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Die Erfindung betrifft einen thermischen Auslöser für ein Installationsschaltgerät, mit einem Streifen aus Thermobimetall oder aus einer Formgedächtnislegierung, der vom Strom direkt beheizbar ist und der an einem Ende eingespannt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein elektrisches Installationsschaltgerät mit einem solchen thermischen Auslöser.
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Ein derartiger thermischer Auslöser wird oft zur Entklinkung von Schaltschlössern von elektrischen Installationsschaltgeräten, beispielsweise von Leitungsschutzschaltern, verwendet. Der Streifen aus Thermobimetall oder der Formgedächtnislegierung ist dabei einseitig an einer Einspannstelle ortsfest eingespannt und kann sich an dem der Einspannstelle gegenüber liegenden, freien Ende frei ausbiegen, wodurch er eine Entklinkungsstelle eines Schaltwerkes entklinken und so die Öffnung und/oder dauerhafte Offenhaltung einer Kontaktstelle im Strompfad durch das Installationsschaltgerät bewirken kann.
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Bei bekannten Leitungsschutzschaltern beispielsweise sind die Streifen der thermischen Auslöser an einer Anschlussfahne befestigt, die eine Anschlussklemme trägt oder mit einer Anschlussklemme verbunden ist. Die Stromzuleitung zu dem Streifen erfolgt über die Anschlussfahne. Bei anderen Ausführungsformen kann der Streifen an einer Platine befestigt sein, die das Schaltschloss hält oder an einer Verlängerung am Magnetjoch des Leitungsschutzschalters, sofern dieser ein elektromagnetisches Auslösesystem für Kurzschlussauslösungen aufweist.
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Am freien Ende des Streifens ist eine der Stromabfuhr dienende Litze angebracht, meistens angeschweißt, die eine freie Beweglichkeit des Streifens zum Ausbiegen gestattet. Der Streifen wird bei direkter Beheizung vom Strom des Strompfades direkt durchflossen und erwärmt sich durch die Stromwärme.
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Ein solches Installationsschaltgerät kann beispielsweise ein Leitungsschutzschalter sein, mit einem zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlussklemme verlaufenden Strompfad, mit einem thermischen Auslöser umfassend einen Streifen aus Thermobimetall oder aus einer Formgedächtnislegierung, wobei der Streifen mit einem Ende, seinem Befestigungsende, an dem freien Ende eines Halteteils befestigt ist und an dem gegenüberliegenden Ende, seinem Betätigungsende, in Wirkverbindung mit einem Schaltschloss steht, wobei der Strompfad von der ersten Anschlussklemme über ein erstes Leiterstück zu dem Befestigungsende und weiter durch den Streifen hindurch und in der Nähe des Betätigungsende des Streifens an einer Stromausleitungsstelle wieder aus dem Streifen heraus führt. An der Stromausleitungsstelle ist dazu ein flexibles Leiterstück angebracht, oft angeschweißt.
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Bei Geräten, die für einen hohen Nennstrom ausgelegt sind und folglich auch im normalen Betrieb von einem hohen Nennstrom durchflossen werden, ist insgesamt die Erwärmung des Gerätes hoch. Die in dem Bimetallstreifen umgesetzte Leistung sollte daher relativ gering sein, damit der Beitrag des Bimetallstreifens zur gesamten in dem Gerät entstehenden Wärme nicht zu groß wird. Trotz einer möglichst niedrigen in dem Bimetallstreifen umgesetzten Leistung soll aber dennoch eine große Ausbiegung des Bimetallstreifens erreicht werden; das bedeutet, dass im Überstromfall der Bimetallstreifen sich trotz geringer in ihm umgesetzter Leistung im Überstromfall stark erwärmen soll.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen thermischen Auslöser so zu verbessern, dass er trotz einer geringen in ihm umgesetzten Leistung eine große Ausbiegung im Überstromfall aufweist. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Installationsschaltgerät zu schaffen, das bei hohen Nennströmen eine möglichst geringe Eigenerwärmung aufweist und dessen thermischer Auslöser dennoch eine hohe Ausbiegung im Überstromfall erreicht.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
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Erfindungsgemäß ist der Streifen wenigstens über einen Teil seiner Länge von einem wärmeisolierenden Material umschlossen und damit thermisch isoliert. Die Wärmeabgabe des Bimetallstreifens an seine Umgebung innerhalb des Gerätegehäuses ist damit gesenkt, die Temperatur des Bimetallstreifens kann hoch gehalten werden bei dennoch niedriger in dem Bimetallstreifen umgesetzter Leistung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Streifen wenigstens über einen Teil seiner Länge mit einem wärmeisolierenden Material, einem Isolierstoff, umwickelt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist über den Streifen eine Hülse aus wärmeisolierenden Material, aus einem Isolierstoff, übergezogen, wobei die Hülse nach dem Überziehen den Streifen wenigstens über einen Teil seiner Länge bedeckt.
