DE102015213375A1

DE102015213375A1 - Thermische Überlast-Auslösevorrichtung und Schutzschaltgerät

Info

Publication number: DE102015213375A1
Application number: DE102015213375.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Franz; Winfried Vierling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: DE102015213375B4

Abstract

Die erfindungsgemäße thermische Überlast-Auslösevorrichtung (10) für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät (1) weist ein Auslöseelement (11) auf, welches durch einen elektrischen Strom direkt oder indirekt beheizbar ist. Das Auslöseelement (11) weist dabei an einem ersten Ende (12) eine Befestigungsstelle auf, mittels derer das Auslöseelement (11) in einem Gehäuse (2) des Schutzschaltgerätes (1) befestigbar ist. Weiterhin ist ein zweites Ende (13) des Auslöseelements (11) als freies Ende ausgebildet, welches bei Erwärmung aufgrund der Wärmedehnung des Auslöseelements (11) relativ zur Befestigungsstelle bewegbar ist, um bei Übersachreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf eine Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes (1) einzuwirken. Das Auslöseelement (11) ist dabei einstückig gebildet und stellt daher einen kostengünstigen Ersatz für ein aus mehreren Materialen gebildetes Thermobimetall dar. Es kann direkt oder indirekt beheizbar sein, so dass diesbezüglich eine einfache Anpassung an bestehende Konstruktionen möglich ist. Das Auslöseelement (11) ist an seinem ersten Ende (12) am Gehäuse (2) des Schutzschaltgerätes (1) befestigbar und dehnt sich bei einer Temperaturerhöhung aus, wobei es sich an einem weiteren Berührungspunkt im Gehäuse (2) abstützt. Dabei treten zwischen dem Berührungspunkt und der Befestigungsstelle mechanische Spannungen auf, wodurch sich das Auslöseelement (11) in diesem Bereich verformt. Diese Verformung führt zu einer Bewegung des zweiten, freien Endes (13) des Auslöseelements(11), welche dazu geeignet ist, auf die Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes (1) einzuwirken und somit das Schutzschaltgerät (1) auszulösen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Überlast-Auslösevorrichtung für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter oder einen Leistungsschalter. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter oder einen Leistungsschalter, mit einer derartigen thermischen Überlast-Auslösevorrichtung.
Thermische Überlast-Auslösevorrichtungen werden in elektromechanischen Schutzschaltgeräten – beispielsweise in einem Leitungsschutzschalter oder in einem Leistungsschalter – eingesetzt, um einen Stromfluss zu unterbrechen, wenn der elektrische Strom für einen bestimmten, vordefinierten Zeitraum eine zuvor festgelegte Stromstärke überschreitet. Derartige Schutzschaltgeräte werden auch als Überstromschutzeinrichtungen bezeichnet, welche im Überlastfall oder Kurzschlussfall den Strompfad nach einer gewissen Zeit öffnen und damit den Stromfluss unterbrechen. Auf diese Weise schützen Überstromschutzeinrichtungen elektrische Leitungen, sich selbst oder an die Überstromschutzeinrichtungen angeschlossene elektrische Lasten bzw. Verbraucher vor einer Beschädigung durch zu starke Erwärmung, die aus dem über einen längeren Zeitraum fließenden Überstrom resultieren würde. Ein Überstrom kann dabei durch eine Überlast oder durch einen Kurzschluss verursacht werden.
Überstromschutzeinrichtungen können je nach Anforderungsprofil unterschiedlich reagieren: beispielsweise ist die Reaktionszeit zur Auslösung des Schutzschaltgerätes abhängig von der auftretenden Stromstärke. Im Falle einer Überlast wird der Stromkreis verzögert unterbrochen. Die hierfür vordefinierte Auslösezeit liegt im Sekundenbereich, kann aber – bei geringer Überlast – auch im Stundenbereich liegen. Andererseits muss der Stromfluss im Falle eines Kurzschlusses, bei dem ein Strom von mehreren tausend Ampère fließen kann, innerhalb weniger tausendstel Sekunden unterbrochen werden.
