DE102017102772A1 - Arrangement for use in the drive of a switching device - Google Patents

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Abstract

Eine Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, umfassend mindestens einen Arbeitskörper (1a - c), der unter Einwirkung eines magnetischen Felds (B) und/ oder einer Temperaturänderung eine Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung ausführt, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Anordnung anzugeben, die Arbeitskörper aus MSMA-Material aufweist und bei kompaktem Aufbau erlaubt, die Hubstrecke eines Schaltgeräts möglichst lang zu gestalten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Arbeitskörper (1a, 1b) durch einen Mitnehmer (2a) aneinander gekoppelt sind, wobei bei einer Dimensionsänderung eines ersten Arbeitskörpers (1a) in einer Arbeitsrichtung ein zweiter Arbeitskörper (1b) als Ganzes in diese Arbeitsrichtung bewegbar ist.An arrangement for use in the drive of a circuit breaker comprising at least one working body (1a-c), which under the action of a magnetic field (B) and / or a temperature change performs a dimensional change in at least one working direction, is in view of the task to provide an arrangement having work body of MSMA material and in a compact design allows to make the stroke distance of a switching device as long as possible, characterized in that at least two working bodies (1a, 1b) by a driver (2a) are coupled to each other, wherein at a dimensional change of a first working body (1a) in a working direction, a second working body (1b) as a whole in this working direction is movable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, umfassend mindestens einen Arbeitskörper, der unter Einwirkung eines magnetischen Felds und/ oder einer Temperaturänderung eine Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung ausführt.The invention relates to an arrangement for use in the drive of a switching device for power interruption, comprising at least one working body which performs a dimensional change in at least one working direction under the action of a magnetic field and / or a temperature change.

Anordnungen dieser Art sind bereits aus der DE 10 2004 056 280 A1 bekannt. Diese Anordnungen finden in Schaltgeräten Verwendung, die eine Auslösespule aufweisen, die im Fall eines Kurzschlusses ein magnetisches Feld erzeugt. Das magnetische Feld bewirkt, dass ein Auslöseanker verformt wird und eine Kontaktstelle mittels nachgeordneter Bauteile öffnet.Arrangements of this kind are already out of the DE 10 2004 056 280 A1 known. These arrangements find use in switching devices having a tripping coil which generates a magnetic field in the event of a short circuit. The magnetic field causes a trip anchor to be deformed and opens a pad by means of downstream components.

In Haushalts- und Industrieanlagen wird eine Vielzahl von ohmschen oder induktiven Vorrichtungen elektrisch betrieben. Die Energiequellen liefern üblicherweise eine relativ stabile Spannung. Elektrische Schaltgeräte werden mit jedem Versorgungskreis in Reihe geschaltet, um einen Strompfad im Falle eines Überstroms zu unterbrechen. Der Überstrom kann mit einem Kurzschluss in einem Kurzschlusskreis einhergehen, was eine plötzliche Reduzierung der Impedanz des Kreises impliziert.In domestic and industrial plants, a large number of ohmic or inductive devices are electrically operated. The energy sources usually provide a relatively stable voltage. Electrical switching devices are connected in series with each supply circuit to interrupt a current path in the event of an overcurrent. The overcurrent may be accompanied by a short circuit in a short circuit, which implies a sudden reduction in the impedance of the circuit.

Vor diesem Hintergrund sind bereits automatische Schaltgeräte zur Stromunterbrechung bekannt. Es sind bereits viele Varianten von Schaltgeräten zur Stromunterbrechung bekannt, wobei mehr als ein Auslöseverfahren zur Stromunterbrechung genutzt werden kann. Die Auslöseverfahren sind an verschiedene Typen von Überströmen angepasst.Against this background, automatic switching devices for power interruption are already known. There are already many variants of switching devices for power interruption known, with more than one triggering method for power interruption can be used. The tripping methods are adapted to different types of overcurrents.

Für schnell ansteigende Überströme mit einer Vielzahl von Nennströmen ist aus dem Stand der Technik die Verwendung einer Zylinderspule bekannt. Die Zylinderspule nimmt den Überstrom auf und beschleunigt und bewegt ein ferromagnetisches Druckstück. Das Druckstück löst einen mechanischen Auslösemechanismus aus, wobei in einer weiteren Phase der Bewegung der Strompfad an einem vorgesehenen Kontaktpunkt geöffnet wird. Dies erfolgt, indem eines der Kontaktstücke entfernt und in einer Offenstellung gehalten wird, bis der mechanische Auslösemechanismus vollkommen freigegeben ist und diese Funktion übernimmt.For rapidly increasing overcurrents with a large number of rated currents, the use of a cylindrical coil is known from the prior art. The solenoid absorbs the overcurrent and accelerates and moves a ferromagnetic pad. The pressure piece triggers a mechanical release mechanism, wherein in a further phase of the movement of the current path is opened at a designated contact point. This is done by removing one of the contacts and holding it in an open position until the mechanical release mechanism is fully released and performs this function.

Einmal geöffnet, fließt der Strom zwischen den Kontaktstücken über einen Luftplasmabogen, welcher durch Lorentzkräfte in eine Löschkammer geführt wird. Dort wird der Plasmabogen gelöscht. Nun ist der Stromfluss vollständig unterbrochen und die Schaltoperation beendet.Once opened, the current flows between the contact pieces via an air plasma arc, which is guided by Lorentz forces in a quenching chamber. There, the plasma arc is deleted. Now the current flow is completely interrupted and the switching operation is completed.

