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Die
Erfindung betrifft ein mehrphasiges, elektrisches Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Ein
derartiges elektrisches Schaltgerät kann z. B. ein thermisches Überstromrelais
sein, welches pro Phase jeweils ein Thermobimetall aufweist, die über einen
geeigneten Schieber mit einem Schaltschloss zur Öffnung von Kontaktstellen gekoppelt sind.
Wenn bei einem Überstrom
alle thermischen Auslöser,
die normalerweise als Thermobimetalle ausgebildet sind, ansprechen
und sich ausbiegen, dann wird die Bewegung der Thermobimetalle über einen
mit dem Schieber gekuppelten Übertragungshebel
auf das Schaltschloss übertragen,
wobei bei Ansprechen aller Thermobimetalle eine bestimmte Kraft über das Übertragungselement
auf das Schaltschloss ausgeübt
wird, so dass eine sichere Auslösung
erfolgt. Dabei sind die Thermobimetalle hintereinander angeordnet,
so dass ihre Mittellängsachsen in
einer Ebene und ihre Flachseiten senkrecht dazu liegen; die Ausbiegung
aller Thermobimetalle erfolgt in Richtung der Ebenenerstreckung,
also das hintere auf das vordere zu.
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Damit
eine Auslösung
auch dann erfolgt, wenn sich ein Thermobimetall nicht ausbiegt,
weil die Spannung oder der Strom in der Phase ausgefallen ist, ist
der Schieber aus zwei Schieberelementen, die gegeneinander beweglich
sind, zusammengesetzt. Zusätzlich
ist ein Kuppelhebel vorgesehen, der mit den Schieberelementen gelenkig
ver bunden ist, so dass dann, wenn ein Schieberelement aufgrund des Nichtansprechens
des Thermobimetalls festgehalten wird, das andere den Übertragungshebel
bewegt und betätigt,
wodurch das Ende des Kuppelhebels, das über das sich bewegende Schieberelement
auf den Auslösehebel
des Schaltschlosses einwirkt, einen größeren Weg zurücklegt,
so dass aufgrund des größeren Weges
des Übertragungshebels
eine sichere Auslösung
bewirkt wird. Dies lässt
sich wie folgt erklären:
Wenn
alle Thermobimetalle aller Phasen sich ausbiegen, erzeugen diese
eine bestimmte Kraft, die sich aus den einzelnen Kräften der
einzelnen Thermobimetalle zusammensetzt. Bei Phasenausfall wirkt
lediglich die Ausbiegekraft von zwei Thermobimetallen, so dass der
Weg des Übertragungshebels,
das heißt des
Angriffspunktes am Schaltschloss, erhöht werden muss, um praktisch
den gleichen Wert Kraft mal Weg zu erzielen.
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Diese
Anordnung mit den beiden Schieberelementen ist kompliziert, und
insbesondere kompliziert ist die Justierung, für die aufwendige und komplizierte
Justageverfahren bekannt geworden sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei dem die Auslösung
insbesondere bei Phasenausfall sicher gewährleistet und bei dem die Justierung vereinfacht
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Demgemäß ist die
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Auslöser in einer Ebene
liegen und sich die ausbiegbaren Enden im Auslösefall senkrecht zu dieser
Ebene bewegen, und dass das Übertragungselement
ein biegbares und in Längsrichtung
unflexibles Faden- oder Seilelement ist, das mit den ausbiegbaren
Enden der Thermobimetalle verbunden ist, wobei das Fadenelement
in der Ebene oder etwa parallel zur Ebene verläuft.
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Der
Faden beziehungsweise das Faden- oder Seilelement ist so ausgebildet,
das es in seiner Länge
unverformbar ist, jedoch quer dazu elastisch ausbiegbar.
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Erfindungsgemäß ist ein
Ende des Fadenelementes ortsfest im Schaltgerät befestigt und das Andere über eine
etwa in der Ebene der Thermobimetalle liegende Rolle mit dem Schaltschloss
zu dessen Auslösung
verbunden.
