DE8330704U1

DE8330704U1 - Thermischer Auslöser

Info

Publication number: DE8330704U1
Application number: DE19838330704
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1984-11-15

Description

BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 2k. Okt. 1983

Mp.-Nr. 648/83 ZPT/P4 - Ft/Sd

Thermischer Auslöser

Die Erfindung betrifft einen thermischen Auslöser für
einen Installationsschutzschalter nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.

Perartige thermische Auslöser können als Thermobimetallstreifen oder als Streifen aus einem Formpedächtnisraaterial ausgebildet sein, der direkt oder indirekt von dem Strom beheizt wird. Derartige direkt oder indirekt beheizte Streifen werden im wesentlichen zur Entklinkung von Schaltschlössern von elektrischen Installationsgeräten, insbesondere von Leitungsschutzschaltern verwendet; die Streifen werden dabei einseitig ortsfest

eingespannt und können sich am freien Ende frei ausbie-30

gen, wodurch sie eine Verklinkungsstell? entklinken und so die öffnung des Schaltgerätes bewirken.

Diese Schaltgeräte werden in Baureihen für einen relativ weiten Nennstrombereich konzipiert. Aus Kostensründen sind in der Regel die nennatromunabhängigen Strom-

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führungsbahnen für die höchste Belastung einer Nennstromreihe ausgelegt. Die Streifen aus Thermobimetall oder Formgedächtnismaterial, auch Thermostreifen genannt, sind wie ober erwähnt, einseitig fest eingespannt, wobei ihre Arbeitstemperatur relativ hooh sein soll, um eine möglichst hohe Punktionssicherheit und eine mögliehst geringe Abhängigkeit von den Umgebungstemperaturen zu erreichen. Bei der Auslegungder Thermostreifen mit Thermobimetall wird aus Kostengründen versucht, die Abmessungen für alle Nennstromstärken konstant zu halten und die Anpassung durch genormte Bimetallqualitäten zu erreichen, d.h., Bimetallstreifen gleicher Abmessung aber mit unterschiedlichen Eigenschaften zu verwenden. Eine optimale Anpassung für jeden Nennstrom ist praktisch nicht möglich.

Die heute bekannten Formgedäehtnislegierungen sind bezüglich ihres spezifischen elektrischen Widerstandes sehr weit voneinander abgestuft und besitzen demgemäß stark unterschiedliche Arbeitstemperaturen, so daß mit Formgedäehtnislegierungen die Anpassung an den jeweiligen Nennstrom und die jeweilige Charakteristik einer Baureihe nur über die Querschnittsabmessungen erfolgen kann.

Folgendes Problem ist bei allen Thermostreifen von besonderer Bedeutung:

Die Thermostreifen werden, wie oben erwähnt, einseitig ortsfest eingespannt; ihre freien Enden können sich ausbiegen und eine Verklinkungsstelle öffnen. Bei bekannten Leitungsschutzschalter beispielsweise sind die Thermostreifen an einer Anschlußfahne befestigt, die eine Anschlußklemme trägt. Bei anderen Ausführungen kann der Thermostreifen an einer Platine befestigt sein, die das Schaltschloß haltert oder an einer Verlängerung am

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Magnetjoch des Leitungsschutzschalters, sofern dieser ein elektromagnetisches Auslesesystem für Kurzschlußauslösungen aufweist. Im letzteren Falle müßte noch eine zusätzliche Zuleitung an den Einspeisepunkt vorgesehen sein, beispielsweise in Fo»*m einer Litze, die mit der Anschlußfahne verbunden ist, die die Anschlußklemme trägt. Am freien Ende muß dann eine weitere Litze angebracht sein, die eine freie Beweglichkeit des Thermostreifens gestattet und die der Stromabfuhr aus dem 10

