DE102017102785A1 - Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts - Google Patents

Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts Download PDF

Info

Publication number
DE102017102785A1
DE102017102785A1 DE102017102785.8A DE102017102785A DE102017102785A1 DE 102017102785 A1 DE102017102785 A1 DE 102017102785A1 DE 102017102785 A DE102017102785 A DE 102017102785A DE 102017102785 A1 DE102017102785 A1 DE 102017102785A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
working body
conductor
conductor sections
arrangement according
abutment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017102785.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Sebastian Breisch
Günter Mechler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Priority to DE102017102785.8A priority Critical patent/DE102017102785A1/de
Publication of DE102017102785A1 publication Critical patent/DE102017102785A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/40Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00Thermally-actuated switches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24Electromagnetic mechanisms
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00Magnetostrictive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/40Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms
    • H01H2071/407Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms the thermal element being heated by the coil of the electromagnetic mechanism
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/034Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H using magnetic shape memory [MSM] also an austenite-martensite transformation, but then magnetically controlled
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/14Electrothermal mechanisms
    • H01H71/145Electrothermal mechanisms using shape memory materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2454Electromagnetic mechanisms characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Eine Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, umfassend mindestens einen Arbeitskörper (1), der unter Einwirkung eines magnetischen Felds und/ oder einer Temperaturänderung eine Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung ausführt, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Anordnung anzugeben, die unter Vermeidung von Leistungsverlusten ein möglichst großes magnetisches Feld für einen Arbeitskörper, umfassend ein MSMA-Material, erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskörper zwischen mindestens zwei oder nur zwei Leiterabschnitten (2a, 2b, 3a, 3b) angeordnet ist, welche durch mindestens eine oder nur eine Leiterbasis (4a, 4b) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leiterbasis (4a, 4b) einem Anlageende des Arbeitskörpers (1) zugewandt ist, welches sich gegen ein Widerlager abstützt, und wobei durch die Leiterabschnitte (2a, 2b, 3a, 3b) ein magnetisches Feld erzeugbar ist.

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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß einer weiteren Auslösemöglichkeit ist vorgesehen, ein bewegliches Kontaktstück manuell in seine Offenstellung zu bewegen, indem ein Hebelmechanismus verwendet wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Insbesondere Schaltgeräte zur Stromunterbrechung, die bei relativ hohen Strömen, nämlich über 100 A, verwendet werden, benötigen einen niedrigen Widerstand, um Leistungsverluste gering zu halten, welche durch das Schaltgerät bewirkt werden. Der Leistungsverlust hängt eng mit dem Widerstand der Auslösespule zusammen, die das magnetische Feld für einen Arbeitskörper eines MSMA-Antriebs erzeugt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die unter Vermeidung von Leistungsverlusten ein möglichst großes magnetisches Feld für einen Arbeitskörper, umfassend ein MSMA-Material, erzeugt.
  • Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Danach ist die eingangs genannte Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskörper zwischen mindestens zwei oder nur zwei Leiterabschnitten angeordnet ist, welche durch mindestens eine oder nur eine Leiterbasis miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leiterbasis einem Anlageende des Arbeitskörpers zugewandt ist, welches sich gegen ein Widerlager abstützt, und wobei durch die Leiterabschnitte ein magnetisches Feld erzeugbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass eine Reduktion der Zahl der Windungen einer Auslösespule in Kombination mit einem optimierten Leiter mit hoher Querschnittsfläche und geringer Länge stationäre Verluste vermindert. Weiter ist erkannt worden, dass nur eine Windung, die nach Art eines Topfes um den Arbeitskörper geführt wird, ausreichend ist, um ein ausreichend starkes magnetisches Feld zu erzeugen.
  • Vorteilhaft ist die Leiterbasis als Widerlager ausgebildet oder mit einem Widerlager verbunden, wobei am Anlageende des Arbeitskörpers eine Grundfläche ausgebildet ist, welche am Widerlager anliegt, und wobei der Arbeitskörper mit einem Arbeitsende von der Leiterbasis abragt. Hierdurch kann sich der Arbeitskörper gegen das Widerlager abstützen und eine große Kraft in Arbeitsrichtung ausüben, um eine Kontaktstelle zu öffnen.