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Vorteilhaft bei beiden Ausführungsformen ist, dass das wärmeisolierende Material die Wärme in dem Streifen hält und der Streifen seine Wärme nicht oder zumindest nur in verringertem Maße an seine Umgebung abgeben kann. Vorteilhaft dabei ist eine in Umfangsrichtung vollständige Umwickelung oder Einhüllung des Streifens durch das wärmeisolierende Material.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn das den Streifen einhüllende wärmeisolierende Material eng an dem Streifen anliegt.
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Das wärmeisolierende Material ist dabei flexibel genug, um eine Ausbiegung des Streifens im Überstromfall nicht zu behindern. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das wärmeisolierende Material daher ein Glasfasergewebe.
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Der Streifen kann in einer vorteilhaften Ausführungsform über seine ganze Länge von dem wärmeisolierenden Material umschlossen sein.
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Es kann in einer vorteilhaften Ausführungsform auch nur ein Teilbereich des Streifens von dem wärmeisolierenden Material umschlossen sein. Ein solcher Teilbereich, der von dem wärmeisolierenden Material umschlossen ist, kann beispielsweise ein mittlerer Abschnitt des Streifens sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein solcher Teilbereich auch ein an die Einspannstelle anschließender Abschnitt des Streifens sein.
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Vorteilhaft ist auch eine solche Ausführungsform, bei der die Einspannstelle des Streifens von dem wärmeisolierenden Material bedeckt und damit thermisch isoliert ist. Die Umschließung mit dem wärmeisolierenden Material kann sich dabei auf die Bimetallhalterung mit erstrecken.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann auch die Stromausleitungsstelle, an der ein flexibles Leiterstück mit dem Streifen verbunden ist, von dem wärmeisolierenden Material bedeckt und damit thermisch isoliert sein. Die Umschließung mit dem wärmeisolierenden Material kann sich dabei auf die Litze mit erstrecken.
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Es ist in vorteilhafter Ausführungsform auch eine Kombination der Umschließung verschiedener Teilbereiche des Streifens mit wärmeisolierendem Material möglich. Beispielsweise kann der Streifen an einem Abschnitt um die Einspannstelle herum, diese eingeschlossen, und an einem zweiten Abschnitt um die Stromausleitungsstelle herum, diese ebenfalls eingeschlossen, von dem wärmeisolierenden material umschlossen sein.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Installationsschaltgerät hat einen zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlussklemme verlaufenden Strompfad, und eine thermischen Auslöser wie oben beschrieben.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Figurenbeschreibung
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Figuren und Beschreibung dienen dem besseren Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Installationsschaltgerätes mit einem thermischen Auslöser,
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2 eine erste Ausführungsformeines erfindungsgemäßen thermischen Auslösers,
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3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen Auslösers.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile oder Elemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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1 zeigt schematisch eine Einsicht in ein geöffnetes Gehäuse eines elektrischen Installationsgerätes 1, hier eines Leitungsschutzschalters. Zwischen einer Zugangsklemme 9 und einer Abgangsklemme 10 verläuft ein Strompfad zunächst über eine Klemmenschiene 29, ein daran an einer Kontaktstelle 33 angeschweißtes erstes Leiterstück 14, zu dem Lagerende 5 eines Halteschenkels 4. An dem freien Ende 6 des Halteschenkels 4 ist ein Streifen 2 aus Thermobimetall mit seinem Befestigungsende 3 angeschweißt. Elektrisch ist das Befestigungsende 3 über ein zweites Leiterstück 11 mit der Kontaktstelle 33 verbunden. Das gegenüberliegende, freie Ende 7 des Thermobimetallstreifens 2 ist mit einer Litze 20 verbunden. Diese führt den Stromfluss an einen in einer Lagerstelle 21 verschwenkbar gelagerten Kontakthebel 17, der an seinem freien Ende ein bewegliches Kontaktstück 18 trägt. Dieses bildet zusammen mit einem festen Kontaktstück 19 eine Kontaktstelle. Von dem festen Kontaktstück 19 läuft der Strompfad weiter über einen magnetischen Auslöser 16 zu der Abgangsklemme 10.