Typische Überstromschutzeinrichtungen sind Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter. Überstromschutzeinrichtungen werden in der Regel in der Elektroinstallation eingesetzt. Da diese Schutzschaltgeräte zumeist in einem Elektroinstallationsverteiler, welcher auch als Verteilerkasten bezeichnet wird, nebeneinander „in Reihe“ montiert werden, werden sie auch als Reiheneinbaugeräte bezeichnet.
Eine thermische Überlast-Auslösevorrichtung wird in einer derartigen Überstromschutzeinrichtung beispielsweise zur Entklinkung eines Schaltschlosses verwendet. Ein Streifen aus Thermobimetall ist dabei an seinem einen Ende ortsfest eingespannt, d.h. mit dem Gehäuse der Überstromschutzeinrichtung ortsfest verbunden. Der Streifen aus Thermobimetall kann sich bei entsprechender Erwärmung an dem gegenüberliegend angeordneten anderen Ende ausbiegen und dadurch eine Entklinkungsstelle des Schaltschlosses entklinken, wodurch eine Öffnung einer Kontaktstelle der Überstromschutzeinrichtung bewirkt wird.
Ein Thermobimetall besteht dabei prinzipiell aus zwei miteinander fest verbundenen Schichten unterschiedlicher Metalle oder Metall-Legierungen, welche jedoch ein voneinander völlig verschiedenes Temperaturausdehungsverhalten aufweisen. Dies führt bei einer Temperaturänderung dazu, dass sich ein Bereich des Thermobimetalls stärker ausdehnt als der andere Bereich, so dass das Thermobimetall insgesamt in Richtung des Bereichs mit dem niedrigeren Temperaturausdehnungsverhalten hin gekrümmt wird. Bei dem Streifen aus Thermobimetall handelt es sich folglich um ein streifenförmiges Element, welches sich bei einer vordefinieren Temperaturänderung in vordefinierter Weise verformt. Dieses Temperaturverhalten wird bei der konstruktiven Gestaltung der Überlast-Auslösevorrichtung ausgenutzt. Allerdings sind Thermobimetalle aufwändig herzustellen und damit vergleichsweise teuer, was sich entsprechend negativ auf die Herstellkosten des Thermobimetalls, und damit der Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes, auswirkt. Um die gewünschte Auslösecharakteristik zu erhalten ist es ferner erforderlich, dass mechanische Spiel zwischen dem Bimetall einerseits, sowie dem Gehäuse und dem Schaltschloss des Schutzschaltgerätes andererseits, möglichst gering zu halten. Dies erfordert eine hohe Präzision bei der Fertigung der einzelnen Bauteile sowie bei der Montage der Überlast-Auslösevorrichtung sowie des Schutzschaltgerätes, was sich wiederum in höheren Herstellkosten niederschlägt.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Überlast-Auslösevorrichtung sowie ein elektromechanisches Schutzschaltgerät bereitzustellen, welche sich bei gleichbleibender Funktionalität und Schaltvermögen durch geringere Herstellkosten auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch die thermische Überlast-Auslösevorrichtung sowie das elektromechanische Schutzschaltgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße thermische Überlast-Auslösevorrichtung für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter oder einen Leistungsschalter, weist ein Auslöseelement auf, welches durch einen elektrischen Strom direkt oder indirekt beheizbar ist. Das Auslöseelement weist dabei an einem ersten Ende eine Befestigungsstelle auf, mittels derer das Auslöseelement in einem Gehäuse des Schutzschaltgerätes befestigbar ist. Weiterhin ist ein zweites Ende des Auslöseelements als freies Ende ausgebildet, welches bei Erwärmung aufgrund der Wärmedehnung des Auslöseelements relativ zur Befestigungsstelle bewegbar ist, um bei Übersachreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf eine Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes einzuwirken. Das Auslöseelement ist dabei einstückig gebildet.