Thermostreifen dient. Sowohl an der Stromzuführungs-

stelle bzw. Einspannstelle als auch an der Stromabführungsstelle ist das Temperaturgefälle vom Thermostreifen in die Zuleitungen sehr hoch und insbesondere bei niedrigen NennstromstaVken ist die Heizleistung oft zu gering, um die notwendige Arbeitstemperatur zu erreichen. In diesen Fällen muß der Querschnitt des Therraostreifens verringert werden oder der Thermostreifen zusätzlich indirekt beheizt werden. Machteilig ist hierbei, daß bei Thermobimetallen die homogene Ausföii-

rung der Baureihe unterbrochen werden muß, daß ferner die Querschnittsverringerung nur bis zur Grenze der mechanischen Stabilität im Zusammenwirken mit dem Schaltschloß durchführbar ist, und daß beim zusätzlichen

Heizleiter Kostenerhöhungen entstehen, weil zusätzliche

Schweißstellen, eine wärmebeständige elektrische Isolation zwischen der Heizleiterwicklung und dem Thermostreifen vorgesehen sein muß und weil ein erhöhter Platzbedarf durch die Heizwicklung erforderlich ist.

Bei Thermostreifen, die direkt beheizt werden, wird also

über die Anschlußstücke bzw. die Anschlußleitungen Wärme abgeführt, da deren Temperaturniveau bei den bestimmten Betriebsfällen niedriger ist als das des Thermostreifens. Demgemäß wird sich in der Mitte des Thermostrei-35

fens eine höhere Tenroeratur und an den Enden eine

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niedf'igere Temperatur einstellen. Bei Thermobimetalien erfordert die resultierende niedrigere Temperatur (gegenüber der optimal erreichbaren Temperatur) eine höhere Justiergenauigkeit des Thermostreifens. Bei Thermostreifen aus Formgedächtnislegierungsmaterial erfolgt optimal die Auslenkung in einem sehr engen Temperaturbereich annähernd sprungartig. Wenn aber die Temperaturverteilung ungleichmäßig ist, so wird die

Auslenkung eines Formgedächtnislegierungsstreifens 10

nachteilig in einem breiterem Temperaturbereich erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Thermostreifen so in ein elektrisches Sehaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter einzubauen, daß die Temperatur über die Länge des Thermostreifens vergleichnrößiRt und erheblich gesteigert ist.

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

Dadurch, daß an der EinsDannstelle bzw. an der Stromzuführungsstelle und auch an der Stromabführungsstelle

eine zusätzliche Wärmequelle vorgesehen ist, wird 25

erfindungsgemäß ein zusätzlicher Freiheitserad durch die

Steuerung der Wärmeabfuhr aus dem Thermostreifen in die Zuleitungen geschaffen. Insbesondere bei Materialien mit FormgedMchtnislegierung ist es möglich die Variantenvielfalt zu reduzieren und darüberhinaus auch Kosten zu 30

sparen. Es besteht auch die Möglichkeit, den Thermostreifen an unterschiedliche Nennstrome ODtimaler anpassen zu können, in dem nämlich die Gesamttemperatur des Thermostreifens nicht nur durch seinen Querschnitt

bzw. seine Charakteristik, sondern auch durch die 35

zusätzlichen Widerstandsmaterialien gesteuert werden

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kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann man erreichen, daß die Temperatur über dem gesamten Thermostreifen annähernd konstant bleibt. Bei Thermobimetallen ergibt sich dadurch eine größere Auslenkung und damit eine höhere Auslosesicherhe.it, da insbesondere im Bereich der Einspannstelle <Sas Temperaturniveau höher wird; bei Thermostreifen aus Formgedächtnismaterial wird verhindert, daß die Sprungcharakteristik verlorengeht.

10

Jie Widerstandsmaterialbeilagen sind dabei so ausgelegt,

daß sie selbst durch die direkte Strombeheizung eine höhere Temperatur einnehmen, als die des Thermostreifens, so daß damit dem Thermostreifen Wärme zugeführt

werden kann. 15

Als derartige Materialien können solche verwendet werden, deren spezifischer VJiderstand wesentlich höher ist als derjenige des Thermostreifens, um an bzw. in diesen Stellen die höhere Temperatur zu erzeugen. In bevorzugter Weise kommen Heizleitermaterialien infrage, wie zum Beispiel Sisen-Chrom-Aluminium-Legierung oder Nickel-Chrom-Legierungen oder Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen oder ähnliche.

