EP1815489A1 - Schaltgerät mit einem elektromagnetischen auslöser - Google Patents

Schaltgerät mit einem elektromagnetischen auslöser

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Publication number
EP1815489A1
EP1815489A1 EP05803773A EP05803773A EP1815489A1 EP 1815489 A1 EP1815489 A1 EP 1815489A1 EP 05803773 A EP05803773 A EP 05803773A EP 05803773 A EP05803773 A EP 05803773A EP 1815489 A1 EP1815489 A1 EP 1815489A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tripping
armature
switching device
shape memory
coil
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05803773A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Claeys
Albrecht Vogel
Joachim Becker
Ralf Weber
Richard Kommert
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 Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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
Priority claimed from DE200410056279 external-priority patent/DE102004056279A1/de
Priority claimed from DE102004056280A external-priority patent/DE102004056280A1/de
Application filed by ABB Patent GmbH filed Critical ABB Patent GmbH
Publication of EP1815489A1 publication Critical patent/EP1815489A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/0302—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity characterised by unspecified or heterogeneous hardness or specially adapted for magnetic hardness transitions
    • H01F1/0306—Metals or alloys, e.g. LAVES phase alloys of the MgCu2-type
    • H01F1/0308—Metals or alloys, e.g. LAVES phase alloys of the MgCu2-type with magnetic shape memory [MSM], i.e. with lattice transformations driven by a magnetic field, e.g. Heusler alloys
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
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    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
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    • H01H71/145—Electrothermal mechanisms using shape memory materials
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    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2454—Electromagnetic mechanisms characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/12—Shape memory
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    • H01H2300/034—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H using magnetic shape memory [MSM] also an austenite-martensite transformation, but then magnetically controlled
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    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2463—Electromagnetic mechanisms with plunger type armatures

Definitions

  • the invention relates to a switching device having a housing and having at least one fixed contact piece and a movable contact piece comprehensive contact point, and with an electromagnetic release having a trip coil and a trigger An ⁇ ker, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to Use of a magnetic shape memory effect material in an electromagnetic trip unit having a trip coil and a trip armature for a switching device according to the preamble of claim 18, 20 and 22.
  • the electromagnetic release is used to interrupt the current path between the input and output terminals in the event of the occurrence of a short-circuit current.
  • the electromagnetic triggers known in the prior art today as described, for example, in DE 101 26 852 C1 or DE 100 10 093 A1, all work on the principle that a tripping armature starts to move towards a magnetic core when a short-circuit current occurs is offset, and in the course of this movement, the trigger anchor strikes the movable contact piece of the fixed contact piece at the contact point via a standing with him in Wirkverbin ⁇ standing ram so that thereby the contact point is opened.
  • Known elekt ⁇ romagnetician triggers include for this purpose a coil, which is usually made of helically wound wire, as well as one with the coil outside umge ⁇ benden yoke firmly connected magnetic core, which engages inside the coil.
  • the trip anchor is designed either as a hinged armature or as a plunger anchor, the latter also being located inside the coil.
  • the armature is held by the core in Oxford University ⁇ by means of a compression spring at a distance.
  • thermal triggers usually work with tripping elements made of bimetallic or thermal shape memory metals, which are realized, for example, as a bending beam or as a snap-action disc. From DE 43 00 909 A1 a thermal release with a bimetallic bending beam is known.
  • Thermal and magnetic triggers are today realized in such a way that a separate component is produced for each tripping principle.
  • a first, thermal partial release with a thermal tripping armature made of bimetallic or thermal shape memory metal, as mentioned above, and a second, magnetic partial release with a tripping coil and a magnetic tripping anchor sets together.
  • DE 42 42 516 A1 discloses a thermo-magnetic combination shutter be ⁇ known, in which the thermal partial release is designed as a snap-action disc and the electromag netic part-trigger by a shock armature shutter. But here too, two separate triggers are set up, which are combined close together in a complex assembly.
  • thermal and electromagnetic triggers are therefore very als ⁇ time today and associated with high costs, since two complete triggers must be constructed and combined with each other, with many items are made with tight tolerances and to build together.
  • Residual current circuit breakers of today's design have an electromagnetic release, which is usually designed as a permanent magnet release while a
  • the hinged armature is rotatably connected in the region of its one end with one of the yoke legs, while the other end of the hinged armature is the end face of the other Yoke leg covered.
  • Mitteis a spring, the hinged armature is constantly acted in ⁇ réelles ⁇ direction;
  • the yoke is associated with a permanent magnet, which generates a magnetic flux in the yoke, which holds the armature in the position in which the armature or hinged armature covers both end faces of the yoke legs.
  • a coil is further arranged, which generates a magnetic flux within the yoke when a fault current occurs, which essentially releases the magnetic force, so that the force of the spring spends the hinged armature in the open position, whereby a shift shock is actuated the residual current circuit breaker ver ⁇ in the open position is introduced.
  • the trigger is inserted into a sealed housing, wherein a plunger protrudes from the housing, which unlatches a switching mechanism of the residual current circuit breaker and thus switches off the residual current circuit breaker.
  • the object is achieved for the purely electromagnetic short-circuit tripping by a switching device with the characterizing features of claim 1, by the Ver ⁇ use of a material with magnetic shape memory effect in a Weg ⁇ advices according to the characterizing features of claim 18 and by Verwen ⁇ tion a material with a magnetic shape memory effect for short-circuit current tripping in a switching device according to the characterizing features of claim 20.
  • the tripping armature is formed from a material having a magnetic shape memory effect, wherein the tripping armature is deformed under the influence of the magnetic field of the tripping coil in the short-circuit current case, thereby causing the contact point to open.
  • the triggering anchor can be formed from a ferromagnetic shape memory alloy of nickel, manganese and gallium.
  • MSM magnetic shape memory alloys
  • Magnetic shape memory alloys are advantageously formed as ferromagnetic shape memory alloys of nickel, manganese and gallium. More detailed explanations of the structure and operation of ferromagnetic Formge ⁇ memory alloys based on nickel, manganese and gallium, for example, WO 98/08261 and WO 99/45631 can be removed.
  • the magnetic field may be perpendicular or transverse to the MSM material to achieve maximum expansion.
  • Shape changes that are achieved with MSM materials under the action of an external magnetic field can be linear expansion, bending or torsion.
  • the advantage of the invention is that in a switching device according to the invention, the structure of the magnetic release is greatly simplified.
  • the magnetic release according to the invention can be realized in a more compact and space-saving manner than a magnetic release according to the prior art.
  • a switching device according to the invention with a magnetic release according to the invention can also be constructed in a simpler and more compact manner.
  • Another advantage of a switching device according to the invention is the speed of the magnetic trip. It must be accelerated no inertial mass, the Form ⁇ change due to the magnetic shape memory effect is almost instantaneously.
  • the magnetic field for the electromagnetic triggering can be generated by a current-carrying coil.
  • the release armature made of ferromagnetic shape memory metal can be formed as a longitudinally extended component which is stretched under the influence of the magnetic field of the tripping coil in the short-circuit current case in the direction of its longitudinal axis.
  • the tripping armature can also be bar-shaped and bent under the influence of the magnetic field of the tripping coil in short-circuit current case, or the tripping armature can be formed spirally and be stretched under the influence of the magnetic field of the tripping coil in the short-circuit current case in the direction of the spiral longitudinal axis.
  • the magnetically induced change in shape in the martensitic phase is proportional to the coil current.
  • a great advantage of a switching device lies in the very simple construction of the electromagnetic release using a ferromagnetic shape memory metal release armature.
  • the trigger essentially comprises only one coil and the trigger anchor.
  • the trip anchor can be at its second end in operative connection with a plunger.
  • the storage of the ferromagnetic shape memory metal release armature according to the invention is also simpler than the storage of the release armature in conventional releases.
  • the trigger anchor must be mounted easily movable, where, however, it no longer comprises moving parts in an inventive embodiment and is fixedly mounted in an advantageous embodiment at a first end, wo ⁇ he at his second, movable end under the action of the magnetic field expands.
  • an embodiment in which the release armature is held at a first, fixed end in a bearing connected to the housing is particularly advantageous.
  • a major advantage of a switching device is that the spatial allocation of the tripping coil to the tripping armature made of ferromagnetic shape memory metal can be adapted in many ways to the geometry requirements within the switchgear housing.
  • the tripping armature can be encompassed by the tripping coil.
  • the tripping armature can be provided outside the coil in its vicinity.
  • a very similar configuration as with a trigger for a short-circuit release can also be used with a residual current circuit breaker.
  • the component made of the material with a magnetic shape memory effect acts directly on a switching mechanism with which a contact lever of the residual current circuit breaker is coupled.
  • the main ideas that are shown in the trigger for short circuit apply mutatis mutandis to the trigger of a residual current circuit breaker, while it must be noted that the pending on the coil voltage or energy as secondary voltage is relatively low.
  • the object is further achieved by a switching device with the characterizing features of claim 1 and 2, by the use of a material with a combined thermal and magnetic shape memory effect in a Weg- device according to the characterizing features of claim 12 and by Verwen ⁇ tion of a material with a combined thermal and magnetic shape memory effect for short circuit and overcurrent current tripping in a switching device according to the characterizing features of claim 14.