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Wenn der Strom im Hauptstrompfad längere Zeit über dem Nennstrom bleibt, man spricht dann von einem Überstrom, biegt sich der Thermobimetallstreifen
2 mit seinem freien, dem Befestigungsende gegenüberliegenden Ende aufgrund der in ihm durch den Überstrom hervorgerufenen Stromwärme so weit aus, dass er über eine mechanische Wirkverbindung, angedeutet durch die Wirklinie
22, auf ein Schaltschloss
8 einwirkt und dort dafür sorgt, dass eine Verklinkungsstelle entklinkt wird. Die Realisierung der Wechselwirkung des Thermobimetallstreifens mit dem Schaltschloss
8 ist auf verschiedene Weisen realisierbar, eine Möglichkeit ist in der bereits erwähnten
DE 10 2008 006 863 A1 dargestellt. Nach dem Entklinken der Verklinkungsstelle wirkt das Schaltwerk über eine mechanische Wirkverbindung, angedeutet durch die Wirklinie
24, auf den Kontakthebel
17 ein und verschwenkt diesen im Uhrzeigersinn, so dass das bewegliche Kontaktstück
18 von dem festen Kontaktstück
19 getrennt und die Kontaktstelle geöffnet und durch das Schaltschloss
8 offengehalten wird. Ein Wiedereinschalten kann über einen Schaltknauf
27 erfolgen, der über eine mechanische Wirkverbindung, angedeutet durch die Wirklinie
26, mit dem Schaltschloss
8 zusammenwirkt und bei Betätigung ein Wiederverklinken der Verklinkungsstelle erlaubt, wenn das Thermobimetall
2 sich wieder in seine Ausgangsposition zurückgebogen hat, nachdem der Überstrom abgeklungen ist. Die Justierung des Thermobimetalls
2 erfolgt über eine Einstellschraube
13. Diese verschwenkt den Halteschenkel
4 um dessen Lagerende
5. Da der Thermobimetallstreifen
2 unten an dem Halteschenkel
4 angeschweißt ist, ist durch Verschwenken des Halteschenkels
4 der Abstand des freien Betätigungsendes
7 des Thermobimetallstreifens
2 von dem Schaltschloss
8 einstellbar.
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Wenn ein Kurzschlussstrom durch den Strompfad fließt, also ein in sehr kurzer Zeit auf ein Mehrfaches des Nennstroms ansteigender Strom, so spricht der Magnetauslöser 16 an. Dieser schlägt dann über eine mechanische Wirkverbindung, angedeutet durch die Wirklinie 25, direkt und schnell den Kontakthebel 17 auf, gleichzeitig wirkt er über eine mechanische Wirkverbindung, angedeutet durch die Wirklinie 23, auch auf das Schaltschloss 8 zu dessen Entklinkung und zur dauerhaften Offenhaltung der Kontaktstelle ein.
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Bei einem schnellen Aufschlagen der Kontaktstelle entsteht zwischen den sich auseinander bewegenden Kontaktstücken ein Schaltlichtbogen. Dieser kommutiert nach kurzer Zeit auf eine Festkontaktleitschiene 30 und eine Lichtbogenleitschiene 12 und wird von beiden in eine Lichtbogenlöschkammer 15 zum Verlöschen geführt.
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Die Lichtbogenleitschiene 12 trägt an ihrer linken, der Kontaktstelle zugewandten Seite, einen Fortsatz 31. Dieser hat ungefähr eine U-Form, mit einem ersten Schenkel 32, der direkt mit der Lichtbogenleitschiene 12 verbunden ist, und einem zweiten Schenkel, der den Halteschenkel 4 bildet. Der Halteschenkel 4 entsteht durch Umbiegen des Fortsatzes 31 an einer Biegestelle, die oben auch als Lagerende 5 für den Halteschenkel 4 bezeichnet wurde. Die Lichtbogenleitschiene 12 mit dem Fortsatz 31 kann aus einem Teil gefertigt sein. Vorteilhafterweise ist dieses ein Stanzbiegeteil aus Stahl. Stahl wird wegen seiner magnetischen Eigenschaft, seiner Festigkeit und seiner geringen Kosten wegen bevorzugt verwendet. Die Leitschiene 12 und der erste Schenkel 32 sind gehäusefest gelagert und gehalten, was auf verschiedene Arten ermöglicht werden kann, beispielsweise durch Festklemmen zwischen Stegen auf der Gehäuseinnenseite. Der Halteschenkel 4 muss beweglich bleiben, wie oben im Zusammenhang mit der Justierung des Thermobimetalls erläutert worden war. Der feste Sitz des ersten Schenkels 32 ist wichtig im Hinblick auf die Konstanz der thermischen Auslöseeigenschaften, da dadurch die Lage des Thermobimetalls 2 relativ zu dem Schaltschloss 8 auch festgelegt bleibt, nachdem einmal justiert wurde.
