WO2018202488A1 - Sprungschalter mit einer stromführenden sprungfeder, verfahren zur herstellung eines derartigen sprungschalters sowie überlastrelais und ausgelöstmelder mit einem derartigen sprungschalter - Google Patents

Sprungschalter mit einer stromführenden sprungfeder, verfahren zur herstellung eines derartigen sprungschalters sowie überlastrelais und ausgelöstmelder mit einem derartigen sprungschalter Download PDF

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WO2018202488A1
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snap
switch
action switch
action
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PCT/EP2018/060543
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Inventor
Christoph Bausch
Claudia Pleikies
Raimund MATHEA
Original Assignee
Eaton Intelligent Power Limited
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition
    • H01H83/22—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition the other condition being imbalance of two or more currents or voltages
    • H01H83/223—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition the other condition being imbalance of two or more currents or voltages with bimetal elements
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    • H01H5/00—Snap-action arrangements, i.e. in which during a single opening operation or a single closing operation energy is first stored and then released to produce or assist the contact movement
    • H01H5/04—Energy stored by deformation of elastic members
    • H01H5/18—Energy stored by deformation of elastic members by flexing of blade springs
    • H01H5/20—Energy stored by deformation of elastic members by flexing of blade springs single blade moved across dead-centre position
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/74—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection
    • H01H71/7427—Adjusting only the electrothermal mechanism
    • H01H71/7445—Poly-phase adjustment

Definitions

  • Snap-action switch with a current-carrying spring method for producing such a snap-action switch and overload relay and tripping alarm with such a snap-action switch
  • the invention relates to a snap-action switch with a current-carrying spring according to claim 1, a method for producing such a snap-action switch according to claim 10 and an overload relay and a tripping alarm with such a snap-action switch according to claim 11 or 12.
  • British patent application GB 669969 A discloses a spring for an electrical snap-action switch comprising a spring steel core plated with a thin layer of copper.
  • the thickness of the copper cladding is chosen such that it has a much higher electrical conductivity than the spring steel core, but whose resilience does not significantly affect. However, the disturbing effect of the plated-on copper can cause an increased production spread.
  • German patent application DE 3530221 AI a miniature switch is known which has a movable spring plate which is plated in a contact area with fixed contacts with a noble metal such as silver, gold or an alloy thereof, to the electrical conductivity at the corresponding interfaces increase and at the same time establish a moving contact with extremely reduced thickness on the movable spring plate.
  • U.S. Patent US5,121,095 discloses a thermal motor protection switch having a bimetal provided with a silver plating in a contact area to improve contactability. Object of the present invention is therefore to improve a snap switch with a current-carrying spring.
  • One of the present invention underlying idea is to produce the current-carrying spring of a snap switch of a multi-layer plated material, and to displace the plating on at least one adjustment point of the spring or not even provide, as well as to deform the spring during assembly in snap switch, so that by means of precise shaping during the assembly process a defined jump movement is made possible and in particular the jump switch is adjusted accordingly.
  • the cladding is in this case provided over a large area and in particular displaced or not provided only at the or the Justagestelle (s), so that the best possible electrical conductivity for a current flow over the spring and a precisely defined jump movement by a good deformability at or the adjustment point (s) can be ensured, in contrast to a plating only at a contact area to improve the contact ability.
  • the cladding comprises one or more metal layers, which preferably have a better electrical conductivity than a base material or the base layer on which the cladding is applied.
  • the plating may have a layer of a non-ferrous metal and / or a layer of a noble metal, while the base material or the base layer may be made of a spring material such as an elastic metal, in particular a spring steel.
  • the present invention differs in the shape of the formed of a multilayer material spring, wherein the plating with the better conductive material at the or the Justagestelle (s) of the spring, ie in particular Partially or completely displaced or absent at bending and / or buckling points, so that the core of the spring, the actual spring material, can receive the desired deformation. This ensures that the spring material can be deformed defined and so manufactured springs have a lower manufacturing dispersion.
  • the carrier of the spring forming leaf spring may be individually deformed individually in a semi-assembled snap-action switch to reduce manufacturing tolerances of the spring in the operatively connected functional chain of a device incorporating the snap-action switch and the multiple parts / or assemblies may have to balance.
  • An embodiment of the invention now relates to a snap-action switch which has a current-carrying spring which can be brought into two rest positions by mechanical actuation and is made from a multilayer clad material, the cladding being partially or partially connected to adjustment points of the spring completely displaced and / or is not present vo, and wherein the jump switch is adjusted by the fact that the spring has been deformed at the adjustment points during assembly in the snap switch.
  • the current-carrying spring Before mounting in the snap-action switch, the current-carrying spring may already be pre-bent, which may facilitate, for example, the installation of the snap-action switch.
  • the cladding may comprise at least one layer of a non-ferrous metal and / or a layer of a noble metal.
  • the plating can thus be formed in the simplest case single-layered, for example, a plating with a layer of non-ferrous metal such as copper, or a plating with a layer of precious metal such as silver, or it may be formed multi-layered, for example with a first layer of non-ferrous metal and a second layer of precious metal , A multi-layer plating can be selected, for example, to achieve a specific electrical conductivity of the spring.
