DE60036365T2

DE60036365T2 - Klappankersystem für einen schutzschalter

Info

Publication number: DE60036365T2
Application number: DE60036365T
Authority: DE
Inventors: Walter Felden; Matthias Reichard
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: CN1214431C; PL198057B1; WO2001022462A1; HUP0104368A2; EP1131836A1; EP1131836B1; US6326869B1; DE60036365D1; CN1337054A; PL347798A1

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Schutz elektrischer Ausrüstungen und insbesondere einen Schutzschalter bzw. Stromunterbrecher, der unter Schwachstrombedingungen arbeitet und der ein Klappankersystem zur Auslösung des Stromunterbrechers als Reaktion auf einen Kurzschlusszustand enthält.
Stromunterbrecher bieten gewöhnlich einen Schutz gegen andauernde Überstromzustände und gegen sehr hohe Ströme, die durch Kurzschlüsse hervorgerufen werden. Diese Art eines Schutzes wird in vielen Stromunterbrechern durch einen thermisch magnetischen Auslösemechanismus erzielt, der einen thermischen Auslöseteil und einen magnetischen Auslöseteil, ähnlich dem in 1 veranschaulichten, aufweist. Der Auslösemechanismus 10 nach 1 enthält einen Leiter 12, der Strom von einem Lastanschluss zu dem Paar Kontaktstücke zur Unterbrechung eines Stroms in Abhängigkeit von einem Überstrom- oder Kurzschlusszustand führt.
Der thermische Auslöseteil 13 des Auslösemechanismus 10 enthält einen Bimetallstreifen 14, der ein an dem Leiter 12 angebrachtes Ende 16 aufweist. Der Bimetallstreifen ist aus zwei Metallen mit unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten ausgebildet, so dass sich ein freies Ende 15 des Bimetallstreifens gegen den Uhrzeigersinn krümmt oder verbiegt, wenn die Temperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet. Wie veranschaulicht, ist der Bimetallstreifen 14 benachbart und im Wesentlichen parallel zu einem Abschnitt des Leiters 12 angeordnet. Wenn ein Überstromzustand auf tritt, erzeugt der Leiter Wärme, die wiederum die Temperatur des Bimetallstreifens steigert. Wenn die Temperatur des Bimetallstreifens größer wird als der vorbestimmte Soll← bzw. Grenzwert, verbiegt sich das freie Ende 15 des Bimetallstreifens, um ein mit dem Paar trennbarer Kontaktstücke verbundenes Gestänge zu betätigen. Das Gestänge öffnet dann das Kontaktpaar, um den Strom zu unterbrechen und dadurch die Last vor dem Überstromzustand zu schützen.
Der magnetische Auslöseteil 17 des Auslösemechanismus 10 enthält einen Klappanker 18, der ein Ende 20, das mit dem Gehäuse des Stromunterbrechers schwenkbar verbunden ist, und ein freies Ende 22 aufweist, das mit dem Gestänge verbunden ist, um das Paar trennbarer Kontaktstücke in Abhängigkeit von einem Kurzschlusszustand zu öffnen. Wie in 1 veranschaulicht, ist der Klappanker in der Nähe des Bimetallstreifens 14 angeordnet. Über dem Leiter 12 und dem Bimetallstreifen ist ein im Wesentlichen U-förmiges Joch 24 angeordnet. Arme 26 und 28 des Jochs erstrecken sich in der Nähe des Klappankers 18. Wenn ein Kurzschlusszustand auftritt, wird in dem Joch ein Magnetfeld erzeugt, das zu dem Strom, der durch den Leiter fließt, proportional ist. Wenn die magnetische Kraft, die den Klappanker 18 anzieht, größer ist als ein vorbestimmter Wert, verschwenkt der Klappanker im Uhrzeigersinn, so dass er mit dem Joch 24 in Eingriff gelangt und das Gestänge betätigt, um die Kontaktstücke zu öffnen.
Der Auslösemechanismus nach 1 wird üblicherweise dazu verwendet, Lasten zu schützen, die unter Starkstrombedingungen arbeiten, jedoch nicht für Schwachstrombetriebsbedingungen. Im Allgemeinen sind diese thermisch magnetischen Auslösemechanismen 10 nicht in der Lage, einen Schutz bei einem elektrischen Strom in der Größenordnung von 16 bis 60 Ampere zu bieten. Ein derartiger Strompegel ist nicht in der Lage, ein Magnetfeld der für eine Klappankerbewegung erforderlichen Stärke zu induzieren, wenn ein Kurzschlussschutz benötigt wird. Gewöhnlich enthält ein magnetischer Auslöseteil 17 des Stromauslösemechanismus 10 für Stromunterbrecher ein Solenoid, das im Hinblick auf die Schwachstrombetriebsbedingungen wesentlich empfindlicher reagiert.
US 5 872 495 beschreibt eine veränderliche thermische und magnetische Struktur für die Auslöseeinheit eines Stromunterbrechers.
Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen tragen:
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des thermisch magnetischen Auslöseteils nach dem Stand der Technik;
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Stromunterbrechers, der einen thermisch magnetischen Auslösemechanismus enthält, der die vorliegende Erfindung verkörpert;
3 zeigt eine explodierte Perspektivdarstellung des thermisch magnetischen Auslösemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine ebene Seitenansicht des thermisch magnetischen Auslösemechanismus nach 3;
5 zeigt eine Querschnittsansicht des thermisch magnetischen Auslösemechanismus nach 4, geschnitten entlang der Linie 5-5 und unter Veranschaulichung des Stromflusses und der elektromagnetischen Kraft, wie sie darin vorliegen;
6 zeigt eine explodierte Perspektivdarstellung einer modifizierten Ausführungsform des thermisch magnetischen Auslösemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine ebene Seitenansicht des thermisch magnetischen Auslösemechanismus nach 6; und
8 zeigt eine Querschnittsansicht des thermisch magnetischen Auslösemechanismus nach 7, geschnitten entlang der Linie 6-6 und unter Veranschaulichung des Stromflusses und der elektromagnetischen Kraft, wie sie darin vorliegen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf 2 ist dort eine Ausführungsform eines Schutzschalters oder Stromunterbrechers, der allgemein bei 20 veranschaulicht ist, einschließlich eines Klappankersystems 30, dargestellt. Der Stromunterbrecher 20 enthält ein Paar von Drehkontaktstücken 34, 36, die auf gegenüber liegenden Enden eines Drehkontaktarms 38 angeordnet sind. Die Drehkontaktstücke 34, 36 sind zu festen Kontaktstücken 40 bzw. 42 in einer gegenüberliegenden Ausrichtung angeordnet. Der Drehkontaktarm ist an dem Stromunterbrecherrahmen bei 48 schwenkbar gelagert. Der Drehkontaktarm 38 steht mit Betätigungsmechanismus des Stromunterbrechers an zwei Dreheingriffsstellen 44, 46 in Eingriff, die zwischen den Drehkontaktstücken eingefügt sind.
Der Betätigungsmechanismus enthält eine Reihe von Gestängen und Hebeln 50, die den Drehkontaktarm 38 mit dem Klappankersystem 30 verbinden. Zwei Hebel 52, 54 wirken mit dem Klappankersystem 30 zusammen, um einen Auslöser 66 des Betätigungsmechanismus 50 zu aktivieren und die Drehkontaktstücke 34, 36 zu öffnen.
Die Hebel 52, 54 des Betätigungsmechanismus 50 sind an dem Stromunterbrecherrahmen drehbar montiert. Ein wärmeempfindlicher bzw. auf Wärme ansprechender Streifen, beispielsweise ein Bimetallstreifen 88, kommt im erwärmten Zustand mit einem Arm 58 des ersten Hebels 52 in Eingriff, so dass er folglich den ersten Hebel verdreht und den Auslöser 66 auslöst. Ein zweiter Hebel 54 kommt beim Verdrehen mit einem weiteren Arm 64 des ersten Hebels 52 in Eingriff. Während eines Kurzschlusszustandes verdreht sich ein Klappanker 78 und kommt mit einem Arm 62 des Hebels 54 in Eingriff, wodurch die Hebel 52, 54 verdreht werden, um den Auslöser 66 zu aktivieren, der anschließend den Kontaktarm 38 verdreht, um die Kontaktstücke 34, 36, 40, 42 voneinander zu trennen, um einen Strom zu unterbrechen.
Wie in 3 veranschaulicht, enthält das Klappankersystem 30 einen Eingangsanschluss 60, der an dem Stromun terbrecherrahmen montiert ist. Der Eingangsanschluss 60 enthält eine im Wesentlichen horizontale Kontaktnase 64, die eine elektrische Verbindung zu der Last oder Quelle schafft. An einem Ende 66 der horizontalen Nase 64 hängt ein vertikales Element 68 nach unten herab. Von dem vertikalen Element 68 ragt an einer Seite 74 ein L-förmiger Verlängerungsstab 72 nach oben vor. Die Längserstreckung des Verlängerungsstabs reicht bis über den Klappanker 78, um in einem Kurzschlusszustand eine freie Bewegung des Klappankers zuzulassen, wie dies in größeren Einzelheiten hier nachstehend beschrieben ist. An einem oberen freien Ende 80 des Verlängerungsstabs 72 ist ein Ende einer elektrisch leitenden Litze 84 beispielsweise durch Hartlöten, Schweißen oder Weichlöten angebracht. Ein anderes Ende 90 der Litze 84 ist an einer inneren Fläche 92 eines freien Endes 94 des Bimetallstreifens 88 befestigt, der in größeren Einzelheiten hier nachstehend beschrieben ist.
Eine Heizeinrichtung 96 ist aus einem Material, beispielsweise einer Legierung, aufgebaut, das leitende und wärmbeständige Eigenschaften aufweist. Die Heizeinrichtung ist durch ein in der Technik allgemein bekanntes Verfahren, z.B. durch Stanzen oder Schmieden, integral, in einem Stück hergestellt. Somit weist die Heizeinrichtung 96, obwohl sie integral hergestellt und aus einem einzelnen Material aufgebaut ist, eine komplexe Gestalt auf, die eine Montage an dem Rahmen des Stromunterbrechers ermöglicht und dazu dient mehrere Strompfade zu schaffen.
