EP1977436A1 - Verfahren zur erweiterung des einstellbereiches von überlastschutzeinrichtungen, zugehörige überlastschutzeinrichtungen und deren verwendung - Google Patents

Verfahren zur erweiterung des einstellbereiches von überlastschutzeinrichtungen, zugehörige überlastschutzeinrichtungen und deren verwendung

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EP1977436A1
EP1977436A1 EP07702957A EP07702957A EP1977436A1 EP 1977436 A1 EP1977436 A1 EP 1977436A1 EP 07702957 A EP07702957 A EP 07702957A EP 07702957 A EP07702957 A EP 07702957A EP 1977436 A1 EP1977436 A1 EP 1977436A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
overload protection
protection device
overload
parallel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07702957A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Feil
Andreas Krätzschmar
Fritz Pohl
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1977436A1 publication Critical patent/EP1977436A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H01H71/74—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/14—Electrothermal mechanisms
    • H01H71/16—Electrothermal mechanisms with bimetal element
    • H01H71/164—Heating elements
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    • H01H71/74—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection
    • H01H2071/749—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection with a shunt element connected in parallel to magnetic or thermal trip elements, e.g. for adjusting trip current
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    • H01H71/74—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection
    • H01H71/7418—Adjusting both electrothermal and electromagnetic mechanism

Definitions

  • the invention relates to a method for expanding the adjustment range of a thermomechanitive overload protection device, in which a Stromeinstellwert can be specified by the user and in which a defined tripping characteristic (current-time-tripping curve) of the protective device to be achieved.
  • the invention also relates to an associated thermo-mechanical overload protection devices and their use.
  • Non-electronic overload relays or overload tripping contain thermal tripping devices, such as bimetals, snap disks or the like, and actuate - according to a current-time tripping characteristic - a mechanism which ensures at excessive operating currents for elimination of the affected branch current.
  • This mechanism is in particular a lock release, a control switch contact or a signal detector.
  • the mechanism includes other elements for setting the overload trip to an operating current value within the current setting range. To eliminate the influence of ambient temperature on overload trip, the mechanism generally includes additional temperature compensation elements.
  • an adjustment device for a switching device which contains a U-shaped bimetal with shunt connected in parallel.
  • the shunt connects the two legs of the bimetal at different, but fixed by welding connection position.
  • the bimetal is current-carrying only on the predetermined partial length. which is used to determine the tripping current range.
  • the dimensioning, ie the positioning of the tripping current range of the overload release is effected by the cross-sectional size of the heating resistor, which is electrically connected in parallel with the bimetal and heats the same.
  • its working range can be placed within a current range of 10 to 200A. So it can be realized in terms of manufacturing technology easily fixed adjustment ranges between 10 and 200 A.
  • thermomagnetic tripping device of bimetal and the first (bimetallic) shunt, which excite a hinged armature magnetic release and a second shunt, which is connected in parallel to the bimetal and the first shunt, known.
  • the second shunt is used to set the tripping value.
  • German Patent Specification No. 473 338 already discloses a magnetic-thermal overcurrent switch, in which contact means are provided with which discrete values of the sensitivity can be predetermined.
  • the Weiteinstell Scheme of overload protection devices is consistently implemented by electronic overload relay or electronic overload release.
  • the overload current is detected by current transformers and a trigger signal is generated with an electronically mapped current-time tripping characteristic.
  • An advantage of this electronic solution is that the 'heating', i. the electrical power loss of the overload protection device does not depend on its current setting value, apart from non-functional power loss due to electrical line resistance in the protective device.
  • Another object of the invention is always to provide a definite nated current-time tripping characteristic for the trigger to realize.
  • the tuning of the response value of the short-circuit quick release should also be improved depending on the setting value of the overload release described above.
  • claims 12 and 13 indicate alternative process guides for overload protection.
  • An associated overload protection device is the subject of claim 17. Further developments of the method, the associated overload protection devices and their uses are specified in further claims.
  • the contact means can be designed either mountable or switchable.
  • the wide adjustment range can be divided into a first adjustment range with lower and upper limit values and into a different second adjustment range with different lower and upper limit values.
  • thermal tripping devices are used to realize the Weiteinstell Symposium Serieses of non-electronic overload protection devices to which current-carrying components can be switched according to the invention.
  • the switching action can be carried out in detail by mechanically operated switch contacts or by mechanically mountable contact elements.
  • the conceptual difference lies in the readiness for switching by means of an operable switch contact, during operation of the overload protection device and the monitored by her switching device, against a forced-controlled decommissioning of the overload protection device and the monitored switching device in the Ummontage the mountable contact element for selecting the adjustment range.
  • a parallel current path containing at least one switching device installed.
  • a parallel current path containing at least one switching device installed.
  • the opening / closing of the parallel branch results in two adjustment ranges between the lower setting current I ul of the lower region and the upper adjustment current I 02 of the upper region.
  • I ui to I o i In the opened state of the switch remains unchanged the (lower) range of I ui to I o i, where I o i ⁇ 1.4 I u i to 1.6 I u i- If the switch is closed applies for the upper range preferably I u2 «I.
  • the impedance of the parallel branch is tuned such that it carries the relative current component (I u2 -I u i) / I u i of the operating current I r when the upper setting range is switched on.
  • the bimetal is heated only by the relative current component I i u / Iui.
  • the latter principle in particular for multi-phase devices, be extended by a) the current or setting areas at any time and repeatedly, so even during operation can be set or adjusted b) several parallel branches in stages can be switched to a change-over switch, which increases the setting range by one power (level 1: square of the lower setting range, level 2: 3rd power of the lower setting range, etc.), c) the temperature compensation for all phases uniformly on one d) a central mechanism exists which actuates the contact means of the parallel paths in all phases simultaneously, e) the basic release mechanism (bimetal, heating conductor, mechanical coupling bimetal to tripping gan / switching lock), including the protection against phase imbalance or phase failure remains unchanged, f) that the parallel path, including the contact means and the current path resistances, modular to the device are plugged without significantly changing the basic unit.
  • the power loss generated in the parallel branch is ideally coupled to 100% on the bimetal.
  • the impedance of the parallel branch is dimensioned such that when the parallel branch is activated, the sum of the power losses due to the bimetallic branch and the parallel branch in the upper setting range is equal to the power loss of the bimetallic branch with the parallel branch open in the lower setting range.
  • the shunt is thermally connected to the bimetal either as a heating coil or indirect heating.
  • the division of the Stromeinstell Anlagenes specified as Weiteinstell Switzerland is not realized by a switchable parallel current branch, but by an electrically switchable in series, additional heating conductor.
  • the additional heating conductor is thermally coupled to the overload release in such a way that its heating power is essentially completely transferred to the thermomechanical actuator.
  • the additional heating conductor is connected in series, the lower range of the wide setting range is switched on.
  • Another measure within the scope of the invention is the realization of a defined current-time tripping characteristic. This is thermally enhanced by the thermal conductivity, especially at low overload currents, and by the heat capacity, especially at high overload currents, of both the active elements, i. the current paths, the bimetal and u. U. the heating element or the contact element, as well as the passive components, such as fasteners, housing, surrounding air, influenced.
  • this problem is solved as a function of the abovementioned types of construction as follows:
  • the placement of the components of the parallel branch, ie contact means and shunt thermally insulated in separate rooms of the or in special attachable modules In the case of the power matching principle, ie with approximately complete coupling of the power loss of the parallel branch into the bimetal, a thermally intimate connection of the shunt in the parallel branch with the bimetal takes place. Since a short-circuit current load of the shunt is always lower than that of the bimetallic branch with the parallel branch switched off, u. U.
  • the shunt can be designed correspondingly small in its geometric dimensions, which significantly reduces the heat capacity. It is advantageous to use materials that have a high electrical resistivity. CuNi or CrAl alloys are preferably used for this purpose.
  • Another feature of this arrangement is the lowest possible resistance of the / the contact means (s).
  • Particularly suitable are large-area contacts with large contact forces, such.
  • B. plug contacts banana plugs, Lyra- or blade contacts
  • contacts with special low-resistance contact materials for example silver (Ag) alloys, such as AgNi or fine grain silver, or silver (Ag) composite materials, such as Ag metal oxides.
  • the invention improves the tuning of the response value of the short-circuit rapid release as a function of the setting value of the overload release described above.
  • Circuit-breakers are known to simultaneously adjust the short-circuit quick release by setting the overload relay. This ensures that the short-circuit quick release becomes active at a certain, but fixed, multiple of the adjustable operating current (operating current).
  • the response time of the short-circuit fast release is so wide that the equipment is no longer adequately protected in the event of short-circuit and lower setting current I u .
  • this problem can be solved, for example, by partial tapping of the short-circuit quick release.
  • the switchable parallel branch described above is electrically connected to the coil of the short-circuit quick release in such a way that the Amperewindung number per setting range, ie with or without switched
  • the adaptation of the magnetic release can be carried out in the invention in four different ways:
  • a parallel circuit of a discharge current branch can lead to the solenoid. At a current factor of 1.5, the relative current component 0.5 is guided via the discharge current branch, while the magnetic coil carries the relative current component 1.
  • Ampere turn number when the tap is turned off relative to the current 1 is equal to the ampere-turn number when the tap is switched to the relative current of 1.5.
  • a partial current can be drawn off by tapping the winding, so that the relative current 1.5 corresponds to the total magnetic excitation of the winding, again corresponding to the relative current component 1.
  • the proportionality factor can also be adjusted by the air gap width between the moveable magnet armature and the magnetic opposite pole instead of the ampere-turn number. This is also increased by a factor of 1.5 to increase the operating current from 1 to 1.5 in relative units.
