DE4242516A1 - Thermischer und elektromagnetischer Auslöser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen und einen elek­ tromagnetischen Auslöser nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Derartige thermische und magnetische Auslöser finden ins­ besondere in Leitungsschutzschaltern Verwendung, wobei der thermische Auslöser auf einen sog. Überstrom und der elektromagnetische Auslöser auf einen Kurzschlußstrom an­ spricht.

Normalerweise und bei im wesentlichen allen derzeit auf dem Markt befindlichen Leitungsschutzschaltern ist das Thermobimetall als Bimetallstreifen ausgebildet, der ent­ weder direkt oder indirekt vom Überstrom beheizt wird. Bei der direkten Beheizung durchfließt Strom den Thermo­ bimetallstreifen, wogegen bei indirekter Beheizung der Thermobimetallstreifen von einer Heizwicklung umgeben ist, welche vom Strom durchflossen ist und sich dadurch erwärmt; in beiden Fällen biegt sich das einseitig einge­ spannte Thermobimetall aus, betätigt ein Schaltschloß und öffnet so Kontaktstellen in den abzusichernden Netzlei­ tern.

Die bekannten Anordnungen, die seit vielen Jahren pro­ blemlos praktiziert werden, verursachen zusätzliche Ver­ lustleistungen und benötigen zusätzliche Schweißverbin­ dungen im Stromkreis. Da der Thermobimetallstreifen oder die Heizwicklung vom Strom durchflossen wird, muß das Thermobimetall bzw. die Heizwicklung kurzschlußfest aus­ geführt werden; er muß weiterhin auch justiert werden.

Beispielhaft für derartige Anordnungen sei das DE-GM 18 84 376 genannt.

Zur Vermeidung einer zusätzlichen Verlustleistung sowie zusätzlicher Schweißverbindungen im Stromkreis und auch zur Vermeidung einer kurzschlußfesten Ausführung ist bei­ spielsweise aus dem DE-GM 18 22 570 bekannt geworden, die von der Spule erzeugte Wärme zur Aufheizung eines Thermo­ bimetalls zu benutzen. Allerdings ist bei dieser Ausfüh­ rung Wert darauf gelegt worden, daß das Erhitzungsverhal­ ten eines Elektromotors nachzubilden ist, um zu vermei­ den, daß die zulässige Grenztemperatur des Motors über­ schritten wird.

Aus der US-PS 2 170 412 ist ein Schaltgerät bekannt ge­ worden, bei dem ein Thermobimetall mit Kreisform einer Spule zugeordnet ist, wobei das Thermobimetall dem elek­ tromagnetischen Feld der Spule ausgesetzt ist. Bei nied­ rigen Überströmen, wenn das elektromagnetische Feld rela­ tiv gering ist, verformt sich das Thermobimetallelement aufgrund einer Erwärmung und zwar sowohl wegen Wirbel­ strömen aufgrund Veränderung des elektromagnetischen Fel­ des als auch aufgrund der Wärmeverluste des Elektromagne­ ten.

Aus der DE-PS 36 37 275 ist ein Überstromauslöser für Schutzschaltgeräte bekannt geworden, bei der einem Elek­ tromagnet eine Bimetallschnappscheibe zugeordnet ist, welche von dem Elektromagneten erwärmt wird und aufgrund einer Erwärmung den mit dem Magnetanker verbundenen Stö­ ßel betätigt, so daß ein Schaltschloß entklinkt und da­ durch eine Kontaktstelle geöffnet werden. Die Bimetall­ schnappscheibe muß dabei eine relativ niedrige Ar­ beitstemperatur aufweisen, wobei niedrige Arbeitstempera­ turen eine relativ große Beeinflussung durch äußere Tem­ peratureinflüsse zur Folge haben. Diese können die Ände­ rung der Umgebungstemperatur am Einsatzort sein oder eine Änderung der Temperaturbeeinflussung durch die gegensei­ tige Temperaturbeeinflussung der Pole bei bündiger Mon­ tage oder bei Verwendung als mehrpolige Schalter. Für mehrpolige Schalter müssen entweder Schnappscheiben mit einer anderen Ansprechtemperatur verwendet oder eine an­ dere Heizleistung durch eine Spulenänderung erzeugt wer­ den.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Arbeitstemperatur erhöht und der Einfluß der Umgebungstemperatur am Ein­ satzort verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Übertragung der Wärme von der Spule auf das Thermobimetall erheblich verbessert wird, ist den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 zu entnehmen.

