DE19735135A1 - Adjusting bimetallic switch elements e.g. for circuit breakers - Google Patents

Abstract

The adjustment method for switch elements of bimetal (1) or multiple layer metal which switch an electric contact on the basis of an inner heating by a current passing through the bimetallic element (1) or by means of external heating. The active bimetal cross-section of the bimetallic element (1) is reduced by partial cutting or area-wise tapering or the bimetallic effect can be changed by point-wise or area-wise merging of the bimetallic layers, or a combination of these. The method may be used to adjust bimetallic snap springs held under tension. The spring provides bistable switching by internal or external heating. The processing of the bimetallic element (1) may be carried out by laser beams.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung von An­ sprechzeiten oder Auslösekräften bei Schutzschaltern. Die elektrischen Schalter bestehen aus Bimetallen, die auf Erwär­ mung mit dem bekannten Bimetalleffekt reagieren.The invention relates to a method for setting on speaking times or triggering forces at circuit breakers. The electrical switches are made of bimetals that are heated reaction with the known bimetal effect.

Es ist allgemein bekannt, daß Bimetalle als Auslöser in Schaltern eingesetzt werden, um bei elektrischer Überlast den Schalter auszulösen. Dabei wird ein Stromkreis unterbrochen. Weiterhin ist bekannt Schnappfedern aus Bimetall in elektri­ schen Schaltern einzusetzen. Durch diese Schnappfedern können bistabile Zustände erzeugt werden. Das Auslöseverhalten hängt allgemein von der Fertigungsqualität der entsprechenden Bime­ talle ab. Dabei ist insbesondere die Präzisierung der mecha­ nischen Bearbeitung wichtig. Bedingt durch Herstellungspro­ zesse wie Stanzen, Biegen oder Nieten unterliegen vorgespann­ te Bimetalle, wie Schnappfedern, starken fertigungsbedingten Schwankungen. Streuungen von Werkstoffeigenschaften verstär­ ken diese Effekte zusätzlich. Folglich liegen die Ansprech­ zeiten oder Auslösekräfte verbunden mit dem Bimetalleffekt aufgrund einer Erwärmung des Bimetalles bei Stromdurchgang oder aufgrund einer äußeren Erwärmung in einem breiten Tole­ ranzbereich. Diese unzulässigen Toleranzen der Ansprechzeiten bzw. Auslösekräfte bei Schutzschaltern erfordern eine exakte Justierung der Bimetalle.It is generally known that bimetals act as triggers in Switches are used to prevent electrical overload Trigger switch. A circuit is interrupted. Furthermore, snap springs made of bimetal in electri are known switches. With these snap springs bistable states are generated. The trigger behavior depends generally from the manufacturing quality of the corresponding bime descend Here, in particular, the specification of mecha important processing. Due to manufacturing pro Processes such as punching, bending or riveting are subject to tempering te bimetals, such as snap springs, strong manufacturing-related Fluctuations. Scatters of material properties increase these effects additionally. Hence the response times or trigger forces associated with the bimetal effect due to heating of the bimetal during current passage or due to external warming in a wide tole ranzbereich. These impermissible tolerances of the response times or triggering forces on circuit breakers require an exact Bimetal adjustment.

Bekannte Justierverfahren sehen beispielsweise den Einsatz Justierschrauben vor, mit denen die Bimetalle gezielt verbogen werden. Aus der Fertigung von Relais ist bekannt, daß Federn durch gezielte Wärmeeinbringung ebenfalls gebogen werden können. Ein Verfahren zur Justierung von blattfederar­ tigen Teilen ist beispielsweise aus der EP-0 098 999 bekannt. Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift DE 29 18 100 ein Verfahren zur automatisierbaren Justierung feinwerktech­ nischer Teile durch lokales Aufschmelzen mit anschließendem Verzug bekannt. In der DE-OS 38 08 388 wird ein Verfahren zur Beeinflussung von Eigenschaften elektromagnetischer Relais beschrieben. Auch hier wird eine Relaisfeder mittels einer Wärmebehandlung justiert.Known adjustment methods see the use, for example Adjusting screws with which the bimetals are targeted be bent. From the production of relays it is known that springs are also bent by targeted heat input can be. A method of adjusting leaf spring term parts is known for example from EP-0 098 999. Furthermore, from German patent DE 29 18 100 a process for the automated adjustment of feinwerktech  parts by local melting with subsequent Delay known. DE-OS 38 08 388 describes a method for Influencing properties of electromagnetic relays described. Again, a relay spring is by means of a Adjusted heat treatment.

