DE102007004920B4

DE102007004920B4 - Schutzschalter, insbesondere Leistungsschutzschalter, und thermischen Auslöser für einen Schutzschalter

Info

Publication number: DE102007004920B4
Application number: DE200710004920
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Soukup
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2027-01-27
Also published as: DE102007004920A1

Abstract

Thermischer Auslöser, insbesondere für einen Schutzschalter (1), der zum Unterbrechen eines elektrischen Stroms dient,
mit einem Bimetall (12), das ein feststehendes und ein einziges bewegliches Ende (12a, 13) aufweist, wobei das Bimetall (12) in Richtung seines einzigen beweglichen Endes (12a) gesehen bezüglich seines stromdurchflossenen Querschnitts eine Verjüngung aufweist und wobei das bewegliche Ende (12a) in seiner Grundstellung mit mindestens einem Stromkontakt (17, 18, 19) verbunden ist und beim Auftreten eines Überstroms aufgrund der damit verbundenen Erwärmung vom Stromkontakt abhebt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall (12) in seiner Grundstellung an mindestens zwei in Verjüngungsrichtung beabstandeten Stromkontakten (17, 18, 19) anliegt, denen jeweils ein eigener vorgegebener Überstrom zugeordnet ist, wobei die zugeordneten Überströme in Verjüngungsrichtung schrittweise abnehmen, und
dass das Bimetall (12) mit seiner Querschnittsverjüngung so bemessen ist, dass sich das bewegliche Ende (12a) bei Fließen des vorgegebenen Überstroms von dem zugeordneten Stromkontakt (17, 18, 19) abhebt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter, insbesondere Leistungsschutzschalter, und einen thermischen Auslöser für einen Schutzschalter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.
Thermische Auslöser für Leistungsschutzschalter sind bekannt und dienen dazu, im Überstromfall das Unterbrechen eines elektrischen Stromes auszulösen. Sie weisen meist ein Bimetall in Form eines Streifens auf, das ein befestigtes und ein bewegliches Ende aufweist. Beide Enden des Bimetalls sind mit elektrischen Stromkontakten verbunden und werden im Betriebszustand von einem Teil oder dem gesamten Strom durchflossen. Die Bemessung des Bimetalls erfolgt so, dass sich das Bimetall beim Fließen eines Überstroms erwärmt, wobei er sich verbiegt, d. h. sein bewegliches Ende bewegt sich aus seiner Grundstellung in seine Schaltstellung. Die damit verbundene Kraft wird verwendet, um eine Auslösewelle zu betätigen, welche den Leistungsschutzschalter auslöst.
Nachteilig bei den bekannten thermischen Bimetall-Auslösern für Leistungsschutzschalter ist es, dass sie nur für einen vorgegebenen Überstrom verwendbar sind. Wird dieser wesentlich überschritten, kommt es zu einer Zerstörung des Bimetalls und damit der korrekten Funktion des Leistungsschutzschalters. Dies kann soweit führen, dass das Bimetall bei größeren Stromdichten ausglüht oder zumindest nicht wieder in seine Grundstellung zurückgeht.
Aus der DE 966 597 B ist bereits ein Bimetallstreifen für einen Auslöser bekannt, dessen Querschnitt sich zu seinem beweglichen freien Ende hin verringert. Dies hat den Vorteil, dass die Erwärmung des Bimetallstreifens im Wesentlichen im verjüngten Bereich des freien Endes erfolgt. Bei kleinen Strömen befindet sich das verjüngte freie Ende in seiner Grundstellung, in der es an einem einzigen Stromkontakt anliegt.
Weiter ist aus der DE 497 423 A ein elektrischer Wärmeschalter mit einstellbarer Schaltfolge bekannt, bei dem ein Bimetall mit mehreren Kontaktfingern verwendet wird, welche sich zu ihren beweglichen freien Enden hin etwas verjüngen. Die unterschiedlich langen Kontaktfinger sind kammartig ausgebildet und erfahren aufgrund der unterschiedlichen Längen bei Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur verschieden große Durchbiegungen, was wiederum eine einstellbare Schaltfolge ermöglicht.
