EP0616350A1 - Automatic cutout - Google Patents

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Publication number
EP0616350A1
EP0616350A1 EP94103312A EP94103312A EP0616350A1 EP 0616350 A1 EP0616350 A1 EP 0616350A1 EP 94103312 A EP94103312 A EP 94103312A EP 94103312 A EP94103312 A EP 94103312A EP 0616350 A1 EP0616350 A1 EP 0616350A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
circuit breaker
short
yoke
breaker according
Prior art date
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Granted
Application number
EP94103312A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0616350B1 (en
Inventor
Werner Bührer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB CMC Carl Meier AG
Original Assignee
CMC Carl Maier and Cie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CMC Carl Maier and Cie AG filed Critical CMC Carl Maier and Cie AG
Publication of EP0616350A1 publication Critical patent/EP0616350A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0616350B1 publication Critical patent/EP0616350B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/40—Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms

Definitions

  • the invention is based on a circuit breaker according to the introductory part of claim 1.
  • Circuit breakers serve to protect the lines in a low-voltage network from inadmissible heating caused by short-circuit or overload and therefore have a magnetically acting short-circuit current release and a thermally acting over-current release.
  • the size and cost of a miniature circuit breaker are determined by the level of the permissible nominal current.
  • the invention relates to a prior art, as specified in CH 670 726 A5.
  • a circuit breaker described in this prior art has a short-circuit current release with an electromagnetic coil surrounded by a yoke and an overcurrent release with a bimetal strip. Short-circuit and overcurrent releases act on a release pin that interacts with a movable contact of a contact arrangement via a release pin common to both releases.
  • an armature is pulled into the coil.
  • the release pin which is non-positively coupled to the armature, then suddenly releases the latching of the movable contact, as a result of which the circuit breaker is opened and the switching arc which forms when it is opened is blown both by its own magnetic field and by the stray magnetic field of the coil.
  • the bimetal strip heats up more than during nominal current operation and begins to warp.
  • the release pin is moved by the curving bimetallic strip and then releases the latch holding the moving contact.
  • this circuit breaker Due to the double function of the release pin and the suitable arrangement and design of the current path, it is possible to accommodate this circuit breaker in a housing with a predetermined installation depth, in an extremely space-saving manner.
  • this compact design means that the miniature circuit breaker can only be operated with rated currents up to an upper limit, which is 40A, for example, since otherwise it would heat up to an unacceptable extent due to unavoidable power losses.
  • the invention is based on the object of developing the circuit breaker according to the prior art in such a way that it is distinguished by a significantly increased nominal current carrying capacity while maintaining its compact design.
  • the miniature circuit breaker according to the invention is characterized above all by the fact that it is able to carry significantly higher nominal currents than the previously known switch, but still has almost the same switching capacity, in particular for short-circuit and overcurrents, as this switch has. It can also contain the housing and many components of this switch. This is above all, a consequence of a suitably designed and dimensioned current path, by means of which the heating of the current-carrying parts caused by ohmic losses is significantly reduced compared to the previously known switch.
  • the circuit breaker according to the invention differs from the switch according to the prior art only by the suitable design and arrangement of some easy-to-assemble active elements in the current path and can therefore be produced practically with the same tools as the switch according to the prior art.
  • the circuit breaker according to the invention can thus be manufactured very inexpensively despite the significantly increased nominal current carrying capacity.
  • 10 denotes a bimetal strip of a thermal overcurrent release.
  • the bimetallic strip 10 consists of two strips of chromium-nickel steel alloys, which are rolled together and are connected to a power connection 14 via a flexible power connection designed as a double strand 12.
  • yoke plate 18 denotes an essentially U-shaped angled magnetic bracket made of ferromagnetic steel with an end face connected yoke plate 18 made of a non-ferromagnetic metallic material, which is comparable in mechanical strength to the ferromagnetic material of the magnetic bracket 16, but has a multiple higher electrical conductivity than this material .
  • An alloy based on copper, silver and / or aluminum is preferably used as the material for the yoke plate 18, such as, in particular, an alloy containing copper and iron (or steel) or optionally also copper and tin (bronze) with, for example, approximately 90 up to 95% by weight copper, the remainder predominantly iron or tin and optionally silicon.
  • Magnet bracket 16 and yoke plate 18 form a yoke of an electromagnet of a magnetically acting short-circuit current release.
  • the electromagnet also has a coil 22 made of copper wire wound over a sleeve-shaped coil body 20, as well as a cylindrical, ferromagnetic armature 24 and a cylindrical, ferromagnetic core 26.
  • a release pin made of an impact-resistant insulating material, such as a polyamide, which is displaceably guided along an axis L in an unspecified bore of the armature 24 and with a small distance, for example 3 mm, between a free end of the bimetal strip 10 and a pawl 30 is arranged.
  • the bore is widened to a blind hole 32 which receives a driver 34 fastened to the release pin.
  • annular groove 37 is recessed in the cylindrical jacket of the armature 24, in which a leaf spring 36 engages.
  • This leaf spring is fastened to the part of the yoke plate 18 which is angled in the direction of the bimetal strip 10 and to a crossbar 40 of the yoke plate 18.
  • One end of the bimetallic strip 10 is fastened to a Z-shaped angled tab 42 of the yoke plate 18 in a manner that enables a good current transfer.
  • the coil 22 is connected in an electrically conductive manner at one end to the yoke plate 18 and at the other end to a fixed contact 44.
  • the fixed contact 44 has a contact plate 46 which, in the switched-on state of the circuit breaker shown in the figure, is in electrically conductive connection with a movable contact 48.
  • the contact plate 46 and / or the movable contact 48 contain a noble metal-containing insert, which is advantageously formed from an alloy containing silver and nickel.
  • the movable contact 48 can be pivoted about an axis 52 mounted in the housing 50 of the circuit breaker, which is only indicated.
  • the pawl 30 is pivotable about an axis 54 mounted in the movable contact 48. It is of an angular design and has a lever with a striking surface 56 for the release pin 28 and a further lever designed as a hook 58 for supporting a pawl lever 60 which can be pivoted about the axis 52. A sliding surface 62 for the The pawl lever 60 is re-engaged.
  • the pawl 30 also has a compression spring (not shown in the figure), which is supported on a not shown recess of the movable contact 48 and acts counterclockwise on the lever of the pawl 30 carrying the impact surface 56.
  • a contact bracket 66 is pivotally mounted in the ratchet lever 60, the end of which, remote from the ratchet lever 60, is pivotally connected to a shift lever 64.
  • This shift lever 64 is mounted on a fixed axis 68 and can be pivoted about the fixed axis 68 between two stops (not shown) of the housing 50.
  • 70 denotes a spring supported on the housing 50 and acting on the movable contact 48.
  • a flexible current connection arranged in the line current path and configured as a double strand 74 is connected in an electrically conductive manner at one end to the movable contacts 48 and at the other end to a current connection 72 of the circuit breaker.
  • This power connection as well as the power connection 14 are free of brass and consist predominantly of copper.
  • a yoke section namely the yoke plate 18, which consists of a material that is significantly more electrically conductive and has good mechanical properties than the ferromagnetic material of the rest of the yoke, namely the magnetic bracket 16, is not only a reduction of ohmic resistance still achieves the following: Due to the installation of a yoke section made of a particularly good conductive material, which has practically just as good mechanical properties as the material of the rest of the yoke, the bimetal strip 10 provided in the switch according to the prior art can remain unchanged and still on the tab 42 of the yoke sheet 18 are arranged. The coil 22 can also be kept unchanged.
  • the short-circuit current switching capacity of the switch according to the invention since the coil 22 then generates the same magnetic field for blowing the switching arc as the coil in the switch according to the prior art in the case of a short-circuit current which is typically 3 kA in a line network.
  • the yoke of the coil 22 is open because of the yoke plate 18 made of non-ferromagnetic material. This open yoke has practically no influence on the magnetic blowing field of the coil 22 in the event of short-circuit currents, since the ferromagnetic parts, such as the magnetic bracket 16, are magnetically saturated with large currents. At nominal currents, the larger current intensity causes a higher power loss of the coil 22 than is the case with the switch according to the prior art, but these losses are compensated for by the low losses in the yoke plate 18.
  • the short-circuit current release trips above a specified response current, which is in accordance with the relevant regulations is eight times the nominal current.
  • This response current is typically 320 A in the switch according to the prior art, typically 504 A in the switch according to the invention. Since the yoke plate 18 and the magnetic bracket 16 are made of ferromagnetic material in the switch according to the prior art, the yoke of the coil 22 acts like a closed one magnetic circuit, in which a magnetic field sufficient to attract the armature is induced with a comparatively low response current. On the other hand, in the switch according to the invention, the yoke of the coil 22 forms an open magnetic circuit due to the non-ferromagnetic material.
  • the fact that the current is now conducted in double strands 12 and 74 with a double cross section instead of in single strands results in addition to a reduction in the ohmic resistance of the current path and also a current conductor with a stiffness that is four times lower than that of a single strand with comparable ohmic resistance.
  • the double strand 12 connected to the bimetallic strip 10 therefore influences the bimetallic strip with less force than a single strand with an ohmic resistance corresponding to the double strand 12. Scattering of the bimetallic strip 10 during thermal tripping is significantly reduced.
  • the double strand 74 connected to the movable contact 48 influences the contact force of the contact arrangement of the circuit breaker considerably less than a single strand with a comparable ohmic resistance.
  • the spring 70 can also be kept unchanged, since its force is almost entirely available for opening the movable contact 48. It is an advantage moreover, that the double strand is made from single strands already used in the switch according to the prior art, that is to say one single strand of double cross-section can be saved as an additional part.
  • the bimetal strip 10 can also be kept unchanged if the double strand 12 is attached to the bimetal strip 10 in an electrically conductive manner in such a way that the section of the bimetal strip 10 through which the line current flows is considerably shorter than the length of the bimetal strip 10 required for overcurrent tripping.
  • the heating power of the bimetal strip 10 can be kept at the same value as that of the switch according to the prior art, despite the higher current.