Eine hochgenaue Justierung von Bimetallen oder beispielsweise von vorgespannten Schnappfedern aus Bimetallen, verbunden mit reproduzierbaren Ergebnissen hinsichtlich der Ansprechzeit bzw. Auslösekraft ist bisher nicht bekannt.A highly accurate adjustment of bimetallic or, for example of preloaded snap springs made of bimetallic, connected with reproducible results in terms of response time or release force is not yet known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Justierung von Bimetallen in elektrischen Schaltelementen be­ reitzustellen, womit diese exakt justierbar sind, so daß sich hinsichtlich des Auslösepunktes reproduzierbare Werte erge­ ben.The invention has for its object a method for Adjustment of bimetallic elements in electrical switching elements to put, with which these are exactly adjustable, so that reproducible values with regard to the trigger point ben.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch den Anspruch 1.This object is achieved by claim 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Schaltele­ mente mit Bimetallen justierbar sind, indem der aktive Bime­ tallquerschnitt teilweise eingeschnitten oder bereichsweise verjüngt wird oder durch punkt- oder bereichsweises Ver­ schmelzen von Bimetallagen der Bimetalleffekt verändert wird oder eine Kombination daraus vorgenommen wird. Bei vorge­ spannten als Schnappfedern eingesetzten Bimetallen werden durch gezieltes Aufheizen die vorhandenen Vorspannungen redu­ ziert.The invention is based on the finding that Schaltele elements with bimetals are adjustable by the active bime Tall cross section partially cut or in some areas is tapered or by point or area Ver melting of bimetal layers the bimetal effect is changed or a combination of both. At pre bimetallic springs used as snap springs the existing pre-stresses are reduced by targeted heating graces.

Durch die im Stand der Technik bekannten Verfahren ist allge­ mein die Reaktion des Bimetalles auf eine Erwärmung nicht derart zu beeinflussen, daß reproduzierbare Werte erzielbar sind. Wird das Bimetall durch einen Stromfluß erwärmt, womit eine Überlast einen elektrischen Stromkreis unterbrechen soll, so läßt sich beispielsweise der durch das Bimetall fließende Strom durch im Stand der Technik bekannte Verfahren nicht beeinflussen. Entsprechend der Erfindung wird in die Charakteristik des Bimetalles eingegriffen, indem das Bime­ tall am aktiven Bimetallquerschnitt entweder teilweise einge­ schnitten wird (Schnitt durch den Bimetallverbund) oder be­ reichsweise verjüngt wird. Ein teilweiser Einschnitt kann grundsätzlich in einem beliebigen Winkel zur Kante geschehen. Wichtig ist jedoch die Verminderung des aktiven Querschnit­ tes. Als aktiver Querschnitt ist ungefähr der Querschnitt zu betrachten, der senkrecht zu den Bimetallagen ausgerichtet ist und gleichzeitig senkrecht zur Längsachse des Bimetalls positioniert ist. Das Bimetall biegt sich bei dieser Betrach­ tungsweise im Betrieb teilweise quer zu seiner Längsachse.Due to the methods known in the prior art, general I do not mean the reaction of the bimetal to heating to influence such that reproducible values can be achieved are. If the bimetal is heated by a current flow, with what an electrical circuit break should, for example, by the bimetal flowing current by methods known in the art do not affect. According to the invention is in the  Characteristic of the bimetal intervened by the bime tall on the active bimetal cross section either partially is cut (cut through the bimetallic composite) or be is rejuvenated abundantly. A partial incision can be made always happen at any angle to the edge. However, it is important to reduce the active cross-section tes. The active cross section is approximately the cross section consider that is aligned perpendicular to the bimetal layers is and at the same time perpendicular to the longitudinal axis of the bimetal is positioned. The bimetal bends when viewed mode of operation partially transverse to its longitudinal axis.

