DE4435795A1

DE4435795A1 - Elektromagnetisches Schaltgerät

Info

Publication number: DE4435795A1
Application number: DE19944435795
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Ing Hauner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 1996-04-11
Also published as: WO1996011487A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät mit einem elektromagnetischen Auslöser, einer Kontaktanordnung mit einem Festkontakt, einem beweglichen Kontakt und einer Kontaktdruckfeder, die im durch den Auslöser bewirkten, geschlossenen Zustand beider Kontakte eine Kontaktandruck kraft bereitstellt.

Ein gattungsgemäßes Schaltgerät ist z. B. durch die DE-OS 35 40 460 bekannt. Bei derartigen Schaltgeräten, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, einschließlich Relais und Schaltern für die Installationstechnik, wird ein gutes Über temperaturverhalten gefordert. Bei Stromführung darf im Be reich der Kontaktstelle sowie an den Anschlüssen ein bestimm ter Temperaturwert nicht überschritten werden, da dies die Funktionsfähigkeit des Schaltgerätes beeinträchtigen könnte. Hohe Übertemperaturwerte werden bisher in der Regel durch Auswahl niederohmiger Kontaktwerkstoffe bzw. durch Erhöhung der Kontaktandruckkraft, z. B. durch Verwendung von Federn höherer Federkraft, d. h. höherer Federkonstante im Schalt gerät vermieden. In vielen Fällen sind mit diesen Maßnahmen allerdings Nachteile, wie z. B. geringere Lebensdauerschalt zahlen, schlechteres Einschaltvermögen, usw. verbunden.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Schaltgeräte der oben genannten Art hinsichtlich ihres Übertemperaturver haltens auf einfache Weise zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein unter Verwendung einer Formgedächtnislegierung hergestelltes Element vorgesehen ist, das temperaturabhängig die Kontakt andruckkraft verstärkt.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird die Kontaktdruckfeder unter Verwendung einer Formgedächtnis legierung hergestellt, was besonders vorteilhaft ist, da die Kontaktdruckfeder ohnehin vorhanden ist und somit kein zu sätzliches Teil benötigt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Formgedächtnislegie rung reversibel ist, weil zusätzliche Mittel zur Rückstellung der Kontaktdruckfeder nach ihrer Längendehnung in den Ausgangszustand sich erübrigen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform erhält man, wenn die Kontaktdruckfeder bimetallartig als Verbundfeder aus Stahl und einer Formgedächtnislegierung ausgeführt ist. Die Herstellung von Bimetallen ist eine gängige Technik, in deren Verbindung eine Formgedächtnislegierung mit Einwegeeffekt gemäß Anspruch 5 vorteilhafterweise ausreicht.

Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Element temperaturab hängig seine Abmessungen verändert und dadurch bedingt den Federweg der Kontaktdruckfeder und damit die Kontaktandruck kraft vergrößert.

Als besonders günstig erweist es sich, wenn das Element als oval geformter Ring ausgeführt ist, der bei Temperaturerhö hung sich der Kreisform nähert und dadurch den Federweg der Kontaktdruckfeder sowie die Kontaktandruckkraft vergrößert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Schaltgerät mit elektromagnetischem Auslöser und einer Kontaktanordnung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 zeigt eine Kontaktanordnung mit beweglichen Kontakten und Festkontakten im geschlossenen Zustand,

Fig. 3 zeigt eine Kontaktdruckfeder aus einer Formgedächt nislegierung im martensitischen Zustand und

Fig. 4 im austenitischen Zustand,

Fig. 5 zeigt eine Kontaktanordnung mit einem ovalen Ring im martensitischen Zustand,

Fig. 6 zeigt eine Darstellung der Kontaktanordnung gemäß Fig. 5 mit demselben Ring mit annähernder Kreisform im austenitischen Zustand.

In Fig. 1 ist unter Weglassung des Gerätegehäuses der prinzi pielle Aufbau eines elektromagnetischen Schaltgerätes darge stellt. Es weist einen elektromagnetischen Auslöser auf, zu dem ein nicht schaltendes Magnetteil 1 mit einer Erregerspule 2 gehören, das in üblicher Weise im nichtdargestellten Gehäu se befestigt ist. Ein schaltendes oder bewegliches Magnetteil 3 ist mit einem Kontaktbrückenträger 4 verbunden, in welchem in Fenstern 5 Kontaktbrücken 6 über Kontaktdruckfedern 8 in bekannter Weise gehalten sind. Die beweglichen Kontaktbrücken 6 mit den Kontakten 7 wirken mit Festkontakten 9 als Öffner bzw. Schließerkontakt zusammen. Die symbolisch dargestellten Rückdruckfedern 10 bewirken das Zurückdrängen des beweglichen Magnetteils 3 mit dem Kontaktbrückenträger 4 und Schließen der Kontaktbrücke 6 mit den Festkontakten 9, wobei die Kon taktdruckfeder 8 für den Öffnerkontakt zusammengedrückt wird, wie dies die Kontaktanordnung im oberen rechten Fenster 5 des Kontaktbrückenträgers 4 zeigt.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt mit Festkontakten 9, einer Kon taktbrücke 6 und der auf diese wirkenden Kontaktdruckfeder 8 dargestellt. Letztere kann erfindungsgemäß unter Verwendung einer Formgedächtnislegierung mit Zweiwegeeffekt hergestellt sein, so daß sich temperaturabhängig zwei Zustände der Kon taktdruckfeder 8 gemäß den Fig. 3 und 4 ergeben. Fig. 3 zeigt den martensitischen Zustand der Kontaktdruckfeder 8, bei der z. B. die Martensit-Ende-Temperatur M_f unter 100°C und die Austensit-Start-Temperatur A_s oberhalb dieses Temperaturwertes gemäß folgender Bedingung liegt:

M_f < T: ca. 100°C < A_s.

Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur T geht die Kontakt druckfeder 8 vom martensitischen Zustand in den austeniti schen Zustand gemäß Fig. 4 über, womit eine Längendehnung der Kontaktdruckfeder 8 vom Zustand in Fig. 3 zum Zustand in Fig. 4 verbunden ist. Der austenitische Zustand ist dadurch charak terisiert, daß die Austenit-Ende-Temperatur A_f unterhalb von 120°C liegt und die kritische Temperatur M_d, bei der der Formgedächtniseffekt verloren geht, über diesem Temperatur wert liegt. Die Temperaturbedingungen im austenitischen Zu stand lassen sich demgemäß durch folgende Gleichung beschrei ben:

A_f < T: ca. 120°C < M_d.

Durch die Längendehnung der Kontaktdruckfeder 8 beim Übergang in den austenitischen Zustand wird die Kontaktandruckkraft der geschlossenen Kontakte 7 und 9 erhöht, wodurch der Kon taktwiderstand vermindert wird und zugleich die Übertempera tur bei Stromführung erniedrigt wird.

Wird der Stromfluß unterbrochen und kühlt sich daraufhin das Kontaktsystem ab, so wandelt sich die Kontaktdruckfeder 8 wieder vom austenitischen Zustand in den martensitischen Zu stand um und verkürzt sich auf die ursprüngliche Länge, d. h. die Formgedächtnislegierung ist reversibel. Die Kontaktdruck feder 8 wirkt hier als ein "thermomechanisches Regelglied".

Anstelle einer Kontaktdruckfeder 8 aus einer Formgedächtnis legierung mit Zweiwegeeffekt, d. h. mit entsprechend der Tem peraturänderung reversiblem Ausdehnungsverhalten gemäß Fig. 3 und 4 kann auch eine Verbundfeder aus Stahl und einer Form gedächtnislegierung mit Einwegeeffekt verwendet werden, wobei der Aufbau ähnlich einem Bimetall ist. Wird bei Stromführung eine unzulässig hohe Temperatur an den Kontakten 7, 9 über schritten, so führt die Formgedächtnislegierung durch Umwand lung von Martensit zu Austenit zu einer zusätzlichen Längen änderung der Feder und damit Erhöhung der Kontaktkraft. Bei Unterbrechung des Stromflusses und Abkühlung des Kontaktsy stems wandelt sich der Austenit wieder zu Martensit um. In folge der leichten Verformbarkeit der martensitischen Formge dächtnislegierung erfolgt die Rückstellung durch die Feder kraft der Stahlfeder.

In manchen Schaltgeräten, wie z. B. Schützen größerer Baugrö ße, befindet sich die Kontaktdruckfeder 8 nicht unmittelbar an der Kontaktbrücke 6, wie schematisch in Fig. 2 gezeigt, sondern in der Nähe des Magnetsystems, wie z. B. in Fig. 5 und 6 angezeigt. Wird im Bereich der Kontaktbrücke 6 z. B. ein ovaler Ring 11 aus einer Formgedächtnislegierung mit Zweiwe geeffekt verwendet, der im martensitischen Zustand von einer runden Form in eine ovale Form gebracht wurde, so wird sich dieser ovale Ring 11 bei Überschreiten der Austenit-Start- Temperatur A_s von z. B. 120°C in die runde Form dehnen und dadurch eine zusätzliche Kontaktandruckkraft ausüben und den Kontaktwiderstand und somit die Übertemperatur vermindern. Bei Abkühlung unter die Martensit-Start-Temperatur M_s nimmt der Ring 11 wieder die ovale Form ein. Die Längendehnung des Rings 11 hat zur Folge, daß der Federweg der Kontaktdruck feder 8 und damit auch die Kontaktandruckkraft vergrößert wird. Bei hohen Temperaturen ergibt sich der Federweg, d. h. der Weg, um den die Feder zum Aufbau der Kontaktandruckkraft verkürzt wird, zum einen aus der Verschiebung des Kontakt brückenträgers 4 und zum anderen aus der Längendehnung des Rings 11 von der ovalen Form in die Kreisform.

Claims

1. Schaltgerät mit einem elektromagnetischen Auslöser (1, 2, 3), einer Kontaktanordnung mit einem Festkontakt (9), einem beweglichen Kontakt (7) und einer Kontaktdruckfeder (8), die im durch den Auslöser (1, 2, 3) bewirkten, geschlosse nen Zustand beider Kontakte (7, 9) eine Kontaktandruckkraft bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter Verwendung einer Formgedächtnislegierung herge stelltes Element (8, 11) vorgesehen ist, das temperaturabhän gig die Kontaktandruckkraft verstärkt.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kontaktdruckfeder (8) unter Ver wendung einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist.

3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Formgedächtnislegierung reversi bel ist.

4. Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktdruckfeder (8) bimetallartig als Verbundfeder aus Stahl und einer Formgedächtnislegierung ausgeführt ist.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Formgedächtnislegierung mit Ein wegeeffekt verwendet ist.

6. Schaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ele ment (8, 11) temperaturabhängig seine Abmessungen verändert und dadurch bedingt den Federweg der Kontaktdruckfeder (8) und damit die Kontaktandruckkraft vergrößert.

7. Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Element als oval geformter Ring (11) ausgeführt ist, der bei Temperaturerhöhung sich der Kreisform nähert.