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Abstract

The line protection circuit breaker contains a magnetic short-circuit current release and a thermal overcurrent release having a bimetallic strip (10). In the case of this line protection circuit breaker, the line current is carried in a current path which, in addition to two contacts (44, 48) (which can move relative to one another) and a section of the bimetallic strip (10), also has an electromagnetic coil (22) and a section of a yoke (which contains a ferromagnetic material) of the short-circuit current release. The magnetic field which is produced by the coil (22) in the event of a short-circuit current is used to attract the armature (24) of the short-circuit current release and for magnetic blowing of a switching arc which is formed while the contacts (44, 48) are opening. The live yoke section (18) is formed from a non-ferromagnetic metallic material whose mechanical strength is comparable to the ferromagnetic material of the yoke but has a much higher electrical conductivity than this material. The line protection circuit breaker is distinguished by a very high rated current capacity with a compact construction. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Leitungsschutzschalter nach dem einleitenden Teil von Patentanspruch 1. Leitungsschutzschalter dienen dem Schutz der Leitungen in einem Niederspannungsnetz vor unzulässiger, durch Kurzschluss oder Überlast hervorgerufener Erwärmung und weisen daher einen magnetisch wirkenden Kurzschlussstromauslöser und einen thermisch wirkenden Überstromauslöser auf. Grösse und Kosten eines Leitungsschutzschalters sind durch die Höhe des zulässigen Nennstromes bestimmt.The invention is based on a circuit breaker according to the introductory part of claim 1. Circuit breakers serve to protect the lines in a low-voltage network from inadmissible heating caused by short-circuit or overload and therefore have a magnetically acting short-circuit current release and a thermally acting over-current release. The size and cost of a miniature circuit breaker are determined by the level of the permissible nominal current.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in CH 670 726 A5 angegeben ist. Ein in diesem Stand der Technik beschriebener Leitungsschutzschalter weist einen Kurzschlussstromauslöser mit einer von einem Joch umgebenen, elektromagnetischen Spule und einen Überstromauslöser mit einem Bimetallstreifen auf. Kurzschluss- und Überstromauslöser wirken über einen beiden Auslösern gemeinsamen Auslösestift auf eine mit einem beweglichen Kontakt einer Kontaktanordnung zusammenwirkende Klinke.The invention relates to a prior art, as specified in CH 670 726 A5. A circuit breaker described in this prior art has a short-circuit current release with an electromagnetic coil surrounded by a yoke and an overcurrent release with a bimetal strip. Short-circuit and overcurrent releases act on a release pin that interacts with a movable contact of a contact arrangement via a release pin common to both releases.