  • Weiter vorteilhaft ist der Arbeitskörper als länglicher Block oder Quader ausgebildet. Die Expansion des Arbeitskörpers, nämlich seine Längenausdehnung, ist hierdurch besonders stark in Arbeitsrichtung ausgeprägt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Leiterabschnitte jeweils eine C-förmige Querschnittsfläche auf, wobei die eingebuchteten Seiten der Leiterabschnitte dem Arbeitskörper zugewandt sind. Bevorzugt ist der Arbeitskörper in den Buchten zumindest teilweise beidseitig aufgenommen. Hierdurch wird der Arbeitskörper während seiner Expansion in Arbeitsrichtung geführt.
  • Der Arbeitskörper ist in einer Art Topf aufgenommen, dessen Boden die Leiterbasis bildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Leiterabschnitte jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Hierdurch ist die Fertigung der Anordnung vereinfacht. Ein ferromagnetischer Kern kann relativ leicht mit den Leiterabschnitten kombiniert werden.
  • Vor diesem Hintergrund sind die Leiterabschnitte bevorzugt zumindest abschnittsweise oder vollständig von einem ferromagnetischen Kern umgeben. Hierdurch kann das magnetische Feld gut in den Arbeitskörper geführt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich sind die Leiterabschnitte von einem ferromagnetischen Kern umgeben, der mit Ausstülpungen in Hohlräume zwischen dem Arbeitskörper und den Leiterabschnitten eingreift. Hierdurch wird das magnetische Feld besonders gut geführt.
  • Weiter vorteilhaft bilden die Leiterabschnitte eine Schleife, in welcher ein Freiraum für ein Auslöseelement gebildet ist, welches durch den Arbeitskörper mittelbar oder unmittelbar betätigbar ist. Das Auslöseelement kann als Hebel ausgebildet sein, mit dem eine Kontaktstelle eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung geöffnet werden kann.
  • 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.
  • 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.
  • Bevorzugt umfasst daher ein Antrieb für ein Schaltgerät zur Stromunterbrechung eine Anordnung der hier beschriebenen Art.
  • 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, wobei durch den 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.
  • Figurenliste
    • 1 eine Schnittansicht einer Anordnung, bei welcher zwei Leiterabschnitte mit C-förmiger Querschnittsfläche in entgegengesetzter Richtung von einem Strom durchflossen sind, wobei der Arbeitskörper als Kristall aus einem MSMA-Material und als Quader ausgebildet ist, wobei der Arbeitskörper zwischen den Leiterabschnitten eingebettet ist und wobei der Arbeitskörper eine Grundfläche mit der Form der Leiterbasis der zwei Leiterabschnitte aufweist,
    • 2 eine perspektivische Ansicht der Anordnung gemäß 1 in transparenter Darstellung,
    • 3 eine Schnittansicht einer Anordnung mit zwei Leiterabschnitten mit C-förmiger Querschnittsfläche, welche in entgegengesetzter Richtung von einem Strom durchflossen sind, wobei kein ferromagnetischer Kern vorgesehen ist, wobei das resultierende magnetische Feld oder Dipolfeld hoch homogen innerhalb des Volumens des Arbeitskörpers verläuft, der von den Leiterabschnitten umgeben ist, und wobei die Pfeilspitzen die Orientierung des magnetischen Flusses zeigen,
    • 4 eine Schnittansicht einer Anordnung mit zwei Leiterabschnitten mit rechteckiger Querschnittsfläche, welche in entgegengesetzter Richtung von einem Strom durchflossen sind, und einem ferromagnetischen Kern, wobei das resultierende magnetische Feld oder Dipolfeld hoch homogen innerhalb des Volumens des Arbeitskörpers verläuft, der von den Leiterabschnitten umgeben ist, und wobei die Pfeilspitzen die Orientierung des magnetischen Flusses zeigen,
    • 5 eine Anordnung mit zwei bandförmigen Leiterabschnitten, die in entgegengesetzter Richtung von einem Strom durchflossen sind, wobei der Arbeitskörper als Kristall aus einem MSMA-Material und als länglicher Block, nämlich als Quader, ausgebildet ist, und wobei die Pfeile die Richtung des Stromflusses und das Kreuz die Richtung des magnetischen Flusses in der länglichen Stromschleife anzeigen,
    • 6 eine Anordnung in perspektivischer und transparenter Ansicht, wobei der Arbeitskörper zwischen den Leiterabschnitten und den Polschuhen eines ferromagnetischen Kerns eingebettet ist und wobei der Arbeitskörper eine Grundfläche mit der Form der Leiterbasis der zwei Leiterabschnitte aufweist oder annimmt,
    • 7 eine Schnittansicht einer Anordnung mit einem ferromagnetischen Kern, der Ausstülpungen mit T-förmiger Querschnittsfläche aufweist, wobei ein Querbalken eines Ts die gleiche Breite wie der anliegende Arbeitskörper aufweist, wobei hohle Pfeile und Symbole den einkommenden und ausgehenden Strom zeigen und wobei die gefüllten Pfeile die Richtung des magnetischen Flusses zeigen, und
    • 8 eine Schnittansicht einer Anordnung mit mehr als einer Windung.