Das Auslöseelement ist einstückig ausgebildet, d.h. es besteht aus einem einzigen Material, und stellt daher einen kostengünstigen Ersatz für das Thermobimetall, welches aus zwei verschiedenen Materialien aufgebaut ist, dar. Es kann direkt oder indirekt beheizbar sein, so dass diesbezüglich eine einfache Anpassung an bestehende Konstruktionen möglich ist. Unter einer direkten Beheizung ist dabei der direkte Stromfluss durch das Auslöseelement zu verstehen, während ein indirektes Beheizen beispielsweise durch ein Heizelement oder auch durch die Abwärme benachbart angeordneter Bauteile realisierbar ist.
Das Auslöseelement ist an seinem ersten Ende am Gehäuse des Schutzschaltgerätes befestigbar. Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich das Auslöseelement aus, wobei es sich an einem weiteren Berührungspunkt im Gehäuse abstützt. Da nun zwischen dem Berührungspunkt und der Befestigungsstelle keine freie Längendehnung mehr möglich ist, treten bei weiterer Längendehnung Spannungen im Auslöseelement auf, wodurch sich dieses im Bereich zwischen dem Berührungspunkt und der Befestigungsstelle verformt. Diese Verformung führt zu einer Bewegung des zweiten, freien Endes des Auslöseelements, welche dazu geeignet ist, auf die Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes einzuwirken und somit das Schutzschaltgerät auszulösen.
In einer vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung ist das Auslöseelement aus einem Material mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet. Durch die Verwendung eines derartigen Materials mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten wird eine exaktere Einstellung der Auslösecharakteristik des Schutzschaltgerätes ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung ist das Auslöseelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet.
Da bereits eine Vielzahl metallischer Werkstoffe mit im Detail bekannten Werkstoffeigenschaften existiert, wird die Auswahl eines für diesen Anwendungsfall geeigneten Werkstoffs erleichtert. Unter den hierfür geeigneten Werkstoffen existiert wiederum eine Vielzahl metallischer Werkstoffe, welche über einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten verfügen und darüber hinaus kostengünstig zu beschaffen und zu bearbeiten sind. Ferner sind metallische Werkstoffe gute elektrische Leiter und daher auch als direkt beheiztes Auslöseelement verwendbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung ist das freie Ende zur unmittelbaren Einwirkung auf die Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes ausgebildet. Üblicherweise erfolgt die Einwirkung eines Thermobimetalls auf die Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes mit Hilfe eines Bügels, beispielsweise eines Zugbügels. Indem die Auslösevorrichtung direkt auf die Entklinkungsstelle einwirkt, kann auf den Bügel als zusätzliches Koppelelement verzichtet werden, wodurch die Herstellkosten weiter reduziert werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung ist das Auslöseelement u-förmig ausgebildet, mit einem ersten Schenkel, einem zweiten Schenkel sowie einem die beiden Schenkel verbindenden Verbindungsbereich, wobei das erste Ende am Ende des ersten Schenkels, und das zweite Ende am Ende des zweiten Schenkels ausgebildet ist. Durch die u-förmige Gestaltung kann das Auslöseelement platzsparend im Gehäuse des Schutzschaltgerätes verbaut werden, ohne dabei Abstriche hinsichtlich der erforderlichen absoluten Längendehnung machen zu müssen. Die Auslösecharakteristik der Überlast-Auslösevorrichtung sowie des Schutzschaltgerätes wird dadurch positiv beeinflusst.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung weist die Überlast-Auslösevorrichtung ein Justageelement auf, durch das eine relative Lage des Auslöseelements gegenüber dem Gehäuse des Schutzschaltgerätes spielfrei einstellbar ist.
Aufgrund der spielfreien Einstellung des Auslöseelements bei seiner Montage im Gehäuse des Schutzschaltgerätes ist sichergestellt, dass sich das Auslöseelement bereits zu Beginn der Temperaturerhöhung an dem weiteren Berührungspunkt im Gehäuse abstützt. Damit ist der Nullpunkt der Krafteinwirkung auf das Gehäuse – und damit der Formänderung des Auslöseelements bei einer Temperaturerhöhung – exakt definiert. Auf diese Weise ist die Bewegung des freien Endes des Auslöseelements in Abhängigkeit der Temperaturänderung exakt, d.h. ohne Offest, festlegbar. Die Auslösecharakteristik der Überlast-Auslösevorrichtung, und damit des Schutzschaltgerätes, ist somit exakt einstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung weist das Auslöseelement eine oder mehrere Quetschstellen auf, welche zur Einstellung der relativen Lage des Auslöseelements gegenüber dem Gehäuse des Schutzschaltgerätes dienen.
