DE102012011063A1 - Elektrisches Schaltgerät, insbesondere Schutzschalter - Google Patents

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Abstract

Es wird ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere ein Schutzschalter, bereitgestellt, das zum Auslösen bei Kurzschluss und bei thermischer Überlast eine magnetothermische Auslöseeinheit umfasst. Die magnetothermische Auslöseeinheit ist durch lediglich zwei zusammenwirkende Bauteile gebildet, nämlich durch eine Auslösespule, die von einem zu überwachenden Strom durchflossen wird, und durch einen Auslöseanker. Der Auslöseanker ist dabei aus einem Material gefertigt, das sowohl einen thermischen als auch einen magnetischen Formgedächtniseffekt aufweist, so dass der Auslöseanker bei einem sprunghaften Anstieg des Stroms, beispielsweise als Folge eines Kurzschlusses, unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule eine magnetische Deformation und bei einer Überlast und einem folgenden lang anhaltenden Überstrom unter dem Einfluss der von der Auslösespule abgegebenen Wärme eine thermische Deformation erfährt. Diese magnetische und/oder thermische Deformation des Auslöseankers bewirkt schließlich bei Überschreiten eines Grenzwertes eine stromunterbrechende Öffnung einer Kontaktstelle des elektrischen Schaltgerätes, die aus einem beweglichen und einem festen Kontaktstück gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen Schutzschalter, mit einer Kontaktstelle, die durch ein bewegliches und ein festes Kontaktstück gebildet ist, und mit einer magnetothermischen Auslöseeinheit.
  • Bei gattungsgemäßen Schaltgeräten, insbesondere Leitungsschutzschaltern, auch LS bzw. MCB (Miniature Circuit Breaker) genannt, dient eine in das Schaltgerät integrierte magnetothermische Auslöseeinheit als Überstromschutzeinrichtung, um die Leitungen sowohl vor Kurzschluss als auch vor Schädigungen durch Erwärmung bei geringer Stromstärke zu schützen.
  • Als thermische Überstromauslöser werden in konventionell aufgebauten Leitungsschutzschaltern (z. B. in als Überlastschutz dienenden Motorschutzschaltern für kleinere und mittlere Maschinen) heute zumeist noch Bimetallauslöser eingesetzt, die als Bügel aus zwei miteinander verbundenen Streifen verschiedener Metalle mit verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgeführt sind und die direkt oder indirekt vom Motorstrom erwärmt werden. Dabei heizt der Strom den Bimetallbügel auf, so dass sich dieser verbiegt, bis er schließlich bei Erreichen eines vorab einstellbaren Grenzwertes der Durchbiegung den Schalter auslöst und den Stromkreis somit unterbricht, bevor andere Bestandteile des Stromkreises in Mitleidenschaft gezogen werden können.
  • Für das Abschalten innerer Fehler (z. B. im Falle eines Kurzschlusses, Leitungsbruchs oder Ähnlichem), die einen für Bauteile schädlichen, sprunghaften Anstieg des Stroms zur Folge haben, ist der thermische Überstromauslöser auf Bimetallbasis aber zu träge, weshalb in Leitungsschutzschaltern zusätzlich ein magnetischer Schnellauslöser vorgesehen ist. Das Auslösen erfolgt dabei durch die magnetischen Kräfte einer Spule, die vom Motorstrom durchflossen wird. Hierbei wird bei höheren Überströmen (z. B. Kurzschlussstrom) in der Spule ein Magnetfeld erzeugt, welches einen Schlaganker im Inneren der Spule bewegt, wobei dieser Schlaganker wiederum ein bewegliches Kontaktstück von einem festen Kontaktstück wegschlägt, um eine Kontaktstelle zu öffnen und den Stromkreis so innerhalb nur weniger Millisekunden nach dem Auftritt des Fehlers zu unterbrechen.
