DE102006003124A1

DE102006003124A1 - Verfahren zur Realisierung eines verbesserten thermomechanischen Überlastschutzes und zugehörige Überlastschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102006003124A1
Application number: DE102006003124A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Krätzschmar; Fritz Pohl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-02
Also published as: JP2009524383A; CN101371325A; CN101371325B; WO2007082775A1; EP1977436A1; US20110248815A1; JP4705999B2; BRPI0707212A2

Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zum Erreichen eines thermomechanischen Überlastschutzes mit Weiteinstellbereich zum Schutz gegen Überlastströme tragen die stromführenden Komponenten einen elektrischen Strom, der zwischen dem Wert des Überlaststromes und Null liegt, wobei Schaltmittel den ersten Stromzweig zu einem zweiten Stromzweig parallel schalten und der parallel geschaltete wenigstens eine Stromzweig einen Teilstrom, der zwischen dem Wert des Überlaststromes und Null liegt, trägt. Bei der zugehörigen Überlastschutzeinrichtung (102) sind Kontaktmittel vorhanden, welche stromführenden Komponenten auf zwei zueinander parallel schaltbaren Stromzweigen (1, 2) zugeordnet sind, wobei wenigstens ein Stromzweig durch die Kontaktmittel ein- und ausschaltbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Realisierung eines verbesserten thermomechanischen Überlastschutzes einer Einrichtung, bei der ein vorgegebener Stromeinstellbereich vorhanden ist, wobei Komponenten vorgegebenen elektrischen Widerstandes zum Stromführen und zugehörigen Kontaktmitteln verwendet werden. Ein solcher Überlastschutz ist beispielsweise bei Schaltgeräten einsetzbar. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine zugehörige thermomechanische Überlastschutzeinrichtung.
Überlastrelais oder Überlastauslöser werden zum Schutz von elektrischen Anlagen und Verbrauchern (z. B. von Motoren) gegen unzulässig hohe Betriebsströme eingesetzt. Nichtelektronische Überlastrelais oder Überlastauslöser enthalten thermische Auslöseorgane, beispielsweise Bimetalle, Schnappscheiben oder dergleichen, und betätigen – entsprechend einer Strom-Zeit-Auslösekennlinie – einen Mechanismus, welcher bei zu hohen Betriebsströmen für eine Ausschaltung des betroffenen Stromzweiges sorgt. Dieser Mechanismus ist insbesondere eine Schaltschlossentriegelung, ein Steuerschaltkontakt oder ein Signalmelder.

Aus der US 2 629 796 A ist eine Einstelleinrichtung für ein Schaltgerät bekannt, die ein U-förmiges Bimetall mit parallel geschaltetem Shunt enthält. Der Shunt verbindet an unterschiedlicher, aber durch Schweißverbindung fest eingestellter Position die beiden Schenkel des Bimetalls. Dadurch ist das Bimetall nur auf der vorgegebenen Teillänge stromdurchflossen, was zur Kalibrierung des Auslösestrombereiches verwendet wird. Die Bemessung, d.h. die Positionierung des Auslösestrombereiches des Überlastauslösers, erfolgt durch die Querschnittsgröße des Heizwiderstandes, der zum Bimetall elek trisch parallel geschaltet ist und dieses heizt. In dieser Ausgestaltung des Überlastauslösers kann sein Arbeitsbereich innerhalb eines Strombereiches von 10 bis 200 A platziert werden. Es können also feste Einstellbereiche zwischen 10 und 200 A fertigungstechnisch einfach realisiert werden.

Weiterhin ist aus der DE 19 516 723 C2 eine einstellbare thermomagnetische Auslöseeinrichtung aus Bimetall und erstem (Bimetall-) Shunt, wobei diese einen Klappankermagnetauslöser erregen und einem zweiten Shunt, der dem Bimetall und dem ersten Shunt parallel geschaltet ist, bekannt. Der zweite Shunt dient zur Einstellung des Auslösewertes.

Zur Anpassung der bekannten Überlastschutzeinrichtung an den jeweiligen, regulären Betriebsstrom kann diese in einem vorgegebenen Einstellbereich, zwischen einem unteren Einstellstrom i_u. und einem oberen Einstellstrom i_o., auf den gewünschten Betriebsstrom eingestellt werden. Der typische Einstellbereich, d.h. der so genannte Standardeinstellbereich, überstreicht das 1,4- bis 1,5fache des unteren Einstellstromes. Entsprechend eng gestaffelt ist die Gerätereihe thermischer Überlastrelais ausgeführt, um z. B. mit 12 Einstellbereichstypen einen Strombereich von 1,8 A bis 25 A abzudecken.

