DE19952178A1 - Elektrisches Schutzschaltgerät - Google Patents

Abstract

Ein elektrisches Schutzschaltgerät (1), insbesondere Motorschutzschalter, mit einem Gehäuse (12) aus Isolierstoff, einer Schaltkontaktanordnung und einer Auslöseeinheit mit einem elektromagnetischen Schnellauslöser (10), umfassend eine Auslöserspule (38), einen Magnetkern (68), einen Magnetanker (62) und einen Schlaganker (69), soll in seinem Aufbau derart vereinfacht werden, daß eine komfortablere Montage des Gerätes ermöglicht wird und die Ansprechwerte für den Schnellauslöser einfacher einstellbar sind. Dies wird dadurch erreicht, daß der Magnetanker (62) in einem Aufnahmekörper (60) aus Isolierstoff axial beweglich gelagert ist, der Aufnahmekörper (60) ein Federelement (64) aufnimmt, welches den Magnetanker (62) entgegen seiner Auslösebewegungsrichtung mit einer Federkraft beaufschlagt, und der so bestückte Aufnahmekörper (60) tauschbar in der Auslöseeinheit montierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schutzschaltgerät, insbesondere Motorschutzschalter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 42 08 716 C2 ist bereits ein derartiges Schaltgerät bekannt. Dieses Schutzschaltgerät weist ebenfalls ein Isolierstoffgehäuse mit einer Schaltvorrichtung und einer Auslöseeinheit mit einem kurzschlußempfindlichen elektromagnetischen Schnellauslöser auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schaltgerät zu schaffen, welches in seinem Aufbau derart vereinfacht ist, daß eine komfortablere Montage des Gerätes ermöglicht wird und die Ansprechwerte für den Schnellauslöser einfacher einstellbar sind.

Ausgehend von einem Schutzschaltgerät der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Durch die Bildung eines separaten Modules, umfassend einen Aufnahmekörper mit einem Magnetanker und einem Federelement, welches tauschbar, insbesondere über eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Magnetkern des Schnellauslösers verbindbar ist, wird eine austauschbare Einheit für den Schnellauslöser eines Schutzschaltgerätes geschaffen. Durch Austausch dieser erfindungsgemäßen Einheit kann auf einfache Weise der Auslösewert eines Schutzschaltgerätes verändert werden. Aufwendige Einstellarbeiten auf engstem Raum erübrigen sich. Mit Vorteil ist die Einheit von der Frontseite (Seite des Betätigers) des Schaltgerätes her, insbesondere senkrecht zur Frontfläche des Gerätes einsteckbar, im Gerät fixierbar. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich mit Vorteil für Geräte mit zumindest teilweise im Gehäuse verklebten Auslöseeinheiten. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Auslöseeinheit ausschließlich durch Verklebung im Gehäuse fixiert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen

Fig. 1: ein Schutzschaltgerät gemäß der Erfindung in Perspektivansicht;

Fig. 2: die Auslöseeinheit des erfindungsgemäßen Schutzschaltgerätes in Explosionsdarstellung;

Fig. 3a: einen auswechselbaren Aufnahmekörper mit Magnetanker und Federelement in Explosionsdarstellung;

Fig. 3b: eine Schnittdarstellung des Aufnahmekörpers entlang der Linie A-A in Fig. 3a;

Fig. 3c: eine Schnittdarstellung des Aufnahmekörpers entlang der Linie B-B in Fig. 3a;

Fig. 4: eine vormontierte Auslöseeinheit mit separatem vormontierten Aufnahmekörper; und

Fig. 5: ein Schaltgerätegehäuseteil mit eingebauter Auslöseeinheit und separatem vormontierten Aufnahmekörper.

Die Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schutzschaltgerät 1, insbesondere Motorschutzschalter, mit einem Drehantrieb und einen Drehkopf 11 zum Ein- und Ausschalten und Anzeigen der Auslösung bei Überlast oder Kurzschluß und mit einem Gehäuse 12, das in drei Gehäuseteile 13, 14, 15 unterteilt ist. Der mittlere Gehäuseteil 14 weist Kabeleinführungsöffnungen 16 mit Kabelklemmen 17 auf.

Die Fig. 2 zeigt die Auslöseeinheit des erfindungsgemäßen Schutzschaltgerätes in einer Explosionsdarstellung. Dabei umfaßt die Auslöseeinheit einen Teileträger 5, an dem ein Anschlußstück 6 befestigbar ist. Der Teileträger 5 besteht mit Vorteil aus einem Thermoplastkunststoff.