  • Die Kombination des thermischen Bimetallauslösers und des magnetischen Schnellauslösers, wie sie beispielsweise in der DE 1 588 513 A beschrieben und anhand eines Beispiels dargestellt ist, erfordert einen sehr hohen schaltungstechnischen Aufwand, da viele Einzelteile mit engen Toleranzen gefertigt und zusammengebaut werden müssen, was demzufolge auch mit hohen Herstellungskosten verbunden ist.
  • Die EP 0 147 278 A1 stellt insofern gegenüber der vorgeschilderten konventionellen Schalterkonstruktion einen gewissen Fortschritt dar, als dass hier anstatt eines Bimetallbügels ein thermomechanischer Wandler aus thermischem Formgedächtnismaterial (FGL) in Form einer Feder eingesetzt wird.
  • Durch den Einsatz einer solchen FGL-Feder kann eine verschachtelte Bauweise der beiden Auslösemechanismen realisiert werden, was zu einem platzsparenderen Aufbau des gesamten Schutzschalters führt. Doch trotz der bereits relativ kompakten Bauweise eines derart aufgebauten Schalters handelt es sich auch hier um eine hochkomplexe Bauteilgruppe mit einer großen Bauteilanzahl, da zur Abdeckung der beiden Schutzfunktionen (thermischer Überlastschutz einerseits und Kurzschlussschutz andererseits) immer noch zwei getrennte Schutzmechanismen benötigt werden.
  • Aus der DE 10 2004 056 283 A1 ist schließlich ein thermisch-magnetischer Kombi-Auslöser bekannt, bei dem der thermische und der elektromagnetische Auslöser jeweils in Form einer Schnappscheibe aus Formgedächtnismaterial ausgeführt sind, wobei die beiden Schnappscheiben mit einem Schlaganker in Wirkverbindung stehen, so dass bei einem thermisch oder magnetisch bedingten Umklappen der Schnappscheiben der Schlaganker bewegt und so die stromunterbrechende Öffnung einer Kontaktstelle im Schalter bewirkt wird. Allerdings sind auch in dieser Lösung weiterhin zwei getrennte Bauteile, genauer gesagt zwei Schnappscheiben, notwendig, um ein elektrisches Gerät vor zu hoher Temperatur und vor Kurzschluss zu schützen, wodurch einerseits ein relativ großer Bauraumbedarf erforderlich ist und andererseits ein schaltungstechnisch komplizierter und dementsprechend kostenaufwendiger Aufbau vorliegt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass dieses einen einfachen und Bauraum sparenden Aufbau hat und zudem kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere Schutzschalter, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere ein Schutzschalter, mit einer magnetothermischen Auslöseeinheit bereitgestellt, wobei die magnetothermische Auslöseeinheit eine Auslösespule, die von einem zu überwachenden Strom durchflossen wird, und einen Auslöseanker aus einem Material, das sowohl einen thermischen als auch einen magnetischen Formgedächtniseffekt aufweist, umfasst.
  • Somit erfährt der Auslöseanker bei einem sprunghaften Anstieg des Stroms, beispielsweise als Folge eines Kurzschlusses, unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule eine magnetische Deformation, während der Auslöseanker bei einer Überlast und einem daraus folgenden lang anhaltenden Überstrom unter dem Einfluss der von der Auslösespule abgegebenen Wärme eine thermische Deformation erfährt, wobei die magnetische und/oder thermische Deformation des Auslöseankers bei Überschreiten eines Grenzwertes eine stromunterbrechende Öffnung der durch ein bewegliches und ein festes Kontaktstück gebildeten Kontaktstelle des Schaltgerätes bewirkt.
  • Indem als Auslöseanker ein sowohl auf magnetische Felder als auch auf thermische Erwärmung reagierendes Aktorelement verwendet wird, kann mit einer einzigen Baugruppe, bestehend aus solch einem Auslöseanker und einer entsprechenden Auslösespule, ein elektrisches Schaltgerät realisiert werden, das gleichzeitig gegen kurzzeitige elektrische Überlast (Kurzschluss) und thermische Überlast (Dauerstrom) schützt.
