DE4300909A1 - Thermischer Auslöser, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Auslöser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige thermische Auslöser werden insbesondere in Lei­ tungsschutzschaltern als Überlastauslöser eingesetzt, in denen sie bei Auftreten eines bestimmten, oberhalb eines bestimmten Nennstromes liegenden Überstromes auf ein Schaltwerk einwirken und das Schaltgerät bleibend aus­ schalten. Ein solcher thermischer Auslöser besitzt übli­ cherweise ein Thermobimetall, welches direkt oder indi­ rekt beheizt ist. Bei der direkten Beheizung durchfließt der Strom das Thermobimetall, was Auswirkungen auf die Verlustleistung des Schaltgerätes hat. Das Bimetall kann auch indirekt beheizt werden, in dem es mit einer vom Strom durchflossenen Heizwicklung umwickelt ist. Auch hier ist mit einer Verlustleistung zu rechnen.

Aus der US-PS 2 170 412 ist ein Überlastauslöser bekannt geworden, bei dem ein Thermobimetall an einer Spule ange­ ordnet und von dieser beheizt ist.

Aus dem DE-GM 18 22 570 ist ein thermischer Auslöser be­ kannt geworden, bei dem das einseitig eingespannte Ther­ mobimetall von der durch die Spule eines elektromagneti­ schen Auslösers erzeugten Wärme beheizt wird. Dabei ver­ läuft das Thermobimetall etwa parallel zur Spulenachse.

Aus der DE-PS 36 37 275 ist ein Überstromauslöser für Schutzschaltgeräte bekannt geworden, bei dem als Thermo­ bimetall eine sog. Thermobimetall-Schnappscheibe benutzt ist, die durch die vom Magnetauslöser erzeugte Wärme er­ wärmt wird, wobei sie sich aus einer ersten stabilen Lage in eine zweite stabile Lage bewegt.

Ein thermischer Auslöser der eingangs genannten Art ist aus dem DE-GM 18 84 376 bekannt geworden. Hierbei wird das Thermobimetall zwar direkt beheizt; wesentlich aber ist, daß das Thermobimetall mit seiner Einspannstelle am Magnetjoch eines Magnetauslösers befestigt ist, wobei sowohl die Spule als auch das Magnetjoch in thermisch gut leitender Verbindung mit dem Bimetall stehen, so daß die von der Spule und dem Magnetjoch erzeugte Wärme auf das Thermobimetall übergeht. Da das Thermobimetall gleichwohl vom Strom durchflossen ist, wird auch die Verlustleistung nicht zu vernachlässigen sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermischen Auslöser der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Ver­ lustleistung reduziert ist, ohne daß die Wirksamkeit des Auslösers reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß also wird das Thermobimetall mittels ei­ nes Heizelementes beheizt, das räumlich und thermisch am Thermobimetall angekoppelt ist. Dadurch befindet sich das Thermobimetall nicht im Stromkreis, so daß es zur Ver­ lustleistung nicht beiträgt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem thermischen Auslöser, der zusammen mit einem Ma­ gnetauslöser, der eine Spule und ein Magnetjoch umfaßt, in einen Leitungsschutzschalter eingebaut ist, dahin ge­ hen, daß das Heizelement parallel zur Spule geschaltet und vom Spannungsfall der Spule beheizt ist.

Dieser Spannungsfall an der Spule folgt der zu überwa­ chenden Überlast, so daß das Heizelement das Bimetall überlastgerecht zur Auslenkung bringen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß das Thermobimetall und das Heizele­ ment am Magnetjoch befestigt sind. Dadurch wird zusätz­ lich noch die Wärmeenergie des Magnetjochs zur Beheizung des Thermobimetalls ausgenutzt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß zwischen dem Heizelement und dem Thermobimetall ein gut wärmeleitendes Anschlußelement an­ gebracht ist, das als bimetallseitige Anschlußelektrode für das Heizelement dient.

Dabei kann das Thermobimetall seitlich an einem Steg des Magnetjochs angebracht sein, so daß der Steg und das Thermobimetall parallel verlaufen; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Bimetall senkrecht zum Heizele­ ment an diesem zu befestigen oder darüber hinaus auch senkrecht an der Spule bzw. an dem entsprechenden Steg der Magnetspule anzuschweißen.

