DE2336916C3 - Leitungsschutzschalter in Schmal- und Schalenbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitungsschutzschalter in Schmal- und Schalenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Leitungsschutzschalter dieser Art ist aus der DE-OS 15 88 513 bekannt. Bei diesem Leitungsschutzschalter sind die aus Bimetall- und Kurzschlußauslöser bestehenden Ausschaltglieder zur Vermeidung der Zerstörung des erstgenannten Auslösers bei einem anstehenden kräftigen Kurzschluß derart hintereinandergeschaltet, daß entweder der Anfang der Spule des Kurzschlußauslösers oder der Anfang des direkt beheizten Bimetallauslösers direkt an der Anschlußklemme angeschlossen ist, während entweder das Ende des Kurzschlußauslösers oder das des Bimetallauslösers mit einem nachgeordneten Kontaktstück in Reihe liegt.

Im Rahmen einer elektrischen Schaltung betrachtet sind Kurzschlußauslöser und Bimetallauslöser im Grunde elektrische Meßgeräte, die bei einem Strom bestimmter Größe oder auch in Verbindung mit einer bestimmten Dauer mechanische Energie an ein Stellglied abgeben bzw. freigeben. Um eine genaue Einstellung und Reproduzierbarkeit der Ansprechwerte zu erreichen, ist es üblich, Kurzschlußauslöser und Bimetallauslöser in Reihe zu schalten. Dadurch wird erreicht, daß beide Auslöser jeweils genau den Strom führen, der in der zu schützenden Leitung fließt. Wie zuvor bereits erwähnt, fließt bei der Reihenanordnung der Ausschaltglieder der anstehende Nennstrom durch beide Auslöser und ruft somit zwangläufig eine Addierung der Widerstandswerte hervor. Die Addierung der Widerstandswerte der hintereinandergeschalteten Auslöser und ihrer die Auslöser verbindenden Litzen tragen keinesfalls zur Erhöhung des Nennstromes im Dauerbetrieb bei; vielmehr stellen diese einen Verlustfaktor dar, da der Nennstrom (maximal 25 A) in voller Größe sowohl durch den einen als auch durch den anderen Auslöser fließt.

Bei einer weiterhin bekanntgewordenen Schaltung (DL-PS 97 092) eines Wechselstromleistungsschalters ist der Kurzschluß- und Bimetallauslöser parallel mit in Reihe nachgeordneten Kontakten in eine gleichsinnig stromdurchflossene Strombahn zur Erzielung einer gleichmäßigen Stromaufteilung geschaltet. Auch im Falle dieser Schaltung handelt en sich lediglich im eine

ίο Erhöhung des Abschaltstromes mittels der im Parallelschaltkreis zwangsgekoppelten Kontakte.

Aus Gründen genormter, einheitlicher Außenabmessungen sowie wegen fertigungstechnischer Vorteile ist es erstrebenswert, Leitungsschutzschalter in Schalen- und Schmalbauweise zu erstellen (DE-PS Il 88 187 sowie BBC-Prospekt »Instructions for the Use of Miniature Circuit-Breakers S. 160«, DNG 40 070-E, Ausgabe 1970). Bei Leitungsschutzschaltern für Nennströme über 25 A (Sonderausgabe der Zeitschrift »elektrotechnik«, »Zeitalter der Elektrotechnik — 50 Jahre elektrotechnik«, 1969, S. 88 bis 92), bei denen die Auslöser in Reihe geschaltet sind, stellt die in den Auslösern und Leitungen entstehende Wärmeenergie ein Problem mit erheblicher Bedeutung dar. Der erforderliche große Drahtquerschnitt der Magnetauslöserspule macht deren Herstellung und die Herstellung der Verbindungsstellen sehr kompliziert. Der erforderliche große Querschnitt eines direkt beheizten Thermo-Bimetalls erfordert einen sehr großen Raum bzw. ergibt eine sehr geringe Ausbiegung. Bei dem Kurzschlußauslöser muß der Drahtquerschniii sehr groß gewählt werden.

Dadurch wird die Windungszahl ungünstig klein, außerdem muß die Lage der Windungen genau und unter Anwendung großer Kraft fixiert werden. Dadurch wird die thermische Auslösung ungenau.

