DE4308986A1

DE4308986A1 - Schutzschalter

Info

Publication number: DE4308986A1
Application number: DE19934308986
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Meyer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1993-03-20
Filing date: 1993-03-20
Publication date: 1994-09-22

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter, der bei Überstrom, insbesondere Kurzschlußstrom anspricht und einen Widerstand mit positiver Temperaturcharakteristik (PTC-Widerstand) sowie einen zu diesem parallel geschalteten Parallelwiderstand aufweist.

Schutzschalter, insbesondere Leistungsschutzschalter müssen auf Überströme ansprechen bzw. Überströme abschalten, die als Kurz schlußströme bzw. Überlastströme auftreten.

Bekannte Schutzschalter besitzen zur Abschaltung der Überlast ein Thermobimetall, welches direkt oder indirekt beheizt ist und sich bei einer Aufheizung durch einen Überlaststrom ausbiegt, wodurch eine Verklinkungsstelle in einem Schaltschloß geöffnet und eine Kontaktstelle in der abzusichernden Leistung geöffnet wird.

Weiterhin ist es bekannt, zur Abschaltung der Überlast einen PTC-Widerstand einzusetzen. Mit PTC-Widerstand oder, wie dieser auch genannt wird, PTC-Thermistor, wird ein gewöhnlicher aus einem halbleitenden Material bestehender Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten bezeichnet, dessen Widerstandswert bei niedrigen Temperaturen niedrig ist, während er bei höheren Tem peraturen um mehrere Zehnerpotenzen steil ansteigt. Diese Eigen schaft eines PTC-Widerstandes macht ihn gut geeignet zur Verwen dung als strombegrenzendes Organ in verschiedenen Arten von elektrischen Stromkreisen, um beispielsweise einen Kurzschluß strom so zu verhindern, daß ein unzulässig hoher Strom während mehr als einer kurzen, sehr begrenzten Zeitperiode fließen kann.

Auch ist bereits eine Strombegrenzungsfunktion mit einem PTC- Widerstand aus einem elektrisch leitenden Polymer bekannt. Bei Temperaturanstieg aufgrund eines Kurzschlußstromes ändert sich hierbei die Struktur der Moleküle in der Oberflächenschicht des Werkstoffes und der Widerstand steigt an. Dieses läuft alles in Bruchteilen von Millisekunden ab und bewirkt, daß ein in Reihe geschalteter Schalter nur einem stark reduzierten Strom ausge setzt ist. Nach Unterbrechung des Stromkreises kehrt die Struktur des PTC-Materials von selbst in ihren kristallinen Ausgangszu stand zurück.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen strombegrenzenden Schutzschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der noch einfacher und kostengünstiger zu fertigen ist und eine kompakte Bauweise ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die im Patentan spruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Der Schutzschalter zeichnet sich durch einfach herzustellende Einzelteile aus, welche leicht zu montieren sind und aufgrund des Fehlens beweglicher Teile keine Wartungskosten verursachen. Ein weiterer Vorteil des Schutzschalters besteht in seiner kompakten Bauweise.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines Schutzschalters und

Fig. 2 Einzelteile des Schutzschalters in schaubild licher Darstellung.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung stellt ein Ersatz schaltbild eines Schutzschalters 1 dar, der bei Überstrom, ins besondere bei Kurzschlußstrom anspricht und einen PTC-Widerstand 3 sowie einen zu diesem parallel geschalteten Parallelwiderstand 5 aufweist. Der PTC-Widerstand 3 ist ein aus einem halbleitenden Material bestehender Widerstand mit positivem Temperaturkoeffi zienten, dessen Widerstandswert bei niedrigen Temperaturen niedrig ist, während er bei höheren Temperaturen um mehrere Zehnerpotenzen ansteigt. In Reihe zu der Parallelschaltung von dem PTC-Widerstand 3 und dem Parallelwiderstand 5 befindet sich ein Schalter 7, der z. B. aus einem Leistungsschalter besteht und der bei Auftreten bei begrenztem Überstrom, insbesondere von begrenztem Kurzschlußstrom zum Unterbrechen des Stromkreises automatisch geschaltet wird. Der PTC-Widerstand 3 besteht aus einem elektrisch leitenden Polymer, wobei bei Temperaturanstieg aufgrund eines Kurzschlußstromes sich die Struktur der Moleküle in der Oberflächenschicht des Werkstoffes ändert und damit der Widerstand ansteigt. Dieses alles läuft in Bruchteilen von Milli sekunden ab. Nach Unterbrechung des Stromkreises durch den Schal ter 7 kehrt die Struktur des PTC-Widerstandes von selbst in ihren kristallinen Ausgangszustand zurück, so daß der Betrieb fortge setzt werden kann.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungswesentlichen Teile in schaubild licher Darstellung, von denen zwei Kontaktanschlußstücke 9, 11, der Parallelwiderstand 15 und der PTC-Widerstand 3 zu einer kom pakten Baueinheit zusammenfügbar sind. Der Parallelwiderstand 5 besteht aus einem in einer Form preßbaren Widerstandskörper 13 aus einem leitenden Keramikmaterial, welches z. B. aus Mischoxyd, z. B. aus LaMnO₃ besteht.