Ein anderer Lösungsweg zur Justierung von Schaltelementen mit Bimetallen besteht darin, den Bimetalleffekt zumindest parti­ ell zu verändern. Dies geschieht im wesentlichen durch punkt- oder bereichsweises Verschmelzen der Bimetallagen. Hierzu werden definierte Bereiche eines Bimetalles mit einem Ener­ giestrahl bearbeitet, so daß die miteinander verbundenen Me­ tallagen aufschmelzen und in diesem Bereich starr werden, so daß zumindest partiell kein Bimetalleffekt mehr auftritt.Another solution for adjusting switching elements with Bimetallic elements consist of at least part of the bimetallic effect to change ell. This is essentially done by or area-wise fusion of the bimetal layers. For this are defined areas of a bimetal with an ener giesstrahl processed so that the interconnected Me Melt the layers of metal and become rigid in this area, see above that at least partially there is no longer a bimetal effect.

Eine Sonderform von Schaltelementen mit Bimetallen stellen die Schnappfedern dar. Diese können bistabile Zustände schal­ ten bzw. herstellen. Die Schnappfeder steht dabei unter Vor­ spannung, so daß der Schaltkontakt durch dessen Umspringen vom einen in den anderen stabilen Zustand einen Schaltkreis öffnet oder schließt. Die Andruckkraft dieses Schaltkontaktes wird beim Justiervorgang nicht beeinflußt. Der Justiervorgang ist auf die Einstellung der Auslösekraft bzw. der Auslösezeit oder Ansprechzeit des Schaltkontaktes ausgerichtet.Provide a special form of switching elements with bimetals the snap springs. These can stale bistable states or manufacture. The snap spring is below voltage, so that the switching contact by jumping around a circuit from one stable state to another opens or closes. The pressure force of this switch contact is not influenced during the adjustment process. The adjustment process is on the setting of the release force or the release time or response time of the switching contact.

Bei der Verringerung des aktiven Bimetallquerschnittes wird somit durch Verminderung der Querschnittsfläche der elektri­ sche Widerstand erhöht und das Bimetall heizt sich stärker auf und biegt sich damit stärker durch. Bei der Beeinflussung des Bimetalleffektes werden die Metallagen, aus denen das Bi­ metall besteht, miteinander verschmolzen, so daß der Bime­ talleffekt an dieser Stelle aufgehoben ist. Somit besteht die Möglichkeit den Auslösepunkt sowohl vor-, als auch zurückzu­ verlegen.When reducing the active bimetal cross section thus by reducing the cross-sectional area of the electri resistance increases and the bimetal heats up more and bends more. When influencing of the bimetal effect are the metal layers from which the bi metal, fused together so that the bime  valley effect is removed at this point. So there is Possibility to move the trigger point back and forth embarrassed.

Im folgenden wird anhand von schematischen Figuren ein Aus­ führungsbeispiel beschrieben:In the following, an out will be shown using schematic figures Leading example described:

Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf eine Schnappfeder aus einem Bimetall, Fig. 1 shows the plan view of a catch spring from a bimetal,

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Schnappfeder entspre­ chend Fig. 1. Fig. 2 shows a side view of a snap spring accordingly Fig. 1st

