Die Erfindung betrifft eine thermische Auslöseeinrichtung für ein Installationsschaltgerät
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Thermische Auslöseeinrichtungen für Installationsschaltgeräte, beispielsweise Leitungsschutzschalter
oder Sicherungshauptschalter, umfassen ein Thermo-Bimetall, das
sich aufgrund der Wärmewirkung des das Installationsschaltgerät bestimmungsgemäß
durchfließenden elektrischen Stromes erwärmt und dabei ausbiegt. Das Thermo-Bimetall
ist dabei so in das Installationsschaltgerät eingebaut und ausgelegt, dass bei
Überschreiten eines Schwellenwertes des Stromes seine Ausbiegung ausreicht, um
einen Auslösemechanismus zu betätigen, über den der Stromfluss durch das Schaltgerät
unterbrochen wird. In der Regel betätigt das Thermo-Bimetall einen Auslösehebel,
der auf ein Schaltschloss wirkt, welches über einen Kontakthebel eine Kontaktstelle
öffnet.
Die Wärmewirkung des Stromes kann dabei direkt oder indirekt auf das Thermo-Bimetall
wirken. Bei indirekter Wirkung ist das Thermobimetall nicht selbst vom Strom
durchflossen, sondern einem stromdurchflossenen Leiter benachbart angeordnet, so
dass die durch den Stromfluss in diesem Leiter erzeugte Wärme auf das Thermobimetall
übergeht und dieses indirekt erwärmt.
Bei direkter Wirkung ist das Thermobimetall selbst ganz oder teilweise vom Strom
durchflossen, die Wärmewirkung des Stromes tritt aufgrund des elektrischen Widerstandes
des Thermobimetalls auf. Direkt erwärmte Thermobimetalle erlauben eine größere
und schnellere Erwärmung und damit die Erzeugung einer größeren und schnelleren
Auslenkung.
Wichtig für die Anwendung in einem Installationsschaltgerät ist weiterhin die Erzeugung
einer möglichst großen Kraft auf den Auslösemechanismus, bei gleichzeitig kompakter,
raumsparender und kostengünstiger Bauweise des Thermobimetall-Aktors.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Auslöseeinrichtung
zu schaffen, die bei raumsparender und kostengünstiger Bauweise eine hohe Auslösekraft
aufbringt, sowie ein Installationsschaltgerät mit einer solchen thermischen
Auslöseeinrichtung.
Die Aufgabe wird bezüglich der thermischen Auslöseeinrichtung gelöst durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Installationsschaltgerätes
durch den Anspruch 10.
Erfindungsgemäß also ist das Thermo-Bimetall in U-Form ausgebildet, und die Verbiegung
des U-förmigen Thermo-Bimetalls erfolgt senkrecht zu der durch die beiden
Schenkel des U-förmigen Thermo-Bimetalls festgelegten Bimetall-Ebene. Die Betätigung
des Auslösemechanismus, beispielsweise eines Auslösehebels, erfolgt im Bereich
des U-Bogens. Der Vorteil eines erfindungsgemäßen U-förmigen Thermo-Bimetalls
liegt darin, dass es das Arbeitsvermögen von zwei Bimetall-Streifen hat. Die
Kraft jedes der beiden Schenkel des U-förmigen Thermo-Bimetalls addiert sich so zur
doppelten Auslösekraft, die ein einzelner Schenkel hätte, wobei die Gesamtlänge dennoch
nur die eines einzelnen Schenkels ist, so dass ein raumsparender Einbau in ein
Installationsschaltgerät möglich wird.
Bei einem direkt beheizten U-förmigen Thermo-Bimetall ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Stromzuführung zu dem Thermo-Bimetall am freien Ende des einen Schenkels
und die Stromausleitung am freien Ende des anderen Schenkels erfolgt. Dann
durchfließt der Strom das U-förmige Thermo-Bimetall in seiner gesamten Länge, und
am Bereich des U-Bogens, wo das Thermo-Bimetall auf die Auslöseeinrichtung einwirkt,
ist kein stromabführender beweglicher Leiter anzubringen.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das freie Ende eines
ersten Bimetall-Schenkels an der Bimetall-Fixierungsstelle elektrisch leitend mit einem
Bimetall-Träger verbunden, und das freie Ende des anderen Bimetall-Schenkels ist mit
dem Bimetall-Träger durch ein isolierendes Klemmteil verbunden, derart, dass das freie
Ende des anderen Bimetall-Schenkels, bezogen auf die Biegerichtung senkrecht zur
Bimetall-Ebene, fest an die Fixierungsstelle gekoppelt ist.
Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Stromeinleitung in das Thermo-Bimetall über
den Bimetall-Träger erfolgen kann, so dass nur ein beweglicher Leiter an dem freien
Ende des anderen Schenkels angebracht werden muss, was die Herstellung vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil der o.g. Ausgestaltung ist es, dass auf einfache und kostengünstige
Weise dafür Sorge getragen ist, dass die komplette Kraft beider Schenkel als
Auslösekraft zur Verfügung steht. Das ist nämlich nur dann der Fall, wenn die beiden
freien Enden des U-förmigen Thermo-Bimetalls sich in Biegerichtung nicht gegeneinander
verschieben können, mit anderen Worten also aneinander in Biegerichtung fixiert
sind. Die Fixierung muss allerdings so erfolgen, dass kein elektrischer Kurzschluss zwischen
den beiden freien Enden der Schenkel auftritt. Außerdem soll die Fixierung einfach
und kostengünstig in der Fertigung sein. Das erfindungsgemäße isolierende
Klemmteil isoliert die beiden freien Enden elektrisch voneinander, jedoch mechanisch
klemmt es den anderen freien Schenkel mit der Fixierungsstelle und somit wirkungsmäßig
mit dem freien Ende des ersten Schenkels fest.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das isolierende
Klemmteil einen Isolierkörper mit Ausnehmungen zur Aufnahme korrespondierender
Befestigungsabschnitte des Bimetall-Trägers und des freien Endes des anderen Bimetall-Schenkels.
Dadurch kann das Klemmteil als separates Teil gefertigt und in einfacher
Weise, parallel zur Bimetall-Ebene, auf die korrespondierenden Befestigungsabschnitte
des Bimetall-Trägers und des freien Endes des anderen Bimetall-Schenkels
aufgeschoben werden.
Dabei kann der Befestigungsabschnitt des freien Endes des anderen Bimetallschenkels
eine daran angeformte, in der Bimetall-Ebene liegende und von dem ersten Bimetall-Schenkel
wegweisende Lasche sein. Der Befestigungsabschnitt des Bimetall-Trägers
kann eine parallel zur Bimetall-Ebene und in einem Abstand a zu dem Befestigungsabschnitt
des freien Endes des anderen Bimetall-Schenkels befindliche Lasche
an einem ersten Träger-Schenkel sein.
Das isolierende Klemmteil kann auch an der Gehäuseinnenwand des Installationsschaltgerätes
so angeformt sein, dass der Bimetall-Aktor parallel zur Bimetall-Ebene in
das Klemmteil einsetzbar ist. Dadurch wird eine automatisierte Fertigung eines Installationsgerätes
mit erfindungsgemäßem thermischem Auslöser unterstützt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch die freien Enden der
beiden Bimetall-Schenkel direkt durch ein isolierendes Klemmteil verbunden sein, derart,
dass sie bezogen auf die Bewegungsrichtung senkrecht zur Bimetall-Ebene fest
aneinander gekoppelt sind. Diese Ausgestaltung ist dann vorteilhaft, wenn aus konstruktiven
Gründen auf einen Bimetall-Träger verzichtet werden kann, oder wenn der
Bimetall-Träger so in das Installationsschaltgerät eingefügt ist, dass für das Anbringen
eines Befestigungsabschnittes kein Platz mehr bleibt.