Das Anschlußstück 6 besteht aus Kupfer und ist L-förmig, wobei der untere nach außen gerichtete Schenkel 18 als Kontaktabgriff für die Kabelklemme 17 vorgesehen ist. Der Teileträger 5 weist einen Fixierungszapfen 23 auf, der in eine entsprechende Vertiefung am unteren Schenkel 18 des Anschlußstückes 6 ragt.

Der obere Schenkel 21 ist mit einer Verbindungszone 19 zum Anschluß eines Überstrom- beziehungsweise Bimetallauslösers 9 versehen. Dabei ist ein Heizleiter 22, insbesondere mittels einer Plasma- oder Schutzgasschweißverbindung, über die Verbindungszone 19 mit dem Anschlußstück 6 verbunden. Hierfür ist der Heizleiter 22 in bekannter Weise spiralförmig um ein Bimetall 8 gelegt und an seinem anderen freien Ende, vorzugsweise ebenfalls mittels einer Plasma- oder Schutzgasschweißverbindung, mit dem Bimetall 8 verbunden. Durch die Schutzgasschweißverbindung zwischen dem Kupfer und der Bimetall 8, die sich nur sehr schwer schweißen läßt, wird eine sichere Verbindung hergestellt, wodurch Qualitätsprobleme in dieser Hinsicht beseitigt werden. Mit der Schutzgas- bzw. Plasmaschweißung wird das Heizelement 22 an der passiven Seite des Bimetalls 8 angeschweißt. Die passive Seite des Bimetalls 8 ist zum Schweißen gut geeignet, weil nur die aktive Seite aus einer Legierung besteht, die sich relativ schwer bzw. nicht schweißen läßt.

Das untere Ende des Bimetalls 8 ist mit einem Jochblech 28 an einer nach außen gebogenen Zunge 33 senkrecht verbunden.

Das Jochblech 28 besteht aus einem im wesentlichen U-förmigen Bereich mit zwei parallelen Seitenschenkeln 29, 31 und einem diese verbindenden Querschenkel 30 die den Schnellauslöser 10 halten, einem an dem zweiten Schenkel 31 rechtwinkelig einstückig verbunden Befestigungsabschnitt 32 und einer Zunge 33.

An dem Befestigungsabschnitt 32 ist eine Fixierlasche angeordnet, die in eine längliche, mit Fixiernoppen versehene, Rastöffnung des Teileträgers 5 eingreift. Hierdurch wird das Jochblech 28 in dem Teileträger 5 befestigt.

Zu dem Befestigungsabschnitt 32 des Jochbleches 28 ist ein, im wesentlichen L-förmig ausgebildetes Kontaktelement 7 mit einem seiner Schenkelteile parallel verlaufend angeordnet.

Die Auslösespule 38 des Schnellauslösers 10 ist ihrem einen Spulenende mit dem Kontaktelement 7 und mit ihrem anderen Spulenende mit dem Jochblech 28 am Befestigungsabschnitt 32 verbunden. Die Verbindung erfolgt ebenfalls vorzugsweise durch Schutzgas- oder Plasmaschweißen.

Das parallel zum Befestigungsabschnitt 32 verlaufende Schenkelteil des Kontaktelementes 7 ist bereichsweise mit Aussparungen versehen um mit Teilen des Jochbleches 28 berührungslos ineinanderzugreifen und kopfseitig mit einem Spulenende der Auslöserspule verbunden zu werden. Hierdurch wird äußerst platzsparend gebaut.

Im unteren Bereich des Teileträgers 5 wird ein Slotmotor 47 vormontiert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Auslöseeinheit ausschließlich durch Verklebung im Gehäuse 12 fixiert (d. h. ohne Verschraubung, Verrastung, Verspannung oder dergleichen). Als besonders geeignete Klebestellen haben sich Fortsätze an den spannungführenden Teilen erwiesen. In der dargestellten Ausführungsform sind mindestens ein erster Klebefortsatz K1 an der Verbindungszone 19 des Anschlußstückes 6, ein zweiter Klebefortsatz K2 an der mit dem Jochblech 28 verbundenen Zunge 33 und ein dritter und vierter Klebefortsatz K3, K4 am Jochblech 28 selbst, im Eckbereich von Seitenschenkel 29 und Querschenkel 30, angeordnet.