  • the non-ferrous metal, in particular copper, and the current-conducting spring in particular, can be produced from a spring-steel strip clad on both sides with copper by stamping and, if necessary, pre-bending.
  • the spring may have been fixed in the assembly of the snap-switch, for example, at one, two or three ends either under tension or fixed tension and a voltage of the spring after fixation have been generated, and / or the jump switch can by buckling and / or bending the spring or to be adjusted on a support of the spring.
  • the non-ferrous copper may be the spring a defined copper layer so that the spring has a total of a low resistivity of less than 0.14 ohms * mm 2 / m, and / or the multilayer material, from the spring is made, may have a low resistivity of less than 0.14 ohms * mm 2 / m.
  • certain alloys for spring applications have a resistivity less than 0.14 ohm * mm 2 / m and could therefore be used as spring material for the spring to thereby achieve a desired corresponding electrical conductivity.
  • the resistivity of the entire spring can be influenced so that a desired electrical conductivity is obtained,
  • the plating of the spring may be applied in particular without an intermediate layer on a spring core.
  • the spring can be designed for use at higher temperatures, in particular of more than about 100 ° C. This can be achieved in particular by selecting appropriate spring materials.
  • the operating temperature of spring steel depending on the variety at 80 ° C to 300 ° C. Since the spring properties of the spring are essentially determined by the spring material, for example the spring steel, and are only slightly influenced by the plating, the operating temperature of the spring is determined substantially by the operating temperature of the spring material.
  • the spring can be designed for frequent bending changes. This can be achieved in particular by selecting a suitable spring material, in particular spring steel; For example, is suitable for frequent bending changes or high dynamic loads a copper-beryllium alloy, but it can be achieved by selecting appropriate spring steel grades and higher dynamic load ranges and a spring with such spring steel grades of spring material are designed for frequent bending changes and the corresponding dynamic load.
  • a further embodiment of the invention relates to a method for producing a snap-action switch according to the invention and as described herein, wherein the snap-action switch has a current-carrying spring, which can be brought into two rest positions by mechanical actuation, comprising the following steps: producing the spring from a multilayered spring clad material, fixing the spring at at least one end in the jump switch, and deforming the spring at the adjustment points during assembly in the jump switch to adjust the snap switch, wherein a partial or complete displacement of the Plating is carried out on the adjustment points of the spring either during the deformation step or before the deformation step
  • the invention relates to an overload relay having an overload trip device, an auxiliary switch having a snap-action switch according to the invention and as described herein, and a mechanical transmission device for transmitting a tripping operation from the overload trip to the jump switch of the auxiliary switch, the transmission device being at a tripping operation causes a movement of the current-carrying spring of the snap-action switch such that the jump switch switches.
  • a further embodiment of the invention relates to a triggering device for a switching device, which is designed to signal a tripped state of a mechanically coupled to it switching device, and a snap-action switch according to the invention and as described herein, wherein upon triggering of the switching device via the mechanical Coupling a movement of the current-carrying spring of the snap-action switch is effected so that the jump switch switches.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the triggering mechanism of the overload relay of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a detailed view of the spring of the snap-action switch built into the overload relay of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a further embodiment of an overload relay with a snap-action switch, in which the spring is implemented by a leaf spring having an adjustment point formed by a bump according to the invention;
  • Fig. 5 shows another embodiment of an overload relay with a snap-action switch, in which the spring is implemented by a leaf spring punched out of a partially plated band, according to the invention.
  • Fig. 6 is a plan view of the spring of the built-in overload relay of Fig. 5 snap-action switch.
  • the overload release 12 has a bimetallic release per electrical phase, as described for example in DE 3840064 AI, on.
  • Increased current flow in the individual phases causes deformation of the bimetallic releases or different current flows in the individual phases, as may occur, for example, in the event of a phase failure, causing corresponding differences in the deformation of the bimetallic releases, resulting in a mechanical failure Transmission device, which will be described in detail below, is operated. This operation in turn causes a trip operation is transmitted to a jump switch of the auxiliary switch 14.
  • a tripping operation is thus transmitted from the overload release 12 via the mechanical transmission device to the snap-action switch as described below: during a deformation of the bimetallic releases of the overload release 12, bridges 22 'and 22 "are displaced and an actuating lever 22 is changed in its position (in the example shown moved and rotated) Position change of the actuating lever 22 is transmitted to a release lever 24 in the auxiliary switch 14. Thereby, the trigger lever 24 is moved about an axis of rotation, in such a way that it exerts pressure on a spring-action lever 28.
  • the spring-actuating lever 28 presses on the spring 16 (for example, a so-called crackled frog), so that it jumps from a first rest position to a second rest position.
  • the spring 16 for example, a so-called crackled frog
  • normally closed contacts 18 of the auxiliary switch 14 are closed and normally open contacts 20 of the auxiliary switch 14 are opened.
  • the NC contacts 18 are opened and the NO contacts 20 are closed.
  • the power supply of the control circuit of the associated contactor and thus indirectly the power supply to the phases of the circuit to be protected can be interrupted. This corresponds to the tripped state in the event of overload or the tripped state in case of phase failure of the overload relay 10.