  • 1 und 2 zeigen eine Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, umfassend mindestens einen Arbeitskörper 1, der unter Einwirkung eines magnetischen Felds und/ oder einer Temperaturänderung eine Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung ausführt.
  • Der Arbeitskörper 1 ist zwischen nur zwei Leiterabschnitten 2a, 3a angeordnet, welche durch nur eine Leiterbasis 4a miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leiterbasis 4a einem Anlageende des Arbeitskörpers 1 zugewandt ist, welches sich gegen ein Widerlager abstützt, und wobei durch die Leiterabschnitte 2a, 3a ein magnetisches Feld erzeugbar ist.
  • Die Leiterbasis 4a ist als Widerlager ausgebildet, wobei am Anlageende des Arbeitskörpers 1 eine Grundfläche 5 ausgebildet ist, welche am Widerlager anliegt, und wobei der Arbeitskörper 1 mit einem Arbeitsende von der Leiterbasis 4a in Arbeitsrichtung abragt.
  • Der Arbeitskörper 1 ist als länglicher Block ausgebildet. Der Block weist eine quadratische Grundfläche 5 auf und erstreckt sich in Arbeitsrichtung. Auch eine rechteckige Grundfläche ist denkbar.
  • Die Leiterabschnitte 2a, 3a weisen jeweils eine C-förmige Querschnittsfläche auf, wobei die eingebuchteten Seiten der Leiterabschnitte 2a, 3a dem Arbeitskörper 1 zugewandt sind.
  • Der Arbeitskörper 1 ist aus einem MSMA-Material gefertigt. Konkret ist der Arbeitskörper 1 als MSMA-Kristall ausgebildet.
  • Die Ausdehnung eines MSMA-Materials kann durch einen Temperaturanstieg verursacht werden, welcher reversibel den Phasenstatus des kristallinen Materials von einem martensitischen zu einem anderen kristallinen Status verändert.
  • Wenn beide Effekte miteinander kombiniert genutzt werden, können eine magnetische Auslöseeinrichtung, bei welchem eine Auslösespule verwendet wird, und eine Auslöseeinrichtung, die einen Temperaturanstieg und beispielsweise ein Bimetall nutzt, durch eine einzige Auslöseeinrichtung ersetzt werden, welche ein MSMA-Material nutzt.
  • 1 und 2 zeigen vor diesem Hintergrund eine Anordnung mit einem Leiter, der zwei Leiterabschnitte 2a, 3a mit C-förmiger Querschnittsfläche umfasst. Die Leiterabschnitte 2a, 3a umfangen zwischen sich den Arbeitskörper 1, der aus einem MSMA-Material gefertigt ist, nämlich als Kristall oder MSMA-Kristall ausgebildet ist.
  • Die Auslösespule dieser Anordnung umfasst nur eine Windung, welche durch parallele Leiterabschnitte 2a, 3a gebildet ist. Die Leiterabschnitte 2a, 3a sind an ihren ersten Enden durch die Leiterbasis 4a verbunden, welche orthogonal zur Erstreckung der parallel zueinander angeordneten Leiterabschnitte 2a, 3a orientiert ist, wobei die parallelen Leiterabschnitte 2a, 3a jeweils eine C-förmige Querschnittsfläche aufweisen.
  • An den anderen Enden sind die parallelen Leiterabschnitte 2a, 3a nicht miteinander verbunden. Ein Ende eines ersten parallelen Leiterabschnitts 3a ist mit einem eingehenden Eingangsleiter 6 und ein Ende eines zweiten Leiterabschnitts 2a ist mit einem ausgehenden Ausgangsleiter 7 verbunden.
  • Die C-Form der parallelen Leiterabschnitte 2a, 3a, die sich mit der offenen Seite des C-Profils einander gegenüberliegen, erlaubt es, den länglichen MSMA-Kristall in die Aussparung 8 zwischen den parallelen Leiterabschnitten 2a, 3a zu schieben, bis er die verbindende Leiterbasis 4a am unteren Ende der parallelen Leiterabschnitte 2a, 3a berührt.