Der Stromfluß in den, an dem Teileträger 5 angeordneten Teilen erfolgt von dem unteren Schenkel des Anschlußstückes 6 bis zu der Schweißverbindung Verbindungszone 19/Heizelement 22, anschließend in das Heizelement 22 bis zu der Schweißverbindung Heizelement 22/Bimetall 8, anschließend über das Bimetall 8 bis zu der Schweißverbindung Bimetall 8/Jochblech 28, anschließend über den Befestigungsabschnitt 32 des Jochblechs 28 bis zu der Schweißverbindung Befestigungsabschnitt 32/Auslöserspule 38, anschließend über die Wicklung der Auslöserspule 38 bis zu der Schweißverbindung Auslösespule 38/Kontaktelement 7 in das Kontaktelement 7 zur Weiterführung des Stromes über das mit dem Kontaktelement 7 zusammenwirkende bewegliche Kontaktelement.

Fig. 3a zeigt eine vormontierbare Einheit mit einem Aufnahmekörper 60, einem Magnetanker 62 und einem Federelement 64 in einer Explosionsdarstellung.

Der Magnetanker 62 ist im wesentlichen stabförmig ausgebildet, wobei sein unterer Teil MA₁ einen nahezu quadratischen Querschnitt aufweist und sein oberer Teil MA₂ als stiftförmiger Fortsatz deutlich geringeren und insbesondere kreisrunden Querschnitts ausgebildet ist. Dabei ist der obere Teil MA₂ mit Vorteil nicht zentrisch, sondern aus der Achsmitte des Ankers 62 versetzt angeordnet. An seinem freien Ende ist der obere Teil MA₂ durch ein vorzugsweise plattenartiges Kopfstück 63 erweitert. Der Magnetanker 62 besteht aus einem magnetisierbaren Material. Der Magnetankerkörper (mit Ausnahme des Kopfstückes 63) kann z. B. auf einfache Weise aus einem Vierkantprofil gedreht werden. Dabei kann durch Zentrierung des Materials in der Mittelachse des Vierkantprofils, der untere Teil MA₁ und bei Zentrierung des Materials aus der Profilmitte versetzt, der obere Teil MA₂ gefertigt (z. B. durch Drehen auf einer Drehbank) werden.

Der Aufnahmekörper 60 besteht aus Isolierstoff und dient der Aufnahme des Magnetankers 62 und des Federelementes 64. Dabei ist der Magnetanker 62 längsbeweglich in dem, im wesentlichen röhrenförmig ausgebildeten, Aufnahmekörper 60 gelagert. Durch das Federelement 64, welches vorzugsweise als Drehfeder ausgebildet ist und ebenfalls in, beziehungsweise an, dem Aufnahmekörper 60 angeordnet ist, ist der Magnetanker 62 entgegen seiner Auslösebewegungsrichtung (hier: nach unten) mit einer Federkraft beaufschlagt. Hierfür stützt sich die Drehfeder mit ihrem einen freien Ende an einem Widerlager 66 des Aufnahmekörpers 60 ab. Mit ihrem anderen freien Ende hintergreift die Drehfeder das Kopfstück 63 des Magnetankers 62 und beaufschlagt diesen hierdurch mit einer Federkraft entgegen seiner Auslösebewegungsrichtung.

Der Aufnahmekörper 60 besteht im wesentlichen aus einem unteren, rohrförmigen Abschnitt I und einem Kopfabschnitt II.

Der Abschnitt I dient in seinem oberen Teil I₁ der Führung des Magnetankers 62 und in seinem unteren Teil I₂ der Befestigung innerhalb des Schnellauslösers 10. In seinem oberen Teil I₁ weist der Aufnahmekörper 60 in Anpassung an den unteren Teil MA₂ des Magnetankers 62 den Kreisquerschnitt verengende Wandungsbereiche auf (gemäß Fig. 3b). In seinem unteren randoffenen Teil I₂ ist der Aufnahmekörper 60 in seinem Inneren in Anpassung an den Querschnitt des Magnetankers 62, insbesondere kreisrund, ausgebildet (Fig. 3c).