Bei diesem Schalter bilden die Kontakte der Kontaktanordnung, die Spule, ein Abschnitt des Jochs und ein Abschnitt des Bimetallstreifens zusammen mit zwei flexiblen, als Einfachlitze ausgebildeten Stromanschlüssen einen den Leitungsstrom führenden Strompfad. Beim Auftreten eines Kurzschlusses wird ein Anker in die Spule gezogen. Der mit dem Anker kraftschlüssig gekoppelte Auslösestift löst dann schlagartig die Verklinkung des beweglichen Kontaktes, wodurch der Leitungsschutzschalter geöffnet und der sich beim Öffnen bildende Schaltlichtbogen sowohl durch sein eigenes Magnetfeld als auch durch das Streumagnetfeld der Spule beblasen wird. Beim Auftreten eines Überstroms erwärmt sich der Bimetallstreifen stärker als bei Nennstrombetrieb und beginnt sich zu verkrümmen. Der Auslösestift wird durch den sich verkrümmenden Bimetallstreifen verschoben und löst dann die den beweglichen Kontakt haltende Verklinkung aus.In this switch, the contacts of the contact arrangement, the coil, a section of the yoke and a section of the bimetallic strip, together with two flexible current connections designed as single strands, form a line current Rung. If a short circuit occurs, an armature is pulled into the coil. The release pin, which is non-positively coupled to the armature, then suddenly releases the latching of the movable contact, as a result of which the circuit breaker is opened and the switching arc which forms when it is opened is blown both by its own magnetic field and by the stray magnetic field of the coil. If an overcurrent occurs, the bimetal strip heats up more than during nominal current operation and begins to warp. The release pin is moved by the curving bimetallic strip and then releases the latch holding the moving contact.

Aufgrund der Doppelfunktion des Auslösestiftes und der geeigneten Anordnung und Ausbildung des Strompfades ist es möglich, diesen Leitungsschutzschalter äusserst raumsparend in einem Gehäuse mit vorgegebener Einbautiefe unterzubringen. Diese kompakte Bauweise bedingt jedoch, dass der Leitungsschutzschalter nur mit Nennströmen bis zu einer oberen Grenze, welche beispielsweise bei 40A liegt, betrieben werden kann, da er sich andernfalls durch nicht zu vermeidende Verlustleistungen unzulässig stark erwärmen würde.Due to the double function of the release pin and the suitable arrangement and design of the current path, it is possible to accommodate this circuit breaker in a housing with a predetermined installation depth, in an extremely space-saving manner. However, this compact design means that the miniature circuit breaker can only be operated with rated currents up to an upper limit, which is 40A, for example, since otherwise it would heat up to an unacceptable extent due to unavoidable power losses.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, den Leitungsschutzschalter nach dem Stand der Technik derart weiterzubilden, dass er sich unter Beibehalt seiner kompakten Bauweise durch eine wesentlich erhöhte Nennstromtragfähigkeit auszeichnet.The invention, as specified in claim 1, is based on the object of developing the circuit breaker according to the prior art in such a way that it is distinguished by a significantly increased nominal current carrying capacity while maintaining its compact design.

Der Leitungsschutzschalter nach der Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass er in der Lage ist, wesentlich höhere Nennströme zu führen als der vorbekannte Schalter, aber dennoch nahezu das gleiche Schaltvermögen, insbesondere für Kurzschluss- und Überströme, wie dieser Schalter aufweist. Zudem kann er das Gehäuse und viele Bauteile dieses Schalters enthalten. Dies ist vor allem eine Folge eines geeignet ausgebildeten und bemessenen Strompfades, durch den die infolge ohmscher Verluste hervorgerufene Erwärmung der stromführenden Teile gegenüber dem vorbekannten Schalter wesentlich reduziert ist.The miniature circuit breaker according to the invention is characterized above all by the fact that it is able to carry significantly higher nominal currents than the previously known switch, but still has almost the same switching capacity, in particular for short-circuit and overcurrents, as this switch has. It can also contain the housing and many components of this switch. This is above all, a consequence of a suitably designed and dimensioned current path, by means of which the heating of the current-carrying parts caused by ohmic losses is significantly reduced compared to the previously known switch.

