WO2014083189A1

WO2014083189A1 - Auslösevorrichtung für leistungsschalter

Info

Publication number: WO2014083189A1
Application number: PCT/EP2013/075176
Authority: WO
Inventors: Sander SCHMITZ
Original assignee: Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-06-05
Also published as: DE102012111566A1; US9558902B2; CN104838465B; CN104838465A; US20150318130A1; EP2926357A1; EP2926357B8; EP2926357B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung (10) für einen Leistungsschalter mit einem zur Anordnung in der Nähe einer Strombahn (12) eines Leistungsschalters vorgesehenen Bimetall (14) zum Steuern einer Auslösung und einer Bimetall-Lagereinrichtung (16), in die das Bimetall eingesetzt ist und die derart ausgebildet ist, dass sie das Bimetall bei einer Anordnung etwa parallel zu einer Strombahn eines Leistungsschalters so umschließt, dass von der Strombahn abgestrahlte Wärme das Bimetall nahezu über dessen gesamte Länge erwärmt.

Description

AUSLÖSEVORRICHTUNG FÜR LEISTUNGSSCHALTER Die Erfindung betrifft eine Auslösevorrichtung für Leistungsschalter.

Üblicherweise werden bei hohen Nennströmen von 630 Ampere oder höher bei Leistungsschaltern elektronische Überlast-Auslösevorrichtungen bzw. -Auslöser eingesetzt. Thermische oder thermomagnetische Auslöser, die ein Bimetall bzw. einen Bimetallstreifen einsetzen, eigneten sich bisher aus verschiedenen Gründen nicht für den Einsatz bei solch hohen Nennströmen.

Während bei elektronischen Auslösern der Strom elektronisch gemessen und die gewünschte Auslösezeit eingestellt werden kann, wird die Auslösezeit bei thermischen Auslösern durch die Temperatur am Bimetall und die temperaturabhängige Ausbiegung des Bimetalls bestimmt. Das Bimetall wird dabei an einem oder mehreren Punkt(en) mit dem Stromleiter verbunden. Die Erwärmung des Bimetalls erfolgt daher hauptsächlich an diesem(n) Verbindungspunkt(en). Das führt dazu, dass das Bimetall eine verhältnismäßig lange Zeitdauer benötigt, um die zum Auslösen in der Regel geforderte Ausbiegung zu erreichen. Die üblicherweise geforderten Auslösezeiten sind daher bei hohen Strömen mit Bimetall- Auslösern nicht erreichbar. Auch der Selbstschutz des Leistungsschalters ist durch die zu langen Auslösezeiten vor allem bei einem Vielfachen des Nennstroms nicht gewährleistet, da zu hohe I²t- Werte auftreten können.