Die Heizeinrichtung 96 enthält eine horizontale Montagenase 98 zur Sicherung der Heizeinrichtung an dem Rahmen des Stromunterbrechers durch Mittel, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind. Die Heizeinrichtung enthält eine vertikale Montagenase 100, die sich von der horizontalen Montagenase 98 aus aufwärts erstreckt. Die vertikale Montagenase 100 stellt eine Montagefläche bereit, um ein Ende des Bimetallstreifens 88 an dieser anzubringen. Die vertikale Montagenase 100 definiert eine erste Ebene der Heizeinrichtung 96. Ein Eingangsleiter 102 erstreckt sich von einem Ende 104 der vertikalen Montagenase 100 aus nach oben und tritt bei 106 unter einem Winkel von dem Bimetallstreifen 88 weg nach innen vor. Der Eingangsleiter definiert eine zweite ebene Fläche, die in einer vorbestimmten Entfernung von der ersten ebenen Fläche beabstandet ist, wodurch zwischen dem Bimetallstreifen 88 und dem Heizelement 108, das hier nachstehend beschrieben ist, ein Zwischenraum 232 (siehe 5) gebildet ist. Der Eingangsleiter 102 erstreckt sich über eine vorbestimmte Strecke, die kleiner ist als die Länge des Bimetallstreifens 88, hinweg nach oben, um jede gegenseitige Störbeeinflussung mit dem Betätigungsmechanismus 20 zu verhindern (2).
Von einem oberen Ende 110 des Eingangsleiters 102 erstreckt sich ein Heizelement 108 neben dem Eingangsleiter. Das Heizelement 108 weist eine schlangenförmige Gestalt auf, die sich abwärts in Richtung auf die vertikale Montagenase 100 erstreckt und eine Länge aufweist, die der Länge des Eingangsleiters 102 ungefähr gleich ist. Das Heizelement 108 weist eine Breite auf, die der Breite des Bimetallstreifens 88 im Wesentlichen gleich ist, und ist in Bezug auf den Bimetallstreifen zentral angeordnet.
Von einem unteren Ende 116 des Heizelementes aus erstreckt sich ein Ausgangsleiter 112 einer vorbestimmten Länge, die der Länge des Heizelementes 108 in etwa gleich ist, im Wesentlichen parallel zu dem Eingangsleiter 102 und dem Heizelement 108. Ein oberes Ende 118 des Ausgangsleiters 112 weist eine Kontaktnase 120 auf, die im Wesentlichen horizontal von diesem weg hängt. Die Nase 120 weist eine im Wesentlichen ebene Gestalt mit einem Loch 122 auf, das durch sie hindurch ausgebildet ist. Die Nase 120 ist in elektrischem Kontakt mit Laststrom führenden Komponenten des Stromunterbrechers eingerichtet.
Wie hier vorstehend beschrieben, sind der Eingangsleiter 102 und der Ausgangsleiter 112 (der erste und der zweite Leiter) vertikal angeordnet, während das Heizelement 108 zwischen diesen eingefügt ist. Die vertikalen Abschnitte 118, 120 der Leiter 102, 112 verlaufen im Abstand zu dem Heizelement 108 in einer vorbestimmten Entfernung, um dazwischen Schlitze 122, 124 zur Aufnahme von Armen 152, 154 eines Jochs 150 zu schaffen, das in größeren Einzelheiten hier nachstehend beschrieben ist.
Der Bimetallstreifen 88 weist wenigstens zwei Metalle mit unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten auf, die ausgewählt sind, damit sich dieser in Abhängigkeit von einer Temperatursteigerung verbiegt. Die Metalle, die der Streifen umfasst, sind in der Kombination elektrisch leitend.
Ein unterer Teil 126 des Bimetallstreifens 88 hängt von dem oberen Teil 128 des Bimetallstreifens 88 herab und ist wesentlich breiter als der obere Teil 128. Mit zwei Heftschweißnähten 130, 132 ist der untere Teil 126 des Bimetallstreifens 88 an der vertikalen Montagenase 100 befestigt. Jedoch ist ohne weiteres zu verstehen, dass andere in der Technik allgemein bekannte Befestigungsmittel, z.B. Nieten, Zapfen und Schrauben, die Befestigung darstellen können.
Der Bimetallstreifen 88 ist im Wesentlichen rechteckig und weist im Wesentlichen die gleiche Breite wie das Heizelement 108 auf, wobei beide bemessen sind, um zwischen den Armen 152, 154 des Jochs 150 (das hier nachstehend beschrieben werden soll) angeordnet zu werden. Ein oberes Ende 94 des Bimetallstreifens 88 erstreckt sich bis über das Heizelement 108, um mit dem Betätigungsmechanismus 20 verbunden zu werden, wie dies hier vorstehend beschrieben ist. Der Bimetallstreifen 88 bringt einen mit einem Auslöser 66 verbundenen Hebel 52 außer Eingriff (siehe 2), wenn das obere Ende 94 des Bimetallstreifens 88 sich in Abhängigkeit von der durch den Strom in dem Heizelement 108 erzeugten Wärme verbiegt. Der Bimetallstreifen 88 ist in der Nähe des Heizelementes 108 und im Wesentlichen dem Heizelement parallel gegenüberliegend angeordnet.