Ein erfindungsgemäßes Installationsschaltgerät zeichnet sich dadurch aus, dass es
eine thermische Auslöseeinrichtung wie oben beschrieben umfasst. Damit ist ein erfindungsgemäßes
Installationsschaltgerät besonders kompakt und kostengünstig herstellbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere
Vorteile sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Anhand der Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Thermobimetall-Aktors,
- Fig. 2
- eine schematische Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Thermobimetall-Aktor
nach Fig.1, in einem Installationsschaltgerät,
- Fig. 3
- eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Thermobimetall-Aktors nach
Fig. 1,
- Fig. 4a
- eine Seitenansicht auf die Bimetall-Ebene eines weiteren erfindungsgemäßen
Thermobimetall-Aktors, und
- Fig. 4b
- eine Seitenansicht auf die Schmalseite des Thermobimetall-Aktors nach
Fig. 4a.
Fig. 1 also zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Thermobimetall-Aktors
10. Fig. 2 zeigt die Aufsicht und Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht desselben
Thermobimetall-Aktors 10. Gleiche Bezugsziffern und Symbole bezeichnen in
den Fig. 1 bis 3 dieselben Baugruppen oder Elemente.
Das U-förmig gebogene Thermobimetall 18 ist aus einem über seine Schmalseite gebogenen
Thermobimetall-Streifen oder durch Ausstanzen aus einem Thermobimetall-Blechstreifen
gebildet. Seine beiden Schenkel 22, 26, verbunden durch einen U-Bogen
19, legen die Bimetall-Ebene t fest. Die bestimmungsgemäße, erwärmungsbedingte
Biegung des Bimetalls erfolgt senkrecht zu dieser Ebene t, wie in den Fig. 2 und 3
durch den Pfeil B angedeutet.
Am freien Ende 23 seines ersten Schenkels 22 ist an der Bimetall-Fixierungsstelle 13
ein Bimetall-Träger 14 elektrisch leitend befestigt, hier angeschweißt. Die Art der Befestigung
ist im Übrigen für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung, so lange sie nur
elektrisch leitend mit möglichst geringem Übergangswiderstand und mechanisch fest
ist. Sie kann alternativ auch durch Löten, Schrauben, Kleben oder eine andere geeignete
Technik erfolgen. Der Bimetall-Träger 14 umfasst einen ersten Träger-Schenkel
15 und einen daran angeformten L-förmigen Trägerfortsatz 16. Mit dem kurzen Schenkel
des L-förmigen Trägerfortsatzes 16 ist der Bimetall-Träger 14 in dem Installationsschaltgerät
50 ortsfest gelagert, wie durch die Schraffur in Fig. 2 angedeutet ist.
Die hier gezeigte Ausführungsform eines Bimetall-Trägers ist selbstverständlich nicht
die einzig mögliche. Die genaue Ausgestaltung des Bimetall-Trägers ist auch nicht erfindungswesentlich.
Vielmehr soll die Erfindung jede Ausführungsform eines Bimetall-Trägers
umfassen, der geeignet ist, eine erfindungsgemäße Lasche 17 zu tragen und
das Thermobimetall 18 bestimmungsgemäß ortsfest in dem Installationsschaltgerät zu
lagern.
Der erste Trägerschenkel 15 ist senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des ersten
Bimetall-Schenkels 22, in Richtung auf den zweiten Bimetall-Schenkel 26 hin orientiert
und überragt ihn. Er ist zu seinem freien Ende hin abgekröpft, so dass an seinem freien
Ende eine abgekröpfte erste Lasche 17 entsteht, die parallel zu der Bimetall-Ebene und
im Abstand a zu dieser verläuft.
Am freien Ende 27 des anderen Bimetall-Schenkels 26 ist eine weitere, in der Bimetall-Ebene
liegende und von dem ersten Bimetall-Schenkel 22 wegweisende Lasche 30
angeformt, so dass beide Laschen 17, 30 parallel zueinander verlaufen.
Senkrecht zu der Bimetall-Ebene ist ein isolierendes Klemmteil 34 auf die beiden Laschen
17 und 30 aufgesteckt. Die Steckrichtung ist in Fig. 1 und Fig. 2 durch den Pfeil
A angedeutet.
