DE10231248A1

DE10231248A1 - Auslöseanordnung für ein Kontaktsystem eines Schaltgerätes

Info

Publication number: DE10231248A1
Application number: DE10231248A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Erven; Klaus Jung; Hartwig Dr.-Ing. Stammberger; Albert Zacharias
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Auslöseanordnung für ein Kontaktsystem eines Schaltgeräts mit einem thermischen Überstromauslöser. Das Kontaktsystem umfasst mindestens einen feststehenden (4, 4') und einen beweglichen Kontakt (6), welcher über einen Betätigungsmechanismus in und außer Verbindung mit mindestens einem der feststehenden Kontakte (4, 4') bringbar ist, und mindestens eine elektrische Zuleitung (12, 12') zu einem feststehenden Kontakt ausgebildet ist. Dem Kontaktsystem ist mindestens ein Temperatursensor (20, 30, 80) zugeordnet, der dazu verwendet wird, durch einen von ihm erfassten Temperaturanstieg im Kontaktsystem eine Auslösung des Schaltgeräts herbeizuführen. Der Kern der Erfindung ist, dass mindestens ein Abschnitt (15) der Zuleitung (12, 12') hochohmig in MID-Technik ausgebildet ist, und der Temperatursensor (20, 30, 80) derart angeordnet ist, dass die in der Zuleitung erzeugte Stromwärme erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auslöseanordnung für ein Kontaktsystem eines Schaltgeräts mit einem thermischen Überstromauslöser nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Solche Auslöseanordnungen sind seit langem bekannt, beispielsweise wird auf die Druckschrift DE 4202122 A1 verwiesen. Bei solchen Anordnungen zur thermischen Auslösung bei Überstrom ist einer Strombahn ein Arbeits-Bimetallstreifen zur thermischen Erfassung des Stromes zugeordnet. Bei Nennströmen bis 25 A ist es in der Regel notwendig, den Bimetallstreifen zu beheizen. Hier muss die Auslöseanordnung besonders ausgelegt werden. Dies führt zu einer erhöhten Geräteerwärmung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unnötige Wärmequellen in Schaltsystemen zu vermeiden,

Ausgehend von einer thermischen Auslöseanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass mindestens ein Abschnitt der Zuleitung in MID-Technik, und der Leitwert mindestens eines Teils des Abschnitts hochohmig ausgebildet ist und der Temperatursensor derart angeordnet ist, dass die in der Zuleitung erzeugte Stromwärme erfassbar ist.

Beispielsweise kann der Leitwert der Zuleitung durch Wahl der Dimension der Leiterbahn (Dicke, Breite, Länge) so ausgebildet sein, dass beim Stromnennwert der Kontaktanordnung 1 Watt ohmsche Verlustleistung in der Zuleitung auftritt. Diese Leistung ist leicht durch einen Bimetallstreifen erfassbar.

Die Ausbildung der Zuleitung wird in oder auf einer Isolierstofffläche in MID-Technik (Molded Interconnection Device) vorgenommen. Wie noch ausgeführt wird, kann die Isolierstofffläche auch Begrenzungswand eines Gehäuses sein. Die Erfindung hebt also darauf ab, dass die Leiterabschnitte als dünne und damit hochohmige Leiterschichten ausgebildet sind.

Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, die Ausbildung von elektrischen Leiterbahnen in MID-Technik auszunutzen und hieran einen Temperatursensor anzukoppeln. Kunststoffteile in MID-Technik mit elektrischen Leiterbahnen sind wesentlich umweltverträglicher als herkömmliche Leiterplatten. Durch die MID-Technik wird eine vereinfachte und damit kostengünstige Fertigung durch verringerten Bearbeitungs- und Befestigungsaufwand erreicht.