Ferner ist das andere Ende 90 der Litze 84 an der Innenfläche 92 des freien Endes 94 des Bimetallstreifens 88 durch in der Technik allgemein bekannte Mittel, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, befestigt. Zwischen dem oberen freien Ende 80 des Verlängerungsstabs 72 und dem anderen Ende 90 ist die Litze nachgiebig eingerichtet, um eine freie Bewegung des Bimetallstreifens unter Aufrechterhaltung eines dauerhaften elektrischen Kontaktes zuzulassen.
Das Joch 150 weist zwei Arme 152, 154 auf, die einen gebogenen Körper 158 bilden, der eine zwischen diesen definierte ebene rechteckige Montagebasis 156 aufweist. Die Montagebasis erstreckt sich über eine vorbestimmte Länge hinweg von dem gebogenen Körper 158 aus und ist an dem Stromunterbrechergehäuse angebracht, damit das Joch gehaltert wird.
Wie am besten aus den 4 und 5 ersichtlich, führen die Arme 152 und 154 durch die Schlitze 122, 124 hindurch, die jeweils zwischen dem Heizelement 108 und dem Leiter 102 bzw. 112 eingerichtet sind. Die Arme 152 und 154 erstrecken sich über eine vorbestimmte Strecke hinweg durch die Schlitze hindurch, um einen vorbestimmten Luftspalt L (siehe 5) in der Nähe des Klappankers 78 zu definieren. Das Joch ist aus einem magnetisch permeablen Material ausgebildet, um einen Pfad für einen durch ein induziertes Magnetfeld erzeugten Magnetfluss zu schaffen. Ein Fachmann wird ohne weiteres verstehen, dass die Position des Klappankers in Bezug auf die Arme 152, 154 des Jochs 150 die magnetische Anziehung und somit den Einstellwert des Sollwerts zur magnetischen Überstromauslösung beeinflusst.
Bezugnehmend auf 3 und 4 ist ein Ende 134 des Klappankers 78 an dem Stromunterbrecherrahmen bei 136 zwischen dem vertikalen Element 68 und dem Bimetallstreifen 88 schwenkbar gelagert (siehe 2). Ein gegenüberliegendes Ende 132 des Klappankers ist um eine vorbestimmte Länge oberhalb des Schwenkpunkts positioniert, um bei einer Verdrehung des Klappankers im Uhrzeigersinn mit dem Hebel 54 des Betätigungsmechanismus 50 (2) in Eingriff zu gelangen.
4 und 5 veranschaulichen den Pfad des Stroms I durch das Klappankersystem 30 und das elektromechanische Prinzip der Anordnung. Der Strom I tritt in den Eingangsanschluss 60 ein und strömt durch den L-förmigen Verlängerungsstab 72 und somit durch die Litze 84, wobei er in den Bimetallstreifen 88 an dem anderen Ende 90 der Litze 84 eintritt. Der Strom fließt durch den Bimetallstreifen 88 nach unten und wird in dem Eingangsleiter 102 nach oben zu dem schlangenförmig gestalteten Heizelement 108 geleitet. In dem Heizelement 108 wird der Strom erneut abwärts geleitet und tritt in den Ausgangsleiter 112 aus, in dem der Strom aufwärts zu der Kontaktnase 120 und aus der Heizeinrichtung 96 heraus geleitet wird.
Wie am besten in 5 veranschaulicht, zeigt eine weitere Darstellung des Stromflusses in der Heizeinrichtung 96 die Wechselwirkung mit dem Joch 150, die ein Magnetfeld in dem Joch erzeugt. Ein Strom, der in die Figur hineinfließt, ist mit einem "." gekennzeichnet, während ein aus der Figur heraus fließender Strom durch ein „x" dargestellt ist. Im normalen Betrieb des Auslösemechanismus strömt ein Strom in dem Einlass- und Auslassleiter 102, 112 „in die Figur hinein". Der Strom strömt in dem Bimetallstreifen 88 und dem Heizelement 108 „aus der Figur heraus", das heißt in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf den Stromfluss in den Leitern 102, 112.
Gemäß wissenschaftlichen Grundsätzen ist der Fluss in jedem Schlitz 122, 124 eine Summe der einzelnen Magnetflüsse in jedem Schlitz. Wie in der Technik allgemein bekannt, wird die Richtung eines Magnetfeldes in Bezug auf den Stromfluss durch die „Rechte-Hand-Regel" beschrieben. Die Stärken der Magnetfelder, die in derselben Richtung erzeugt werden, werden mit den Regeln der Vektoraddition aufsummiert. In ähnlicher Weise werden die Stärken von Magnetfeldern, die in entgegengesetzte Richtungen erzeugt werden, voneinander subtrahiert. Dieselbe Regel gilt auch für Ströme, die durch Magnetfelder induziert werden, da die Ströme und Magnetfelder unmittelbar miteinander verknüpft und zueinander direktproportional sind. Somit folgt aus der Anwendung der Rechte-Hand-Regel auf 5, dass sich die Magnetflüsse von dem Bimetallstreifen 88, dem Heizelement 108, dem Eingangsleiter 102 und dem Ausgangsleiter 112 in den Schlitzen 122, 124 aufaddieren.