  • a setting mechanism 30 of the trigger threshold which is operatively connected to the temperature compensation strip 26, the transmission of the tripping operation of the overload release 12 in particular to operating conditions of the overload relay 10 in more detail be adjusted.
  • Fig. 2 shows the structure of the snap-action switch in the auxiliary switch 14 in detail.
  • the actuating lever 22, the release lever 24, the temperature compensation strip 26 and the spring-action lever 28 comprehensive mechanical transmission chain for the transmission of a release operation to the spring 16 is clearly visible.
  • the current-carrying spring 16 and its training and storage in snap-action switch and the production of the snap-action switch with this spring 16 will now be described with reference to Fig. 3: the basic shape of the spring 16 is made of a both sides with an electrically conductive non-ferrous metal such as copper-plated Punched out spring steel strip. Before mounting the spring 16 in jump switch, the spring 16 is pre-bent. However, pre-bending is not essential. For assembly, the spring 16 is fixed at its two ends under tension.
  • the spring can also be fixed to only one or three ends.
  • the fixation of the spring can also carried stress-free, in which case a voltage of the spring is generated only after the fixation, for example by dents.
  • Fig. 3 two fixings 161 and 162 at one end of the spring 16 on a support 165 for the spring 16 can be seen.
  • the other end of the spring 16 can be fixed separately with an aid during assembly, which is removed after installation again.
  • the snap-action switch is now adjusted, in particular by bumping and / or bending at adjustment points 163, 164 of the spring 16 or on a carrier of the spring 16, ie in particular jumping the spring 16 from the first to the second rest position and back set.
  • the adjustment points 163, 164 can also be fixed, which can facilitate the deformation. This comes into play that at the Justagestellen 163 and 164 of the spring 16, so at the points where a bending and / or buckling of the spring takes place, the non-ferrous metal plating partially or even completely displaced or even not available. This displacement or non-presence may already have occurred during plating by partial plating, or after plating by deliberately exposing the adjustment points 163 and 164, for example by grinding or buckling, or even only during adjustment, for example by partial removal during bending and / or bumps. The displacement causes the core of the spring 16, so the actual spring material can obtain the desired deformation and the springs 16 have a lower manufacturing dispersion.
  • the support of the spring 16 in the partially mounted overload relay or auxiliary switch can be individually easily deformed so as to compensate for any manufacturing tolerances of the spring 16 in an operatively connected function chain.
  • Fig. 4 shows the overload relay 10 with the overload release 12 and the auxiliary switch 14, wherein in the auxiliary switch 14 in contrast to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, another embodiment of the spring is used: in this case, the spring 16 'as adjustment point 166 a bump on; the adjustment point is therefore not provided here at the fixations of the spring as in the embodiments of FIGS. 1 to 3.
  • the bulge is introduced in particular after installation of the spring 16 'and fixing the same in the auxiliary switch 14, to ensure the most accurate adjustment of the spring 16 'in the auxiliary switch 14.
  • FIG. 5 shows the overload relay 10 with the overload release 12 and the auxiliary switch 14, wherein a spring 16 "punched out of a partially plated band is inserted in the auxiliary switch 14.
  • the partial plating of the spring is in the plan view of the spring of FIG A portion 161 "which is not plated and extends between two plated regions 162" of the spring 16 “extends approximately in the center of the spring 16. Further, similar to the spring 16 of FIG. 3, adjustment points 163" and 164 "provided.
  • the invention allows the production of snap-action switches with lower manufacturing tolerances in the springs used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sprungschalter (16, 18, 20), der eine stromführende Sprungfeder (16) aufweist, die durch mechanisches Betätigen in zwei Ruhestellungen gebracht werden kann und aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff hergestellt ist, wobei die Plattierung an Justagestellen der Sprungfeder (16) teilweise oder vollständig verdrängt und/oder nicht vorhanden ist, und wobei der Sprungschalter ( 16, 18, 20) dadurch justiert ist, dass die Sprungfeder (16) an den Justagestellen bei der Montage im Sprungschalter (16, 18, 20) verformt worden ist..

Description

Sprungschalter mit einer stromführenden Sprungfeder, Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sprungschalters sowie Überlastrelais und Ausgelöstmelder mit einem derartigen Sprungschalter
Die Erfindung betrifft einen Sprungschalter mit einer stromführenden Sprungfeder gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sprungschalters gemäß Anspruch 10 sowie ein Überlastrelais und einen Ausgelöstmelder mit einem derartigen Sprungschalter gemäß Anspruch 11 bzw. 12.
Der Einsatz eines solchen Sprungschalters mit einer stromführenden Sprungfeder in einem Überlastrelais ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 3840064 AI bekannt und darin in Fig. 1 gezeigt. An die in solchen Überlastrelais eingesetzten Sprungfedern werden Anforderungen für eine hohe mechanische und thermische Langzeitstabilität und gute elektrische Leitfähigkeit gestellt. Zum Erfüllen dieser Anforderungen bieten sich Werkstoffe aus Kupfer-Beryllium-Legierungen an. Der Legierungsbestandteil Beryllium gilt jedoch als gesundheitsschädlich. Daher soll er möglichst vermieden werden. Zudem könnte sein Einsatz in Zukunft genau aus diesem Grund eingeschränkt oder ganz verboten werden.