  • the tripping armature is formed of a material having a combined thermal and magnetic shape memory effect, both under the influence of the magnetic field of the tripping coil in the short-circuit current case, and under the influence of an overcurrent caused increase in temperature of the Auslettean ⁇ ker deformed and thereby the opening of the contact point is effected
  • the release armature may be formed of a ferromagnetic shape memory alloy of nickel, manganese and gallium.
  • a change in shape in the martensitic phase can be brought about by the transition between two crystal structure variants of a twin crystal structure, the transition between the crystal structure variants being controlled by an external magnetic field.
  • MCM Magnetic Shape Memory Alloys
  • Magnetic shape memory alloys are advantageously formed as ferromagnetic shape memory alloys of nickel, manganese and gallium. More detailed explanations of the structure and operation of ferromagnetic shape memory alloys based on nickel, manganese and gallium can be found, for example, in WO 98/08261 and WO 99/45631.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of an inventive switching device with a rod-shaped Auslensean- ker ferromagnetic shape memory metal, arranged in
  • FIG. 2 is a schematic representation of the first embodiment of FIG. 1 in the tripped state
  • FIG. 3 is a schematic representation of a second embodiment of a switching device according to the invention with a rod-shaped tripping anchor made of ferromagnetic shape memory metal, arranged next to a tripping coil, at rest, Fig. 4 in a schematic representation of the second embodiment of FIG.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a third embodiment of a switching device according to the invention with a tripping armature made of ferromagnetic material designed as a cantilevered bending beam
  • Shape memory metal arranged inside a trigger coil, at rest,
  • FIG. 6 is a schematic representation of the third embodiment of FIG. 5 in the tripped state
  • FIG. 7 is a schematic representation of a fourth embodiment of a switching device according to the invention with a triggering anchor of ferromagnetic shape memory metal in a spiral shape, arranged inside a tripping coil, in the resting state, FIG.
  • FIG. 8 is a schematic representation of the fourth embodiment of FIG. 7 in the tripped state, FIG.
  • FIG. 9 is a schematic representation of a fifth embodiment of an inventive switching device with a rod-shaped Auslettean ⁇ ker of ferromagnetic shape memory metal, arranged in the interior of a trip coil, and a thermal release of bimetallic strip, at rest,
  • Fig. 10 is a schematic representation of the fifth embodiment of FIG. 9 in the tripped state.
  • Fig. 13 is a schematic representation of a residual current circuit breaker.
  • 1 shows schematically a switching device 1 with a housing 2, an electromagnetic release 20 and a switching mechanism 36 in the non-triggered state.
  • the switching device of FIG. 1 is shown in the tripped state, wherein the same or similar-acting assemblies or parts are designated by the same reference numerals.
  • the contact point 4 is closed ge.
  • a yoke 40 is connected via an ear-shaped intermediate piece 42.
  • thermal shear trigger that acts on the occurrence of an overcurrent on the rear derailleur so that this then permanently opens the contact point.
  • the electromagnetic release 20 comprises the tripping coil 22 and a tripping armature 24, which in this case has a bar-shaped design and is arranged in the interior of the tripping coil 22 such that the coil longitudinal axis and the tripping armature longitudinal axis coincide.
  • the trigger armature 24 is held in a trigger armature bearing 28 connected to the housing 2.
  • free end 24 "of the trigger armature 24 is in operative connection with a plunger 26.
  • the operative connection is shown here as a positive connection, but alternatively, non-positive or cohesive connections can be realized.
  • the tripping armature 24 has a notch 25 into which engages a tripping lever 30 mounted in a tripping lever bearing 32, for example with a fork located at its first free end 30.
  • the second free end 30" of the tripping lever 30 engages in a recess 35 in a slide 34, which is in operative connection with the rear derailleur 36 via a line of action 38.
  • the trigger anchor 24 is made of a ferromag netic shape memory alloy based on nickel, manganese and gallium. Such ferromagnetic shape memory alloys are known and available in principle, for example, from the Finnish company AdaptaMat Ltd. manufactured and sold.
  • a typical composition of of the ferromagnetic shape memory alloys for erfindungsgemä ⁇ SEN use in switching devices is represented by the structural formula Ni 65-x-y m n 2 0 + ⁇ Ga 1 5 + y, where x is between 3 atomic percent and 15 atomic percent and y is between 3 atomic percent and 12 atomic percent.
  • the ferromagnetic shape memory alloying used here has the property that in its martensitic phase, that is the phase which occupies the material below the thermal transition temperature, under the influence of an external magnetic field on a microscopic scale, a transition between two crystal structure variants of one Gemini crystal structure takes place, which is macroscopically associated with a change in shape.
  • the change in shape consists of a linear expansion in the direction of the longitudinal axis of the beam.
  • the thermal transition temperature in the case of the ferromagnetic shape memory alloys used here is in the region of room temperature and can be adjusted within a range by varying the atomic percentages x and y.
  • the working temperature range within which the electromagnetic actuator operates within a range by selecting the material composition is adjustable.
  • the triggering is supported here by the trigger lever 30, which rotates in the extension of the trigger armature 24 in a clockwise direction about the trigger lever bearing 32 and while the slider 34 in its longitudinal direction, indicated by the direction arrow S, shifts, so that the slider 34 via the line of action 38, the Weg ⁇ works 36 actuated.
  • the current path is interrupted and the magnetic field of the tripping coil 22 breaks down again.
  • the release anchor 24 will contract again to its original dimensions, whereby also the release lever 30 is moved back to the starting position, as shown in Fig. 1, back.
  • the contact point 4 is now kept in the open position by operating lines, not shown here, by the switching mechanism 36.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a switching device 1a according to the invention in a non-tripped state
  • FIG. 4 shows the switching device 1a in a tripped state.
  • Identical or equivalent components and parts are designated by the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2, supplemented by the letter a.
  • the significant difference between the switching device 1a according to FIGS. 3 and 4 and the switching device 1 according to FIGS. 1 and 2 is that in the former case the tripping armature 24a made of the ferromagnetic shape memory alloy based on NiMnGa is arranged outside the tripping coil 22a.
  • the release lever 30a, the slide 34a and the switching mechanism 36a are not shown in FIGS. 3 and 4 for the sake of clarity.
  • the change in shape of the trigger armature 24a is caused in the case of short circuit in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 by the magnetic field in the outer region of the tripping coil 22a.
  • a corresponding design of the trip coil 22a and the magnetic circuit can be made by a person skilled in the art with the aid of his normal expertise and supported by systematic experiments.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a switching device 1b according to the invention in a non-triggered state
  • FIG. 6 shows the switching device 1b in a tripped state.
  • Identical or equivalent components and parts are designated by the same reference numerals as in the case of the switching device 1 in FIGS. 1 and 2, supplemented by the letter b.
  • the essential difference between the switching device 1b according to FIGS. 5 and 6 and the switching device 1 according to FIGS. 1 and 2 is that the triggering anchor 24b in the former is fixed to the tripping armature bearing 28b on one side with a first, fixed end 24b ' clamped bending beam is executed.
  • the trip anchor 24b is arranged in the interior of the trip coil 22b.
  • the change in shape induced by the magnetic field of the release coil 22b in the event of a short circuit consists here of a bending of the release armature 24b at its second, free end 24b ", see FIG. 6.
  • the second, free end 24b" of the release armature 24b engages in one Recess 35b in a first leg 33b of the L-shaped slider 34b, whereby it is in Ver ⁇ bending of the release armature 24b in the direction of the longitudinal extension direction of the first leg 33b, indicated by the directional arrow S, is moved.
  • the slider 34b is in operative connection with the plunger 26b, which, when the slider 34b is displaced, deflects the movable contact 6b away from the fixed contact 8b and thus opens the contact point 4b.
  • the rear derailleur 36 is not shown in the embodiment of FIGS. 5 and 6 for the sake of clarity.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a switching device 1c according to the invention in a non-tripped state
  • FIG. 8 shows the switching device 1c in a tripped state.
  • the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals as in the switching device 1 in Figs. 1 and 2, supplemented by the letter c.
  • the essential difference between the switching device 1c according to FIGS. 7 and 8 and the switching device 1 according to FIGS. 1 and 2 is that in the former the triggering armature 24c is helical and arranged inside the triggering coil 24c in a guide sleeve 23c oriented parallel to the coil axis is guided.
  • the change in shape of the helical trigger armature 24c induced by the magnetic field of the tripping coil 22c in the event of a short-circuit here is an extension of the spiral 24c forming the tripping armature in the direction of the spiral longitudinal axis, indicated by the directional arrow L.
  • the movable end 24c "of the spiral tripping armature 24c this in operative connection with the plunger 26c, which opens the contact point 4c when triggered, see FIG. 8.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a switching device 1d according to the invention in a non-triggered state
  • FIG. 10 shows the switching device 1d in a triggered state.
  • the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals as in the switching device 1 in Figs. 1 and 2, supplemented by the letter d.
  • the electromagnetic release 2Od in the embodiment as shown in FIGS. 9 and 10 is constructed like the electromagnetic release 20 in FIGS. 1 and 2.