Zur Reduzierung der Typenvielfalt ist es wünschenswert, den Einstellbereich des Überlastrelais von bisher i_o. = (1,4 ... 1,5)·i_u. auf (2,0 ... 2,2)·i_u. oder sogar auf (3,0 ... 3,2) i_u. zu erweitern. Eine einfache, höhere Strombelastung der thermischen Auslöseorgane zur Erweiterung des Einstellbereiches scheidet aber wegen der i²-proportionalen Widerstandsheizung und der damit verbundenen Temperaturerhöhung aus.

Beim Stand der Technik wird daher der Weiteinstellbereich von Überlastschutzeinrichtungen durchweg durch elektronische Überlastrelais oder elektronische Überlastauslöser realisiert. Bei diesen Geräten wird der Überlaststrom durch Stromwandler erfasst und elektronisch nach einer Strom-Zeit-Auslösekennlinie ein Auslösesignal generiert. Ein Vorteil dieser elektronischen Lösung ist, dass die ,Heizung', d.h. die elektrische Verlustleistung der Überlastschutzeinrichtung, nicht von ihrem Stromeinstellwert abhängt, wenn man von nicht funktionsgebundener Verlustleistung an elektrischen Leitungswiderständen in der Schutzeinrichtung absieht.

Nachteilig sind allerdings die erhöhten Kosten durch Stromwandler und Elektronik, sowie die Nichteignung zur Überwachung von Gleichströmen oder Gleichstromkomponenten. Zur Realisierung des Weiteinstellbereiches von Überlastschutzeinrichtungen werden einfache Lösungen benötigt, die im Bereich kleinerer Nennströme (z. B. ≤ 25 A) kostengünstig fertigbar sind und gegenüber der heutigen Typenvielfalt für Hersteller und Anwender wirtschaftliche Vorteile bieten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine technische Lösung anzugeben, die den Betrieb des thermischen Auslöseorgans im spezifizierten Arbeitsbereich zulässt, wobei die Strom-Zeit-Auslösekennlinie des Standardeinstellbereiches bisheriger thermischer Auslöser erhalten bleibt, der Einstellbereich jedoch in der gewünschten Weise erweitert wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Überlastschutzeinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruches 15. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Überlastschutzeinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird von Komponenten vorgegebenen elektrischen Widerstandes zum Stromführen und zugehörigen Kontaktmitteln Gebrauch gemacht. Die Kontaktmittel können entweder montierbar oder aber schaltbar ausgelegt sein. Durch den Einsatz der Kontaktmittel kann der vorhandene, erste Stromeinstellbereich mit unteren und oberen Grenzwerten zu einem anderen, zweiten Stromeinstellbereich mit anderen unteren und oberen Grenzwerten verschoben werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich insbesondere zwei unterschiedliche Einstellbereiche vorwählen. Diese Einstellbereiche können durch eine Lücke getrennt sein, sich überlappen oder auch sich vorteilhafterweise unmittelbar aneinander anschließen, womit ein sog. Weiteinstellbereich definiert ist.

Mit der Erfindung kann also vom Anwender des Schaltgerätes der geeignete Einstellbereich nach jeweiligem Bedarf vorgewählt werden. Damit ist mit einfachsten technischen Mitteln der Weiteinstellbereich, der den interessierenden Betriebsstrombereich abdeckt, gewissermaßen virtuell geschaffen. Insgesamt ergibt sich dadurch in vorteilhafter Weise, dass vom Schaltgerätehersteller und vom Anwender weniger unterschiedliche Gerätetypen vorgehalten werden müssen.

Bei der Erfindung werden zur Realisierung des Weiteinstellbereiches von nichtelektronischen Überlastschutzeinrichtungen thermische Auslöseorgane eingesetzt, denen erfindungsgemäß stromführende Komponenten zugeschaltet werden können. Die Schalthandlung kann dabei durch mechanisch bedienbare Schaltkontakte oder durch mechanisch montierbare Kontaktelemente erfolgen. Der konzeptionelle Unterschied liegt in der jederzeitigen Schaltbereitschaft mittels bedienbarem Schaltkontakt, während des Betriebs der Überlastschutzeinrichtung und des von ihr überwachten Schaltgerätes, gegenüber einer zwangsgesteuerten Außerbetriebnahme der Überlastschutzeinrichtung und des überwachten Schaltgerätes bei der Ummontage des montierbaren Kontaktelementes zur Auswahl des Einstellbereiches.