Durch die Quetschstellen, welche im Rahmen der Montage der Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des Auslöseelements im Gehäuse des Schutzschaltgerätes zwischen der Befestigungsstelle und dem weiteren Berührungspunkt angebracht werden, wird eine Längendehnung dieses Abschnitts erreicht, bis das Auslöseelement trotz möglicher Herstellungstoleranzen spielfrei im Gehäuse des Schutzschaltgerätes montierbar ist. Diese Art der spielfreien Montage stellt eine einfache und äußerst kostengünstige Realisierungsmöglichkeit zur Einstellung der relativen Lage des Auslöseelements gegenüber dem Gehäuse, und damit insbesondere gegenüber der Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes, dar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung ist die spielfreie Einstellung der relativen Lage des Auslöseelements gegenüber dem Gehäuse mit Hilfe eines Adhäsionsmittels realisierbar.
Die Verwendung eines Adhäsionsmittels stellt eine weitere kostengünstige Alternative zur spielfreien Montage der Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des Auslöseelements im Gehäuse des Schutzschaltgerätes dar. Hierbei wird ein vom der Befestigungsstelle verschiedener Bereich des Auslöseelements, vorzugsweise der weitere Berührungspunkt mit Hilfe eines Adhäsionsmittels – zum Beispiel eines Klebstoffs oder einer Vergussmasse, beispielsweise eines Kunstharzes – fest mit dem Gehäuse verbunden. Eine Temperaturerhöhung führt damit aufgrund der Längendehnung unmittelbar, d.h. ohne Offset, zu einer Krafteinwirkung des Auslöseelements auf das Gehäuse und umgekehrt, und im weiteren Verlauf der temperaturbedingten Längendehnung zu der gewünschten Verformung des Auslöseelements. Auch auf diese Weise ist eine spielfreie Montage des Auslöseelements realisierbar, so dass die Auslösecharakteristik der Überlast-Auslösevorrichtung, und damit des Schutzschaltgerätes, auf vordefinierte Art und Weise eingestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung ist die spielfreie Einstellung der relativen Lage des Auslöseelements gegenüber dem Gehäuse mit Hilfe einer Einstellschraube realisierbar.
Die Verwendung einer Einstellschraube stellt eine weitere Alternative zur spielfreien Montage der Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des Auslöseelements im Gehäuse des Schutzschaltgerätes dar. Hierbei wird der weitere Berührungspunkt durch die Einstellschraube gebildet, welche soweit in das Gehäuse eingedreht wird, bis das Auslöseelement spielfrei im Gehäuse montiert ist. Damit führt auch in diesem Fall eine Temperaturerhöhung (aufgrund der damit verbundenen Längendehnung) unmittelbar, d.h. ohne Offset, zu einer Krafteinwirkung des Auslöseelements auf das Gehäuse und umgekehrt, und somit zu der gewünschten Verformung des Auslöseelements. Auch auf diese Weise ist die Auslösecharakteristik im Rahmen der Montage auf vordefinierte Art und Weise einstellbar. Ist die Einstellschraube darüber hinaus von außen zugänglich, so ist auch eine Nachjustierung bei bereits fertig montiertem oder bereits geschlossenem Gehäuse möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbindung der Überlast-Auslösevorrichtung ist das Justageelement am Verbindungsbereich des Auslöseelements angeordnet. Die Anordnung des Justageelements im Verbindungsbereich des Auslöseelements stellt eine platzsparende Realisierungsmöglichkeit dar.
Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät, insbesondere ein Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter, weist eine thermische Überlast-Auslösevorrichtung der vorstehend beschriebenen Art auf.
Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes wird auf die vorstehend bezeichneten Vorteile der erfindungsgemäßen Überlast-Auslösevorrichtung verwiesen.
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der thermischen Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des Schutzschaltgerätes;
2A und 2B ein zweites Ausführungsbeispiel der Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des Schutzschaltgerätes in verschiedenen Zuständen;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Überlast-Auslösevorrichtung bzw. des Schutzschaltgerätes;
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der thermischen Überlast-Auslösevorrichtung 11 bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 im ausgelösten Zustand in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Das Schutzschaltgerät 1 weist ein Gehäuse 2 auf, wobei die vordere Gehäuseschale in der Zeichnung weggelassen wurde, um einen detaillierten Einblick in den Aufbau des Schutzschaltgerätes 1 zu ermöglichen. Im linken und rechten Randbereich des Gehäuses 2 ist jeweils eine elektrische Anschlussklemme 8 angeordnet, über die das Schutzschaltgerät 1 mit externen elektrischen Anschlussleitungen (nicht dargestellt) kontaktiert werden kann. Im oberen Bereich, der im verbauten Zustand des Schutzschaltgerätes 1 der Vorderseite entspricht, ist ein Betätigungselement 3 zur manuellen Betätigung – d.h. zum Einschalten und Ausschalten – des Schutzschaltgerätes 1 angeordnet. Das Betätigungselement 3 ist mit einer Schaltmechanik 4 des Schutzschaltgerätes 1 mechanisch gekoppelt. Unterhalb der Schaltmechanik 4 ist ein Schaltkontakt 5 angeordnet, welcher mit Hilfe der Schaltmechanik 4 betätigt, d.h. geöffnet und geschlossen werden kann. In der Darstellung der 1 ist der Schaltkontakt 5 geöffnet, das Betätigungselement 3 des Schutzschaltgerätes 1 befindet sich dementsprechend in seiner OFF-Position. Ferner weist das Schutzschaltgerät 1 Befestigungsmittel 9 auf, welche an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite am Gehäuse 2 angeordnet sind. Mit Hilfe dieser Befestigungsmittel 9 ist das Schutzschaltgerät auf einem Tragelement, beispielsweise einer Hutschiene (nicht dargestellt), befestigbar.
Im Falle eines Kurzschlusses weist das Schutzschaltgerät 1 eine sog. Kurzschluss-Auslösevorrichtung 6 auf. Durch den hohen Kurzschlussstrom wird ein mechanisches Auslösesignal erzeugt und auf die Schaltmechanik 4 übertragen, wodurch die Schaltmechanik 4 ausgelöst wird. Infolge dieser Auslösung wird schließlich der Schaltkontakt 5 geöffnet. Entsprechend nimmt das Betätigungselement 3 seine OFF-Position ein. Unterhalb der Kurzschluss-Auslösevorrichtung 6 ist eine Lichtbogen-Löschvorrichtung 7 angeordnet. Beim Öffnen des stromdurchflossenen Schaltkontakts 5 entsteht zunächst ein Lichtbogen, der zur Löschung in Richtung der Lichtbogen-Löschvorrichtung 7 getrieben wird, wo er schließlich gelöscht wird.