  • Die in einem Schutzschalter benötigten Auslösefunktionen gegen kurzzeitige elektrische Überlast sowie gegen elektrische Überhitzung können somit in einer einzigen magnetothermischen Auslöseeinheit umgesetzt werden, die im einfachsten Fall lediglich aus zwei zusammenwirkenden Elementen, einer Auslösespule und einem Auslöseanker, besteht. Statt, wie bei den Schaltgeräten des Standes der Technik üblich, die Kurzschlussstromauslösung und die Überlastauslösung mittels zweier getrennter Schutzmechanismen (z. B. einem Bimetallauslöser mit einem zusätzlichen magnetischen Schnellauslöser) zu verwirklichen, können diese beiden Schutzfunktionen nun gleichzeitig von einer einzigen Auslöseeinheit, die im Wesentlichen nur eine Auslösespule und einen Auslöseanker umfasst, übernommen werden.
  • Diese Doppelfunktion der Auslöseeinheit führt somit zu einer Einsparung von Bauraum und Herstellungsaufwand, da nicht länger zwei komplette Auslöseeinheiten für Überlast- und Kurzschlussschutz aufgebaut und miteinander kombiniert werden müssen.
  • Der Bauraumbedarf kann dabei noch weiter reduziert werden, indem gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltgerätes der Auslöseanker in radialer Richtung zumindest teilweise von der Auslösespule umschlossen ist und sich zumindest teilweise entlang der Längsachse der Auslösespule erstreckt.
  • Die Auslösung des erfindungsgemäßen elektrischen Schaltgerätes wird durch eine Deformation des Auslöseankers bewirkt, welcher hierzu in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung auf Basis einer Nickel-Mangan-Gallium(NiMnGa)-Legierung mit einem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt hergestellt ist.
  • In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel erfolgt die Deformation des Auslöseankers in Form einer uniaxialen Dehnung oder Kontraktion entlang der Längsachse des stabförmig ausgebildeten Auslöseankers. Durch diese uniaxiale Längenänderung des stabförmigen Auslöseankers kann der Auslöseanker auf besonders einfache Weise direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung zusätzlicher Verbindungsbauteile, mit dem Schlaganker gekoppelt sein, z. B. indem Schlaganker und Auslöseanker einander fluchtend verlängernd an ihren Stirnenden miteinander verbunden werden.
  • In noch einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann diese uniaxiale Dehnung bzw. Kontraktion des Auslöseankers durch eine Führung, insbesondere durch einen in die Auslösespule eingebrachten Eisenkern, gezielt in eine Richtung geleitet werden, um eine optimale Schlagkraftübertragung auf das bewegliche Kontaktstück und somit ein zuverlässiges Öffnen der Kontaktstelle des Schalters im Fehlerfall zu gewährleisten. Der Eisenkern übernimmt hierbei eine Doppelfunktion. Einerseits dient er als Eisenkern der Spule, um die Permeabilität und damit auch die magnetische Flussdichte in der Spule zu erhöhen, und andererseits dient er, wie beschrieben, als gleitende Führung für den Auslöseanker.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt:
  • 1a und 1b ein elektrisches Schaltgerät mit einer magnetothermischen Auslöseeinheit im Ruhezustand und im ausgelösten Zustand nach einem ersten Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung, und
  • 2a und 2b ein elektrisches Schaltgerät mit einer magnetothermischen Auslöseeinheit im Ruhezustand und im ausgelösten Zustand nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schaltgerätes 1 mit einer einzigen Auslöseeinheit 5 zeigen die 1a (Ruhezustand) und die 1b (ausgelöster Zustand), wobei die Auslöseeinheit 5 sowohl eine elektromagnetische als auch eine thermische Auslösung bewirkt, so dass das elektrische Schaltgerät 1 aufgrund der Integration beider Auslösefunktionen in einer einzigen Baugruppe erheblich einfacher und somit kostengünstiger als herkömmliche Schaltgeräte gestaltet werden kann.
  • Das elektrische Schaltgerät ist hier ein Leitungsschutzschalter 1. In vergleichbarer Weise ist die Erfindung jedoch auf andere elektrische Schaltgeräte, wie Generator-, Lasttrennschalter oder dergleichen, anwendbar.