Die Wärmeübertragung von der Wärmequelle, also der Spule, erfolgt somit an den Enden des Bimetallschnappstreifens, kurz Bimetallstreifens genannt, über am Joch in zweckmä­ ßiger Weise befestigte Arme, die zur besseren Wärmelei­ tung verkupfert oder mit einem anderen korrosionsfesten, guten Wärmeleiter beschichtet sind.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung sind die Arme als Schneidenlager ausgebildet ge­ mäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3.

Die als Schneidenlager ausgebildete Lagerung, die über beide Lagerstellen kraftschlüssig ist, kann gemäß kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 4 verstellt werden, wodurch die Ansprechtemperatur (Schnapptemperatur) des Bimetallstreifens in einem bestimmten Temperaturbereich den Erfordernissen entsprechend eingestellt werden kann.

Die besondere Ausgestaltung der Justierung kann gemäß kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 4, 5 oder 6 aus­ gebildet sein.

Der erforderliche Verstellbereich kann sich durch den Einsatz für Spulen mit verschiedener Heizleistung, die durch gegenseitige Beeinflussung bei mehrpoligen Schal­ tern, durch unterschiedliche Umgebungstemperatur oder durch andere gewünschte Charakteristiken oder Nennstrom­ bereiche ergeben. Die Einstellung kann extern vor der Montage des Schnappstreifens oder später im montierten Zustand am Schaltgerät erfolgen, was insbesondere bei Verwendung einer Justierschraube möglich ist.

Die Kapselung aus einem schlecht wärmeleitenden Material kann eine Öffnung aufweisen, unter der ein den Abstand der beiden Arme und damit die Schnappwirkung des Bime­ tallschnappstreifens veränderndes Spannelement nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 7 angeordnet ist, wobei die derart ausgebildete Ausführung es gestat­ tet, daß der Einstell-Spannvorgang nicht mehr manuell er­ folgt, sondern automatisch und zwar abhängig von der Tem­ peraturänderung, die von der gegenseitigen Beeinflussung oder von der veränderten Umgebungstemperatur abhängt. Das temperaturabhängige Element, das den Abstand steuert, ist gegenüber der umgebenden Luft "geöffnet", so daß die Um­ gebungsluft auf dieses Element einwirken kann.

Das Schnappelement wird im Lagerbereich mit gut wärmelei­ tenden, federnden Elementen versehen, die mit dem gut wärmeleitenden, zweckmäßig ausgebildeten Joch einen guten Wärmekontakt bilden. Das Schnappelement selbst ist, wie eingangs erwähnt, weitgehend mit schlecht wärmeleitenden Materialien, beispielsweise Isolierstoff gekapselt oder umgeben, damit die über die Wärmeleitung vom Nachbargerät zugeführte Wärme nicht direkt auf den Bimetallstreifen einwirkt. Die nach außen gerichtete Seite der Kapselung kann gleichzeitig die Außenwand des Schutzschalters bil­ den.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung so­ wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserun­ gen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Bimetallanordnung innerhalb eines elektrischen Leitungsschutzschal­ ters,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine erfindungs­ gemäße Anordnung, mit einer ersten Ausfüh­ rung für die Justierung,

Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung der Justierung des Bimetalls und

Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung einer erfin­ dungsgemäßen Anordnung.

Es wird Bezug genommen auf die Fig. 1.

Ein Leitungsschutzschalter, wie er in der Fig. 1 darge­ stellt ist, besitzt einen Hauptstrompfad 10, dessen Enden Anschlußklemmen 11 und 12 aufweisen, und in dem sich eine Kontaktstelle 13, der ggf. Lichtbogenlöschbleche zugeord­ net sein können, und ein Elektromagnetsystem 14 mit Spule. Das Schaltgerät besitzt weiterhin einen thermi­ schen Auslöser 15, der als Bimetallschnappstreifen ausge­ bildet ist und zwischen zwei Lagern 16 und 17 eingespannt ist. Das Elektromagnetsystem 14 wirkt einerseits über eine Wirklinie 18 auf die Kontaktstelle 13 zur Öffnung der Kontaktstelle 13 und über eine Wirklinie 19 auf ein Schaltschloß 20, welches von dem Anker des Elektromagnetsystems 14 entklinkt wird und über die Wirklinie 21 die Kontaktstelle 13 öffnet. Das Elektromagnetsystem 14 öff­ net bei Kurzschlußströmen, wogegen das Thermobimetall 15 bei Auftreten von Überströmen über eine Wirklinie 22 auf die Verklinkungsstelle im Schaltschloß einwirkt. Das Thermobimetall 15 ist als Thermobimetall-Schnappstreifen ausgebildet, der an den beiden Lagerstellen 16 und 17 beidseitig eingespannt ist und aufgrund einer von der Spule des Elektromagnetsystems 14 herkommenden Erwärmung umschnappt (strichlierte Linie 15′) und somit über den Schlaganker oder über ein anderes Element auf die Ver­ klinkungsstelle einwirkt.