  • the setting of the magnetic release from the lower current setting range to the upper current setting range of the so-called wide setting range is done with the same contact means as for the overload release. Additionally or alternatively, mechanical elements for adjusting the air gap width or the spring travel can be coupled to the contact means.
  • FIG. 1 shows a construction for an overload release with parallel branch and thermal decoupling
  • FIG. 2 shows a bimetallic release with parallel-current branch
  • FIG. 3 shows an embodiment according to FIG. 1 for switching on / off several adjustment ranges of the wide-adjustment range
  • FIG. 4 shows a design for an overload release with a plurality of parallel branches and thermal coupling of the individual branches and the partial tap of a short-circuiting-blade release
  • FIG. 5 shows a bimetal branch with parallel heating windings
  • FIG. 6 shows a parallel connection of two heating windings according to FIG. 5 with a tripping coil of n turns
  • FIG. 7 shows examples of a thermal coupling of the bimetal to the shunt of the parallel branch
  • FIG. 8 shows further examples of a thermal coupling according to FIG. 7, but with an additional heating conductor for the bimetallic current path
  • Figure 9 is a current-time characteristic for a purely thermal trip (overload trip)
  • Figure 10 is a current-time characteristic for a combined thermal / magnetic trip (overload / short-circuit trip)
  • Figure 11 shows a three-pole switch using the means for implementation the Weiteinstell Schemees, wherein a thermal coupling of the parallel branch is avoided to the overload release,
  • FIG. 13 shows a three-pole switch with means for realizing the Weiteinstell Schemees of Figure 11 o- of Figure 12 and with engageable tap the
  • Shutter solenoid The realization of the wide adjustment range according to the invention is shown in different variants using the example of an overload relay with bimetal and heating coil. The different training of the individual examples is each separately, whose function is then described together:
  • reference numeral 1 denotes a first branch and 2 a second branch, which is guided parallel to the first branch.
  • reference numeral 10 denotes a bimetal having a temperature-dependent switching function, as is known from the prior art.
  • Figure 1 illustrates the principle of resistance matching: the highlighted fields characterize the thermal separation between bimetallic branch and parallel branch: In detail, located in the region of the current branch 1, a bimetal 11 with a heat conductor 12 and in the region of the current branch 2, a shunt 21.
  • the parallel branch 2 is switchable via a switch 25.
  • a unit with control contacts 15 is present, which includes a closer and a normally closed. These are indirectly actuated mechanically by a bimetal trigger 10. Alternatively, the bimetallic actuator 10 can also actuate a switch lock. Furthermore, according to Figure 1 in the parallel-current branch 2, a switching contact 25 with a downstream resistor 21, which corresponds to the shunt of Figure 1, arranged.
  • the default setting of an overload relay lies 11 to 16 A.
  • the electrical resistance RBime- ta u of bimetal with heating conductors is about 8.6 milliohms for this purpose.
  • the parallel resistor receives - including the line and contact resistance - the resistance value:
  • the electrical connection of the parallel resistor is made at the electrical feeds of the terminals to the bimetal and the heating conductor, wherein the connection lines are guided via a mechanically actuated switching contact.
  • This can for example be designed as Bananensteck token whose plug is inserted within a pipe guide against an opening spring in the banana socket, and its on and off position can be fixed by suitable notches.
  • the parallel resistor is preferably made of resistance material with a low temperature coefficient and sufficiently high application temperature.
  • the parallel-current branches with associated switch contacts and shunt resistors can be arranged in a separate housing region of the overload relay from the bimetals. This minimizes the mutual thermal influence and keeps the overload tripping characteristic unchanged.
  • Pel RBimetaii * (16A) 2 + Rparallel * (7A) 2 , (6)
  • the bimetallic current branch and the parallel-current branch are accommodated in a common housing section.
  • the parallel resistor can be dimensioned with a smaller resistance than mentioned above, since the resulting reduced heating power on the bimetal can be compensated by a certain additional heating on the part of the parallel resistor, ie by radiation and convection.
  • contacts with pluggable and / or rotatable contact carriers can be present. As a secondary function of the pluggable contact carrier, it interrupts the control contacts of the overload relay in the disassembled state with suitable actuating elements. This ensures that the overload relay and the monitoring of this monitored switching device is disabled, as long as the plug-in contact carrier is not mounted.
  • auxiliary tool such as screwdriver or the like may be required for mounting the plug-in contact carrier auxiliary tool, such as screwdriver or the like may be required.
  • the three contact elements can be integrated in a common, rotatable contact carrier.
  • the rotational position of the contact carrier can be latching, so that predetermined rotation angle are maintained, in which the
  • control contacts of the overload relay can be interrupted or not interrupted in predefined rotational angle positions, so that the overload relay is only ready for operation when correctly set.
  • bimetallic branch with parallel current branch according to Figure 2 is a partial bridging of the heating element to realize the Weiteinstell Symposiumes possible.
  • Suitable contacts for switching off the Weiteinstell Anlagenes are mountable contact elements which have smaller contact resistance at higher contact forces and can carry the full power with limited short-circuit currents.
  • the contact resistance should be less than 1 m ⁇ so that most of the current flows across the bypass current path and only a small portion flows across the bridged bimetallic section. As a rough estimate, the residual heat output of the bridged section will compensate for heat dissipation by the bypass current conductor connected to the heater coil.
  • the remaining heating conductor is up to a relative proportion of (16/23) 2 0.5, is not bridged to bridge.
  • Figures 4 and 5 illustrate the principle of a power adjustment:
  • the jointly highlighted field characterizes the thermal coupling between the bimetallic branch and parallel branch:
  • a bimetal 11 and a heating element 12 in the main branch 1 and parallel shunts or heating conductors in the parallel branch 2 are present.
  • the tapping of a coil 40 for a so-called n-trigger is present.
  • the default setting range of an overload relay is between 11 and 16 A.
  • the thermal power dissipation on the bimetal 11 must be constant in all adjustment ranges.
  • Table 2 Setting range EB by shunt selection according to the principle of power adjustment
  • FIG. 5 two heating conductors are arranged in parallel to the bimetal, wherein in FIG. 6, in addition, the short-circuit instant-out of FIG. 4 is present.
  • FIG. 4 illustrates the principle of a power adjustment: The field highlighted in common indicates the thermal coupling between the bimetal branch and the parallel branch.
  • a bimetal 11 and a heating conductor 12 in the main branch 1 as well as shunts or heating conductors connected in parallel in the secondary branch 2 are present.
  • the tapping of a coil 40 for a so-called n-trigger is present.
  • FIG. 5 two heating conductors are assigned in parallel to the bimetal, with the n-trigger from FIG. 4 additionally being present in FIG.
  • FIGS. 7a, 7b and 7c alternatives for a thermal coupling of a winding 72 or shunts 73 or 74 of the parallel branch to a bimetal 71 without an original heating winding for the bimetal of the overload protection device 10 are shown in Figure 2: It results in a good thermal coupling.
  • the bimetal 71 and the shunts 72, 73 and 74 are electrically isolated from each other, for example, by glass silk or mica.
  • FIGS. 8a, 8b and 8c alternatives for a thermal coupling of the winding 72 or the shunt 72 or shunt 73 of the parallel branch to the bimetal with the original heating winding 76 for the bimetal 71 are shown: a good thermal coupling also results ,
  • the heating conductor 76 is electrically insulated from the other current path components by glass silk or mica.
  • the lower setting range and the upper setting range largely provide the same tripping characteristic.
  • the short-circuit tripping characteristic 92 is additionally shown in FIG.
  • the short-circuit tripping characteristic 92 is generally indicated as a multiple of the upper limit of the selected range.
  • a constant short-circuit tripping characteristic 92 of the lower and the upper adjustment range can be adjusted by
  • FIG. 11 shows a three-pole switch 100 with switching mechanism 101, three switching contacts 110, 110 ', HO "and associated overload triggers.
  • electrothermal overload releases 102, 102 ', 102 on the one hand and electromagnetic short-circuit releases 103, 103', 103" on the other hand.
  • the electrothermal actuators 102, 102 ', 102 “comprise bimetals in the current branch and connectable parallel-current branches with resistors and switches according to FIG. 1 or one of the further different examples of FIGS. 2 to 10.
  • the parallel-current branches are produced by a mechanical actuation 105 with associated 'on / off' indicator manually switched on or off, which - as described in detail above - the Weiteinstell Berlin is created.
  • An automated setting of the respective area is also possible.
  • the bimetal 11 with heating element 12 each have a further heating coil 21 is assigned directly, so that thus results in the thermally coupled unit.
  • the solenoid coil 40 of the short-circuit rapid release is tapped by the heating conductor 21 connected in parallel.

Abstract

Zum Erreichen eines thermomechanischen Uberlastschutzes mit Weiteinstellbereich zum Schutz gegen Uberlaststrome tragen die stromführenden Komponenten einen elektrischen Strom, der zwischen dem Wert des Uberlaststromes und Null liegt. Erfindungsgemaß werden Schaltmittel verwendet, die in einer bevorzugten Ausfuhrungsform den Strom von einem ersten Stromzweig auf wenigstens einem zweiten Stromzweig parallel schalten, wobei der parallel geschaltete wenigstens eine Stromzweig einen Teilstrom, der zwischen dem Wert des Uberlaststromes und Null liegt, tragt. Bei der zugehörigen Uberlastschutzeinrichtung (102) sind Kontaktmittel vorhanden, welche stromführenden Komponenten auf zwei zueinander parallel schaltbaren Stromzweigen (1, 2) zugeordnet sind, wobei wenigstens ein Stromzweig durch die Schalttmittel ein- und ausschaltbar ist. In einer alternativen Ausfuhrungsform werden durch Schaltmittel ein erster und ein zweiter Stromzweig elektrisch in Reihe geschaltet, wodurch von einem oberen Einstellbereich auf einen anderen, unteren Einstellbereich des Weiteinstellbereiches umgeschaltet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erweiterung des Einstellbereiches von Überlastschutzeinrichtungen, zugehörige Überlastschutzeinrichtungen und deren Verwendung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erweiterung des Einstellbereiches einer thermomechanisehen Überlastschutzeinrichtung, bei der ein Stromeinstellwert durch den Anwender vorgegeben werden kann und bei welcher eine definierte Auslösecharakteristik (Strom-Zeit-Auslösekurve) der Schutzeinrichtung erreicht werden soll. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine zugehörige thermomechanische Überlastschutzeinrichtungen und deren Verwendung.