  • Konstruktiv erfordert der Aufbau des Leitungsschutzschalters 1 lediglich zwei Schalterteile, nämlich einen Kontaktschalter 12 und eine Auslöseinheit 5 zum Auslösen des Kontaktschalters 12 bei thermischer Überlast und bei Kurzschluss.
  • Der Kontaktschalter 12 umfasst ein bewegliches und ein festes Kontaktstück 3, 4, wobei der Kontaktschalter 12 gemäß 1a und 2a genau dann geschlossen ist, wenn das bewegliche Kontaktstück 3 das feste Kontaktstück 4 berührt, so dass über eine die beiden Kontaktstücke 3, 4 miteinander verbindende Kontaktstelle 2 eine stromleitende Verbindung hergestellt ist. Bei einem Kurzschluss (sprunghafter Anstieg des Stroms) oder einer thermischen Überlast (Überschreiten eines maximalen Dauerstroms) wird der Kontaktschalter 12 zur sofortigen Stromunterbrechung gemäß 1b und 2b dadurch ausgelöst, dass das bewegliche Kontaktstück 3 von dem ortsfesten Kontaktstück 4 wegbewegt, genauer gesagt weggeschwenkt, wird, so dass die Kontaktstelle 2 zwischen den beiden Kontaktstücken 3, 4 geöffnet wird.
  • Diese vorbeschriebene Öffnung der Kontaktstelle 2 geschieht mit Hilfe einer magnetothermischen Auslöseeinheit 5, welche bei Überschreiten eines vorbestimmbaren Stromgrenzwertes (also bei Fließen eines Kurzschlussstromes oder eines thermischen Überlaststromes) einen Schlaganker 8 bewegt, welcher direkt auf das bewegliche Kontaktstück 3 einwirkt, um eine Schwenkbewegung des beweglichen Kontaktstücks 3 und somit eine stromunterbrechende Öffnung der Kontaktstelle 2 zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe der Auslöseeinheit 5 besteht demzufolge darin, ein sicheres und dauerhaftes Abschalten im Kurzschluss- oder Überlastfall zu gewährleisten. Zur Erfüllung dieser Doppelfunktion weist die Auslöseeinheit 5 eine Auslösespule 6 auf, die von dem zu überwachenden Strom durchflossen wird. Diese Auslösespule 6 erzeugt einerseits im Spuleninnenraum 13 ein ausreichend großes Magnetfeld H, um bei einer Kurzschlusssituation eine Bewegung des Schlagankers 8 gegen das bewegliche Kontaktstück 3 zu bewirken, wodurch das bewegliche Kontaktstück 3 von dem festen Kontaktstück 4 weggeschwenkt und somit eine mechanische Öffnung des Kontaktschalters 12 im Kurzschlussfall verursacht wird. Andererseits wird von der Auslösespule 6 Wärme Q in das Innere 13 des Spulenkörpers 6 abgeführt. Überschreitet die von der Auslösespule 6 abgegebene Wärme Q bei Vorliegen einer thermischen Überlast einen vorgebbaren Grenzwert, so führt auch diese Erwärmung des Spuleninnenraumes 13 zu einer Bewegung des Schlagankers 8 und somit zu einer stromunterbrechenden Öffnung der Kontaktstelle 2.
  • Um in beiden vorgeschilderten Fällen eine Bewegung des Schlagankers 8 zu ermöglichen, ist im Spuleninnenraum 13 ein Auslöseanker 7 angeordnet, der mit dem Schlaganker 8 gekoppelt ist. Zum Auslösen bei Kurzschluss und/oder bei thermischer Überlast ist der Auslöseanker 7 aus einem Material gebildet, das sowohl einen thermischen als auch einen magnetischen Formgedächtniseffekt aufweist, so dass im Kurzschlussfall unter dem Einfluss des Magnetfeldes H der Auslösespule 6 eine magnetisch verursachte Deformation ΔI des Auslöseankers 7 und im thermischen Überlastfall unter dem Einfluss der von der Auslösespule 6 abgegebenen Wärme Q eine thermisch verursachte Deformation ΔI des Auslöseankers 7 bewirkt wird. Durch Kopplung des Auslöseankers 7 mit dem Schlaganker 8 führt diese magnetisch und/oder thermisch verursachte Deformation ΔI des Auslöseankers 7 somit schließlich zu der gewünschten Bewegung des Schlagankers 8, um den Kontaktschalter 12 im Kurzschluss- oder thermischen Überlastfall auszulösen.