Durch die zuschaltbaren, stromführenden Komponenten wird erfindungsgemäß erreicht, dass die thermischen Auslöseorgane, z. B. Bimetalle, in einem elektrischen Leistungsbereich zwischen etwa 1 und 2 relativen Einheiten betrieben werden, während eine auf den Weiteinstellbereich mit Bereichsfaktor 2 bezogene, stromquadratproportionale Heizung zwischen etwa 1 und 4 relativen Einheiten umsetzen würde.

Entsprechend der Erfindung liegen bei dem erfindungsgemäßen Weiteinstellbereich mit Bereichsfaktor 2 die Auslösetemperaturhübe zwischen einem Maximalwert T_max und einem Minimalwert T_min ≈ 1/2·T_max, während bei einer stromquadratproportionalen Heizung sich Auslösetemperaturhübe zwischen einem Maximalwert T_max und einem Minimalwert T_min ≈ 1/4·T_max einstellen würden. Im letzteren Fall würde die Auslösetemperatur T_max entweder zu hoch, oder die Auslösetemperatur T_min zu klein, um ein für die Überlastschutzeinrichtung sicheres Verhalten zu erzielen. Es tritt also keine unzulässig hohe Gerätetemperatur, keine unzulässige Beeinflussung der Funktion durch die Umgebungstemperatur auf.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Im Einzelnen zeigen jeweils in schematischer Darstellung
1 einen Bimetall- und Parallelstromzweig,
2 die Ausführungsform eines Schaltkontaktes zur Ein-/Ausschaltung des Weiteinstellbereiches,
3 einen dreipoligen Montagekontakt,
4 die praktische Realisierung der Anordnung gemäß 3 aus Lyra-Kontakten,
5 die Teilüberbrückung der Bimetall-Heizwicklung,
6 die zu 6 zugehörige Schaltung,
7 eine Parallelschaltung von Heizkreisen,
8 eine Dreifachanzapfung einer Heizwicklung,
9 eine Drei-Stellungs-Schaltwalze zur Betätigung des Standardeinstellbereiches bzw. eines zweistufigen Weiteinstellbereiches in perspektivischer Darstellung,
10 eine geschnittene Darstellung von 9 in Draufsicht von oben sowie
11 einen dreipoligen Schalter unter Verwendung der Mittel zur Realisierung des Weiteinstellbereiches.
Nachfolgend wird insbesondere am Beispiel eines Überlastrelais mit Bimetall und Heizwicklung die Realisierung des erfindungsgemäßen Weiteinstellbereiches anhand von Varianten dargestellt:
Die unterschiedliche Ausbildung der einzelnen Beispiele wird kurz vorab separat, deren Funktion anschließend gemeinsam beschrieben.
Bei den einzelnen Figuren kennzeichnen Bezugszeichen 1 einen ersten Stromzweig und 2 einen zweiten Stromzweig, der parallel zum ersten Stromzweig geführt ist. Weiterhin bedeuten Bezugszeichen 10 ein Bimetall, das eine temperaturabhängige Schaltfunktion hat, wie es auch vom Stand der Technik bekannt ist.
In der 1 ist eine Einheit mit Steuerkontakten 11 vorhanden, welche einen Schließer und einen Öffner beinhalten. Weiterhin ist im Parallelstromzweig 2 ein Schaltkontakt 12 mit einem nachgeschalteten Widerstand 13 angeordnet.
2 stellt eine mögliche Realisierung des Schaltkontaktes 12 dar. Hierin ist ein Bananenstecker pauschal mit 20 bezeichnet, der Teil eines rastend fixierbaren Steckkontaktes ist. Dazu sind eine Öffnungsfeder 21, eine Bananenbuchse 22 und eine Isolierstoffführungshülse 23 vorhanden. Die Rastung 25 hat einen flexiblen Stromanschluss und die Bananenbuchse 22 einen festen Stromanschluss. Weiterhin ist eine Kontaktleiste 28 vorhanden, in die die Anordnung des Bananensteckers mit Rastung eingreift.
In 3 ist ein dreipoliger Montagekontakt 30 mit einzelnen Kontakten 31, 32 und 33 vorhanden, wobei diesem dreipoligen Montagekontakt eine zusätzliche Betätigung des Steuerkontaktes 34 entsprechend der Einheit 11 mit Schließer und Öffner zugeordnet ist.