Der Fluss in den Schlitzen 122, 124 ruft ein Magnetfeld in den Armen des Jochs 152, 154 hervor, die in den Schlitzen angeordnet sind. Die Stärke des Magnetfeldes und die daraus resultierende magnetische Anziehung des Klappankers 78 sind somit proportional zu dem Strom durch die Heizeinrichtung 96 und den Bimetallstreifen 88. Da der Magnetfluss in den Schlitzen durch die Summe der parallelen Strompfade festgelegt ist, führt dies zu dem Ergebnis, dass kleinere Ströme ausreichen, um ein Magnetfeld zum Anziehen des Klappankers 78 hervorzurufen. Dies ermöglicht dem Klappankersystem 30, für Stromunterbrecher, die einen Schwachstrom führen, verwendet zu werden. Die Größe der Schlitze, die Größe der Arme, die Geometrie der Arme und die Materialien des Aufbaus bilden weitere Faktoren, die die Stärke des in dem Joch 150 induzierten Magnetfeldes beeinflussen.
Im Betrieb des Klappankersystems 30 nimmt in dem Fall, dass in den Lastleitungen ein Kurzschlussfehlerzustand auftritt, der Strom schnell zu, was zu einer proportionalen Erhöhung des die vorerwähnten Komponenten umgebenden Magnetflusses führt. Wie hier vorstehend erläutert, ist der sich in dem Joch 150 ergebende Magnetfluss, nachdem die Flussstärke additiv ist, zu dem Fluss in den Leitern 102, 108, dem Heizelement 108 und dem Bimetallstreifen 88 proportional.
Die magnetische Kraft in den Armen 152, 154, die durch den Spalt L hindurchwirkt, zieht den Klappanker 78 an. Bei einer vorbestimmten Stärke verdreht sich der Klappanker im Uhrzeigersinn, so dass er mit dem Joch 150 in Eingriff gelangt und einen Hebel 62 betätigt (siehe 2), der die Paare von Kontaktstücken 34, 40 und 36, 42 öffnet, um den Strom zu unterbrechen und dadurch die Last vor dem Überstromzustand in der vorstehend beschriebenen Weise zu schützen.
Der Bimetallstreifen 88 sorgt für die thermische Auslösung im Falle eines Überstromzustands. Ein erhöhter Strom erzeugt Wärme in dem Bimetallstreifen und in dem Heizelement 108, die den Bimetallstreifen 88 weiter aufheizt. Die Wärmemenge, die erzeugt wird, ist eine Funktion der Stärke und Dauer des Überstromzustands. Die von dem Bimetallstreifen herrührende Auslösung weist eine reziprok abhängige Zeitverzögerungscharakteristik auf. Somit ergeben stärkere Überstromzustände kürzere Auslösezeiten.
Wenn die Temperatur des Bimetallstreifens 88 den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, beugt sich das freie Ende 94 des Bimetallstreifens und betätigt einen Hebel 52 (siehe 2), der die Kontaktstückpaare 34, 40 und 36, 42 öffnet, um den Strom zu unterbrechen und dadurch die Last in der vorstehend beschriebenen Weise vor dem Überstromzustand zu schützen.
Wie in 6 veranschaulicht, ist eine modifizierte Ausführungsform des Klappankersystems allgemein bei 202 veranschaulicht. Das Klappankersystem enthält eine Heizeinrichtung 96, die aus einem einzelnen Stanzstück oder Schmiedestück konstruiert und aus hier vorstehend beschriebenen Werkstoffen aufgebaut ist.
Eine Montagenase 206 weist zwei horizontale Abschnitte 208, 210 und einen vertikalen Abschnitt 212 auf, der von dem ersten horizontalen Abschnitt 208 nach unten herab hängt und zwischen den horizontalen Abschnitten 208, 210 angeordnet ist. Der erste horizontale Abschnitt 208 ist an einem Laststrom führenden Leiter angebracht und an dem Rahmen des Stromunterbrechers gesichert (nicht veranschaulicht).
Von einem verjüngten Ende 216 des zweiten horizontalen Abschnitts 210 aus erstreckt sich eine Zunge 214 in einer aufwärtigen Richtung. Ein Heizelement 108 und der vertikale Abschnitt 212 der Montagenase 206 bilden zwischeneinander eine Kavität 218 zur Unterbringung eines Ankers 78. Das Heizelement 108 ist im Wesentlichen rechteckig gestaltet und weist eine Breite auf, die der Breite eines Bimetallelementes 88 im Wesentlichen gleich ist.