Ein zweites Auslöseverfahren wird verwendet, wenn kleine Überströme auftreten und eine längere Schaltzeit akzeptabel ist. Dann wird gemäß Stand der Technik ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein Bimetallstreifen verwendet wird. Der Bimetallstreifen kann von einer Heizspule umgeben oder beeinflusst sein, welche mit dem Überstrompfad in Reihe geschaltet ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Bimetallstreifen selbst mit dem Überstrompfad in Reihe geschaltet werden. Abhängig von dem fließenden Strom wird der Bimetallstreifen in einer Weise gebogen, dass er das oben erwähnte Druckstück einer magnetischen Auslöseeinrichtung in seine Freistellungsposition bewegt.A second trip method is used when small overcurrents occur and a longer switching time is acceptable. Then, according to the prior art, a method is used in which a bimetallic strip is used. The bimetallic strip may be surrounded or influenced by a heating coil, which is connected in series with the overcurrent path. Additionally or alternatively, the bimetallic strip itself can be connected in series with the overcurrent path. Depending on the current flowing, the bimetallic strip is bent in such a way that it moves the above-mentioned pressure piece of a magnetic release device into its release position.

Gemäß einer weiteren Auslösemöglichkeit ist vorgesehen, ein bewegliches Kontaktstück manuell in seine Offenstellung zu bewegen, indem ein Hebelmechanismus verwendet wird.According to a further triggering possibility is provided to move a movable contact piece manually in its open position by a lever mechanism is used.

Vor diesem Hintergrund ist aus der DE 10 2004 056 280 A1 ein Antrieb bekannt geworden, welcher ein magnetisch ausdehnbares MSMA-Material nutzt, um die oben erwähnten mechanischen Auslösemechanismen auszulösen.Against this background is from the DE 10 2004 056 280 A1 has become known a drive which uses a magnetically expandable MSMA material to trigger the above-mentioned mechanical release mechanisms.

MSMA steht für „Magnetic Shape Memory Alloy“. Das Einwirken eines transversalen magnetischen Felds kann bei einem MSMA-Material eine Dimensions- oder Formänderung um mehrere Prozent bewirken. Die Größe der Dimensionsänderung hängt von den Eigenschaften des MSMA-Materials und dessen Form ab.MSMA stands for "Magnetic Shape Memory Alloy". The action of a transverse magnetic field can cause a dimensional or shape change of several percent in an MSMA material. The size of the dimension change depends on the properties of the MSMA material and its shape.

Das MSMA-Material beginnt sich auszudehnen, sobald ein Strom einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Nachdem ein weiterer Schwellwert des Stroms überschritten ist, hat das MSMA-Material seine maximale Formänderung erreicht. Die Formänderung als Funktion der magnetischen Flussdichte zeigt üblicherweise eine relativ große Hysterese, so dass kristalline Veränderungen des MSMA-Materials verbleiben, auch wenn das magnetische Feld bereits unterhalb eines Schwellwerts des Felds gefallen ist. Die Stärke des magnetischen Felds ist proportional zum Strom, der durch die Auslösespule fließt, welche das magnetische Feld erzeugt.The MSMA material begins to expand as soon as a current exceeds a certain threshold. After another threshold value of the current is exceeded, the MSMA material has reached its maximum shape change. The change in shape as a function of magnetic flux density usually exhibits a relatively large hysteresis, so that crystalline changes of the MSMA material remain, even if the magnetic field has already fallen below a threshold value of the field. The strength of the magnetic field is proportional to the current flowing through the trip coil which generates the magnetic field.

Durch eine Feder ist eine Kraft auf das MSMA-Material ausübbar. Durch diese Kraft kann eine Reduktion der Ausdehnung des MSMA-Materials bereits bei höheren Werten des magnetischen Feldes beginnen. Genauso ist denkbar, eine Vergrößerung der Ausdehnung durch eine Kraft zu beeinflussen, insbesondere zu verzögern. Nachteilig ist jedoch, dass das Ausüben einer Kraft eine gewisse Reduzierung der maximalen Formänderung bewirkt. Häufig werden Kräfte durch linear wirkende oder nahezu linear wirkende Federn bewirkt. Ebenso können Kompressions- oder Ausdehnungsfedern verwendet werden.By a spring, a force on the MSMA material is exercisable. By this force, a reduction of the expansion of the MSMA material can already begin at higher values of the magnetic field. Likewise, it is conceivable to influence, in particular to delay, an increase in the extent by a force. The disadvantage, however, that the exercise of a force causes a certain reduction of the maximum change in shape. Often forces are caused by linear acting or almost linear acting springs. Likewise Compression or expansion springs are used.

Bestimmte Schaltungsspezifikationen erfordern, dass ein schnelles Ansteigen eines Stroms ein Auslösen innerhalb eines bestimmten Stromintervalls bewirkt. Der Prozess des Auslösens ist eng mit dem magnetischen Feld einer Auslösespule korreliert, welches die Formänderung des MSMA-Materials bewirkt.Certain circuit specifications require that a rapid increase in current cause a trip within a particular current interval. The process of triggering is closely correlated with the magnetic field of a trip coil which causes the shape change of the MSMA material.

Eine Feder, die eine Kraft ausübt, erlaubt es, das Stromintervall, innerhalb dessen ausgelöst wird, an bestimmte Forderungen anzupassen. Wenn die Kraft hoch ist, ist die maximale Formänderung geringer als sie bei einer kleineren Kraft sein würde.A spring, which exerts a force, makes it possible to adapt the current interval within which it is triggered to specific requirements. When the force is high, the maximum strain is less than it would be with a smaller force.

