DE19838417A1

DE19838417A1 - Thermische Auslösevorrichtung

Info

Publication number: DE19838417A1
Application number: DE19838417A
Authority: DE
Inventors: Michael Baechle; Wolfgang Meyer-Haack
Original assignee: AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: ITMI991832A0; DE19838417B4; ITMI991832A1; IT1313116B1

Abstract

Es wird eine thermische Auslösevorrichtung für eine Schaltvorrichtung offenbart mit einem Bimetallelement (7) und einer Zuführleitung (51, 52), wobei das Bimetallelement (7) in einem Zweig einer Parallelschaltung angeordnet ist, und der zu schaltende Strom den Gesamtstrom der Parallelschaltung bildet. Der andere Zweig der Parallelschaltung wird vorzugsweise durch ein Leitungsstück (53) mit einem geringen Widerstand gebildet, so daß lediglich ein geringer Teil des zu schaltenden Stroms durch das Bimetallelement (7) fließt. Aufgrund des verringerten durch das Bimetallelement (7) fließenden Stroms wird dieWärmeentwicklung in der Schaltvorrichtung verringert. Darüber hinaus haben Exemplarsteuerungen des Bimetallelements (7) eine geringere Auswirkung auf den Gesamtstrom, so daß eine höhere Reproduzierbarkeit und ein geringerer Kalibrieraufwand erreicht werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Auslösevorrich tung für eine Schaltvorrichtung zum Schalten eines Stroms beim Überschreiten einer vorbestimmten Stromhöhe, mit einem Bime tallelement zum Auslösen eines Schaltvorgangs in Abhängigkeit eines Erwärmungsgrads des Bimetallelements, und einer Zuführ leitung zum Zuführen des zu schaltenden Stroms zu dem Bime tallelement.

Derartige Auslösevorrichtungen werden bevorzugt als thermischer Überlastungsschutz in Schaltvorrichtungen wie beispielsweise Leitungsschutzschaltern eingesetzt. Fig. 1 zeigt ein Funktions blockschaltbild eines Leitungsschutzschalters mit einer thermi schen und einer elektromagnetischen Auslösevorrichtung, wobei der Strompfad durch eine durchgehenden Linie und die Auslöse pfade durch gestrichelt dargestellte Pfeile gekennzeichnet sind.

Die elektromagnetische Auslösevorrichtung dient zum Auslösen eines Abschaltvorgangs eines Schalters 1, wenn der durch die Schaltvorrichtung fließende Strom eine vorbestimmte Stromhöhe überschreitet. Die elektromagnetische Auslösevorrichtung wird im vorliegenden Fall durch eine elektromagnetische Spule 3 mit Kern (Solenoid) gebildet, wobei der Schalter 1 beim Überschrei ten der vorbestimmten Stromhöhe aufgrund der Magnetfeldwirkung betätigt wird, um einen Abschaltvorgang auszulösen.

Die thermische Auslösevorrichtung wird vorzugsweise durch ein Bimetallelement 2 gebildet, das sich in Abhängigkeit des durch das Bimetallelement 2 fließenden zu schaltenden Stroms erwärmt und erwärmungsabhängig verformt, wobei der Schaltvorgang des Schalters 1 beim Vorliegen eines vorbestimmten Erwärmungsgrads verformungsbedingt ausgelöst wird. Das Bimetallelement 2 dient als zusätzlicher thermischer Überlastungsschutz beim Fließen eines die für das elektromagnetische Auslösen erforderliche vorbestimmte Stromhöhe nicht überschreitenden Stroms während einer längeren Zeitdauer.

In den Fig. 3a und 3b sind bekannte thermische Auslösevor richtungen dargestellt.

Fig. 3a zeigt eine thermische Auslösevorrichtung mit einem aus zwei Metall schichten mit verschiedener spezifischer thermischer Ausdehnung bestehenden Bimetallelement 7. Das Bimetallelement ist mit einem Ende an einem Halterungselement 6 befestigt, wo bei das Halterungselement an einem Gehäuse der Schaltvorrich tung befestigt ist. Ferner sind Zuführleitungen 51, 52 zum Zu führen des zu schaltende Stroms zu dem Bimetallelement 7 vorge sehen, wobei die Zuführleitungen 51, 52 unvorzugsweise aus ei ner Drahtlitze gebildet sind und über Lötstellen 4 an dem Bime tallelement 7 befestigt sind.

