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Thermischer Auslöser
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Die Erfindung betrifft einen thermischen Auslöser für einen Installationsschutzschalter
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige thermische Auslöser können als Thermobimetallstreifen oder
als Streifen aus einem Formgedrchtnismaterial ausgebildet sein, der direkt oder
indirekt von dem Strom beheizt wird. Derartige direkt oder indirekt beheizte Streifen
werden im wesentlichen zur Entklinkung von Schaltschlössern von elektrischen Installationsgeraten,
insbesondere von Leitungsschutzschaltern verwendet; die Streifen werden dabei einseitig
ortsfest eingespannt und können sich am freien Ende frei ausbiegen, wodurch sie
eine Verklinkungsstelle entklinken und so die Öffnung des Schaltgerates bewirken.
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Diese Schaltgeräte werden in Baureihen für einen relativ weiten Nennstrombereich
konzipiert. Aus Kostengründen sind in der Regel die nennstromunabhangigen Stromführungsbahnen
für
die höchste Belastung einer Nenn stromreihe ausgelegt. Die Streifen aus Thermohimetall
oder Formgedächtnismaterial, auch Thermostreifen genannt, sind wie ober erwähnt,
einseitig fest einspannt, wobei ihre Arbeitstemeratur relativ hoch sein soll, um
eine möglichst hohe Funktionssicherheit und eine möglichst geringe Abhängigkeit
von den Umgeungstemperaturen zu erreichen. Bei der Auslegungder Thermostreifen mit
Thermobimetall wird aus Kostengründen versucht, die abmessungen für alle Nennstromstkrken
konstant zu halten und die Anpassung durch genormte Bimetallqualitäten zu erreichen,
d.h., Bimetallstreifen gleicher Abmessung aber mit unterschiedlichen Eigenschaften
zu verwenden. Eine optimale Anpassung für jeden Nennstrom ist praktisch nicht möglich.
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Die heute bekannten Formgedächtnislegierungen sind bezüglich ihres
spezifischen elektrischen Widerstandes sehr weit voneinander abgestuft und besitzen
demgemäß stark unterschiedliche arteitstemperatllren, so daß mit Formgedächtnisleglerungen
die Anpassung an den jeweiligen Nennstrom und die jeweilige Charakteristik einer
Baureihe nur über die Querschnittsabmessungen erfolgen kann.
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Folgendes Problem ist bei allen Thermostreifen von besonderer Bedeutung:
Die Thermostreifen werden, wie oben erwrhnt, einseitig ortsfest eingespannt; ihre
freien Enden können sich ausbiegen und eine Verklinkungsstelle öffnen. Bei bekannten
Leitungsschutzschalter beispielsweise sind die Thermostreifen an einer anschlußfahne
befestigt, die eine Anschlußklemme trägt. Bei anderen Ausführungen kann der Thermostreifen
an einer Platine befestigt sein, die das Schaltschloß haltert oder an einer Verlängerung
am
Magnetjoch des Leitungsschtltzschalters, sofern dieser ein elektromagnetisches
Auslesesyste für Kurzschlußauslösungen aufweist. Im letzteren Falle müßte noch eine
zusätzliche Zuleitung an den Einspeisepunkt vorgesehen sein, beispielsweise in Form
einer Litze, die mit der Anschlußfahne verbunden ist, die die Anschlußklemme tragt.
Am freien Ende muß dann eine weitere Litze argebracht sein, die eine freie Beweglichkeit
des Thermostreifens gestattet und die der Stromabfuhr aus dem Thermostreifen dient.
Sowohl an der Stromzuführungsstelle bzw. Einspannstelle als auch an der Stromabführungsstelle
ist das Temperaturgefälle vom Thermostreifen in die Zuleitungen sehr hoch und insbesondere
bei niedrigen Nennstromstärken ist die Heizleistung oft zu gering, um die notwendige
arbeitstempewatllr zu erreichen. In diesen Fallen muß der Ouerschnitt des Thermostreifens
verringert werden oder der Thermostreifen zusätzlich indirekt beheizt werden. Nachteilig
ist hierbei, daß bei Thermobimetallen die homogene Ausführung der Baureihe unterbrochen
werden muR, daß ferner die Querschnittsverringerung nur bis zur Grenze der mechanischen
Stabilität im Zusammenwirken mit dem Schaltschloß durchführbar ist, und daß beim
zusätzlichen Heizleiter Kostenerhöhungen entstehen, weil zusätzliche Schweißstellen,
eine wärmebeständige elektrische Isolation zwischen der Heizleiterwicklung und dem
Thermostreifen vorgesehen sein muß und weil ein erhöhter Platzbedarf durch die Heizwicklung
erforderlich ist.