In 4 ist eine Kontaktleiste 40 mit Kontaktmessern 41, 41' und 41'' dargestellt, die in einer ersten Stellung (ausgezogen gezeichnet) einen Weiteinstellbereich beinhaltet und in einer zweiten Stellung (strichliert gezeichnet), die gegenüber der ersten Stellung um 180 um eine Drehachse I gedreht ist, den Standardeinstellbereich aufweist. An der Schaltleiste sind Betätigungsglieder 42, 42' angeordnet. Gegenüber der Kontaktleiste 40 sind auf einem Träger 43 drei einzelne so genannte Lyra-Festkontakte 45, 45', 45'' angeordnet, in die die Kontaktmesser 41, 41' und 41'' der Kontaktleiste 40 eingreifen können. Durch die Unsymmetrie ist die Kontaktierung nur in der einen Montagestellung möglich.
5 entspricht im Wesentlichen 1 und stellt schematisch ein Überlastrelais dar, wobei die Steuerkontakte 11 wiederum aus einem Schließer und einem Öffner bestehen. Der Parallelstromzweig 2 mit Schalter 12 ist hier als direkter Abgriff 55 am Bimetall 10 angeordnet. Dadurch entsteht eine Teilüberbrückung über den Schaltkontakt 12.
In der schematischen Darstellung gemäß 6 ist eine Heizwicklung 60 aus zwei Teilwiderständen 61 und 62 dargestellt, bei der die Heizwicklung 60 zwischen den beiden einzelnen Wicklungen über eine Anzapfung 63 abgegriffen wird.
In 7 sind zwei Heizwicklungen 71 und 72 einer Heizung 70 über einen Schalter 73 ansteuerbar, wobei hier die beiden Heizwicklungen 71 und 72 parallel geschaltet werden.
Gemäß 8 ist in einer einpoligen Darstellung eine zweistufige Anzapfung eines Überlastrelais mit drei einzelnen Heizwicklungen 81, 82 und 83 dargestellt. Die Schaltkontakte mit Kontaktmesser befinden sich gemäß 9/10 auf einer Schaltwalze 90 mit drei Anschlüssen 91 bis 93, wobei ein Standardeinstellbereich in der Position 98 des Kontaktmessers vorhanden ist. Die Positionen 96 und 97 realisieren dagegen die erste und die zweite Stufe des Weiteinstellbereiches.
In 9 zeigt die perspektivische Darstellung einer Schaltwalze 90 beispielhaft die Anordnung und die Stellungen von Kontaktmesser 92 bis 94 und eines Lyra-Festkontaktes 91 für einen Schaltpol. Für eine 3-polige Anordnung können weitere axiale Abschnitte quer zur Achse II der Schaltwalze 90 in gleicher Weise ausgestattet sein. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung der Überlastschutzeinrichtung.
Als Dimensionierungsbeispiel für eine Ausführung nach 1 gilt: Der standardmäßige Einstellbereich eines Überlastrelais liege zwischen 11 und 16 A. Der elektrische Widerstand R_Bimetall von Bimetall mit Heizleiter beträgt hierzu etwa 8,6 mΩ. zur Erweiterung des Einstellbereiches von 16 A auf 16/11·16 A = 23 A wird durch einen zuschaltbaren Parallelwiderstand der Stromanteil von 7 A (= 23 A – 16 A) von diesem übernommen. Der Parallelwiderstand erhält hierzu – unter Einschluss von Leitungs- und Kontaktwiderstand – den Widerstandswert: Rparallel = RBimetall·11 A/5 A ≈ 19 mΩ (1)
Der elektrische Anschluss des Parallelwiderstandes erfolgt an den elektrischen Zuführungen der Anschlussklemmen zum Bimetall und zum Heizleiter, wobei die Anschlussleitungen über einen mechanisch betätigbaren Schaltkontakt geführt werden. Dieser kann als Bananensteckkontakt ausgebildet sein, dessen Stecker innerhalb einer Rohrführung gegen eine Öffnungsfeder in die Bananenbuchse einschiebbar ist, und dessen Ein- und Ausschaltposition durch geeignete Rastungen fixierbar ist. Der Parallelwiderstand besteht vorzugsweise aus Widerstandsmaterial mit geringem Temperaturkoeffizienten und ausreichend hoher Anwendungstemperatur.
Aus dem Standardeinstellbereich mit unterem Einstellstrom i_u. und oberem Einstellstrom i_o. kann für einen lückenlosen, einstufigen Weiteinstellbereich mit oberem Weiteinstellstrom i_o.w. für den Parallelwiderstand R_parallel zum Bimetallwiderstand R_Bimetall eine allgemeine Dimensionierungsformel angegeben wer den: io.w. = io. 2/iu., (2) mit dem Stromanteil des Parallelwiderstandes bei io.w., ip = io.w. – io. (3)und Rparallel = io./(io.w – io.)·RBimetall (4)