Der Widerstandskörper 13 besteht aus einer Ringscheibe 15, in deren Durchtrittsöffnung 17 der PTC-Widerstand 19 z. B. koaxial angeordnet ist. Die beiderseits des Widerstandskörpers 13 an geordneten Ringflächen 21, 23 der Ringscheibe 15 sind zusammen mit den entsprechenden Stirnflächen 25, 27 des PTC-Widerstandes 19 mit je einer gemeinsamen Anschlußplatte 29, 31 der Kontakt anschlußstücke 9, 11 elektrisch leitend verbunden. Um eine sichere Verbindung der Anschlußplatten 29, 31 mit den Ringflächen 21, 23 der Ringscheibe 15 und den Stirnflächen 25, 27 des PTC- Widerstandes zu gewährleisten, besteht der PTC-Widerstand 19 aus einem zusammendrückbaren, elektrisch leitenden Polymer. Eine sichere elektrisch leitende Verbindung wird hierbei dadurch hergestellt, daß die Stirnflächen 25, 27 des PTC-Widerstandes 19 eine metallische Oberflächenschicht, z. B. aus Silber zum Ver binden mit dem aus einem leitenden Material bestehenden Kontakt anschlußstücken 9, 11 aufweisen. Die Kontaktanschlußstücke 9, 11 bestehen z. B. aus Kupfer und weisen ebenfalls eine versilberte Oberflächenschicht auf. Auch sind die die Durchtrittsöffnung 17 umgebenden Ringflächen 21, 23 mit einer metallischen Oberflächen schicht versehen, welche ebenfalls aus einer Silberschicht be stehen kann.

Die Ringscheibe 15 und die Durchtrittsöffnung 17 haben gemäß der Fig. 2 eine Rechteckform, wobei die Außenumfangsfläche 33 und die Innenumfangsfläche 35 der Ringscheibe 15 an den Ecken 35, 37, 39, 41, 43, 45, 57 jeweils Abrundungen aufweisen. Weiterhin sind die Ringflächen 21, 23 zur formschlüssigen Aufnahme der recht eckförmig ausgebildeten Anschlußplatte 29, 31 der Kontaktan schlußstücke 9, 11 von je einem Umlaufrand 49, 51 umgeben. Diese beiden Umlaufränder 49, 51 weisen je eine Ausnehmung 53, 55 zur formschlüssigen Aufnahme von als Kontaktanschlüsse dienenden zungenartigen Verlängerungen 57, 59 an den Anschlußplatten 29, 31 auf. Die Ausnehmungen 53, 55 in den Umlaufrändern 49, 51 sind an den entgegengesetzten Schmalseiten 61, 63 der Ringscheibe 15 angeordnet. Weiterhin weist die Höhe des scheibenförmigen PTC- Widerstandes 19 zwischen dessen Stirnflächen 25, 27 gegenüber der Höhe der Ringscheibe 15 zwischen den parallel zueinander ange ordneten Ringflächen 21, 23 vor dem Zusammenbau im entlasteten Zustand ein Übermaß auf. Dieses ist erforderlich, um eine sichere Verbindung der Anschlußplatten 29, 31 der Kontaktanschlußstücke 9, 11 sowohl mit dem PTC-Widerstand 19 als auch mit der Ring scheibe 15 zu gewährleisten. In vorteilhafter Ausgestaltung ist übrigens der PTC-Widerstand 19 scheibenförmig und zylindrisch ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung kann der scheibenförmige PTC-Widerstand 19 auch eine andere Form der Umfangsfläche auf weisen. Ebenso kann die Ringscheibe 15 kreisförmig ausgebildet sein.