Die Ansprechzeit von Schnappfedern kann durch gezieltes Auf­ heizen mit einem Laserstrahl beeinflußt werden. Die Parameter werden dabei so gewählt, daß durch das Aufheizen die Spannun­ gen in der vorgespannten Feder reduziert werden. Je nach Be­ strahlungsort kann ein Bereich hoher oder niedriger Spannung gewählt werden und damit die Feder entsprechend fein abge­ stuft justiert werden. Da der Schaltkontakt 8 durch das Um­ springen von dem einen in den anderen stabilen Zustand der Feder hergestellt wird, wird die Andruckkraft der Kontakte durch das Justieren nicht beeinflußt. Dieses Justierverfahren läßt sich auch auf mechanisch ausgelöste Bimetallschnappfe­ dern übertragen, bei denen dann die Auslösekraft geändert wird.The response time of snap springs can be influenced by targeted heating with a laser beam. The parameters are chosen so that the voltages in the pretensioned spring are reduced by heating. Depending on the radiation site, a range of high or low tension can be selected and the spring can be finely adjusted accordingly. Since the switching contact 8 is made by jumping around from one to the other stable state of the spring, the pressing force of the contacts is not affected by the adjustment. This adjustment method can also be transferred to mechanically triggered bimetallic snappers, in which case the triggering force is changed.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf eine Schnappfeder in der ein Lösungsweg der Erfindung verwirklicht ist. Das Bimetall 1 weist eine Aussparung 9 auf, wodurch die Feder 12 dargestellt wird. Die Feder 12 trägt an ihrem Ende den Schaltkontakt 8. Die Feder 12 ist Bestandteil des Bimetalles 1. Mittels des Anschlußkontaktes 7 wird das Bimetall mit einer elektrischen Anschlußleitung 11 (siehe Fig. 2) verbunden. Die Vorspannung des Bimetalles wird durch die in Fig. 1 waagrecht verlaufen­ den Knicke 10 erzeugt. Ein ursprünglich exakt rechteckig aus­ gebildeter Rohling eines Bimetalles 1 erhält zunächst die Aussparung 9. Im Anschluß darin wird entsprechend Fig. 1 oberhalb und unterhalb der Position des Anschlußkontaktes 7 ein Doppelknick in das Bimetall eingebracht. Somit liegt der Anschlußkontakt 7 in einer Vertiefung auf der rechten Seite des Bimetalles 1. Die Ausbildung der Vertiefung 13 geschieht durch die symmetrisch angebrachten Doppelknicke 10. Durch diese Maßnahme wird von den beiden kurzen Außenseiten des Bi­ metalles 1 die rechte Seite in Fig. 1 kleiner sein als die linke Seite. Die Bezugszeichen 2, 3, 4, 5 und 6 bezeichnen in diesem Fall linienförmig ausgebildete Justierbereiche in oder auf denen eine Justierung des Bimetalls 1 hinsichtlich des Auslösepunktes bzw. der Auslösezeit erfolgen kann. Fig. 1 shows the top view of a snap spring in which a solution of the invention is realized. The bimetal 1 has a recess 9 , whereby the spring 12 is shown. The spring 12 carries the switch contact 8 at its end. The spring 12 is part of the bimetal 1 . By means of the connection contact 7 , the bimetal is connected to an electrical connection line 11 (see FIG. 2). The bias of the bimetal is generated by the bends 10 running horizontally in FIG. 1. A blank of a bimetal 1 that was originally formed exactly rectangular initially receives the recess 9 . 1, a double kink is introduced into the bimetal according to FIG. 1 above and below the position of the connection contact 7 . Thus, the connection contact 7 lies in a recess on the right side of the bimetal 1 . The recess 13 is formed by the symmetrically attached double bends 10 . By this measure, the right side in Fig. 1 will be smaller than the left side of the two short outer sides of the bi metal 1 . In this case, the reference numerals 2 , 3 , 4 , 5 and 6 designate linear adjustment regions in or on which the bimetal 1 can be adjusted with respect to the trigger point or the trigger time.

Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht entsprechend Fig. 1. Die durch die entsprechende Biegung an den Knicken bzw. Dop­ pelknicken 10 eingebrachte Vorspannung in das Bimetall 1 führt dazu, daß die Feder 12 mit dem Schaltkontakt 8 einsei­ tig aus dem Bimetall 1 hervorsteht. Dies stellt den einen bi­ stabilen Zustand dar. Beim zweiten bistabilen Zustand befin­ det sich der Schaltkontakt 8 entweder auf der anderen Seite oder liegt ungefähr in der gleichen Ebene wie das Bimetall 1. An der Stelle der Doppelknicke 10 ist die an dieser Stelle erzeugte Verbiegung durch die nicht parallel zur elektrischen Anschlußleitung verlaufende Kante des Bimetalles 1 angedeu­ tet. Fig. 2 shows a side view corresponding to FIG. 1. The bias introduced into the bimetal 1 by the corresponding bend at the kinks or doubles 10 leads to the spring 12 with the switch contact 8 protruding from the bimetal 1 . This represents the one bi-stable state. In the second bistable state, the switch contact 8 is either on the other side or lies approximately in the same plane as the bimetal 1 . In the place of the double bends 10 , the bending generated at this point is indicated by the edge of the bimetal 1 not running parallel to the electrical connecting line.