Der Erfindung liegt ausgehend von einem Leitungsschutzschalter der eingangs genannten Gattung die Aufgabe zugrunde, die Eignung für Nennströme von 25 bis 63 A unter Beibehaltung des Teilungsmaßes von 17,5 mm zu erreichen. Verbindungsleiiungen und Leitungsverbindungen sollen einfach herstellbar sein und die Verlustleistung ist zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das freie Ende des Bimetallauslösers über eine Verbindungsleitung mit der ersten Verbindungsstelle verbunden ist und an der weiteren Verbindungsstelle das eine Ende einer mit einem Kontakthebel verbundenen flexiblen Verbindungsleitung angeschlossen ist. Das stellt sicher, daß bei dieser Schaltungsanordnung keine sich zusätzlich addierenden Widerstandswerte durch die flexiblen Verbindungsleitungen im Parallelschaltkreis ergeben, d. h. es entsteht durch die Verbindungsleiiungen im Dauerbetrieb kein Verlustfaktor. Obwohl grundsätzlich durch die Verbindungsleitungen eine Erhöhung des Nennstromes erzielbar ist, stellen diese im Dauerbetrieb eine Reduzierung des Gesamtwiderstandwertes dar.

In zweckmäßiger Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß der Bimetallauslöser einen Temperaturkoeffizicnten aufweist, der kleiner ist als der der Spule des KurzschluBauslösers, Yorteilhafterweise kann der direkt beheizte Bimetallauslöser aus mehr als einem Bimetallstreifen bestehen. Dadurch wird im Überstrombereich ein Effekt erzielt, der darin zu sehen ist, daß bei zunehmender Erwärmung des Schalters der Widerstand der aus Kupferdraht bestehenden Spule stärker zunimmt als der Widerstand des Bimetalls, d.h. das Stromverhältnis zwischen Bimetallauslöser und der Spule des

Kurzschlußauslösers wird etwas verschoben, derart, daö das Bimetall mit einem etwas höheren Stromanteil beaufschlagt wird. Die Bimetalltemperatur bekommt damit eine überproportionale Abhängigkeit zur Leistung bzw. zum Quadrat des Stromes, d. h. der Temperaturmaßstab wird gestreckt, die Genauigkeit der Clberstromauslösung verbessert, der Einfluß von Kraftstreuungen im Schaltmechanismus verringert.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung erfährt der Gegenstand der Erfindung dadurch, daß der Parallelzweig mit dem Bimetallauslöser oder der Mimetallauslöser selbst einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Diese Eigenschaft des Bimetalls ist in den Anwendungsfällen von Vorteil, in denen häufig hohe Kurzschlußströme anstehen bzw. zu bewältigen sind und ist besonders im Hinblick auf den Kurzschlußauslöser, d. h. dessen Kraftreserve von entscheidender Wichtigkeit. Das Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten ist ausschlaggebend für die Größe der Kraft des Kurzschlußauslösers. Auf Grund des jeweiligen Temperaturkoeffizienten wird infolge der eigenen Induktivität des Kurzschlußauslösers als auch infolge einer Erwärmung der Spule und der damit folglich verbundenen Widerstandserhöhung das Stromverhältnis zwischen dem Kurzschluß- und dem Bimetallauslöser etwas verändert, so daß die Stromverhältnisänderung des Kurzschlußauslösers einen dem Verhältnis der Gleichstrom-Kaltwiderstände entsprechenden geringen Strom erhält. Bei der Anwendung eines Bimetallauslösers mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten bewirkt die Erhöhung des Widerstandswertes in diesem bereits beim Fließen eines Kurzschlußstromes, daß der Stromanteil in der Spule des Kurzschlußauslösers groß wird.

Die Parallelschaltung der Auslöser als solche ist bei einem Schraubautomaten bekannt (CH-PS 1 21 430). Bei dem bekannten Schraubautomaten ist eine bimetallische Feder indirekt beheizt. Ein direkt beheiztes Bimetall verringert aber den Raumbedarf. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht, daß der vorhandene Wickelraum des elektromagnetischen Kurzschlußauslösers vollständig ausgenutzt wird, indem die Spule mit einem hohen Kupfer-Füllfaktor voilgewickelt wird, während der Bimetallauslöser an den sich ergebenden Betriebsstrom angepaßt wird.

Die Abstimmung zwischen den Widerstandswerten der beiden Auslöser wird so getroffen, daß einerseits die Dauertemperatur der Spule des Kurzschlußstromauslösers noch unter den zulässigen Werten bleibt, während der Bimetallauslöser die zur einwandfreien Funktion nötige und für die benachbarten Isolierteile zulässig? Temperatur erhält. Die Abstimmung der Widerstände der beiden Auslöser erlaubt dabei eine sehr genaue, optimale Auslegung, die bei Schaltern für hohe Dauerströme nötig ist.