  • Der Auslöseanker 7 ist hierzu aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung (= Magnetic Shape Memory Alloy, MSMA), z. B. auf Basis einer Nickel-Mangan-Gallium(NiMnGa)-Legierung, gefertigt, in welche hohe reversible Dehnungen bei Anlegen eines Magnetfeldes H (sogenannter magnetischer Formgedächtniseffekt) als auch bei Erwärmung Q (sogenannter thermischer Formgedächtniseffekt) induziert werden können.
  • In den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen ist der derart zusammengesetzte Auslöseanker 7 jeweils stabförmig ausgebildet und befindet sich vollständig innerhalb der Auslösespule 6, wobei die Längsachse L des stabförmigen Auslöseankers 7 koaxial zur Längsachse der Auslösespule 6 verläuft. Ebenfalls im Spuleninnenraum 13 ist ein Eisenkern 10 angeordnet, der als Führung für den Auslöseanker 7 dient. Die magnetische und/oder thermische Deformation ΔI des Auslöseankers 7 erfolgt dabei lediglich als uniaxiale Dehnung bzw. Kontraktion entlang der Längsachse L seines stabförmigen Grundkörpers. Diese Dehnung in Längsrichtung findet werkstoffbedingt und aufgrund der Anordnung des Magnet- bzw. Wärmefeldes H, Q in Bezug auf den Auslöseanker 7 statt. Der Übergang von 1a auf 1b bzw. von 2a auf 2b verdeutlicht, dass es bei einer Elongation ΔI des Auslöseankers 7 in Richtung seiner Längsachse L gleichzeitig zu einer Verringerung der Dicke bzw. des Radius des Auslöseankers 7 kommt.
  • An einem vom Kontaktschalter 12 abgewandten Endbereich des Auslöseankers 7 wird der Auslöseanker 7 radial vollständig vom Eisenkern 10 umschlossen. Indem der Schlaganker 8 ebenfalls stabförmig ausgebildet ist und Schlaganker 8 und Auslöseanker 7 einander fluchtend verlängernd an ihren Stirnenden miteinander verbunden sind, wird die thermisch bzw. magnetisch induzierte Verlängerung ΔI des Auslöseankers 7 in eine entsprechende, längsgerichtete Schlagbewegung des Schlagankers 8 zum sicheren Öffnen der Kontaktstelle 2 im Fehlerstromfall umgesetzt. Entscheidend ist dabei, dass der bevorzugt aus MSMA-Material gefertigte Auslöseanker 7 so innerhalb der Auslösespule 6 gelagert bzw. geführt ist, dass die thermische und magnetische Elongation ΔI und Kontraktion des Ankermaterials nicht behindert wird.
  • Um eine gleichmäßige, kippfreie Übertragung der Längsbewegung des Auslöseankers 7 auf den Schlaganker 8 zu erreichen, ist der Schlaganker 8 über eine zwischengefügte Grundplatte 9 an dem freien Stirnende des Auslöseankers 7 befestigt, so dass durch die Verlängerung ΔI des Auslöseankers 7 in Richtung des Pfeiles F ein sicheres Öffnen des Kontaktschalters 12 durch den Schlaganker 8 zur Unterbrechung des Stromkreises im Auslösefall herbeigeführt wird.
  • Im Folgenden wird das in 1b und 2b jeweils dargestellte Auslösen des Kontaktschalters 12 im Hinblick auf die beiden verschiedenen Auslösebedingungen (Kurzschluss einerseits und thermische Überlast andererseits) getrennt erläutert.