Ein ähnlicher mehrstufiger Thermoschalter ist aus der DE 1 191 018 B bekannt, der vier kammartige Zinken aufweist, die wiederum verschiedene Längen besitzen. Auch dabei ist die Durchbiegung der Zinken temperaturabhängig, was eine temperaturabhängige Betätigung der zugehörigen Stromkontakte ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schutzschalter und einen thermischen Auslöser für einen Schutzschalter vorzuschlagen, der einen großen Überstrombereich abdeckt.
Die Lösung der Erfindung ist bezogen auf den Schutzschalter und auf den thermischen Auslöser für einen Schutzschalter durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gegeben.
Die Lösung sieht bezogen auf den Schutzschalter und den thermischen Auslöser vor, dass das Bimetall in seiner Grundstellung an mindestens zwei in Verjüngungsrichtung beabstandeten Stromkontakten anliegt, denen jeweils ein eigener vorgegebener Überstrom zugeordnet ist, wobei die zugeordneten Überströme in Verjüngungsrichtung schrittweise abnehmen, und dass das Bimetall mit seiner Querschnittsverjüngung so bemessen ist, dass sich das bewegliche Ende bei Fließen des vorgegebenen Überstroms von dem zugeordneten Stromkontakt abhebt. Die Verjüngung führt dazu, dass sich der Leitungsquerschnitt vergrößert und damit der Leitungswiderstand verringert. Da sich beim Fließen des größten vorgegebenen Überstroms, der für den Schutzschalter zulässig ist, das Bimetall bereits von allen entgegen der Verjüngungsrichtung vorhergehenden Stromkontakten abgehoben hat, kann es auch bei diesem Überstrom zu keiner Zerstörung des Bimetalls kommen. Der Querschnitt des Bimetalls ist jedenfalls so groß, dass auch der höchste zulässige Überstrom keine Zerstörung des Bimetalls bewirkt. Insbesondere kann der thermische Auslöser in den Schutzschaltern eingesetzt werden, die bei wenigstens einem der vorgegebenen Überströme zum Einsatz kommen.
Technisch einfach ist es, wenn die Verjüngung stufenweise erfolgt, so dass für jeden Bimetallquerschnitt der entsprechenden Stufe ein einfach zu berechnender Überstrom angegeben werden kann.
Bei einer technisch einfach herstellbaren Ausführung, ist das Bimetall dreieckförmig oder trapezförmig ausgebildet.
Zweckmäßig ist es, wenn die Auslösung mittels einer Auslösewelle erfolgt, die bei Fließen des Überstroms von dem in seiner Schaltstellung befindlichen Bimetall ausgelöst wird und sich dazu auf Höhe des diesem Überstrom zugeordneten Stromkontakt befinden muss.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schutzschalter mit einem thermischen Bimetallauslöser und
2–6 die Durchbiegung des Bimetalls bei zunehmendem Überstrom.
1 zeigt einen Schutzschalter 1 (z. B. Leistungsschutzschalter), der zum Unterbrechen einer elektrischen Verbindung im Falle eines Kurzschlusses und bei Überströmen dient. Der Schutzschalter 1 weist dazu zwei Schaltkontakte 2, 3 auf, die mit der zu unterbrechenden elektrischen Leitung (nicht gezeigt) über Anschlüsse 4, 5 elektrisch verbunden sind. Der Schaltkontakt 2 ist dabei an einem Schaltarm 6 angeordnet und bewegt sich mit diesem beim öffnen des Schutzschalters in die in 1 gezeigte Endlage. Der Schutzschalter ist selbsttätig aber auch mittels eines Stellhebels 7 von Hand auslösbar.
Das Hauptauslöseelement für die selbsttätige Auslösung des Schutzschalters 1 ist eine Auslösewelle 8, die mit einem Schaltschloss (nicht gezeigt) über eine Verbindung 9 in Eingriff steht. An der Auslösewelle 8 ist ein Auslösehebel 10 wie in der 1 gezeigt angeordnet, dessen freies Ende einen Abstand 11 zu einem gegenüberliegenden beweglichen Ende eines Bimetalls 12 aufweist. Das Bimetall 12 ist in 1 oben mit seinem oberen Ende 13 feststehend im Gehäuse 14 des Schutzschalters 1 befestigt und mit dem Anschluss 5 elektrisch verbunden. Außerdem weist das Bimetall 12 etwa im Bereich seiner halben Länge einen Anschlusspunkt 15 auf, von dem aus das Bimetall 12 über eine Leitung 16 und dem Kontakthebel 6 bei geschlossenen Schaltkontakten 2, 3 mit dem Anschluss 4 verbunden ist. Der Strom fließt also bei geschlossenen Schaltkontakten 2, 3 vom Anschluss 5 über das Bimetall 12 und die Leitung 16 zum Anschluss 4.