Weiterhin kann durch die Integration der Zuleitung in eine zugehörige Begrenzungswand die erforderliche Isolierung gegenüber dem Kontaktraum entfallen, was zu einer Verringerung der Baubreite des Leistungsschalters führt. MID-Teile sind galvanisierte Bereiche einer Isolierstofffläche, in der galvanisch oder in Form einer Metallfolie oder als Stanzteil eine Leiterbahn ausgebildet wird. Der Bereich kann hinterspritzt, oder vor dem Formgebungsprozess direkt ins Formwerkzeug eingelegt sein. Die metallische Leiterbahn kann insbesondere in Kupfer ausgeführt sein.

Der Temperatursensor kann in einem ersten Fall ein Bimetallstreifen sein, der am oder in Nähe des Zuleitungsabschnitts befestigt ist und in Arbeitsstellung nahezu auf seiner gesamten Länge wegen eines guten Wärmeübergangs dem Zuleitungsabschnitt anliegt. Vorzugsweise kann ein Fußpunkt des Bimetallstreifens die Zuleitung metallisch kontaktieren und/oder dort ohne Kontakt befestigt sein.

Ein Zuleitungsabschnitt kann eine elektrische Unterbrechung aufweisen. Die Unterbrechung wird von einem elektrischen Leiter mit geringem Leitwert überbrückt. Der elektrische Leiter mit geringem Leitwert soll als Wärmequelle dienen, der den Temperatursensor beaufschlagt, so dass er die Qualität eines Heizleiters hat. Der Heizleiter neben dem hochohmigen Abschnitt der Zuleitung als Wärmequellen stehen in engem Kontakt mit dem Temperatursensor, vorzugsweise kann der Heizleiter um einen Bimetallstreifen gewickelt sein oder ihm eng anliegen. Diese Anordnung lässt dann vorteilhaft einsetzen, wenn die Kontaktanordnung in einem Netz mit relativ geringen Strömen angeordnet ist. Die Wärmeübermittlung durch den Heizleiter hat somit eine Art Verstärkereffekt.

Der Stromweg über die Unterbrechung kann über den Heizleiter und den Bimetallstreifen geführt sein. Hierzu ist ein Ende des Bimetallstreifens mit einem ersten freien Ende der Unterbrechung befestigt und am zweiten freien Ende der Unterbrechung ist der Heizleiter befestigt. Heizleiter und Bimetallstreifen stehen in elektrischem Kontakt. Die thermischen Verlustleistungen von hochohmiger Zuleitung und Heizleiter sollten jedoch zueinander abgestimmt sein.

Als Alternative kann der Temperatursensor auch ein elektrischer Temperatursensor sein, beispielsweise ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer. Der von dem elektrischen Temperatursensor erfasste Temperaturanstieg (Stromwärme) wird an eine elektronische Erfassungs- und Auswerteanordnung geführt, von der die Schnellauslösung bei Überstrom veranlasst bzw. vermittelt wird.