Zum Schutz von elektrischen Anlagen und Verbrauchern, z. B. von Motoren, gegen unzulässig hohe Betriebsströme werden Überlastrelais oder Überlastauslöser eingesetzt. Nichtelektronische Überlastrelais oder Überlastauslöser enthalten thermische Auslöseorgane, beispielsweise Bimetalle, Schnappscheiben oder dergleichen, und betätigen - entsprechend einer Strom-Zeit-Auslösekennlinie - einen Mechanismus, welcher bei zu hohen Betriebsströmen für eine Ausschaltung des betroffenen Stromzweiges sorgt. Dieser Mechanismus ist insbesondere eine Schaltschlossentriegelung, ein Steuerschaltkontakt oder ein Signalmelder. Der Mechanismus enthält weitere Elemente zur Einstellung der Überlastauslösung auf einen Betriebsstromwert innerhalb des Stromeinstellbereiches. Um den Ein- fluss der Umgebungstemperatur auf die Überlastauslösung zu eliminieren enthält der Mechanismus im Allgemeinen zusätzliche Elemente zur Temperaturkompensation.
Aus der US 2 629 796 A ist eine Einstelleinrichtung für ein Schaltgerät bekannt, die ein U-förmiges Bimetall mit parallel geschaltetem Shunt enthält. Der Shunt verbindet an unterschiedlicher, aber durch Schweißverbindung fest eingestellter Position die beiden Schenkel des Bimetalls. Dadurch ist das Bimetall nur auf der vorgegebenen Teillänge stromdurchflos- sen, was zur Festlegung des Auslösestrombereiches verwendet wird. Die Bemessung, d.h. die Positionierung des Auslösestrombereiches des Überlastauslösers, erfolgt durch die Querschnittsgröße des Heizwiderstandes, der zum Bimetall elek- trisch parallel geschaltet ist und dieses heizt. In dieser Ausgestaltung des Überlastauslösers kann sein Arbeitsbereich innerhalb eines Strombereiches von 10 bis 200A platziert werden. Es können also feste Einstellbereiche zwischen 10 und 200 A fertigungstechnisch einfach realisiert werden.
Weiterhin ist aus der DE 19 516 723 C2 eine einstellbare thermomagnetische Auslöseeinrichtung aus Bimetall und erstem (Bimetall-) Shunt, wobei diese einen Klappankermagnetauslöser erregen und einem zweiten Shunt, der dem Bimetall und dem ersten Shunt parallel geschaltet ist, bekannt. Der zweite Shunt dient zur Einstellung des Auslösewertes.
Schließlich ist aus der deutschen Patentschrift Nr. 473 338 bereits ein magnetisch-thermischer Überstromschalter bekannt, bei dem Kontaktmittel vorgesehen sind, mit denen diskrete Werte der Ansprechempfindlichkeit vorgebbar sind.
Zur Anpassung derzeit bekannter Überlastschutzeinrichtungen an den jeweiligen, regulären Betriebsstrom können bekannte Einrichtungen in einem vorgegebenen Einstellbereich, zwischen einem unteren Einstellstrom Iu. und einem oberen Einstellstrom I0., auf den gewünschten Betriebsstrom Ir eingestellt werden. Der typische Einstellbereich, d.h. der so genannte Standardeinstellbereich, überstreicht bisher nur das 1,4- bis l,βfache des unteren Einstellstromes Iu. Entsprechend eng gestaffelt sind die Gerätereihen thermischer Überlastrelais und von Leistungsschaltern ausgeführt, um z. B. mit 12 Einsteilbereichstypen einen Strombereich von 1,8 A bis 25 A abzudecken.
Zur Reduzierung der Typenvielfalt ist es wünschenswert, den Stromeinstellbereich thermomechanischer Überlastschutzeinrichtungen auf mindestens I0. = 2 * Iu. zu erweitern. Eine einfache, höhere Strombelastung der thermischen Auslöseorgane zur Erweiterung des Einstellbereiches scheidet aber wegen der i2-proportionalen Widerstandsheizung und der damit verbundenen Temperaturerhöhung aus.
Beim Stand der Technik wird daher der Weiteinstellbereich von Überlastschutzeinrichtungen durchweg durch elektronische Überlastrelais oder elektronische Überlastauslöser realisiert. Hierzu wird der Überlaststrom durch Stromwandler er- fasst und mit einer elektronisch abgebildeten Strom-Zeit-Auslösekennlinie ein Auslösesignal generiert. Ein Vorteil dieser elektronischen Lösung ist, dass die , Heizung', d.h. die elektrische Verlustleistung der Überlastschutzeinrichtung, nicht von ihrem Stromeinstellwert abhängt, wenn man von nicht funk- tionsgebundener Verlustleistung an elektrischen Leitungswiderständen in der Schutzeinrichtung absieht.
Nachteilig sind allerdings u. a. die erhöhten Kosten durch Stromwandler und Elektronik, sowie die Nichteignung zur Über- wachung von Gleichströmen oder Gleichstromkomponenten. Zur
Realisierung des Weiteinstellbereiches von Überlastschutzeinrichtungen werden einfache Lösungen benötigt, die im Bereich kleinerer Nennströme (z. B. ≤ 40 A) kostengünstig herstellbar sind und gegenüber der heutigen Typenvielfalt für Hersteller und Anwender wirtschaftliche Vorteile bieten.
Ausgehend von obigem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine technische Lösung anzugeben, die den Betrieb des thermischen Auslöseorgans im spezifizierten Arbeitsbe- reich zulässt, wobei die Strom-Zeit-Auslösekennlinie des
Standardeinstellbereiches bisheriger thermischer Auslöser erhalten bleibt, der vorgegebene Stromeinstellbereich jedoch in der gewünschten Weise erweitert ist, und zugehörige Überlastschutzeinrichtungen zu schaffen. Dabei soll eine Erhöhung der Verlustleistung bei allen Betriebsarten der Überlastschutzeinrichtung wirksam begrenzt oder vermieden werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, immer eine defi- nierte Strom-Zeit-Auslösekennlinie für den Auslöser zu realisieren. Schließlich soll auch die Abstimmung des Ansprechwertes des Kurzschlussschnellauslöser in Abhängigkeit des Einstellwerts des oben beschriebenen Überlastauslösers verbes- sert werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Insbesondere die Ansprüche 12 und 13 geben alterna- tive Verfahrensführungen für einen Überlastschutz an. Eine zugehörige Überlastschutzeinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruches 17. Weiterbildungen des Verfahrens, der zugehörigen Überlastschutzeinrichtungen sowie deren Verwendungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Bei der Erfindung können also aus dem vorgegebenen Weiteinstellbereich durch die elektrischen Kontaktmittel bestimmte Einstellbereiche mit elektrischen Widerständen und/oder definierten Wärmeflüssen zu- bzw. abgeschaltet werden. Gegebenen- falls können durch zusätzliche Einstellmittel konkrete Stromeinstellwerte fixiert werden.
Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren von Komponenten vorgegebenen elektrischen Widerstandes zum Stromführen und zugehörigen Kontaktmitteln Gebrauch gemacht. Die Kontaktmittel können entweder montierbar oder aber schaltbar ausgelegt sein. Durch den Einsatz der Kontaktmittel kann der Weiteinstellbereich in einen ersten Einstellbereich mit unteren und oberen Grenzwerten und in einen anderen, zweiten Ein- Stellbereich mit anderen unteren und oberen Grenzwerten aufgeteilt werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich insbesondere zwei unterschiedliche Einstellbereiche vorwählen. Diese Einstellbereiche können durch eine Lücke getrennt sein, sich überlappen oder auch sich vorteilhafterweise unmittelbar aneinander anschließen, womit ein sog. Weiteinstellbereich definiert ist. Mit der Erfindung kann also vom Anwender des Schaltgerätes der geeignete Einstellbereich nach jeweiligem Bedarf vorgewählt werden. Damit ist mit einfachsten technischen Mitteln der Weiteinstellbereich, der den interessierenden Betriebsstrombereich abdeckt, gewissermaßen virtuell geschaffen. Insgesamt ergibt sich dadurch in vorteilhafter Weise, dass vom Schaltgerätehersteller und vom Anwender weniger unterschiedliche Gerätetypen vorgehalten werden müssen.
Bei der Erfindung werden zur Realisierung des Weiteinstellbereiches von nichtelektronischen Überlastschutzeinrichtungen thermische Auslöseorgane eingesetzt, denen erfindungsgemäß stromführende Komponenten zugeschaltet werden können. Die Schalthandlung kann dabei im Einzelnen durch mechanisch bedienbare Schaltkontakte oder durch mechanisch montierbare Kontaktelemente erfolgen. Der konzeptionelle Unterschied liegt in der jederzeitigen Schaltbereitschaft mittels bedienbarem Schaltkontakt, während des Betriebs der Überlastschutz- einrichtung und des von ihr überwachten Schaltgerätes, gegenüber einer zwangsgesteuerten Außerbetriebnahme der Überlastschutzeinrichtung und des überwachten Schaltgerätes bei der Ummontage des montierbaren Kontaktelementes zur Auswahl des Einstellbereiches .