In einem Gehäuse eines Schaltgeräts ist der zur Verfügung stehende Raum limitiert. Des Weiteren ist die maximale Dimensionsänderung eines MSMA-Materials in einer Arbeitsrichtung ebenfalls begrenzt, beispielsweise auf 6% bezogen auf eine Ruheform oder Ausgangsform des MSMA-Materials, wenn kein magnetisches Feld wirkt.In a housing of a switching device, the available space is limited. Furthermore, the maximum dimensional change of an MSMA material in one working direction is also limited, for example, to 6% relative to a quiescent form or initial shape of the MSMA material when no magnetic field is acting.

Insoweit kann ein Schaltgerät bei Nutzung von Arbeitskörpern aus MSMA-Material nur über eine eng begrenzte Hubstrecke wirksam Kraft oder Impuls auf nachgelagerte Bauteile oder bewegliche Kontaktstücke ausüben.In that regard, a switching device can effectively exert force or impulse on downstream components or movable contacts when using workpieces made of MSMA material only over a narrow stroke distance.

Wenn ein Arbeitskörper aus einem MSMA-Material mit einer Ruhelänge Lk eine maximale Ausdehnungslänge Sk erreichen soll, um eine große Hubstrecke zu erlauben, könnte der Arbeitskörper nicht in einem Gehäuse angeordnet werden, dessen Länge kleiner als Lk ist.If a working body of an MSMA material having a rest length L k is to reach a maximum extension length S k to allow a long stroke, the working body could not be placed in a housing whose length is smaller than L k .

Hierdurch wäre es notwendig, das Gehäuse relativ groß auszulegen, um eine große Hubstrecke zu ermöglichen. Dann aber müsste ein komplexer Hubmechanismus konstruiert werden, der die auftretenden Raumprobleme bei Verwendung eines so großen Gehäuses wieder kompensiert.This would make it necessary to design the housing relatively large in order to allow a large stroke distance. But then a complex lifting mechanism would have to be constructed, which compensates for the space problems that occur when using such a large housing.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die Arbeitskörper aus MSMA-Material aufweist und bei kompaktem Aufbau erlaubt, die Hubstrecke eines Schaltgeräts möglichst lang zu gestalten.The invention is therefore an object of the invention to provide an arrangement, the working body of MSMA material and has a compact design allows to make the stroke distance of a switching device as long as possible.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention the above object is achieved by an arrangement with the features of claim 1.

Danach ist die eingangs genannte Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Arbeitskörper durch einen Mitnehmer aneinander gekoppelt sind, wobei bei einer Dimensionsänderung eines ersten Arbeitskörpers in einer Arbeitsrichtung ein zweiter Arbeitskörper als Ganzes in diese Arbeitsrichtung bewegbar ist.Thereafter, the aforementioned arrangement is characterized in that at least two working bodies are coupled to each other by a driver, wherein in a dimensional change of a first working body in a working direction, a second working body as a whole in this working direction is movable.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass zur Verlängerung der Hubstrecke mehrere Arbeitskörper zugleich bzw. parallel wirken müssen, wobei sich deren Einzelausdehnungen bzw. Einzelverlängerungen wirksam addieren müssen. Dies wird durch einen Mitnehmer erreicht. Beim Einwirken eines magnetischen Feldes dehnt sich ein erster Arbeitskörper in Arbeitsrichtung aus und nimmt einen zweiten Arbeitskörper in dieser Arbeitsrichtung mit. Der zweite Arbeitskörper dehnt sich ebenfalls in Arbeitsrichtung aus und nimmt bevorzugt einen weiteren Arbeitskörper mit. So kann eine Anordnung mit mehreren Arbeitskörpern eine Gesamthubstrecke ermöglichen, die größer ist als die Hubstrecke eines einzelnen Arbeitskörpers.According to the invention it has been recognized that to extend the stroke several work body must act simultaneously or in parallel, with their individual extensions or individual extensions must add effectively. This is achieved by a driver. Upon the action of a magnetic field, a first working body expands in the working direction and takes with it a second working body in this working direction. The second working body also expands in the working direction and preferably takes with it another working body. Thus, an arrangement with several working bodies allow a total stroke distance that is greater than the stroke distance of a single working body.

Vorteilhaft sind die Arbeitskörper parallel zueinander angeordnet, wobei deren jeweils größte Dimensionsänderung in Arbeitsrichtung erfolgt. Durch die parallele Anordnung können alle Arbeitskörper in die gleiche Arbeitsrichtung wirken.Advantageously, the working bodies are arranged parallel to one another, wherein each largest dimension change takes place in the working direction. Due to the parallel arrangement, all working bodies can act in the same working direction.

Alternativ oder zusätzlich ist mindestens ein Arbeitskörper länglich ausgebildet. Die längliche Ausbildung unterstützt eine Längenausdehnung des Arbeitskörpers während dessen Formänderung.Alternatively or additionally, at least one working body is elongated. The elongated formation supports a longitudinal expansion of the working body during its change in shape.

Weiter alternativ oder zusätzlich sind die Arbeitskörper in einem Gehäuse aufgenommen und/ oder geführt. Ein Gehäuse, insbesondere ein Plastikgehäuse, welches die gesamte Anordnung aufnimmt, ermöglicht, die Bewegung der Arbeitskörper in einer streng translatorischen Arbeitsrichtung zu führen.Next alternatively or additionally, the working bodies are accommodated and / or guided in a housing. A housing, in particular a plastic housing, which accommodates the entire arrangement, makes it possible to guide the movement of the working bodies in a strictly translational working direction.