Das Klemmteil 34 umfasst im Wesentlichen einen etwa quaderförmigen Körper aus
Isolierstoff, beispielsweise Kunststoff, in den zwei Ausnehmungen 38, 39 zur Aufnahme
der Laschen 17, 30 eingebracht sind. Beim Aufstecken des Klemmteils 34 werden die
Laschen 17, 30 in den Ausnehmungen 39, 38 formschlüssig gehalten, so dass dann
das freie Ende 27 des anderen Bimetall-Schenkels 26 bezogen auf die Biegerichtung
senkrecht zur Bimetall-Ebene mechanisch fest an die Fixierungsstelle 13 und damit an
das freie Ende 23 des ersten Bimetall-Schenkels 22 gekoppelt ist, elektrisch jedoch von
diesem isoliert.
Die der abgekröpften, ersten Lasche 17 zugeordnete Ausnehmung 39 in dem Klemmteil
34 ist taschenförmig ausgebildet. Die dem anderen freien Schenkel 26 zugeordnete
Ausnehmung 38 im Klemmteil 34 weist eine durchgängige Nut auf, so dass darin neben
der Lasche 30 noch ein Teil des Schenkels 26 aufgenommen sein kann.
Der Stromfluss durch das Thermobimetall 18 wird über den Bimetall-Träger 14 und die
Bimetall-Fixierungsstelle 13 eingeleitet, er durchfließt dann das Thermobimetall 18 in
voller Länge und wird am freien Ende 27 des anderen Bimetall-Schenkels 26 über einen
daran elektrisch leitend befestigten beweglichen Leiter 42 wieder ausgeleitet.
Durch den Stromfluss erwärmt und verbiegt sich das Thermobimetall 18. Bei Überschreiten
eines Schwellenwertes des Stromes ist die Verbiegung so groß, dass im Bereich
des U-Bogens 19 das Thermobimetall 18 einen Auslösehebel 60 des Installationsschaltgerätes
50 betätigt und damit beispielsweise ein Schaltwerk entklinkt.
Weil die beiden freien Enden 23, 27 der Thermobimetall-Schenkel 22, 26 über das
Klemmteil 34, wie oben beschrieben, in Biegerichtung mechanisch fest aneinander gekoppelt
sind, kann das freie Ende 27 des zweiten Thermobimetall-Schenkels 26 nicht
ausweichen. Es wirkt somit die Biegekraft beider Schenkel 22, 26 auf den Auslösehebel
60, was für eine sichere Auslösung sehr vorteilhaft ist.
Die gezeigte Form des Klemmteils 34 ist selbstverständlich nicht die einzig denkbare.
Vielmehr soll die Erfindung auch alle anderen Ausführungsformen für das Klemmteil 34
umfassen, sofern nur die erfindungsgemäße Funktion, nämlich mechanische Kopplung
der beiden freien Enden bei elektrischer Isolierung, erfüllt ist.
Eine alternative sehr einfache Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Thermo-bimetall-Aktors
10' zeigen die Fig. 4a und 4b. Gleiche oder gleich wirkende Baugruppen
oder Elemente haben auch dort die selben Bezugsziffern und -zeichen wie in den
Fig. 1 bis 3, ergänzt um einen Apostroph. Das Klemmteil 34' verbindet hier die freien
Enden 23', 27' der beiden Bimetall-Schenkel 22', 26' direkt. Dabei wird das Klemmteil
34' hier parallel zur Bimetall-Ebene von unten her in Richtung des Pfeils A' aufgesteckt.
Die dem Thermobimetall-Schenkel 26' zugeordnete Ausnehmung 39' ist als Tasche
ausgebildet, in der das freie Ende 27' formschlüssig gehalten ist. Die dem Thermobimetall-Schenkel
22' zugeordnete Ausnehmung 40' ist als das freie Ende 23' formschlüssig
haltende Durchführung ausgebildet. Das freie Ende 23' ist über das Klemmteil 34' hinaus
nach unten verlängert. An der dadurch entstehenden Anschlussfahne kann das U-förmige
Thermobimetall 18' im Gehäuse des Installationsschaltgerätes befestigt, etwa
in geeignete Anformungen an der Gehäuseinnenseite angeklemmt werden. Gleichzeitig
kann der Strom über diese Anschlussfahne dem Thermobimetall 18' zugeführt werden.