Oben genannte Vorteile lassen sich durch zwei unterschiedliche Aufbauarten (Prinzipien) erfüllen. Gemeinsam ist beiden Aufbauarten, dass die Heizleistung für das Bimetall in allen Einstellbereichen eines Weiteinstellbereiches zum selben, re- lativen Betriebsstrom Ir,rei den selben Wert hat.
Hierzu wird parallel zum Strompfad des Bimetalls, welcher zusätzlich einen so genannten Heizleiter enthalten kann, ein paralleler Strompfad, der zumindest eine Schalteinrichtung enthält, installiert. Bei geschlossenem Schalter im Parallelzweig fließt infolge zusätzlicher Shunts und/oder der Leitungswiderstände ein definierter Anteil des Gesamtstroms durch den Parallelzweig. Durch das Offnen/Schließen des Parallelzweigs entstehen zwei Einstellbereiche zwischen dem unteren Einstellstrom Iul des unteren Bereiches und dem oberen Einstellstrom I02 des oberen Bereiches. Im geöffneten Zustand des Schalters verbleibt unverändert der (untere) Bereich von Iui bis Ioi, wobei gilt Ioi ~ 1.4 Iui bis 1.6 Iui- Wird der Schalter geschlossen gilt für den oberen Bereich vorzugsweise Iu2 « Ioi und I02 ~ (1.42 bis 1.62)Iui- Somit wird ein linear einstellbarer Weitein- Stellbereich von Iui bis IO2 bzw. ein oberer Einstellfaktor 1.42 bis 1.62 = 1.96 bis 2.56 erreicht.
In einer ersten Aufbauart (Prinzip der Widerstandsanpassung) wird die Impedanz des Parallelzweigs so abgestimmt, dass die- ser den relativen Stromanteil (Iu2 - Iui) /Iui des Betriebsstromes Ir bei eingeschaltetem, oberen Einstellbereich tragt. Das Bimetall wird nur durch den relativen Stromanteil Iui/Iui geheizt. Durch diese unveränderte Heizung des Bimetalls im unteren und im oberen Einstellbereich bleibt die Auslosecharak- teristik der Uberlastschutzeinrichtung unverändert erhalten. Dies wird weiter unten anhand von Figur 1 verdeutlicht.
Im Rahmen der Erfindung kann letzteres Prinzip, insbesondere für mehrphasige Gerate, erweitert werden, indem a) die Strom- bzw. Einstellbereiche jederzeit und mehrmalig, also auch während des laufenden Betriebs um- bzw. eingestellt werden können, b) mehrere parallele Zweige stufenweise mit einem Umschalter zugeschaltet werden können, wodurch sich der Einstellbe- reich pro Stufe um eine Potenz erhöht (Stufe 1: Quadrat des unteren Einstellbereichs, Stufe 2: 3. Potenz des unteren Einstellbereichs usw.), c) die Temperaturkompensation für alle Phasen einheitlich an einer zentralen Stelle erfolgt, d) ein zentraler Mechanismus existiert, der die Kontaktmittel der Parallelpfade in allen Phasen gleichzeitig betätigt, e) die grundlegende Auslosemechanik (Bimetall, Heizleiter, mechanische Ankopplung Bimetall zu Ausloseor- gan/Schaltschloss) , einschließlich der Schutzes vor Phasenunsymmetrie bzw. Phasenausfall unverändert erhalten bleibt, f) das der Parallelpfad, einschließlich der Kontaktmittel und der Strombahnwiderstände, modular an das Gerät ansteckbar sind, ohne das Grundgerät wesentlich zu verändern.
Diese Aufbauart ist somit für ein- und mehrpolige Überlastschutzeinrichtungen einsetzbar. Zu berücksichtigen ist bei dieser Aufbauart allerdings, dass im oberen Einstellbereich durch den Stromfluss eine zusätzliche Verlustleistung im Parallelstromzweig entsteht. Diese Verlustleistung wird durch geeignete thermische Isolation vom Bimetall ferngehalten.
In einer zweiten Aufbauart (Prinzip der Leistungsanpassung) wird der Nachteil einer zusätzlichen Verlustleistung vermieden. Die im Parallelzweig entstehende Verlustleistung wird idealerweise zu 100% auf das Bimetall eingekoppelt. Hierzu wird die Impedanz des Parallelzweiges so bemessen, dass bei eingeschaltetem Parallelzweig die Summe der Verlustleistungen durch den Bimetallzweig und den Parallelzweig im oberen Einstellbereich gleich der Verlustleistung des Bimetallzweigs bei geöffnetem Parallelzweig im unteren Einstellbereich ist.
Um die Verlustleistung des Parallelzweigs in das Bimetall einzuspeisen ist eine enge räumliche Verbindung des Shunts im Parallelzweig mit dem Bimetall erforderlich. Hierzu wird der Shunt entweder als Heizwicklung oder indirekte Heizung thermisch mit dem Bimetall verbunden.
Auch bei dieser Aufbauart bleiben oben genannte zusätzliche Eigenschaften a) - e) erhalten. Lediglich das Bimetall mit dem nun zusätzlichen Shunt ist zu verändern.
In einer Variante der zweiten Aufbauart wird die Aufteilung des als Weiteinstellbereich vorgegebenen Stromeinstellbereiches nicht durch einen zuschaltbaren Parallelstromzweig realisiert, sondern durch einen elektrisch in Reihe schaltbaren, zusatzlichen Heizleiter. Der zusatzliche Heizleiter ist an den Uberlastausloser derart thermisch gekoppelt, dass seine Heizleistung im Wesentlichen vollständig an den thermomecha- nischen Aktor übertragen wird. Bei der Reihenschaltung des zusatzlichen Heizleiters wird der untere Bereich des Weiteinstellbereiches eingeschaltet. Der Widerstand des zusatzlichen Heizleiters ist so bemessen, dass die Heizleistung beider Heizleiter bei einem Betriebsstrom des unteren Einstellbereiches (Index 1) den gleichen Wert hat, wie bei abgeschaltetem Reihenstromzweig die Heizleistung bei einem um den Stromfaktor (= IU2/Iui) erhöhten Betriebsstrom des oberen Einstellbereiches (Index 2). Durch weitere elektrisch in Reihe zuschaltbare Heizleiter kann der vorgegebene Stromeinstellbereich in weitere Einstellbereiche aufgeteilt werden. Dadurch wird ein Weiteinsteilbereich geschaffen, der zu kleineren
Einstellstromen erweitert ist. Bei einstufiger Reihenschaltung überstreicht der Weiteinstellbereich typisch Einstellstrome Ir = Iu bis Iu*l,52 (=IO) , bei mehrstufiger (=n) Reihenschaltung Ir = Iu bis Iu*l,5n+1 (=IO) • Ist für den Weitein- Stellbereich der obere Grenzwert des Einstellstromes fest vorgegeben, so erhalt man zum Stromfaktor 1,5 den unteren Grenzwert der n-stufigen Reihenschaltung Iu = Io/l, 5n+1.
Eine weitere Maßnahme im Rahmen der Erfindung ist die Reali- sierung einer definierten Strom-Zeit-Auslosekennlinie . Diese wird thermisch durch die Wärmeleitfähigkeit, vor allem bei geringen Uberlaststromen, und durch die Wärmekapazität, vor allem bei hohen Überlaststromen, sowohl der aktiven Elemente, d.h. der Strombahnen, des Bimetalls und u. U. der Heizleiter bzw. des Kontaktelements, als auch der passiven Bauteile, wie Befestigungen, Gehäuse, umgebende Luft, beeinflusst.
Im Rahmen der Erfindung wird dieses Problem in Abhängigkeit der oben genannten Aufbauarten wie folgt gelost: Beim Prinzip der Widerstandsanpassung, d.h. ohne Einkopplung der Verlustleistung des Parallelzweiges in das Bimetall, erfolgt die Platzierung der Bauteile des Parallelzweigs, d.h. Kontaktmittel und Shunts thermisch isoliert in separaten Räumen des Ge- räts oder in speziellen ansteckbaren Modulen. Beim Prinzip der Leistungsanpassung, d.h. mit annähernd vollständiger Ein- kopplung der Verlustleistung des Parallelzweiges in das Bimetall, erfolgt eine thermisch innige Verbindung des Shunts im Parallelzweig mit dem Bimetall. Da eine Kurzschlussstrombelastung des Shunts immer geringer ist als die des Bimetallzweigs bei ausgeschaltetem Parallelzweig, u. U. zuzüglich eines optional enthaltenen Heizleiters, kann der Shunt in seinen geometrischen Abmessungen entsprechend klein ausgelegt werden, was erheblich die Wärmekapazität senkt. Hierbei ist es vorteilhaft Materialien zu nutzen, die einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen. Vorzugsweise kommen hierfür CuNi- oder CrAl-Legierungen zum Einsatz.
Ein weiteres Merkmal dieser Anordnung ist ein möglichst geringer Widerstand der/des Kontaktmittel (s) . Besonders geeignet sind großflächige Kontakte mit großen Kontaktkräften, wie z. B. Steckkontakte (Bananenstecker, Lyra- bzw. Messerkontakte) , bzw. Kontakte mit speziellen niederohmigen Kontaktmate- rialien, beispielsweise Silber (Ag) -Legierungen, beispielsweise AgNi oder Feinkornsilber, oder Silber (Ag) -Verbundwerkstoffe, beispielsweise Ag-Metalloxide .
Mit der Erfindung wird schließlich die Abstimmung des An- sprechwertes des Kurzschlussschnellauslösers in Abhängigkeit des Einstellwertes des oben beschriebenen Überlastauslösers verbessert .
