DE19508498C2

DE19508498C2 - Remote triggering device

Info

Publication number: DE19508498C2
Application number: DE1995108498
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Dr Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: DE19508498A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Fernaus lösung von Schutzschaltern, wobei die Einrichtung mittels ei ner Auslösewelle eines elektrisch angesteuerten Auslösemecha nismus auf einen zugeordneten Schutzschalter auslösend ein wirkt.The invention relates to a device for remote control Solution of circuit breakers, the device using an egg ner trigger shaft of an electrically controlled trigger mechanism triggering an assigned circuit breaker works.

Eine solche Einrichtung ist z. B. aus der US 3 256 407 be kannt. Für Schutzschalter, insbesondere für Leitungsschutz schalter, werden Arbeitsstromauslöser und Unterspannungsaus löser als frei anbaubare Zusatzfunktionen verwendet. Indem ein Arbeitsstromauslöser mit Strom beaufschlagt wird, läßt sich eine Fernauslösung erzielen. Andererseits kann man bei Unterspannungsauslösern eine Signalspannung reduzieren oder unterbrechen, um eine Fernauslösung zu bewirken.Such a device is e.g. B. from US 3,256,407 knows. For circuit breakers, especially for line protection switches, become shunt releases and undervoltage releases used as freely attachable additional functions. By doing a shunt release is energized achieve remote triggering. On the other hand, you can at Undervoltage releases reduce a signal voltage or interrupt to cause remote triggering.

Fernauslöser sind in der Regel so aufgebaut, daß ein Magnet system eines Arbeitsstromauslösers einen Auslösemechanismus antreibt. Bei Unterspannungsauslösern wird bei einem strom durchflossenen Magnetsystem bei verminderter Spannung ein schwächerer Strom durch das Magnetsystem getrieben, so daß er seine Haltekraft verliert und einen Auslösemechanismus betä tigt. In der Regel werden beide Auslöser ähnlich aufgebaut und durch eine entsprechende Umlenkmechanik einmal beim Schließen des Magnetsystems beim Arbeitsstromauslöser und zum anderen beim Öffnen des Magnetsystems beim Unterspannungsaus löser eine Auslösewelle betätigt. Bei der Umwandlung der Be wegungsvorgänge im Magnetsystem in eine entsprechende Drehbe wegung einer Auslösewelle werden getriebeartige aufwendige Hebelsysteme eingesetzt.Remote releases are usually designed so that a magnet system of a shunt release a trigger mechanism drives. In the case of undervoltage releases, a current flowed through magnet system with reduced voltage weaker current driven by the magnet system so that it loses its holding force and actuates a release mechanism does. As a rule, both triggers are constructed similarly and once with a corresponding deflection mechanism Closing the magnet system at the shunt release and to others when opening the magnet system when undervoltage is switched off solver actuated a trigger shaft. When converting the Be movement processes in the magnet system in a corresponding Drehbe movement of a trigger shaft becomes gear-like complex Lever systems used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Fernauslösung zu entwickeln, die mechanisch einfach auf gebaut ist. Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt nach der Erfindung durch eine Einrichtung nach Patentanspruch 1. Hierbei ist die Auslösewelle mit einem drahtförmigen oder mit einem bandförmigen Medium aus Formgedächtnislegierung durch Umwickeln der Auslösewelle exzentrisch verbunden. Das Medium ist in den Strompfad des Ansteuerungsstromes eingeschaltet ist. Formgedächtnislegierungen werden häufig auch als "Shape Memory Alloy" bezeichnet, sie sollen nachstehend SMA-Element genannt werden. Wenn das SMA-Element im Stromfluß erwärmt wird, zieht es sich oberhalb seines Umwandlungspunktes im Temperaturverlauf zusammen. Auf dem Markt sind SMA-Elemente mit Einwegcharakteristik und solche mit Zweiwegcharakteri stik. Üblicherweise wird dagegen ihre Formänderung durch Aus biegen und ähnliche Bewegungen eingesetzt. Durch die exzen trische Verbindung des SMA-Elementes mit der Auslösewelle wird hierbei auf die Auslösewelle ein Drehmoment übertragen, das zur Auslösung eines gekoppelten Schutzschalters genutzt werden kann. Nach dem Abkühlen unterhalb des Umwandlungs punktes kann das SMA-Element bei Einwegcharakteristik unter Krafteinwirkung wieder in die ursprüngliche Länge ausgezogen werden. Bei Zweiwegcharakteristik erfolgt der Übergang in die gestreckte Form selbsttätig. Wenn eine Rückholfeder eingesetzt wird, kommt man mit drahtförmigen SMA-Elementen aus, was besonders wirtschaftlich ist, insbesondere genügt Material mit Einwegcharakteristik.The invention has for its object a device to develop remote triggering that is mechanically simple is built. The described task is solved after the invention by a device according to claim 1. Here, the trigger shaft with a wire or with a band-shaped medium made of shape memory alloy Wrapping the trigger shaft connected eccentrically. The medium is switched on in the current path of the control current is. Shape memory alloys are often called "shape Memory Alloy "referred to below as the SMA element to be named. When the SMA element heats up in the current flow , it extends above its transformation point in Temperature curve together. There are SMA elements on the market with one-way characteristics and those with two-way characteristics stik. On the other hand, their shape change is usually determined by Aus bend and use similar movements. By the exzen trical connection of the SMA element with the release shaft a torque is transmitted to the trigger shaft, that is used to trip a coupled circuit breaker can be. After cooling below the conversion point can the SMA element with one-way characteristics under Force pulled back to its original length will. With two-way characteristics, the transition to stretched shape automatically. If a return spring is used, one comes with wire-shaped SMA elements from what is particularly economical, is particularly sufficient Material with one-way characteristics.