Für den Fall einer elektrischen Überlast weist das Schutzschaltgerät 1 eine thermische Überlast-Auslösevorrichtung 10 auf, welche bei dem in 1 dargestellten Schutzschaltgerät 1 zwischen der Lichtbogen-Löscheinrichtung 7 und der rechten Anschlussklemme 8 angeordnet ist. Die thermische Überlast-Auslösevorrichtung 10 weist ein Auslöseelement 11 auf, welches seinerseits an seinem ersten Ende 12 eine Befestigungsstelle aufweist, mit deren Hilfe das Auslöseelement 11 in dem Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 befestigbar ist. Ein zweites Ende 13 des Auslöseelements 11 ist als freies Ende ausgebildet, welches bei Erwärmung aufgrund der Wärmedehnung des Auslöseelements 11 relativ zur Befestigungsstelle bewegbar ist, um bei Übersachreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf eine Entklinkungsstelle der Schaltmechanik 4 des Schutzschaltgerätes 1 einzuwirken. Um das Auslöseelement 11 spielfrei im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 montieren zu können, weist es mehrere Quetschstellen 17 auf, welche in einem Bereich zwischen der Befestigungsstelle und einem weiteren Berührungspunkt des Auslöseelements 11 mit dem Gehäuse 2 angeordnet sind. In der Darstellung der 1 ist dieser weitere Berührungspunkt an einem mittleren Abschnitt des Auslöseelements 11, welcher im montierten Zustand nahe der Gehäuserückseite angeordnet ist, gebildet. Durch die Quetschstellen 17, welche im Rahmen der Montage der Überlast-Auslösevorrichtung 10 bzw. des Auslöseelements 11 im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 zwischen der Befestigungsstelle und dem weiteren Berührungspunkt angebracht werden, wird eine Längendehnung dieses Abschnitts erreicht, bis das Auslöseelement 11 trotz möglicher Herstellungstoleranzen spielfrei im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 montiert ist. Die Anzahl der Quetschstellen 17 kann dabei variieren und hängt von den Fertigungstoleranzen der zu montierenden Bauteile, d.h. des Gehäuses 2 sowie des Auslöseelements 11, ab.
Mit Hilfe der Quetschstellen 17 ist die relative Lage des Auslöseelements 11 gegenüber dem Gehäuse 2 – und damit insbesondere gegenüber der Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes 1 – spielfrei einstellbar. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich das Auslöseelement 11 bereits zu Beginn seiner temperaturbedingten Längendehnung an dem weiteren Berührungspunkt im Gehäuse 2 abstützt. Damit führt eine Temperaturerhöhung aufgrund der Längendehnung des Auslöseelements 11 unmittelbar, d.h. ohne Offset, zu einer mechanischen Spannung im Bereich zwischen der Befestigungsstelle und dem weiteren Berührungspunkt. Dadurch wird der betreffende Abschnitt des Auslöseelements 11 reversibel verformt, d.h. er wird gebogen, um diese Spannung zumindest teilweise abzubauen. Diese Verformung bedingt jedoch eine Bewegung des freien zweiten Endes 13 des Auslöseelements 11, welches auf die Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes 1 einwirkt. Aufgrund dieser konstruktiven Gestaltung des Auslöseelements 11 ist sichergestellt, dass die Bewegung des freien Endes 13 des Auslöseelements 11 in Abhängigkeit der Temperaturänderung exakt, d.h. ohne Offset, determinierbar ist. Die Auslösecharakteristik der Überlast-Auslösevorrichtung 10 – und damit des Schutzschaltgerätes 1 – kann somit exakt eingestellt werden.
Unter dem Begriff „Offset“ ist zu verstehen, dass die temperaturbedingte Längendehnung des Auslöseelements 11 zunächst das durch die Montage entstandene Spiel zwischen dem Auslöseelement 11 und dem Gehäuse 2 ausgleicht, bevor das Auslöseelement 11 das Gehäuse 2 in dem weiteren Berührungspunkt überhaupt berührt. Erst ab diesem Zeitpunkt der Berührung kann sich das Auslöseelement 11 am dem weiteren Berührungspunkt abstützen, so dass sich bei einer weiteren Längendehnung eine mechanische Spannung aufbaut, die zu der gewünschten Verformung des Auslöseelements 11 führt. Dieser Zusammenhang lässt sich auch graphisch veranschaulichen: wird die mechanische Spannung des Auslöseelements 11 in Abhängigkeit seiner Längendehnung aufgetragen, so geht die resultierende Kurve bei einer spielfreien Montage durch den Ursprung des Koordinatensystems, während sie bei Vorliegen eines mechanischen Spiels zwischen dem Gehäuse 2 und dem Auslöseelement 11 nicht durch den Ursprung geht, und somit einen „Offset“ aufweist.