Von Leistungsschaltern ist bekannt, durch Einstellung des Ü- berlastauslösers gleichzeitig den Kurzschlussschnellauslöser mit zu verstellen. Damit erreicht man, dass der Kurzschlussschnellauslöser zu einem bestimmten, aber festgelegten Vielfachen des einstellbaren Betriebsstroms aktiv wird (Ansprechstrom) .
Insbesondere bei Motorschutzschaltern erfolgt im Allgemeinen keine Einstellung des Ansprechwertes des Kurzschlussschnellauslösers, da diese Geräte nach dem Stand der Technik nur in einem geringen Stromeinstellbereich betrieben werden. Der Ansprechwert beträgt dann ein definiertes Vielfaches (typisch 8- bis 15-fach) des obersten Einstellwertes I0.
Durch die Einführung eines Weiteinstellbereichs mit einem deutlich größeren Unterschied zwischen Iu und I0 ist die Ansprechzeit des Kurzschlussschnellauslösers so stark gespreizt, dass Betriebsmittel bei Kurzschluss und unterem Einstellstrom Iu nicht mehr ausreichend geschützt werden. Im Rahmen der Erfindung kann dieses Problem zum Beispiel durch eine Teilanzapfung des Kurzschlussschnellauslösers gelöst werden. Dabei wird der oben beschriebene zuschaltbare Parallelzweig in der Weise elektrisch mit der Spule des Kurzschlussschnellauslösers verbunden, dass die Amperewindungs- zahl pro Einstellbereich, also mit oder ohne zugeschalteten
Parallelzweig, konstant bleibt. Somit erreicht man zugeordnet zum eingeschalteten Einstellbereich für den Ansprechwert des Kurzschlussschnellauslösers ein jeweils gleich bleibendes Vielfaches des oberen Einstellwertes I0.
Die Anpassung der Magnetauslösung kann bei der Erfindung auf vier verschiedene Arten durchgeführt werden:
1. Eine Parallelschaltung eines Entlastungsstromzweiges kann zur Magnetspule führen. Bei einem Stromfaktor 1,5 wird der relative Stromanteil 0,5 über den Entlastungsstromzweig geführt, während die Magnetspule den relativen Stromanteil 1 trägt .
2. Es kann eine Anpassung des Proportionalitätsfaktors der Beziehung Magnetkraft- (Strom) * (Strom) vorgenommen werden. Dies kann bei einer Magnetspule durch Anzapfung an der Wicklung erfolgen, derart dass zu dem Stromfaktor von beispielsweise 1,5 die gesamte magnetische Erregung der Wicklung dem relativen Stromanteil 1 entspricht. Mit anderen Worten die
Amperewindungszahl bei ausgeschalteter Anzapfung zum Relativstrom 1 ist gleich groß wie die Amperewindungszahl bei eingeschalteter Anzapfung zum Relativstrom 1,5. Dazu kann ein vor- gegebener Teil der Wicklung überbrückt und damit magnetisch unwirksam gemacht werden. Statt einer Teilüberbrückung kann durch Anzapfung der Wicklung ein Teilstrom abgleitet werden, derart dass zum Relativstrom 1,5 die gesamte magnetische Er- regung der Wicklung wiederum dem relativen Stromanteil 1 entspricht .
3. Der Proportionalitätsfaktor kann statt durch die Amperewindungszahl auch durch die Luftspaltweite zwischen dem be- weglichen Magnetanker und dem magnetischen Gegenpol angepasst werden. Diese wird zu einer Erhöhung des Ansprechstromes von 1 auf 1,5 in relativen Einheiten ebenfalls um den Faktor 1,5 erhöht .
4. Es erfolgt die Anpassung der Fesselungskraft des Magnetankers. Für eine Schließbewegung und die damit verbundene Auslösung muss der Magnetanker die Fesselungskraft überwinden. Die Fesselungskraft wird meist durch ein Federelement erzeugt. Die Federkraft ist durch das Produkt aus Federkonstan- te und Federweg bestimmt. Durch Vergrößern des Federweges um den Faktor 1,5*1,5 wird die Vergrößerung der Magnetkraft beim Stromfaktor 1,5 kompensiert.
Die Einstellung der Magnetauslösung vom unteren Stromein- Stellbereich auf den oberen Stromeinstellbereich des sog. Weiteinstellbereiches erfolgt mit den gleichen Kontaktmitteln, wie für die Überlastauslösung. Zusätzlich oder alternativ können mechanische Elemente zur Einstellung der Luftspaltweite oder des Federweges mit den Kontaktmitteln gekop- pelt sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentan- Sprüchen.
Im Einzelnen zeigen die Figuren jeweils in schematischer Darstellung: Figur 1 einen Aufbau für einen Überlastauslöser mit Parallelzweig und thermischer Entkopplung,
Figur 2 einen Bimetallauslöser mit Parallelstromzweig, Figur 3 eine Ausführungsform nach Figur 1 zur Ein-/Aus- schaltung mehrerer Einstellbereiche des Weitein- stellbereiches,
Figur 4 einen Aufbau für einen Überlastauslöser mit mehreren Parallelzweigen und thermischer Kopplung der einzelnen Zweige und der Teilanzapfung eines Kurz- schlussschneilauslösers,
Figur 5 einen Bimetallzweig mit parallelen Heizwicklungen, Figur 6 eine Parallelschaltung von zwei Heizwicklungen nach Figur 5 mit einer Auslösespule aus n-Windungen,
Figur 7 Beispiele für eine thermische Kopplung des Bimetalls mit dem Shunt des Parallelzweiges, Figur 8 weitere Beispiele für eine thermische Kopplung gemäß Figur 7, aber mit einem zusätzlichen Heizleiter für den Bimetallstrompfad,
Figur 9 eine Strom-Zeit-Kennlinie für eine rein thermische Auslösung (Überlastauslöser) , Figur 10 eine Strom-Zeit-Kennlinie für eine kombinierte thermisch/magnetische Auslösung (Überlast- /Kurzschlussschnellauslöser) , Figur 11 einen dreipoligen Schalter unter Verwendung der Mittel zur Realisierung des Weiteinstellbereiches, wobei eine thermische Kopplung des Parallelzweiges an den Überlastauslöser vermieden ist,
Figur 12 einen dreipoligen Schalter unter Verwendung der Mittel zur Realisierung des Weiteinstellbereiches mit thermischer Kopplung des Parallelzweiges an den Überlastauslöser,
Figur 13 einen dreipoligen Schalter mit Mitteln zur Realisierung des Weiteinstellbereiches nach Figur 11 o- der Figur 12 und mit einschaltbarer Anzapfung der
Auslösermagnetspule . Nachfolgend wird zunächst am Beispiel eines Überlastrelais mit Bimetall und Heizwicklung die Realisierung des erfindungsgemäßen Weiteinstellbereiches in verschiedenen Varianten dargestellt. Die unterschiedliche Ausbildung der einzelnen Beispiele wird jeweils separat, deren Funktion anschließend gemeinsam beschrieben:
Bei den einzelnen Figuren kennzeichnen die Bezugszeichen 1 einen ersten Stromzweig und 2 einen zweiten Stromzweig, der parallel zum ersten Stromzweig geführt ist. Weiterhin bedeuten Bezugszeichen 10 ein Bimetall, das eine temperaturabhängige Schaltfunktion hat, wie es auch vom Stand der Technik bekannt ist.
Figur 1 verdeutlicht das Prinzip der Widerstandsanpassung: die unterlegten Felder kennzeichnen die thermische Trennung zwischen Bimetallzweig und Parallelzweig: Im Einzelnen befinden sich im Bereich des Stromzweiges 1 ein Bimetall 11 mit einem Heizleiter 12 und im Bereich des Stromzweiges 2 ein Shunt 21. Der Parallelzweig 2 ist über einen Schalter 25 zuschaltbar.
In der Figur 2 ist eine Einheit mit Steuerkontakten 15 vorhanden, welche einen Schließer und einen Öffner beinhaltet. Diese werden durch einen Bimetall-Auslöser 10 indirekt mechanisch betätigt. Alternativ kann der Bimetallauslöser 10 auch ein Schaltschloss betätigen. Weiterhin ist entsprechend Figur 1 im Parallelstromzweig 2 ein Schaltkontakt 25 mit einem nachgeschalteten Widerstand 21, der dem Shunt aus Figur 1 entspricht, angeordnet.
Als Dimensionierungsbeispiel für eine Ausführung nach Figur 2 gilt: Der standardmäßige Einstellbereich eines Überlastrelais liege zwischen 11 und 16 A. Der elektrische Widerstand RBime- tau von Bimetall mit Heizleiter beträgt hierzu etwa 8,6 mΩ.
Zur Erweiterung des Einstellbereiches von 16 A auf 16/11*16 A = 23 A wird durch einen zuschaltbaren Parallelwiderstand der Stromanteil von 7 A (= 23 A - 16 A) von diesem übernommen. Der Parallelwiderstand erhält hierzu - unter Einschluss von Leitungs- und Kontaktwiderstand - den Widerstandswert:
Rparallel = RϊUmetall* H A/ 5 A * 19 mΩ ( 1 )
Der elektrische Anschluss des Parallelwiderstandes erfolgt an den elektrischen Zuführungen der Anschlussklemmen zum Bimetall und zum Heizleiter, wobei die Anschlussleitungen über einen mechanisch betätigbaren Schaltkontakt geführt werden. Dieser kann beispielsweise als Bananensteckkontakt ausgebildet sein, dessen Stecker innerhalb einer Rohrführung gegen eine Öffnungsfeder in die Bananenbuchse einschiebbar ist, und dessen Ein- und Ausschaltposition durch geeignete Rastungen fixierbar ist. Der Parallelwiderstand besteht vorzugsweise aus Widerstandsmaterial mit geringem Temperaturkoeffizienten und ausreichend hoher Anwendungstemperatur.
