EP0616350B1 - Leitungsschutzschalter - Google Patents

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Publication number
EP0616350B1
EP0616350B1 EP19940103312 EP94103312A EP0616350B1 EP 0616350 B1 EP0616350 B1 EP 0616350B1 EP 19940103312 EP19940103312 EP 19940103312 EP 94103312 A EP94103312 A EP 94103312A EP 0616350 B1 EP0616350 B1 EP 0616350B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
current
yoke
breaker according
circuit
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19940103312
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0616350A1 (de
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/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0616350B1 publication Critical patent/EP0616350B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 against 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 that 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.
  • this switch has a magnetic yoke made of a composite material or the magnetic yoke bent from a ferromagnetic sheet contains a bridge part made of a highly conductive material, such as copper.
  • the composite material consists of a sheet metal strip made of a ferromagnetic iron alloy with a cladding made of a highly conductive material, such as preferably copper.
  • the bridge part follows the outer contour of the magnetic yoke between an excitation winding and a contact point.
  • the magnetic yoke acts in the prior art like a closed magnetic circuit, so that already comparatively low response current induces a sufficiently large magnetic field that triggers the opening of the switch.
  • the invention is based on the object of developing the miniature circuit breaker according to the prior art in such a way that it is distinguished by a substantially 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 trigger 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 angled and has a lever with an impact 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 runs in the direction of the nose of the hook 58 The pawl lever 60 re-engages.
  • 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.
  • the bimetallic strip 10 provided in the switch according to the prior art can remain unchanged and also 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.
  • 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.
  • 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 for the switch according to the prior art, typically 504 A for the switch according to the invention. Since the yoke plate 18 and the magnetic bracket 16 consist 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 wire 74 connected to the movable contact 48 influences the contact force of the contact arrangement of the circuit breaker considerably less than a single wire 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.
  • brass-free current connections 14 and 72 consisting predominantly of copper 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.

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Description

  • 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.
    • STAND DER TECHNIK
  • Die Erfindung nimmt gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein weiterer Leitungsschutzschalter ist in EP-A1-0 444 283 beschrieben. In einer zur Führung hoher Stromstärken geeigneten Ausführungsform weist dieser Schalter ein Magnetjoch aus einem Verbundwerkstoff auf oder enthält das aus einem ferromagnetischen Blech gebogene Magnetjoch ein Brückenteil aus einem gut leitenden Werkstoff, wie Kupfer. Der Verbundwerkstoff besteht aus einem Blechstreifen aus einer ferromagnetischen Eisenlegierung mit einer Plattierung aus gut leitendem Material, wie vorzugsweise Kupfer. Das Brückenteil folgt der Aussenkontur des Magnetjochs zwischen einer Erregerwicklung und einer Kontaktstelle.
  • Sowohl der Verbundwerkstoff als auch das zusätzliche Brückenteil erschweren die Herstellung des Leitungsschutzschalters nicht unerheblich. Zudem wirkt das Magnetjoch beim Stand der Technik wie ein geschlossener magnetischer Kreis, so dass bereits ein vergleichsweise geringer Ansprechstrom ein das Öffnen des Schalters auslösendes, ausreichend grosses Magnetfeld induziert.
    • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 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.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein Ende des Bimetallstreifen 10 ist an einem Z-förmig abgewinkelten Lappen 42 des Jochblechs 18 in einer einen guten Stromübergang ermöglichenden Weise befestigt.
  • 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.
  • Der beweglichen Kontakt 48 ist um eine im nur angedeutet dargestellten Gehäuse 50 des Leitungsschutzschalters gelagerte Achse 52 schwenkbar.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Bimetallstreifen
    12
    Doppellitze
    14
    Stromanschluss
    16
    Magnetbügel
    18
    Jochblech
    20
    Spulenkörper
    22
    Spule
    24
    Anker
    26
    Kern
    28
    Auslösestift
    30
    Klinke
    32
    Sackloch
    34
    Mitnehmer
    36
    Blattfeder
    37
    Ringnut
    38
    Teil
    40
    Quersteg
    42
    Lappen
    44
    Festkontakt
    46
    Kontaktplättchen
    48
    beweglicher Kontakt
    50
    Gehäuse
    52, 54
    Achsen
    56
    Aufschlagfläche
    58
    Haken
    60
    Klinkenhebel
    62
    Gleitfläche
    64
    Schalthebel
    66
    Kontaktbügel
    68
    Achse
    70
    Feder
    72
    Stromanschluss
    74
    Doppellitze

Claims (9)

  1. Leitungsschutzschalter mit einem magnetischen Kurzschlussstromauslöser und mit 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 Jochs des Kurzschlussstromauslösers aufweist, bei dem das Joch einen U-förmig abgewinkelten Magnetbügel (16) aus ferromagnetischem Werkstoff und ein stirnseitig damit verbundenes, den stromführenden Jochabschnitt bildendes und den Bimetallstreifen (10) befestigendes Jochblech (18) enthält, 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 das Jochblech (18) von einem nichtferromagnetischen metallischen Werkstoff gebildet ist, welcher hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeit vergleichbar ist mit dem ferromagnetischen Werkstoff des Magnetbügels (16), aber eine mehrfach höhere elektrische Leitfähigkeit als dieser Werkstoff aufweist, und dass das Joch wegen des aus nichtferromagnetischen Werkstoff gebildeten Jochblechs (18) offen ist.
  2. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtferromagnetische Material eine Legierung auf der Basis von Kupfer, Silber und/oder Aluminium ist.
  3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die nichtferromagnetische Legierung überwiegend Kupfer sowie zumindest Eisen oder Zinn enthält.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Kontakte (44, 48) einen edelmetallhaltigen Einsatz aufweist.
  9. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz von einer Silber und Nickel enthaltende Legierung gebildet ist.
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