EP2926358A1 - Leitungsschutzschalter mit passiv beheiztem bimetall-element - Google Patents

Leitungsschutzschalter mit passiv beheiztem bimetall-element

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Publication number
EP2926358A1
EP2926358A1 EP13799034.7A EP13799034A EP2926358A1 EP 2926358 A1 EP2926358 A1 EP 2926358A1 EP 13799034 A EP13799034 A EP 13799034A EP 2926358 A1 EP2926358 A1 EP 2926358A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
bimetallic element
electromagnetic release
electromagnetic
coil
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13799034.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias KATZENSTEINER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Industries Austria GmbH
Original Assignee
Eaton Industries Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Industries Austria GmbH filed Critical Eaton Industries Austria GmbH
Publication of EP2926358A1 publication Critical patent/EP2926358A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
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    • H01H71/2463—Electromagnetic mechanisms with plunger type armatures
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H2071/407—Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms the thermal element being heated by the coil of the electromagnetic mechanism
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/40—Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms
    • H01H71/402—Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms in which the thermal mechanism influences the magnetic circuit of the electromagnetic mechanism

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker comprising at least two
  • Connection contacts which are electrically connected within the circuit breaker via a switching contact, an acting on the switching contact electromagnetic release whose coil is connected between the at least two terminal contacts, and acting on the switching contact bimetallic actuator respectively on the
  • Circuit breaker (short "LS-switch” or English, “circuit breaker”) are used to protect a line from excessive current load. If a predetermined limit is exceeded, the switching contact located between the terminals is opened and thus the circuit is interrupted. The triggering in conventional
  • Circuit breakers can usually be carried out electromagnetically, by means of a bimetallic element, manually and in many cases also via an external connection.
  • the electromagnetic release is aimed primarily at the disconnection of the circuit at high overcurrent. Because the coil of the electromagnetic release of the
  • Line circuit breaker is flowed through by the current, which also on the
  • the force generated by the electromagnetic release is dependent on the current. Above a certain threshold, the switching contact is opened by this force.
  • the electromagnetic release responds very quickly, reducing the delay between the occurrence of an overcurrent and the opening of the
  • Circuit breaker connected and is therefore flowed through by the current flowing through the terminals current.
  • the bimetallic element is gradually heated according to its electrical resistance and switches off after a delay time, which depends on the magnitude of the current. A higher overcurrent leads to an earlier shutdown, a lower current to a later shutdown.
  • An object of the invention is therefore to provide an improved circuit breaker.
  • a current load of the bimetal element is to be reduced or avoided and / or the power loss on the circuit breaker power loss can be reduced and / or the structure of a circuit breaker can be simplified.
  • electromagnetic actuator is thermally coupled.
  • the bimetallic element is passively heated, that is, heated only by the waste heat of the electromagnetic release.
  • Circuit breaker sloping power loss can be reduced.
  • thermal and electromagnetic short-circuit release are combined spatially and functionally, ie they can form an assembly. This will build a
  • a circuit breaker ie for the bimetallic element
  • the "working temperature” ie the temperature at which the curvature of the bimetallic element is so large that the switching contact is opened, comparatively high (eg above 100 ° C) .
  • the bimetallic element should have a sufficient working capacity for the This means that the product of travel and force at the free end of the bimetallic element should be sufficiently large, for which there is sufficient distance between the working temperature and the circuit breaker
  • Reference temperature e.g., 20 ° C
  • the heating power of said electromagnetic actuator in most cases is sufficient to heat the bimetallic element and a safe
  • the power converted to heat is also the order of magnitude equal.
  • the bimetallic element is arranged at a distance from the electromagnetic release, in particular at a distance from the coil. Thereby, a good electrical insulation between the electromagnetic release, in particular its coil, and the bimetallic element can be achieved. A short circuit of the coil by the bimetallic element is thus avoided even if the insulation of the coil should be defective for some reason.
  • the bimetallic element and the electromagnetic release, in particular its coil are arranged directly adjacent in the circuit breaker.
  • the bimetallic element can be good by thermal
  • directly adjacent means that between the electromagnetic release, in particular its coil, and the bimetallic element in the relevant for the heat transfer by radiation zone no
  • the bimetal element is at least in the thermal coupling with the electromagnetic release and / or the
  • electromagnetic release is at least in the region of the thermal coupling with the bimetallic element is / are provided with a coating which absorbs at least 90% of the infrared radiation. In this way, the heat transfer from
  • the bimetallic element and / or the electromagnetic release may be coated accordingly for this purpose.
  • the absorption capacity in the infrared range is relevant, in the visible wavelength range, the elements mentioned may well have a different color than black.
  • the bimetallic element is arranged above the electromagnetic release, in particular above the coil, or a guide device for directing hot air from the electromagnetic release to the bimetal element is provided. In this way, the bimetallic element can be well heated by convection.
  • Electromagnetic release ascending warm air sweeps around the bimetallic element and heats it. It is particularly advantageous in this case if a turbulent flow is generated, in particular by the shape of the electromagnetic release, its coil or the guide device.
  • the bimetallic element forms at least part of a yoke of the electromagnetic release.