  • Sobald der MSMA-Kristall sich parallel zur Erstreckung der C-förmigen Leiterabschnitte 2a, 3a, nämlich in Arbeitsrichtung, ausdehnt, weist er eine Grundfläche 5 auf, welche die Form der Leiterbasis 4a zeigt, welche die zwei Leiterabschnitte 2a, 3a verbindet.
  • Daher kann sich der MSMA-Kristall nur in einer Richtung ausdehnen und eine Antriebsfunktion ausüben. Der sich ausdehnende oder schrumpfende MSMA-Kristall wird durch die parallelen Leiterabschnitte 2a, 3a geführt.
  • Im Bereich der nicht verbundenen Enden der C-förmigen Leiterabschnitte 2a, 3a können sich der MSMA-Kristall oder nachgelagerte oder benachbarte Teile frei bewegen und in der Erstreckungsrichtung der parallelen Leiterabschnitte 2a, 3a arbeiten.
  • Die Ausdehnung des MSMA-Materials kann durch einen hohen Strom verursacht werden, welcher ein ausreichend hohes magnetisches Feld oder Dipolfeld erzeugt. Solche Felder sind in 3 und 4 dargestellt. 3 und 4 zeigen Flussverteilungen ohne und mit einem ferromagnetischen Kern 9b.
  • 3 zeigt eine Anordnung mit Leiterabschnitten 2a, 3a, die im Bereich des Arbeitskörpers 1, eine C-förmige Querschnittsfläche aufweisen. Es ist kein ferromagnetischer Kern vorgesehen.
  • 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Leiterabschnitte 2b, 3b im Bereich des Arbeitskörpers 1 jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen.
  • Die Leiterabschnitte 2b, 3b sind zumindest abschnittsweise von einem ferromagnetischen Kern 9b umgeben.
  • Es ist auch denkbar, dass ein ferromagnetischer Kern 9a, wie er in 5 gezeigt ist, die C-förmigen Leiterabschnitte 2a, 3a umgibt. Hierdurch wird der magnetische Fluss, der durch den Strom in den Leiterabschnitten 2a, 3a erzeugt wird, signifikant erhöht.
  • Die Flussstrecke über das MSMA-Material zeigt eine niedrige Permeabilität. Luftlücken zwischen dem ferromagnetischen Kern 9a und dem MSMA-Material zeigen ebenfalls eine niedrige Permeabilität. Daher ist der ferromagnetische Kern 9a bevorzugt in einer solchen Weise ausgebildet, dass diese Pfade so kurz wie möglich sind.
  • Dies kann durch enge Luftlücken zwischen dem ferromagnetischen Kern 9a und dem MSMA-Material erreicht werden. Eine rechteckige Querschnittsfläche des MSMA-Materials, mit einer kürzeren Seite in Richtung des magnetischen Flusses orientiert, kann dies ebenfalls erreichen.
  • In manchen Figuren zeigt der Arbeitskörper 1 aus einem MSMA-Material beispielhaft eine quadratische Querschnittsfläche. Die vom Arbeitskörper 1 ausübbare Kraft ist proportional zu der Fläche des Arbeitskörpers 1, welche sich in Arbeitsrichtung bewegt.
  • 6 zeigt Leiterabschnitte 2b, 3b mit rechteckiger Querschnittsfläche. Die zuvor beschriebenen C-förmigen Leiterabschnitte 2a, 3a sind hier durch rechteckige Leiterabschnitte 2b, 3b ersetzt.
  • Insbesondere wenn ein ferromagnetischer Kern vorgesehen ist, ist eine rechteckige Querschnittsfläche gegenüber einer C-förmigen bevorzugt, weil der magnetische Fluss in einer möglichst homogenen Weise durch den MSMA-Kristall geführt werden sollte, während ein ferromagnetischer Kern innere Ausstülpungen oder Vorsprünge hat.
  • In 6 ist dargestellt, dass die Bewegung des MSMA-Kristalls während der Expansion oder während des Schrumpfens auf zwei Seiten durch rechteckig geformte Leiterabschnitte 2b, 3b und auf zwei weiteren gegenüberliegenden Seiten durch die erwähnten, nicht näher dargestellten Ausstülpungen geführt wird.