Ein weiterer Nachteil von Bimetall- Auslösern besteht darin, dass die Auslösegenauigkeit bei hohen Strömen durch äußere Einflüsse wie beispielsweise durch einen Luftzug oder die Einbaulage eines Leistungsschalters beeinflusst werden kann, da das Bimetall bei Leistungsschaltern üblicherweise freistehend angebracht wird. Das kann dazu führen, dass Leistungsschalter mit Bimetall-Auslösern aufgrund von Umwelteinflüssen bei unterschiedlichen Strömen auslösen. Bei der Messung der Auslösezeit, insbesondere bei einem Vielfachen des Nennstroms, macht sich dies durch unterschiedliche Auslösezeiten bemerkbar. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Auslösevorrichtung für einen Leistungsschalter vorzuschlagen, die zwar ein Bimetall einsetzt, bei der aber der eingangs geschilderte Nachteil einer zu großen Abhängigkeit von Umgebungs- bzw. Umwelteinflüssen verringert ist. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein der vorliegenden Erfindung zugrunde liegender Gedanke besteht darin, eine Lagereinrichtung für das etwa parallel zu einer Strombahn eines Leistungsschalter anzuordnende Bimetall eines Auslösers vorzusehen, die derart ausgebildet ist, dass von der Strombahn abgestrahlte Wärme das Bimetall nahezu über dessen gesamte Länge erwärmen kann und das Bimetall vor Umgebungseinflüssen abschirmen kann. Die Ausbiegung des Bimetalls wird durch die von der Strombahn abgestrahlte Wärme und ggf. zusätzlich der Erwärmung eines Befestigungspunktes des Bimetalls an der Strombahn erreicht. Durch die Abschirmung vor Umgebungseinflüssen durch die Bimetall-Lagereinrichtung befindet sich das Bimetall hauptsächlich innerhalb der Wärmestrahlung, so dass äußere Einflüsse auf die Erwärmung und Ausbiegung des Bimetalls reduziert werden. Vor allem der Einf uss der Umgebungstemperatur sowie die Beeinflussung durch Luftströme können durch die Lagereinrichtung verringert werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun eine Auslösevorrichtung für Leistungsschalter mit einem zur Anordnung in der Nähe einer Strombahn eines Leistungsschalters vorgesehenen Bimetall zum Steuern einer Auslösung des Leistungsschalters und einer Bimetall-Lagereinrichtung, in die das Bimetall eingesetzt ist und die derart ausgebildet ist, dass sie das Bitmetall bei einer Anordnung etwa parallel zu einer Strombahn des Leistungsschalters so umschließt, dass von der Strombahn abgestrahlte Wärme das Bimetall nahezu über dessen gesamte Länge erwärmen kann und das Bimetall vor Umgebungseinflüssen abgeschirmt wird. Die Strombahn kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch durch Shunts gebildet sein.

Die Bimetall-Lagereinrichtung kann einen Boden aufweisen, an dem das Bimetall an einem Fußpunkt fixiert ist und der von zwei Seitenwänden begrenzt ist, die sich etwa parallel zum Bimetall erstrecken und derart gestaltet sind, dass das Bimetall vor Umgebungseinflüssen abgeschirmt ist. Hierdurch wird eine Art Tasche für das Bimetall gebildet, in der sich die von der Strombahn abgestrahlte Wärme auf das Bimetall überträgt und somit eine schnellere Erwärmung des Bimetalls bewirken kann, wodurch als Ergebnis die Auslösung des Leistungsschalters beschleunigt werden kann.

Das Bimetall kann derart am Boden fixiert sein, dass seine aktive Seite gegenüber der Strombahn liegt. Hierdurch kann die Erwärmung und damit die Ausbiegung des Bimetalls durch die von der Strombahn abgestrahlte Wärme und letztlich die Auslösung nochmals beschleunigt werden.

Die Seitenwände können ferner derart gestaltet sein, dass sie sich zumindest teilweise über das Bimetall hinaus erstrecken. Dadurch kann der durch den Boden und die Seitenwände gebildete Taschen-artige Aufnahme für das Bimetall noch effizienter die von der Strombahn abgestrahlte Wärme auf das Bimetall konzentrieren, so dass eine möglichst schnelle und definierte Erwärmung des Bimetalls und eine noch bessere Abschirmung vor Umgebungseinflüssen gewährleistet ist.

Die Bimetall-Lagereinrichtung kann derart ausgebildet sein, das Bimetall vollständig zu umschließen, insbesondere kann sie sowohl als Tasche, Hülse oder Rohr ausgebildet sein , in welche das Bimetall eingeführt ist. Hierdurch erfolgt eine sehr konstante und schnelle Wärmeabstrahlung auf das Bimetall. Vollständiges Umschließen bedeutet hierbei nicht eine hermetische Abkopplung des Bimetalls von der Umgebung. Vielmehr sind immer noch Öffnungen für beispielsweise einen vom Bimetall bewegbaren Zapfen oder Stift der Auslösevorrichtung und zum Einführen des Bimetalls in die Tasche, Hülse oder das Rohr vorhanden.