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Bei Thermostreifen, die direkt beheizt weiden, wird also über die
Anschlußstücke bzw. die Anschlußleitungen Wärme abgeführt, da deren Temperaturniveau
bei den bestimmten Betriebsfallen niedriger ist als das des Thermostreifens. Demgemäß
wird sich in der Mitte des Thermostreifens eine höhere Temperatur und an den Enden
eine
niedrigere Temperatur einstellen. Bei Thermobimetallen erfordert
die resultierende niedrigere Temperatur (gegenüber der optimal erreichbaren Temperatur)
ewne höhere Justierungsmannigkeit des Therostreifens. Bei Thermostreifen aus Formgeda?chtnislegierungsmaterial
erfolgt optimal die auslenkung in einem sehr engen Temperaturbereich annähernd sprungartig.
Wenn aber die Temperaturverteilung ungleichmäßig ist, so wird die Auslenkung eines
Formgedächtnislegierungsstreifens nachteilig in einem breiterem Temperaturbereich
erfolgen.
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aufgabe der Erfindung ist es, einen Thermostreifen so in ein elektrisches
Schaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter einzubauen, daß die Temperatur
über die Länge des Thermostreifens vergleichmn t und erheblich gesteigert ist.
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Diese aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1.
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Dadurch, daß an der Einsoannstelle bzw. an der Strom führungsstelle
und auch an der Stromabführungsste1le eine zusätzliche Wärmequelle vorgesehen ist;
wird erfindungsgemäß ein zusätzlicher Freiheitsgrad durch die Steuerung der Wärmeabfuhr
aus dem Thermostreifen in die Zuleitungen geschaffen. Insbesondere bei Material'en
mit Formgedächtnislegierung ist es möglich die Variantenvielfalt zu reduzieren und
darüberhinaus auch Kosten zu sparen. Es besteht auch die Möglichkeit, den Thermostreifen
an unterschiedliche Nennströme ontimaler anpassen zu können, in dem nämlich die
Gesamttemperatur des Thermostreifens nicht nur durch seinen Querschnitt bzw. seine
Charakteristik, sondern auch durch die zusätzlichen Widerstandsmaterialien gesteuert
werden
kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann man erreichen,
daß die Temperatur über dem gesamten Thermostreifen annähernd konstant bleibt. Bei
Thermobimetallen ergibt sich dadurch eine größere Ausleniin und damit eine höhere
Auslösesicherheit, da insbesondere im Bereich der Einspannstelle das Temperaturniveau
höher wird; bei Thermostreifen aus Formgedächtnismaterial wird verhindert, daß die
Sprungcharakteristik verlorengeht.
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Die Widerstandsmaterialbeilagen sind dabei so ausge1egt, daß sie selbst
durch die direkte Strombeheizung eine höhere Temperatur einnehmen, als die des Thermostreifens,
so daß damit dem Thermostreifen Wärme zugeführt werden kann.
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Als derartige Materialien können solche verwendet werden, deren spezifischer
Widerstand wesentlich höher ist als derjenige des Thermostreifens, um an bzw. in
diesen Stellen die höhere Temperatur zu erzeugen. In bevorzugter Weise kommen Heizleitermaterialien
infrage, wie zum Beispiel Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung oder Nickel-Chrom-Legierungen
oder Nicknl-Chrom-Eisen-Legierungen oder ähnliche.
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Da die infrage kommenden Selbstschalter niederohmig sind und der Belastungsstrom
vom Verbraucher und nicht von dem Schutzschalter bestimmt wird, wird der Innenwiderstand
des Selbstschalters zwar leicht erhöht, da diese Erhöhung aber nicht laststrombestimmend
ist, wird der vorteilhafte Effekt, der mit dem zusätzlichen Einsatz des Widerstandsmaterials
bewirkt wird, nicht aufgehoben.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und Verbesserungen
ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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anhand der Zeichnung, in der zwei ausführungsheispiele der Erfindung
dargestellt sind, soll die Erfindung naher erläutert und bechrieben werden.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Einsicht in einen Leitungsschutzschalter, Fig.
2 die Temperaturverteilung des Thermobimetalls im Leitungsschutzschalter gm Fig.
1, Fig. 3 eine erfindungsgemäße erste Ausgestaltung mit zugehöriger Temperaturverte
i lung und Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung mit zugehöriger Ternoeraturvertei
lung.
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DerLeitungsschutzschalter gemaß Figur 1 besitzt eine Gehäuse 10 mit
einem Schaltknebel 11, in dem ein Thermobimetall 12, ein zwischen Platinen angeordnetes
Schaltschloß 13, ein elektromagnetischer auslöser 14, ein Lichtbogenlöschblechpaket
15, ein beweglicher Kontakthebel 16 mit daran angeformten beweglichen Rontaktstück
17 und ein Festkontaktstück 18 auf einer Lichtbogenleitschiene 19 befestigt ist,
die zusätzlich mit einer Anschlußklemme 20 verbunden ist. Die andere anschlt klemme
21 ist mit einer anschlußfahne 22 versehen, die ins Innere des Gehäuses 10 hineinragt
und an deren innerem Ende das Thermobimetall 12 mit einem Ende eingespannt ist.