Der Leitungsschutzschalter nach der Erfindung weicht vom Schalter nach dem Stand der Technik lediglich durch die geeignete Ausbildung und Anordnung einiger leicht zu montierender aktiver Elemente im Strompfad ab und kann daher praktisch mit den gleichen Werkzeugen hergestellt werden wie der Schalter nach dem Stand der Technik. Der Leitungsschutzschalter nach der Erfindung kann somit trotz wesentlich erhöhter Nennstromtragfähigkeit sehr kostengünstig hergestellt werden.The circuit breaker according to the invention differs from the switch according to the prior art only by the suitable design and arrangement of some easy-to-assemble active elements in the current path and can therefore be produced practically with the same tools as the switch according to the prior art. The circuit breaker according to the invention can thus be manufactured very inexpensively despite the significantly increased nominal current carrying capacity.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.A preferred exemplary embodiment of the invention and the further advantages which can be achieved thereby are explained in more detail below with reference to a drawing.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

In dieser Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt, und zwar zeigt die einzige Figur eine Aufsicht auf eine teilweise im Schnitt dargestellte Ausführungsform des Leitungsschutzschalter nach der Erfindung.In this drawing, an embodiment of the invention is shown in simplified form, and that the single figure shows a plan view of an embodiment of the circuit breaker according to the invention, shown partly in section.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

In der einzigen Figur bezeichnet 10 einen Bimetallstreifen eines thermisch wirkenden Überstromauslösers. Der Bimetallstreifen 10 besteht aus zwei miteinander verwalzten Streifen aus elektrisch gut leitenden Chrom-Nickel-Stahllegierungen und ist über eine als Doppellitze 12 ausgebildete, flexible Stromverbindung mit einem Stromanschluss 14 verbunden.In the single figure, 10 denotes a bimetal strip of a thermal overcurrent release. The bimetallic strip 10 consists of two strips of chromium-nickel steel alloys, which are rolled together and are connected to a power connection 14 via a flexible power connection designed as a double strand 12.

16 bezeichnet einen im wesentlichen U-förmig abgewinkelten Magnetbügel aus ferromagnetischem Stahl mit einem stirnseitig verbundenen Jochblech 18 aus einem nichtferromagnetischen metallischen Werkstoff, welcher hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeit vergleichbar ist mit dem ferromagnetischen Werkstoff des Magnetbügels 16, aber eine mehrfach höhere elektrische Leitfähigkeit als dieser Werkstoff aufweist. Als Werkstoff für das Jochblech 18 wird vorzugsweise eine Legierung auf der Basis von Kupfer, Silber und/oder Aluminium verwendet, wie insbesondere eine Kupfer und Eisen (bzw. Stahl) oder gegebenenfalls auch Kupfer und Zinn (Bronze) enthaltende Legierung mit beispielsweise ca. 90 bis 95 Gew% Kupfer, Rest überwiegend Eisen oder Zinn und gegebenenfalls Silicium. Magnetbügel 16 und Jochblech 18 bilden ein Joch eines Elektromagneten eines magnetisch wirkenden Kurzschlussstromauslösers. Der Elektromagnet weist neben dem Joch noch eine über einen hülsenförmigen Spulenkörper 20 gewickelte Spule 22 aus Kupferdraht auf sowie einen zylinderförmigen, ferromagnetischen Anker 24 und einen zylinderförmigen, ferromagnetischen Kern 26.16 denotes an essentially U-shaped angled magnetic bracket made of ferromagnetic steel with an end face connected yoke plate 18 made of a non-ferromagnetic metallic material, which is comparable in mechanical strength to the ferromagnetic material of the magnetic bracket 16, but has a multiple higher electrical conductivity than this material . An alloy based on copper, silver and / or aluminum is preferably used as the material for the yoke plate 18, such as, in particular, an alloy containing copper and iron (or steel) or optionally also copper and tin (bronze) with, for example, approximately 90 up to 95% by weight copper, the remainder predominantly iron or tin and optionally silicon. Magnet bracket 16 and yoke plate 18 form a yoke of an electromagnet of a magnetically acting short-circuit current release. In addition to the yoke, the electromagnet also has a coil 22 made of copper wire wound over a sleeve-shaped coil body 20, as well as a cylindrical, ferromagnetic armature 24 and a cylindrical, ferromagnetic core 26.

28 bezeichnet einen Auslösestift aus einem schlagfesten Isoliermaterial, wie einem Polyamid, welcher längs einer Achse L in einer nicht bezeichneten Bohrung des Ankers 24 verschiebbar geführt und mit einem geringen Abstand, von beispielsweise 3 mm, zwischen einem freien Ende des Bimetallstreifens 10 und einer Klinke 30 angeordnet ist. In Richtung der Klinke 30 ist die Bohrung zu einem Sackloch 32 aufgeweitet, welches einen am Auslösestift befestigten Mitnehmer 34 aufnimmt.28 designates a release pin made of an impact-resistant insulating material, such as a polyamide, which is displaceably guided along an axis L in an unspecified bore of the armature 24 and with a small distance, for example 3 mm, between a free end of the bimetal strip 10 and a pawl 30 is arranged. In the direction of the pawl 30, the bore is widened to a blind hole 32 which receives a driver 34 fastened to the release pin.

In Richtung des Bimetallstreifens ist im zylinderförmigen Mantel des Ankers 24 eine Ringnut 37 ausgespart, in welche eine Blattfeder 36 eingreift. Diese Blattfeder ist am in Richtung des Bimetallstreifens 10 abgewinkelten Teil des Jochblechs 18 und an einem Quersteg 40 des Jochblechs 18 befestigt.In the direction of the bimetal strip, an annular groove 37 is recessed in the cylindrical jacket of the armature 24, in which a leaf spring 36 engages. This leaf spring is fastened to the part of the yoke plate 18 which is angled in the direction of the bimetal strip 10 and to a crossbar 40 of the yoke plate 18.

Ein Ende des Bimetallstreifen 10 ist an einem Z-förmig abgewinkelten Lappen 42 des Jochblechs 18 in einer einen guten Stromübergang ermöglichenden Weise befestigt.One end of the bimetallic strip 10 is fastened to a Z-shaped angled tab 42 of the yoke plate 18 in a manner that enables a good current transfer.