Die Bimetall-Lagereinrichtung kann auch durch die Strombahn selbst gebildet sein. In diesem Fall ist das Bimetall zumindest an einem Befestigungspunkt mit der Strombahn gekoppelt, so dass die Wärmeübertragung von der Strombahn auf das Bimetall besonders effizient ist. Dies hat den Vorteil, dass das Bimetall schneller erwärmt und dadurch die gewünschte Ausbiegung früher, insbesondere um etwa 30 % früher als im Vergleich eingangs beschriebenen herkömmlichen Einsatz des Bimetalls ohne Lagereinrichtung erreicht werden kann. Schließlich kann die Bimetall-Lagereinrichtung eine L-, U-, O- oder Kreis-, Spline-Form aufweisen. Derartige Formen können fertigungstechnische Vorteile besitzen und zudem die Konzentration der Wärme um das Bimetall begünstigen.

Eine weitere Ausführungsform betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere für hohe Nennströme, mit mindestens einer Strombahn und einer Auslösevorrichtung gemäß der Erfindung und wie hierin beschrieben pro Strombahn, wobei die einer Strombahn zugeordnete Auslösevorrichtung derart in Bezug auf die Strombahn angeordnet ist, dass das Bimetall der Auslösevorrichtung in einem vorgegebenen Abstand etwa parallel zu der Strombahn liegt und von der von der Strombahn abgestrahlten Wärme erwärmt werden kann.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

In der Beschreibung, den Ansprüchen, der Zusammenfassung und den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Skizze mit einer perspektivischen Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiel einer Bimetall- Auslösevorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Bimetall- Auslösevorrichtung in einer Schnittansicht; und

Fig. 2 die perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiel einer Bimetall- Auslösevorrichtung gemäß der Erfindung.

In der folgenden Beschreibung können gleiche, funktional gleiche und funktional zusammenhängende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Absolute Werte sind im Folgenden nur beispielhaft angegeben und nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen. Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Bimetall- Lagereinrichtung als gesondertes Element ausgebildet, an dem das Bimetall fixiert ist und das über der Strombahn montiert wird. Bei dieser Ausführungsform wird das Bimetall effizient vor Umgebungseinflüssen wie Luftströmen abgeschirmt, so dass die von der Strombahn abgegebene Wärme nahezu ungehindert auf das Bimetall wirken kann. Hierdurch kann die geforderte Auslösezeit der Leistungsschalter- Auslösevorrichtung besser eingehalten werden, da Umgebungs- bzw. Umwelteinflüsse durch die Abschirmung des Bimetalls weniger Einfluss auf die Erwärmung des Bimetalls und damit die Auslösung haben.

Die in Fig. 1 gezeigte Auslösevorrichtung 10 für einen Leistungsschalter weist ein Bimetall 14 in Form eines Streifens auf, das etwa parallel zu einer Strombahn 12 des Leistungsschalters angeordnet ist. Der Abstand zwischen Strombahn 12 und Bimetall 14 ist hierbei derart bemessen, dass die bei Überschreiten des Nennstroms der Strombahn 12 entwickelte und von der Strombahn 12 abgestrahlte Wärme eine Ausbiegung des Bimetalls innerhalb einer vorgegeben Zeitspanne erzeugt, so dass eine Auslösung im Leistungsschalter innerhalb eines definierten Zeitraums erfolgen kann.

Das Bimetall 14 ist an einem Fußpunkt 20 an einem Boden 18 einer Lagereinrichtung 16 für das Bimetall 14 fixiert. Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lagereinrichtung 16 als gesondertes Bauteil ausgebildet. Sie kann aber wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel auch durch die Strombahn selbst gebildet sein.