  • 7 zeigt deutlicher, dass die Leiterabschnitte 2a, 3a von einem ferromagnetischen Kern 9c umgeben sind, der mit Ausstülpungen 10c in Hohlräume zwischen dem Arbeitskörper 1 und den Leiterabschnitten 2a, 3a eingreift.
  • 7 zeigt Ausstülpungen 10c eines ferromagnetischen Kerns 9c, welche T-förmige Querschnittsflächen aufweisen. Konkret ist eine Anordnung mit Leiterabschnitten 2a, 3a mit C-förmigen Querschnittsflächen und mit einem ferromagnetischen Kern 9c dargestellt, welcher zwei innere T-förmige Ausstülpungen 10c hat, wobei ein Querbalken eines Ts die gleiche Breite wie der anliegende MSMA-Kristall aufweist.
  • Die in den 1 bis 7 gezeigten Anordnungen umfassen für den Arbeitskörper 1 eine Art Topf, dessen Seitenwände durch die Leiterabschnitte und dessen Boden durch die Leiterbasis gebildet sind.
  • 8 zeigt, dass die Leiterabschnitte 2a, 3a eine Schleife 11 bilden, in welcher ein Freiraum für ein Auslöseelement 12 gebildet ist, welches durch den Arbeitskörper 1 mittelbar oder unmittelbar betätigbar ist.
  • 8 zeigt eine Ausführungsform einer Art Auslösespule mit mehr als einer Windung. Eine erste Windung ist mit dem Eingangsleiter 6 verbunden und eine letzte Windung mit dem Ausgangsleiter 7.
  • An der Seite, an der sich der MSMA-Kristall ausdehnt, muss eine Windung oder ein Windungskopf in einer solchen Weise geformt sein, dass die Antriebsfunktion des MSMA-Kristalls nicht eingeschränkt wird. Eine Möglichkeit besteht darin, Windungsköpfe zur Seite zu biegen, nämlich unterschiedliche Windungen auf zwei Seiten zu biegen. Weiter ist möglich, etwas Freiraum für die Antriebsfunktion und nachgeordneten Mechanismen durch Schleifen zu schaffen, welche in der Arbeitsrichtung, nämlich der Expansionsrichtung des MSMA-Kristalls, eine Auswölbung vollziehen. Eine solche Schleife 11 ist in 8 dargestellt.
  • Die hier beschriebenen Anordnungen können in Antrieben für Schaltgeräte zur Stromunterbrechung eingesetzt werden. Der prinzipielle Aufbau eines Schaltgeräts ist beispielhaft der DE 10 2004 056 280 A1 entnehmbar, ohne dass die hier beschriebene Lehre darauf beschränkt ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Arbeitskörper
    2a, 3a
    Leiterabschnitt (C-förmig)
    2b, 3b
    Leiterabschnitt (rechteckig)
    4a, 4b
    Leiterbasis
    5
    Grundfläche
    6
    Eingangsleiter
    7
    Ausgangsleiter
    8
    Aussparung
    9a - c
    Kern
    10c
    Ausstülpung (T-förmig)
    11
    Schleife
    12
    Auslöseelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004056280 A1 [0002, 0009, 0026, 0063]

Claims (10)

  1. Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts zur Stromunterbrechung, umfassend mindestens einen Arbeitskörper (1), der unter Einwirkung eines magnetischen Felds und/ oder einer Temperaturänderung eine Dimensionsänderung in mindestens einer Arbeitsrichtung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskörper zwischen mindestens zwei oder nur zwei Leiterabschnitten (2a, 2b, 3a, 3b) angeordnet ist, welche durch mindestens eine oder nur eine Leiterbasis (4a, 4b) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leiterbasis (4a, 4b) einem Anlageende des Arbeitskörpers (1) zugewandt ist, welches sich gegen ein Widerlager abstützt, und wobei durch die Leiterabschnitte (2a, 2b, 3a, 3b) ein magnetisches Feld erzeugbar ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbasis (4a, 4b) als Widerlager ausgebildet ist oder mit einem Widerlager verbunden ist, wobei am Anlageende des Arbeitskörpers (1) eine Grundfläche (5) ausgebildet ist, welche am Widerlager anliegt, und wobei der Arbeitskörper (1) mit einem Arbeitsende von der Leiterbasis (4a, 4b) abragt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskörper (1) als länglicher Block oder Quader ausgebildet ist.