In dem in 1 dargestellten Fall ist das Auslöseelement 11 u-förmig ausgebildet. Es weist einen ersten Schenkel 14, einem zweiten Schenkel 15, sowie einem die beiden Schenkel verbindenden Verbindungsbereich 16 auf. Das erste Ende 12 des Auslöseelements 11 ist dabei am Ende des ersten Schenkels 14, das zweite Ende 13 am Ende des zweiten Schenkels 15 ausgebildet. Der Verbindungsbereich 16 bildet den weiteren Berührungspunkt des Auslöseelements 11 mit dem Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1. Durch die u-förmige Gestaltung kann das Auslöseelement 11 platzsparend im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 montiert werden, ohne dabei Abstriche hinsichtlich der erforderlichen absoluten Längendehnung – und damit der Auslösegenauigkeit – machen zu müssen.
In den 2A und 2B ist ein zweites Ausführungsbeispiel der thermischen Überlast-Auslösevorrichtung 10 bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 schematisch dargestellt, wobei die beiden Figuren die Überlast-Auslösevorrichtung 10 bzw. das elektromechanische Schutzschaltgerät 1 in verschiedenen Schalt- bzw. Betriebszuständen jeweils in einer Seitenansicht schematisch dargestellt sind. Beide Figuren zeigen das elektromechanische Schutzschaltgerät 1 ein einem ausgelösten Zustand, bei dem sich das Betätigungselement 3 in seiner AUS-Stellung befindet und der Schaltkontakt 5 geöffnet ist. Während jedoch in 2A die thermischen Überlast-Auslösevorrichtung 10 in einem ersten Schalt- bzw. Betriebszustand, welche einem betriebsbereiten Zustand entspricht, dargestellt ist, zeigt 2B die Überlast-Auslösevorrichtung 10 in einem zweiten, ausgelösten Schalt- bzw. Betriebszustand, bei dem das Auslöseelement 11 aufgrund der Wärmedehnung entsprechend verformt ist. Die temperaturbedingte Verformung des Auslöseelements 11 hat zur Folge, dass das zweite, freie Ende 13 in Richtung des fest im Gehäuse 2 befestigten ersten Endes 12 gebogen ist. Durch den an das zweite Ende 13 gekoppelten Bügel 20 wird diese Bewegung des zweiten Endes 13 an die Schaltmechanik 4 übertragen, woraufhin das Schutzschaltgerät 1 ausgelöst und der Schaltkontakt 5 geöffnet wird.
Das in den 2A und 2B dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die spielfreie Montage des Auslöseelements 11 im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 mit Hilfe einer Einstellschraube 19 realisiert ist. Die Einstellschraube 19 ist im Bereich des rechts dargestellten Befestigungsmittels 9 in die Rückseite des Gehäuses 2 soweit eingeschraubt, dass sie den Verbindungsbereich 15 des Auslöseelements 11 berührt. Auf diese Weise ist ebenfalls eine spielfreie Montage des Auslöseelements 11 im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 realisierbar.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der thermischen Überlast-Auslösevorrichtung 10 bzw. des elektromechanischen Schutzschaltgerätes 1 in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Diese Darstellung ähnelt wiederum stark den Darstellungen in den 1 und 2, jedoch mit dem Unterschied, dass die spielfreie Montage des Auslöseelements 11 im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 in diesem dritten Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Adhäsionsmittels 18 realisiert ist. Hierbei kann es sich um einen Klebstoff oder – zum Ausgleichen größerer Längenunterschiede – um eine Vergussmasse, beispielsweise ein Kunstharz, handeln. Unabhängig davon, welches Adhäsionsmittel verwendet wird, wird hierdurch eine zweite Fixierung des Auslöseelements 11 im Gehäuse 2 realisiert, an der sich das Auslöseelement 11 im Falle einer temperaturbedingten Längendehnung unmittelbar, d.h. ohne Offset, abstützen kann. Die dabei zwischen dem Auslöseelement 11 und dem Gehäuse 2 auftretenden mechanischen Spannungen führen im weiteren Verlauf zur vordefinierten Verformung des ersten Schenkels 14 Auslöseelements 11, und damit zur vordefinierten Bewegung des am zweiten Schenkel 15 ausgebildeten freien zweiten Endes 13. Die Verwendung des Adhäsionsmittels 18 stellt somit eine weitere kostengünstige Alternative zur spielfreien Montage der Überlast-Auslösevorrichtung 10 bzw. des Auslöseelements 11 im Gehäuse 2 des Schutzschaltgerätes 1 dar.