Das Elektromagnetsystem 14 ist in der Fig. 2 darge­ stellt. Man erkennt die Spule 23, die um einen Spulenkör­ per 24 herumgewickelt ist, der einen Kern 25 und einen Anker 26 umgibt, zwischen denen ggf. eine nicht näher dargestellte Feder angeordnet ist. Mit dem Anker 26 ist ein Stößel 27 verbunden, der eine Bohrung 28 im Kern durchgreift und bei Auftreten eines Kurzschlußstromes in Pfeilrichtung P bewegt wird, wo er über die Wirklinie 18 auf die Kontaktstelle 13 bzw. die Wirklinie 19 auf das Schaltschloß 20 einwirkt. Umgeben ist die Spule von einem Joch 29, welches C-förmig ausgebildet ist und an der in nicht näher dargestellter Weise sowohl der Spulenkörper 24 und der Magnetkern 25 befestigt ist.

Am Joch 29 sind zwei relativ steife, federnde Arme 30 und 31 befestigt, wobei an dem dem Kern entgegengesetzten Ende des Jochs 29 nach innen umgebogene Arme 32, 33 ange­ bracht sind, die die Spule 23 umgeben und an denen das andere Ende des Spulenkörpers 24 befestigt ist. Diese Arme 32 und 33 besitzen Ausbiegungen 34 und 35, mit denen die Arme 30 und 31 am Joch befestigt sind. Die Arme 30 und 31 besitzen weiterhin Federfüße 36 und 37, die auf den parallel zur Mittelachse des Stößels 27 verlaufenden Jochbereiche aufliegen, so daß über die Befestigungsstel­ len 32/34; 33/35 und die Füße 36 und 37 ein ausreichend guter Wärmekontakt zwischen dem Joch 29 und den Armen 30 und 31 erzielt wird. Die freien Enden der Arme 30 und 31 besitzen eine V-förmige Abkantung 38 und 39, deren offene Seite gegeneinander gerichtet ist, wobei diese beiden V- förmigen Abkantungen 38 und 39 den Lagerungen 16 und 17 entsprechen und eine Schneidenlagerung für einen dem Thermobimetall 15 entsprechenden Thermobimetallstreifen 40 bilden. Der Thermobimetallstreifen 40 ist ein Schnapp­ streifen, der aufgrund einer Temperaturerhöhung, die durch die Spule 23 bzw. den durch die Spule 23 hindurch­ fließenden Strom erzeugt wird, soweit ausgebogen wird, daß er in die strichlierte Stellung 40′ umschnappt. Über einen am Anker 26 befindlichen, lediglich strichliert dargestellten Fortsatz 41 wirkt der Bimetallschnappstrei­ fen 40 auf den Anker 26 und über den Stößel 27 auf das Schaltschloß 20.

Die Steifigkeit der federnden Arme 30, 31 ist so bemes­ sen, daß ein Einschnappen des Bimetallstreifens 40 mög­ lich ist, der Bimetallschnappstreifen 40 aber die Arme beim Umschnappen praktisch nicht aufliegt, um Ansprech­ charakteristikänderungen zu vermeiden.