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2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform des thermischen Auslösers, wie er beispielsweise in einem Installationsschaltgerät wie in der 1 schematisch dargestellt und beschrieben eingesetzt sein kann. Der Streifen 2 aus Thermobimetall ist in einem mittleren Abschnitt von einer Ummantelung 34 aus wärmeisolierendem Material umschlossen und damit thermisch isoliert. Die Ummantelung besteht aus einer Matte aus Glasfasergewebe, die um den Streifen herumgewickelt ist. An dem Befestigungsende 3 des Streifens befindet sich keine Ummantelung, ebenso nicht am Betätigungsende 7 des Streifens 2. Man erkennt die Befestigungsstelle 36 an dem freien Ende 7 des Streifens 2, an der die bewegliche Litze 20 zur Stromabführung angeschweißt ist. Das freie Ende 7 ist hier als Betätigungsfinger ausgeführt. An dem Befestigungsende 3 ist der Streifen 2 mit einer Halteschiene 35 verbunden, hier verschweißt.
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Die 3 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des thermischen Auslösers. Elemente, die denen in 2 funktional entsprechen, sind mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, ergänzt um ein hochgestelltes Komma. In der Ausführungsform nach 3 ist die Umhüllung 34' aus dem wärmeisolierenden Material, einem Glasfasergewebe, als Hülse ausgebildet und über den Streifen übergezogen. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach 2 ist in der 3 auch das Befestigungsende 3' mit dem wärmeisolierenden Material umgeben, an dem der Streifen 2' mit der Halteschiene 35' verschweißt ist.
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Das in der 1 beschriebene Schema eines erfindungsgemäßen Installationsschaltgerätes ist nur exemplarisch zu sehen. Ein erfindungsgemäß gestalteter thermischer Auslöser kann in jeder denkbaren Konfiguration eines Installationsschaltgerätes eingesetzt werden. Insbesondere vorteilhaft ist die Verwendung eines erfindungsgemäß mit einem wärmeisolierenden Material zumindest abschnittsweise umgebenen oder umhüllten Streifens aus Thermobimetall in einem thermischen Auslöser, der von hohen Nennströmen durchflossen wird, um die thermische Isolierung des Streifens 2 von dem Geräteinneren zu bewirken und damit einerseits die thermische Belastung im Inneren des Installationsschaltgerätegehäuses zu reduzieren und andererseits eine gute Erwärmung und damit hohe Ausbiegung des Streifens 2 auch bei niedriger im Streifen 2 umgesetzter Leistung zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrisches Installationsschaltgerät
- 2, 2'
- Streifen aus Thermobimetall
- 3, 3'
- Befestigungsende
- 4
- Halteschenkel
- 5
- Lagerende
- 6
- freies Ende
- 7, 7'
- Betätigungsende, freies Ende
- 8
- Schaltschloss
- 9
- Zugangsklemme
- 10
- Abgangsklemme
- 11
- zweites Leiterstück
- 12
- Lichtbogenleitschiene
- 13
- Einstellschraube
- 14
- erstes Leiterstück
- 15
- Lichtbogenlöschkammer
- 16
- magnetischer Auslöser
- 17
- Kontakthebel
- 18
- bewegliches Kontaktstück
- 19
- festes Kontaktstück
- 20, 20'
- Litze
- 21
- Lagerstelle
- 22
- Wirklinie
- 23
- Wirklinie
- 24
- Wirklinie
- 25
- Wirklinie
- 26
- Wirklinie
- 27
- Schaltknauf
- 29
- Klemmenschiene
- 30
- Festkontaktleitschiene
- 31
- Fortsatz
- 32
- erster Schenkel
- 33
- Kontaktstelle
- 34, 34'
- Ummantelung
- 35, 35'
- Halteschiene
- 36, 36'
- Befestigungsstelle