  • the switching device 1d in the embodiment according to FIGS. 9 and 10 additionally comprises, in addition to the electromagnetic trigger 2Od, a thermal overcurrent release.
  • the current path here extends from the input terminal (not shown) via a first movable wire 18d, the contact lever 10d, the contact point 4d formed by the movable and fixed contact piece 6d, 8d, the tripping coil 22d, the bimetal holder 48d, the thermo-bimetal strip 44d, a second movable wire 18d 'to (not shown) output terminal.
  • the bimetallic strip 44d bends in the direction indicated by the directional arrow B, so that the slider 34d is displaced in the direction of its longitudinal axis, indicated by the directional arrow S, and via a (not shown here) line of action with the (here also not shown) derailleur, which then permanently opens the contact point 4d.
  • the triggering takes place by means of the electromagnetic release 20d as already described in FIGS. 1 and 2.
  • a return spring 46d is provided in the embodiment according to FIGS. This is designed here as a spiral spring and includes the plunger 26d. But it could also be designed as a leaf spring or in any other suitable manner.
  • the return spring is relaxed in the non-triggered state (FIG. 9). It is supported at one end on a spring bearing 5Od connected to the housing, and at its other end at the movable end 24d "of the trigger armature 24d. In the case of a release ( Figure 10), it is replaced by the expanding trigger arm 24d fauxge ⁇ suppressed.
  • FIGS. 1 to 10 are an exemplary, non-exhaustive illustration of possible switching devices according to the invention using an electromagnetic trigger with a trigger magnet made of a ferromagnetic shape memory alloy. It is also possible to produce switching devices according to the invention from all other switchgear variants known from the prior art with electromagnetic triggers by the use according to the invention of a ferromagnetic shape memory alloy for forming the tripping armature.
  • FIGS. 1 to 10 have been explained essentially for materials in which only the magnetic shape memory effect occurs.
  • the identical and identical construction can also be used when using materials which have both a magnetic and a thermal shape memory effect.
  • a particularly advantageous embodiment is provided insofar as the thermobimetal 44d can be completely eliminated and only the triggering anchor 24d is used for both the electromagnetic and thermal tripping.
  • the embodiment shown in FIG. 9 differs from that in FIG. 1 in that, in the former, the heating of the release armature 24d takes place directly by current flow and not, as in the case of the latter, indirectly via thermal radiation from the release coil 22d.
  • the current path in the embodiment of Fig. 9 is as follows: from the input terminal 14d, the current flows through the movable lead 18d, the contact lever 10d, the pad 4d through the trip coil 22d, and further in series therewith via another movable lead 18d which electrically connects the end of the trip coil 22d to the front part of the trip arm 24d, through the trip arm 24d and from its fixed end 24d 'to the output terminal 16d.
  • the tripping armature 24d is thus directly heated by current heat.
  • a thermally more accurate design of the thermal and Magneti ⁇ 's trigger 2Od is possible.
  • a return spring 46d is provided. This is designed here as a spiral spring and includes the plunger 26d. However, it could also be designed as a leaf spring or in any other suitable manner.
  • the return spring is relaxed in the non-triggered state (FIG. 9). It is supported at one end by a spring bearing 5Od connected to the housing, and at its other end by the movable end 24d "of the trigger armature 24d. When triggered ( Figure 10), it is compressed by the expanding trigger arm 24d.
  • FIGS. 1 to 10 are an exemplary, non-exhaustive illustration of possible switching devices according to the invention using a thermal and electromagnetic trigger with a triggering magnet of a ferromagnetic shape memory alloy. It is also possible to produce switching devices according to the invention from all other switching device variants known from the prior art with thermal and electromagnetic triggers by the use according to the invention of a ferromagnetic shape memory alloy for forming the tripping armature.
  • the embodiment shown in FIG. 11 differs from that in FIG. 1 in that in the former the heating of the trigger armature 24d takes place directly by current flow and not, as with the latter, indirectly via heat radiation from the trigger coil 22d.
  • the current path in the embodiment according to FIG. 9 is shown as follows: from the input terminal 14d, the current flows via the movable wire 18d, the contact lever 10d, the contact point 4d through the tripping coil 22d and further in series therewith via a further movable one Wire 18d ', which electrically connects the end of the tripping coil 22d to the front part of the tripping armature 24d, continues through the tripping armature 24d and from its fixed end 24d' to the output terminal 16d. In the case of an overcurrent, the tripping armature 24d is thus directly heated by current heat. As a result, a thermally more accurate design of the thermal and magnetic trigger 2Od is possible.
  • a return spring 46d is provided. This is designed here as a spiral spring and includes the plunger 26d. However, it could also be designed as a leaf spring or in any other suitable manner.
  • the return spring is relaxed in the non-triggered state (FIG. 9). It is supported at one end by a spring bearing 5Od connected to the housing, and at the other end by the movable end 24d "of the trip arm 24d. When triggered ( Figure 12), it is compressed by the expanding trip arm 24d.
  • FIGS. 1 to 12 are an exemplary, non-exhaustive illustration of possible switching devices according to the invention using a thermal and electromagnetic trigger with a triggering magnet of a ferromagnetic shape memory alloy. It is also possible to produce switching devices according to the invention from all other switching device variants known from the prior art with thermal and electromagnetic triggers by the use according to the invention of a ferromagnetic shape memory alloy for forming the tripping armature.
  • FIG. 1 a switching device is shown, which is designed for a short-circuit current.
  • the movement of the armature 24, which can also be referred to as a plunger transmitted to the contact lever 10.
  • the coil 22 is moved along the so-called primary winding in the residual current circuit breaker connected and the plunger 26 is omitted, so that not the mains current, but the secondary current flows through the coil 22; the movement of the plunger 24 then leads, for example via the components 30 and 34 on the switching mechanism.
  • the plunger 24 it is also possible to arrange the plunger 24 so that it acts directly on the switching mechanism 36.
  • FIG. 13 A schematic representation of this arrangement is shown in FIG. 13.
  • a converter core 60 primary conductors 61 and 62 are passed, which len contact Stel ⁇ 63 and 64 have.
  • a secondary winding 65 Around the transducer core 60 is a secondary winding 65 arranged, which is connected to a coil 66 in which a plunger 67 made of a material with magnetic, but possibly also with magnetic and thermi ⁇ Shem shape memory effect is penetrated.
  • This plunger 67 acts according to arrow direction P1 on a switching mechanism 68 and after unlatching the switching mechanism corresponding to the direction of the arrow P2 acts on the contact points 63, 64.
  • Anord ⁇ tion according to FIG.
  • the plunger 67 has in FIG 1, the reference numeral 24; 1, the reference numeral 36, the coil 66 in the arrangement ge according to FIG. 1, the reference numeral 22, and, as can be seen, lacks a plunger element 26, because a direct action on the contact points 63, 64th is not common in such a fault current circuit breaker.

Abstract

Schaltgerät (1, 1 a, 1 b, 1 c, 1 d) mit einem Gehäuse (2, 2a, 2b, 2c, 2d) und mit wenigs­tens einer ein festes und ein bewegliches Kontaktstück (8, 8a, 8b,8c, 8d; 6, 6a, 6b, 6c, 6d) umfassenden Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d), und mit einem elektromagnetischen Auslöser (20, 20a, 20b, 20c, 20d), der eine Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) und einen Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) aus einem Material mit magnetischem Formgedächtniseffekt gebildet ist, wobei unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslöse­spule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) im Kurzschlussstromfall der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) verformt und dadurch die Öffnung der Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d) bewirkt wird.

Description

Schaltgerät mit einem elektromagnetischen Auslöser
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einem Gehäuse und mit wenigstens einer ein festes Kontaktstück und ein bewegliches Kontaktstück umfassenden Kontaktstelle, und mit einem elektromagnetischen Auslöser, der eine Auslösespule und einen Auslösean¬ ker aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung eines Materials mit magnetischem Formgedächtniseffekt in einem eine Auslösespule und einen Auslöseanker aufweisenden elektromagnetischen Auslöser für ein Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18, 20 und 22.
Bei gattungsgemäßen Schaltgeräten, beispielsweise Leitungsschutzschaltern oder Mo¬ torschutzschaltern, dient der elektromagnetische Auslöser zur Unterbrechung des Strompfades zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen im Falle des Auftretens eines Kurzschlussstromes. Die im Stand der Technik heute bekannten elektromagnetischen Auslöser, wie beispielsweise in der DE 101 26 852 C1 oder der DE 100 10 093 A1 be¬ schrieben, arbeiten dabei alle nach dem Prinzip, dass ein Auslöseanker bei Auftreten eines Kurzschlussstromes auf einen Magnetkern hin in Bewegung versetzt wird, und im Verlauf dieser Bewegung schlägt der Auslöseanker über einen mit ihm in Wirkverbin¬ dung stehenden Stößel das bewegliche Kontaktstück von dem festen Kontaktstück an der Kontaktstelle weg, so dass dadurch die Kontaktstelle geöffnet wird. Bekannte elekt¬ romagnetische Auslöser umfassen dazu eine Spule, die üblicherweise aus schrauben¬ förmig gewickeltem Draht hergestellt ist, sowie einen mit einem die Spule außen umge¬ benden Joch fest verbundenen Magnetkern, der ins Innere der Spule eingreift. Der Auslöseanker ist entweder als Klappanker oder als Tauchanker ausgebildet, wobei sich letzterer ebenfalls innerhalb der Spule befindet. Der Anker wird vom Kern im Ruhezu¬ stand mittels einer Druckfeder auf Abstand gehalten. Wenn der Kurzschlussstrom durch die Auslösespule fließt, so bewirkt das dabei erzeugte Magnetfeld der Auslöse- spule, dass der Auslöseanker entgegen der rückstellenden Kraft der Druckfeder auf den Kern hin bewegt wird. Nach Abschalten des Kurzschlussstromes wird der Anker durch die rückstellende Kraft der Druckfeder wieder in seine Ausgangslage zurückbe¬ wegt.