Es ist bekannt, Formgedächtnislegierungen bzw. SMA-Material zum Trennen elektrischer Kontakte in Schaltern vorzusehen (DE-A1-29 44 579, DE-A1-33 19 868). Dabei wird entweder die Auslenkung eines länglichen Kontaktes aus SMA-Material bei Erwärmung im Laststrom bis zur Arbeitstemperatur genutzt, um einen Kontakt von einem Gegenkontakt endgültig abzuheben (DE-A1-29 44 579) oder es wird ein Kombinationsmaterial verwendet, um gewünschte Kontaktbewegungen zu ermöglichen (DE-A1-33 19 868). Mit seitlichem Ausbiegen, wie bei einem Bimetallstück, arbeitet auch eine Einrichtung für den Strom überlastungsschutz nach DE-A-27 01 884. Mit Längenänderung über eine Kinematik arbeitet ein Thermoschalter nach EP-A-0 013 280 (Fig. 8a, 8b, 8c).It is known to provide shape memory alloys or SMA material for separating electrical contacts in switches (DE-A1-29 44 579, DE-A1-33 19 868). Either the deflection of an elongated contact made of SMA material when heated in the load current up to the working temperature is used to finally lift a contact from a mating contact (DE-A1-29 44 579) or a combination material is used to enable desired contact movements (DE-A1-33 19 868). A device for current overload protection according to DE-A-27 01 884 also works with lateral bending, as in the case of a bimetal piece. A thermal switch according to EP-A-0 013 280 ( FIGS. 8a, 8b, 8c) works with a change in length via a kinematics ).

Erfindungsgemäß wird durch das SMA-Material nicht auf die Kontakte direkt eingewirkt, sondern die Auslösewelle ohne me chanische Getriebeumlenkung beaufschlagt. Insbesondere kann die Auslösewelle mit einem SMA-Element umwickelt werden. Wenn man ein Zweiwege-SMA-Element einsetzt, kann man ohne Rückhol federn auskommen. Andererseits kann eine schwache Rückholfe der den Rückstellvorgang unterstützen. Bei Einweg-SMA-Mate rial kann man die Rückstellung durch eine entsprechend kräf tige Rückholfeder bewirken.According to the invention, the SMA material does not affect the Contacts acted directly, but the trigger shaft without me chanical gear redirection applied. In particular, can the release shaft is wrapped with an SMA element. If you can use a two-way SMA element without return get along feathers. On the other hand, a weak return can who support the reset process. With disposable SMA-Mate The provision can be rial by a correspondingly strong effect return spring.