In den Darstellungen der 1 bis 3 ist das freie zweite Ende 13 des Auslöseelements 11 stets über einen Bügel 20 mit der Schaltmechanik 4 des Schutzschaltgerätes 1 gekoppelt. Es ist jedoch ebenso möglich, das Auslöseelement 11 im Bereich seines freien zweiten Endes 13 so zu gestalten, dass es direkt und unmittelbar auf die Entklinkungsstelle der Schaltmechanik 4 des Schutzschaltgerätes 1 einwirkt. In diesem Falle kann auf den Bügel 20 verzichtet werden.
Bezugszeichenliste

1: Schutzschaltgerät
2: Gehäuse
3: Betätigungselement
4: Schaltmechanik
5: Schaltkontakt
6: Kurzschluss-Auslösevorrichtung
7: Lichtbogen-Löschvorrichtung
8: Anschlussklemme
9: Befestigungsmittel
10: Überlast-Auslösevorrichtung
11: Auslöseelement
12: erstes Ende
13: zweites Ende/freies Ende
14: erster Schenkel
15: zweiter Schenkel
16: Verbindungsbereich
17: Quetschstellen
18: Adhäsionsmittel
19: Einstellschraube
20: Bügel

Claims

Thermische Überlast-Auslösevorrichtung (10) für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät (1), insbesondere für einen Leitungsschutzschalter oder einen Leistungsschalter, – mit einem Auslöseelement (11), welches durch einen elektrischen Strom direkt oder indirekt beheizbar ist, – bei der das Auslöseelement (11) an einem ersten Ende (12) eine Befestigungsstelle aufweist, mittels derer das Auslöseelement (10) in einem Gehäuse (2) des Schutzschaltgerätes (1) befestigbar ist, – bei der ein zweites Ende (13) des Auslöseelements (11) als freies Ende ausgebildet ist, welches bei Erwärmung aufgrund der Wärmedehnung des Auslöseelements (11) relativ zur Befestigungsstelle bewegbar ist, um bei Übersachreiten eines vordefinierten Schwellwertes auf eine Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes (1) einzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseelement (11) einstückig gebildet ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseelement (11) aus einem Material mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseelement (11) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (13) zur unmittelbaren Einwirkung auf die Entklinkungsstelle des Schutzschaltgerätes (1) ausgebildet ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseelement (11) u-förmig ausgebildet ist mit einem ersten Schenkel (14), einem zweiten Schenkel (15) sowie einem die beiden Schenkel (14, 15) verbindenden Verbindungsbereich (16), wobei das erste Ende (12) am Ende des ersten Schenkels (14), und das zweite Ende (13) am Ende des zweiten Schenkels (15) ausgebildet ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlast-Auslösevorrichtung (11) ein Justageelement aufweist, durch das eine relative Lage des Auslöseelements (11) gegenüber dem Gehäuse (2) des Schutzschaltgerätes (1) spielfrei einstellbar ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseelement (11) eine oder mehrere Quetschstellen (17) aufweist, welche zur spielfreien Einstellung der relativen Lage des Auslöseelements (11) gegenüber dem Gehäuse (2) des Schutzschaltgerätes (1) dienen.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spielfreie Einstellung der relativen Lage des Auslöseelements (11) gegenüber dem Gehäuse (2) mit Hilfe eines Adhäsionsmittels (18) realisierbar ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spielfreie Einstellung der relativen Lage des Auslöseelements (11) gegenüber dem Gehäuse (2) mit Hilfe einer Einstellschraube (19) realisierbar ist.
Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Justageelement am Verbindungsbereich des Auslöseelements (11) angeordnet ist.
Elektromechanisches Schutzschaltgerät (1), insbesondere Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter, welches eine thermische Überlast-Auslösevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.