Von gegenüberliegenden Rändern 222 des Heizelementes 108 aus erstrecken sich L-förmige Leiter 220 in abwärtiger Richtung über eine vorbestimmte Strecke hinweg. Diese Strecke ist kleiner als die Länge des Bimetallstreifens 88 (der hier nachstehend beschrieben werden soll), um dem Bimetallstreifen zu ermöglichen, sich bis oberhalb des Heizelementes 108 zu erstrecken, um eine Störbeeinflussung mit dem Betätigungsmechanismus 20 zu verhindern (siehe 2). Die L-förmigen Leiter 220 sind von den Gegenrändern 222 des Heizelementes 108 beabstandet, um zwischen dem Heizelement und jedem L-förmigen Leiter 220 Schlitze 224 zur Aufnahme von Armen 352 eines Jochs 350 zu schaffen, das hier nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben ist.
Die L-förmigen Leiter 220 und das Heizelement 108 bilden eine erste Ebene der Heizeinrichtung 96. Jeder Leiter 220 enthält einen Abschnitt 228, der unter einem Winkel zu dem Bimetallstreifen 88 hin nach innen vortritt und der eine zweite ebene Fläche definiert, die von der ersten ebenen Fläche um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist.
Ein unterer Abschnitt 230 jedes L-förmigen Leiters 220 hängt von dem Abschnitt 228 herab und ist derart angeordnet, dass er dem gegenüberliegenden unteren Abschnitt von diesem zugewandt ist. Wenn der Bimetallstreifen 88 an dem unteren Abschnitt 230 angebracht ist, ist zwischen dem Bimetallstreifen 88 und dem Heizelement 108 der Zwischenraum 232 ausgebildet.
Der Bimetallstreifen 88 weist wenigstens zwei Metalle auf, wie dies im Wesentlichen hier vorstehend beschrieben sind. Ein unterer Teil 126 des Bimetallstreifens 88 hängt von dem oberen Teil 128 des Bimetallstreifens 88 herab und ist deutlich breiter als der obere Teil. Mit einer Heftschweißnaht 130, 132 ist der untere Teil 126 des Bimetallstreifens 88 an dem L-förmigen Abschnitt 230 angebracht. Jedoch ist es verständlich, dass andere in der Technik allgemein bekannte Mittel, z.B. Nieten, Zapfen und Schrauben, die Befestigung darstellen können.
Der Bimetallstreifen 88 ist im Wesentlichen rechteckig und weist im Wesentlichen die gleiche Breite wie das Heizelement 108 auf, wobei beide bemessen sind, um zwischen den Armen 352 des Jochs 350 angeordnet zu werden (das hier nachstehend beschrieben ist). Ein oberes Ende 94 des Bimetallstreifens 88 erstreckt sich über dem Heizelement 108, um in der hier vorstehend beschriebenen Weise mit dem Betätigungsmechanismus 20 in Eingriff zu kommen. Der Bimetallstreifen 88 ist in der Nähe des Heizelementes 108 und dem Heizelement im Wesentlichen parallel gegenüberliegend positioniert. Das obere Ende 94 des Bimetallstreifens 88 wirkt mit dem Betätigungsmechanismus des Stromunterbrechers im Wesentlichen in der hier vorstehend im Zusammenhang mit der Funktionsweise der anderen Ausführungsform beschriebenen Weise zusammen.
Das Klappankersystem 202 enthält einen Ausgangsanschluss 240, der an dem Stromunterbrecherrahmen montiert ist. Der Ausgangsanschluss 240 enthält eine im Wesentlichen horizontale Kontaktnase 242, die ein Loch 244 zur Befestigung enthält und ferner eine elektrische Verbindung mit der Last oder Quelle ermöglicht.
Eine Litze 250, die elektrisch leitend ist, erstreckt sich von einer verlängerten Stufe 248 der horizontalen Nase 242 aus nach oben. Ein Ende der Litze 250 ist in der Nähe der Stufe 248 beispielsweise durch Hartlöten, Schweißen oder Weichlöten angebracht. Das andere Ende 252 der Litze ist an einer inneren Fläche 92 in der Nähe des freien Endes 94 des Bimetallstreifens 88 durch ein in der Technik allgemein bekanntes Mittel, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, befestigt. Zwischen der Stufe 248 und dem anderen Ende 250 ist die Litze elastisch nachgiebig eingerichtet, um eine freie Bewegung des Bimetallstreifens 88 unter Aufrechterhaltung eines dauerhaften elektrischen Kontaktes zu ermöglichen.
Das Joch 350 weist zwei Arme 352 auf, die einen gebogenen Körper 358 bilden, der eine ebene rechteckige Montagebasis 356, die zwischen diesen gebildet ist, umfasst und ein magnetisch permeables Material aufweist, wie dies im Zusammenhang mit der hier vorstehend beschriebenen weiteren Ausführungsform im Wesentlichen beschrieben ist. Der untere Rand jedes Armes weist einen rechteckigen Ausschnitt 360 auf. In ihrem zusammengefügten Aufbau sind die Arme des Jochs in dem jeweiligen Schlitz 224 positioniert, wobei der untere Abschnitt 230 in jeden Ausschnitt 360 eingeführt ist. Das Joch 350 ist unter der Kontaktnase 242 angeordnet. Die Montagebasis 356 erstreckt sich über eine vorbestimmte Länge hinweg von den Armen 352 aus und ist an dem Stromunterbrechergehäuse angebracht, um das Joch zu haltern. Die Beschreibung des Klappankers 78 entspricht im Wesentlichen der hier vorstehend angegebenen Beschreibung.