Der Aufbau elektromagnetischer Auslöser ist dabei heute sehr aufwändig und mit ho¬ hen Kosten verbunden, da viele Einzelteile mit engen Toleranzen gefertigt und zusam¬ mengebaut werden müssen.
Im Stand der Technik bekannte thermische Auslöser arbeiten in der Regel mit Auslöse¬ elementen aus Thermobimetall oder thermischen Formgedächtnismetallen, die bei- spielsweise als Biegebalken oder als Schnappscheibe realisiert sind. Aus der DE 43 00 909 A1 ist ein thermischer Auslöser mit einem Thermobimetall-Biegebalken bekannt.
Thermische und magnetische Auslöser werden heute so realisiert, dass für jedes Aus¬ löseprinzip ein eigenes Bauelement gefertigt wird. Dabei werden ein erster, thermischer Teil-Auslöser mit einem thermischen Auslöseanker aus Thermobimetall oder thermi- schem Formgedächtnismetall, wie oben erwähnt, und ein zweiter, magnetischer Teil- Auslöser mit einer Auslösespule und einem magnetischen Auslöseanker zusammenge¬ setzt. Aus der DE 42 42 516 A1 ist ein thermisch-magnetischer Kombi-Auslöser be¬ kannt, bei dem der thermische Teil-Auslöser als Schnappscheibe und der elektromag¬ netische Teil-Auslöser durch einen Schlaganker-Auslöser ausgebildet ist. Aber auch hier sind zwei getrennte Auslöser aufgebaut, die räumlich nahe beieinander in einer komplexen Baugruppe kombiniert sind.
Der Aufbau thermischer und elektromagnetischer Auslöser ist daher heute sehr auf¬ wändig und mit hohen Kosten verbunden, da zwei komplette Auslöser aufgebaut und miteinander kombiniert werden müssen, wobei viele Einzelteile mit engen Toleranzen gefertigt und zusammen zu bauen sind.
Fehlerstromschutzschalter der heutigen Bauart besitzen einen elektromagnetischen Auslöser, der meist als Permanentmagnetauslöser ausgebildet ist und dabei ein
U-förmiges Magnetjoch aufweist, mit welchem ein Klappanker zusammenwirkt. Der Klappanker ist im Bereich seines einen Endes mit einem der Jochschenkel drehbar verbunden, wogegen das andere Ende des Klappankers die Stirnfläche des anderen Jochschenkels überdeckt. Mitteis einer Feder ist der Klappanker dauernd in Öffnungs¬ richtung beaufschlagt; dem Joch ist ein Permanentmagnet zugeordnet, der einen Mag- netfluss im Joch erzeugt, der den Anker in der Stellung festhält, in der der Anker bzw. Klappanker beide Stirnflächen der Jochschenkel überdeckt. Am Joch ist weiterhin eine Spule angeordnet, die bei Auftreten eines Fehlerstromes einen magnetischen Fluss innerhalb des Joches erzeugt, der die Magnetkraft im wesentlichen aufhebt, so dass die Kraft der Feder den Klappanker in Öffnungsstellung verbringt, wodurch ein Schalt- schioss betätigt wird, mit dem der Fehlerstromschutzschalter in Öffnungsstellung ver¬ bracht wird. Damit Klebevorgänge zwischen dem Klappanker und den Stirnflächen der Jochschenkel vermieden werden, wird der Auslöser in ein dichtes Gehäuse eingesetzt, wobei ein Stößel aus dem Gehäuse herausragt, welches ein Schaltschloss des Fehler¬ stromschutzschalters entklinkt und somit den Fehlerstromschutzschalter ausschaltet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Schaltgerät einfacher montierbar und damit kostengünstiger aufzubauen.
Die Aufgabe wird für die rein elektromagnetische Kurzschluß- Auslösung gelöst durch ein Schaltgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 , durch die Ver¬ wendung eines Materials mit magnetischem Formgedächtniseffekt in einem Schaltge¬ rät gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 18 und durch die Verwen¬ dung eines Materials mit magnetischem Formgedächtniseffekt zur Kurzschlussstrom- auslösung in einem Schaltgerät gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des An¬ spruchs 20.
Erfindungsgemäß also ist der Auslöseanker aus einem Material mit magnetischem Formgedächtniseffekt gebildet, wobei unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespu¬ le im Kurzschlussstromfall der Auslöseanker verformt und dadurch die Öffnung der Kontaktstelle bewirkt wird. Insbesondere kann der Auslöseanker aus einer ferromagne- tischen Formgedächtnislegierung aus Nickel, Mangan und Gallium gebildet sein.
Bei magnetischen Formgedächtnislegierungen kann in der martensitischen Phase eine Formänderung durch den Übergang zwischen zwei Kristallstrukturvarianten einer Zwil- lings-Kristallstruktur hervorgerufen werden, wobei der Übergang zwischen den Kristall- Strukturvarianten durch ein äußeres Magnetfeld gesteuert wird. Diese Materialien wer¬ den daher als magnetische Formgedächtnislegierungen oder „Magnetic Shape Memory Alloys" (MSM) bezeichnet.
Magnetische Formgedächtnislegierungen werden vorteilhafterweise als ferromagneti- sehe Formgedächtnislegierungen aus Nickel, Mangan und Gallium gebildet. Genauere Erläuterungen zum Aufbau und der Funktionsweise von ferromagnetischen Formge¬ dächtnislegierungen auf der Basis von Nickel, Mangan und Gallium sind beispielsweise der WO 98/08261 und der WO 99/45631 entnehmbar.
Durch die entsprechende Legierungszusammensetzung kann bestimmt werden, bei welcher Orientierung des äußeren Magnetfeldes die maximale Ausdehnung erreicht wird; z.B. kann das Magnetfeld senkrecht oder quer zu dem MSM - Material stehen, um die maximale Ausdehnung zu erreichen.
Formänderungen, die mit MSM-Materialien unter Einwirken eines äußeren Magnetfel¬ des erreicht werden, können lineare Ausdehnung, Verbiegung oder Verdrehung (Torsi- on) sein.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei einem erfindungsgemäßen Schaltgerät der Aufbau des magnetischen Auslösers stark vereinfacht ist. Der erfindungsgemäße magnetische Auslöser lässt sich kompakter und platzsparender realisieren als ein mag¬ netischer Auslöser gemäß dem Stand der Technik. Somit ist auch ein erfindungsgemä- ßes Schaltgerät mit einem erfindungsgemäßen magnetischen Auslöser einfacher und kompakter aufbaubar.
Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist die Schnelligkeit der magnetischen Auslösung. Es muß keine träge Masse beschleunigt werden, die Form¬ änderung aufgrund des magnetischen Formgedächtniseffektes geschieht nahezu ver- zögerungsfrei.
Vorteilhaft ist auch die Erreichbarkeit einer hohen Stellkraft bei relativ großer Längen¬ änderung aufgrund der hohen magnetisch-mechanischen Energiewandlungseffizienz bei ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät kann das Magnetfeld für die elektromagneti¬ sche Auslösung durch eine stromdurchflossene Spule erzeugt werden.
Der Auslöseanker aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall kann als längser¬ strecktes Bauteil ausgebildet sein, das unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslöse- spule im Kurzschlussstromfall in Richtung seiner Längsachse gedehnt wird.
Der Auslöseanker kann auch balkenförmig ausgebildet sein und unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule im Kurzschlussstromfall verbogen werden, oder der Auslöseanker kann spiralförmig ausgebildet sein und unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule im Kurzschlussstromfall in Richtung der Spiralenlängsachse gedehnt werden. Die magnetisch bedingte Formänderung in der martensitischen Phase erfolgt proportional mit dem Spulenstrom.
Ein großer Vorteil eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes liegt in dem sehr einfachen Aufbau des elektromagnetischen Auslösers unter Verwendung eines Auslöseankers aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall. Der Auslöser umfasst im wesentlichen nur noch eine Spule und den Auslöseanker. Der Auslöseanker kann dabei an seinem zweiten Ende in Wirkverbindung mit einem Stößel stehen. Es entfällt aber im Vergleich zu den Auslösern gemäß dem Stand der Technik der Kern und die Druckfeder. Auch ist die Lagerung des erfindungsgemäßen Auslöseankers aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall einfacher als die Lagerung des Auslöseankers bei herkömmli- chen Auslösern. Denn dort muss der Auslöseanker leicht beweglich gelagert sein, wo¬ hingegen er bei erfindungsgemäßen Auslösern keine beweglichen Teile mehr umfasst und in einer vorteilhaften Ausführungsform an einem ersten Ende fest gelagert ist, wo¬ bei er sich an seinem zweiten, beweglichen Ende unter Einwirkung des Magnetfeldes ausdehnt. Vorteilhaft ist dabei insbesondere eine Ausführungsform, bei der der Auslö- seanker an einem ersten, festen Ende in einem mit dem Gehäuse verbundenem Lager gehalten ist.