Unterhalb des Anschlusspunkts 15 in 1 befinden sich zwei Stromkontakte 17 und 18. Diese liegen mit ihren freien Enden an dem Bimetall 12 an, das sich in 1 in seiner Grundstellung befindet, da wegen der geöffneten Schaltkontakte 2, 3 kein Strom fließen kann.
Bei geschlossenen Schaltkontakten 2, 3 fließt folglich zusätzlich ein Strom über die Stromkontakte 17 und 18 zum Anschluss 4.
Nicht gezeigt in der 1 ist, dass sich das Bimetall 12 in Richtung seines beweglichen Endes 12a gesehen bezüglich seines Querschnitts, der jeweils vom Strom durchflossen wird, eine stetige oder stufige Verjüngung aufweist. Hier ist beispielhaft nur die Breite des Bimetalls 12 verjüngt (nicht gezeigt) und die Dicke im Wesentlichen konstant.
Jedem Stromkontakt 17, 18 ist ein Überstrom zugeordnet, wobei die zugeordneten Überströme in Verjüngungsrichtung schrittweise abnehmen, d. h. zum beweglichen Ende 12a des Bimetalls 12 hin. Der dem Stromkontakt 18 zugeordnete Überstrom ist also kleiner als der dem Stromkontakt 17 zugeordnete. Wird also der zum Stromkontakt 18 zugehörige Überstrom erreicht, so kommt es zu einer Verbiegung des Bimetalls 12 vorzugsweise in dem Bereich zwischen dem Stromkontakt 17 und dem Stromkontakt 18, und zwar aufgrund des geringen Querschnitts zwischen diesen beiden Stromkontakten 17, 18 und der damit verbundenen Erwärmung. Der Pfeil F soll schematisch das Verbiegen des Endes 12a des Bimetalls 12 darstellen. Sollten größere berströme auftreten, so fließt durch diesen Bereich des Bimetalls 12 kein Strom mehr, da das Verbiegen mit einem Abheben des beweglichen Endes 12a vom Stromkontakt 18 verbunden ist.
Beim Verbiegen des Bimetalls 12 verringert sich der Abstand 11 zum Auslösehebel 10 bis das Bimetall 12 mit seinem beweglichen Ende 12a gegen den Auslösehebel 10 drückt und dabei die Auslösewelle 8 betätigt.
Bei einem dem Stromkontakt 17 zugeordneten Überstrom kommt es auch im Bereich zwischen dem Anschlusspunkt 15 und diesem Stromkontakt 17 zu einer entsprechenden Erwärmung, welche das Bimetall 12 in diesem Bereich verbiegt, wobei es sich ebenfalls vom Stromkontakt 17 abhebt.
Um den Auslösehebel 10 in dieser Situation ebenfalls auszulösen, muss sich dieser mit dem erforderlichen Abstand 11 in dem Bereich des Stromkontakts 17 in 1 weiter unten befinden.
Man kann diesen thermischen Auslöser hier für zwei Schutzschalter 1 mit unterschiedlichen Überströmen verwenden, indem man lediglich die Länge des Auslösehebels 10 und des Abstands 11 entsprechend anpasst, um jeweils eine Auslösung des Schutzschalters 1 bei dem vorgegebenen Überstrom sicherzustellen.
Die 2–6 zeigen den oben beschriebenen Sachverhalt noch einmal als eine Abfolge schematischer Darstellungen mit drei Stromkontakten 17, 18, 19. Stark vereinfachend ist das Bimetall 12 an den Anschluss 5 und über die Stromkontakte 17, 18, 19 und die Widerstände R (R1, R2, R3, R4) mit dem Anschluss 4 verbunden. Die Widerstände R sind die Leitungswiderstände, die sich aus den Bimetall-Querschnitten ergeben, bzw. die Leitungswiderstände der Anschlussleitungen an den Kontaktpunkten des Bimetalls, welche sich aufgrund unterschiedlicher Querschnitte und/oder Materialien in ihrem Widerstand unterscheiden. Mit zunehmendem Überstrom hebt sich das Bimetall von den einzelnen Stromkontakten ab, so dass ein entsprechend großer Überstrombereich von einem einzigen thermischen Auslöser abgedeckt werden kann.