Weiter vorteilhaft sind eine Anzahl (n) Arbeitskörper und eine Anzahl (n-1) Mitnehmer vorgesehen, wobei je zwei Arbeitskörper durch je einen Mitnehmer aneinander gekoppelt sind, wobei ein Arbeitskörper ausgehend von einer Ruheebene längs einer Gesamthubstrecke (nE) verfahrbar ist, die von der Anzahl (n) der Arbeitskörper abhängt und/ oder proportional zu dieser ist und wobei die Anzahl (n) größer gleich zwei ist. Hierdurch kann die Gesamthubstrecke nahezu beliebig groß eingestellt werden, wenn nur genügend Arbeitskörper geeignet angeordnet werden. Hier ist denkbar, fünf bis zehn Arbeitskörper in einem Gehäuse aufzunehmen. Konkret ist denkbar, die Arbeitskörper spiralförmig oder kreisförmig nebeneinander anzuordnen, um Platz zu sparen.Further advantageously, a number (n) working body and a number (n-1) driver are provided, each two working bodies are coupled to each other by a respective driver, wherein a working body, starting from a rest plane along a Gesamthubstrecke (nE) is movable, the from the number (n) of the working bodies depends on and / or is proportional to this and wherein the number (n) is greater than or equal to two. As a result, the total stroke distance can be set almost arbitrarily large, if only enough workpieces are arranged properly. Here is conceivable to include five to ten working body in a housing. Concretely, it is conceivable to arrange the working bodies in a spiral or circular arrangement next to one another in order to save space.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Mitnehmer einen Auflageschenkel zum Auflegen auf eine Arbeitsseite des ersten Arbeitskörpers und einen Schubschenkel zum Anlegen an eine Anschiebeseite des zweiten Arbeitskörpers auf, wobei der Auflageschenkel und der Schubschenkel starr miteinander verbunden sind. Hierdurch kann ein Arbeitskörper als Ganzes durch einen anderen in Arbeitsrichtung, aber auch wieder zurück in eine Ruheposition bewegt werden.According to a preferred embodiment, the driver has a support leg for placement on a working side of the first working body and a thrust leg for application to a thrust side of the second working body, wherein the support leg and the thrust leg are rigidly interconnected. This can be a Working body as a whole by another in the working direction, but also moved back to a rest position.

Weiter vorteilhaft ist der Mitnehmer im Querschnitt Z-förmig ausgebildet. Hierdurch können je zwei Arbeitskörper aneinander gekoppelt werden. Alternativ oder zusätzlich ist der Auflageschenkel vorteilhaft parallel zum Schubschenkel orientiert, wobei der Auflageschenkel und der Schubschenkel orthogonal zu einem starren Verbindungsschenkel angeordnet sind. Hierdurch ist eine platzsparende Anordnung von Arbeitskörpern in einer Reihe ermöglicht.Further advantageously, the driver is formed in cross-section Z-shaped. As a result, two working bodies can be coupled to each other. Alternatively or additionally, the support leg is advantageously oriented parallel to the thrust leg, wherein the support leg and the thrust leg are arranged orthogonal to a rigid connecting leg. As a result, a space-saving arrangement of working bodies in a row is possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf mindestens einen Arbeitskörper eine Kraft, bevorzugt die Kraft einer Feder, ausübbar, um die Dimensionsänderung zu beeinflussen, nämlich zu unterstützen oder zu hemmen oder rückgängig zu machen. Hierdurch können Hystereseeffekte kompensiert werden oder es kann eine Rückführung eines Arbeitskörpers in seine Ruheform beschleunigt werden. Ebenso ist denkbar, die Dimensionsänderung durch die Kraft dahingehend zu unterstützen, dass eine Ausdehnung in Arbeitsrichtung begünstigt wird.According to a further embodiment, a force, preferably the force of a spring, can be exerted on at least one working body in order to influence, namely to assist or to inhibit or reverse the dimensional change. As a result, hysteresis effects can be compensated or it can be accelerated a return of a working body in its resting form. It is also conceivable to support the dimensional change by the force in such a way that expansion in the working direction is favored.

Alternativ oder zusätzlich ist auf den Arbeitskörper die Kraft, bevorzugt die Kraft einer Feder, ausübbar, welcher ausgehend von einer Ruheebene am weitesten in Arbeitsrichtung bewegbar ist. Hierdurch wird der Arbeitskörper, der letztlich den Hub eines Antriebs mittelbar oder unmittelbar ausübt, zurück gestellt. Während der Rückstellung nimmt der Arbeitskörper die anderen durch Mitnehmer miteinander verbundenen Arbeitskörper entgegen der Arbeitsrichtung zurück.Alternatively or additionally, the force, preferably the force of a spring, can be exerted on the working body which, starting from a rest plane, can be moved furthest in the working direction. As a result, the working body, which ultimately or indirectly exerts the stroke of a drive, put back. During recovery, the work body retracts the other work bodies joined together by dogs in the opposite direction of travel.

Vorteilhaft sind die Arbeitskörper identisch ausgebildet. Hierdurch ist eine Auslegung eines Antriebs vereinfacht, da eine Gesamthubstrecke sich zu gleichen Teilen aus einzelnen Hubstrecken eines einzelnen Arbeitskörpers zusammensetzt. Die Gesamthubstrecke ist daher leicht berechenbar und konstruktiv planbar.Advantageously, the working bodies are identically formed. As a result, a design of a drive is simplified because a total stroke is composed in equal parts of individual stroke distances of a single working body. The total stroke is therefore easy to calculate and constructively planable.