Als Alternative zur stromführenden Sprungfeder sind Lösungen bekannt, welche die Funktionen mechanische Langzeitstabilität und gute elektrische Leitfähigkeit entkoppeln. Es werden beispielsweise klassische Stahlfedern mit einer Kipplagerungsmechanik und beweglichen Schaltkontakten, welche den Strom führen, gepaart, siehe beispielsweise die aus der europäischen Patentanmeldung EP 2345056 AI bekannte Lösung.
Aus der britischen Offenlegungsschrift GB 669969 A ist eine Sprungfeder für einen elektrischen Schnappschalter bekannt, die einen Feder-Stahlkern aufweist, der mit einer dünnen Lage aus Kupfer plattiert ist. Die Dicke der Kupferplattierung ist hierbei derart gewählt, dass die sie eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit als der Feder- Stahlkern aufweist, dessen Federfähigkeit jedoch nicht wesentlich beeinträchtigt. Der Störeinfluss des aufplattierten Kupfers kann allerdings eine erhöhte Fertigungsstreuung bewirken. Schließlich ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 3530221 AI ein Miniaturschalter bekannt, der ein bewegliches Federplättchen aufweist, das in einem Kontaktbereich mit feststehenden Kontakten mit einem Edelmetall wie beispielsweise Silber, Gold oder einer Legierung daraus plattiert ist, um die elektrische Leitfähigkeit an den entsprechenden Grenzflächen zu erhöhen und gleichzeitig auf dem beweglichen Federplättchen einen bewegten Kontakt mit extrem verringerter Dicke festzulegen. Ebenso offenbart die US-Patentschrift US5,121,095 einen thermischen Motorschutzschalter mit einem Bimetall, das in einem Kontaktbereich mit einer Silberplattierung versehen ist, um die Kontaktfähigkeit zu verbessern. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Sprungschalter mit einer stromführenden Sprungfeder zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein der vorliegenden Erfindung zugrundeliegender Gedanke besteht darin, die stromführende Sprungfeder eines Sprungschalters aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff herzustellen, und die Plattierung an mindestens einer Justagestelle der Sprungfeder zu verdrängen oder gar nicht erst vorzusehen, sowie die Sprungfeder bei der Montage im Sprungschalter zu verformen, so dass mittels präziser Formgebung beim Montagevorgang eine definierte Sprungbewegung ermöglicht wird und insbesondere dadurch der Sprungschalter entsprechend justiert wird. Die Plattierung ist hierbei möglichst großflächig vorgesehen und insbesondere nur an der oder den Justagestelle (n) verdrängt bzw. nicht vorgesehen, so dass eine möglichst gute elektrische Leitfähigkeit für einen Stromfluss über die Sprungfeder sowie eine möglichst präzise definierte Sprungbewegung durch eine gute Verformbarkeit an der oder den Justagestelle (n) gewährleistet werden kann, im Unterschied zu einer Plattierung lediglich an einem Kontaktbereich zum Verbessern der Kontaktfähigkeit. Eine Verdrängung bzw. ein nicht Vorsehen einer Plattierung an der oder den Justagestellen, an denen die Sprungfeder bei der Montage verformt wird, hat sich als eine Lösung für das Erreichen der zwei an sich nicht oder nur mit hohen technischen Aufwand kombinierbaren Effekte einer guten elektrischen Leitfähigkeit und einer möglichst präzise definierbaren Sprungbewegung bei der Montage herausgestellt. Die Plattierung weist insbesondere eine oder mehrere Metalllagen auf, die vorzugsweise eine bessere elektrische Leitfähigkeit als ein Basiswerkstoff oder die Grundschicht, auf dem bzw. der die Plattierung aufgebracht ist, besitzen. Beispielsweise kann die Plattierung eine Lage aus einem Buntmetall und/oder eine Lage aus einem Edelmetall aufweisen, während der Basiswerkstoff bzw. die Grundschicht aus einem Federwerkstoff wie beispielsweise einem elastischen Metall, insbesondere einem Federstahl hergestellt sein kann. Je nach Wahl des Federwerkstoffs für die Sprungfeder kann diese magnetische oder unmagnetische Eigenschaften aufweisen und für einen häufigen Biegewechsel ausgelegt sein. Von den aus der DE 3840064 AI und GB 669969A bekannten Sprungfedern unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in der Formgebung der aus einem mehrschichtigen Werkstoff gebildeten Sprungfeder, bei der die Plattierung mit dem besser leitfähigen Material an der oder den Justagestelle(n) der Sprungfeder, also insbesondere an Biege- und/oder Beulstellen teilweise oder vollständig verdrängt oder nicht vorhanden ist, damit der Kern der Feder, der eigentliche Federwerkstoff, die gewünschte Verformung erhalten kann. Dadurch wird erreicht, dass der Federwerkstoff definierter verformt werden kann und derart gefertigte Federn eine geringere Fertigungsstreuung aufweisen. Um den Störeinfluss der Federeigenschaften des aufplattierten Metalls zu minimieren, kann der Träger der die Sprungfeder bildenden Blattfeder in einem teilmontierten Sprungschalter individuell leicht verformt werden, um Fertigungstoleranzen der Feder in der wirkverbundenen Funktionskette eines Geräts, in dem der Sprungschalter eingebaut ist und die mehrere Teile und/oder Baugruppen aufweisen kann, auszugleichen.