  4. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte (2a, 3a) jeweils eine C-förmige Querschnittsfläche aufweisen, wobei die eingebuchteten Seiten der Leiterabschnitte (2a, 3a) dem Arbeitskörper (1) zugewandt sind.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte (2b, 3b) jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen.
  6. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte (2a, 2b, 3a, 3b) zumindest abschnittsweise von einem ferromagnetischen Kern (9a, 9b) umgeben sind und/ oder dass die Leiterabschnitte (2a, 3a) von einem ferromagnetischen Kern (9c) umgeben sind, der mit Ausstülpungen (10c) in Hohlräume zwischen dem Arbeitskörper (1) und den Leiterabschnitten (2a, 3a) eingreift.
  7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte (2a, 3a) eine Schleife (11) bilden, in welcher ein Freiraum für ein Auslöseelement (12) gebildet ist, welches durch den Arbeitskörper (1) mittelbar oder unmittelbar betätigbar ist.
  8. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitskörper (1) ein MSMA-Material aufweist oder aus diesem gefertigt ist.
  9. Antrieb für ein Schaltgerät zur Stromunterbrechung, umfassend eine Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche.
  10. Schaltgerät zur Stromunterbrechung, umfassend einen Antrieb nach Anspruch 9, eine Kontaktstelle mit einem beweglichen Kontaktstück und einem feststehenden Kontaktstück, wobei durch einen Arbeitskörper (1) bei Einwirken des magnetischen Felds ein Gesamthub ausübbar ist und wobei der Arbeitskörper (1) durch Ausüben des Gesamthubs die Kontaktstelle mittelbar oder unmittelbar öffnet.
DE102017102785.8A 2017-02-13 2017-02-13 Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts Pending DE102017102785A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017102785.8A DE102017102785A1 (de) 2017-02-13 2017-02-13 Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017102785.8A DE102017102785A1 (de) 2017-02-13 2017-02-13 Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017102785A1 true DE102017102785A1 (de) 2018-08-16

Family

ID=62982377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017102785.8A Pending DE102017102785A1 (de) 2017-02-13 2017-02-13 Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017102785A1 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2980822B1 (de) Schutzschaltgerät und magnetjoch
DE102013211539A1 (de) Schaltmechanik und elektromechanisches Schutzschaltgerät
EP3602599B1 (de) Überstromschutzvorrichtung
EP0037490A1 (de) Auslösesystem eines Selbstschalters zur Unterbrechung eines Stromkreises
WO2006056335A1 (de) Schaltgerät mit einem elektromagnetischen auslöser
DE102004056278A1 (de) Schaltgerät mit einem thermischen und elektromagnetischen Auslöser
DE102017102785A1 (de) Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts
DE102012202153A1 (de) Thermomagnetischer Auslöser für kleine Strombereiche
DE60005785T2 (de) Selbstschalter mit elektromagnetischer Betätigung bei Kurzschluss
DE102006055936A1 (de) Selektiver Leitungsschutzschalter
DE4009428A1 (de) Elektromagnetisches schaltschuetz
EP0813218B1 (de) Auslöse-Einrichtung für ein Überstrom-Abschaltgerät
DE1588891B1 (de) Schutzvorrichtung fuer das thermische element eines ueber stromausloesers
DE102017102772A1 (de) Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts
DE102019117804B4 (de) Schalteinrichtung mit einem elektrischen Kontaktsystem
DE102017102781A1 (de) Anordnung zur Verwendung im Antrieb eines Schaltgeräts
DE499213C (de) Ausloesevorrichtung an elektrischen Schaltern
DE3319868C2 (de) Überstromschalter
DE545904C (de) Elektromagnetischer Selbstausschalter, insbesondere in Stoepselform
EP0990247B1 (de) Auslöse-einrichtung für ein überstrom-abschaltgerät
DE102017106694A1 (de) Aktuator mit magnetischer Formgedächtnislegierung und Installationsschaltvorrichtung mit einem derartigen Aktuator
DE102008051939A1 (de) Auslösevorrichtung für ein elektrisches Installationsgerät sowie elektrisches Installationsgerät mit Auslösevorrichtung
WO1996011487A1 (de) Elektromagnetisches schaltgerät
DE447846C (de) Elektromagnetischer Selbstschalter
DE626486C (de) Thermische UEberstrom-Ausloesevorrichtung unter Verwendung von zwei Bimetallstreifen

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: VOGEL, ALBRECHT, DIPL.-ING. DR.-ING., DE

R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: MAIWALD GMBH, DE