Bei der bekannten Auslösevorrichtung gemäß Fig. 3a fließt der zu schaltende Strom ausgehend von einem nicht gezeigten An schlußkontakt der Schaltvorrichtung über eine anschlußseitige Zuführleitung 52 und das Bimetallelement 7 zu einer schalter seitigen Zuführleitung 52. Der durch das Bimetallelement 7 fließende Strom führt zu einer Erwärmung des Bimetallelements 7, die vom Widerstand des Bimetallelements 7 abhängig ist. Aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der das Bimetallelement 7 bildende Metalle ergibt sich eine wärmeabhängige Ausbiegung des Bimetallelements 7. Bei einem vorbestimmten Erwärmungsgrad erreicht die Ausbiegung ein vorbe stimmtes Ausmaß, bei dem ein Schaltvorgang des Schalters 1 aus gelöst wird. Dabei kann einer der Schaltkontakte des Schalters 1 direkt oder über eine Hebelmechanik mit dem beweglichen Ende des Bimetallelements 7 verbunden sein.

Bei der thermischen Auslösevorrichtung gemäß Fig. 3a führt der im allgemeinen relativ hohe zu schaltende Strom zu einer star ken Erwärmung des Bimetallelements 7, was zu einer unerwünscht hohen Wärmeentwicklung in der Schaltvorrichtung führt. Die da mit verbundene thermischen Belastung führt zudem zu einer ver ringerten Lebensdauer des Bimetallelements 7.

Darüber hinaus ist die Charakteristik des Bimetallelements 7 Exemplarstreuungen unterworfen, wodurch die Reproduzierbarkeit der Auslösevorrichtung verringert und der Kalibrieraufwand er höht ist.

Eine weitere bekannte thermische Auslösevorrichtung ist in Fig. 3b dargestellt, wobei die mit der Fig. 3a übereinstimmenden Be standteile durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Bei der bekannten thermischen Auslösevorrichtung gemäß Fig. 3b sind die Zuführleitungen 51 und 52 nicht direkt mit dem Bime tallelement 7 kontaktiert, sondern um das Bimetallelement 7 ge wickelt und gegenüber diesem beispielsweise durch eine nicht gezeigte Isolierschicht isoliert. Somit fließt der zu schalten de Strom von der anschlußseitigen Zuführleitung 52 über einen aus mehreren Wicklungen 5 bestehenden Wicklungsteil zu der schalterseitigen Zuführleitung 51, wobei das Bimetallelement 7 von keinem Strom durchflossen wird und durch den Wärmeübergang von den durch den zu schaltende Strom erwärmten Wicklungen 5 indirekt erwärmt wird. Somit kann die Wärmeentwicklung und thermische Belastung des Bimetallelements 7 verringert werden.

Des weiteren führt die indirekte Erwärmung zu einer Verbesse rung der Reproduzierbarkeit, da der elektrische Widerstand des Bimetallelements 7 keinen Einfluß auf den durch den spezifi schen Widerstand der Wicklungen 5 bestimmten Erwärmungsgrad hat.

Aufgrund der Wicklungsanordnung erfordert die thermische Auslö sevorrichtung gemäß Fig. 3b jedoch einen erhöhten Herstellungs aufwand auf, um eine möglichst hohe Reproduzierbarkeit zu er zielen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermi sche Auslösevorrichtung mit verringerter Wärmeentwicklung und verbesserter Reproduzierbarkeit bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine thermische Auslösevorrich tung der eingangs genannten Art, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement in einem Zweig einer Parallelschaltung an geordnet ist, wobei der zu schaltende Strom den Gesamtstrom der Parallelschaltung bildet.

Erfindungsgemäß wird also ein verringerter Teil des zu schal tenden Stroms durch das Bimetallelement geführt, so daß sich die Erwärmung des Bimetallelements und damit der Schaltvorrich tung im Grenzstrombereich verringert. Dies führt zu einer ge ringeren Temperaturbelastung des Bimetallelements und damit zu einer höheren Lebensdauer, da das Bimetallelement für einen ge ringeren Auslösestrom ausgelegt werden kann.