Die Lagereinrichtung 16 weist außerdem zwei Seitenwände 22 auf, die zusammen mit dem Boden 18 eine Art Tasche für das Bimetall 14 bilden. Hierzu erstrecken sich die Seitenwände 22 über das Bimetall 14, wie in Fig. 2 erkennbar ist. Sie können sich zumindest teilweise auch über die Strombahn 12 (gestrichelte Verlängerungen der Seitenwände 22 in Fig. 2) erstrecken, so dass die Strombahn 12 und das Bimetall 14 nahezu vollständig durch die Lagereinrichtung abgedeckt werden können. In Längsrichtung können sich die Seitenwände 22 über die Länge des ausgebogenem Bimetalls 14 erstrecken. Denkbar ist auch, die Lagereinrichtung vollständig, d.h. von allen Seiten geschlossen zu gestalten, so dass die Strombahn 12 und das Bimetall 14 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Beispielsweise kann hierzu die Lagereinrichtung 16 eine Tasche, ein Rohr oder eine Hülse aufweisen, welche die Strombahn 12 und das Bimetall 14 umschließen. Die Lagereinrichtung 16 erfüllt zwei Aufgaben: zum Einen bewirkt sie eine Verteilung der von der Strombahn 12 abgestrahlten Wärme über nahezu die gesamte Länge des Bimetalls 14, da sich die abgestrahlte Wärme innerhalb des vom Boden 18 und den Seitenwänden 22 des Lagereinrichtung 16 geschaffenen Raumes entwickelt und so relativ gleichmäßig das im Raum befindliche Bimetall 14 erwärmen kann. Zum Anderen bildet die Lagereinrichtung 16 eine Art Abschirmung des Bimetalls 14 vor Umgebungseinflüssen wie Luftströmen oder der Umgebungstemperatur.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Bimetall-Lagereinrichtung 16 einen U- förmigen Querschnitt auf. Sie kann jedoch auch andere Querschnittsformen besitzen, wie beispielsweise eine L-, O- oder Kreis-, Spline-Form. Die Form der Lagereinrichtung kann hierbei je nach Einsatzgebiet gewählt werden und an die Einsatzbedingungen angepasst sein.

Eine weitere Abwandlung des in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels kann darin bestehen, die Lagereinrichtung 16 selbst als Strombahn einzusetzen. Die Strombahn 12 kann in diesem Fall ein Shunt sein, der dazu dienen kann, die Masse an der Lagereinrichtung zu reduzieren.

Bei dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Bimetall- Lagereinrichtung durch die Strombahn selbst gebildet, d.h. nicht als gesondertes Element ausgebildet. Das Bimetall ist hierbei direkt mit zumindest einem Punkt an der Strombahn fixiert, wodurch eine relativ schnelle Erwärmung des Bimetalls und damit kurze Auslösezeit der Auslösevorrichtung erreicht werden kann.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auslösevorrichtung 11, bei welcher die Bimetall-Lagereinrichtung 17 durch die Strombahn 13 eines Leistungsschalters gebildet wird und daher die Strombahn 13 einen Teil der Auslösevorrichtung bildet. Mit anderen Worten ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Bimetall-Lagereinrichtung 17 integraler Bestandteil der Strombahn 13.

Die Strombahn 13 ist hierzu derart ausgeformt, dass sie eine Art Tasche für das Bimetall 15 bildet, das direkt über einen Fußpunkt 21 an der Strombahn 13 an einem Boden 19 der Lagereinrichtung 17 fixiert ist, der durch ein speziell ausgebildetes Teilstück der Strombahn 13 gebildet wird. Das Bimetall 15 ist etwa parallel zur Strombahn 13 schwebend über dieser angeordnet. Es wird zum Einen über den Fußpunkt 21 erwärmt, und zum Anderen nahezu über seine gesamte Länge durch die von der Strombahn 13 abgestrahlte Wärme.

Die Seitenwände 23 des Bodens 19, die ebenfalls durch eine spezielle Ausbildung der Strombahn 13 gebildet sind, schirmen das Bimetall 15 vor Umgebungseinflüssen wie Luftzügen ab, so dass eine relativ definierte Erwärmung durch die von der Strombahn 13 abgestrahlte Wärme erfolgen kann.

Die gezeigte Auslösevorrichtung 11 mit der Strombahn 13 kann beispielsweise als Teilstück einer Strombahn eines Leistungsschalters ausgebildet sein, wodurch sie mit relativ geringem Montageaufwand in den Leistungsschalter eingebaut werden kann. Insbesondere kann die gezeigte Auslösevorrichtung 11 bereits vormontiert sein, wodurch sie zur Montage lediglich in den Leistungsschalter eingebaut werden muss.

