DE102007022458A1 - Elektromechanischer Auslöser für einen Leistungsschalter und Leistungsschalter mit einem solchen Auslöser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Auslöser (1) für einen Leistungsschalter und einen Leistungsschalter mit einem Auslöser (1), der zum Unterbrechen eines durch einen elektrischen Leiter (4, 5) fließenden Stroms beim Auftreten einer Überlast dient und einen Aktuator (10) aufweist, welcher bei Überschreitung eines vorgegebenen Stromwerts bewegt wird, um den Leistungsschalter auszulösen. Um einen technisch einfachen Auslöser und einen entsprechenden Leistungsschalter zu erzielen, der zum Auslösen relativ wenig elektrische Energie benötigt, wird vorgeschlagen, dass die Bewegung des Aktuators (10) mittels eines piezoaktiven Polymers (13) erfolgt, das zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (12) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Auslöser für einen Leistungsschalter und einen Leistungsschalter mit einem Auslöser gemäß den Ansprüchen 1 und 2.
• Leistungsschalter, insbesondere kompakte Niederspannungsleistungsschalter, mit elektromechanischen Auslösern sind bekannt. Die Leistungsschalter unterbrechen den fließenden Strom beim Auftreten einer Überlast und einem Kurzschluss. Der Auslöser umfasst einen Auslösebaustein, der meist als sogenanntes Maglatch ausgebildet ist, welches einen ferromagnetischen Stößel aufweist, der von einem Magnetfeld eines Permanentmagneten entgegen der von einer Feder ausgeübten Kraft gehalten wird, wobei die Feder als Energiespeicher dient. Die Auslösung erfolgt jeweils bei Überschreitung eines vorgegebenen Stromwerts. Dabei wird von einem Elektromagneten ein magnetisches Feld erzeugt, welches das Magnetfeld des Permanentmagneten im Bereich des Stößels kompensiert, so dass der Stößel zum Auslösen des Leistungsschalters unter Freisetzung der in der Feder gespeicherten Energie in Richtung seiner Längsachse verschoben wird.
• Nachteilig ist dabei, dass an den Elektromagneten eine relativ hohe elektrische Spannung angelegt werden muss, um einen entsprechend schnellen Stromanstieg und damit einen schnellen Aufbau des magnetischen Feldes des Elektromagneten zu erreichen. Dazu muss der Auslöser die erforderliche elektrische Energie relativ schnell bereitstellen können, was mit einer entsprechenden Dimensionierung und entsprechenden Kosten verbunden ist. Nachteilig ist dabei außerdem, dass die für den Elektromagneten bereitgestellte Energie weder einen Beitrag zur Beschleunigung der Auslösung liefert noch anderweitig genutzt werden kann.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromechanischen Auslöser für einen Leistungsschalter und einen entsprechenden Leistungsschalter anzugeben, der zum Auslösen relativ wenig elektrische Energie benötigt.
• Die Aufgabe wird bezogen auf den elektromagnetischen Auslöser und bezogen auf den Leistungsschalter durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.
• Die Lösung sieht bezogen auf den elektromechanischen Auslöser als auch auf den Leistungsschalter vor, dass die Bewegung des Aktuators mittels eines piezoaktiven Polymers erfolgt, das zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden angeordnet ist, an welche zum Bewegen des Aktuators eine Gleichspannung angelegt wird. Der auf dem piezoelektrischen Effekt basierende elektromechanische Auslöser auf Basis eines piezoaktiven Polymers kann die vom Auslöser bereitgestellte elektrische Energie direkt in eine mechanische Bewegung des Aktuators umsetzen. Das piezoelektrische Polymer ermöglicht eine schnellere Auslösung und damit eine günstigere und sicherere Auslösecharakteristik. Kostenvorteile ergeben sich weiter dadurch, dass insgesamt weniger Bauteile eingesetzt werden müssen und sich auch die Elektronik insgesamt einfacher dimensionieren lässt.
• Technisch einfach ist es, wenn das Polymer als Polymerschaum ausgebildet ist. Derartige Polymerschäume können die vom Auslöser bereitgestellte elektrische Energie direkt in eine mechanische Bewegung umsetzen. Der Polymerschaum wird dabei durch Gasentladungen in den Poren elektrisch polarisiert und kann so mittels einer einfachen Plattenkondensator-Anordnung mittels eines elektrischen Feldes zur Kontraktion und Expansion angeregt werden. Dabei erzielt man mit Polymerschaum im Vergleich zu herkömmlichen Piezokristallen bei gleicher Spannung deutlich größere Längenänderungen.
