DE3637275C1 - Overcurrent trip device for protection switching apparatuses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Überstromauslöser für Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Zum Schutz von Leitungen gegen thermische Überlastung und zum Kurz­ schlußschutz werden Leitungsschutzschalter verwendet.

Alle derartigen Schutzschalter sind prinzipiell gleich aufgebaut. Neben den Anschlußklemmen, dem Kontakt- und Löschsystem sowie dem Schalt­ schloß benötigen sie einen Magnetauslöser für den Kurzschlußschutz und einen thermischen Auslöser zum Schutz gegen Überlastung.

Bei bekannten Ausführungen ist sowohl die Spule des Magnetauslösers als auch der thermische Auslöser stromdurchflossen. Steigt der Strom über seinen zulässigen Wert, dann löst der thermische Auslöser infolge der Stromwärme das Schaltgerät aus. Im Kurzschlußfall wird hingegen der Anker des Elektromagneten schlagartig angezogen, so daß der gestörte Stromkreis sehr schnell unterbrochen wird.

Im ungestörten Betrieb fließt der Nennstrom der angeschlossenen elektri­ schen Verbraucher durch beide Auslöser des Schaltgerätes; es entsteht Verlustwärme, die unerwünscht ist.

Bei einer bekanntgewordenen Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs (GB-PS 20 26 246) wurde daher der thermische Auslöser als Spule aus Memorymetall ausgebildet, die gleich­ zeitig die Spule des Magnetauslösers darstellt.

Nachteilig ist dabei, daß der thermische Auslöser selbst stromdurch­ flossen ist und deshalb die erforderliche genaue Eichung sich beim Auf­ treten eines Kurzschlußstroms bleibend verändert. Das Schaltgerät kann seine Schutzfunktion nicht mehr erfüllen.

Nachteilig ist des weiteren der große Zeitaufwand, der für die Justie­ rung eines derartigen Auslösers aufgebracht werden muß, und der verwen­ dete kostspielige Werkstoff.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Überstromauslöser für Schutzschaltgeräte zu schaffen, der die Schutzfunktion - Kurzschluß­ schutz und Schutz gegen thermische Überlastung - in einer Baueinheit vereinigt, dessen thermischer Auslöser nicht stromdurchflossen ist und dessen Leistungsbedarf (Verlustleistung) erheblich unter dem bekannter Anordnungen bleibt. Zusätzlich soll auf irgendwelche Justierarbeits­ gänge verzichtet werden, so daß der Überstromauslöser als kompakte, transportfähige Baueinheit in allen bekannten Leitungsschutzschaltern zur Anwendung kommen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung als thermischer Auslöser eine Bimetall-Schnappscheibe verwendet, welche von einem gut wärmeleitenden, zugleich die Spule tragenden, rotationssymmetrischen Tragkörper gehaltert ist.

Der Magnetauslöser besteht aus einem gut wärmeleitenden a-magnetischen Rohr, in dessen einem Ende der Magnetkern festgesetzt ist und dessen verschlossenes anderes Ende als Anschlag für den Magnetanker dient. Zwischen Anker und Kern ist eine Fesselungsfeder eingesetzt. Der vom Anker oder von der Schnappscheibe zu bewegende Stößel durchdringt zen­ tral den Kern und gegebenenfalls den Anker bzw. die Schnappscheibe. Mit seinem Ende drückt der Stößel bei Auslösung, und zwar jeweils schlagartig, zunächst auf die Klinke des Schaltschlosses und dann auf den beweglichen Kontakt des Schutzschalters. Die Auslösung wird durch den Stromfluß in der auf dem Rohr aufgebrachten Wicklung hervorgerufen. Diese Wicklung bringt im Kurzschlußfall den Anker, bei thermischer Über­ lastung die Bimetallschnappscheibe zum Ansprechen.

Nachdem für das Bimetall keine eigene Heizung erforderlich ist, wird durch diese vorteilhafte Anordnung die Verlustleistung gegenüber bekann­ ten Ausführungen auf die Hälfte reduziert.

Zur Verringerung der magnetischen Verluste wird über das Rohr ein U- förmiges, aus vorzugsweise ferromagnetischem Werkstoff bestehendes Magnetjoch geschoben und festgesetzt. Eine Verdrehsicherheit ist dabei nicht erforderlich, da es sich bei dem Überstromauslöser um einen rota­ tionssymmetrischen Körper handelt. Dieses Magnetjoch dient mit Hilfe geeigneter Ausschnitte auch zur Befestigung des Überstromauslösers im Schaltergehäuse und bildet den magnetischen Rückschluß.