Das freie Ende des Thermobimetalls 12 wirkt auf einen Hebel 23 im Schaltschloß 13
ein, wodurch auf nicht weiter dargestellte Weise (durch die tVirk-
linien
24 angedeutet) der bewegliche Kontakthebel 17 geöffnet wird. Der elektromagnetische
Auslöser öffnet über einen Schlaganker (als Linie 25 dargestellt), den beweglichen
Kontakthebel 16 und wirkt zusätzlich über die strichpunktierte Linie 26 auf das
Schaltschloß ein, um so den Kontakthebel hleibend zu öffnen. Das freie Ende des
Thermobimetalls 12, das sich entpsrechend der Charakteristik des Thermobimetalls
in Pfeilrichtung A verbiegen kann, ist mit dem beweglichen Kontakthebel 16 über
eine Litze 27 verbunden.
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an der Einspannstelle bei E ist das Thermobimetall 12 mit der anschlußfahne
22 mittels Löten oder Schein fest verbunden. Dies hat zur Folge, daß der Warmeühergang
vom Thermobimetall 12 hin zur Anschlußfahne 22 sehr groß ist, in gleicher Weise
auch wie der Wärmeübergang vom Thermobimetall 12 zur Litze 27, da alle Materilien
sehr gute Wärmeleiter sind. Demgemäß wird die TemDeraturverteilung T über der Lange
L des Thermobimets streifens 12 so sein, wie in Figur 2 dargestellt: Im Bereich
der Einspannstelle E ist die Temperatur ebenso wie im Bereich der anschlußstelle
der Litze 27 niedriger als etwa im Bereich der Mitte des Thermobimetalls 12.
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Demgemäß erhält man eine Kurve 30, die es zu vergleichmäßigen gilt.
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Die Figur 3 zeigt ebenso wie die Figur 4 rein schematisch die Einspannstelle
E des Thermobimetalls 12. Das der anschlußfahne 22 entsprechende Teilstück besitzt
die Bezugsziffer 31; an diesem Einspannstück 31 ist ein Widerstand 32 vorgesehen
bzw. befestigt und auf diesem Widerstand 32 ist das eine Ende des Thermobimetalls
12 angebracht. Der Strom fließt gemäß den Pfeilen B in das Einspannstück 31, durchfließt
den Widerstand 32 und das Thermobimetall und fließt über die Litze 27 weiter.
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Demgemäß wird die Temperaturverteilung über der Länge des Thermobimetalls
so wie durch dje Kurve w3 dargestellt: aufgrund des iderstandsmateriales 32 wird
d'e Temperatur im Bereich der Einspannstelle höher sein als die Temperatur im Bereich
des freien Endes des Thermobimetalles 12. Sie wird demnemR mehr oder weniger konstant
sein, wobei die Temperatur im Thermobimetall im Bereich der Einspannstelle höher
als im mittleren Bereich und im Bereich des freien Endes niedriger als im mittleren
Bereich sein wird, weil an der 5inspannstelle das Widerstandsmaterial 32 zusätzliche
Warme zuführt und an dem freien Ende die Litze 27 Warme abführt.
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Die ausgestaltung gemäß der Figur 4 bewirkt eine weitere Vergleichmäßigung
dar Temperatur gemäß Kurve 3?4 Am Einspannstück 31 ist wieder das Widerstandsmaterial
32 und am Widerstandsmaterial 32 das Thermobimetall 12 befestigt. Am freien Ende
des Thermobimetalls ist ein weiteres Widerstandsmaterial 35 angebracht, auf dem
dann die Litze 27 befestigt ist. Der Strom fließt gemäß Pfeilrichtung B1 durch das
Einspannstück 31, den Yidrstand 32, das Thermobimetall 12, den Widerstand 35 in
die Litze und von dort weiter zum beweglichen Kontaktstück. Demgemäß wird je Temperaturverteilung
34 annähernd eine Gerade sein, wobei möglicherweise im Bereich der Einspannstelle
und dem freien Ende wegen des Widerstandsmaterials 32 und 35 die Temperatur gering--fAgig
ansteigen wird. Man kann aber auch durch geeignete Bemessung der Widerstandsrnaterialien
32 und 35 eine über die gsamte Länge L konstante Temperatur erreichen.
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Mit den beiden Widerständen 32 und 35 wird also die Wärmeabfuhr aus
dem Thermostreifen 12 in die Zu- bzw.
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Ableitungen so gesteuert, daß eine Vergleichmäßigung der Temperatur
erreicht wird. Dies hat insbesondere bei
Materialien aus Formgedächtnislegierungen
große Vorteile: Partien, bei denen die Sprungtemneratur noch nicht erreicht ist,
während bei anderen Partien diese schon erreicht ist, wie dies beispielsweise bei
der Temperaturverteilung gemäß Figur 2 der Fall sein kann, werden insbesondere bei
der Ausgestaltung gemaß Figur 4 vermieden. Demgemäß kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung
gemäß Figur 3 in besonders vorteilhafter Weise bei Thermostreifen verwendet werden,
bei denen Formgedächtnismaterial eingesetzt ist und die direkt beheizt werden.