Eine A us f üh r u ngs fo rm der Erfindung betrifft nun einen Sprungschalter, der eine stromführende Sprungfeder aufweist, die durch mechanisches Betätigen in zwei Ruhestellungen gebracht werden kann und aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff hergestellt ist, wobei die Plattierung an Justagestellen der Sprungfeder teilweise oder vollständig verdrängt und/oder nicht vo handen ist, und wobei der Sprungschalter dadurch justiert ist, dass die Sprungfeder an den Justagestellen bei der Montage im Sprungschalter verformt worden ist. Vor einer Montage im Sprungschalter kann die stromführende Sprungfeder bereits vorgebogen sein, was beispielsweise die Montage des Sprungschalters erleichtern kann.
Die Plattierung kann mindestens eine Lage aus einem Buntmetall und/oder eine Lage aus einem Edelmetall aufweisen. Die Plattierung kann also im einfachsten Fall einlagig ausgebildet sein, beispielsweise eine Plattierung mit einer Lage Buntmetall wie Kupfer, oder eine Plattierung mit einer Lage Edelmetall wie Silber aufweisen, oder sie kann mehrlagig ausgebildet sein, beispielsweise mit einer ersten Lage Buntmetall und einer zweiten Lage Edelmetall. Eine mehrlagige Plattierung kann beispielsweise zum Erzielen einer bestimmten elektrischen Leitfähigkeit der Sprungfeder gewählt werden. Das Buntmetall kann insbesondere Kupfer und die stromfüh ende Sprungfeder insbesondere aus einem beidseitig Kupfer-plattierten Federstahlband durch Ausstanzen und ggf. Vorbiegen hergestellt sein.
Die Sprungfeder kann bei der Montage des Sprungschalters beispielsweise an ein, zwei oder drei Enden entweder unter Spannung fixiert worden sein oder spannungsfrei fixiert und eine Spannung der Sprungfeder nach der Fixierung erzeugt worden sein, und/oder der Sprungschalter kann durch Beulen und/oder Biegen an der Sprungfeder oder an einem Träger der Sprungfeder justiert worden sein.
Um eine gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erhalten, kann das Buntmetall Kupfer sein die Sprungfeder eine definierte Kupferschicht aufweisen so dass die Sprungfeder insgesamt einen geringen spezifischen Widerstand von kleiner als 0,14 Ohm * mm2/m aufweist, und/oder der mehrschichtige Werkstoff, aus dem die Sprungfeder herstellt ist, kann einen geringen spezifischen Widerstand von kleiner 0,14 Ohm * mm2/m aufweisen. Beispielsweise erreichen bestimmte Legierungen für Federanwendungen einen spezifischen Widerstand kleiner als 0,14 Ohm * mm2/m und könnten daher als Federwerkstoff für die Sprungfeder eingesetzt werden, um bereits dadurch eine gewünschte entsprechende elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Aber auch durch eine Plattierung mit einem geringen spezifischen Widerstand kann der spezifische Widerstand der gesamten Sprungfeder so beeinflusst werden, dass eine gewünschte elektrische Leitfähigkeit erhalten wird, Die Plattierung der Sprungfeder kann insbesondere ohne Zwischenlage auf einem Federkern aufgebracht sein.
Weiterhin kann die Sprungfeder zum Einsatz bei höheren Temperaturen insbesondere von mehr als ungefähr 100 °C ausgelegt sein. Dies kann insbesondere durch die Auswahl entsprechend geeigneter Federwerkstoffe erreicht werden. Beispielsweise kann die Einsatztemperatur von Federstahl je nach Sorte bei 80°C bis 300°C liegen. Da die Feder Eigenschaften der Sprungfeder im Wesentlichen durch den Federwerkstoff, beispielsweise den Federstahl bestimmt werden, und nur gering von der Plattierung beeinflusst werden, wird die Einsatztemperatur der Sprungfeder wesentlich von der Einsatztemperatur des Federwerkstoffes bestimmt. Durch eine entsprechende Auswahl beispielsweise einer geeigneten Federstahlsorte mit einer Einsatztemperatur von mehr als ungefähr 100°C kann damit die Sprungfeder für den Einsatz bei dieser Temperatur ausgelegt werden.