Die Spule 22 ist in elektrisch leitender Weise mit ihrem einen Ende mit dem Jochblech 18 und mit ihrem anderen Ende mit einem Festkontakt 44 verbunden. Der Festkontakt 44 weist ein Kontaktplättchen 46 auf, welches im dem in der Figur dargestellten Einschaltzustand des Leitungsschutzschalter mit einem beweglichen Kontakt 48 in elektrisch leitender Verbindung steht. Das Kontaktplättchen 46 und/oder der beweglichen Kontakt 48 enthalten einen edelmetallhaltigen Einsatz, welcher mit Vorteil von einer Silber und Nickel enthaltende Legierung gebildet ist.The coil 22 is connected in an electrically conductive manner at one end to the yoke plate 18 and at the other end to a fixed contact 44. The fixed contact 44 has a contact plate 46 which, in the switched-on state of the circuit breaker shown in the figure, is in electrically conductive connection with a movable contact 48. The contact plate 46 and / or the movable contact 48 contain a noble metal-containing insert, which is advantageously formed from an alloy containing silver and nickel.

Der beweglichen Kontakt 48 ist um eine im nur angedeutet dargestellten Gehäuse 50 des Leitungsschutzschalters gelagerte Achse 52 schwenkbar.The movable contact 48 can be pivoted about an axis 52 mounted in the housing 50 of the circuit breaker, which is only indicated.

Die Klinke 30 ist um eine im beweglichen Kontakt 48 gelagerte Achse 54 schwenkbar. Sie ist winkelförmig ausgebildet und weist einen Hebel mit einer Aufschlagfläche 56 für den Auslösestift 28 auf sowie einen als Haken 58 ausgebildeten weiteren Hebel für die Abstützung eines um die Achse 52 schwenkbaren Klinkenhebels 60. In Richtung der Nase des Hakens 58 verläuft eine Gleitfläche 62 für das Wiedereinklinken des Klinkenhebels 60. Die Klinke 30 weist ferner eine aus der Figur nicht ersichtliche Druckfeder auf, welche an einer nicht dargestellten Ausnehmung des beweglichen Kontakt 48 abgestützt ist und im Gegenuhrzeigersinn auf den die Aufschlagfläche 56 tragenden Hebel der Klinke 30 wirkt.The pawl 30 is pivotable about an axis 54 mounted in the movable contact 48. It is of an angular design and has a lever with a striking surface 56 for the release pin 28 and a further lever designed as a hook 58 for supporting a pawl lever 60 which can be pivoted about the axis 52. A sliding surface 62 for the The pawl lever 60 is re-engaged. The pawl 30 also has a compression spring (not shown in the figure), which is supported on a not shown recess of the movable contact 48 and acts counterclockwise on the lever of the pawl 30 carrying the impact surface 56.

Im Klinkenhebel 60 schwenkbar gelagert ist ein Kontaktbügel 66, dessen vom Klinkenhebel 60 abgewandtes Ende schwenkbar verbunden ist mit einem Schalthebel 64. Dieser Schalthebel 64 ist auf einer festen Achse 68 gelagert und zwischen zwei nicht bezeichneten Anschlägen des Gehäuse 50 um die feste Achse 68 schwenkbar. 70 bezeichnet eine am Gehäuse 50 abgestützte und auf den beweglichen Kontakt 48 wirkende Feder. Eine im Leitungsstrompfad angeordnete und als Doppellitze 74 ausgebildete, flexible Stromverbindung ist in elektrisch leitender Weise mit ihrem einen Ende mit dem beweglichen Kontakte 48 und mit ihrem anderen Ende mit einem Stromanschluss 72 des Leitungsschutzschalters verbunden. Dieser Stromanschluss wie auch der Stromanschluss 14 sind frei von Messing und bestehen zum überwiegenden Teil aus Kupfer.A contact bracket 66 is pivotally mounted in the ratchet lever 60, the end of which, remote from the ratchet lever 60, is pivotally connected to a shift lever 64. This shift lever 64 is mounted on a fixed axis 68 and can be pivoted about the fixed axis 68 between two stops (not shown) of the housing 50. 70 denotes a spring supported on the housing 50 and acting on the movable contact 48. A flexible current connection arranged in the line current path and configured as a double strand 74 is connected in an electrically conductive manner at one end to the movable contacts 48 and at the other end to a current connection 72 of the circuit breaker. This power connection as well as the power connection 14 are free of brass and consist predominantly of copper.

Die Wirkungsweise dieses Schalters ist nun wie folgt: In dem in der Figur dargestellten Einschaltzustand des Leitungsschutzschalters fliesst der Leitungsstrom in dem vom Stromanschluss 72, der Doppellitze 74, dem beweglichen Kontakt 48, dem Festkontakt 44, der Spule 22, dem Jochblech 18, dem Bimetallstreifen 10, der Doppellitze 12 und dem Stromanschluss 14 gebildeten Strompfad. Die durch diesen Strom unter Nennbedingungen hervorgerufene Erwärmung ist nicht grösser als in einem die gleichen geometrischen Abmessungen aufweisenden und ebenfalls unter Nennbedingungen betriebenen, aber mit einem erheblich kleineren Nennstrom belasteten Schalter nach dem Stand der Technik. Dies ist dadurch bedingt, dass der Leiterstrom nun in einem Strompfad geführt ist, der einen erheblich geringeren ohmschen Widerstand aufweist als der Strompfad des Schalters nach dem Stand der Technik. Der erfindungsgemässe Leitungsschutzschalter kann mit einem Nennstrom von typischerweise 63 A belastet werden, der Schalter nach dem Stand der Technik hingegen lediglich mit einem Nennstrom von typischerweise 40 A.The mode of operation of this switch is now as follows: In the switched-on state of the circuit breaker shown in the figure, the line current flows in the current connection 72, the double wire 74, the movable contact 48, the fixed contact 44, the coil 22, the yoke plate 18, the bimetal strip 10, the double strand 12 and the current connection 14 formed current path. The heating caused by this current under nominal conditions is not greater than in a switch according to the prior art which has the same geometrical dimensions and is also operated under nominal conditions but is loaded with a considerably smaller nominal current. This is due to the fact that the conductor current is now guided in a current path which has a considerably lower ohmic resistance than the current path of the switch according to the prior art. The circuit breaker according to the invention can be loaded with a nominal current of typically 63 A, the switch according to the prior art, however, only with a nominal current of typically 40 A.