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Wenn
nun im Falle einer Auslösung,
das heißt
einer Ausbiegung der thermischen Auslöser, z. B. der Thermobimetalle
diese auf das Fadenelement einwirken, dann verlängert sich das Fadenelement unelastisch
im Bereich zwischen der ortsfesten Fixierung und der Rolle, wodurch
auf den Auslösehebel des
Schaltschlosses des Schaltgerätes
eine Zugkraft ausgeübt
wird, die zur Auslösung
des Schaltschlosses führt.
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Auch
in dem Fall, wenn lediglich zwei Thermobimetalle ansprechen, wird
das Fadenelement von den beiden sich ausbiegenden Bimetallen verlängert, weil
das Fadenelement von dem sich nicht ausbiegenden Thermobimetall
festgehalten wird. Diese Wegänderung,
erzeugt eine Verlängerung
des Fadenelementes zwischen der ortsfesten Fixierung und der Rolle
und folgt einer Sinusfunktion, was für die Auslösung besonders vorteilhaft
ist.
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Zur
einfachen Justierung ist quer zu dem Fadenelementverlauf ein Justierelement
vorgesehen, welches das Fadenelement zwischen dem Auslösehebel
und der ortsfesten Fixierung verlängert oder verkürzt, je
nach Bedarf.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand
der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und
beschrieben werden.
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Es
zeigen
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1 eine
Seitenansicht auf drei nebeneinander liegenden, thermische Auslöser in Form
von Thermobimetallen, die beispielsweise in einem thermischen Überstromrelais
untergebracht sind,
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2, 2a bis 2d die
Anordnung gemäß 1 in
unterschiedlicher Auslenkung der Thermobimetalle,
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3 eine
Aufsicht auf eine Fadenführung gemäß Pfeil
III,
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4 eine
graphische Darstellung der Wegänderung
des Fadenelementes bezogen auf die Bimetallausbiegung und
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5 eine
schematische Darstellung der Fadenführung zwischen den Thermobimetallen
im Falle eines Phasenausfalls.
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Es
sei nun Bezug genommen auf die 1.
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Ein
thermisches Überstromrelais,
ein Motorschutzschalter oder der Gleichen, besitzt pro Phase drei
Thermobimetalle 10, 11, 12, die an ihrem
einen Ende bei 13 ortsfest eingespannt sind und deren andere
Enden 14 sich beim Auftreten eines Überstromes aufgrund einer Erwärmung verformen.
Wie aus 2 ersichtlich ist, liegen die
Thermobimetalle 10, 11, 12 mit ihren
Flachseiten in einer Ebene E-E. Mit den freien Enden der Thermobimetalle 10, 11, 12,
die zungenförmige
Fortsätze 15, 16, 17 aufweisen,
sind Kupplungsstücke 18, 19 und 20 verbunden,
indem die Kupplungsstücke 18, 19, 20 auf
die Fortsätze 15, 16 und 17 aufgesteckt
werden, wobei die Fortsätze 15, 16, 17 in
entsprechende Ausnehmungen oder Taschen der Kupplungsstücke 18, 19, 20 eingefügt sind.
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Die
Kupplungsstücke 18, 19 sind
im Wesentlichen gleich ausgebildet; sie besitzen einen in Richtung
der Erstreckung der Thermobimetalle vorspringenden Arm 21, 22,
der, ähnlich
wie in 3 dargestellt, eine ösenartige Erweiterung 23 aufweist,
durch welche eine Durchgangsöffnung 24 gebildet
ist, deren Längsachse
in der Ebene E-E verläuft.
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Das
Kupplungsstück
oder Übertragungselement 20 besitzt
einen Quersteg 25, der die drei Thermobimetalle 10, 11, 12 im
stromlosen Zustand in der Ebene E-E überdeckt und der an den freien
Enden L-förmige
Vorsprünge 26, 27 aufweist,
die die Arme 21, 22 zwischen sich nehmen und diese
auch in Richtung der Längserstreckung
der Thermobimetalle 10, 11, 12 überdecken.
Die Arme 21 und 22 der Kupplungsstücke 18 und 19 liegen
im Bereich der Kanten der Thermobimetalle 10, 12,
die aufeinander zu weisen und die Arme 26 und 27 befinden
sich in dem Bereich der Kanten der Thermobimetalle 10 und 12,
die auf entgegengesetzten Seiten der beiden Thermobimetalle liegen,
das heißt
außerhalb
der Arme 21, 22.