Wie am besten aus den 7 und 8 ersichtlich, führen die Arme 352 durch die Schlitze 224 hindurch, die zwischen dem Heizelement 108 und dem jeweiligen Leiter 220 angeordnet sind. Die Arme 352 erstrecken sich durch die Schlitze jeweils über eine vorbestimmte Strecke hinweg, um einen vorbestimmten Luftspalt L in der Nähe des Klappankers 78 zu bilden.
7 und 8 veranschaulichen den Pfad I des Stroms, der durch das Klappankersystem 202 führt, und das elektromechanische Prinzip der Anordnung. Der Strom I tritt in die Montagenase 206 und anschließend in die Zunge 214 des Heizelementes 108 ein. Der Strom fließt durch das Heizelement 108 nach oben und tritt in beide Leiter 220 ein, wodurch er abwärts zu dem unteren Abschnitt 230 und anschließend in den Bimetallstreifen 88 hinein strömt. Der Strom fließt durch den Bimetallstreifen nach oben und wird über die Kontaktnase 242 zu der Litze 250 sowie aus der Heizeinrichtung 96 herausgeleitet.
Wie am besten in 8 veranschaulicht, zeigt eine weitere Darstellung des Stromflusses in der Heizeinrichtung 96 die Wechselwirkung mit dem Joch 350, die in dem Joch ein Magnetfeld erzeugt. Ein Strom, der in die Figur hineinfließt, ist durch ein "." gekennzeichnet, während ein aus der Figur heraus fließender Strom durch ein „x" dargestellt ist. Im normalen Betrieb des Auslösemechanismus führt ein Stromfluss in den Leitern 220 „aus der Figur heraus". Der Stromfluss in dem Bimetallstreifen 88 und dem Heizelement 108 führt „in die Figur hinein", d.h. er verläuft in einer zu dem Stromfluss in den Leitern entgegengesetzten Richtung.
In Übereinstimmung mit wissenschaftlichen Grundsätzen ist der Magnetfluss in jedem Schlitz 224 eine Summe der einzelnen Magnetflüsse in jedem Schlitz, wie dies hier vorstehend beschrieben ist, und die Funktionsweise dieser zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche, wie im Zusammenhang mit der hier vorstehend angegebenen weiteren Ausführungsform beschrieben.
Der Vorteil des Klappankersystems besteht darin, dass der mehrfache Stromflusspfad, wie er durch den Bimetallstreifen und die beiden Leiter definiert ist, höhere induzierte Magnetismusmengen in dem Joch ergibt, als sie in ähnlichen Klappankervorrichtungen, die keine mehrfache Stromleitung aufweisen, erreicht werden. Die Multiplikation der induzierten Feldstärke steigert die Empfindlichkeit des Klappankers und ermöglicht, dass eine thermisch elektrische Überstromklappankervorrichtung in Schwachstromanwendungen, gewöhnlich unterhalb von 60 Ampere, verwendet werden und kostspieligere Einrichtungen mit einem Solenoid ersetzen kann.
Darüber hinaus verwendet die Vorrichtung ein Ausstanzen der Heizeinrichtung, um sowohl einen unverzögerten "Überstromschutz als auch einen zeitverzögerten (thermischen) Überstromschutz einzurichten, was zu weiteren Einsparungen führt, nachdem es die Notwendigkeit gesonderter Auslösevorrichtungen für jede Funktion beseitigt.
Schließlich ist die Vorrichtung geeignet, um in Starkstromauslöseeinrichtungen verwendet zu werden, wodurch bei der Herstellung Kostenersparnisse durch Massenproduktion erzielt werden, indem Montagestellen für weitere Vorrichtungen, wie beispielsweise Solenoide, beseitigt werden können.

Claims

Klappankersystem (30) für einen Stromunterbrecher (20), wobei zu dem Klappankersystem (30) gehören: eine Heizeinrichtung (96), die ein Heizelement (108) und einen ersten und zweiten elektrischen Leiter (102, 112) aufweist, wobei das Heizelement (108) mit dem ersten und zweiten Leiter (102, 112) elektrisch verbunden und zwischen diesen angeordnet ist und der erste und zweite Leiter (102, 112) von dem Heizelement (108) beabstandet sind, um dazwischen ein Paar von Schlitzen (122, 124) vorzusehen; ein auf Wärme ansprechender Streifen (88), der in Nähe des Heizelements (108) angeordnet ist, wobei der auf Wärme ansprechende Streifen (88) ein erstes Ende aufweist, das entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Leiter (102, 112) elektrisch verbunden ist; ein Joch (150) mit einem Paar Armen (152, 154), wobei sich jeder Arm (152, 154) durch einen entsprechenden Schlitz (122, 124) der Heizeinrichtung (96) erstreckt, wobei das Heizelement (108) und der auf Wärme ansprechende Streifen (88) zwischen den Armen (152, 154) angeordnet sind, um zwischen den Armen (152, 154) mehrere Strompfade bereitzustellen; und ein Klappanker (78), der schwenkbar in Nähe der Arme (152, 154) angeordnet ist, wobei der Klappanker (78) in Richtung der Arme (152, 154) des Jochs (150) schwenkt, um in Reaktion auf einen durch die Heizeinrichtung (96) und den auf Wärme ansprechenden Streifen (88) fließenden vorbestimmten Strom ein Paar trennbare Kontaktstücke (34, 36, 40, 42) des Stromunterbrechers (20) zu öffnen; dadurch gekennzeichnet, dass: das Paar von Schlitzen (122, 124) so eingerichtet ist, dass der magnetische Fluss in den Schlitzen proportional zu der Summe von parallelen Strompfaden durch die Heizeinrichtung (96) und den auf Wärme ansprechenden Streifen (88) ist.
