DE4445170C2 - Thermischer Auslöser - Google Patents

Description

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

Derartige thermische Auslöser weisen ein Thermobimetall auf, welches einseitig eingespannt ist sich und bei einem Überstrom, d. h. einem über dem Nennstrom liegenden Strom, ausbiegt und ein Schaltschloß betätigt, wodurch eine Kontaktstelle bleibend ge­ öffnet wird. Thermobimetalle können dabei indirekt oder direkt beheizt werden; bei direkter Beheizung durchfließt der Strom das Thermobimetall. Die Erfindung betrifft also einen thermischen Auslöser, bei dem das Thermobimetall direkt beheizt ist.

Unterschiedliche Nennströme und Charakteristiken werden durch Veränderung der Bimetallsorten (mit unterschiedlichem spezifi­ schen Widerstand und thermischer Ausbiegung), der Heizlänge, als die vom Strom durchflossene Länge des Bimetalls, und der Quer­ schnitte realisiert. Mit steigender Nennstromstärke müssen Bime­ talle mit kleineren spezifischen Widerständen und thermischen Ausbiegungen eingesetzt, die Heizlängen reduziert und die Quer­ schnittsflächen der Bimetalle vergrößert werden, um die Funktion des thermischen Auslösers bei Einhaltung einer bestimmten Schaltverlustleistung bzw. -erwärmung zu garantieren. Die Toleranzeinflüsse auf die Erwärmung und Ausbiegung der Bimetallauslöser nehmen dadurch zu. Mit steigenden Querschnittsflächen wird das Bimetallvolumen und damit der Metalleinsatz unnötig vergrößert, gleichzeitig aber die Anpassung an den Kraft-Weg-Bedarf des Schaltme­ chanismus verschlechtert. Unter Umständen muß auch bei großen Nennströmen auf eine indirekte Beheizung der Bimetalle mit hohem Aufwand zurückgegriffen werden.

Aus der FR 2 553 928 ist ein thermischer Auslöser bekannt geworden, bei dem ein Thermobimetallstreifen einseitig eingespannt ist und die Stromzuführung über einen Leiter zum freien Ende und die Stromabführung etwa im Bereich der Einspannstelle hin zu einer Lasche verläuft. Der Bereich des Thermobimetalls, durch den ein Strom flie­ ßen soll, kann dabei ein im Vergleich zu der Gesamtlänge des Thermobimetalls kurzer Bereich sein. Wo die Stromabführungsstelle angeordnet ist, entweder in der Mitte oder im Bereich der Einspannstelle, hängt lediglich damit zusammen, daß dadurch die Cha­ rakteristik des Thermobimetallstreifens verändert werden soll.

Aus der DE-PS 6 46 009 ist ein Auslöser bekannt geworden, der aus einem einzigen Bimetallstück gebildet ist, das zwei in entgegengesetztem Sinn schraubenförmig ge­ wundene Teile aufweist. Die Abwicklung der Fläche des Thermobimetallstreifens in eine Ebene ergibt ein V-förmiges, pfeilförmiges Gebilde; die beiden freien Enden der V-Form sind eingespannt. In diesem Bereich ist eine Stromzuführung bzw. Stromabfüh­ rung vorgesehen und zusätzlich kann auch ein Stromanschluß an der Pfeilspitze erfol­ gen. Damit besitzt der Thermobimetallstreifen zwei Einspannstellen, was mit einem ein­ seitig eingespannten Thermobimetallstreifen nicht vergleichbar ist.

Ein thermischer Auslöser der eingangs genannten Art ist aus der AT 389 188 bekannt geworden. Dort ist ähnlich wie bei dem thermischen Auslöser nach der FR 2 553 928 eine Stromzuführung am freien Ende des Thermobimetallstreifens und eine Stromab­ führung an der Einspannstelle des Thermobimetallstreifens vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermischen Auslöser der eingangs genannten Art für große Nennströme mit hoher Auslösegenauigkeit, geringer Verlustleistung und einfachem, kostengünstigem Aufbau zu schaffen.