Weiter vorteilhaft weist mindestens ein Arbeitskörper ein MSMA-Material auf oder ist aus diesem gefertigt. Hierdurch kann ein Arbeitskörper Schaltfunktionen unterstützen oder ausführen. Bevorzugt ist ein Arbeitskörper als Kristall, nämlich als MSMA-Kristall ausgebildet. MSMA-Materialien sind beispielhaft in der DE 10 2004 056 280 A1 hinsichtlich ihrer Zusammensetzung beschrieben.Further advantageously, at least one working body on an MSMA material or is made of this. This allows a working body to support or execute switching functions. Preferably, a working body is formed as a crystal, namely as an MSMA crystal. MSMA materials are exemplary in the DE 10 2004 056 280 A1 in terms of their composition.

Ein MSMA-Material nimmt zwei Zustandsformen an. Eine erste Konfiguration seiner Kristallstruktur, nämlich die Ursprungszustandsform, tritt in der Ruheform des Arbeitskörpers auf. Eine zweite Konfiguration seiner Kristallstruktur tritt in einem Anregungszustand des Arbeitskörpers auf. Die Änderung der Kristallstruktur führt zu einer Formänderung des Arbeitskörpers und damit zu einer Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung. Die Dimensionsänderung bewirkt bevorzugt eine Längenausdehnung, so dass der Arbeitskörper für Schaltfunktionen, insbesondere in einem Antrieb für ein Schaltgerät, genutzt werden kann.An MSMA material assumes two states. A first configuration of its crystal structure, namely the original state of form, occurs in the resting form of the working body. A second configuration of its crystal structure occurs in an excited state of the working body. The change in the crystal structure leads to a change in shape of the working body and thus to a dimensional change in at least one working direction. The dimensional change preferably causes a linear expansion, so that the working body can be used for switching functions, in particular in a drive for a switching device.

Bevorzugt umfasst daher ein Antrieb für ein Schaltgerät zur Stromunterbrechung eine Anordnung der hier beschriebenen Art.Therefore, a drive for a switching device for power interruption preferably comprises an arrangement of the type described here.

Weiter bevorzugt umfasst ein Schaltgerät zur Stromunterbrechung den zuvor genannten Antrieb. Das Schaltgerät umfasst weiter eine Kontaktstelle mit einem beweglichen Kontaktstück und einem feststehenden Kontaktstück und eine Auslösespule, mit welcher ein magnetisches Feld erzeugbar ist, welches auf die Anordnung einwirkt, wobei durch einen Arbeitskörper bei Einwirken des magnetischen Felds ein Gesamthub ausübbar ist und wobei der Arbeitskörper durch Ausüben des Gesamthubs die Kontaktstelle mittelbar oder unmittelbar öffnet. So kann die schnelle Reaktion eines MSMA-Materials auf magnetische Felder genutzt werden, wobei die magnetischen Felder durch Ströme, insbesondere Kurzschlussströme oder Überströme, erzeugt werden.More preferably, a switching device for power interruption comprises the aforementioned drive. The switching device further comprises a contact point with a movable contact piece and a fixed contact piece and a trip coil, with which a magnetic field can be generated, which acts on the arrangement, wherein by a working body under the action of the magnetic field, a total stroke is exercised and wherein the working body through Exercising the total stroke opens the contact point directly or indirectly. Thus, the rapid response of an MSMA material to magnetic fields can be exploited, the magnetic fields being generated by currents, in particular short-circuit currents or overcurrents.

In der Zeichnung zeigen

  • 1 eine Anordnung zur Verlängerung der Gesamthubstrecke eines Antriebs, wobei die Anordnung drei Arbeitskörper und z-förmige Mitnehmer umfasst,
  • 2 die Hauptkomponenten des Antriebs, nämlich einen ferromagnetischen Kern, eine Auslösespule mit zwei Windungsblöcken, welche jeweils zehn Windungen haben, und eine Anordnung gemäß 5 mit drei Arbeitskörpern, welche als MSMA-Kristalle ausgebildet sind,
  • 3 den ferromagnetischen Kern in transparenter Darstellung,
  • 4 den ferromagnetischen Kern in transparenter und die Auslösespule in verborgener Darstellung, und
  • 5 die Anordnung, welche in einen Antrieb mit den Hauptkomponenten gemäß 2 eingebettet ist.
In the drawing show
  • 1 an arrangement for extending the total stroke distance of a drive, the arrangement comprising three working bodies and Z-shaped drivers,
  • 2 the main components of the drive, namely a ferromagnetic core, a trip coil with two winding blocks, each having ten turns, and an arrangement according to 5 with three working bodies, which are designed as MSMA crystals,
  • 3 the ferromagnetic core in a transparent representation,
  • 4 the ferromagnetic core in transparent and the trigger coil in hidden representation, and
  • 5 the arrangement, which in a drive with the main components according to 2 is embedded.

1 zeigt schematisch und 5 zeigt konkret eine Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, umfassend mindestens einen Arbeitskörper 1a der unter Einwirkung eines magnetischen Felds eine Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung ausführt. Die Arbeitsrichtung ist in 1 rechts als Pfeil dargestellt. 1 shows schematically and 5 shows concretely an arrangement for use in the drive of a switching device for power interruption, comprising at least one working body 1a which under the action of a magnetic field performs a dimensional change in at least one working direction. The working direction is in 1 shown on the right as an arrow.

Mindestens zwei Arbeitskörper 1a, 1b sind durch einen Mitnehmer 2a aneinander gekoppelt, wobei bei einer Dimensionsänderung eines ersten Arbeitskörpers 1a in der Arbeitsrichtung ein zweiter Arbeitskörper 1b als Ganzes in diese Arbeitsrichtung bewegbar ist. At least two working bodies 1 a, 1 b are coupled to one another by a driver 2 a, wherein a second working body 1 b as a whole is movable in this working direction in the case of a dimensional change of a first working body 1 a in the working direction.