Schließlich kann die Sprungfeder für häufige Biegewechsel ausgelegt sein. Dies kann insbesondere durch Auswahl eines geeigneten Federwerkstoffs insbesondere Federstahls erreicht werden; beispielsweise eignet sich für häufige Biegewechsel oder hohe dynamische Belastungen eine Kupfer-Beryllium-Legierung, aber es können durch eine Auswahl entsprechender Federstahlsorten auch höhere dynamische Belastungsbereiche erzielt und eine Sprungfeder mit solchen Federstahlsorten aus Federwerkstoff so für häufige Biegewechsel und die dementsprechende dynamische Belastung ausgelegt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sprungschalters nach der Erfindung und wie hierin beschrieben, wobei der Sprungschalter eine stromführende Sprungfeder aufweist, die durch mechanisches Betätigen in zwei Ruhestellungen gebracht werden kann, mit den folgenden Schritten: Herstellen der Sprungfeder aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff, Fixieren der Sprungfeder an mindestens einem Ende im Sprungschalter, und Verformen der Sprungfeder an den Justagestellen bei der Montage im Sprungschalter, um den Sprungschalter zu justieren, wobei ein teilweises oder vollständiges Verdrängen der Plattierung an Justagestellen der Sprungfeder entweder beim Schritt des Verformens oder vor dem Schritt des Verformens erfolgt
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Überlastrelais mit einem Überlastauslöser, einem Hilfsschalter, der einen Sprungschalter nach der Erfindung und wie hierin beschrieben aufweist, und einer mechanischen Übertragungseinrichtung zum Übertragen eines Auslösevorgangs vom Überlastauslöser auf den Sprungschalter des Hilfsschalters, wobei die Übertragungseinrichtung bei einem Auslösevorgang eine Bewegung der stromführenden Sprungfeder des Sprungschalters derart bewirkt, dass der Sprungschalter schaltet. Schließlich betrifft eine weitere Ausführungsform der Erfindung einen Ausgelöstmelder für ein Schaltgerät, der ausgebildet ist, einen Ausgelöst-Zustand eines mechanisch mit ihm gekoppelten Schaltgeräts zu signalisieren, und einen Sprungschalter nach der Erfindung und wie hierin beschrieben aufweist, wobei beim Auslösen des Schaltgeräts über die mechanische Kopplung eine Bewegung der stromführenden Sprungfeder des Sprungschalters derart bewirkt wird, dass de Sprungschalter schaltet.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais mit einem Sprungschalter gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Detailansicht der Auslösemechanik des Überlastrelais von Fig. 1;
Fig. 3 eine Detailansicht der Sprungfeder des im Überlastrelais von Fig. 1 eingebauten Sprungschalters; Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais mit einem Sprungschalter, bei dem die Sprungfeder durch eine Blattfeder implementiert ist, die eine durch eine Beule ausgebildete Justagestelle besitzt, gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais mit einem Sprungschalter, bei dem die Sprungfeder durch eine Blattfeder implementiert ist, die aus einem teilplattierten Band ausgestanzt ist, gemäß der Erfindung; und
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Sprungfeder des im Überlastrelais von Fig. 5 eingebauten Sprungschalters.
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 sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Überlastrelais 10, das einen Überlastauslöser 12 und einen Hilfsschalter 14 umfasst. Der Überlastauslöser 12 weist pro elektrischer Phase einen Bimetallauslöser, wie er beispielsweise in der DE 3840064 AI beschrieben ist, auf. Erhöhter Stromfluss in den einzelnen Phasen, wie er beispielsweise bei Überlast auftreten kann, bewirkt eine Verformung der Bimetallauslöser oder unterschiedliche Stromflüsse in den einzelnen Phasen, wie sie beispielsweise beim Ausfall einer Phase auftreten können, bewirken entsprechende Differenzen bei der Verformung der Bimetallauslöser, wodurch eine mechanische Übertragungseinrichtung, die nachfolgend noch im Detail beschrieben wird, betätigt wird. Diese Betätigung führt wiederum dazu, dass ein Auslösevorgang auf einen Sprungschalter des Hilfsschalters 14 übertragen wird.
Im Auslösefall wird also ein Auslösevorgang vom Überlastauslöser 12 über die mechanische Übertragungseinrichtung wie nun nachfolgend beschrieben auf den Sprungschalter übertragen: bei einer Verformung der Bimetallauslöser des Überlastauslösers 12 werden Brücken 22' und 22" verschoben und ein Betätigungshebel 22 in seiner Position verändert (in gezeigten Beispiel verschoben und gedreht). Die Positionsänderung des Betätigungshebels 22 wird auf einen Auslösehebel 24 im Hilfsschalter 14 übertragen. Dadurch wird der Auslösehebel 24 um eine Drehachse bewegt, und zwar so, dass er auf einen Sprungfeder-Betätigungshebel 28 Druck ausübt. Der Sprungfeder-Betätigungshebel 28 wiederum drückt auf die Sprungfeder 16 (zum Beispiel ein sogenannter Knackfrosch), so dass diese von einer ersten Ruhestellung in eine zweite Ruhestellung springt. In der ersten Ruhestellung sind Öffner-Kontakte 18 des Hilfsschalters 14 geschlossen und Schließer-Kontakte 20 des Hilfsschalters 14 geöffnet. In der zweiten Ruhestellung sind die Öffner-Kontakte 18 geöffnet und die Schließer-Kontakte 20 geschlossen. Durch das Öffnen der Öffner-Kontakte 18 kann beispielsweise die Stromzufuhr des Steuerstromkreises des zugehörigen Schützes und so indirekt die Stromzufuhr zu den Phasen des zu schützenden Stromkreises unterbrochen werden. Dies entspricht dem Ausgelöst-Zustand im Überlastfall oder dem Ausgelöst-Zustand bei Phasenausfall des Überlastrelais 10. Über einen Einstellmechanismus 30 der Auslöseschwelle, der wirkverbunden ist mit dem Temperaturkompensationsstreifen 26, kann zudem die Übertragung des Auslösevorgangs vom Überlastauslöser 12 insbesondere an Betriebsbedingungen des Überlastrelais 10 genauer angepasst werden.