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Mittig
am Quersteg 25 ist ein Arm 28 angeformt, an dem
ein Taschenelement 29 angebracht ist, dessen Tasche zur
Aufnahme des zungenförmigen Fortsatzes 16 des
mittleren Thermobimetalls 11 dient. Auch der mittlere Arm 28 besitzt
eine Öse,
die der Öse
gemäß der 3 entspricht.
Durch die entsprechenden Öffnungen 24 der
Vorsprünge
beziehungsweise Arme 26, 21, 27, 22 und 28 ist
ein Fadenelement oder Seilelement 30 hindurch gezogen, welches
an seinem einen Ende, hier an seinem linken Ende, bei 31 (siehe 2)
ortsfest fixiert ist. Auf der anderen Seite der Thermobimetalle,
das heißt
an seinem anderen Ende, ist das Fadenelement 30 um eine
Umlenkrolle 32 herum geschlungen, so dass ein Fadenabschnitt 33 entsteht,
der senkrecht zu der Ebene E-E verläuft. Das Ende des Fadenabschnittes 33 ist
auf eine Rolle 34 gewickelt, die um ihre senkrecht zur
Zeichenebene verlaufende Längsachse verdreht
werden kann, so dass der Faden zur Stromeinstellung auf die Rolle 34 aufgewickelt
oder von ihr abgewickelt werden kann. An einem ortsfesten Wandteil 35 ist
ein Justierelement 36 befestigt, welches auf den Fadenabschnitt 33 einwirkt
und diesen, wie strichpunktiert mit 33a bezeichnet, in
seiner Länge
zwischen der Befestigungsstelle 31 und der Umlenkrolle 32 beziehungsweise
der Umlenkrolle 34 verändert.
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Wenn
nun im Falle eines Überstroms
sich die Thermobimetalle 10, 11 und 12 ausbiegen,
dann bewegen diese sich aus der Ebene E-E in eine Ebene E1-E1, wodurch die
Länge des
Fadenelementes 30 zwischen der Befestigungsstelle 31 und
der Umlenkrolle 32 verändert
wird, so dass auf die Rolle 34 eine Kraft ausgeübt wird,
um einen Auslösehebel
in einem Schaltschloss zu betätigen.
Beispielsweise in dem Bereich zwischen dem Thermobimetall 12 und
der Umlenkrolle 32 verläuft
das Fadenelement unter einem bestimmten Winkel α, so dass sich die Hypotenuse 30H verlängert, wobei diese Längenänderung, wie
in 4 dargestellt, abhängig ist von dem Winkel α zwischen
der Ebene E1-E1 oder
der Ebene E-E und dem Fadenabschnitt 30H entsprechend
einer Sinusfunktion, wie in 4 dargestellt
erfolgt. Damit wird die Kraftwirkung auf die Rolle 34 ebenfalls
nach dieser Sinusfunktion verlaufen.
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Die 2b, 2c und 2d zeigen
die Thermobimetalle 10, 11, 12 schematisch
zusammen mit den Armen 26 und 21; 28, 22 und 27 in
jeweils unterschiedlichen Stellungen. In der Lage gemäß 2b ist
das Thermobimetall 10, in der Lage gemäß 2c das
Thermobimetall 11 und in der Lage gemäß 2d das
Thermobimetall nicht vom Strom durchflossen und bleibt demgemäß in seiner
Ursprungsstellung (siehe 2) stehen, was einem Phasenausfall
in jeweiligen Thermobimetallen entspricht. Da mit den beiden Thermobimetalllen 11 und 12 das
Kupplungsstück 20 ebenso
wie mit den beiden Thermobimetallen 10 und 11 (siehe 2d)
verschoben wird, wogegen es durch das Thermobimetall 11 (siehe 2c)
festgehalten wird, ergeben sich folgende Auslenkungen: Bei der Stellung
gemäß 2b wird
sich das Fadenelement 30 zwischen der Fixierungsstelle 31 und
dem Arm 26, zwischen dem Arm 26 und dem Thermobimetall 10,
zwischen dem Thermobimetall 10 und dem Thermobimetall 11 sowie
zwischen dem Thermobimetall 12 und der Umlenkrolle 32 schräg stellen;
bei der Lage gemäß 2c wird
eine derartige Schrägstellung
des Fadenelementes 30 zwischen den Armen 26 und 21,
dem Arm 21 und dem Thermobimetall 11, dem Arm 11 und dem
Thermobimetall 22, sowie dem Arm 22 und dem Arm 27 einstellen;
bei der Ausführung
beziehungsweise Stellung gemäß 2d wird
eine Schrägstellung
des Fadenelementes 30 zwischen der Fixierungsstelle 31 und
dem Thermobimetall 10, dem Thermobimetall 11 und
dem Arm 22 am Thermobimetall 12, zwischen dem
Arm 22 und dem Arm 27 sowie dem Arm 27 und
der Umlenkrolle 32 einstellen.