Ein großer Vorteil eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes liegt darin, dass die räumli¬ che Zuordnung der Auslösespule zu dem Auslöseanker aus ferromagnetischem Form¬ gedächtnismetall vielfältig an die Geometrieerfordemisse innerhalb des Schaltgeräte- gehäuses anpassbar ist. So kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Auslöse¬ anker von der Auslösespule umfasst sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfüh- rungsform kann der Auslöseanker außerhalb der Spule in deren Nahbereich ange¬ bracht sein.
Somit ist eine optimale Raumausnutzung innerhalb des Schaltgerätegehäuses erreich¬ bar, was zu kleineren und damit kostengünstigeren Bauformen der Schaltgeräte führt.
Es werden weniger Teile mit geringerer Anforderung an deren Maßgenauigkeit für den elektromagnetischen Auslöser benötig, und die Montage eines elektromagnetischen Auslösers mit einem Auslöseanker aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall ist daher einfacher und billiger.
Eine sehr ähnliche Ausgestaltung wie bei einem Auslöser für eine Kurzschi ussauslö- sung kann auch bei einem Fehlerstromschutzschalter angewendet werden. Dabei wirkt das Bauelement aus dem Material mit magnetischem Formgedächtniseffekt direkt auf ein Schaltschloss, mit dem ein Kontakthebel des Fehlerstromschutzschalters gekoppelt ist. Die wesentlichen Gedanken, die beim Auslöser für Kurzschluss dargestellt sind, gelten sinngemäß auch für den Auslöser eines Fehlerstromschutzschalters, wobei Ie- diglich zu beachten ist, dass die an der Spule anstehende Spannung bzw. Energie als Sekundarspannung relativ gering ist.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Schaltgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und 2, durch die Verwendung eines Materials mit einem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt in einem Schaltge- rät gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 und durch die Verwen¬ dung eines Materials mit einem kombinierten thermischen und magnetischen Formge¬ dächtniseffekt zur Kurzschluss- und Überstromstromauslösung in einem Schaltgerät gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14.
Erfindungsgemäß also ist der Auslöseanker aus einem Material mit einem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt gebildet, wobei sowohl unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule im Kurzschlussstromfall, als auch unter Einfluss einer durch Überstrom hervorgerufenen Temperaturerhöhung der Auslösean¬ ker verformt und dadurch die Öffnung der Kontaktstelle bewirkt wird. Insbesondere kann der Auslöseanker aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung aus Ni- ekel, Mangan und Gallium gebildet sein. Bei magnetischen Formgedächtnislegierungen kann in der martensitischen Phase eine Formänderung durch den Übergang zwischen zwei Kristallstrukturvarianten einer Zwil- lings-Kristallstruktur hervorgerufen werden, wobei der Übergang zwischen den Kristall¬ strukturvarianten durch ein äußeres Magnetfeld gesteuert wird. Diese Materialien wer- den daher als magnetische Formgedächtnislegierungen oder „Magnetic Shape Memory Alloys" (MSM) bezeichnet.
Magnetische Formgedächtnislegierungen werden vorteilhafterweise als ferromagneti- sche Formgedächtnislegierungen aus Nickel, Mangan und Gallium gebildet. Genauere Erläuterungen zum Aufbau und der Funktionsweise von ferromagnetischen Formge- dächtnislegierungen auf der Basis von Nickel, Mangan und Gallium sind beispielsweise der WO 98/08261 und der WO 99/45631 entnehmbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Anhand der Zeichnungen, in denen fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung nä¬ her erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines er¬ findungsgemäßen Schaltgerätes mit einem stabförmigen Auslösean- ker aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall, angeordnet im
Innenraum einer Auslösespule, im Ruhezustand,
Fig. 2 in schematischer Darstellung die erste Ausführungsform nach Fig. 1 im ausgelösten Zustand,
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit einem stabförmigen Auslöse¬ anker aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall, angeordnet neben einer Auslösespule, im Ruhezustand, Fig. 4 in schematischer Darstellung die zweite Ausführungsform nach Fig.
3 im ausgelösten Zustand,
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform eines er¬ findungsgemäßen Schaltgerätes mit einem als einseitig eingespann- ter Biegebalken ausgebildeten Auslöseanker aus ferromagnetischem
Formgedächtnismetall, angeordnet im Innern einer Auslösespule, im Ruhezustand,
Fig. 6 in schematischer Darstellung die dritte Ausführungsform nach Fig. 5 im ausgelösten Zustand,
Fig. 7 in schematischer Darstellung eine vierte Ausführungsform eines er¬ findungsgemäßen Schaltgerätes mit einem Auslöseanker aus ferro¬ magnetischem Formgedächtnismetall in Spiralform, angeordnet im Innern einer Auslösespule, im Ruhezustand,
Fig. 8 in schematischer Darstellung die vierte Ausführungsform nach Fig. 7 im ausgelösten Zustand,
Fig. 9 in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform eines er¬ findungsgemäßen Schaltgerätes mit einem stabförmigen Auslösean¬ ker aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall, angeordnet im Innenraum einer Auslösespule, und einem thermischen Auslöser aus Thermobimetall, im Ruhezustand,
Fig. 10 in schematischer Darstellung die fünfte Ausführungsform nach Fig. 9 im ausgelösten Zustand.
Fig. 11 und 12 eine sechste Ausführungsform in nicht ausgelöstem und ausgelös¬ tem Zustand sowie
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Fehlerstromschutzschalters. In Fig. 1 ist schematisch ein Schaltgerät 1 mit einem Gehäuse 2, einem elektromagne¬ tischen Auslöser 20 und einem Schaltwerk 36 im nicht ausgelösten Zustand gezeigt. In Fig. 2 ist das Schaltgerät nach Fig. 1 im ausgelösten Zustand gezeigt, wobei gleiche oder ähnlich wirkende Baugruppen oder Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
Zwischen einem Eingangsklemmstück 14 und einem Ausgangsklemmstück 16 verläuft ein Strompfad über eine bewegliche Litze 18, einen in einem Kontakthebellager 12 ge¬ lagerten Kontakthebel 10, eine ein an dem Kontakthebel 10 befindliches bewegliches Kontaktstück 6 und ein festes Kontaktstück 8 umfassende Kontaktstelle 4, und eine Auslösespule 22. In der in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung ist die Kontaktstelle 4 ge¬ schlossen. Mit der Auslösespule 22 und dem festen Kontaktstück 8 ist über ein ohren- förmiges Zwischenstück 42 noch ein Joch 40 verbunden.
Nicht dargestellt ist ein in manchen Schaltgeräten zusätzlich noch enthaltener thermi¬ scher Auslöser, der bei Auftreten eines Überstromes auf das Schaltwerk einwirkt, so dass dieses dann die Kontaktstelle dauerhaft öffnet.
Der elektromagnetische Auslöser 20 umfasst die Auslösespule 22 und einen Auslöse¬ anker 24, der hier balkenförmig ausgeführt und im Inneren der Auslösespule 22 so an¬ geordnet ist, dass die Spulenlängsachse und die Auslöseanker-Längsachse zusam¬ menfallen.
An einem ersten, festen Ende 24' ist der Auslöseanker 24 in einem mit dem Gehäuse 2 verbundenen Auslöseanker-Lager 28 gehalten. An seinem zweiten, freien Ende 24" steht der Auslöseanker 24 in Wirkverbindung mit einem Stößel 26. Die Wirkverbindung ist hier als formschlüssige Verbindung gezeigt, alternativ könnten jedoch auch kraft- oder stoffschlüssige Verbindungen realisiert werden.
An seinem freien Ende 24" weist der Auslöseanker 24 eine Einkerbung 25 auf, in die ein in einem Auslösehebel-Lager 32 gelagerter Auslösehebel 30, beispielsweise mit einer an seinem ersten freien Ende 30' befindlichen Gabel eingreift. Das zweite freie Ende 30" des Auslösehebels 30 greift in eine Ausnehmung 35 in einem Schieber 34 ein, der über eine Wirklinie 38 in Wirkverbindung mit dem Schaltwerk 36 steht. Der Auslöseanker 24 besteht aus einer ferromag netischen Formgedächtnislegierung auf Basis von Nickel, Mangan und Gallium. Solche ferromagnetischen Formgedächtnis¬ legierungen sind prinzipiell bekannt und verfügbar, sie werden beispielsweise von der finnischen Firma AdaptaMat Ltd. hergestellt und vertrieben. Eine typische Zusammen- setzung von ferromagnetischen Formgedächtnis-Legierungen für den erfindungsgemä¬ ßen Einsatz in Schaltgeräten ist gegeben durch die Strukturformel Ni65-x-yMn 20+χGa 15+y, wobei x zwischen 3 Atomprozent und 15 Atomprozent liegt und y zwischen 3 Atompro¬ zent und 12 Atomprozent. Die hier verwendete ferromag netische Formgedächtnislegie¬ rung hat die Eigenschaft, dass in ihrer martensitischen Phase, das ist diejenige Phase, die das Material unterhalb der thermischen Transitionstemperatur einnimmt, unter Ein¬ wirkung eines äußeren Magnetfeldes im mikroskopischen Maßstab ein Übergang zwi¬ schen zwei Kristallstrukturvarianten einer Zwillings-Kristallstruktur stattfindet, der makroskopisch mit einer Formänderung verbunden ist. Bei der hier gewählten Ausfüh¬ rung des Auslöseankers besteht die Formänderung in einer linearen Dehnung in Rich- tung der Balkenlängsachse.