Durch die exakten Randbedingungen, wie Luftspalt, Polfläche, Ampere­ windungszahl und Federkraft, ist der Ansprechwert des Magnetauslösers genau definiert - eine Justierung ist nicht erforderlich. Ebenso sind die Auslösebedingungen für den thermischen Auslöser durch die Verlust­ leistung der Spule genau vorgegeben. Durch Verwendung einer temperatur­ geeichten Schnappscheibe ist eine zusätzliche Justierung ebenfalls ent­ behrlich. Es ist sogar möglich, nur durch Veränderung der Spulendaten (Windungszahl, Querschnitt und Werkstoff) den gleichen Überstromauslöser für Schutzschalter für verschiedene Nennströme zu verwenden, da das Bimetall selbst nicht stromdurchflossen ist und nur auf die Temperatur­ erhöhung der Spule reagiert. Nachdem das Bimetall weder stromdurch­ flossen noch von einer Heizwicklung umgeben ist, ist eine Veränderung der Bimetalleichung durch schwere Kurzschlußabschaltungen nicht zu er­ warten.

Aus der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Wirkungsweise ersichtlich. Hierbei zeigt

Fig. 1 und 4 den betriebsbereiten Zustand,

Fig. 2 und 5 die Kurzschlußauslösung und

Fig. 3 und 6 die Auslösung bei thermischer Überlastung.

Bei dieser schematischen Darstellung ist auf alle Einzelheiten des dazu­ gehörigen Schutzschalters verzichtet worden, da sie für das Verständnis des Erfindungsgedankens von untergeordneter Bedeutung sind. Zunächst soll die Ausführung gemäß den Fig. 1 bis 3 erläutert werden.

Mit Ziffer 1 ist in der Zeichnung das Rohr (1 ) - der Trägerkörper - für den Überstromauslöser bezeichnet. Das geschlossene Ende (2) dient als An­ schlag für den Anker (3). Das andere Ende (4) des Rohres ist als Halte­ rung für die Schnappscheibe (5 ) ausgebildet.

In dem Rohr befindet sich die Feder (6), die sich an dem Anker (3) und dem Kern abstützt, und der festgesetzte Kern (7). Der Stößel (8) mit der Verdickung (9) ist in einer Bohrung vom Kern (7) verschiebbar ge­ lagert. Auf das Rohr (1) ist die Spule (10) gewickelt, deren Spulenende (11) vorteilhaft galvanisch mit dem Magnetjoch (12) verbunden sein kann. Die Spule ist dabei sehr eng auf das Rohr gewickelt, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu gewährleisten.

Vorteilhaft kann das Magnetjoch (12) als Festkontakt (13) des Schutz­ schalters herangezogen werden. Das Ende (4) des Rohres dient der Halte­ rung der Schnappscheibe und ist als Bimetallkammer (14) ausgebildet. Diese wird mit einem paßgenauen Deckel (15) verschlossen, der gleich­ zeitig den Verliererschutz für den Stößel bildet und die Schnappscheibe in ihrer Lage hält. Wie aus der Darstellung ersichtlich, ist bei der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 3 die Bimetallkammer des Überstromauslösers an der Seite des feststehenden Kerns (7), aber auch an der Seite des Festkontakts (13) und dem Spulenende (11) angeordnet. Der Kern (7) befindet sich räumlich zwischen dem Anker (3) und der Bimetallkammer (14).

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ist in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt. Hierbei zeigt die Fig. 4 den betriebsbereiten Zustand, die Fig. 5 die Kurzschlußauslösung und die Fig. 6 die Auslösung bei thermischer Überlastung. Auch bei dieser schematischen Darstellung ist auf alle Einzelheiten des dazugehörigen Schutzschalters verzichtet worden, da sie für das Verständnis des Erfindungsgedankens von unter­ geordneter Bedeutung sind. Mit Ziffer 1 ist in der Zeichnung das Rohr - der Trägerkörper - für den Überstromauslöser bezeichnet. Das Ende (4) dient gleichzeitig als Anschlag für den Anker (3) und ist als Halterung für die Schnappscheibe (5) ausgebildet. In dem Rohr befindet sich die Feder (6), die sich an dem Anker (3) und dem Kern abstützt, und der festgesetzte Kern (7). Der Stößel (8) mit der Verdickung (9) ist in einer Bohrung vom Kern (7) längs verschiebbar gelagert und durchdringt ebenfalls den Anker (3). Auf das Rohr (1) ist die Spule (10) gewickelt, deren Spulenende (11) vorteilhaft galvanisch mit dem Magnetjoch (12) verbunden sein kann. Das U-förmige Magnetjoch (12) ist mit Preßsitz auf das Rohr (1) geschoben und wird dort gehalten. Die Bimetallkammer (14) wird durch das Ende (4) des Rohres und den Deckel (15) gebildet. Dieser hält zusätzlich die Schnappscheibe (5) in ihrer Lage. Wie aus der Darstellung ersichtlich, ist bei der Ausführung gemäß Fig. 4 bis 6 die Bimetall­ kammer des Überstromauslösers an der gegenüberliegenden Seite des fest­ stehenden Kerns (7), aber auch an der gegenüberliegenden Seite zum Fest­ kontakt (13) und zum Spulenende (11) angeordnet. Der Anker (3) befindet sich räumlich zwischen dem Kern (7) und der Bimetallkammer (14).