Im Unterschied zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann sich dadurch die Montage vereinfachen. Allerdings ist eine derartige Auslösevorrichtung 11 weniger für eine Nachrüstung geeignet, da sie zumindest einen teilweise Ersatz einer bereits vorhanden Strombahn erfordert, während die in Fig. 1 und 2 gezeigte Auslösevorrichtung in einem vorhandenen Leistungsschalter in der Regel ohne Modifikation der Strombahn nachgerüstet werden kann.

Die vorliegende Erfindung eignet sich vor allem für den Einsatz in Leistungsschaltern mit thermischen Auslösern und kann eine Reduzierung der Auslösezeiten und der Umwelt- bzw. Umgebungseinflüsse vor allem bei thermomagnetischen Leistungsschaltern für Nennströme von 250 Ampere oder größer bewirken. Weiterhin wird durch die Erfindung eine kostengünstige Alternative zu den marktüblichen elektronischen Überlastauslösern für Leistungsschalter für Nennströme von 630 Ampere oder größer geschaffen. Bezugszeichen

10 Auslösevorrichtung

11 Auslösevorrichtung

12 Strombahn eines Leistungsschalters

13 Strombahn eines Leistungsschalters

14 Bimetall(- Streifen)

15 Bimetall(- Streifen)

16 Bimetall-Lagereinrichtung

17 Bimetall-Lagereinrichtung

18 Boden der Bimetall-Lagereinrichtung 16

19 Boden der Bimetall-Lagereinrichtung 17

20 Fußpunkt

21 Fußpunkt

22 Seitenwände der Bimetall-Lagereinrichtung 16

23 Seitenwände der Bimetall-Lagereinrichtung 17

Claims

Ansprüche

1. Auslösevorrichtung (10; 11) für Leistungsschalter mit einem zur Anordnung in der Nähe einer Strombahn (12; 13) eines Leistungsschalters vorgesehenen Bimetall (14; 15) zum Steuern einer Auslösung des Leistungsschalters und einer Bimetall-Lagereinrichtung (16; 17), in die das Bimetall eingesetzt ist und die derart ausgebildet ist, dass sie das Bitmetall bei einer Anordnung etwa parallel zu einer Strombahn des Leistungsschalters so umschließt, dass von der Strombahn abgestrahlte Wärme das Bimetall nahezu über dessen gesamte Länge erwärmen kann und das Bimetall vor Umgebungseinflüssen abgeschirmt wird.

2. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetall-Lagereinrichtung (16; 17) einen Boden (18; 19) aufweist, an dem das Bimetall (14; 15) an einem Fußpunkt (20; 21) fixiert ist und der von zwei

Seitenwänden (22; 23) begrenzt ist, die sich etwa parallel zum Bimetall erstrecken und derart gestaltet sind, dass das Bimetall vor Umgebungseinflüssen abgeschirmt ist.

3. Auslösevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall derart am Boden fixiert ist, dass seine aktive Seite gegenüber der Strombahn liegt.

4. Auslösevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (22) ferner derart gestaltet sind, dass sie sich zumindest teilweise über das Bimetall (14) hinaus erstrecken.

5. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetall-Lagereinrichtung ausgebildet ist, das Bimetall vollständig zu umschließen, insbesondere als Tasche, Hülse oder Rohr ausgebildet sein, in welche das Bimetall eingeführt ist.

6. Auslösevorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetall-Lagereinrichtung (17) durch die Strombahn selbst gebildet ist.

7. Auslösevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetall-Lagereinrichtung (16; 17) eine L-, U-, O- oder Kreis-, Spline-Form aufweist.

8. Leistungsschalter, insbesondere für hohe Nennströme, mit mindestens einer Strombahn und einer Auslösevorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche pro Strombahn, wobei die einer Strombahn zugeordnete Auslösevorrichtung derart in Bezug auf die Strombahn angeordnet ist, dass das Bimetall der Auslösevorrichtung in einem vorgegebenen Abstand etwa parallel zu der Strombahn liegt und von der von der Strombahn abgestrahlten Wärme erwärmt werden kann.