Der Bimetallschnappstreifen 40 ist zusammen mit den Armen 30, 31 von einem Gehäuse 42 umgeben, welches aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit besteht. Im Gehäuse 42 ist senkrecht zu dem Arm 30 ausgerichtet eine Justierschraube 43 eingeschraubt, die auf die Außenseite des Armes 30 einwirkt und bei Einschrauben den Abstand zwischen den Armen 30 und 31 bzw. den Abstand zwischen den Lagerelementen 38 und 39 verändert, d. h. verkleinert oder vergrößert. Mittels der Justierschraube 43 kann die Ansprechcharakteristik des Thermobimetalls 40 nach Bedarf eingestellt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere der Einstellbarkeit des Abstandes zeigt die Fig. 3. Das Thermobimetall 40 ist zwischen den V-förmigen Lagerungen 44 und 45 an Armen 46 und 47 eingespannt, welche Arme 46 und 47 den Armen 30 und 31 entsprechen. Die Arme 46 und 47 besitzen Verlängerungen 48 und 49, die aufeinanderzu aufweisen, deren Enden 50 und 51 L-förmig abgekantet sind, so daß die freien Enden parallel zueinander verlau­ fen. Durch die beiden freien Enden kann eine Justier­ schraube 52 hindurchgeschraubt werden, mit der der Ab­ stand der freien Enden 50 und 51 und damit der Abstand der Lagerungsstellen 44 und 45 eingestellt werden kann.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfin­ dung. Die Arme 52 und 53, die in der gleichen Weise wie die Arme 30 und 31 am Joch 29 gut wärmeleitend angebracht sind, besitzen je eine Verlängerung 54 und 55, welche parallel zueinander verlaufen. Zwischen den Verlängerun­ gen 54 und 55 ist ein seine Länge aufgrund von Tempera­ turänderungen änderndes Spannelement 56 vorgesehen, wel­ ches unterhalb einer Öffnung 57 in einem dem Gehäuse 42 entsprechenden Gehäuse 58 angebracht ist. Durch die Öff­ nung 57 gelangt Umgebungsluft an das Spannelement 56, wo­ durch der Abstand zwischen den Armen 52 und 53 verändert und somit das Thermobimetall 40 kompensiert werden kann.

Claims (11)

1. Thermischer und elektromagnetischer Auslöser, mit einem Magnetkern und einem Magnetanker, mit einer Spule und einem die Spule umgebenden Magnetjoch, mit einem stirnseitig vor dem Magnetjoch angeordneten und damit verbundenen Trägerkörper für ein Bimetallelement, das sich bei einem Überstrom erwärmt und dabei aus einer er­ sten stabilen Lage in eine zweite stabile Lage und zurück bewegt wird, wobei es dadurch den Magnetanker zur Ent­ klinkung eines Schaltschlosses betätigt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bimetall (15; 40) als Bimetallschnapp­ streifen ausgebildet und zwischen zwei den Trägerkörper bildenden Armen (30, 31; 46, 47; 52, 53) festgelegt ist.

2. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Wärme gut leitendem Material bestehenden Arme (30, 31; 46, 47; 52, 53) am Magnetjoch (29) gut wärmelei­ tend befestigt sind, wobei der Bimetallschnappstreifen (40) von der Spule (23) über die Arme (30, 31; 46, 47; 52, 53) bei Auftreten eines durch die Spule (23) fließen­ den Überstromes erwärmt wird.

3. Auslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallschnappstreifen (40) von einer ein Ge­ häuse (58) bildenden Kapselung aus einem Wärme schlecht­ leitenden Material, vorzugsweise aus Isolierstoff, um­ schlossen ist.

4. Auslöser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Arme (30, 31; 46; 47; 52, 53) an ihren freien Enden V-förmige, mit der offenen Seite gegenüber­ liegende und aufeinanderzu weisende Lagerstellen (38, 39; 44, 45) aufweisen, die zur Schneidenlagerung der Endkan­ ten des Bimetallschnappstreifens (40) dienen.

5. Auslöser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand der Enden der Arme (30, 31; 46; 47; 52, 53) einstellbar ist.

6. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand mittels einer Justierschraube (43) ein­ stellbar ist.

7. Auslöser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierschraube (43) von außen in das Gehäuse (42) einschraubbar und dadurch von außen gegen einen der Arme (30) drückbar ist, um den Abstand der Arme (30, 31) zu verändern.

8. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Armen (46, 47) eine Spannschraube (52) vorgesehen ist, mittels der der Abstand einstellbar ist.

9. Auslöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (46, 47) eine Verlängerung (48) aufweisen, die aufeinanderzu abgebogene Bereiche aufweisen, deren Enden (50, 51) L-förmig und parallel zueinander abgebogen sind, und daß in die freien Enden (50, 51) die Spann­ schraube (52) eingeschraubt ist.

10. Auslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Armen (52, 53) ein seine Länge auf­ grund von Temperatureinfluß änderndes Element (56) vorge­ sehen ist, mit dem der Abstand der Arme (52, 53) sich au­ tomatisch ändert.

11. Auslöser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (58) eine Öffnung (57) aufweist, über die das Element (56) mit Umgebungsluft in Verbindung steht, so daß das Element (56) als Temperaturkompensati­ onselement dient.