Gegenüber einem Leitungsschutzschalter mit Reihenschaltung der beiden Auslöser ergibt sich in Bezug

auf die Kraft des elektromagnetischen Kurzschlußauslösers kein Nachteil, weil die Windungszahl entsprechend dem kleineren Spulenstrom heraufgesetzt bzw. in bezug auf die Schmalbauweise optimiert werden kann. Im Gegenteil führt sogar die bessere Ausnutzung des Wickelraumes der Spule zu einer höhen AW-Zahl im Kurzschlußfall und damit zu größerer Schlagenergie.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzip-Schaltung nach der Erfindung,

F i g. 2 die Darstellung eines erfindungsgemäßen Leitungsschutzschalters in Schalenbauweise mit einer abgenommenen Gehäuseschale und

F i g. 3 eine Darstellung wie in F i g. 2, jedoch um 180° gedreht.

In einem Parallelzweig befindet sich eine Spule 1 eines elektromagnetischen Kurzschlußauslösers 2. in dem anderen Parallelzweig liegen ein Bimetallauslöser 3, eine Vertnndungsleitung 4 und ein Bimetallträger 5 (Fig. 1). Ein Unterbrecherkontakt .st durch einen Schalter 6 angedeutet.

Knotenpunkte der Schallung sind mit 7 und 8 bezeichnet. Der Knotenpunkt 7 ist im Schalter als b^psondere Verbindungsstelle zwischen der Spule 1 des Kurzschlußa 'jlösers 2 und der Verbindungsleitung 4 ausgebildet. Der Knotenpunkt 8 ist gleichzeitig Verbindungspunkt am Magnetjoch 12 des Kurzschlußauslösers.

Die räumliche Anordnung der einzelnen Teile und oben beschriebenen Schaltglieder in einem Gehäuseteil 9 ist in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Der Knotenpunkt 7 ist, wie aus F i g. 3 ersichtlich, als eine Fahne 10 ausgebildet, die mit einer Anschlußklemme 11 in Verbindung steht. An der Fahne 10 sind ein Drahtende der Spule 1 sowie ein Ende der Verbindungsleitung 4 angeschlossen, z. B. angeschweißt. Die Verbindungsleitung 4 ist außerdem an dem obenliegend dargestellten freien Ende des Bimetallauslösers 3 angeschlossen.

Der Bimetallauslöser 3 ist an einem Bimetallträger 5 befestigt, der wiederum am Magnetjoch 12 des Kurzschlußauslösers 2 im Knotenpunkt 8 befestigt und angesLhlossen ist. Der Bimetallträger 5 bildet die Stromleitung zwischen dem Bimetallauslöser 3 und dem Magnetjoch 12. Am Magnetjoch 12 ist außerdem das andere Ende 13 der Spule 1 angeschlossen, ferner eine weitere flexible Verbindungsleitung 14. Diese drei elektrischen Verbindungsstellen am Magnetjoch 12 bilden den Knotenpunkt 8. Die Verbindungsleitung 14 geht an ein obenliegend dargestelltes Ende 15 eines Kontakthebels 16, der auf einer Achse 17 im Schaltmechanismus des Gerätes gelagert ist und durch sein Kontaktstück 18 zusammen mit einem festen Kontaktstück 19 die Kontaktstelle für den in Γ i g. I dargestellten Schalter 6 bi'del. Am festen Kontaktstück 19 ist eine Anschlußklemme 20 direkt angebracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Leitungsschutzschalter in Schmal- und Schalenbauweise mit einem Bimetallauslöser, dessen eines Ende mit dem Magnetjoch des elektromagnetischen Kurzschlußauslösers in Verbindung steht, dessen eines Ende seiner Spule durch eine erste Verbindungsstelle an einer Anschlußklemme des Schalters und dessen anderes Ende der Spule durch eine weitere Verbindungsstelle an dem Magnetjoch des elektromagnetischen Kurzschlußauslösers befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Bimetallauslösers (3) über eine Verbindungsleitung (4) mit der ersten Verbindungsstelle (Knotenpunkt 7; Fahne 10) verbunden ist und an der weiteren Verbindungsstelle (Knotenpunkt 8; Magnetjoch 12) das eine Ende einer mit einem Kontakthebel (16) verbundenen flexiblen Verbindungsleitung (14) angeschlossen ist.

2. Leitungsschutzschalter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallauslöser (3) einen Temperaturkoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der der Spule (1) des Kurzschlußauslösers (2).

3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelzweig mit dem Bimetallauslöser (3) oder cer Bimetallauslöser (3) selbst einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.