Erfindungsgemäß kann das Heizelement ein PTC-Heizelement, also ein Heizelement mit einem positiven Temperaturkoef­ fizienten, oder ein sog. Dickschicht-Heizelement sein.

Schlußendlich ergibt sich noch folgendes: Bei den strom­ durchflossenen, direkt oder mittels einer Heizwicklung beheizten Thermobimetallen behindert entweder eine am freien Ende des Thermobimetalls angeschweißte Litze oder die Heizwicklung die Ausbiegung des Thermobimetalls. We­ gen der Heizelemente ist keine Behinderung der Ausbiegung des Thermobimetalls mehr gegeben, was zu einer besseren Auslegung des Thermobimetalls führt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der einige 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 des Strompfades eines Leitungsschutzschalters in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung ei­ nes Leitungsschutzschalters in einer zwei­ ten Ausführungsform,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfin­ dung.

Das Schaltgerät gemäß Fig. 1 besitzt einen Strompfad 10 mit je einer an jedem Ende angeordneten Anschlußklemme 11 und 12. Innerhalb des Strompfades befindet sich eine Kon­ taktstelle 13 sowie die Spule 14 eines nicht näher darge­ stellten elektromagnetischen Auslösers. An einem ortsfe­ sten Einspannpunkt 15 ist ein Thermobimetall 16 befe­ stigt, in dessen Wurzelbereich, also im Bereich der Ein­ spannstelle bzw. unmittelbar daneben, ein Heizelement 17 angebracht ist, welches über Leitungen 18 und 19 parallel zu der Spule 14 geschaltet ist, so daß das Heizelement 17 durch den Spannungsfall der Spule 14 beheizt wird. Über eine Wirklinie 20 öffnet die Spule unmittelbar die Kon­ taktstelle 13 und über eine Wirklinie 21 betätigt der ma­ gnetische Auslöser ein Schaltschloß 22. Die Wirklinie 23 zeigt, daß das Thermobimetall 16 ebenfalls auf das Schaltschloß 22 einwirken kann, um die Kontaktstelle 13 bleibend zu öffnen.

Man erkennt aus Fig. 1, daß das Thermobimetall 16 nur partiell in seinem Einspannbereich von einem Heizelement 17 beheizt wird, wodurch einerseits eine optimale, aus­ reichend lange, freie Wirkstrecke ohne Behinderung durch Litzen oder Heizwicklungen und andererseits auch eine op­ timale Beheizung des Thermobimetalls 16 sichergestellt sind.

Die Fig. 2 zeigt ein Schaltgerät ähnlich dem der Fig. 1. Gleiche Elemente besitzen gleiche Bezugsziffern. Die Spule 14 befindet sich innerhalb eines Magnetjochs 24, wobei ein Ende der Spule 14 am Steg 25 des Magnetjoches 24 an einem Anschlußpunkt 26 elektrisch leitend angeschlossen ist. Das Thermobimetall 16 ist am Steg 25 eingespannt und das Heizelement 27 liegt ebenfalls wieder im Wurzelbereich, d. h. im Bereich der Einspannstelle, am Thermobimetall 16 an, wobei die eine Anschlußelektrode des Heizelementes 27 , die Elektrode 28 am Magnetjoch 24 und die andere über eine Leitung 29 vor der Spule 14 am Strompfad 10 angeschlossen ist.

Das Thermobimetall 16 besitzt eine sog. aktive Komponente 16a und eine passive Komponente 16b. Das Thermobimetall 16 ist mit seiner aktiven Komponente 16a am Steg 25 des Magnetjoches 24 befestigt und auch das Heizelement 27 wirkt auf die aktive Komponente 16a, so daß sich das ge­ samte Thermobimetall in die strichlierte Stellung 16c be­ wegen kann.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt die Fig. 3. Ein Teil des Strompfades 10 wird durch eine Einspann­ stelle 30 erzeugt, welche gleichzeitig auch das Heizele­ ment sein kann, jedenfalls die Wirkung eines Heizelemen­ tes besitzt. An der Einspannstelle 30 ist ein Thermo­ bimetall 31 mittels Schweißnähten 32 befestigt, wobei das Thermobimetall 31 senkrecht zur Einspannstelle 30 ausge­ richtet und an dieser befestigt ist. Dadurch wird die wirksame Länge des Thermobimetalls 31 gegenüber den Aus­ führungsformen nach den Fig. 1 und 2 weiter vergrö­ ßert.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfin­ dung.

