DE4242516A1 - Thermischer und elektromagnetischer Auslöser - Google Patents
Thermischer und elektromagnetischer AuslöserInfo
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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.
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