Aus dem Standardeinstellbereich mit unterem Einstellstrom iu. und oberem Einstellstrom io. kann für einen lückenlosen, ein- stufigen Weiteinstellbereich mit oberem Weiteinstellstrom io.w. für den Parallelwiderstand Rparaiiei zum Bimetallwiderstand Rßimetaii eine allgemeine Dimensionierungsformel angegeben werden:
io.w. = io.2/iu. , (2)
mit dem Stromanteil des Parallelwiderstandes bei
io .w. i Ip = lo.w. — lo . ( 3 )
und
Rparallel = io . / ( io . w ~ io . ) * ^Bimetall ( 4 )
Eine identische Beziehung lautet
Rparallel = iu./(i-o. ~ iu.) * Rßimetall ) (5) Als Rßimetaii wird hierzu der Widerstand des Bimetallstromzweiges zwischen den Anschlusspunkten des Parallelstromzweiges verstanden.
Die Einschaltung des Weiteinstellbereiches eines 3-poligen Überlastrelais erfolgt über ein gemeinsames, rastendes Betätigungsglied, das über eine Traverse mit den drei Schaltkontakten in mechanischem Eingriff steht und wodurch den Bimetallstromzweigen die ihnen zugeordneten Parallelstromzweige elektrisch parallel geschaltet werden. Die Parallelstromzweige mit zugehörigen Schaltkontakten und Parallelwiderständen können in einem, von den Bimetallen getrennten Gehäusebereich des Überlastrelais angeordnet sein. Dadurch wird die gegenseitige, thermische Beeinflussung minimiert und die Überlast- auslösekennlinie unverändert gehalten.
Mit dem Einschalten des Weiteinstellbereiches wird die Auslösung zu höheren Strömen und damit zu einer höheren Verlustleistung des Überlastrelais verschoben. Gegenüber der Ver- lustleistung beim Standardeinstellbereich bei i = io. = 16 A und Pei = RBimetaii * (16 A)2 erhöht sich beim Weiteinstellbereich bei i = io.w. = 23 A die Verlustleistung auf:
Pel = RBimetaii * (16 A)2 + Rparallel * (7 A)2, (6)
was eine relative Zunahme von 7/16, d.h. « 40 % bedeutet.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Beispiels gemäß Figur 2, das sowohl räumliche Vorteile wie auch eine geringere Ver- lustleistung bieten kann, sind der Bimetallstromzweig und der Parallelstromzweig in einem gemeinsamen Gehäuseabschnitt untergebracht. Der Parallelwiderstand kann dabei mit einem kleineren Widerstandswert als oben erwähnt bemessen sein, da die dadurch reduzierte Heizleistung am Bimetall durch eine gewisse Zusatzheizung seitens des Parallelwiderstandes, d.h. durch Strahlungs- und Konvektionswärme kompensierbar ist. In konkreter Ausgestaltung können Kontakte mit steckbaren und/oder drehbaren Kontaktträgern vorhanden sein. Als eine Nebenfunktion des steckbaren Kontaktträgers unterbricht dieser im demontierten Zustand mit geeigneten Betätigungsglie- dern die Steuerkontakte des Überlastrelais. Dadurch wird gewährleistet, dass das Überlastrelais und das von diesem überwachte Schaltgerät außer Betrieb gesetzt ist, solange der steckbare Kontaktträger nicht montiert ist. Zur Montage des steckbaren Kontaktträgers kann Hilfswerkzeug, beispielsweise Schraubendreher oder dergleichen, benötigt werden.
Als weitere Variante können die drei Kontaktelemente in einem gemeinsamen, drehbaren Kontaktträger integriert sein. Die Drehposition des Kontaktträgers kann rastend sein, so dass vorgegebene Drehwinkel eingehalten werden, bei denen der
Weiteinstellbereich sicher eingeschaltet oder sicher ausgeschaltet ist. Um dies zu gewährleisten, können die Steuerkontakte des Überlastrelais in vorgegebenen Drehwinkelpositionen unterbrochen oder nicht unterbrochen sein, so dass das Über- lastrelais nur bei korrekter Einstellung betriebsbereit ist.
Mit den mechanisch montierbaren Kontaktelementen können im Allgemeinen höhere Kontaktkräfte realisiert werden, als mit bedienbaren Schaltkontakten. Dies kann vorteilhaft dazu ge- nutzt werden, höhere Betriebsströme über die Kontaktelemente zu leiten.
Als Variante zum Bimetallstromzweig mit Parallelstromzweig gemäß Figur 2 ist eine Teilüberbrückung des Heizleiters zur Realisierung des Weiteinstellbereiches möglich. Als Kontakte zur Ein- Ausschaltung des Weiteinstellbereiches eignen sich montierbare Kontaktelemente, die bei höheren Kontaktkräften kleinere Kontaktwiderstände aufweisen und bei begrenzten Kurzschlussströmen den vollen Strom tragen können. Der Kon- taktwiderstand sollte unter 1 mΩ liegen, damit der Hauptteil des Stromes über den Überbrückungsstrompfad und nur ein geringer Teil über den überbrückten Bimetallabschnitt fließt. In grober Abschätzung wird die Restheizleistung des überbrückten Abschnittes die Wärmeableitung durch den an der Heizwicklung angeschlossenen Überbrückungsstromleiter kompensieren. Um wie im Beispiel der Figur 1 die gleiche Bimetall- heizung bei Standardeinstellbereich und 16 A Stromfluss wie beim Weiteinstellbereich und 23 A Stromfluss zu erzielen, ist der restliche Heizleiter bis auf einen relativen Anteil von (16/23) 2 « 0,5, der nicht überbrückt wird, zu überbrücken.
Durch Wärmeleitung wird ein Teil der Heizleistung des den vollen Strom tragenden Heizleiterabschnittes auf den überbrückten Teilabschnitt übertragen, so dass mit einer nicht zu ungleichmäßigen Heizung des Bimetalls zu rechnen ist. Trotzdem wirkt sich z. B. eine Überbrückung des Heizleiters im Bi- metall-Fußbereich wegen des Zusammenspiels von Krümmung und
Hebelarm stärker auf die Auslenkung aus, als an anderer Stelle des Bimetallstreifens. Dies kann ausgeglichen werden, indem in diesem Beispiel ein kürzerer Heizleiterabschnitt als (1- (16/23) 2) in relativen Einheiten überbrückt wird.
In Figur 3 befinden sich im Bereich des zweiten Stromzweiges 2 drei parallelgeschaltete Shunts 21, 22 und 23, wozu ein entsprechend selektiver Umschalter 26 vorhanden ist. Durch die Zuschaltung eines entsprechenden Shunts ist der jeweilige Einstellbreich EB wählbar.
Gemäß nachfolgender tabellarischer Aufstellung ergeben sich beispielsweise folgende Werte:
Tabelle 1: Einstellbereich EB durch Shunt-Anwählung nach dem Prinzip der Widerstandsanpassung Stufe in Fig. 3 Shunt EB
O 1,00 -> 1, 40 1 250% 1,40 —» 1, 96 2 104% 1,96 2, 74 3 57% 2,74 → 3, 84
Durch obiges Prinzip der Widerstandsanpassung mit mehreren parallelen Stufen und beispielhaften Werten für den Widerstand des Parallelzweigs ergeben sich also unterschiedliche Einstellbereiche EB, die insgesamt den Weiteinstellbereich WEB definieren mit WEB= (1,00 bis 3,84) *IU.
Figur 4 und 5 verdeutlichen das Prinzip einer Leistungsanpassung: Das gemeinsam unterlegte Feld kennzeichnet die thermische Kopplung zwischen Bimetallzweig und Parallelzweig: In Figur 4 sind wiederum ein Bimetall 11 und ein Heizleiter 12 im Hauptzweig 1 sowie parallel geschaltete Shunts bzw. Heizleiter im Parallelzweig 2 vorhanden. Weiterhin ist die Anzapfung einer Spule 40 für einen so genannten n-Auslöser vorhanden.
Wie bereits erwähnt sind diese Elemente thermisch gekoppelt, so dass durch Wärmeübergang die geforderte Leistungsanpassung gewährleistet ist.
Als Dimensionierungsbeispiel für eine Ausführung nach dem Prinzip der Leistungsanpassung (Figur 4 bis 6) gilt: der standardmäßige Einstellbereich eines Überlastrelais liege zwischen 11 und 16 A. Dieser Einstellbereich soll als Grundeinstellbereich GEB (im Beispiel = 16/11) bezeichnet werden. Nach dem Prinzip der Leistungsanpassung muss die thermische Verlustleistung am Bimetall 11 in allen Einstellbereichen konstant sein. Hierzu ist der Widerstand des Parallelzweigs Rp2 bei gegebenem Widerstand des Bimetallzweigs RBz wie folgt zu dimensionieren: Rpz = RBZ / ( GEB 2 - 1 ) ( 7 )
Bei einem angenommenen (mit Wexteinstellbereich) maximalen Betriebsstrom Ir = 23,3 A fließt durch den Bimetallstromzweig ein Strom von IBz= I0/GEB = 11 A und durch den Parallelzweig Ipz = IBZ * RBZ / (RBZ+RPZ) = 12,3 A. Das heißt, der Strom durch den Bimetallzweig ist um den Faktor 1/GEB abgesenkt. Die dadurch geminderte thermische Verlustleistung des Bimetallzweigs wird vollständig durch die thermische Verlustleistung des Parallelzweigs kompensiert:
Pv, Bimetall = COnst . = IBZ 2 * RßZ + IpZ 2 * RpZ ( 8 )
In diesem Beispiel kann der Betriebsstrom Ir im unteren Ein- Stellbereich (Parallelzweig geöffnet = inaktiv) zwischen Iu = 11 A und I0 = 16 A sowie im oberen Einstellbereich zwischen Iu *(16/11)= 16 A und Iu*(lβ/ll)2 = 2,12 * Iu = 23,3 A eingestellt werden.