Wenn das drahtförmige oder bandförmige SMA-Element auf der Auslösewelle zwischen zwei Anschlußstellen angeschlossen ist und sich zwischen diesen Anschlußstellen einstückig er streckt, kommt man ohne flexible elektrische Verbindungslei tung zur Fortsetzung des Strompfades durch das SMA-Material aus. Es kann vorteilhaft sein, zwischen den Anschlußstellen einen Widerstand zur Strombegrenzung einzuschalten. Besonders günstig ist es, als Widerstand einen Kaltleiter zu verwenden. Dieser läßt zu Beginn eines Stromimpulses einen höheren Strom durch, wobei das SMA-Material in drahtförmiger oder bandför miger Ausführung rasch über seine Umwandlungstemperatur hin aus erwärmt wird, wodurch sich die Betätigungszeit verkürzt. Anschließend wird der Strom jedoch so begrenzt, daß das Mate rial auch bei Dauerbelastung nicht geschädigt wird.If the wire-shaped or ribbon-shaped SMA element on the Trigger shaft is connected between two connection points and he integrally between these connection points stretches, one comes without a flexible electrical connection to continue the current path through the SMA material out. It can be advantageous between the connection points to turn on a resistor to limit the current. Especially It is favorable to use a PTC thermistor. This leaves a higher current at the beginning of a current pulse through, the SMA material in wire or bandför Execution quickly beyond its transition temperature is heated out, which shortens the actuation time. Then the current is limited so that the mate rial is not damaged even under permanent load.

Um das Drehmoment auf die Auslösewelle zu verstärken bzw. zu verdoppeln, kann man anstelle einer flexiblen elektrischen Verbindung zum SMA-Element die Welle von zwei Seiten aus um schlingen. Um einen Arbeitsstromauslöser oder einen Unter spannungsauslöser zu erzielen, genügt es, die Auslösewelle jeweils nur in umgekehrtem Wicklungssinn zu umwickeln.To increase or decrease the torque on the trigger shaft can double instead of a flexible electrical one Connection to the SMA element around the shaft from two sides loop. To a shunt release or a sub To achieve a voltage release, it is sufficient to use the release shaft to be wrapped only in the opposite direction.

Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob sche matisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:The invention will now be based on cal in the drawing illustrated exemplary embodiments will:

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Fernauslösung in der Aus führung als Arbeitsstromauslöser veranschaulicht, wobei ein drahtförmiges SMA-Element um die Auslösewicklung gewickelt ist.In Fig. 1, a device for remote tripping in the execution is illustrated as a shunt release, wherein a wire-shaped SMA element is wound around the trigger winding.

In Fig. 2 ist eine Einrichtung zur Fernauslösung in der Aus führung als Unterspannungsauslöser wiedergegeben. Bei der Einrichtung nach den Fig. 1 und 2 ist SMA-Draht mit Zweiweg charakteristik eingesetzt.In Fig. 2, a device for remote tripping in the execution is shown as undervoltage release. In the device according to FIGS. 1 and 2 SMA wire is used with two-way characteristics.

In Fig. 3 ist eine Einrichtung in der Ausführung als Arbeits stromauslöser mit SMA-Draht dargestellt, der Einwegcharak teristik aufweist, wobei eine starke Rückholfeder eingesetzt ist.In Fig. 3, a device is shown in the version as a shunt release with SMA wire, which has one-way characteristics, with a strong return spring is used.

In Fig. 4 ist eine Einrichtung in der Ausführung als Arbeits stromauslöser mit einem einstückigen SMA-Draht mit Zweiweg charakteristik wiedergegeben.In Fig. 4, a device in the version as a shunt release is shown with a one-piece SMA wire with two-way characteristic.