Der zweite Arbeitskörper 1b wird vom ersten Arbeitskörper 1a mitgenommen, ein dritter Arbeitskörper 1c wird vom zweiten Arbeitskörper 1b mitgenommen, wenn sich dieser in Arbeitsrichtung ausdehnt. Konkret sind drei Arbeitskörper 1a-c vorgesehen, welche sich kaskadenartig, aber zugleich in Arbeitsrichtung ausdehnen.The second working body 1b is taken along by the first working body 1a, a third working body 1c is taken along by the second working body 1b when it expands in the working direction. Specifically, three working bodies 1a-c are provided, which extend in a cascading manner but at the same time in the working direction.

Die Arbeitskörper 1a - c sind parallel zueinander angeordnet, wobei deren jeweils größte Dimensionsänderung in Arbeitsrichtung erfolgt. Alle Arbeitskörper 1a - c sind länglich ausgebildet. Die Arbeitskörper 1a - c sind in einem Gehäuse 3 aufgenommen und geführt, welches in den 2 bis 4 dargestellt ist. Das Gehäuse 3 weist eine Führungsstruktur 4 zur translatorischen Führung der Arbeitskörper 1a - c auf.The working body 1a - c are arranged parallel to each other, wherein each largest dimension change takes place in the working direction. All working bodies 1a - c are elongated. The working body 1a - c are in a housing 3 taken and led, which in the 2 to 4 is shown. The housing 3 has a leadership structure 4 for translational guidance of the working body 1a - c on.

1, 2 und 5 zeigen, dass eine Anzahl, nämlich drei (n=3), Arbeitskörper 1a - c und eine Anzahl, nämlich zwei (n-1=2), Mitnehmer 2a, 2b vorgesehen sind. 1 . 2 and 5 show that a number, namely three (n = 3), working body 1a - c and a number, namely two (n-1 = 2), driver 2a, 2b are provided.

Je zwei Arbeitskörper 1a, 1b bzw. 1b, 1c sind durch je einen Mitnehmer 2a bzw. 2b aneinander gekoppelt, wobei ein Arbeitskörper 1c ausgehend von einer Ruheebene längs einer Gesamthubstrecke 3E verfahrbar ist, die von der Anzahl der Arbeitskörper 1a - c abhängt und proportional zu dieser ist. Die Anzahl n beträgt drei und ist größer als zwei.Each two working bodies 1a, 1b and 1b, 1c are coupled to each other by a respective driver 2a and 2b, wherein a working body 1c, starting from a rest plane along a Gesamthubstrecke 3E is movable, which depends on the number of working body 1a - c depends and is proportional to this. The number n is three and is greater than two.

Selbstverständlich kann n auch größer als drei sein. Sobald alle als MSMA-Kristalle ausgebildete Arbeitskörper 1a - c in der Anordnung verlängert sind, weil nämlich ein transversales magnetisches Feld B wirkt, dehnt sich ein erster Arbeitskörper 1a aus und nimmt den zweiten Arbeitskörper 1b mit, welcher mit diesem über den Mitnehmer 2a als Übertragungsprofil verbunden ist.Of course, n can also be greater than three. Once all designed as MSMA crystals working body 1a - c are extended in the arrangement, namely, because a transverse magnetic field B acts, a first working body 1a expands and takes the second working body 1b, which is connected thereto via the driver 2a as a transmission profile.

So wird das gesamte Ausdehnungsvermögen einer Anordnung mit n MSMA-Kristallen um den Faktor n auf eine Strecke n x E verlängert, wobei E die Längenausdehnung lediglich eines MSMA-Kristalls darstellt.Thus, the total expansibility of an array with n MSMA crystals is extended by a factor of n to a distance n x E, where E represents the length extension of only one MSMA crystal.

Dies ist in 1 auf der rechten Seite schematisch dargestellt.This is in 1 shown schematically on the right side.

1, 2 und 5 zeigen, dass ein Mitnehmer 2a einen Auflageschenkel 5a zum Auflegen auf eine Arbeitsseite des ersten Arbeitskörpers 1a und einen Schubschenkel 6a zum Anlegen an eine Anschiebeseite des zweiten Arbeitskörpers 1b aufweist, wobei der starre Auflageschenkel 5a und der starre Schubschenkel 6a starr miteinander verbunden sind. 1 . 2 and 5 show that a driver 2a a support leg 5a for laying on a working side of the first working body 1a and a pushing leg 6a for application to a push-side of the second working body 1 b, wherein the rigid support leg 5a and the rigid Schubschenkel 6a are rigidly connected.

Der Mitnehmer 2a ist im Querschnitt Z-förmig ausgebildet und der Auflageschenkel 5a ist parallel zum Schubschenkel 6a orientiert, wobei der Auflageschenkel 5a und der Schubschenkel 6a orthogonal zu einem starren Verbindungsschenkel 7a angeordnet sind.The driver 2a is Z-shaped in cross-section and the support leg 5a is parallel to the thrust leg 6a oriented, wherein the support leg 5a and the Schubschenkel 6a orthogonal to a rigid connecting leg 7a are arranged.

Durch die Starre des gesamten Mitnehmers 2a wird sichergestellt, dass der Mitnehmer 2a eine Formänderung oder Längenausdehnung eines Arbeitskörpers 1a ohne eigenes Deformationsverhalten transportiert. Hierdurch werden die Abstände der Arbeitsseiten zweier benachbarter Arbeitskörper fixiert.The rigidity of the entire driver 2a ensures that the driver 2a transports a change in shape or longitudinal extent of a working body 1a without its own deformation behavior. As a result, the distances of the working sides of two adjacent working bodies are fixed.