25

Da die infrage kommenden Selbstschalter niederohmig sind

und der Belastungsstrom vom Verbraucher und nicht von dem Schutzschalter bestimmt wird, wird der Innenwiderstand des Selbstschalters zwar leicht erhöht, da diese Erhöhung aber nicht laststrombestimmend ist, wird der vorteilhafte Effekt, der mit dem zusätzlichen Einsatz des Widerstandsmaterials bewirkt wird, nicht aufgehoben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und Verbesserungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

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nnhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, soll die Erfindung n^'her

erläutert und bechrieben werden. 6

Es zeigt:

Fig. 1 eine Einsicht in einen Leitungsschutzschalter,

Fig. 2 die Temperatvrverteilung des Thermobimetalls im Leitungsschutzschalter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße erste Ausgestaltung mit zugehöriger Temperatu^verteilung und

Fig. 1 eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung mit zugehöriger Temperaturverteilung.

DerLeitungsschutzschalter gemäß Fi«?ur 1 besitzt eine Gehäuse 10 mit einem Schaltknebel 11. in dem ein Thermobimetall 12, ein zwischen Platinen angeordnetes Schaltschloß 13, ein elektromagnetischer Auslöser' 1¹», ein

Lichtbogenlöachblechpaket 15, ein beweglicher Kontakthebel 16 mit daran angeformten bewegliehen Kontaktstück 17 und ein Festkontaktstück 18 auf einer Lichtbogenleitschiene 19 befestigt ist, die zusätzlich mit einer Anschlußklemme 20 verbunden ist. Die andere Anschlußklemme 21 ist mit einer Anschlußfahne 22 versehen, die ins Innere des Gehäuses 10 hineinragt und an deren innerem Ende das Thermobimetall 12 mit einem Ende eingespannt ist. Das freie Ende des Thermobimetalls 12 wirkt auf einen Hebel 23 im Sohaltschloß 13 ein, wodurch auf nioht weiter dargestellte Weise (durch die Wirk-

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linien 24 angedeutet) der bewegliche Kontakthebel 17 geöffnet wird. Der elektromagnetische Auslöser öffnet über einen Schlaganker (als Linie 25 dargestellt), den beweglichen Kontakthebel 16 und wirkt zusätzlich über die strichpunktierte Linie 26 auf das Schaltschloß ein, um so den Kontakthebel bleibend zu öffnen. Das freie Ende des Thermobimetalls 12, das sich entpsrechend der Charakteristik des Thermobimetalls in Pfeilrichtung A

verbiegen kann, ist mit dem beweglichen FContakthebel 16 10

über eine Litze 27 verbunden.

An der Einspannstelle bei E ist das Thermobimetall 12 mit der Anschlußfahne 22 mittels Löten oder Schweißen fest verbunden. Dies hat zur Folge, daß der Wärmeübergang vom Thermobimetall 12 hin zur Anschlußfahne 22 sehr groß ist, in gleicher Weise auch wie der Wärmeübergang vom Thermobimetall 12 zur Litze 27, da alle Materialien sehr gute Wärmeleiter sind. Demgemäß wird die Temperaturverteilung T über der Länge L des Thermobimetallstreifens 12 so sein, wie in Figur 2 dargestellt: Im Bereich der Einspannstelle E ist die Temperatur ebenso wie im Bereich der Anschlußstelle der Litze 27 niedriger als etwa im Bereich der Mitte des Thermobimetalls 12. Demgemäß erhält man eine Kurve 30, die es zu vergleichmäßigen gilt.

Die Figur 3 zeigt ebenso wie die Figur 4 rein schematisch die Einspannstelle E des Thermobimetalls 12. Das

der Anschlußfahne 22 entsprechende Teilstück besitzt die 30

Bezugsziffer 31» an diesem Einspannstuck 31 ist ein Widerstand 32 vorgesehen bzw. befestigt und auf diesem Widerstand 32 ist das eine Ende des Thermobimetalls 12 angebracht. Der Strom fließt gemäß den Pfeilen B in das

Einspannstück 31» durchfließt den Widerstand 32 und das 36

Thermobimetall und fließt über die Litze 27 weiter.