Klappankersystem nach Anspruch 1, wobei die Heizeinrichtung (96) eine einzige Stanzung aufweist.
Klappankersystem nach Anspruch 1, wobei das Heizelement (108) eine Rechteckform aufweist,
Klappankersystem nach Anspruch 1, wobei ein erstes Ende des ersten und zweiten Leiters (102, 112) mit einem ersten Ende des Heizelements (108) elektrisch verbunden sind.
Klappankersystem nach Anspruch 4, wobei ein zweites Ende des ersten und zweiten Leiters (102, 112) mit dem ersten Ende des auf Wärme ansprechenden Streifens (88) elektrisch verbunden sind.
Klappankersystem nach Anspruch 5, zu dem ferner gehören: eine Eingangskontaktnase (64), die mit dem zweiten Ende des Heizelements (108) elektrisch verbunden ist, um der Heizeinrichtung (96) Strom zuzuführen.
Klappankersystem nach Anspruch 6, wobei das zweite Ende des Heizelements (108) eine Breite aufweist, die geringer ist als eine Breite des ersten Endes des Heizelements (108).
Klappankersystem nach Anspruch 5, zu dem ferner gehören: eine Ausgangskontaktnase; und ein elastischer Leiter (84), der zwischen dem zweiten Ende des auf Wärme ansprechenden Streifens (88) und der Ausgangskontaktnase elektrisch verbunden ist.
Klappankersystem nach Anspruch 8, wobei der elastische Leiter (84) auf einem Litzendraht basiert.
Klappankersystem nach Anspruch 5, wobei der erste und zweite Leiter (102, 112) von dem Heizelement (108) nach außen weg gebogen sind, um den auf Wärme ansprechenden Streifen (88) um eine vorbestimmte Entfernung von dem Heizelement (108) auf Abstand zu halten.
Klappankersystem nach Anspruch 1, wobei das Heizelement (108) eine schlangenförmige Gestalt aufweist.
Klappankersystem nach Anspruch 1, wobei ein erstes Ende des ersten Leiters (102) mit einem ersten Ende des Heizelements (108) elektrisch verbunden ist und ein erstes Ende des zweiten Leiters (112) mit einem zweiten Ende des Heizelements (108) elektrisch verbunden ist.
Klappankersystem nach Anspruch 12, wobei ein zweites Ende des ersten Leiters (102) mit dem ersten Ende des auf Wärme ansprechenden Streifens (88) elektrisch verbunden ist.
Klappankersystem nach Anspruch 13, wobei der erste Leiter (102) nach außen von dem Heizelement (108) weg gebogen ist, um den auf Wärme ansprechenden Streifen (88) um eine vorbestimmte Entfernung von dem Heizelement (108) auf Abstand zu halten.
Klappankersystem nach Anspruch 12, zu dem ferner gehören: eine Ausgangskontaktnase (120), die mit einem zweiten Ende des zweiten Leiters (112) elektrisch verbunden ist.
Klappankersystem nach Anspruch 1, zu dem ferner gehören: eine Eingangskontaktnase (64), die eine Verlängerung aufweist, die sich um eine vorgegebene Strecke erstreckt; und ein elastischer Leiter (84), der zwischen der Verlängerung der Eingangskontaktnase (64) und einem zweiten Ende des auf Wärme ansprechenden Streifens (88) elektrisch verbunden ist.
Klappankersystem nach Anspruch 16, wobei der elastische Leiter (84) auf einem Litzendraht basiert.
Klappankersystem nach Anspruch 1, wobei der auf Wärme ansprechende Streifen (88) ein Bimetallstreifen ist.
Stromunterbrecher zum Unterbrechen eines Stroms zu einer geschützten Last; wobei zu dem Stromunterbrecher (20) gehören ein Paar trennbare Kontaktstücke (34, 36, 40, 42) zum Unterbrechen des Stroms zu der geschützten Last; ein Betätigungsmechanismus, das sich mit dem Paar trennbarer Kontaktstücke (34, 36, 40, 42) in Eingriff befindet; und das Klappankersystem (30) nach Anspruch 1, wobei ein Schwenken des Klappankers (78) den Betätigungsmechanismus aktiviert.