Ferner haben Exemplarstreuungen des Bimetallelements geringere Auswirkungen auf den Auslösestrom, da der den Exemplarstreuun gen unterliegende und den vorbestimmten Erwärmungsgrad des Bi metallelements hervorrufende Strom lediglich ein geringer Teil des Auslösestroms ist.

Der andere Zweig der Parallelschaltung kann vorzugsweise durch ein Leitungsstück wie beispielsweise eine Drahtlitze gebildet sein, das einen wesentlich geringeren Widerstand als das Bime tallelement aufweist. Somit ist eine einfache Herstellung und hohe Reproduzierbarkeit möglich.

Weiterhin können die Zuführleitung und der andere Zweig der Parallelschaltung aus einer gemeinsamen einstückigen Drahtlitze gebildet sein, wobei die Drahtlitze an zwei Stellen des Bime tallelements angelötet sein kann, so daß der zwischen den Löt stellen befindliche Abschnitt der Drahtlitze den anderen Zweig der Parallelschaltung bildet. Dies führt zu einer weiteren Ver einfachung der Herstellung. Ferner kann der Auslösestrom auf einfache Weise durch Festlegen des Abstands der Lötpunkte ein gestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ange geben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild einer Schaltvorrichtung mit thermischer Auslösevorrichtung;

Fig. 2 eine thermische Auslösevorrichtung gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3a eine bekannte thermische Auslösevorrichtung; und

Fig. 3b eine weitere bekannte thermische Auslösevorrichtung.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen thermischen Auslösevorrichtung.

Abweichend von den bekannten thermischen Auslösevorrichtungen gemäß den Fig. 3a und 3b weist die erfindungsgemäße thermi sche Auslösevorrichtung gemäß Fig. 2 ein Leitungsstück 53 auf, das parallel zu dem Bimetallelement 7 angeschlossen ist, so daß sich der von der anschlußseitigen Zuführleitung 52 zugeführte zu schaltende Strom in einen durch das Bimetallelemente 7 flie ßenden Teilstrom und einen durch das Leitungsstück 53 fließen den Teilstrom aufteilt. Das Leitungsstück 53 und das Bimetalle lement 7 bilden somit eine Parallelschaltung, wobei die jewei ligen Teilströme durch das Verhältnis der elektrischen Leitwer te des Bimetallelements 7 und des Leitungsstücks 53 bestimmt werden.

Gemäß der bekannten Formel zur Bestimmung des Gesamtwiderstands einer Parallelschaltung ergibt sich der dem zu schaltende Strom entgegengesetzte Gesamtwiderstand der durch das Leitungsstück 53 und das Bimetallelement 7 gebildeten Parallelschaltung aus der nachfolgenden Gleichung (1):

R_G = R_B×R_D/(R_B + R_D), (1)

wobei R_G den Gesamtwiderstand der Parallelschaltung, R_B den wirksamen Widerstand des Bimetallelements und R_D den Drahtwi derstand des Leitungsstücks 53 kennzeichnet.

Die vorgenannte Gleichung (1) kann durch Dividieren des Zählers und des Nenners jeweils durch R_B wie folgt umgeschrieben wer den:

R_G = R_D/(1 + R_D/R_B) (2).

Aus Gleichung (2) wird ersichtlich, daß der Gesamtwiderstand R_G im wesentlichen durch den Drahtwiderstand R_D des parallel ge schalteten Leitungsstücks 53 bestimmt wird, sofern der Wider stand R_D des parallel geschalteten Leitungsstücks 53 deutlich geringer ist als der Widerstand des Bimetallelements 7. In die sem Fall ist nämlich der Term R_D/R_B des Nenners vernachlässig bar klein und hat einen geringen Einfluß auf den Wert des Ge samtwiderstands R_G.