Das Kontaktsystem kann in einem Gehäuse ausgebildet sein. In diesem Fall kann mindestens eine Begrenzungswand des Gehäuses in MID-Technik ausgebildet sein, so dass der Zuleitungsabschnitt in der Gehäusebegrenzungswand integriert ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ergibt sich, wenn die Erfindung in einem solchen Kontaktsystem eingebracht ist, in dem die elektrische Zuleitung als Stromschleife ausgebildet ist, deren Magnetfeld dazu eingesetzt wird, die elektrodynamische Öffnungskraft auszunutzen und den Lichtbogen im Kurzschlussfall im positiven Sinne zu beeinflussen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand einer Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen.
Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kontaktsystems mit drei Formen und Anordnungen eines Temperatursensors.
Es ist die Auslöseanordnung eines sonst nicht weiter dargestellten Leistungsschalters mit thermischen Überstromauslöser gezeichnet. Am Kontaktsystem ist mindestens ein Temperatursensor 20, 30, 80 vorhanden.
In 1 sind die beiden vorderen der vier Zuleitungsabschnitte 12,12' je nach den alternativen Ausführungsformen unterschiedlich dargestellt. Als Temperatursensoren sind zwei Bimetallstreifen 20 (links) und 30 (rechts) und ein elektrischer Temperatursensor 80 (links) gezeichnet, bzw. angedeutet. Nach der Erfindung soll vorzugsweise jedoch nur eine der in der Figur dargestellten Varianten eingesetzt werden, wobei nicht ausgeschlossen sein soll, dass auch zwei Varianten nebeneinander in bestimmten Einsatzfällen eine technisch gute Lösung abgeben.
Das Kontaktsystem umfasst zwei feststehende Kontakte 4,4', die je über einen schienenförmigen Verbindungsleiter 2,2' mit Anschlussmitteln verbunden sind. Zwischen den feststehenden Kontakten 4,4' ist die drehbare bewegliche Kontaktbrücke 6 erkennbar, welche über einen nicht dargestellten Betätigungsmechanismus in und außer Verbindung mit dem feststehenden Kontakt bringbar ist. Die Art der Ausbildung des Kontakts ist für die Erfindung unerheblich, es kann auch ein translatorisch bewegliches Kontaktstück verwendet werden.
Die Zuleitung zwischen den feststehenden Kontakten und dem Verbindungsleiter ist doppelt als Stromschleife 12,12' ausgeführt. Ein Abschnitt 15 der Stromschleife 12,12' ist in oder auf einer Isolierstofffläche 16 in MID-Technik ausgebildet. Beispielsweise kann Dimension und Leitwert der Leiterbahn aus Kupfer (Dicke ca. 70 μm, Breite ca. 10 mm, Länge ca. 50 mm; R ca. 1 m Ohm) so ausgebildet sein, dass beim Nennstrom von 25 A etwa eine thermische Verlustleistung in der Größenordnung von 1 Watt vorliegt.
Der Temperatursensor 20,30,80 steht in Kontakt mit dem Stromschleifenabschnitt 15. Die Größe der Isolierstofffläche 16 in MID-Technik ist in der Figur nur schematisch dargestellt; Form und Größe hängen – neben der Abstimmung auf einen bestimmten elektrischen Leitwert – beispielsweise von der Ausbildung eines Gehäuses ab.
Der Temperatursensor ist in zwei Varianten ein Bimetallstreifen 20,30, der am oder in Nähe des Stromschleifenabschnitts 15, 124 befestigt ist und in Arbeitsstellung nahezu auf seiner gesamten Länge wegen eines guten Wärmeübergangs dem Stromschleifenabschnitt anliegt. Vorzugsweise kann ein Fußpunkt 22 (links), 32 (rechts) des Bimetallstreifens die Stromschleife metallisch kontaktieren und/oder dort befestigt sein. Im Bereich der Leiterbahn kann in MID-Technik ein federnder Lappen oder Kontaktarm ausgebildet sein, an den der Fußpunkt 22, 32 des Bimetallstreifens befestigt werden kann.
Im rechten Figurenteil weist der Stromschleifenabschnitt 12' eine elektrische Unterbrechung 121 auf, wodurch zwei Teilabschnitte mit Enden 123 und 124 entstehen. Die Unterbrechung ist nach üblichen Verfahren nach der MID-Technik durch Abschleifen der Leiterbahn erzeugbar. Die Unterbrechung 121 wird von einem als Heizleiter zu verstehenden Leiter 130 überbrückt. Der Heizleiter ist um den Bimetallstreifen gewickelt und dient als Wärmequelle für den Bimetallstreifen 30. Wie oben angesprochen, soll eine dem Nennstrom der Kontaktanordnung zugeordnete Verlustleistung vom Heizleiter erzeugt und dem Bimetallstreifen 30 übermittelt werden, beispielsweise 1 oder 2 Watt. Der Stromweg über die Unterbrechung 121 ist über den Heizleiter und den Bimetallstreifen geführt. Hierzu ist ein Ende 32 des Bimetallstreifens 30 mit einem ersten freien Ende der Unterbrechung (123) befestigt und am zweiten freien Ende der Unterbrechung (122) ist der Heizleiter 130 befestigt.
Als weitere Alternative soll der Temperatursensor ein elektrischer Temperatursensor 80 (Thermoelement oder Messwiderstand) sein. Der von dem elektrischen Temperatursensor 80 erfasste Temperaturanstieg wird über eine Leitung 81 an eine elektronische Anordnung 82 geführt, von der die Schnellauslösung bei Überstrom veranlasst bzw. vermittelt wird, was in der Figur nicht weiter dargestellt ist.
Das Kontaktsystem kann in einem Gehäuse ausgebildet sein. In diesem Fall kann mindestens eine Begrenzungswand des Gehäuses in MID-Technik ausgebildet sein, so dass der Zuleitungsabschnitt 15 in der Gehäusewand 16 integriert ist. Die Leiterabschnitte 15 sind in die Isolierstoffflächen 16 während deren Formgebung und unter Anwendung der MID-Technik eingebettet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in 1 dargestellte Form der Leiterabschnitte beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. Die als Stromschleife geformten Leiterabschnitte 12,12' können auch kreisförmig oder ähnlich ausgebildet sein. Weiterhin kann die Anordnung auch mit einem elektromagnetischen Auslösemechanismus für das Kontaktsystem gekoppelt sein.