1 zeigt konkret eine Anordnung von drei Kristallen. Die Arbeitsseite, nämlich die Oberfläche des ersten, linken Kristalls ist mit der Anschiebeseite, nämlich der Grundfläche, des zweiten, mittleren Kristalls durch den z-förmigen Mitnehmer 2a verbunden. Üblicherweise ist die Oberfläche eine n-ten Kristalls mit der Grundfläche eine n+1-ten-Kristalls verbunden, indem ein z-förmiger Mitnehmer verwendet wird. 1 shows concretely an arrangement of three crystals. The working side, namely the surface of the first, left crystal is connected to the push-side, namely the base, of the second, middle crystal by the z-shaped driver 2a. Usually, the surface of an n-th crystal is bonded to the base of an n + 1-th crystal by using a z-shaped tang.

Der Querschnitt jedes Kristalls bestimmt die Kraft, die dieser in einem Antrieb ausüben kann. Die gesamte Kraft, die ein Antrieb ausüben muss, wird durch die jeweilige Anwendung und die während dieser zu überwindende Lastkraft festgelegt.The cross section of each crystal determines the force it can exert in one drive. The total force that a drive must exert is determined by the particular application and the load force to be overcome during this operation.

Daher ist der Querschnitt eines Kristalls oder Arbeitskörpers 1a - c einer der kritischen Designparameter beim Entwerfen eines Antriebs. Eine Auslösespule 8, wie sie in 2 und 3 dargestellt ist, muss daher in einer solchen Weise ausgestaltet werden, dass die kritische magnetische Flussdichte erreicht wird, um eine Formänderung des Kristalls oder Arbeitskörpers 1a - c herbeizuführen.Therefore, the cross section of a crystal or working body 1a - c one of the critical design parameters in designing a drive. A trip coil 8th as they are in 2 and 3 Therefore, it must be designed in such a way that the critical magnetic flux density is achieved to change the shape of the crystal or working body 1a - c bring about.

Vor diesem Hintergrund zeigt 1 schematisch, dass auf mindestens einen Arbeitskörper 1c eine Kraft ausübbar ist, um die Dimensionsänderung zu beeinflussen, nämlich zu hemmen oder rückgängig zu machen. Es ist auf den Arbeitskörper 1c eine Kraft ausübbar, welcher ausgehend von einer Ruheebene am weitesten in Arbeitsrichtung bewegbar ist. Die Kraft wird von einer Feder ausgeübt.Against this background shows 1 schematically that on at least one working body 1c a force is exercisable to influence the dimensional change, namely to inhibit or reverse. It is on the working body 1c a force exercisable, which is starting from a resting plane furthest in the working direction movable. The force is exerted by a spring.

In 4 und 5 ist besonders deutlich gezeigt, dass die Arbeitskörper 1a - c identisch ausgebildet sind. Jeder Arbeitskörper 1a- c ist aus einem MSMA-Material gefertigt. In 4 and 5 is particularly clearly shown that the working body 1a - c are identical. Each working body 1a-c is made of an MSMA material.

Die 2 bis 5 zeigen die Hauptkomponenten eines Antriebs für ein Schaltgerät zur Stromunterbrechung, wobei dieser eine Anordnung mit Arbeitskörpern 1a - c umfasst, die besonders deutlich in 5 dargestellt ist.The 2 to 5 show the main components of a drive for a switching device for Power interruption, this being an arrangement with work bodies 1a - c includes, which is particularly evident in 5 is shown.

Ein solcher Antrieb ist Teil eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, welches eine Kontaktstelle mit einem beweglichen Kontaktstück und einem feststehenden Kontaktstück umfasst. Das Schaltgerät umfasst weiter eine Auslösespule 8, mit welcher ein magnetisches Feld erzeugbar ist, welches auf die Anordnung einwirkt, wobei durch einen Arbeitskörper 1c bei Einwirken des magnetischen Felds ein Gesamthub ausübbar ist und wobei der Arbeitskörper 1c durch Ausüben des Gesamthubs die Kontaktstelle mittelbar oder unmittelbar öffnet.Such a drive is part of a switching device for power interruption, which comprises a contact point with a movable contact piece and a fixed contact piece. The switching device further comprises a tripping coil 8th , with which a magnetic field can be generated, which acts on the arrangement, wherein by a working body 1c upon application of the magnetic field, a total stroke is exercised and the working body 1c opens the contact point indirectly or directly by exerting the total stroke.

Der prinzipielle Aufbau eines Schaltgeräts ist beispielhaft der DE 10 2004 056 280 A1 entnehmbar, ohne dass die hier beschriebene Lehre darauf beschränkt ist.The basic structure of a switching device is exemplary of DE 10 2004 056 280 A1 removable, without the teaching described herein is limited thereto.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1a - c1a - c
Arbeitskörperworking body
2a - b2a - b
Mitnehmertakeaway
33
Gehäusecasing
44
Führungsstrukturmanagement structure
5a5a
Auflageschenkelsupporting leg
6a6a
Schubschenkelthrust legs
7a7a
Verbindungsschenkelconnecting leg
88th
Auslösespuletrip coil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004056280 A1 [0002, 0009, 0032, 0056]DE 102004056280 A1 [0002, 0009, 0032, 0056]

Claims (10)

Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, umfassend mindestens einen Arbeitskörper (1a - c), der unter Einwirkung eines magnetischen Felds (B) und/ oder einer Temperaturänderung eine Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Arbeitskörper (1a, 1b) durch einen Mitnehmer (2a) aneinander gekoppelt sind, wobei bei einer Dimensionsänderung eines ersten Arbeitskörpers (1a) in einer Arbeitsrichtung ein zweiter Arbeitskörper (1b) als Ganzes in diese Arbeitsrichtung bewegbar ist.Arrangement for use in the drive of a switching device for interrupting power, comprising at least one working body (1a-c) which under the action of a magnetic field (B) and / or a temperature change performs a dimensional change in at least one working direction, characterized in that at least two working bodies ( 1a, 1b) by a driver (2a) are coupled to each other, wherein in a dimensional change of a first working body (1a) in a working direction, a second working body (1b) as a whole in this working direction is movable. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskörper (1a - c) parallel zueinander angeordnet sind, wobei deren jeweils größte Dimensionsänderung in Arbeitsrichtung erfolgt und/ oder dass mindestens ein Arbeitskörper (1a - c) länglich ausgebildet ist und/ oder dass die Arbeitskörper (1a - c) in einem Gehäuse (3) aufgenommen und/ oder geführt sind.Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the working bodies (1a - c) are arranged parallel to each other, wherein each largest dimension change takes place in the working direction and / or that at least one working body (1a - c) is elongated and / or that the working body (1a - c ) are received and / or guided in a housing (3). Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl (n) Arbeitskörper (1a - c) und eine Anzahl (n-1) Mitnehmer (2a, 2b) vorgesehen sind, wobei je zwei Arbeitskörper (1a, 1b, 1b, 1c) durch je einen Mitnehmer (2a, 2b) aneinander gekoppelt sind, wobei ein Arbeitskörper (1c) ausgehend von einer Ruheebene längs einer Gesamthubstrecke (nE) verfahrbar ist, die von der Anzahl (n) der Arbeitskörper (1a - c) abhängt und/ oder proportional zu dieser ist und wobei die Anzahl (n) größer gleich 2 ist.Arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that a number (n) working body (1a - c) and a number (n-1) driver (2a, 2b) are provided, each two working bodies (1a, 1b, 1b, 1c) by a respective driver (2a, 2b) are coupled to each other, wherein a working body (1c), starting from a rest plane along a total stroke distance (nE) is movable, which depends on the number (n) of the working body (1a - c) and / or is proportional to this and wherein the number (n) is greater than or equal to 2. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (2a) einen Auflageschenkel (5a) zum Auflegen auf eine Arbeitsseite des ersten Arbeitskörpers (1a) und einen Schubschenkel (6a) zum Anlegen an eine Anschiebeseite des zweiten Arbeitskörpers (1b) aufweist, wobei der Auflageschenkel (5a) und der Schubschenkel (6a) starr miteinander verbunden sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the driver (2a) has a support leg (5a) for placement on a working side of the first working body (1a) and a pushing leg (6a) for application to a thrust side of the second working body (1b) , wherein the support leg (5a) and the push arm (6a) are rigidly connected together. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (2a) im Querschnitt Z-förmig ausgebildet ist und/ oder dass der Auflageschenkel (5a) parallel zum Schubschenkel (6a) orientiert ist, wobei der Auflageschenkel (5a) und der Schubschenkel (6a) orthogonal zu einem starren Verbindungsschenkel (7a) angeordnet sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the driver (2a) is Z-shaped in cross section and / or that the support leg (5a) is oriented parallel to the thrust leg (6a), wherein the support leg (5a) and the thrust leg (6a) are arranged orthogonal to a rigid connecting leg (7a). Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einen Arbeitskörper (1c) eine Kraft ausübbar ist, um die Dimensionsänderung zu beeinflussen, nämlich zu unterstützen oder zu hemmen oder rückgängig zu machen, und/ oder dass auf den Arbeitskörper (1c) eine Kraft ausübbar ist, welcher ausgehend von einer Ruheebene am weitesten in Arbeitsrichtung bewegbar ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on at least one working body (1c) a force is exercisable to influence the dimensional change, namely to assist or inhibit or undo, and / or that on the working body (1c) a force is exercisable which, starting from a rest plane, is movable furthest in the working direction. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskörper (1a - c) identisch ausgebildet sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the working bodies (1a - c) are identical. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitskörper (1a - c) ein MSMA-Material aufweist oder aus diesem gefertigt ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one working body (1a - c) comprises an MSMA material or is made of this. Antrieb für ein Schaltgerät zur Stromunterbrechung, umfassend eine Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche.Drive for a switching device for power interruption, comprising an arrangement according to one of the preceding claims. Schaltgerät zur Stromunterbrechung, umfassend einen Antrieb nach Anspruch 9, eine Kontaktstelle mit einem beweglichen Kontaktstück und einem feststehenden Kontaktstück und eine Auslösespule (8), mit welcher ein magnetisches Feld erzeugbar ist, welches auf die Anordnung einwirkt, wobei durch einen Arbeitskörper (1c) bei Einwirken des magnetischen Felds ein Gesamthub ausübbar ist und wobei der Arbeitskörper (1c) durch Ausüben des Gesamthubs die Kontaktstelle mittelbar oder unmittelbar öffnet.Switching device for power interruption, comprising a drive to Claim 9 , a contact point with a movable contact piece and a fixed contact piece and a tripping coil (8) with which a magnetic field can be generated, which acts on the arrangement, wherein by a working body (1c) upon application of the magnetic field, a total stroke is exercised and wherein the working body (1c) opens the contact point indirectly or directly by exerting the total stroke.
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