• Eine technisch einfache Lösung sieht vor, dass der Aktuator als Stößel ausgebildet ist, welcher mittels des piezoaktiven Polymers in Richtung seiner Längsachse verschoben wird.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 einen Leistungsschalter mit einem elektromechanischen Auslöser in einer schematischen Darstellung und
• 2 den Auslöser gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung.
• 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt eines Leistungsschalters in Form eines Niederspannungs-Leistungsschalters mit einem elektromechanischen Auslöser 1. Oberhalb des Auslösers 1 befindet sich die Elektronik 2 des Leistungsschalters, unterhalb ein Stromwandler 3, der einen elektrischen Leiter umfasst, dessen Strombahnen 4, 5 in der 1 beidseitig vom Stromwandler 3 dargestellt sind. Weiter ist im Bereich des Auslösers 1 ein Hebel 6, (auch Kicker) genannt, angeordnet, der um eine Drehachse 7 verschwenkbar ist und vom Auslöser 1 betätigt wird. Beim Betätigen des Hebels 6 bewegt sich dessen unteres Ende in Richtung des Pfeils 8, wodurch die gegenüberliegende Spitze 9 eine nicht gezeigte vorgespannte Klinke entklinkt, wodurch wiederum die Schaltkontakte des Leistungsschalters (nicht gezeigt) getrennt werden, um den Stromfluss zu unterbrechen.
• Zum Bewegen des Hebels 6 wird ein Aktuator 10 in Form eines zylindrischen Stößels 11 bewegt, d. h. in Längsrichtung des Stößels 11 verschoben. Das Verschieben erfolgt durch Anlegen einer Gleichspannung an zwei Elektroden 12, die plattenförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnete sind und zwischen denen sich ein piezoaktives Polymer 13 in Form eines Polymerschaums 13a befindet. Die stößelseitige (untere) Elektrode 12 ist in einem Gehäuse 14 in Richtung der Stößellängsachse 11a verschiebbar, wobei die Verschiebung durch Kontraktion oder Expansion des Polymerschaums 13a erfolgt, je nach Polarität und Höhe der an die Elektroden 12 über Zuleitungen 12a angelegten Spannung.
• Die Spannung zum Verschieben des Stößels 11 und damit zum Verschwenken des Hebels 6 zum Auslösen des Leistungsschalters wird von der Elektronik 2 ausgegeben, wenn der vom Stromwandler 3 erfasste Strom einen vorgegebenen Stromwert überschreitet, was bei Überlast und bei Kurzschluss der Fall ist.
• 2 zeigt den Auslöser gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung.

Claims (6)

1. Elektromechanischer Auslöser (1) für einen Leistungsschalter, insbesondere Niederspannungsleistungsschalter, der zum Unterbrechen eines durch einen elektrischen Leiter (4, 5) fließenden Stroms beim Auftreten einer Überlast dient, mit einem Aktuator (10), welcher bei Überschreitung eines vorgegebenen Stromwerts bewegt wird, um den Leistungsschalter auszulösen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Aktuators (10) mittels eines piezoaktiven Polymers (13) erfolgt, das zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (12) angeordnet ist, an welche zum Bewegen des Aktuators (10) eine Gleichspannung angelegt wird.
2. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (13) als Polymerschaum (13a) ausgebildet ist.
3. Auslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) als Stößel (11) ausgebildet ist, welcher mittels des piezoaktiven Polymers (13) in Richtung seiner Längsachse (11a) verschoben wird.
4. Leistungsschalter, insbesondere Niederspannungsleistungsschalter, zum Unterbrechen eines durch einen elektrischen Leiter (4, 5) fließenden Stroms beim Auftreten einer Überlast, mit einem Aktuator (10), der bei Überschreitung eines vorgegebenen Stromwerts bewegt wird, um den Leistungsschalter auszulösen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Aktuators (10) mittels eines piezoaktiven Polymers (13) erfolgt, das zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (12) angeordnet ist, an welche zum Bewegen des Aktuators (10) eine Gleichspannung angelegt wird.
5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (13) als Polymerschaum (13a) ausgebildet ist.
6. Leistungsschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) als Stößel (11) ausgebildet ist, welcher mittels des piezoaktiven Polymers (13) in Richtung seiner Längsachse (11a) verschoben wird.