Die thermische Transitionstemperatur bei den hier verwendeten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen liegt im Bereich der Raumtemperatur und ist durch Variati¬ on der Atomprozent-Anteile x und y innerhalb einer Bandbreite einstellbar. Damit ist der Arbeitstemperaturbereich, innerhalb dessen der elektromagnetische Auslöser arbeitet, innerhalb einer Bandbreite durch Wahl der Materialzusammensetzung einstellbar.
Fließt durch das Schaltgerät 2 im Kurzschlussfall ein hoher Kurzschlussstrom, so dehnt sich der Auslöseanker 24 aufgrund des oben beschriebenen Effektes aus, und infolge¬ dessen schlägt der Stößel 26 das bewegliche Kontaktstück 6 vom festen Kontaktstück 8 weg, so dass die Kontaktstelle 4 geöffnet und das Schaltgerät ausgelöst wird, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Ausdehnung des ferromagnetischen Formgedächtnismaterials geschieht dabei sehr schnell und nahezu verzögerungsfrei. Die Verzögerungszeit als die Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten des Kurzschlussstromes und der maximalen Längenausdehnung des Auslöseankers 24 liegt typischerweise in der Größenordnung von einer Millisekunde.
Die Auslösung wird hier durch den Auslösehebel 30 unterstützt, der bei Ausdehnung des Auslöseankers 24 sich im Uhrzeigersinn um das Auslösehebel-Lager 32 dreht und dabei den Schieber 34 in dessen Längserstreckungsrichtung, angedeutet durch den Richtungspfeil S, verschiebt, so dass der Schieber 34 über die Wirklinie 38 das Schalt¬ werk 36 betätigt.
Nach der Auslösung des Schaltgerätes ist der Strompfad unterbrochen und das Mag- netfeld der Auslösespule 22 bricht wieder zusammen. Infolgedessen wird sich der Aus¬ löseanker 24 wieder auf seine Ausgangsmaße zusammenziehen, wodurch auch der Auslösehebel 30 wieder in die Ausgangsstellung, wie in Fig. 1 gezeigt, zurückbewegt wird. Die Kontaktstelle 4 wird jetzt durch hier nicht dargestellte Wirklinien durch das Schaltwerk 36 dauerhaft in Offenstellung gehalten.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1a in nicht ausgelöstem Zustand, und in Fig. 4 das Schaltgerät 1a in ausgelöstem Zustand gezeigt. Gleiche oder gleichwirkende Baugruppen und Teile sind mit denselben Be¬ zugsziffern wie in den Fig. 1 und 2, ergänzt um den Buchstaben a, bezeichnet. Der we¬ sentliche Unterschied zwischen dem Schaltgerät 1a gemäß Fig. 3 und 4 und dem Schaltgerät 1 gemäß Fig. 1 und 2 besteht darin, dass bei ersterem der Auslöseanker 24a aus der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung auf Basis NiMnGa außerhalb der Auslösespule 22a angeordnet ist. Außerdem sind der Auslösehebel 30a, der Schie¬ ber 34a und das Schaltwerk 36a in den Fig. 3 und 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Formänderung des Auslöseankers 24a wird im Kurzschlussfall bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform durch das Magnetfeld im Außenbereich der Auslösespule 22a bewirkt. Eine entsprechende Auslegung der Auslösespule 22a und des Magnetkreises kann von einem Fachmann unter Zuhilfenahme seines norma¬ len Fachwissens und unterstützt durch systematische Versuche vorgenommen werden.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1b in nicht ausgelöstem Zustand und in Fig. 6 das Schaltgerät 1b in ausgelöstem Zustand gezeigt. Gleiche oder gleichwirkende Baugruppen und Teile sind mit denselben Be¬ zugsziffern wie beim Schaltgerät 1 in den Fig. 1 und 2, ergänzt um den Buchstaben b, bezeichnet. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Schaltgerät 1 b gemäß Fig. 5 und 6 und dem Schaltgerät 1 gemäß Fig. 1 und 2 besteht darin, dass der Auslöseanker 24b bei ersterem als mit einem ersten, festen Ende 24b' einseitig an der Auslöseanker- Lagerstelle 28b fest eingespannter Biegebalken ausgeführt ist. Der Auslöseanker 24b ist im Innenraum der Auslösespule 22b angeordnet. Die durch das Magnetfeld der Aus¬ lösespule 22b im Kurzschlussfall induzierte Formänderung besteht hier in einer Verbie¬ gung des Auslöseankers 24b an seinem zweiten, freien Ende 24b", siehe Fig. 6. Das zweite, freie Ende 24b" des Auslöseankers 24b greift in eine Ausnehmung 35b in ei- nem ersten Schenkel 33b des L-förmigen Schiebers 34b ein, wodurch dieser bei Ver¬ biegen des Auslöseankers 24b in Richtung der Längserstreckungsrichtung des ersten Schenkels 33b, angedeutet durch den Richtungspfeil S, verschoben wird. An seinem zweiten Schenkel 33b' steht der Schieber 34b in Wirkverbindung mit dem Stößel 26b, der bei Verschieben des Schiebers 34b den beweglichen Kontakt 6b von dem festen Kontakt 8b wegschlägt und damit die Kontaktstelle 4b öffnet. Das Schaltwerk 36 ist in der Ausführungsform der Fig. 5 und 6 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1c in nicht ausgelöstem Zustand und in Fig. 8 das Schaltgerät 1c in ausgelöstem Zustand gezeigt. Gleiche oder gleichwirkende Baugruppen und Teile sind mit denselben Be- zugsziffern wie beim Schaltgerät 1 in den Fig. 1 und 2, ergänzt um den Buchstaben c, bezeichnet. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Schaltgerät 1c gemäß Fig. 7 und 8 und dem Schaltgerät 1 gemäß Fig. 1 und 2 besteht darin, dass bei ersterem der Auslöseanker 24c spiralförmig ausgebildet und im Inneren der Auslösespule 24c in ei¬ ner parallel zur Spulenachse ausgerichteten Führungshülse 23c geführt ist. Die durch das Magnetfeld der Auslösespule 22c im Kurzschlussfall induzierte Formänderung des spiralförmigen Auslöseankers 24c besteht hier in einer Ausdehnung der den Auslöse¬ anker bildenden Spirale 24c in Richtung der Spiralenlängsachse, angedeutet durch den Richtungspfeil L. An dem beweglichen Ende 24c" des spiralförmigen Auslöseankers 24c steht dieser in Wirkverbindung mit dem Stößel 26c, der im Auslösefall die Kontakt- stelle 4c öffnet, siehe Fig. 8.
In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1d in nicht ausgelöstem Zustand, und in Fig. 10 das Schaltgerät 1d in ausgelöstem Zu¬ stand gezeigt. Gleiche oder gleichwirkende Baugruppen und Teile sind mit denselben Bezugsziffern wie beim Schaltgerät 1 in den Fig. 1 und 2, ergänzt um den Buchstaben d, bezeichnet. Der elektromagnetische Auslöser 2Od in der Ausführungsform wie in Fig. 9 und 10 ge¬ zeigt ist aufgebaut wie der elektromagnetische Auslöser 20 in Fig. 1 und 2. In der Aus¬ führungsform nach Fig. 9 und 10 sind die Eingangs- und Ausgangsklemmen sowie das Schaltwerk der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Schaltgerät 1d in der Aus- führungsform nach Fig. 9 und 10 umfasst zusätzlich zu dem elektromagnetischen Aus¬ löser 2Od noch einen thermischen Überstromauslöser. Dieser ist im wesentlichen gebil¬ det aus einem Thermobimetallstreifen 44d, welcher mit seinem ersten, festen Ende 44d" an einer Bimetall-Halterung 48d befestigt ist, und dessen zweites, bewegliches Ende 44d' in eine weitere Ausnehmung 35d' in dem Schieber 34d eingreift. Der Strom- pfad verläuft hier von der (nicht dargestellten) Eingangsklemme über eine erste beweg¬ liche Litze 18d, den Kontakthebel 10d, die aus dem beweglichen und festen Kontakt¬ stück 6d, 8d gebildete Kontaktstelle 4d, die Auslösespule 22d, die Bimetall-Halterung 48d, den Thermo-Bimetall-Streifen 44d, eine zweite bewegliche Litze 18d' zur (nicht dargestellten) Ausgangsklemme.