Am Magnetjoch 25 ist das Thermobimetall 16 befestigt, wo­ bei zwischen dem Steg 25 des Magnetjoches 24 und dem Thermobimetall eine Anschlußelektrode 40 vorgesehen ist, auf der das Heizelement 27 aufgebracht ist. Über die Lei­ tung 29 ist das Heizelement 27 mit dem Strompfad 10 ver­ bunden. Der Strom fließt im Auslösefall über die Leitung 29 hin zum Heizelement 27 und über die Anschlußelektrode 40 zum Steg des Joches 25 und von dort wieder hin zum Strompfad 10 mit der Anschlußklemme 12.

Bei allen diesen Ausführungen ist das Thermobimetall 16 nicht in den Hauptstromkreis eingeschaltet, sondern in der Basis, d. h. im Bereich der Einspannstelle, partiell beheizt durch ein in gutem Wärmekontakt mit dem Thermobi­ metall befindliches Heizelement, das nach den Ausführun­ gen der Fig. 1 und 2 sowie 4 durch den Spannungsfall der Magnetspule beheizt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird das Heizelement vorzugsweise an der aktiven Seite des Bimetalls in Wärmekontakt gebracht, damit diese Seite die größte Ausdehnung und das Bimetall damit die höchste Auslenkung erfährt.

Das Heizelement kann ein PTC-Heizelement, d. h. ein Wi­ derstandselement mit positivem Temperaturkoeffizienten, oder ein Dickschicht-Heizelement sein.

Das Thermobimetall kann, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, kombiniert beheizt werden durch den Spannungsfall der Spule und darüberhinaus auch durch die indirekte Be­ heizung über das Magnetjoch.

Es besteht selbstverständlich die Möglichkeit, als Bime­ tall einen Schnappstreifen vorzusehen, der bei einer Be­ heizung aus einer ersten stabilen Lage in eine zweite stabile Lage übergeht.

Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen bieten die Mög­ lichkeit, verlustarme Sicherungsautomaten zu bauen. Bei abgestimmtem Spannungsfall an der Spule können die Bime­ tallauslöser für mehrere Nennstromstärken identisch sein. Die Erfindung bietet besondere Vorteile für hohe Nenn­ stromstärken, da das Bimetall nicht in die Verlustlei­ stung des Gerätes eingeht, obwohl die freie Weglänge des Thermobimetalls optimal ist.

Claims (7)

1. Thermischer Auslöser insbesondere für einen Lei­ tungsschutzschalter, mit einem einseitig eingespannten, im Bereich seiner Einspannstelle beheizten Thermobime­ tall, welches sich bei Überschreiten eines bestimmten Stromes ausbiegt und dabei ein Auslösebauelement, insbe­ sondere eine Verklinkungsstelle entklinkt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Thermobimetall (16, 31) mittels ei­ nes Heizelementes (17, 27, 30) beheizt ist, das räumlich und thermisch eng und/oder unmittelbar am Thermobimetail angekoppelt ist.

2. Thermischer Auslöser für einen Leitungsschutz­ schalter mit einem eine Spule und ein Magnetjoch umfas­ senden Magnetauslöser, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (17, 27) parallel zur Spule (14) geschaltet und vom Spannungsfall der Spule (14) beheizt ist.

3. Thermischer Auslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermobimetall (16) und das Heiz­ element (27) am Magnetjoch befestigt sind.

4. Thermischer Auslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Heiz­ element (27) und dem Thermobimetall (16) ein gut wärme­ leitendes Anschlußelement (40) angebracht ist, das als bimetallseitige Anschlußelektrode für das Heizelement (27) dient.

5. Thermischer Auslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (17, 27, 30) ein PTC-Widerstand ist.

6. Thermischer Auslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (17, 27, 30) ein Dickschicht-Heizelement ist.

7. Thermischer Auslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (17, 27) an der aktiven Seite des Thermobimetalls an­ schließt.