Fig. 2 zeigt den Aufbau des Sprungschalters im Hilfsschalter 14 im Detail. Hierbei ist deutlich die den Betätigungshebel 22, den Auslösehebel 24, den Temperaturkompensationsstreifen 26 und den Sprungfeder-Betätigungshebel 28 umfassende mechanische Übertragungskette für die Übertragung eines Auslösevorgangs auf die Sprungfeder 16 zu erkennen. Die stromführende Sprungfeder 16 und ihre Ausbildung sowie Lagerung im Sprungschalter sowie die Herstellung des Sprungschalters mit dieser Sprungfeder 16 wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben: die Grundform der Sprungfeder 16 wird aus einem beidseitig mit einem elektrisch leitfähigen Buntmetall wie beispielsweise Kupfer-plattierten Federstahlband ausgestanzt. Vor der Montage der Sprungfeder 16 im Sprungschalter wird die Sprungfeder 16 vorgebogen. Das Vorbiegen ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Für die Montage wird die Sprungfeder 16 an ihren zwei Enden unter Spannung fixiert. Die Sprungfeder kann auch an lediglich einem oder an drei Enden fixiert werden. Die Fixierung der Sprungfeder kann auch spannungsfrei erfolgen, wobei dann eine Spannung der Sprungfeder erst nach der Fixierung beispielsweise durch Beulen erzeugt wird. In Fig. 3 sind zwei Fixierungen 161 und 162 an einem Ende der Sprungfeder 16 auf einem Träger 165 für die Sprungfeder 16 erkennbar. Das andere Ende der Sprungfeder 16 kann mit einem Hilfsmittel bei der Montage gesondert fixiert werden, das nach erfolgter Montage wieder entfernt wird. Im derart fixierten Zustand wird nun insbesondere durch Beulen und/oder Durchbiegen an Justagestellen 163, 164 der Sprungfeder 16 oder an einem Träger der Sprungfeder 16 der Sprungschalter justiert, d.h. insbesondere das Springen der Sprungfeder 16 von der ersten in die zweite Ruhestellung und zurück eingestellt. Für die Justage können die Justagestellen 163, 164 auch fixiert werden, was die Verformung erleichtern kann. Hierbei kommt zum Tragen, dass an den Justagestellen 163 und 164 der Sprungfeder 16, also an den Stellen, an denen ein Biegen und/oder Beulen der Sprungfeder erfolgt, die Buntmetall-Plattierung teilweise oder sogar vollständig verdrängt oder gar nicht erst vorhanden ist. Diese Verdrängung oder das Nicht-Vorhandensein kann bereits bei der Plattierung durch partielles Plattieren erfolgt sein, oder nach dem Plattieren durch gezieltes Freilegen der Justagestellen 163 und 164 beispielsweise durch Schleifen oder Beulen, oder sogar erst beim Justieren, beispielsweise durch partielles Abtragen beim Biegen und/oder Beulen. Die Verdrängung bewirkt, dass der Kern der Sprungfeder 16, also der eigentliche Federwerkstoff die gewünschte Verformung erhalten kann und die Sprungfedern 16 eine geringere Fertigungsstreuung aufweisen. Um den Störeinfluss der Federeigenschaften des aufplattierten Buntmetalls auf die Federeigenschaften der Sprungfeder 16 zu minimieren, kann der Träger der Sprungfeder 16 im teilmontierten Überlastrelais oder Hilfsschalter individuell leicht verformt werden, umso etwaige Fertigungstoleranzen der Sprungfeder 16 in einer wirkverbundenen Funktionskette auszugleichen.
Fig. 4 zeigt das Überlastrelais 10 mit dem Überlastauslöser 12 und dem Hilfsschalter 14, wobei im Hilfsschalter 14 im Unterschied zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine andere Ausgestaltung der Sprungfeder eingesetzt wird: in diesem Fall weist die Sprungfeder 16' als Justagestelle 166 eine Beule auf; die Justagestelle ist also hier nicht an den Fixierungen der Sprungfeder wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 vorgesehen. Die Beule wird insbesondere nach Montage der Sprungfeder 16' und Fixierung derselben im Hilfsschalter 14 eingebracht, um eine möglichst exakte Einstellung der Sprungfeder 16' im Hilfsschalter 14 zu gewährleisten.
Fig. 5 zeigt das Überlastrelais 10 mit dem Überlastauslöser 12 und dem Hilfsschalter 14, wobei im Hilfsschalter 14 eine Sprungfeder 16" eingesetzt ist, die aus einem teilplattierten Band ausgestanzt ist. Die Teilplattierung der Sprungfeder ist in der Draufsicht auf die Feder von Fig. 6 gezeigt: etwa in der Mitte der Feder 16" verläuft ein Bereich 161", der nicht plattiert ist und sich zwischen zwei plattierten Bereichen 162" der Sprungfeder 16" erstreckt. Weiterhin sind ähnlich wie bei der Sprungfeder 16 von Fig. 3 Justagestellen 163" und 164" vorgesehen.