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

Erfindungsgemäß sind am Thermobimetallstreifen eine Stromzuführungsstelle zwi­ schen zwei Stromabführungsstellen angeordnet, an denen je ein Leiter angeschlossen ist. Die freien Enden der an den Stromabführungsstellen angeschlossenen Leiter sind miteinander verbunden, so daß der Thermobimetallstreifen in zwei parallel geschaltete Streifenbereiche aufgeteilt ist.

Die Stromzuführung zum Thermobimetallstreifen erfolgt dabei etwa mittig am Thermo­ bimetallstreifen und wird an beiden Enden, an der Befestigungsstelle des Thermobime­ tallstreifens und am freien Ende, über zwei vergleichsweise dünne Cu-Seile oder -Lit­ zen wieder abgegriffen. Damit wird ein einseitig eingespannter Thermobimetallstreifen quasi in sich elektrisch parallel geschaltet, wobei die Aufteilung der Teilwiderstände der beiden Streifenbereiche gemäß Anspruch 2 etwa gleich ist. Der Widerstand des Thermobimetallstreifens wird so in etwa halbiert, ohne daß das Bimetallvolumen ver­ größert werden muß. Dadurch wird der Materialeinsatz minimal gehalten, die optimale Anpassung des Bimetallvolumens auf den Schaltmechanismus beibehalten, was wich­ tig ist für die Auslösegenauigkeit, und es wird die Beweglichkeit der Stromführung z. B. zum beweglichen Schaltkontakt durch die beiden Cu-Seile verbessert. Weiterhin können extrem kurze Heizlängen vermieden werden, wodurch die Er­ wärmungs- und Ausbiegungstoleranzen enger gehalten werden kön­ nen.

Ist der Bimetallstreifen elektrisch und mechanisch an einer Lichtbogenlaufschiene befestigt, siehe Anspruch 3, dann wird eine optimale Potentialangleichung von beweglichem Schaltkontakt und Lichtbogenlaufschiene erreicht, was für die Kommutierung des Lichtbogens günstig ist.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsge­ mäßen thermischen Auslösers,

Fig. 2 bis 4 unterschiedliche Anordnungen und Ausgestal­ tungen des thermischen Auslösers und

Fig. 5 das Ersatzschaltbild des Auslösers gemäß Fig. 1.

Der thermische Auslöser gemäß Fig. 1 ist ein Thermobimetallstreifen 10, welches ortsfest bei 11 einseitig eingespannt ist. Etwa in der Mitte ist eine Stromzuführungsstelle 12 vorgesehen, an der ein Stromzuführungsleiter 13 angeschlossen ist, der mit einer An­ schlußklemme (nicht gezeigt) verbunden ist. Am freien Ende des Thermobimetalls befindet sich eine erste Stromabführungsstelle 14 und an der Einspannstelle bei 11 eine zweite Stromabführungs­ stelle 15, an denen jeweils elektrische Leiter 16 und 17 ange­ schlossen sind, deren freie Enden bei 18 miteinander verbunden sind. Dadurch teilt sich der Strom I auf in einen ersten Teil­ strom I1, der von der Stromzuführungsstelle 12 über die Stromab­ führungsstelle 14 und den Leiter 16 zur Verbindungsstelle 18 führt, und in einen weiteren Teilstrom I2 der von der Stromzuführungs­ stelle 12 zur Stromabführungsstelle 15 und über den Leiter 17 zur Verbindungsstelle 18 fließt. Die Anordnung ist so aufgeteilt, daß insgesamt jeweils gleiche Teilströme I/2 fließen. Die Fig. 5 zeigt ein Ersatzschaltbild mit den Widerständen RCu1 und RBi1, die in Reihe liegen, sowie den Widerständen RCu2 und RBi2, die ebenfalls in Reihe liegen und zusammen parallel zu den beiden Widerständen RCu1 und RBi1 geschaltet sind. Wählt man:

RCu1 + RBi1 = RCu2 + RBi2,

dann ist I1 = I2 = I/2.

Diese Anordnung gemäß Fig. 1 kann nun auf unterschiedliche Weise in einem Leitungsschalter untergebracht sein.