In Fig. 5 ist eine Einrichtung in der Ausführung als Arbeits stromauslöser in der Ausführung nach Fig. 1 veranschaulicht, wobei in den Verbindungsleiter ein Widerstand zur Strombe grenzung eingeschaltet ist.In Fig. 5, a device in the embodiment as a shunt release in the embodiment of Fig. 1 is illustrated, wherein in the connecting conductor, a resistor for current limitation is turned on.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung 1 zur Fernauslösung als Anbau gerät für einen Schutzschalter veranschaulicht, die durch eine Auslösewelle 2 auf einen in Achsrichtung angereihten Schutzschalter auslösend einwirken kann. Die Auslösewelle 2 ist mit einem drahtförmigen oder bandförmigen Medium, einem SMA-Element 3, exzentrisch verbunden. Im Stromfluß bei Er wärmen über die Umwandlungstemperatur hinaus, zieht sich das SMA-Material zusammen, wodurch die Auslösewelle 2 von der Einschaltposition 4 in die Ausschaltposition 5 verdreht wird. In Fig. 1, a device 1 for remote tripping as an attachment for a circuit breaker is illustrated, which can have a triggering shaft 2 triggering action in the axial direction of a circuit breaker. The trigger shaft 2 is eccentrically connected to a wire-shaped or ribbon-shaped medium, an SMA element 3 . In the current flow at He warm above the transition temperature, the SMA material contracts, whereby the trigger shaft 2 is rotated from the switch-on position 4 to the switch-off position 5 .

Wenn das SMA-Element 3 Zweiwegcharakteristik aufweist, genügt eine schwache Rückholfeder 6 zur Unterstützung der Rückholbe wegung beim Strecken des SMA-Elements 3 in die Ausgangslänge. Der Strompfad durch das SMA-Element 3 wird zwischen den Anschlußklemmen 7 durch einen Anschlußleiter 8 vervollstän digt. Die Ausführung nach Fig. 1 arbeitet als Arbeitsstrom auslöser, d. h. bei Erwärmung im Stromfluß kann die Auslösung erfolgen. Im Ausführungsbeispiel ist das SMA-Element 3 in einem beliebigen Wickelsinn um die Auslösewelle 2 gewickelt. Das Ende dieser Wicklung ist mit der Anschlußleitung 8 verbunden.If the SMA element 3 has two-way characteristics, a weak return spring 6 is sufficient to support the return movement when stretching the SMA element 3 into the initial length. The current path through the SMA element 3 is completed between the terminals 7 by a connecting conductor 8 . The embodiment of Fig. 1 operates as a shunt trip, ie when heated in the current flow may take place tripping. In the exemplary embodiment, the SMA element 3 is wound around the trigger shaft 2 in any winding direction. The end of this winding is connected to the connecting line 8 .

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Einrichtung zur Fernauslösung 1 als Unterspannungsauslöser konzipiert. Von einer festen Anschlußstelle 9 geht das SMA-Element 3 aus, das die Auslösewelle 2 umschlingt, wobei das Ende mit einem An schlußleiter 8 verbunden ist. Die Bemessung ist derart, daß unter Stromfluß im erwärmten Zustand das SMA-Element 3 so verkürzt ist, daß die Auslösewelle 2 in der Einschaltposition 4 steht und bei niedrigerer Spannung oder ausbleibender Span nung durch niedrigeren oder fehlenden Stromfluß das SMA-Mate rial unter die Umwandlungstemperatur abkühlt, so daß im ver längten Zustand die Ausschaltposition 5 eingenommen wird. Die Position im warmen Zustand ist durch Strichlierung veran schaulicht und die Position im kalten Zustand durch die aus gezogene Positionslinie veranschaulicht.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the device for remote tripping 1 is designed as an undervoltage release. From a fixed connection point 9 , the SMA element 3 starts, which wraps around the trigger shaft 2 , the end being connected to a circuit conductor 8 . The dimensioning is such that under current flow in the heated state, the SMA element 3 is shortened so that the trigger shaft 2 is in the switch-on position 4 and at lower voltage or in the absence of voltage due to lower or no current flow, the SMA material below the transition temperature cools, so that the switch-off position 5 is taken in the extended state. The position in the warm state is illustrated by dashed lines and the position in the cold state is illustrated by the position line drawn out.