Der Schutzschalter 1 zeichnet sich durch einen einfachen und kompakten Aufbau aus, wobei der Strom im Nennstrombetrieb durch den niederohmigen PTC-Widerstand 19 fließt. Im Kurzschlußfall steigen die Temperatur und der Widerstand in dem PTC-Widerstand derart an, daß der Strom dann durch den als Parallelwiderstand 5 dienenden Widerstandskörper 13 fließt. Hierbei unterbricht der in Reihe geschaltete Leistungsschalter 7 den Stromkreis, wodurch der PTC-Widerstand 19 wieder in den Ausgangszustand zurückgeht.

Claims

1. Schutzschalter, der bei Überstrom, insbesondere bei Kurz schlußstrom anspricht und einen Widerstand mit positiver Temperaturcharakteristik (PTC-Widerstand) sowie einen von diesem parallel geschalteten Parallelwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelwiderstand (5) ein Widerstandskörper (13) aus einem leitenden Keramikmaterial, ist.

2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial des Widerstandskörpers (13) aus einem Mischoxyd, z. B. aus LaMnO₃ besteht.

3. Schutzschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Widerstandskörper (13) eine Preßform aufweist.

4. Schutzschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der parallel geschaltete Widerstandskörper (13), der PTC-Widerstand (19) und die Kontaktanschlußstücke (9, 11) eine kompakte Baueinheit bilden.

5. Schutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (13) aus einer Ringscheibe (15) be steht, in deren Durchtrittsöffnung (17) der PTC-Widerstand (19) koaxial angeordnet ist, und daß die beiderseits des Widerstandskörpers (13) angeordneten Ringflächen (21, 23) der Ringscheibe (15) zusammen mit den entsprechenden Stirn flächen (25, 27) des PTC-Widerstandes (19) mit je einer gemeinsamen Anschlußplatte (29, 31) der Kontaktanschluß stücke (9, 11) elektrisch leitend verbunden sind.

6. Schutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (19) aus einem zusammendrückbaren, elek trisch leitenden Polymer besteht, dessen Stirnflächen (25, 27) eine metallisierte Oberflächenschicht zum Verbinden mit den aus einem leitenden Metall bestehenden Kontaktanschluß stücken (9, 11) aufweisen.

7. Schutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Durchtrittsöffnung (17) umgebenden Ringflächen (21, 23) mit einer metallisierten Oberflächenschicht versehen sind.

8. Schutzschalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß die metallisierten Oberflächenschichten der Stirn flächen (25, 27), des PTC-Widerstandes (19) und der Ring flächen (21, 23) des Widerstandskörpers (13) aus Silber schichten bestehen.

9. Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (15) und die Durchtrittsöffnung (17) eine Rechteckform haben, wobei die Außenumfangsfläche (33) und die Innenumfangsfläche (35) der Ringscheibe (15) an den Ecken (35, 37, 39, 41, 43, 45, 47) jeweils Abrundungen aufweisen.

10. Schutzschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflächen (21, 23) zur formschlüssigen Aufnahme der rechteckförmig ausgebildeten Anschlußplatten (29, 31) der Kontaktanschlußstücke (9, 11) von je einem Umlaufrand (49, 51) umgeben sind.

11. Schutzschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlaufränder (49, 51) je eine Ausnehmung (53, 55) zur formschlüssigen Aufnahme von als Kontaktanschlüsse dienenden zungenartigen Verlängerungen (57, 59) an den Anschlußplatten (29, 31) aufweisen, und daß die Ausnehmungen (53, 55) in den Umlaufrändern (49, 51) an den entgegen gesetzten Schmalseiten (61, 63) der Ringscheibe (15) ange ordnet sind.

12. Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des PTC-Widerstandes (19) zwischen dessen Stirnflächen (25, 27) gegenüber der Höhe der Ringscheibe (15) zwischen den parallel zueinander angeordneten Ringflächen (21, 23) vor dem Zusammenbau im entlasteten Zustand ein Übermaß aufweist.

13. Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (19) schei benförmig ausgebildet ist.

14. Schutzschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (19) zylindrisch ausgebildet ist.