Im Falle eines Überstromes verbiegt sich der Thermobimetallstreifen 44d in der durch den Richtungspfeil B angegebenen Richtung, so dass der Schieber 34d in Richtung seiner Längsachse, angedeutet durch den Richtungspfeil S, verschoben wird und über eine (hier nicht dargestellte) Wirklinie mit dem (hier ebenfalls nicht dargestellten) Schaltwerk zusammenwirkt, welches dann die Kontaktstelle 4d dauerhaft öffnet. Im FaI- Ie eines Kurzschlussstromes erfolgt die Auslösung mittels des elektromagnetischen Auslösers 20d so, wie unter Fig. 1 und 2 bereits beschrieben.
Zur Unterstützung der Rückverformung des Auslöseankers 24d nach Zusammenbre¬ chen des Magnetfeldes der Auslösespule 22s infolge der Kontaktöffnung im Auslösefall ist in der Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 eine Rückstellfeder 46d vorgesehen. Diese ist hier als Spiralfeder ausgebildet und umfasst den Stößel 26d. Sie könnte aber auch als Blattfeder oder auf sonstige geeignete Art und Weise ausgebildet sein. Die Rückstellfeder ist in nicht ausgelöstem Zustand (Fig. 9) entspannt. Sie stützt sich mit einem Ende an einem mit dem Gehäuse verbundenen Federlager 5Od ab, und mit ih¬ rem anderen Ende an dem beweglichen Ende 24d" des Auslöseankers 24d. Im Auslö- sefall (Fig. 10) wird sie durch den sich ausdehnenden Auslöseanker 24d zusammenge¬ drückt. Die in den Fig. 1 bis 10 dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind eine exemplarische, nicht abschließende Darstellung möglicher erfindungsgemäßer Schaltgeräte unter Verwendung eines elektromagnetischen Auslösers mit einem Auslö¬ seanker aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung. Es können auch aus allen anderen im Stand der Technik bekannten Schaltgerätevarianten mit elektromag¬ netischen Auslösern durch die erfindungsgemäße Verwendung einer ferromagneti¬ schen Formgedächtnislegierung zur Bildung des Auslöseankers erfindungsgemäße Schaltgeräte hergestellt werden.
Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 10 sind erläutert worden im wesentli- chen für Materialien, bei denen lediglich der magnetische Formgedächtniseffekt auftritt. Die völlig gleiche und identische Konstruktion kann dann auch verwendet werden, wenn man Materialien verwendet, die sowohl einen magnetischen als auch einen thermi¬ schen Formgedächtniseffekt aufweisen. Insbesondere dann ist, was die Figuren 9 und 10 betrifft, eine besonders vorteilhafte Ausführung insoweit gegeben, als das Thermo- bimetall 44 d vollständig entfallen kann und lediglich der Auslöseanker 24 d sowohl für die elektromagnetische als auch thermische Auslösung verwendet wird.
Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 da¬ durch, dass bei ersterer die Erwärmung des Auslöseankers 24d direkt durch Stromfluss erfolgt und nicht, wie bei letzterer, indirekt über Wärmestrahlung von der Auslösespule 22d her. Der Strompfad in der Ausführungsform nach Fig. 9 stellt sich folgendermaßen dar: von der Eingangsklemme 14d fließt der Strom über die bewegliche Litze 18d, den Kontakthebel 10d, die Kontaktstelle 4d durch die Auslösespule 22d und weiter in Serie zu dieser über eine weitere bewegliche Litze 18d\ die das Ende der Auslösespule 22d elektrisch mit dem vorderen Teil des Auslöseankers 24d verbindet, durch den Auslöse- anker 24d und von dessen festem Ende 24d' weiter zu der Ausgangsklemme 16d. Im Falle eines Überstromes wird der Auslöseanker 24d also durch Stromwärme direkt er¬ wärmt. Dadurch ist eine thermisch exaktere Auslegung des thermischen und magneti¬ schen Auslösers 2Od möglich.
Zur Unterstützung der Rückverformung des Auslöseankers 24d nach der Auslösung- im Kurzschlussstromfall nach Zusammenbrechen des Magnetfeldes der Auslösespule 22d oder im Überstromfall nach Abkühlung des Auslöseankers 24d auf eine Temperatur unterhalb der thermischen Transitionstemperatur infolge der Kontaktöffnung - ist in der Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 eine Rückstellfeder 46d vorgesehen. Diese ist hier als Spiralfeder ausgebildet und umfasst den Stößel 26d. Sie könnte aber auch als Blatt¬ feder oder auf sonstige geeignete Art und Weise ausgebildet sein. Die Rückstellfeder ist in nicht ausgelöstem Zustand (Fig. 9) entspannt. Sie stützt sich mit einem Ende an einem mit dem Gehäuse verbundenen Federlager 5Od ab, und mit ihrem anderen Ende an dem beweglichen Ende 24d" des Auslöseankers 24d. Im Auslösefall (Fig. 10) wird sie durch den sich ausdehnenden Auslöseanker 24d zusammengedrückt.
Die in den Fig. 1 bis 10 dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind eine exemplarische, nicht abschließende Darstellung möglicher erfindungsgemäßer Schaltgeräte unter Verwendung eines thermischen und elektromagnetischen Auslösers mit einem Auslöseanker aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung. Es können auch aus allen anderen im Stand der Technik bekannten Schaltgerätevarianten mit thermischen und elektromagnetischen Auslösern durch die erfindungsgemäße Ver- wendung einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung zur Bildung des Auslöse¬ ankers erfindungsgemäße Schaltgeräte hergestellt werden.
Die in Fig. 11 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 dadurch, dass bei ersterer die Erwärmung des Auslöseankers 24d direkt durch Strom- fluss erfolgt und nicht, wie bei letzterer, indirekt über Wärmestrahlung von der Auslöse- spule 22d her. Der Strompfad in der Ausführungsform nach Fig. 9 stellt sich folgender¬ maßen dar: von der Eingangsklemme 14d fließt der Strom über die bewegliche Litze 18d, den Kontakthebel 10d, die Kontaktstelle 4d durch die Auslösespule 22d und weiter in Serie zu dieser über eine weitere bewegliche Litze 18d', die das Ende der Auslöse¬ spule 22d elektrisch mit dem vorderen Teil des Auslöseankers 24d verbindet, durch den Auslöseanker 24d und von dessen festem Ende 24d' weiter zu der Ausgangs¬ klemme 16d. Im Falle eines Überstromes wird der Auslöseanker 24d also durch Stromwärme direkt erwärmt. Dadurch ist eine thermisch exaktere Auslegung des ther¬ mischen und magnetischen Auslösers 2Od möglich.
Zur Unterstützung der Rückverformung des Auslöseankers 24d nach der Auslösung- im Kurzschlussstromfall nach Zusammenbrechen des Magnetfeldes der Auslösespule 22d oder im Überstromfall nach Abkühlung des Auslöseankers 24d auf eine Temperatur unterhalb der thermischen Transitionstemperatur infolge der Kontaktöffnung - ist in der Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 eine Rückstellfeder 46d vorgesehen. Diese ist hier als Spiralfeder ausgebildet und umfasst den Stößel 26d. Sie könnte aber auch als Blatt¬ feder oder auf sonstige geeignete Art und Weise ausgebildet sein. Die Rückstellfeder ist in nicht ausgelöstem Zustand (Fig. 9) entspannt. Sie stützt sich mit einem Ende an einem mit dem Gehäuse verbundenen Federlager 5Od ab, und mit ihrem anderen Ende an dem beweglichen Ende 24d" des Auslöseankers 24d. Im Auslösefall (Fig. 12) wird sie durch den sich ausdehnenden Auslöseanker 24d zusammengedrückt.
Die in den Fig. 1 bis 12 dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind eine exemplarische, nicht abschließende Darstellung möglicher erfindungsgemäßer Schaltgeräte unter Verwendung eines thermischen und elektromagnetischen Auslösers mit einem Auslöseanker aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung. Es können auch aus allen anderen im Stand der Technik bekannten Schaltgerätevarianten mit thermischen und elektromagnetischen Auslösern durch die erfindungsgemäße Ver- wendung einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung zur Bildung des Auslöse¬ ankers erfindungsgemäße Schaltgeräte hergestellt werden.
Es sei noch kurz Bezug genommen auf die Figuren 1 und 2. Dort ist ein Schaltgerät gezeigt, das auf einen Kurzschlussstrom ausgelegt ist. Wie hierbei ersichtlich ist, wird die Bewegung des Ankers 24, der auch als Stößel bezeichnet werden kann, auf den Kontakthebel 10 übertragen. Darüber hinaus erfolgt auch eine Übertragung der Bewe¬ gung des Stößels 24 über den Hebelmechanismus 30 und den Schieber 34 auf das Schaltschloss 36. Wenn der Schalter gemäß Fig. 1 modifiziert werden soll, lediglich zur Ausschaltung bei einem Fehlerstrom, dann wird die Spule 22 mit der so genannten Primärwicklung im Fehlerstromschutzschalter verbunden und der Stößel 26 wird weg- gelassen, so dass durch die Spule 22 nicht der Netzstrom, sondern der Sekundärstrom fließt; die Bewegung des Stößels 24 führt dann beispielsweise über die Komponenten 30 und 34 auf das Schaltschloss. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Stößel 24 so anzuordnen, dass er unmittelbar auf das Schaltschloss 36 einwirkt.