In der Ausführung nach Fig. 3 ist ein Arbeitsstromauslöser mit einem SMA-Element 3 mit Einwegcharakteristik realisiert. Die Rückholfeder 6 ist entsprechend kräftig ausgeführt, so daß das SMA-Element unterhalb der Umwandlungstemperatur in den verlängten Zustand durch die Kraft der Rückholfeder 6 ausge zogen bzw. rückgestellt wird. Hierzu findet das SMA-Element wieder einen festen Bezugspunkt an der festen Anschlußstelle 9.In the embodiment of FIG. 3, a shunt trip with an SMA element 3 is implemented with one-way characteristics. The return spring 6 is designed accordingly strong, so that the SMA element below the transition temperature in the extended state by the force of the return spring 6 is pulled out or reset. For this purpose, the SMA element again finds a fixed reference point at the fixed connection point 9 .

Die Einrichtung in der Ausführung nach Fig. 4 weist ein ein stückiges SMA-Element 3 zwischen zwei festen Anschlußstellen 9 auf, wobei der Wicklungssinn um die Auslösewelle 2 im Laufe des Umwindens einmal umgekehrt wird, um von links oben anzu laufen und nach rechts unten abzulaufen. Hierdurch wird bei einheitlicher Draht- bzw. Bandstärke die Auslösekraft ver doppelt. Bei Zweiwegematerial genügt wieder eine Rückholfeder 6 in schwacher Ausführung.The device in the embodiment according to FIG. 4 has a one-piece SMA element 3 between two fixed connection points 9 , the sense of winding around the trigger shaft 2 being reversed once in the course of the winding in order to run from the top left and to the bottom right . As a result, the release force is doubled with a uniform wire or tape thickness. With two-way material, a return spring 6 with a weak design is sufficient.

In der Ausführung nach Fig. 5 ist in dem Anschlußleiter 8 ein Widerstand 10 zur Strombegrenzung eingeschaltet. Es ist be sonders günstig, hierfür einen Kaltleiter vorzusehen, der zu Beginn des Stromimpulses einen höheren Strom durchläßt und das SMA-Material schnell über seine Umwandlungstemperatur hinaus erwärmt, wonach der Strom so begrenzt wird, daß das SMA-Element auch bei Dauerbelastung nicht geschädigt wird.In the embodiment according to FIG. 5, a resistor 10 for current limitation is switched on in the connecting conductor 8 . It is particularly advantageous to provide a thermistor for this purpose, which allows a higher current to pass through at the start of the current pulse and which heats the SMA material quickly beyond its transition temperature, after which the current is limited so that the SMA element is not damaged even under continuous load .

Die Umschlingung der Auslösewelle ist also so vorzunehmen, daß der Arbeitsimpuls - Stromfluß oder Absenkung - mittels des SMA-Elementes die Auslösewelle im erforderlichen Drehsinn bewegt.The release shaft must therefore be wrapped around that the work impulse - current flow or reduction - by means of of the SMA element, the trigger shaft in the required direction of rotation emotional.

Claims

1. Device ( 1 ) for remote tripping of circuit breakers, where in the device by means of a trigger shaft ( 2 ) an electrically triggered trigger mechanism has an associated circuit breaker, characterized in that the trigger shaft ( 2 ) with a wire-shaped or band-shaped medium Shape memory alloy, hereinafter referred to as the SMA element ( 3 ), is connected eccentrically by wrapping the trigger shaft ( 2 ), the SMA element being switched on in the current path of the drive current.

2. Device according to claim 1, characterized in that an SMA element ( 3 ) with two-way characteristic ( Fig. 1, Fig. 2, Fig. 4, Fig. 5) is used.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a return spring ( 6 ) is arranged in the opposite direction to the working direction of the SMA element ( 3 ).

4. Device according to claim 1, characterized in that the SMA element ( 3 ) on the trigger shaft ( 2 ) between two connection points ( 9 ) is connected and extends to these in one piece.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between a terminal ( 7 ) and a connecting conductor ( 8 ), a resistor ( 10 ) for current limitation is switched on.

6. Device according to claim 5, characterized in that a PTC thermistor is used as the resistor ( 10 ).