wo er von dem Kompensationsbimetall 14 beabstandet ist. Folglich befindet sich das Kompensationsbimetall 14 in einem freien neutralen Zustand, in welchem der Betätigungsarm 19, der an der Spitze des Bimetalls montiert ist, nicht den Verriegelungsempfänger 9a stößt, so daß der Unterbrecherabschnitt des Schalters, der in 3 gezeigt ist, geschlossen bleibt.
Wenn jedoch das anhand von 3 beschriebene Hauptbimetall eine Überlast oder eine offene Phase im Hauptschaltungskreis feststellt, folgt der Differentialschiebermechanismus der Biegung des Hauptbimetalls und verursacht, daß der Ausgangshebel 17 das Kompensationsbimetall 14 stößt. Dadurch wird das Kompensationsbimetall 14 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse A verschwenkt, und eine Spitze 19a des Betätigungsarms 19 stößt gegen den Verriegelungsempfänger 9a in der durch einen Pfeil in den Figuren angezeigten Richtung. Als Folge davon bewegt sich der Verriegelungsempfänger 9a in seine Lösestellung um die Schwenkachse 9a-1 als Lagerpunkt. Hierdurch wird der Schaltmechanismus ausgelöst. Gleichzeitig mit diesem Auslösevorgang wird der Unterbrecherabschnitt geöffnet.
Da hierbei der Betätigungsarm 19, der an der Spitze des Kompensationsbimetalls 14 montiert ist, aus einem Kunststofformkörper besteht und eine geringere Dichte als Metall aufweist, wie oben beschrieben, wird das Gleichgewicht zwischen den Trägheitsmomenten auf der rechten Seite und der linken Seite des Kompensationsbimetalls 14 einschließlich des Betätigungsarms 19 bezüglich der Schwenkachse A im wesentlichen beibehalten und verhindert, daß sich der Schwerpunkt gegenüber seiner richtigen Lage verschiebt.
Selbst wenn demzufolge eine externe Anregung, etwa eine Schwingung oder ein Stoß, auf den Schalter einwirkt, wird das Kompensationsbimetall 14 nicht angeregt, wie ein Pendel um die Schwenkachse A zu schwingen und den Verriegelungsempfänger 9a des Schaltmechanismus in dessen Lösestellung zu stoßen, was zu einer unbeabsichtigten Auslösung des Schalters führen würde. Anders ausgedrückt, die erfindungsgemäße Auslöseeinrichtung weist eine höhere Vibrationsfestigkeit auf.
Durch eine Abwandlung der beschriebenen Ausführungsform kann die Vibrationsfestigkeit der Auslöseeinrichtung noch weiter verbessert werden. Wenn bei dem oben beschriebenen Aufbau die Masse der rechten Seite des Kompensationsbimetalls 14 und die der linken Seite bezüglich der Schwenkachse A immer noch im Ungleichgewicht sind, obwohl der Betätigungsarm 19, der an der Spitze des Kompensationsbimetalls 14 angebracht ist, aus einem Kunststofformkörper besteht, der leichter als Metall ist, wird ein Ausgleichsgewicht 20 zusätzlich an einer Stelle des Kompensationsbimetalls 14 auf dessen bezüglich der Schwenkachse A rechten Seite angebracht, wie in den 1(a) und 1(c) gezeigt, um hierdurch das Trägheitsmoment bezüglich der Schwenkachse A zu korrigieren und das Gleichgewicht zwischen den beiden Seiten des Kompensationsbimetalls rechts und links von der Schwenkachse A sicherzustellen. Das Ausgleichsgewicht 20 ist eine Metallstück bzw. ein zylindrischer metallischer Körper und wird an einer optimalen Stelle angebracht, damit das Gleichgewicht des Kompensationsbimetalls 14 erhalten wird.
Wie voranstehend beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung an der Spitze des temperaturkompensierenden Bimetalls, das sich zwischen dem Ausgangsende des Differentialschiebermechanismus und dem Schaltmechanismus befindet, um ein Ausgangssignal von dem Differentialschiebermechanismus auf den Verriegelungsempfänger des Schaltmechanismus zu übertragen, und das zugleich als Auslösehebel wirkt, ein Betätigungsarm aus einem leichten Formmaterial vorgesehen, so daß die Spitze des Bimetalls dem Verriegelungsempfänger vermittels des Betätigungsarms zugewandt ist bzw. auf ihn einwirken kann. Folglich wird die Differenz der Trägheitsmomente zwischen den bezüglich dessen Schwenkachse entgegengesetzten Seiten des Bimetalls verringert und im wesentlichen ein Gleichgewicht zwischen diesen Seiten aufrechterhalten. Dies reduziert Pendelschwingungen des temperaturkompensierenden Bimetalls, die durch eine externe Anregung induziert werden, und erlaubt es dem Schalter, Schwingungen besser zu widerstehen, die andernfalls zu einer unabsichtlichen Auslösung führen könnten.

Claims

Überlastauslöseeinrichtung für einen Leitungsschutzschalter umfassend eine Kombination aus einem Hauptbimetall (12) zur Überlasterfassung, einem Differentialschiebermechanismus (13), der mit dem Hauptbimetall (12) gekoppelt ist, und einem temperaturkompensierenden Bimetall (14), das zwischen ein Ausgangsende des Differentialschiebermechanismus (13) und einen Schaltmechanismus (9) gesetzt ist, um ein Ausgangssignal von dem Differentialschiebermechanismus (13) zu einem Verriegelungsempfänger (9a) des Schaltmechanismus (9) zu übertragen, wobei das temperaturkompensierende Bimetall (14) zugleich als Auslösehebel wirkt und an einer Zwischenstelle in seiner Längsrichtung schwenkbar gelagert ist, um den Bewegungsbereich zu erhöhen, und wobei ein Ende des temperaturkompensierenden Bimetalls (14) einem Ausgangshebel (17) des Differentialschiebermechanismus (13) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsarm aus einem Kunststoffformkörper mit einer geringeren Dichte als Metall an der Spitze des temperaturkompensierenden Bimetalls (14) angebracht ist, damit der Unterschied im Trägheitsmoment zwischen den bezüglich der Schwenkachse entgegengesetzten Seiten des temperaturkompensierenden Bimetalls (14) verringert ist und im Wesentlichen ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Seiten erreicht wird, so daß die Spitze dem Verriegelungsempfänger (9a) des Schaltmechanismus (9) vermittels des Betätigungsarms (19) gegenüberliegt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem temperaturkompensierenden Bimetall (14) zusätzlich ein Ausgleichsgewicht (20) befestigt ist, um ein Ungleichgewicht zwischen den Trägheitsmomenten auf seinen bezüglich seiner Schwenkachse entgegengesetzten Seiten zu korrigieren.