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Demgemäß wird die Temperaturverteilung über der Länge des Thermobimetalls so wie durch die Kurve 33 dargestellt: aufgrund des Widerstandsraateriales 32 wird die

Temperatur im Bereich der Einspannstelle höher sein als ο

die Temperatur im Bereich des freien Endes des Thermobimetalles 12. Sie wird demgemäß mehr oder weniger konstant sein, wobei die Temperatur im Thermobimetall im Bereich der Einspannstelle höher als im mittleren

Bereich und im Bereich des freien Endes niedriger als im 10

mittleren Bereich sein wird, weil an der Einspannstelle das Widerstandsmaterial 32 zusätzliche Wärme zuführt und an dem freien Ende die Litze 27 Wärme abführt.

Die Ausgestaltung gemäß der Figur 4 bewirkt eine weitere Vergleichmäßigung der Temperatur gemäß Kurve 3¹*. Am Einsoannstück 31 ist wieder das Widerstandsmaterial 32 und am Widerstandsmaterial 32 das Thermobimetall 12 befestigt. An freien Ende des Thermobimetalls ist ein weiteres Widerstandsmaterial 35 angebracht, auf dem dann die Litze 27 befestigt ist. Der Strom fließt gemäß Pfeilrichtung B1 durch das Einspannstück 31, den Widerstand 32, das Thermobimetall 12, den Widerstand 35 in die Litze und von dort weiter zum beweglichen Kontaktstück. Demgemäß wird je Temperaturverteilung 34 annähernd eine Gerade sein, wobei möglicherweise im Bereich der Einspannstelle und dem freien Ende wegen des Widerstandsmaterials 32 und 35 die Temperatur geringfügig ansteigen wird. Man kann aber auch durch geeignete Bemessung der Widerstandsmaterialien 32 und 35 eine über

die gsamte Länge L konstante Temperatur erreichen.

Mit den beiden Widerständen 32 und 35 wird also die

Wärmeabfuhr aus dem Thermostreifen 12 in die Zu- bzw.

Ableitungen so gesteuert, daß eine Vergleichmäßigung der

Temperatur erreicht wird. Dies hat insbesondere bei

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Materialien aus Formgedächtnislegierungen große Vorteile: Partien, bei denen die Sprungtemperatur noch nicht erreicht ist, während bei anderen Partien diese schon erreicht ist, wie dies beispielsweise bei der Temperaturverteilung gemäß Figur 2 der Fall sein kann, werden insbesondere bei der Ausgestaltung gemäß Figur vermieden. Demgemäß kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung gemäß Figur 3 in besonders vorteilhafter Welse bei Thermostreifen verwendet werden, bei denen Formgedächtnismaterial eingesetzt ist und die direkt beheizt werden.

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Claims

Mp.-Nr. 648/83 ZPT/P4 - Ft/Sd Ansprüche

1. Thermischer Auslöser für einen Installationsschutzschalter, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter, mit einem Streifen aus Thermobimetall oder aus einem Formgedäcb-hnismaterial, der vom Strom direkt beheizbar und an seinem einen Ende eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen ,(12) zumindest an seiner Einspannstelle mit einem Widerstandsmaterial (32) versehen ist, das so bemessen ist, daß es die Temperatur T des Thermostreifens

(12) bei Auftreten eines Überstromes stark erhöht.

2. Thermischer Auslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial (32) zwischen einer an der Einspannstelle angeordneten Zuleitung (31) und dem Streifen (12) angebracht ist, so daß der Streifen (12) über das Widerstandsmaterial (32) mit der Zuleitung (31) fest verbunden ist.

3. Thermischer Auslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem freien Ende des Thermo-Streifens (12) und einer weiterführenden Litze (27) ein weiteres Plättchen aus Widerstandsmaterial vorgesehen ist, so daß die weiterführende Litze (27) über das Plättchen (35) mit dem freien Ende des Thermostreifens (12) verbunden ^ist·

4. Thermischer Auslöser nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandsmaterial Heizleitermaterialien wie z.B. Eisen-Chrom-Aluminium- oder Nickel- Chrom- oder Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen oder ähnliche verwendet sind.

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