Grundsätzlich kann eine erfindungsgemäße Bearbeitung von Bi­ metallen mit verschiedenen Energiestrahlen vorgenommen wer­ den. Aus praktischen Gründen ist ein Laser zu bevorzugen. Es wird insbesondere ein gepulster Laser beispielsweise mit ei­ ner Pulsfrequenz von 5 Hz, einer Pulsdauer von 0,26 ms und einer Pulsenergie von 1,84 Ws verwendet. Grundsätzlich kann die Bearbeitung eines Bimetalles entweder von der Seite mit dem Material der größeren Wärmeausdehnung oder auch von der Seite mit dem Material der geringeren Wärmeausdehnung gesche­ hen. Es ist auch denkbar beim Einschneiden oder Verjüngen ei­ nes Bimetalles in dessen aktivem Querschnitt nicht die gesam­ te Materialstärke durchzuschneiden, sondern lediglich die obere Lage abzuarbeiten, was durch heutige Automatisierung möglich ist. Die Erfindung ist nicht auf Bimetalle einge­ schränkt, sondern kann allgemein bei Mehrlagenmetallen, bei­ spielsweise bei Trimetallen, angewendet werden.In principle, processing of Bi metals with different energy beams the. A laser is preferred for practical reasons. It is in particular a pulsed laser, for example with egg ner pulse frequency of 5 Hz, a pulse duration of 0.26 ms and a pulse energy of 1.84 Ws used. Basically can machining a bimetal either from the side with the material of the greater thermal expansion or also of the Side with the material of lower thermal expansion hen. It is also conceivable when cutting or tapering nes bimetal in its active cross section not the whole cut through material thickness, but only that  top layer to work through what today's automation is possible. The invention is not limited to bimetals limits, but can generally with multi-layer metals, at for example with tri-metals.

Claims (4)

1. Verfahren zur Justierung von Schaltelementen aus Bimetal­ len (1) oder Mehrlagenmetallen, die aufgrund einer inneren Erwärmung mittels eines Stromdurchganges durch das Bimetall (1) oder mittels einer äußeren Erwärmung einen elektrischen Kontakt schalten, wobei

• - der aktive Bimetallquerschnitt des Bimetalles (1) durch teilweises Einschneiden oder bereichs­ weises Verjüngen vermindert wird oder
• - der Bimetalleffekt durch punkt- oder bereichsweises Ver­ schmelzen von Bimetallagen verändert wird oder
• - eine Kombination daraus durchgeführt wird.

1. A method for adjusting switching elements made of bimetal len ( 1 ) or multilayer metals, which switch an electrical contact due to internal heating by means of a current passage through the bimetal ( 1 ) or by external heating, wherein

• - The active bimetal cross-section of the bimetal ( 1 ) is reduced by partially cutting or tapering in areas or
• - The bimetal effect is changed by point or area-wise melting of bimetal layers or
• - a combination of these is carried out.

2. Verfahren zur Justierung von Schnappfedern aus Bimetallen (1), die unter Vorspannung stehen und aufgrund einer inneren Erwärmung mittels Stromdurchganges durch das Bimetall (1) oder mittels einer äußeren Erwärmung elektrische Kontakte bi­ stabil schalten, wobei die im Bimetall (1) enthaltenen Vor­ spannungen durch gezieltes Aufheizen des Bimetalles (1) redu­ ziert werden.2. Method for adjusting snap springs made of bimetallic ( 1 ), which are under tension and due to internal heating by means of current passage through the bimetal ( 1 ) or by external heating switch bi-stable contacts, the bimetal ( 1 ) contained in the front tensions can be reduced by specifically heating the bimetal ( 1 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, worin die Justierung von Schnappfedern aus Bimetallen (1) durch eine Kombination aus

• - der Verminderung des aktiven Bimetallquerschnittes und/oder der Veränderung des Bimetalleffektes durch teilweises Ver­ schmelzen der Bimetallagen und
• - dem gezielten Aufheizen des Bimetalles (1) zur Reduzierung der darin enthaltenen Vorspannungen geschieht.

3. The method according to claim 1 and 2, wherein the adjustment of snap springs made of bimetallic ( 1 ) by a combination of

• - The reduction of the active bimetal cross-section and / or the change in the bimetal effect by partially melting the bimetal layers and
• - The targeted heating of the bimetal ( 1 ) to reduce the preload contained therein.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Bearbeitung der Bimetalle (1) durch Laserstrahlen ge­ schieht.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the processing of the bimetallic ( 1 ) by ge laser happens.