Die unterschiedliche Ausbildung der Strompfade des erfindungsgemässen Schalters und des Schalters nach dem Stand der Technik ruft aber noch zusätzliche Wirkungen hervor. Diese zusätzlichen Wirkungen ermöglichen erst die höhere Nennstrombelastung des erfindungsgemässen Schalters, obwohl er die gleichen geometrischen Abmessungen und überwiegend die gleichen Bauteile, insbesondere etwa Gehäuse 50, Spule 22, Bimetallstreifen 10 und Blattfeder 36, aufweist wie der Schalter nach dem Stand der Technik.The different design of the current paths of the switch according to the invention and the switch according to the prior art, however, produces additional effects. These additional effects only enable the higher nominal current load of the switch according to the invention, although it has the same geometric dimensions and predominantly the same components, in particular, for example, housing 50, coil 22, bimetal strips 10 and Leaf spring 36, like the switch according to the prior art.

Dadurch, dass der Leiterstrom nun durch einen Jochabschnitt, nämlich das Jochblech 18, geführt ist, das aus einem gegenüber dem ferromagnetischen Werkstoff des übrigen Joches, nämlich dem Magnetbügel 16, elektrisch wesentlich besser leitenden und gute mechanische Eigenschaften aufweisenden Werkstoff besteht, wird neben einer Verringerung des ohmschen Widerstandes noch folgendes erreicht:
Bedingt durch den Einbau eines Jochabschnittes aus einem besonders gut leitenden Werkstoff, welcher praktisch ebenso gute mechanische Eigenschaften wie der Werkstoff des übrigen Teils des Joches aufweist, kann der beim Schalter nach dem Stand der Technik vorgesehene Bimetallstreifen 10 unverändert beibehalten und weiterhin am Lappen 42 des Jochblechs 18 angeordnet werden. Auch die Spule 22 kann unverändert beibehalten werden. Dies ist für das Kurzschlussstromschaltvermögen des erfindungsgemässen Schalters entscheidend, da die Spule 22 bei einem in einem Leitungsnetz typischerweise 3 kA betragenden Kurzschlussstrom dann das gleiche Magnetfeld zur Beblasung des Schaltlichtbogens erzeugt wie die Spule beim Schalter nach dem Stand der Technik. Im Unterschied zum Schalter nach dem Stand der Technik ist das Joch der Spule 22 wegen des aus nichtferromagnetischem Werkstoffs bestehenden Jochblechs 18 offen. Dieses offene Joch hat auf das magnetische Blasfeld der Spule 22 bei Kurzschlussströmen praktisch keinen Einfluss, da die ferromagnetischen Teile, wie der Magnetbügel 16, bei grossen Strömen magnetisch gesättigt sind. Bei Nennströmen bedingt die grössere Stromstärke zwar eine höhere Verlustleistung der Spule 22 als dies beim Schalter nach dem Stand der Technik der Fall ist, jedoch werden diese Verluste kompensiert durch durch die geringen Verluste im Jochblech 18.The fact that the conductor current is now passed through a yoke section, namely the yoke plate 18, which consists of a material that is significantly more electrically conductive and has good mechanical properties than the ferromagnetic material of the rest of the yoke, namely the magnetic bracket 16, is not only a reduction of ohmic resistance still achieves the following:
Due to the installation of a yoke section made of a particularly good conductive material, which has practically just as good mechanical properties as the material of the rest of the yoke, the bimetal strip 10 provided in the switch according to the prior art can remain unchanged and still on the tab 42 of the yoke sheet 18 are arranged. The coil 22 can also be kept unchanged. This is decisive for the short-circuit current switching capacity of the switch according to the invention, since the coil 22 then generates the same magnetic field for blowing the switching arc as the coil in the switch according to the prior art in the case of a short-circuit current which is typically 3 kA in a line network. In contrast to the switch according to the prior art, the yoke of the coil 22 is open because of the yoke plate 18 made of non-ferromagnetic material. This open yoke has practically no influence on the magnetic blowing field of the coil 22 in the event of short-circuit currents, since the ferromagnetic parts, such as the magnetic bracket 16, are magnetically saturated with large currents. At nominal currents, the larger current intensity causes a higher power loss of the coil 22 than is the case with the switch according to the prior art, but these losses are compensated for by the low losses in the yoke plate 18.

Der Kurzschlussstromauslöser löst oberhalb eines vorgegebenen Ansprechstromes aus, welcher gemäss den einschlägigen Vorschriften das Achtfache des Nennstroms ist. Dieser Ansprechstrom beträgt beim Schalter nach dem Stand der Technik typischerweise 320 A, beim erfindungsgemässen Schalter typischerweise 504 A. Da beim Schalter nach dem Stand der Technik das Jochblech 18 und der Magnetbügel 16 aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen, wirkt das Joch der Spule 22 wie ein geschlossener magnetischer Kreis, bei dem bereits mit einem vergleichsweise geringen Ansprechstrom ein zum Anzug des Ankers ausreichend grosses Magnetfeld induziert wird. Hingegen bildet beim erfindungsgemässen Schalter das Joch der Spule 22 wegen des nichtferromagnetischen Werkstoffs einen offenen magnetischen Kreis. Bei diesem Schalter wird erst bei einem vergleichsweise grossen Ansprechstrom (bei einem typischen Nennstrom von 63 A also bei 504 A) ein zum Anzug des Ankers 24 ausreichend grosses Magnetfeld induziert, welches durch Aufschlagen des Auslösestiftes 28 auf die Klinke 30 zum Öffnen des Kontakte 44, 48 und nachfolgend zum Abschalten des Kurzschlussstroms durch magnetische Beblasung des sich hierbei bildenden Schaltlichtbogens führt.The short-circuit current release trips above a specified response current, which is in accordance with the relevant regulations is eight times the nominal current. This response current is typically 320 A in the switch according to the prior art, typically 504 A in the switch according to the invention. Since the yoke plate 18 and the magnetic bracket 16 are made of ferromagnetic material in the switch according to the prior art, the yoke of the coil 22 acts like a closed one magnetic circuit, in which a magnetic field sufficient to attract the armature is induced with a comparatively low response current. On the other hand, in the switch according to the invention, the yoke of the coil 22 forms an open magnetic circuit due to the non-ferromagnetic material. With this switch, a magnetic field which is sufficiently large to attract the armature 24 is only induced at a comparatively large response current (at a typical nominal current of 63 A, that is to say at 504 A), which by opening the trigger pin 28 on the latch 30 to open the contacts 44 48 and subsequently leads to the short-circuit current being switched off by magnetic blowing of the switching arc which forms in the process.