Der Überstromauslöser arbeitet in der Weise, daß beim Auftreten eines Kurzschlußstromes (Fig. 2 und 5) der Anker (3) gegen die Kraft der Fesselungsfeder (6) an den Kern (7) gezogen wird. Diese Bewegung wird über den Stößel (8) zunächst auf die Klinke des Schaltschlosses über­ tragen, die dieses freigibt. Anschließend schlägt der Stößel über die Klinke auf den beweglichen Kontakt. Durch die kinetische Energie wird der Kontakt zusätzlich schnell geöffnet. Ist der Kurzschluß abgeschal­ tet, dann drückt die Fesselungsfeder (6) den Anker (3) an seinen An­ schlag im Rohr (1). Der Schutzschalter ist wieder einschaltbereit.

Bei länger dauerndem Überstrom erwärmt sich die Spule (10), Fig. 3 und 6. Diese Wärme wird auf kurzem Weg über das Rohr (1) auf die Schnappscheibe (5) übertragen. Wird die vorgegebene Schnapptemperatur überschritten, schnappt die Scheibe um und entklinkt über den Stößel (8) das Schaltschloß. Der Anlagenfehler ist abgeschaltet. Nach einiger Zeit kühlt das System ab, und die Schnappscheibe (5) schnappt in die Ruhelage zurück. Der Schutzschalter ist wieder einschaltbereit.

Claims (9)

1. Überstromauslöser für elektrische Schutzschaltgeräte, insbesondere Leistungsschutzschalter oder Motorschutzschalter, mit elektromagne­ tischer, thermoelektrischer und manueller Auslösung, bei denen so­ wohl ein Anker (3) als auch ein thermischer Auslöser auf einen zen­ trisch in einem Kern (7) geführten Stößel (8) wirken und allein von dem durch eine Spule (10) fließenden Strom der magnetische Kreis erregt und der thermische Auslöser beheizt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als thermischer Auslöser eine Bimetall-Schnappscheibe (5) verwendet wird, welche von einem gut wärmeleitenden, zugleich die Spule (10) tragenden, rotationssymmetrischen Tragkörper (1, 4) gehal­ tert ist.

2. Überstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gemeinsamen Tragkörper der Kern (7) festgesetzt und der Anker (3) verschiebbar gelagert ist.

3. Überstromauslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappscheibe (5) in einer Bimetallkammer (14 ) zentrisch vor dem Kern (7) angeordnet ist, diesen mit der konvexen Seite berührt und von dem Stößel durchdrungen wird.

4. Überstromauslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) axial zwischen dem Kern (7) und der Schnappscheibe (5) angeordnet ist und von dem Stößel (8) durchdrungen wird.

5. Überstromauslöser nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein U-förmiges Magnetjoch (12) mit einem Spulenende (11) in der Nähe des Festkontaktes (13) galvanisch verbunden ist.

6. Überstromauslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (12) eine Verlängerung aufweist, die als Festkontakt (13) dient.

7. Überstromauslöser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bimetallkammer (14) und der Festkontakt (13) am gleichen Ende des zum Tragkörper (1, 4) gehörenden Rohres (1) befinden.

8. Überstromauslöser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bimetallkammer (14) und der Festkontakt (13) an verschiedenen Enden des zum Tragkörper (1, 4) gehörenden Rohres (1) befinden.

9. Überstromauslöser nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bimetallkammer (14) einerseits durch das Ende (4) des Rohres (1) gebildet wird und andererseits durch den paßgenauen Deckel (15) verschlossen wird, der seinerseits die Schnappscheibe (5) in ihrer Lage hält.