Durch die Erfindung kann der Einsatz von gesundheitsschädlichen Metallen wie Kupfer- Beryllium vermieden werden. Zudem ermöglicht die Erfindung die Fertigung von Sprungschaltern mit geringeren Fertigungstoleranzen bei den eingesetzten Sprungfedern.

Claims

Ansprüche
1 . Sprungschalter (16, 18, 20), der eine stromführende Sprungfeder (16) aufweist, die durch mechanisches Betätigen in zwei Ruhestellungen gebracht werden kann und aus einem mehrschichtigen plattierten Werkstoff hergestellt ist, wobei die Plattierung an mindestens einer Justagestelle der Sprungfeder (16) teilweise oder vollständig verdrängt und/oder nicht vorhanden ist, und wobei der Sprungschalter (16, 18, 20) dadurch justiert ist, dass die Sprungfeder (16) an der mindestens einen Justagestelle bei der Montage im Sprungschalter (16, 18, 20) ver formt worden ist.
2. Sprungschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stromführende Sprungfeder (16) vor einer Montage im Sprungschalter (16, 18, 20) vorgebogen ist.
3. Sprungschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierung mindestens eine Lage aus einem Buntmetall und/oder eine Lage aus einem Edelmetall aufweist.
4. Sprungschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Buntmetall Kupfer ist und die stromführende Sprungfeder (16) aus einem beidseitig Kupfer-plattierten Federstahlband durch Ausstanzen hergestellt ist.
5. Sprungschalter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprungfeder (16) bei der Montage des Sprungschalters (16, 18, 20) an ein, zwei oder drei Enden entweder unter Spannung fixiert worden ist oder spannungsfrei fixiert und eine Spannung der Sprungfeder nach der Fixierung erzeugt worden ist, und/oder durch Beulen und/oder Biegen an der Sprungfeder (16) oder an einem Träger der Sprungfeder (16) der Sprungschalter (16, 18, 20) justiert worden ist.
6. Sprungschalter nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Buntmetall Kupfer ist und die Sprungfeder (16) eine definierte Kupferschicht aufweist, so dass die Sprungfeder (16) insgesamt einen geringen spezifischen Widerstand von kleiner 0,14 Ohm * mm2/m aufweist, und/oder der
mehrschichtige Werkstoff, aus dem die Sprungfeder (16) hergestellt ist, einen geringen spezifischen Widerstand von kleiner 0,14 Ohm * mm2/m aufweist.
7. Sprungschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierung der Sprungfeder (16) ohne Zwischenlage auf einem Federkern aufgebracht ist.
8. Sprungschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprungfeder (16) zum Einsatz bei höheren Temperaturen insbesondere von mehr als ungefähr 100 °C ausgelegt ist.
9. Sprungschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprungfeder (16) für häufige Biegevvechsel ausgelegt ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Sprungschalters (16, 18, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sprungschalter (16, 18, 20) eine stromführende Sprungfeder (16) aufweist, die durch mechanisches Betätigen in zwei Ruhestellungen gebracht werden kann, mit den folgenden Schritten:
Herstellen der Sprungfeder (16) aus einem mehrschichtigen, Werkstoff, wobei eine Schicht ein Buntmetall beinhaltet,
Fixieren der Sprungfeder (16) an mindestens einem Ende im Sprungschalter, und
Verformen der fixierten Sprungfeder (16) an der mindestens einen
Justagestelle bei der Montage im Sprungschalter (16, 18, 20), um den
Sprungschalter ( 16, 18, 20) zu justieren, wobei ein teilweises oder vollständiges Verdrängen von Buntmetall an der mindestens einerjustagestelle der Sprungfeder (16) entweder beim Schritt des Verformens oder vor dem Schritt des Verformens erfolgt.
1 1 . Überlastrelais (10) mit einem Überlastauslöser ( 12), einem Hilfsschalter (14), der einen Sprungschalter (16, 18, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, und einer mechanischen Übertragungseinrichtung (22, 22', 22", 24, 26, 28) zum Übertragen eines Auslösevorgangs vom Überlastauslöser (12) auf den Sprungschalter ( 16, 18, 20) des Hilfsschalters (14), wobei die
Übertragungseinrichtung bei einem Auslösevorgang eine Bewegung der stromführenden Sprungfeder (16) des Sprungschalters derart bewirkt, dass der Sprungschalter (16, 18, 20) schaltet.
12. Ausgelöstmelder für ein Schaltgerät, der ausgebildet ist, einen Ausgelöst-Zustand eines mechanisch mit ihm gekoppelten Schaltgeräts zu signalisieren und einen Sprungschalter (16, 18, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei beim Auslösen des Schaltgeräts über die mechanische Kopplung eine Bewegung der stromführenden Sprungfeder (16) des Sprungschalters derart bewirkt wird, dass der Sprungschalter (16, 18, 20) schaltet.
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