Claims

Auslöseanordnung für ein Kontaktsystem eines Schaltgeräts mit einem thermischen Überstromauslöser, wobei das Kontaktsystem mindestens einen feststehenden (4,4') und einen beweglichen Kontakt (6) umfasst, welcher über einen Betätigungsmechanismus in und außer Verbindung mit mindestens einem der feststehenden Kontakte (4,4') bringbar ist, und mindestens eine elektrische Zuleitung (12, 12') zu einem feststehenden Kontakt (4,4') ausgebildet ist, wobei dem Kontaktsystem mindestens ein Temperatursensor (20,30,80) zugeordnet ist, der dazu verwendet wird, durch einen von ihm erfassten Temperaturanstieg im Kontaktsystem eine Auslösung des Schaltgeräts herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt (15) der Zuleitung (12,12') in MID-Technik, und der Leitwert mindestens eines Teils des Abschnitts hochohmig ausgebildet ist und der Temperatursensor (20, 30,80) derart angeordnet ist, dass die in der Zuleitung (12,12') erzeugte Stromwärme erfassbar ist.
Auslöseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor ein Bimetallstreifen (20,30) ist, und dieser mindestens einem Abschnitt (15) der Zuleitung (12, 12') anliegt.
Auslöseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuleitungsabschnitt (15) eine elektrische Unterbrechung (121) aufweist, welche von einem elektrischen Leiter (130) mit geringem Leitwert (im folgenden als ,Heizleiter' bezeichnet) überbrückt wird und dass der Heizleiter (130) den Temperatursensor (20,30) beaufschlagt.
Auslöseanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (130) um einen Bimetallstreifen (30) gewickelt ist.
Auslöseanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Bimetallstreifens (30) mit einem ersten freien Ende (122) der Unterbrechung (121) befestigt ist, dass am zweiten freien Ende (123) der Unterbrechung (121) der Heizleiter (130) befestigt ist, so dass der Stromweg über die Unterbrechung (121) über den Heizleiter (130) und den Bimetallstreifen (30) erfolgt.
Auslöseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor ein elektrischer Temperatursensor (80) ist, und der von ihm erfasste Temperaturanstieg an eine elektronische Anordnung (82) geführt wird, von der die Schnellauslösung bei Überstrom vermittelt wird.
Auslöseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem derart in einem Gehäuse ausgebildet, dass die Zuleitung oder ein Zuleitungsabschnitt (15) in eine dem Gehäuse zugehörige Begrenzungswand (16) integriert ist.
Auslöseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung als Stromschleife (12, 12') ausgebildet ist.