  • Im Falle eines kurzzeitigen, sprunghaften Anstiegs des Stroms, wie er zum Beispiel als Folge eines Kurzschlusses auftritt, wird bei Fließen eines ausreichend hohen Stroms in den Wicklungen der Auslösespule 6 von dieser ein magnetisches Feld H erzeugt, welches auf den innerhalb der Auslösespule 6 angeordneten Auslöseanker 7 einwirkt. Aufgrund des magnetischen Formgedächtniseffektes des Materials des Auslöseankers 7 wird dadurch eine magnetfeldinduzierte, reversible Verformung des Auslöseankers 7 erreicht, die zu einer Längenänderung ΔI des Auslöseankers 7 führt. Diese Längenänderung ΔI wirkt an der Grundplatte 9 des Schlagankers 8 und verursacht dessen Verschiebung in Längsrichtung des Pfeiles F (siehe 1b und 2b). Durch diese Längsverschiebung der Grundplatte 9 und des daran anschließenden Schlagankers 8 wird der Kontaktschalter 12 schließlich geöffnet und der Stromkreis somit im Kurzschlussfall nahezu ohne zeitliche Verzögerung unterbrochen.
  • Zudem darf der Stromkreis aus thermischen Gründen dauernd nur mit dem maximal zulässigen Dauerstrom (= Load Continuous Current Limit, LCC) belastet werden. Bei einer Überlast und einem daraus folgenden Anstieg des Stroms über diesen LCC-Wert für einen längeren definierten Zeitraum gibt die stromdurchflossene Auslösespule 6 eine derart große Wärmemenge Q in den Spuleninnenraum 13 ab, dass damit das Material des Auslöseankers 7 über seine Umwandlungstemperatur erwärmt wird. Dadurch wird der thermische Formgedächtniseffekt ausgelöst und eine thermisch induzierte Verformung des Auslöseankers 7 erzeugt. Die daraus resultierende Längenänderung ΔI des Auslöseankers 7 gemäß 1b und 2b führt ebenfalls zu einer Längsverschiebung des Schlagankers 8 in Richtung des Pfeiles F und somit zur Unterbrechung des Stromkreises bei thermischer Überlast.
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 2a und 2b ist in die magnetothermische Auslöseeinheit 5 außerdem eine vorgespannte Druckfeder 11 eingebaut worden, so dass zusätzlich zu der von der magnetisch und/oder thermisch induzierten Deformation ΔI des Auslöseankers 7 erzeugten Kraft die elastische Rückstellkraft dieser Druckfeder 11 auf die Grundplatte 9 des Schlagankers 8 in Längsrichtung einwirkt. Die Druckfeder 11 umschließt den stabförmigen Auslöseanker 7 radial außenseitig, so dass dieses zweite Ausführungsbeispiel des elektrischen Schaltgerätes 1 trotz des zusätzlichen Bauelements weiterhin nur einen geringen Bauraumbedarf aufweist. Die Druckfeder 11 ist dabei zwischen der Grundplatte 9 des Schlagankers 8 und dem im Durchmesser erweiterten Endabschnitt 10a des Eisenkerns 10, welcher wiederum den Auslöseanker 7 radial außenseitig umschließt, vorgespannt.
  • Durch die elastische Rückstellkraft der vorgespannten Druckfeder 11 werden die Auslösefunktionen des elektrischen Schaltgerätes 1 zusätzlich abgesichert. Insbesondere die Kräfte, welche im Kurzschlussfall durch den magnetischen Formgedächtniseffekt des Auslöseankers 7 auf den Schlaganker 8 übertragen werden, sind regelmäßig geringer als diejenigen, die im thermischen Überlastfall durch den thermischen Formgedächtniseffekt des Ankermaterials hervorgerufen werden. Mit Hilfe der unterstützenden Druckfeder 11 kann aber die Kraft, welche von dem Auslöseanker 7 aus einem Material mit einem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt zur Verschiebung des Schlagankers 8 aufgebracht werden muss, deutlich reduziert werden, ohne auf ein kompliziertes Hebelsystem zurückgreifen zu müssen, das zusätzlichen Bauraum in Anspruch nehmen würde.