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Dadurch
wird erreicht, dass sich aufgrund dieser entsprechenden Verschiebung
beziehungsweise Veränderung
der Weglänge,
die gegenüber der
Veränderung
gemäß 2a Mehrauslenkungen erzeugt,
eine Erhöhung
des Wertes Kraft mal Weg an der Rolle 34 beziehungsweise
am Auslöser
einstellen.
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Dies
soll anhand der 5 näher erläutert werden. Dort erkennt
man, dass die Thermobimetalle 10, 12 ausgelenkt
sind, wobei das mittlere Thermobimetall 11 aufgrund des
Phasenausfalls nicht ausgebogen ist. Die Fadenlänge zwischen dem Thermobimetall 10 und
dem Thermobimetall 11 beziehungsweise dem Thermobimetall 11 und 12 beträgt im Ruhestand
L und im Phasenausfall L1, wodurch sich
die Länge
von L auf L1 vergrößert hat gemäß der Formel: die
verlängerte
Fadenlänge
L1 ist gleich Ausbiegungsstrecke A geteilt
durch sinus α.
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Dadurch
wird die aktive Fadenlänge
vergrößert und
zwar entsprechend der Sinuskurve 4 und zwar
deutlich mehr als bei der Ausbiegung aller Thermobimetalle gemäß 2a,
so dass der Wert Kraft mal Weg in allen Fällen gleich geblieben ist.
Bei der Ausbiegung aller Thermobimetalle gemäß 2a ist
die Kraft auf das Fadenelement vergrößert und bei den Ausbiegungsarten
gemäß den 2b bis 2d ist
die Weglänge
des Fadenelementes 30 vergrößert.
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Die
Veränderung
der Weglänge
von L auf L1 erfolgt entsprechend der Kurve 4.
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Festzuhalten
ist, dass die Erfindung nicht auf ein thermisches Überstromrelais
begrenzt ist, sondern in jedem elektrischen Schalter angewendet
werden kann, in der pro Phase ein Thermobimetall vorgesehen ist.
Dies kann bei Motorschutzschaltern und der Gleichen der Fall sein.
Es ist selbstverständlich, dass
anstatt eines Thermobimetalls auch ein solcher thermischer Auslöser Verwendung
finden kann, der aus einer Formgedächtnislegierung besteht.
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Die
Kupplungsstücke 18, 20 und 19 sollten aus
einem Material hergestellt werden, welches den Temperaturen der
Thermobimetalle 10, 11 und 12 Stand hält; das
Fadenelement kann beispielsweise aus isolierendem Material, beispielsweise
aus einer Angelschnur, gebildet sein.
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Zusätzlich kann,
wie aus 1 zu entnehmen ist, ein Kompensationsbimetall 100 vorgesehen sein,
welches bei 101 ortsfest in dem das thermische Überstromrelais
untergebracht ist, fest eingespannt ist, wogegen das in der Zeichnung
links befindliche Ende, also dasjenige Ende, das entgegengesetzt
zur Auslösungsstelle
sich befindet, am freien Ende eines als Kompensationsbimetall dienendes
Thermobimetall 100 befestigt ist. In entsprechender Weise
würde die
Fixierstelle 31 der 2 bis 2d ebenfalls
an einen solches Kompensationsbimetall angeordnet sein.