Für mehrstufige Einstellbereiche ergeben sich beim Prinzip der Leistungsanpassung im Vergleich zum Prinzip der Widerstandsanpassung folgende Werte (vgl. Tabelle 1 oben):
Tabelle 2: Einstellbereich EB durch Shunt-Anwahlung nach dem Prinzip der Leistungsanpassung
Stufe in Fig. 3 RPZ/RBZ EB
0 1 , 00 1 , 40 1 104 % 1 , 40 → 1 , 96 2 35 % 1 , 96 -> 2 , 74 3 15 % 2 , 74 -» 3 , 84
In der Figur 5 sind zwei Heizleiter dem Bimetall parallel zu- geordnet, wobei in Figur 6 zusatzlich der Kurzschlussschnell- ausloser aus Figur 4 vorhanden xst. Figur 4 verdeutlicht das Prinzip einer Leistungsanpassung: Das gemeinsam unterlegte Feld kennzeichnet die thermische Kopplung zwischen Bimetallzweig und Parallelzweig. In Figur 4 sind wiederum ein Bimetall 11 und ein Heizleiter 12 im Hauptzweig 1 sowie parallel geschaltete Shunts bzw. Heizleiter im Nebenzweig 2 vorhanden. Weiterhin ist die Anzapfung einer Spule 40 für einen so genannten n-Auslöser vorhanden.
Wie bereits erwähnt sind diese Elemente thermisch gekoppelt, so dass durch Wärmeübergang die geforderte Leistungsanpassung gewährleistet ist.
Eine Alternative zur Anpassung der Bimetallheizung an den Weiteinstellbereich ist - bei praktisch gleich bleibender Länge des Heizleiters - seine Querschnittsvergrößerung und damit Widerstandsabsenkung. Dies kann z. B. gemäß Figur 7 dadurch realisiert werden, dass dem Heizleiter 71 des Standardeinstellbereiches ein zweiter Heizleiter 72 parallel geschal- tet wird, der diese effektive Querschnittsvergrößerung liefert. Vorteilhaft ist, dass der hierzu benötigte Schaltkontakt, wie im Beispiel der Figur 1 nur einen Teilstrom - sowohl im Nennbetrieb, wie im Kurzschlussfall - führen muss. Nachteilig ist die erhöhte Steifigkeit des Bimetallheizers und die unterschiedliche thermische Kopplung der einzelnen Heizleiter zum Bimetallstreifen, da die Heizleiter bis auf den gemeinsamen Anschluss gegeneinander elektrisch isoliert sein müssen. Dadurch verschiebt sich die Auslösezeitkennlinie zu größeren Auslöse- und Rückstellzeiten.
In der Figur 5 sind zwei Heizleiter dem Bimetall parallel zugeordnet, wobei in Figur 6 zusätzlich der n-Auslöser aus Figur 4 vorhanden ist.
In den Figuren 7a, 7b und 7c sind Alternativen für eine thermische Kopplung einer Wicklung 72 oder Shunts 73 bzw. 74 des Parallelzweigs an ein Bimetall 71 ohne ursprüngliche Heizwicklung für das Bimetall der Überlastschutzeinrichtung 10 aus Figur 2 dargestellt: Es ergibt sich eine gute thermische Kopplung. Das Bimetall 71 und die Shunts 72, 73 und 74 sind beispielsweise durch Glasseide oder Glimmer gegenseitig elektrisch isoliert.
In den Figuren 8a, 8b und 8c sind Alternativen für eine thermische Kopplung der Wicklung 72 oder des Shunts 72 bzw. Shunts 73 des Parallelzweigs an das Bimetall mit ursprünglicher Heizwicklung 76 für das Bimetall 71 dargestellt: Es er- gibt sich ebenfalls eine gute thermische Kopplung. Der Heizleiter 76 ist von den übrigen Strombahnkomponenten durch Glasseide oder Glimmer elektrisch isoliert.
In den Figuren 9 und 10 ist jeweils in doppellogarithmischer Darstellung die Auslösezeit des Überlastauslösers als Funktion des Vielfachen des Einstellstromes Ir dargestellt: Aufgetragen ist auf der Abszisse das Vielfache des Stromes Ir, bei dem eine Auslösung erfolgt, und auf der Ordinate die Auslösezeit t. In Figur 9 ergeben sich als Auslösekennlinie hierzu der Graph 91 und in Figur 10 die Graphen 91 und 92.
Bei einem Weiteinstellbereich des Einstellstromes Ir, mit Iu<=Ir<=2*Iu , liefert der untere Einstellbereich und der obere Einstellbereich weitgehend die gleiche Auslösekennlinie. In Figur 10 ist neben der Überlastauslösekennlinie 91 zusätzlich die Kurzschlussauslösekennlinie 92 dargestellt. Die Kurzschlussauslösekennlinie 92 wird im Allgemeinen als Vielfaches des oberen Grenzwertes des gewählten Bereiches angegeben. Eine gleich bleibende Kurzschlussauslösekennlinie 92 des unteren und des oberen Einstellbereiches kann durch Ein-/
Ausschalten der Teilanzapfung des Kurzschlussschnellauslösers realisiert werden.
In der Figur 11 ist ein dreipoliger Schalter 100 mit Schalt- schloss 101, drei Schaltkontakten 110, 110', HO'' und zugehörigen Überlastauslösern dargestellt. Es sind jeweils elek- trothermische Überlastauslöser 102, 102', 102'' einerseits und elektromagnetische Kurzschlussauslöser 103, 103', 103'' andererseits ersichtlich. Dabei enthalten die elektrothermi- schen Auslöser 102, 102', 102'' Bimetalle im Stromzweig und zuschaltbare Parallelstromzweige mit Widerständen und Schaltern entsprechend Figur 1 oder einem der weiteren andersarti- gen Beispiele der Figuren 2 bis 10. Speziell die Parallelstromzweige sind durch eine mechanische Betätigung 105 mit zugehöriger ' Ein/Aus' -Anzeige manuell ein- bzw. ausschaltbar, wodurch - wie oben im Einzelnen beschrieben wurde - der Weiteinstellbereich geschaffen wird. Es ist auch eine automati- sierte Einstellung des jeweiligen Bereiches möglich.
Anhand der Figur 12 wird verdeutlicht, wie durch eine thermische Kopplung, was durch gemeinsame Unterlegung der Komponenten angedeutet ist, statt einer Widerstandsanpassung eine Leistungsanpassung realisiert werden kann. Dazu werden geeignete Mittel eingesetzt, die oben anhand der Figuren 4 bis 8 beschrieben sind.
Letzteres wir mit Figur 13 weiter verdeutlicht. Hier ist dem Bimetall 11 mit Heizelement 12 jeweils eine weitere Heizwicklung 21 unmittelbar zugeordnet, so dass sich damit die thermisch gekoppelte Einheit ergibt. Außerdem wird die Magnetspule 40 des Kurzschlussschnellauslösers durch den parallel geschalteten Heizleiter 21 angezapft.