Dadurch, dass der Strom nun anstelle in Einfachlitzen in Doppellitzen 12 und 74 mit doppeltem Querschnitt geführt ist, ergibt sich neben einer Verringerung des ohmschen Widerstandes des Strompfades zusätzlich auch ein Stromleiter mit einer gegenüber einer Einfachlitze mit vergleichbarem ohmschem Widerstand um das Vierfache herabgesetzten Steifigkeit. Die mit dem Bimetallstreifen 10 verbundene Doppellitze 12 beeinflusst den Bimetallstreifen kräftemässig daher wesentlich geringer als eine Einfachlitze mit einem der Doppellitze 12 entsprechenden ohmschen Widerstand. Dadurch werden Streuungen das Bimetallstreifen 10 bei der thermischen Auslösung ganz wesentlich reduziert. Die mit dem beweglichen Kontakt 48 verbundene Doppellitze 74 beeinflusst die Kontaktkraft der Kontaktanordnung des Leitungsschutzschalter erheblich geringer als eine Einfachlitze mit vergleichbarem ohmschem Widerstand. Zudem kann auch die Feder 70 unverändert beibehalten werden, da deren Kraft fast gänzlich zum Öffnen des beweglichen Kontakt 48 zur Verfügung steht. Von Vorteil ist es ausserdem, dass die Doppellitze aus bereits beim Schalter nach dem Stand der Technik eingesetzten Einfachlitzen hergestellt ist, also eine Einfachlitze von doppeltem Querschnitt als zusätzliches Teil eingespart werden kann.The fact that the current is now conducted in double strands 12 and 74 with a double cross section instead of in single strands results in addition to a reduction in the ohmic resistance of the current path and also a current conductor with a stiffness that is four times lower than that of a single strand with comparable ohmic resistance. The double strand 12 connected to the bimetallic strip 10 therefore influences the bimetallic strip with less force than a single strand with an ohmic resistance corresponding to the double strand 12. Scattering of the bimetallic strip 10 during thermal tripping is significantly reduced. The double strand 74 connected to the movable contact 48 influences the contact force of the contact arrangement of the circuit breaker considerably less than a single strand with a comparable ohmic resistance. In addition, the spring 70 can also be kept unchanged, since its force is almost entirely available for opening the movable contact 48. It is an advantage moreover, that the double strand is made from single strands already used in the switch according to the prior art, that is to say one single strand of double cross-section can be saved as an additional part.

Auch der Bimetallstreifen 10 kann unverändert beibehalten werden, wenn die Doppellitze 12 in elektrisch leitender Weise derart auf dem Bimetallstreifen 10 befestigt ist, dass der vom Leitungsstrom durchflossene Abschnitt des Bimetallstreifens 10 erheblich kürzer ist als die für eine Überstromauslösung erforderliche Länge des Bimetallstreifens 10. Dies wird in der Ausführungsform des erfindungsgemässen Leitungsschutzschalter gemäss der einzigen Figur dadurch erreicht, dass das Strom lediglich in den unteren Teil des Bimetallstreifens 10, etwa ins untere Drittel, eingespeist wird. Dadurch kann die Heizleistung des Bimetallstreifens 10 trotz höheren Stroms auf dem gleichen Wert wie beim Schalter nach dem Stand der Technik gehalten werden. Durch die Anordnung der Doppellitze 12 im unteren Drittel des Bimetallstreifens 10 wird die Kraftwirkung der Doppellitze 12 nochmals abgeschwächt.The bimetal strip 10 can also be kept unchanged if the double strand 12 is attached to the bimetal strip 10 in an electrically conductive manner in such a way that the section of the bimetal strip 10 through which the line current flows is considerably shorter than the length of the bimetal strip 10 required for overcurrent tripping. This becomes achieved in the embodiment of the circuit breaker according to the invention according to the single figure in that the current is fed only into the lower part of the bimetallic strip 10, approximately in the lower third. As a result, the heating power of the bimetal strip 10 can be kept at the same value as that of the switch according to the prior art, despite the higher current. By arranging the double strand 12 in the lower third of the bimetal strip 10, the force effect of the double strand 12 is weakened again.