Für die Montage des Magnetankers 62 in dem Aufnahmekörper 60 wird der Magnetanker 62 mit seinem Kopfstück 63 voran, von unten in den unteren Teil I₂ des Aufnahmekörpers 60 eingeführt. In einer vormontierten Ruheposition wird der Magnetanker 62 innerhalb des Aufnahmekörpers 60 durch ein freies, unter das Kopfstück 63 des Magnetankers 62 greifendes, Ende der Drehfeder entgegen der Auslösebewegungsrichtung vorgespannt. Hierbei wird der Magnetanker 62 durch die zwischen oberem und unteren Teil des Magnetankers 62 gebildete Übergangsebene MA_Ü, die mit einem insbesondere kreisringförmigen Widerlager im Inneren des Aufnahmekörpers 60 zusammenwirkt in seinem Verschiebeweg entgegen der Auslösebewegungsrichtung begrenzt. Auf diese Weise ist der in der vormontierten Einheit (60, 62, 64) gelagerte Magnetanker 62 zwischen der beschrieben Ruheposition und einer in Auslösebewegungsrichtung befindlichen Auslöseposition beweglich gelagert. Die Auslöseposition wird bei Auftreten einer bestimmten Magnetfeldstäke und damit bei einer bestimmten Kurzschlußstromhöhe erreicht, indem der längsbeweglich gelagerte Magnetanker 62 und der feststehende Magnetkern 68 durch das erzeugte Magnetfeld magnetisiert werden und sich durch die magnetische Wirkung anziehen. Der bei einer bestimmten Stromstärke erreichbare Verschiebeweg des Magnetankers 62 und die Federkraft, mit der der Magnetanker 62 entgegen der Auslösebewegungsrichtung vorgespannt ist, stehen in Wechselwirkung. So ist durch die Dimensionierung der Drehfeder der Grenzstrom einstellbar, bei dem der Schnellauslöser 10 auslösen soll. Für den Auslösevorgang wirkt (schlägt) der Magnetanker 62 auf einen, bereichsweise im Magnetkern 68 geführten, Schlaganker 69.

Gemäß Fig. 4 wird der Aufnahmekörper 60 zur Befestigung am Schnellauslöser 10 mit seinem unteren offenen Ende des Abschnittes I durch eine Öffnung 29a des Seitenschenkels 29 auf den Magnetkern 68 des Schnellauslösers 10 lösbar aufgesteckt (kraftschlüssig). Hierdurch wird eine einfache Austauschbarkeit der vormontierbaren Einheit bestehend aus Aufnahmekörper 60, Magnetanker 62 und Federelement 64 gewährleistet. Dies hat eine erleichterte Montage sowie eine vereinfachte Dimensionierung der Schaltgeräte bezüglich ihrer Ansprechwerte für Kurzschlußströme zur Folge. Damit die Einheit 60, 62, 64 verdrehsicher im Kurzschlußauslöser 10 fixiert ist, weisen der Aufnahmekörper 60 und der Seitenschenkel 29 entsprechende Verdrehsicherungsmittel 70, 71 auf. Hierfür ist der Aufnahmekörper 60 vorzugsweise mit einem umfänglich angeordneten nach außen gerichteten Fixierungsfortsatz ausgebildet, während der Seitenschenkel 29 in seiner Öffnung 29a eine mit dem Fixierungsfortsatz zusammenwirkende Ausnehmung aufweist.

Der Teileträger besteht aus Thermoplast und wird in das Gehäuse, das aus Duroplast besteht, bzw. einem Gehäuseteil verklebt, wie die anderen Teileträger der anderen Phasen auch. Das Kleben erfolgt ohne eine zusätzliche Verbindung, wie Schraubverbindung oder Verspannen und dergleichen.

An dem Gehäuse sind, Klebetaschen vorhanden, die mit einer Menge von ca. 0,010 g Klebematerial gefüllt werden. In die Klebetaschen tauchen Stifte der Auslöseeinheit ein, die dort verklebt werden. Die ersten Stifte, bzw. Stiftpaare, sind jeweils an das Jochblech angeformt während die zweiten Stiften an das Anschlußstück angeformt sind. Ferner sind dritte Stifte an das Jochblech angeformt. Geklebt werden nur Metallfortsätze von Blechen, die hier als Stifte bezeichnet sind. Die Stifte sind räumlich verteilt, um einen guten halt zu gewährleisten. Insgesamt sind zwölf Stifte vorhanden. Hierdurch entfallen jegliche Verschraubungen. Durch die dauerhaft feste Verbindung wird in einfacher Weise erreicht, daß die Bimetallposition stabil bleibt. Thermische und mechanische Spannungen werden auch durch die Verwendung des Thermoplast durch das Kleben erheblich gemindert, während die Wärme- und Formstabilität gewährleistet wird.