Die Erfindung wurde insbesondere für Überlastrelais beschrieben. In anderen bevorzugten Anwendungen kommen die oben beschriebenen Einrichtungen zur Weitbereichseinstellung bei Motorschutzschaltern oder auch bei einem Leistungsschalter zum Einsatz.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erweiterung des Einstellbereiches von Überlastschutzeinrichtungen, bei der ein vorgegebener Stromein- Stellbereich vorhanden ist, mit Mitteln zur Einstellung des Überlastschutzes auf einen Betriebsstrom innerhalb des Stromeinstellbereiches, wobei Komponenten vorgegebenen elektrischen Widerstandes zum Stromführen und zugehörige Kontaktmittel verwendet werden, mit folgenden Maßnahmen zur Erreichung eines Weiteinstellbereiches:
- der vorgegebene Stromeinstellbereich wird in Einstellbereiche aufgeteilt,
- durch Einsatz der Kontaktmittel wird ein bestimmter Einstellbereich ausgewählt, - der ausgewählte Einstellbereich wird durch einen unteren und einen oberen Stromeinstellwert begrenzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Stromeinstellbereich in einen ersten und ei- nen zweiten Einstellbereich aufgeteilt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten und zweiten Einstellbereich eine vorgebbare Lücke gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Einstellbereich überlappend gewählt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Einstellbereich sich aneinander anschließend gewählt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die zwei Einstellbereiche einen durchgehenden Weiteinstellbereich bilden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass zum Umschalten vom ersten auf den zweiten Einstellbereich die Kontaktmittel montiert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass zum Umschalten vom ersten auf den zweiten Einstellbereich die Kontaktmittel geschaltet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung bei einem mehrpoligen Schaltgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstell- bereiche am Schaltgerät manuell vorgewählt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung bei einem mehrpoligen Schaltgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbereiche am Schaltgerät automatisch eingestellt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des Weiteinstellbereiches ein thermischer Auslöser und ein Auslöseorgan, das innerhalb des Weiteinstellbereiches auf einen Betriebsstrom einstellbar ist und bei Über- laststrom nach einer Strom-Zeit-Kennlinie auslöst, verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Maßnahmen: - die Komponenten zum Stromführen tragen einen elektrischen Strom, der zwischen dem Wert des Überlaststromes und Null liegt oder mit einem dieser beiden Werte gleich ist,
- die Komponenten zum Stromführen enthalten wenigstens einen ersten und einen zweiten Stromzweig, - die Kontaktmittel schalten den wenigstens einen ersten
Stromzweig zu einem zweiten Stromzweig elektrisch parallel,
- der parallel geschaltete, wenigstens eine Stromzweig trägt einen elektrischen Teilstrom, der zwischen dem Wert des Überlaststromes und Null liegt, - durch Vorgabe der Widerstandswerte in den wenigstens zwei Stromzweigen wird der Teilstrom des parallel geschalteten, wenigstens einen Stromzweiges auf einen bevorzugten Anteil des Betriebsstromes eingestellt, - die dem Einschalt- bzw. Ausschaltzustand des wenigstens einen Stromzweiges zugehörigen, unterschiedlich hohen Betriebsströme der thermomechanischen Überlastschutzeinrichtung sind in der Weise bemessen, dass die zugehörigen Be- triebsströme am thermischen Auslöser die annähernd gleiche Heizleistung erzeugen,
- durch das Einschalten des wenigstens einen Stromzweiges wird der Einstellbereich von einem unteren Strombereich auf einen sich ohne Lücke anschließenden höheren Strombereich umgeschaltet, wodurch ein Weiteinstellbereich geschaffen wird,
- durch das Einschalten eines weiteren, oder mehrerer Parallelstromzweige kann der Weiteinstellbereich um weitere, sich zu höheren Strömen anschließende Strombereiche erwei- tert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit folgenden Maßnahmen:
- die Komponenten zum Stromführen tragen einen elektrischen Strom, der gleich dem Wert des Überlaststromes oder gleich
Null ist,
- die Komponenten zum Stromführen enthalten wenigstens einen ersten und einen zweiten Stromzweig,
- wenigstens einer der wenigstens zwei Stromzweige trägt den Überlaststrom,
- die Kontaktmittel schalten den wenigstens einen ersten Stromzweig zu einem zweiten Stromzweig elektrisch in Reihe,
- der in Reihe geschaltete, wenigstens eine Stromzweig trägt ebenfalls den Überlaststrom, - die Heizleistung der Überlaststrom tragenden Stromzweige wird vollständig in den thermischen Auslöser eingekoppelt,
- durch Vorgabe der Widerstandswerte in den wenigstens zwei in Reihe schaltbaren Stromzweigen wird die Heizleistung am thermischen Auslöser eingestellt, - die dem Einschalt- bzw. Ausschaltzustand des wenigstens einen Stromzweiges zugehörigen, unterschiedlich hohen Betriebsströme der thermomechanischen Überlastschutzeinrichtung sind in der Weise bemessen, dass die zugehörigen Be- triebsstrome am thermischen Ausloser die annähernd gleiche Heizleistung erzeugen,
- durch das Einschalten des wenigstens einen Stromzweiges wird der Einstellbereich von einem höheren Strombereich auf einen sxch ohne Lücke anschließenden tieferen Strombereich umgeschaltet, wodurch ein Weiteinstellbereich geschaffen wird,
- durch das Einschalten eines weiteren, oder mehrerer Reihenstromzweige kann der Weiteinstellbereich um weitere, sich zu tieferen Strömen anschließende Strombereiche erweitert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Weiteinstellbereich durch Ein-Ausschalten eines einzigen Parallelstromzweiges von einer unteren Stromgrenze Iu bei ausgeschaltetem Parallelstromzweig bis zu einer oberen Stromgrenze I0 bei eingeschaltetem Parallelstromzweig reicht, wobei die obere Stromgrenze zwischen dem l,3fachen und dem 3fachen der unteren Stromgrenze liegt.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein vergrößerter Weiteinstellbereich durch Ein-Ausschalten von zwei Parallelstromzweigen geschaffen wird, dessen obere Stromgrenze zwischen dem l,8fachen und dem 5fachen der unte- ren Stromgrenze liegt.
16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausloser durch die Heizwirkung wenigstens eines Teils des in der Uberlastschutzeinrichtung fließenden elektrischen Stromes beheizt wird.
17. Thermomechanische Uberlastschutzeinrichtung, insbesondere zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 16 zur Realisierung eines Weiteinstellbe- reiches zum Schutz gegen Uberlaststrome, enthaltend stromführende Komponenten, einen thermischen Ausloser und ein Auslό- seorgan, das innerhalb des Weiteinstellbereiches auf einen Betriebsstrom einstellbar ist und bei Uberlaststrom nach ei- ner vorgegebenen Strom-Zeit-Kennlinie auslöst, mit folgenden Merkmalen,
- die stromführenden Komponenten enthalten Schaltmittel (12) , elektrische Widerstandsmaterialien (10) und elektrische Leiter (1, 2),
- die stromführenden Komponenten sind auf wenigstens zwei Stromzweige (1, 2) verteilt,
- von den wenigstens zwei Stromzweigen (1, 2) ist wenigstens ein Stromzweig (1) durch die Schaltmittel (12) ein- und ausschaltbar,
- die Schaltmittel (12) schalten den wenigstens einen Stromzweig (1) zu dem zweiten Stromzweig (2) elektrisch parallel.
18. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Weiteinstellbereich durch Parallelschalten eines Widerstandes (21, 22, 23) ohne thermische Ein- kopplung der elektrischen Leistung des Widerstandes (21, 22, 23) in den thermischen Auslöser geschaffen ist. (Widerstands- anpassung)
19. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine einphasige Ausführung.
20. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine 3-phasige Ausführung.
21. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine modulare Ausführung.
22. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Weiteinstellbereich durch Parallelschalten eines Widerstandes (41, 42) mit thermischer Einkopp- lung der elektrischen Leistung des Widerstandes (41, 42) in den thermischen Auslöser geschaffen ist. (Leistungsanpassung)
23. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer einphasigen Ausführung, insbe- sondere bei thermischer Ankopplung eines Shunts (41, 42) des Paralleϊzweigs (2) an ein Bimetall (10), niederohmige Kontaktmittel gewählt werden.
24. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Erweiterbarkeit auf 3-phasige Anordnungen.
25. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Teilanzapfung eines magnetischen Kurzschluss- Schnellauslösers (40) in Verbindung mit dem Weiteinstellbereich.
26. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine konstante Amperewindungszahl pro Bereich.
27. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermischer Auslöser mit Bimetallauslöser (10) ohne Heizwicklung vorhanden ist.
28. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Auslöser einen Bimetallauslöser (10) und wenigstens eine thermisch angekoppelt Heizwicklung (12, 21) enthält.
29. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis
28. dadurch gekennzeichnet, dass der zuschaltbare Stromzweig ein Parallelstromzweig (2) mit elektrischen Widerstand (41, 43) ist.
30. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromzweig (1) mit Bimetall (10) und der Parallelstromzweig (2) in einem gemeinsamen Gehäuseabschnitt untergebracht sind.
31. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromzweig (1) mit Bimetall (10) und der Parallelstromzweig (2) in von einander getrennten Gehäuseabschnitten untergebracht sind.
32. Uberlastschutzeinrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Parallelstromzweig (2) mit einem separaten Gehäuse an die Ausloseeinrichtung anschließbar ist, wo- bei der Parallelstromzweig dem Bimetallstromzweig (1, 10) elektrisch parallel geschaltet wird.
33. Uberlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis
32, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (12) als mechanisch bedienbare Kontaktelemente ausgebildet sind.
34. Uberlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis
33, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel als mechanisch montierbare Kontaktelemente ausgebildet sind.
35. Uberlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis
34, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (12) zur Teiluberbru- ckung der Bimetall-Heizwicklung (10) vorhanden sind.
36. Uberlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis
35, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizwicklungen (41, 42) durch Schaltmittel (63) zueinander elektrisch parallel schaltbar sind.
37. Uberlastschutzeinrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen jeder Heizwicklung der im Kurzschlussfall von ihr aufgenommenen Stromwarme angepasst ist.
38. Uberlastschutzeinrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass im Kurzschlussfall von jeder Heizwicklung (41, 42) die erlaubte Maximaltemperatur erreichbar ist.
39. Uberlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Heizwicklungen die zweite Heizwicklung etwa 25% der Wärmekapazität der ersten Heizwicklung besitzt.
40. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass bei drei Heizwicklungen die dritte Heizwicklung etwa 11% der Wärmekapazität der ersten Heizwicklung besitzt.
41. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine einpolige thermomecha- nische Auslöseeinrichtung (102) enthalten ist, die ein Auslöseorgan zur Auslösung eines einpoligen Schaltmechanismus (110) betätigt.
42. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrpolige thermomecha- nische Auslöseeinrichtung (102, 102', 102'') enthalten ist, die ein Auslöseorgan zur Auslösung eines mehrpoligen Schaltmechanismus (110, 110', 110") betätigt.
43. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis
42, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmechanismus ein Schaltschloss (101) enthält.
44. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis
43, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmechanismus einen magnetischen Antrieb enthält.
45. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmechanismus einen magnetischen Antrieb und ein Schaltschloss (101) enthält.
46. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anzeigemittel (105) zur Anzeige des eingestellten Betriebsstromes vorhanden ist.
47. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 46, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Einstellstromwert mit einem Informationsbus einstellbar und/oder auslesbar ist.
48. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 47, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Informationsbus die Überlastauslösung erfasst und dass über den Informationsbus Schaltgeräte im Stromkreis, in dem die Auslöseeinrichtung (102) ausgelöst hat, ausgeschaltet werden.
49. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinrichtung (102) im Gehäuse (100) eines Schaltgerätes eingebaut ist.
50. Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 48, gekennzeichnet durch ein eigenes Gerätegehäuse.
51. Verwendung einer Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 50 bei Überlastrelais.
52. Verwendung einer Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 50 für einen Motorschutzschalter.
53. Verwendung einer Überlastschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 50 für einen Leistungsschalter.
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