Aufgrund des verringerten Gesamtwiderstands R_G ergibt sich eine geringere Wärmeentwicklung in der Schaltvorrichtung. Darüber hinaus haben Materialstreuungen des Bimetallelements 7, die aufgrund eines veränderten Widerstands R_B zu einem veränderten für die Auslösung erforderlichen Teilstrom durch das Bimetalle lement 7 führen, einen geringeren Einfluß auf den zu schaltende Gesamtstrom durch die Schaltvorrichtung. Die zur thermischen Auslösung führende Hohe des Gesamtstroms ist damit geringeren Schwankungen unterworfen. Damit ist die Reproduzierbarkeit der thermischen Auslösevorrichtung erhöht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Zuführleitun gen 51 und 52 und das Leitungsstück 53 über Lötpunkte 4 mit dem Bimetallelement 7 verbunden. Dies ermöglicht eine einstückige Ausbildung der Zuführleitungen 51 und 52 und des Leitungsstücks 53 in Form einer einzelnen an den beiden Lötpunkten 4 befestig ten Leitung wie beispielsweise einer Drahtlitze.

Selbstverständlich sind auch andere Befestigungs- und Kontak tierungsarten der Zuführleitungen 51 und 52 und des Leitungs stücks 53 denkbar, sofern eine Aufteilung des zu schaltende Stroms in einen durch das Bimetallelement 7 fließenden Teil strom und einen durch das Leitungsstück 53 fließenden Teilstrom gewährleistet ist. Ferner kann das Leitungsstück 53 auch durch einen diskreten Widerstand ersetzt werden, sofern dessen Wider standswert geringer ist als der Widerstandswert des das Bime tallelement 7 enthaltenden Zweigs.

Die Aufteilung des Stromes kann auch an einer anderen Stelle erfolgen, solange das Bimetallelement 7 in einem Parallelzweig einer Parallelschaltung angeordnet ist, so daß die erforderli che Stromaufteilung gegeben ist.

Zusammenfassend wird eine thermische Auslösevorrichtung für ei ne Schaltvorrichtung offenbart mit einem Bimetallelement und einer Zuführleitung, wobei das Bimetallelement in einem Zweig einer Parallelschaltung angeordnet ist, und der zu schaltende Strom den Gesamtstrom der Parallelschaltung bildet. Der andere Zweig der Parallelschaltung wird vorzugsweise durch ein Lei tungsstück mit einem geringen Widerstand gebildet, so daß le diglich ein geringer Teil des zu schaltenden Stroms durch das Bimetallelement fließt. Aufgrund des verringerten durch das Bi metallelement fließenden Stroms ist die Wärmeentwicklung in der Schaltvorrichtung verringert. Darüber hinaus haben Exemplar streuungen des Bimetallelements eine geringere Auswirkung auf den zu schaltenden Gesamtstrom, so daß eine höhere Reproduzier barkeit und ein geringerer Kalibrieraufwand erreicht werden.

Claims

1. Thermische Auslösevorrichtung für eine Schaltvorrich tung zum Schalten eines Stroms beim Überschreiten einer vorbe stimmten Stromhöhe, mit:

a) einem Bimetallelemente (7) zum Auslösen eines Schalt vorgangs in Abhängigkeit eines Erwärmungsgrads des Bimetallele ments (7), und
b) einer Zuführleitung (51, 52) zum Zuführen des zu schal tenden Stroms zu dem Bimetallelement (7), dadurch gekennzeichnet, daß
c) das Bimetallelement (7) in einem Zweig einer Parallel schaltung angeordnet ist, wobei der zu schaltende Strom den Ge samtstrom der Parallelschaltung bildet.

2. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Zweig der Parallelschaltung durch ein Leitungsstück (53) gebildet ist.

3. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (53) aus einer Drahtlitze gebildet ist.

4. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (51, 52) und das Leitungsstück (53) einstückig aus der Drahtlitze ausgebildet sind, wobei die Drahtlitze an zwei Kontaktstellen (4) an dem Bimetallelement (7) befestigt ist, so daß der zwischen den kontaktstellen (4) befindliche Ab schnitt der Drahtlitze das Leitungsstück (53) des anderen Zweigs der Parallelschaltung bildet.

5. Schaltvorrichtung mit einer thermischen Auslösevorrich tung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die thermische Auslösevorrichtung als thermischer Überlastungsschutz dient und das Bimetallelement (7) einen Schaltvorgang der Schaltvorrich tung auslöst.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine elektromechanische Auslösevorrichtung (3) zum Auslösen des Abschaltvorgangs beim Vorliegen einer vorbestimmten Höhe des zu schaltenden Stroms.

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, wo bei die Schaltvorrichtung ein Leitungsschutzschalter ist.