Ein solcher Leitungsschutzschalter besitzt einen Kontakthebel 20, der um einen Drehpunkt 21 etwa in seinem mittleren Bereich drehbar ist, wobei der eine Hebelarm 22 in den Bereich einer quer dazu verlaufenden Lichtbogenleitschiene 23 reicht und der andere Hebelarm 24 ein bewegliches Kontaktstück 25 aufweist, welches mit einem U-förmig gebogenen festen Kontaktstück 26 zu­ sammenwirkt. Das feste Kontaktstück 26 ist an einem Joch 27 an­ geformt, in dem eine Spule 28 untergebracht ist, die einen Ma­ gnetanker (nicht gezeigt) betätigt. Das feste Kontaktstück 26 besitzt einen Fortsatz 29, der zum Joch 27 hin zurückgebogen ist, so daß dieser Bereich 29 als eine Art Lichtbogenleitschiene dient, die den Lichtbogenfußpunkt, der am festen Kontaktstück 26 entsteht, zu einer Lichtbogenleitschiene 30 führt, die ggf. auch durch einen benachbarten Seitensteg 31 des Joches gebildet sein kann. Zwischen den beiden Lichtbogenleitschienen 30 bzw. 31 und 23 befindet sich ein Lichtbogenlöschblechpaket 32.

Die Lichtbogenleitschiene 23 ist von dem Lichtbogenlöschblechpa­ ket 32 über den beweglichen Kontakthebel 20 hinaus verlängert; an dem freien Ende der Verlängerung 33, an der Einspannstelle 35, ist ein Thermobimetall 34 fest eingespannt; die Einspann­ stelle 35 entspricht der Einspannstelle 11 der Fig. 1. Das Ther­ mobimetall 24 entspricht dem Thermobimetall 10. Etwa in seiner Mitte ist eine Stromzuführungsstelle 36 angebracht, an der eine Anschlußleitung 37 anschließt. An der Stromabführungsstelle 35 ist am Thermobimetall eine Stromabführungsleitung 38 und am freien Ende des Thermobimetalls eine Stromabführungsleitung 39 angeschlos­ sen, deren freie Enden bei 40 mit dem beweglichen Kontakthebel 20 verbunden sind. Die Einspannstelle bei 35 entspricht, wie gesagt, der Einspannstelle bei 11; die Zuführungsstelle 36 der Stelle 12, der Leiter 37 dem Leiter 13, der Leiter 39 dem Leiter 16 und der Leiter 38 dem Leiter 17 in der Fig. 1.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist unterschiedlich zu der nach Fig. 2, daß ein beweglicher Kontakthebel 41 vorgesehen ist, des­ sen Drehpunkt 42 an seinem einen Ende und dessen bewegliches Kontaktstück 43 an seinem anderen Ende angeformt bzw. angeordnet ist, wobei das bewegliche Kontaktstück näher an der Lichtbogen­ leitschiene 23 liegt als der Drehpunkt 42. Der thermische Auslö­ ser 34 entspricht dem thermischen Auslöser 34 der Fig. 2 und die Verbindungsstelle 40 ist an dem beweglichen Kontakthebel 41 etwa in der Mitte zwischen dem Drehpunkt 42 und dem beweglichen Kon­ taktstück 43 angeschlossen.

Bei den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 befinden sich der beweg­ liche Kontakthebel und das Thermobimetall auf der gleichen Seite des Joches, in Lichtbogenlaufrichtung L gesehen.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist ein elektromagnetischer Aus­ löser 50 vorgesehen, dessen Magnetjoch 51 zweigeteilt ist in einen oberen Teil 53 und einem unteren Teil 54; an dem oberen Teil 53 ist eine Verlängerung 55 angeformt, an der das Thermobi­ metall 56 angeschlossen bzw. befestigt ist. An dem unteren Teil 54 ist ein festes Kontaktstück 57 angeformt, welches mit dem be­ weglichen Kontaktstück 58 zusammenwirkt, das an einem um eine Achse 59 drehbaren Hebel 60 angebracht ist. Das Thermobimetall 56 besitzt zwei Stromabführungsstellen 61 und 62, und die daran an­ schließenden Leiter 63 und 64 sind bei einer Verbindungsstelle 65 miteinander verbunden, wobei die Verbindungsstelle mit einer Anschlußklemme verbunden ist. Etwa im mittleren Bereich des Thermobimetalls 56 befindet sich eine Stromzuführungsstelle 66, an der ein Leiter 67 angeschlossen ist, der mit der Spule 68 des magnetischen Auslösers verbunden ist.