Eine schematische Darstellung dieser Anordnung ist der Fig. 13 zu entnehmen. Durch einen Wandlerkern 60 sind Primärleiter 61 und 62 hindurchgeführt, welche Kontaktstel¬ len 63 und 64 aufweisen. Um den Wandlerkern 60 herum ist eine Sekundärwicklung 65 angeordnet, die mit einer Spule 66 verbunden ist, in der sich ein Stößel 67 aus einem Material mit magnetischem, gegebenenfalls aber auch mit magnetischem und thermi¬ schem Formgedächtniseffekt durchgriffen ist. Dieser Stößel 67 wirkt gemäß Pfeilrich¬ tung P1 auf ein Schaltschloss 68 und nach Entklinkung wirkt das Schaltschloss ent- sprechend der Pfeilrichtung P2 auf die Kontaktstellen 63, 64. Im Vergleich zur Anord¬ nung gemäß der Fig. 1 besitzt der Stößel 67 in der Fig. 1 die Bezugsziffer 24; das Schaltschloss 68 in der Fig. 1 die Bezugsziffer 36, die Spule 66 in der Anordnung ge¬ mäß Fig. 1 die Bezugsziffer 22, und, wie man erkennen kann, fehlt ein Stößelelement 26, weil eine direkte Einwirkung auf die Kontaktstellen 63, 64 bei einem solchen Feh- lerstromschutzschalter nicht üblich ist.
Bezugszeichenliste:

Claims

Patentansprüche
1. Schaltgerät (1 , 1 a, 1 b, 1 c, 1 d) mit einem Gehäuse (2, 2a, 2b, 2c, 2d) und mit wenigstens einer ein festes und ein bewegliches Kontaktstück (8, 8a, 8b, 8c, 8d; 6, 6a, 6b, 6c, 6d) umfassenden Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d), und mit einem elektromagnetischen Auslöser (20, 20a, 20b, 20c, 2Od), der eine Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) und einen Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) auf¬ weist, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) aus einem Material mit wenigstens magnetischem Formgedächtniseffekt gebildet ist, wobei unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c,
22d) im Kurzschlussstromfall und/oder Fehlerstromfall der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) verformt und dadurch die Öffnung der Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d) bewirkt wird.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material zu- sätzlich zu dem magnetischen auch einen thermischen Formgedächtniseffekt aufweist, so dass sich der Auslöseanker sowohl unter dem Einfluss des Magnet¬ feldes als auch unter dem Einfluss erhöhter Temperatur verformt.
3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslö¬ seanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) aus einer ferromagnetischen Formgedächtnis- legierung aus Nickel, Mangan und Gallium gebildet ist.
4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24d) als längserstrecktes Bauteil ausgebildet ist und unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22, 22a, 22d) im Kurz¬ schlussstromfall und/oder Fehlerstromfall in Richtung seiner Längsachse ge- dehnt wird.
5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24b) balkenförmig ausgebildet ist und unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22b) im Kurzschlussstromfall und/oder Fehler¬ stromfall verbogen wird.
6. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24c) spiralförmig ausgebildet ist und unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22c) im Kurzschlussstromfall und/oder Fehler¬ stromfall in Richtung der Spiralenlängsachse gedehnt wird.
7. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 40b, 24c, 24d) von der Auslösespule (22, 22b, 22c. 22d) umfasst ist.
8. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24a) außerhalb der Auslösespule (22a) in deren Nahbereich angebracht ist.
9. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24d) als längserstrecktes Bauteil ausgebildet ist und sowohl unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22, 22a, 22d) im Kurzschlussstromfall, als auch unter Einfluss einer durch Überstrom hervorgeru- fenen Temperaturerhöhung in Richtung seiner Längsachse gedehnt wird.
10. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24b) balkenförmig ausgebildet ist und sowohl unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22b) im Kurzschlussstromfall, als auch un¬ ter Einfluss einer durch Überstrom hervorgerufenen Temperaturerhöhung verbo- gen wird.
11. Schaltgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24c) spiralförmig ausgebildet ist und sowohl unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22c) im Kurzschlussstromfall, als auch un¬ ter Einfluss einer durch Überstrom hervorgerufenen Temperaturerhöhung in Richtung der Spiralenlängsachse gedehnt wird.
12. Schaltgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24b. 24c, 24d) von der Auslösespule (22, 22b, 22c, 22d) umfasst ist.
13. Schaltgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24a) außerhalb der Auslösespule (22a) in deren Nahbereich angebracht ist.
14. Schaltgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhung des Auslöseankers (24, 24a, 24b, 24c) im Überstrom- fall mittels indirekter Erwärmung durch die den Überstrom führende Auslösespu¬ le (22, 22a, 22b, 22c) bewirkt wird.
15. Schaltgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhung des Auslöseankers (24d) im Überstromfall durch direk- te Erwärmung aufgrund des den Auslöseanker (24d) durchfließenden Überstro¬ mes bewirkt wird.
16. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24d) an einem ersten Ende in einem mit dem Gehäuse (2, 2a, 2b, 2d) verbundenem Lager (28, 28a, 28b, 28d) gehalten ist.
17. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) an seinem zweiten Ende in Wirkver¬ bindung mit einem Stößel (26, 26a, 26b, 26c, 26d) steht.
18. Verwendung eines Materials mit magnetischem Formgedächtniseffekt in einem eine Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) und einen Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) aufweisenden elektromagnetischen Auslöser (20, 20a, 20b, 20c,
2Od) für ein Schaltgerät (1 , 1a, 1b, 1c, 1d), dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24,24a, 24b, 24c, 24d) des Auslösers (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) aus dem Material mit magnetischem Formgedächtniseffekt gebildet ist, wobei unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) im Kurzschlussstromfall und/oder Fehlerstromfall der Auslöseanker (22, 22a, 22b,
22c, 22d) verformt und dadurch die Öffnung einer Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d) bewirkt wird.
19. Verwendung eines Materials mit magnetischem Formgedächtniseffekt nach An¬ spruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine ferromag netische Formgedächt- nislegierung aus Nickel, Mangan und Gallium verwendet wird.
20. Verwendung eines Materials mit magnetischem Formgedächtniseffekt zur Kurz¬ schlussstromauslösung in einem eine Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d) und einen elektromagnetischen Auslöser (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) umfassenden Schaltge¬ rät (1 , 1a, 1b, 1c, 1d), dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) des eine Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) und einen Auslö¬ seanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) aufweisenden elektromagnetischen Auslösers (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) aus dem Material mit magnetischem Formgedächtnisef¬ fekt gebildet ist, wobei unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) im Kurzschlussstromfall und/oder Fehlerstromfall der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) verformt und dadurch die Öffnung einer
Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d) bewirkt wird.
21. Verwendung eines Materials mit magnetischem Formgedächtniseffekt zur Kurz¬ schlussstromauslösung nach Anspruch 20, bestehend aus einer ferromagneti- sche Formgedächtnislegierung aus Nickel, Mangan und Gallium.
22. Verwendung eines Materials mit einem kombinierten thermischen und magneti¬ schen Formgedächtniseffekt in einem eine Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) und einen Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) umfassenden thermi¬ schen und magnetischen Auslöser (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) für ein Schaltgerät 81 , 1a, 1 b, 1c, 1d), dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) des Auslösers (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) aus dem Material mit dem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt gebildet ist, wobei sowohl unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) im Kurzschlussstromfall, als auch unter Einfluss einer durch Überstrom hervorgerufenen Temperaturerhöhung der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) verformt und dadurch die Öffnung der Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d) be¬ wirkt wird.
23. Verwendung eines Materials mit einem kombinierten thermischem und magneti¬ schen Formgedächtniseffekt nach Anspruch 22, bestehend aus einer ferromag- netischen Formgedächtnislegierung aus Nickel, Mangan und Gallium.
24. Verwendung eines Materials mit einem kombinierten thermischen und magneti¬ schen Formgedächtniseffekt zur Kurzschluss- und Überstromstromauslösung in einem eine Kontaktstelle (4, 4a, 4b, 4c, 4d) und einen thermischen und magneti¬ schen Auslöser (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) umfassenden Schaltgerät (1 , 1a, 1 b, 1c, 1d), dadurch gekennzeichnet, dass der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) des eine Auslösespule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) und einen Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) aufweisenden Auslösers (20, 20a, 20b, 20c, 2Od) aus dem
Material mit dem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtnis¬ effekt gebildet ist, wobei sowohl unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslöse¬ spule (22, 22a, 22b, 22c, 22d) im Kurzschlussstromfall, als auch unter Einfluss einer durch Überstrom hervorgerufenen Temperaturerhöhung der Auslöseanker (24, 24a, 24b, 24c, 24d) verformt und dadurch die Öffnung der Kontaktstelle (4,
4a, 4b, 4c, 4d) bewirkt wird.
25. Verwendung eines Materials mit einem kombinierten thermischen und magneti¬ schen Formgedächtniseffekt zur Kurzschluss- und Überstromstromauslösung nach Anspruch 14, bestehend aus einer ferromagnetischen Formgedächtnisle- gierung aus Nickel, Mangan und Gallium.
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