Eine identische Beziehung lautet Rparallel = iu./(io. – iu.)·RBimetall) (5)
Als R_Bimetall wird hierzu der Widerstand des Bimetallstromzweiges zwischen den Anschlusspunkten des Parallelstromzweiges verstanden.
Die Einschaltung des Weiteinstellbereiches des 3-poligen Überlastrelais erfolgt über ein gemeinsames, rastendes Betätigungsglied, das über eine Traverse mit den drei Schaltkontakten in mechanischem Eingriff steht und wodurch den Bimetallstromzweigen die ihnen zugeordneten Parallelstromzweige elektrisch parallel geschaltet werden. Die Parallelstromzweige mit zugehörigen Schaltkontakten und Parallelwiderständen können in einem, von den Bimetallen getrennten Gehäusebereich des Überlastrelais angeordnet sein. Dadurch wird die gegenseitige, thermische Beeinflussung minimiert und die Überlastauslösekennlinie unverändert gehalten.
Mit dem Einschalten des Weiteinstellbereiches wird die Auslösung zu höheren Strömen und damit zu einer höheren Verlustleistung des Überlastrelais verschoben. Gegenüber der Verlustleistung beim Standardeinstellbereich bei i = i_o. = 16 A und P_el = R_Bimetall·(16 A)² erhöht sich beim Weiteinstellbereich bei i = i_o.w. = 23 A die Verlustleistung auf: Pel = RBimetall·(16 A)2 + Rparallel·(7 A)2, (6)was eine relative Zunahme von 7/16, d.h. ≈ 40% bedeutet.
Als eine Variante, die sowohl räumliche Vorteile wie auch eine geringere Verlustleistung bieten kann, sind der Bimetallstromzweig und der Parallelstromzweig in einem gemeinsamen Gehäuseabschnitt untergebracht. Der Parallelwiderstand kann dabei mit einem kleineren Widerstandswert als oben erwähnt bemessen sein, da die dadurch reduzierte Heizleistung am Bimetall durch eine gewisse Zusatzheizung seitens des Parallelwiderstandes, d.h. durch Strahlungs- und Konvektionswärme kompensierbar ist.
Als andere Variante sind die Schaltkontakte zum Ein-/Ausschalten des Weiteinstellbereiches nicht als mechanisch sofort bedienbare Schaltkontakte, sondern als mechanisch montierbare Kontaktelemente ausgebildet. Bei 3-poligen Überlastrelais können drei Kontaktelemente, z. B. Kontaktmesser, in einem gemeinsamen, steckbaren Kontaktträger integriert sein, die bei der Einschaltmontage des Weiteinstellbereiches ihnen zugeordnete Lyrakontakte verbinden. Beim Einbau in einer alternativen Montageposition bleiben die Lyrakontakte getrennt und es ist der Standardeinstellbereich des Überlastrelais eingestellt.
Als eine Nebenfunktion des steckbaren Kontaktträgers unterbricht dieser im demontierten Zustand mit geeigneten Betätigungsgliedern die Steuerkontakte des Überlastrelais. Dadurch wird gewährleistet, dass das Überlastrelais und das von diesem überwachte Schaltgerät außer Betrieb gesetzt ist, solange der steckbare Kontaktträger nicht montiert ist. Zur Montage des steckbaren Kontaktträgers kann Hilfswerkzeug, beispielsweise Schraubendreher oder dergleichen, benötigt werden.
Als weitere Variante können die drei Kontaktelemente in einem gemeinsamen, drehbaren Kontaktträger integriert sein. Die Drehposition des Kontaktträgers kann rastend sein, so dass vorgegebene Drehwinkel eingehalten werden, bei denen der Weiteinstellbereich sicher eingeschaltet oder sicher ausgeschaltet ist. Um dies zu gewährleisten, können die Steuerkontakte des Überlastrelais in vorgegebenen Drehwinkelpositionen unterbrochen oder nicht unterbrochen sein, so dass das Überlastrelais nur bei korrekter Einstellung betriebsbereit ist.