  • Zusammenfassend lässt sich bemerken, dass das vorangehend beschriebene erfindungsgemäße elektrische Schaltgerät 1 durch die Realisierung beider Schutzmechanismen (Kurzschluss- und Überlastschutz) mit einer einzigen aktiven Baugruppe (magnetothermische Auslöseeinheit 5) in seiner Bauweise gegenüber der Bauweise bekannter Schaltgeräte erheblich vereinfacht werden kann, was bedingt durch die geringe Bauteilanzahl (im einfachsten Fall wird lediglich eine Auslösespule 6 und ein Auslöseanker 7 benötigt) zu einem sehr kompakten, wenig Bauraum erfordernden Schalteraufbau führt. Hierzu wird erstmals eine kombinierte Aktorlösung vorgeschlagen, bei der das Material des Auslöseankers 7 gleichzeitig einen thermischen und einen magnetischen Formgedächtniseffekt aufweist, so dass die beiden Auslösefunktionen (bei Kurzschluss und bei thermischer Überlast) allein durch die Einwirkung einer Auslösespule 6 auf einen derart zusammengesetzten Auslöseanker 7 realisiert werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 1588513 A [0005]
    • EP 0147278 A1 [0006]
    • DE 102004056283 A1 [0008]

Claims (12)

  1. Elektrisches Schaltgerät (1), insbesondere Schutzschalter, mit einer Kontaktstelle (2), die durch ein bewegliches und ein festes Kontaktstück (3, 4) gebildet ist, und mit einer magnetothermischen Auslöseeinheit (5), gekennzeichnet durch: – eine Auslösespule (6), die von einem zu überwachenden Strom durchflossen wird, und – einen Auslöseanker (7) aus einem Material, das sowohl einen thermischen als auch einen magnetischen Formgedächtniseffekt aufweist.
  2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (7) stabförmig ausgebildet ist und die magnetische und/oder thermische Deformation (ΔI) als uniaxiale Dehnung oder Kontraktion entlang der Längsachse (L) des Auslöseankers (7) vorgesehen ist.
  3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (7) in radialer Richtung zumindest teilweise von der Auslösespule (6) umschlossen ist und sich zumindest teilweise entlang der Längsachse der Auslösespule (6) erstreckt.
  4. Elektrisches Schaltgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (7) mit einem Schlaganker (8) in Wirkverbindung steht, so dass bei magnetischer und/oder thermischer Deformation (ΔI) des Auslöseankers (7) das bewegliche Kontaktstück (3) über den Schlaganker (8) in Öffnungsstellung gedrückt ist.
  5. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlaganker (8) über eine Grundplatte (9) an dem Auslöseanker (7) befestigt ist.
  6. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlaganker (8) stabförmig ausgebildet ist und dass Schlaganker (8) und Auslöseanker (7) einander fluchtend verlängernd an ihren Stirnenden miteinander verbunden sind.
  7. Elektrisches Schaltgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (7) zumindest teilweise innerhalb einer Führung (10) angeordnet ist, so dass die magnetische und/oder thermische Deformation (ΔI) des Auslöseankers (7) im Wesentlichen in eine Richtung leitbar ist.
  8. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Führung (10) ein in die Auslösespule (6) eingebrachter Eisenkern vorgesehen ist.
  9. Elektrisches Schaltgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgespanntes elastisches Element (11) mit dem Schlaganker (8) in Wirkverbindung steht.
  10. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (11) als Druckfeder ausgeführt ist, die den Auslöseanker (7) zumindest teilweise koaxial umschließt.
  11. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 5, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (11) zwischen der Grundplatte (9) des Schlagankers (8) und einem im Durchmesser erweiterten Endabschnitt (10a) der Führung (10) vorgespannt ist.
  12. Elektrisches Schaltgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (7) aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung, insbesondere auf Basis einer Nickel-Mangan-Gallium(NiMnGa)-Legierung, gebildet ist.
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