Claims

Thermischer Auslöser, insbesondere für einen Schutzschalter (1), der zum Unterbrechen eines elektrischen Stroms dient, mit einem Bimetall (12), das ein feststehendes und ein einziges bewegliches Ende (12a, 13) aufweist, wobei das Bimetall (12) in Richtung seines einzigen beweglichen Endes (12a) gesehen bezüglich seines stromdurchflossenen Querschnitts eine Verjüngung aufweist und wobei das bewegliche Ende (12a) in seiner Grundstellung mit mindestens einem Stromkontakt (17, 18, 19) verbunden ist und beim Auftreten eines Überstroms aufgrund der damit verbundenen Erwärmung vom Stromkontakt abhebt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall (12) in seiner Grundstellung an mindestens zwei in Verjüngungsrichtung beabstandeten Stromkontakten (17, 18, 19) anliegt, denen jeweils ein eigener vorgegebener Überstrom zugeordnet ist, wobei die zugeordneten Überströme in Verjüngungsrichtung schrittweise abnehmen, und dass das Bimetall (12) mit seiner Querschnittsverjüngung so bemessen ist, dass sich das bewegliche Ende (12a) bei Fließen des vorgegebenen Überstroms von dem zugeordneten Stromkontakt (17, 18, 19) abhebt.
Thermischer Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung stufenweise erfolgt.
Thermischer Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall (12) dreieckförmig oder trapezförmig ausgebildet ist.
Thermischer Auslöser nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung mittels einer Auslösewelle (8) erfolgt, die bei Erreichen des zugehörigen Überstroms von dem in seiner Schaltstellung befindlichen Bimetall (12) ausgelöst wird.
Schutzschalter, insbesondere Leistungsschutzschalter, zum Unterbrechen eines elektrischen Stroms, der mindestens zum Teil durch ein Bimetall (12) fließt, das ein feststehendes und ein bewegliches Ende (12a, 13) aufweist, die elektrisch mit Stromkontakten (17, 18, 19) verbunden sind, wobei das bewegliches Ende (12) in seiner Grundstellung mit mindestens einem Stromkontakt (17, 18, 19) verbunden ist und sich beim Auftreten eines Überstroms aufgrund seiner Erwärmung in seine Schaltstellung zum Auslösen des Schutzschalters (1) verbiegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall (12) in seiner Grundstellung an mindestens zwei in Verjüngungsrichtung beabstandeten Stromkontakten (17, 18, 19) anliegt, denen jeweils ein eigener vorgegebener Überstrom zugeordnet ist, wobei die zugeordneten Überströme in Verjüngungsrichtung schrittweise abnehmen, und dass das Bimetall (12) mit seiner Querschnittsverjüngung so bemessen ist, dass sich das bewegliche Ende (12a) bei Fließen des vorgegebenen Überstroms von dem zugeordneten Stromkontakt (17, 18, 19) abhebt.