Etwa im mittleren Bereich des Hebels 60 ist eine Litzenleitung 69 angeschlossen, die mit einer Lichtbogenleitschiene 70 verbun­ den ist, die im wesentlichen eine L-förmige Struktur hat, deren einer Schenkel 71 eine Lichtbogenleitschiene bildet, die zusam­ men mit dem unteren Teil 54 des Magnetjoches 51 ein Lichtbogen­ löschblechpaket 72 begrenzt. Der Kontakthebel 60 befindet sich auf der einen Seite des Joches, in Lichtbogenlaufrichtung L₁ ge­ sehen, und das Thermobimetall auf der entgegengesetzten Seite des elektromagnetischen Auslösers 50. Der untere Teil 54 ist derjenige Teil des Joches 51, der dem Lichtbogenlöschblechpaket 72 zugewandt ist, während der obere Teil 53 dem Lichtbogenlösch­ blechpaket abgewandt liegt.

Während bei den Ausführungen nach den Fig. 2 und 3 die beiden Leiter 39 und 38 mit dem beweglichen Kontakthebel verbunden sind, sind die Leiter 63 und 64 mit der Anschlußklemme ver­ bunden; während der Anschlußleiter 37 zur Anschlußklemme führt, führt der Leiter 67 zur Spule 68; darüberhinaus sind alle drei Lösungen gleich. In der Wirkung jedenfalls ist die Lösung gemäß Fig. 4 den Lösungen gemäß den Fig. 2 und 3 identisch. Die Bemes­ sung der einzelnen Bereiche der Thermobimetalle zusammen mit den Teilleitern 38 und 39 soll so erfolgen wie in Fig. 5 angegeben: die Summe der Widerstände der Teilbereiche sind gleich, so daß über beide Zweige jeweils der gleiche Strom fließt, nämlich I/2.

Die Leiterteilstücke 39 und 38 haben den Vorteil, daß sie mit geringem Querschnitt hergestellt werden können, so daß die Be­ weglichkeit der beiden Leiterteilstücke groß ist und damit der Reibungseinfluß auf die Bewegung des beweglichen Kontakthebels 41 bzw. 20 minimiert werden kann. Da der Widerstand des Thermo­ bimetalls in etwa halbiert wird, ohne daß das Bimetallvolumen vergrößert werden muß, wird der Materialeinsatz niedrig gehal­ ten; die optimale Anpassung des Bimetallvolumens auf den Schalt­ mechanismus, was wichtig für die Auslösegenauigkeit ist, wird beibehalten und außerdem können extrem kurze Heizlängen vermie­ den werden, wodurch die Erwärmungs- und Ausbiegungstoleranzen enger gehalten werden können.

Claims (3)

1. Thermischer Auslöser für ein elektrisches Installationsgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, mit einem einseitig eingespannten Thermobimetallstrei­ fen, welcher bei einem über Nennstrom liegenden Strom sich erwärmt und ausbiegt und ein Schaltschloß betätigt, so daß eine Kontaktstelle geöffnet werden kann, da­ durch gekennzeichnet, daß am Thermobimetallstreifen (10) eine erste Stromzuführungsstelle (12; 36, 66) zwischen einer Stromabführungsstelle (15, 35, 62) an der Einspannstelle und einer weiteren Stromabführungsstelle (14, 40, 61) am freien Ende angeordnet ist, an denen je ein Leiter (13, 16, 17, 37; 38, 39; 67, 63, 64) angeschlossen ist, und daß die freien Enden der an den Stromabführungsstellen (14, 15; 40, 35; 61, 62) angeschlossenen Leiter (16, 17; 38, 39; 63, 64) miteinander verbunden sind, so daß der Thermobimetallstreifen (10) in zwei parallel geschaltete Streifenbereiche aufgeteilt ist.

2. Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwiderstände der beiden Streifenbereiche und der damit verbundenen Leiter etwa gleich groß sind.

3. Auslöser nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Kontaktstelle, der Lichtbogenlauf­ schienen zugeordnet sind, die den bei Öffnung der Kontaktstellen entstehenden Licht­ bogen einer Löschkammer zuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermobime­ tallstreifen (23) an einer der Lichtbogenlaufschienen befestigt ist.