Mit den mechanisch montierbaren Kontaktelementen können im Allgemeinen höhere Kontaktkräfte realisiert werden, als mit bedienbaren Schaltkontakten. Dies kann vorteilhaft dazu genutzt werden, höhere Betriebsströme über die Kontaktelemente zu leiten.
Als Variante zum Bimetallstromzweig mit Parallelstromzweig gemäß 1 wird eine Teilüberbrückung des Heizleiters zur Realisierung des Weiteinstellbereiches vorgeschlagen. Als Kontakte zur Ein- Ausschaltung des Weiteinstellbereiches eignen sich montierbare Kontaktelemente, die bei höheren Kontaktkräften kleinere Kontaktwiderstände aufweisen und bei begrenzten Kurzschlussströmen den vollen Strom tragen können. Der Kontaktwiderstand sollte unter 1 mΩ liegen, damit der Hauptteil des Stromes über den Überbrückungsstrompfad und nur ein geringer Teil über den überbrückten Bimetallabschnitt fließt.
In grober Abschätzung wird die Restheizleistung des überbrückten Abschnittes die Wärmeableitung durch den an der Heizwicklung angeschlossenen Überbrückungsstromleiter kompensieren. Um wie im Beispiel der 1 die gleiche Bimetallheizung bei Standardeinstellbereich und 16 A Stromfluss wie beim Weiteinstellbereich und 23 A Stromfluss zu erzielen, ist der restliche Heizleiter bis auf einen relativen Anteil von (16/23)² ≈ 0,5, der nicht überbrückt wird, zu überbrücken.
Durch Wärmeleitung wird ein Teil der Heizleistung des den vollen Strom tragenden Heizleiterabschnittes auf den überbrückten Teilabschnitt übertragen, so dass mit einer nicht zu ungleichmäßigen Heizung des Bimetalls zu rechnen ist. Trotzdem wirkt sich z. B. eine Überbrückung des Heizleiters im Bimetall-Fußbereich wegen des Zusammenspiels von Krümmung und Hebelarm stärker auf die Auslenkung aus, als an anderer Stelle des Bimetallstreifens. Dies kann ausgeglichen werden, indem in diesem Beispiel ein kürzerer Heizleiterabschnitt als (1 – (16/23)²) in relativen Einheiten überbrückt wird.
Eine Alternative zur Anpassung der Bimetallheizung an den Weiteinstellbereich ist – bei praktisch gleichbleibender Länge des Heizleiters – seine Querschnittsvergrößerung und damit Widerstandsabsenkung. Dies kann z. B. gemäß 7 dadurch realisiert werden, dass dem Heizleiter 61 des Standardeinstellbereiches ein zweiter Heizleiter 62 parallel geschaltet wird, der diese effektive Querschnittsvergrößerung liefert. Vorteilhaft ist, dass der hierzu benötigte Schaltkontakt, wie im Beispiel der 1 nur einen Teilstrom – sowohl im Nennbetrieb, wie im Kurzschlussfall – führen muss. Nachteilig ist die erhöhte Steifigkeit des Bimetallheizers und die unterschiedliche thermische Kopplung der einzelnen Heizleiter zum Bimetallstreifen, da die Heizleiter bis auf den gemeinsamen Anschluss gegeneinander elektrisch isoliert sein müssen. Dadurch verschiebt sich die Auslösezeitkennlinie zu größeren Auslöse- und Rückstellzeiten.
Bei den Varianten gemäß den 4 und 5 wird die Verlustleistung des Überlastrelais beim Wechsel vom Standardeinstellbereich zum Weiteinstellbereich nur tendenziell erhöht, da der jeweilige Parallelstromzweig funktionsbestimmt einen möglichst geringen Widerstandswert aufweisen soll.
Letztere Varianten sind daher prinzipiell geeignet für eine mehrstufige, lückenlose Erweiterung des Einstellbereiches, z. B. von 1 bis 1,45·i_u., d.h. der so genannte Standardeinstellbereich, auf insgesamt 1 bis 3·i_u.. Hierzu muss durch den Einstellkontakt eine 2-stufige Zuschaltung von Parallelheizleitern oder von Überbrückungsstromkreisen am Bimetallheizleiter durchgeführt werden. Die Schaltkontakte verfügen hierfür über 3 Raststellungen, in denen das Überlastrelais in Funktionsbereitschaft steht und das durch die Steuerkontakte überwachte Schaltgerät in Betrieb ist. Die Raststellungen ergeben Einstellbereiche aus:

– Erster Teil des Weiteinstellbereiches 'ein',
– Zweiter Teil des Weiteinstellbereiches 'ein'.

Der erste Einstellbereich wird dabei von dem sich nahtlos an der Grenze anschließenden zweiten Einstellbereich ersetzt. Beide Einstellbereiche definieren einen virtuellen Weiteinstellbereich.
Entsprechendes ergibt sich im Prinzip aus 10, bei der ein durch simultane Drehbetätigung der Kontaktmesser 92, 93 und 94 zwei Standardeinstellbereiche 96 und 98 ausgetauscht werden und so ein zweistufigen Weiteinstellbereiches geschaffen ist.
In der 11 ist ein dreipoliger Schalter 100 mit Schaltschloss 101, drei Schaltkontakten 110, 110', 110'' und zugehörigen Überlastauslösern dargestellt. Es sind jeweils elektrothermischen Überlastauslöser 102, 102', 102'' einerseits und ein elektromagnetischen Überlastauslöser 103, 103', 103'' andererseits ersichtlich. Dabei enthalten die elektrothermischen Auslöser 102, 102', 102'' Bimetalle im Stromzweig und zuschaltbare Parallelstromzweige mit Widerständen und Schaltern entsprechend 1 oder einem der weiteren andersartigen Beispiele der 2 bis 10. Speziell die Parallelstromzweige sind durch eine mechanische Betätigung 105 mit zugehöriger 'ein/aus'-Anzeige manuell ein- bzw. ausschaltbar, wodurch – wie oben im Einzelnen beschrieben wurde – der Weiteinstellbereich geschaffen wird. Es ist auch eine automatisierte Einstellung des jeweiligen Bereiches möglich.

