DE4300909C2 - 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 170412 ist ein Überlastauslöser bekannt geworden, bei dem ein Thermobimetall an einer Spule angeordnet und von dieser beheizt ist.

Aus dem DE-GM 18 22 570 ist ein thermischer Auslöser bekannt geworden, bei dem das einseitig eingespannte Thermobimetall von der durch die Spule eines elektroma­ gnetischen Auslösers erzeugten Wärme beheizt wird. Dabei verläuft das Thermobi­ metall etwa parallel zur Spulenachse.

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

Ein thermischer Auslöser ist aus dem DE-GM 18 84 376 bekannt geworden. Hierbei wird das Thermobimetall zwar direkt beheizt; wesentlich aber ist, daß das Thermobime­ tall mit seiner Einspannstelle am Magnetjoch eines Magnetauslösers befestigt ist, wo bei 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.

Ein thermischer Auslöser der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 30 13 016 bekannt geworden. Dabei befindet sich der thermomechanische Wandler in Form eines Thermobimetalls oder eines Elementes aus einer Formgedächtnislegierung räumlich und elektrisch parallel zur Spule, parallel zum magnetischen Kurzschlußauslöser. Der thermomechanische Wandler wird von dem parallel zur Spule fließenden Strom durch­ flossen, so daß dadurch eine direkte Heizung hergestellt ist.

Eine ähnliche Ausgestaltung zeigt auch die DE-AS 23 36 916; auch hier wird das Thermobimetall, welches parallel zum elektromagnetischen Auslöser geschalter ist, direkt beheizt.

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

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

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

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß das Thermobimetall und das Heizelement am Magnetjoch befestigt sind. Dadurch wird zusätzlich noch die Wärmeenergie des Magnetjochs zur Beheizung des Thermobime­ talls ausgenutzt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß zwischen dem Heizelement und dem Thermobimetall ein gut wärmeleitendes Anschlußelement angebracht 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 Heizelement an diesem zu befesti­ gen oder darüberhinaus auch senkrecht an der Spule bzw. an dem entsprechenden Steg der Magnetspule anzuschweißen.

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.

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.

Am Magnetjoch 24 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 25 des Joches 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 ist ein PTC-Heizelement, d. h. ein Wi­ derstandselement mit positivem Temperaturkoeffizienten, es kann auch ein Dickschicht-Heizelement sein.

Das Thermobimetall kann, wie z. B. 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 (5)

1. Thermischer Auslöser insbesondere für einen Leitungs­ schutzschalter, mit einem einseitig eingespannten, im Bereich seiner Einspannstelle beheizten Thermobimetall, welches sich bei Überschreiten eines bestimmten Stromes ausbiegt und dabei eine Verklinkungsstelle ent­ klinkt, und mit einem eine Spule und ein Magnetjoch umfassenden Auslöser, der ebenfalls das Auslösebauelement entklinkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermobimetall (16) mittels eines Kaltleiterheizelementes (17, 27) beheizt ist, das elektrisch zur Spule parallel geschaltet und räumlich und thermisch eng und/oder unmittelbar am Thermobimetall angekoppelt ist.

2. Thermischer Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Thermobimetall (16) und das Heizelement (27) am Magnetjoch befestigt sind.

3. Thermischer Auslöser nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Heizelement (27) und dem Thermobimetall (16) ein gut wärmeleitendes Anschlußelement (40) angebracht ist, das als bimetallseitige Anschlußelektrode für das Heizelement (27) dient.

4. Thermischer Auslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (17, 27) ein Dickschicht-Heizelement ist.

5. Thermischer Auslöser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (17, 27) an der ak­ tiven Seite des Thermobimetalls anschließt.