Der vormontierte Teileträger wird in das Gehäuse in hierfür vorhandene Kammern eingeschoben.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. Zusätzlich kann eine Dimensionierung des Schnellauslösers (10) anstelle des Austausches der gesamten Einheit (60, 62, 64) auch durch eine Veränderbarkeit der Federvorspannung erreicht werden. Hierfür kann der Aufnahmekörper (60) Mittel zur Änderung der Vorspannung des Federmittels (64) aufweisen. In einer möglichen Ausführungsform sind diese Mittel als Widerlager für die Aufnahme eines Federarms der Drehfeder ausgebildet, so daß diese in verschiedenen Positionen verschiedene Vorspannungen gewährleistet. Desweiteren erstreckt sich der Gegenstand der Erfindung auch auf andere Schutzschaltgeräte wie Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter oder dergleichen. Auch gehören alle in der Zeichnung gezeigten Merkmale zur Erfindung, insbesondere Geometrie, wie dargestellt.

Bezugszeichenliste

1

Schaltgerät

5

Teileträger

6

Anschlußstück

7

Kontaktelement

8

Bimetall

9

Überstromauslöser

10

Schnellauslöser

11

Drehkopf

12

Gehäuse

13

,

14

,

15

Gehäuseteile

16

Kabeleinführungsöffnungen

17

Kabelklemme

18

unterer Schenkel

19

Verbindungszone

21

oberer Schenkel

22

Heizelement

23

Fixierungszapfen 23

28

Jochblech

29

,

31

Seitenschenkel

30

Querschenkel

32

Befestigungsabschnitt

33

Zunge

38

Auslöserspule

60

Aufnahmekörper

62

Magnetanker

63

Kopfstück

64

Federelement

66

Widerlager

68

Magnetkern

69

Schlaganker

70

,

71

Verdrehsicherungsmittel

Claims (12)

1. Elektrisches Schutzschaltgerät (1), insbesondere Motorschutzschalter, mit

• - einem Gehäuse (12) aus Isolierstoff,
• - einer Schaltkontaktanordnung, und
• - einer Auslöseeinheit mit einem elektromagnetischen Schnellauslöser (10) umfassend eine Auslöserspule (38), einen Magnetkern (68), einen Magnetanker (62) und einen Schlaganker (69), dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Magnetanker (62) in einem Aufnahmekörper (60) aus Isolierstoff axial beweglich gelagert ist,
• - der Aufnahmekörper (60) ein Federelement (64) aufnimmt, welches den Magnetanker (62) entgegen seiner Auslösebewegungsrichtung mit einer Federkraft beaufschlagt, und
• - der so bestückte Aufnahmekörper (60) tauschbar in der Auslöseeinheit montierbar ist.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (60) im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und einen unteren umfänglich geschlossenen, mit einem offenen Ende versehenen Teil (I) aufweist, in welchem der Magnetanker (62) bereichsweise geführt ist und einen oberen umfänglich bereichsweise offenen Teil (II) aufweist, in welchem der Magnetanker (62) mit dem Federelement (64) zusammenwirkt.

3. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (60) in einer Öffnung (29a) eines U-förmig ausgebildeten Jochbleches (28) des Schnellauslösers (10) angeordnet ist.

4. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (60) mit seinem dem Magnetankerkopf abgekehrten Ende auf den Magnetkern (68) aufsteckbar ist.

5. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (60) und das Jochblech (28) Verdrehsicherungsmittel (70, 71) aufweisen, die eine Unverdrehbarkeit des Aufnahmekörpers (60) gewährleisten.

6. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (64) eine Drehfeder ist.

7. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (60) Mittel zur Änderung der Vorspannung des Federmittels (64) aufweist.

8. Schaltgerät nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als Widerlager für die Aufnahme eines Federarmendes der Drehfeder ausgebildet sind.

9. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinheit ausschließlich durch Verklebung im Gehäuse (12) fixiert ist.

10. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus einem Duroplastmaterial besteht.

11. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (60) eine axiale Länge aufweist, die größer ist, als die Länge des Magnetankers (62) zuzüglich seines Verschiebeweges.

12. Schaltgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (62) in seinem unteren Teil MA₁ und der Aufnahmekörper (60) in seinem, den unteren Teil MA₁ führenden Teil I₁ in Anpassung aneinander derart ausgebildet sind, daß der Magnetanker (62) unverdrehbar im Aufnahmekörper (60) geführt ist.