Claims

Verfahren zur Realisierung eines erweiterten thermomechanischen Überlastschutzes einer Einrichtung, bei der ein vorgegebener Stromeinstellbereich vorhanden ist, wobei Komponenten vorgegebenen elektrischen Widerstandes zum Stromführen und zugehörige Kontaktmittel verwendet werden, mit folgenden Maßnahmen: durch Einsatz der Kontaktmittel wird der vorhandene, erste Stromeinstellbereich mit unteren und oberen Grenzwerten zu einem anderen, zweiten Stromeinstellbereich mit anderen unteren und oberen Grenzwerten verschoben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Stromeinstellbereich eine vorgebbare Lücke gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Stromeinstellbereich überlappend gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Stromeinstellbereich sich aneinander anschließend gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Stromeinstellbereich einen durchgehenden Weiteinstellbereich bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschieben vom ersten auf den zweiten Stromeinstellbereich die Kontaktmittel montiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschieben vom ersten auf den zweiten Stromeinstellbereich die Kontaktmittel geschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung bei einem mehrpoligen Schaltgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromeinstellbereiche am Schaltgerät manuell vorgewählt werden
Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung bei einem mehrpoligen Schaltgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromeinstellbereiche am Schaltgerät automatisch eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen des Weiteinstellbereiches ein thermischer Auslöser und ein Auslöseorgan, das innerhalb des Weiteinstellbereiches auf einen Betriebsstrom einstellbar ist und bei Überlaststrom nach einer Strom-Zeit-Kennlinie auslöst, verwendet werden.
verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Maßnahmen: – die Komponenten zum Stromführen tragen einen elektrischen Strom, der zwischen dem Wert des Überlaststromes und Null liegt oder mit einem dieser beiden Werte gleich ist, – die Kontaktmittel schalten den wenigstens einen ersten Stromzweig zu einem zweiten Stromzweig elektrisch parallel, – der parallel geschaltete, wenigstens eine Stromzweig trägt einen elektrischen Teilstrom, der zwischen dem Wert des Überlaststromes und Null liegt, – durch Vorgabe der Widerstandswerte in den wenigstens zwei Stromzweigen wird der Teilstrom des parallel geschalteten, wenigstens einen Stromzweiges auf einen bevorzugten Anteil des Betriebsstromes eingestellt, – die dem Einschalt- bzw. Ausschaltzustand des wenigstens einen Stromzweiges zugehörigen, unterschiedlich hohen Betriebsströme der thermomechanischen Überlastschutzeinrichtung sind in der Weise bemessen, dass die zugehörigen Betriebsströme am thermischen Auslöser die annähernd gleiche Heizleistung erzeugen, – durch das Einschalten des wenigstens einen Stromzweiges wird der Einstellbereich von einem unteren Strombereich auf einen sich ohne Lücke anschließenden höheren Strombereich verschoben, wodurch ein Weiteinstellbereich geschaffen wird, – durch das Einschalten eines weiteren, oder mehrerer Parallelstromzweige kann der Weiteinstellbereich um weitere, sich zu höheren Strömen anschließende Strombereiche erweitert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Weiteinstellbereich durch Ein-Ausschalten eines einzigen Parallelstromzweiges von einer unteren Stromgrenze bei ausgeschaltetem Parallelstromzweig bis zu einer oberen Stromgrenze bei eingeschaltetem Parallelstromzweig reicht, deren Stromwert zwischen dem 1,5fachen und dem 3fachen der unteren Stromgrenze liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vergrößerter Weiteinstellbereich durch Ein-Ausschalten von zwei Parallelstromzweigen geschaffen wird, dessen obere Stromgrenze zwischen dem 1,8fachen und dem 5fachen der unteren Stromgrenze liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Auslöser durch die Heizwirkung wenigstens eines Teils des in der Überlastschutzeinrichtung fließenden elektrischen Stromes beheizt wird.
Thermomechanische Überlastschutzeinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14 zur Realisierung eines Weiteinstellbereiches zum Schutz gegen Überlastströme, enthaltend stromführende Komponenten, einen thermischen Auslöser und ein Auslöseorgan, das innerhalb des Weiteinstellbereiches auf einen Betriebsstrom einstellbar ist und bei Überlaststrom nach einer Strom-Zeit-Kennlinie auslöst, mit folgenden Merkmalen, – die stromführenden Komponenten enthalten Schaltmittel (12), elektrische Widerstandsmaterialien (10) und elektrische Leiter (1, 2), – die stromführenden Komponenten sind auf wenigstens zwei Stromzweige (1, 2) verteilt, – von den wenigstens zwei Stromzweigen (1, 2) ist wenigstens ein Stromzweig (1) durch die Schaltmittel (12) ein- und ausschaltbar, – die Schaltmittel (12) schalten den wenigstens einen Stromzweig (1) zu dem zweiten Stromzweig (2) elektrisch parallel.
Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermischer Auslöser mit Bimetallauslöser (10) ohne Heizwicklung vorhanden ist.
Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Auslöser einen Bimetallauslöser (10) und wenigstens eine Heizwicklung (51, 52; 61–63) enthält.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zuschaltbare Stromzweig ein Parallelstromzweig (2) mit elektrischen Widerstand (13) ist.
Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Bimetallstromzweig (1, 10) und der Parallelstromzweig (2) in einem gemeinsamen Gehäuseabschnitt untergebracht sind.
Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Bimetallstromzweig (1, 10) und der Parallelstromzweig (2) in von einander getrennten Gehäuseabschnitten untergebracht sind.
Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, der Parallelstromzweig (2) mit einem anbaubaren Gehäuse an die Überlastschutzeinrichtung angeschlossen wird, womit der Parallelstromzweig dem Bimetallstromzweig (1, 10) elektrisch parallel geschaltet wird.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (12) als mechanisch bedienbare Kontaktelemente (20) ausgebildet sind.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (12) als mechanisch montierbare Kontaktelemente (30) ausgebildet sind.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet dass Mittel (12) zur Teilüberbrückung der Bimetall-Heizwicklung (10) vorhanden sind.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizwicklungen (61, 62) durch Schaltmittel (63) zueinander elektrisch parallel schaltbar sind.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet dass eine einpolige thermomechanische Auslöseeinrichtung (102) enthalten ist, die ein Auslöseorgan zur Auslösung eines einpoligen Schaltmechanismus (110) betätigt.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet dass eine mehrpolige thermomechanische Auslöseeinrichtung (102, 102', 102'') enthalten ist, die ein Auslöseorgan zur Auslösung eines mehrpoligen Schaltmechanismus (110, 110', 110'') betätigt.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet dass der Schaltmechanismus ein Schaltschloss (101) enthält.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet dass der Schaltmechanismus einen magnetischen Antrieb enthält.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet dass der Schaltmechanismus einen magnetischen Antrieb und ein Schaltschloss (101) enthält.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet dass eine Anzeige des eingestellten Betriebsstromes erfolgt.
Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet dass der Einstellstromwert mit einem Informationsbus einstellbar und/oder auslesbar ist.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 32, dadurch gekennzeichnet dass die Überlastauslösung durch einen Informationsbus erfasst wird und dieser ein Schaltgerät in Stromkreis ausschaltet, in dem die Überlastschutzeinrichtung (102) ausgelöst hat.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 33, dadurch gekennzeichnet dass die Überlastschutzeinrichtung (102) in ein Schaltgerät (100) eingebaut ist.
Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 33, dadurch gekennzeichnet dass die Überlastschutzeinrichtung in ein eigenes Gerätegehäuse eingebaut ist.