Durch die Verwendung messingfreier und überwiegend aus Kupfer bestehender Stromanschlüsse 14 und 72 wird der ohmscher Widerstand im Strompfad des erfindungsgemässen Leitungsschutzschalters ebenso herabgesetzt wie durch einen edelmetallhaltigen, insbesondere AgNi enthaltenden, Einsatz. Insbesondere nach KurzschlussstromAbschaltungen reduziert dieser Einsatz den Übergangswiderstand zwischen dem beweglichen Kontakt 48 und dem Festkontakt 44 ganz beträchtlich.The use of brass-free and predominantly copper current connections 14 and 72 reduces the ohmic resistance in the current path of the circuit breaker according to the invention as well as the use of a noble metal, in particular containing AgNi. In particular after short-circuit current shutdowns, this use considerably reduces the contact resistance between the movable contact 48 and the fixed contact 44.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

1010th
BimetallstreifenBimetal strips
1212th
DoppellitzeDouble strand
1414
StromanschlussPower connection
1616
MagnetbügelMagnetic bracket
1818th
JochblechYoke sheet
2020th
SpulenkörperBobbin
2222
SpuleKitchen sink
2424th
Ankeranchor
2626
Kerncore
2828
AuslösestiftTrigger pin
3030th
Klinkepawl
3232
SacklochBlind hole
3434
MitnehmerCarrier
3636
BlattfederLeaf spring
3737
RingnutRing groove
3838
Teilpart
4040
QuerstegCrossbar
4242
LappenRag
4444
FestkontaktFixed contact
4646
KontaktplättchenContact plate
4848
beweglicher Kontaktmoving contact
5050
Gehäusecasing
52, 5452, 54
Achsenaxes
5656
AufschlagflächeImpact area
5858
Hakenhook
6060
KlinkenhebelRatchet lever
6262
GleitflächeSliding surface
6464
SchalthebelGear lever
6666
KontaktbügelContact bracket
6868
Achseaxis
7070
Federfeather
7272
StromanschlussPower connection
7474
DoppellitzeDouble strand

Claims (9)

Leitungsschutzschalter mit einem magnetischen Kurzschlussstromauslöser und einem einen Bimetallstreifen (10) enthaltenden Überstromauslöser, bei dem der Leitungsstrom in einem Strompfad geführt ist, der neben zwei relativ zueinander beweglichen Kontakten (44, 48) sowie einem Abschnitt des Bimetallstreifens (10) auch eine elektromagnetische Spule (22) und einen Abschnitt eines ferromagnetischen Werkstoff enthaltenden Jochs des Kurzschlussstromauslösers aufweist, und bei dem das bei einem Kurzschlussstrom von der Spule (22) erzeugte Magnetfeld zum Anziehen eines Ankers (24) des Kurzschlussstromauslösers und zum magnetischen Beblasen eines sich bei öffnenden Kontakten (44, 48) bildenden Schaltlichtbogens dient, dadurch gekennzeichnet, dass der stromführende Jochabschnitt von einem nichtferromagnetischen metallischen Werkstoff gebildet ist, welcher hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeit vergleichbar ist mit ferromagnetischen Werkstoff des Jochs, aber eine mehrfach höhere elektrische Leitfähigkeit als dieser Werkstoff aufweist.Miniature circuit breaker with a magnetic short-circuit current release and an overcurrent release containing a bimetal strip (10), in which the line current is guided in a current path which, in addition to two contacts (44, 48) which are movable relative to one another and a section of the bimetal strip (10), also an electromagnetic coil ( 22) and a section of a yoke of the short-circuit current release containing ferromagnetic material, and in which the magnetic field generated by the coil (22) in the event of a short-circuit current for attracting an armature (24) of the short-circuit current release and for magnetically blowing a contact (44, 48) forming switching arc, characterized in that the current-carrying yoke section is formed from a nonferromagnetic metallic material which is comparable in terms of its mechanical strength to ferromagnetic material of the yoke, but a multiple higher elec tric conductivity than this material. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Legierung auf der Basis von Kupfer, Silber und/oder Aluminium ist.Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the material is an alloy based on copper, silver and / or aluminum. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung überwiegend Kupfer sowie zumindest Eisen oder Zinn enthält.Circuit breaker according to claim 2, characterized in that the alloy mainly contains copper and at least iron or tin. Leitungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Strompfad zwischen dem Bimetallelement (10) und einem ersten (14) von zwei Stromanschlüssen (14, 72) eine als erste Doppellitze (12) ausgebildete, flexible Stromverbindung angeordnet ist.Miniature circuit breaker according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a flexible current connection designed as a first double wire (12) is arranged in the current path between the bimetal element (10) and a first (14) of two current connections (14, 72). Leitungsschutzschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Doppellitze (12) in elektrisch leitender Weise derart auf dem Bimetallstreifen (10) befestigt ist, dass der vom Leitungsstrom durchflossene Abschnitt des Bimetallstreifens (10) erheblich kürzer ist als die für einer Überstromauslösung erforderliche Länge des Bimetallstreifens 10.Circuit breaker according to Claim 4, characterized in that the first double stranded wire (12) is fastened in an electrically conductive manner on the bimetal strip (10) in such a way that the section of the bimetal strip (10) through which the line current flows is considerably shorter than the length required for overcurrent tripping of the bimetallic strip 10. Leitungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Strompfad zwischen einem zweiten (72) beider Stromanschlüsse (14, 72) und einem beweglichen (48) beider Kontakte (44, 48) eine als zweite Doppellitze (74) ausgebildete, flexible Stromverbindung angeordnet ist.Miniature circuit breaker according to one of claims 4 or 5, characterized in that in the current path between a second (72) of both power connections (14, 72) and a movable (48) of both contacts (44, 48) is formed as a second double wire (74), flexible power connection is arranged. Leitungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Stromanschluss (14, 72) frei von Messing sind und überwiegend aus Kupfer bestehen.Circuit breaker according to one of claims 4 to 6, characterized in that the first and / or the second power connection (14, 72) are free of brass and mainly consist of copper. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Kontakte (44, 48) einen edelmetallhaltigen Einsatz aufweist.Miniature circuit breaker according to claim 7, characterized in that at least one of the two contacts (44, 48) has an insert containing noble metal. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz von einer Silber und Nickel enthaltende Legierung gebildet ist.Circuit breaker according to claim 8, characterized in that the insert is formed from an alloy containing silver and nickel.
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