  • the bimetallic element can in turn be heated by eddy currents, on the other hand, it forms part of the magnetic yoke of the electromagnetic release, resulting in a particularly strong synergistic effect.
  • This variant of the invention works particularly well when the bimetallic element has a comparatively high iron content. In general, eddy currents at a frequency of 50 Hz contribute only a comparatively small proportion to heating of the bimetallic element.
  • the coils are made of different thickness wire and have substantially the same diameter, in particular outer diameter.
  • a series of circuit breakers with relatively few different designs of its components can be constructed, since all coils have the same diameter (preferably the same outer diameter) and the components of the circuit breaker fit without major adaptations to each other. Ideally, no need at all
  • the differently thick coil wires are also wound on bobbin tubes with different diameters, so that within the series of circuit breakers coils with substantially the same
  • Circuit breakers with different thickness coil wire is substantially equal.
  • Fig. 1 shows a first example of a triggering mechanism of a circuit breaker
  • Fig. 2 shows a second example of a triggering mechanism of a circuit breaker with a larger cross-section of a coil wire.
  • Fig. 1 shows a first example of a triggering mechanism of a circuit breaker.
  • a circuit breaker comprises at least two terminal contacts, which are electrically connected within the circuit breaker via a switching contact 1.
  • the circuit breaker respectively its trigger mechanism comprises an acting on the switch contact 1 electromagnetic release 2, the coil 3 is connected between the at least two terminals and a switch element acting on the contact 1 bimetallic element 4th
  • the electromagnetic release 2 comprises not only the coil 3, a yoke 5 and a not visible in FIG. 1 because retracted impact anchor respectively plunger.
  • the bimetallic element 4 is fixed to a bimetallic support 6 and can be adjusted in its position (in FIG. 1 vertically) by means of a screw 7 which is guided by a nut 8 fixed to the housing.
  • the bimetallic support 6 is supported on (in Fig. 1 only partially shown) housing 10 of the circuit breaker 1 from, and is secured against twisting.
  • the switching point or the triggering point of the bimetallic element 4 can be adjusted. Furthermore, the distance of the bimetallic element 4 to the electromagnetic release 2 can be adapted to coils 3 of different sizes. Although differently sized wire cross sections of the coils 3 are required for different current strengths and the coils 3 can also have otherwise different dimensions, thereby circuit breaker for different currents can be constructed substantially the same.
  • the switching contact 1 comprises a fixed fixed contact 11 and a movable contact piece 12, which is also part of a lever system 13.
  • the switching piece 12 is marked for reasons of clarity with small rings in order to better explain the function of the lever system 13 below.
  • the lever system 13 further comprises a contact piece carrier 14, which is rotatably mounted about a housing-fixed axis 15 and is marked with dots.
  • the switching piece 12 is rotatably mounted about the arranged on the Wenn Scientific- carrier 14 axis 16.
  • the lever system 13 comprises a pawl 17 which is rotatably mounted about an arranged on the contact piece carrier 14 axis 18 and is also marked with dots.
  • Lever system 13 a latch support 19 which is rotatably mounted about the axis 15 and is marked with small crosses.
  • the lever system 13 comprises a
  • Torsion spring 20 which presses the pawl 17 and the pawl support 19 against each other, and a tension spring 21 whose force acts on the contact piece 12.
  • Fig. 1 are finally still connecting wires 22 and 23 are shown, which connect the electromagnetic release 2 and the contact piece 12 with the guided outwards terminal contacts of the circuit breaker. By contrast, the electrical connection between the at least two connection contacts is guided past the bimetal element 4.
  • Fig. 1 also shows a bracket 24 which connects the pawl 17 with a shift lever of the circuit breaker.
  • the bimetallic element 4 In an ON position, the bimetallic element 4 is straight, so that the torsion spring 20 presses the pawl support 19 on the pawl 17 and hooks the pawl 17 with its extension in the pawl support 19.
  • the contact piece carrier 14, the pawl 17 and the pawl support 19 can only be moved together, that is, rotated about the housing-fixed axis 15.
  • the spring 21 pulls the switching piece 12 in a clockwise direction about the axis 16, whereby the switching contact 1 remains closed in the ON position.
  • the tripping of the circuit breaker can be effected by the electromagnetic release 2. Too high current pushes the impact armature on the pawl support 19, so that the lock between the pawl 17 and the
  • the bimetallic element 4 is heated by the waste heat of the electromagnetic release 2.
  • the electromagnetic release 2 whose
  • Main function is the detection of short-circuit currents and the opening of the switch contact 1 in case of overcurrent, so acts simultaneously as a heating coil. This results in a
  • the tripping mechanism of the circuit breaker illustrated in FIG. 1 has the following further features:
  • the bimetal element 4 is spaced from the electromagnetic release 2, in particular spaced from the coil 3, respectively.
  • a good electrical insulation between the electromagnetic release 2, in particular its coil 3, and the bimetallic element 4 can be achieved.
  • a short circuit of the coil 3 by the bimetallic element 4 is thus avoided even if the insulation of the coil 4 should be defective for some reason. The closer the bimetal element 4 am
  • electromagnetic actuator 2 is arranged, but the better is the heat transfer from the electromagnetic release 2 to the bimetallic element 4th
  • the bimetal element 4 and the electromagnetic release 2, in particular its coil 3, are arranged directly adjacent in the circuit breaker.
  • the bimetallic element 4 can be well heated by thermal radiation, because between the electromagnetic release 2, in particular its coil 3, and the bimetallic element 4 takes place in the relevant for the heat transfer by radiation zone no significant shielding by other components.
  • the bimetal element 4 is provided with a coating at least in the region of the thermal coupling with the electromagnetic release 2 and / or the electromagnetic release 2, at least in the region of thermal coupling with the bimetallic element 4 / are, which absorbs at least 90% of the infrared radiation. In this way, the heat transfer by radiation from the electromagnetic release 2 to the bimetallic element 4 succeeds particularly well.
  • the bimetallic element 4 as shown in FIG. 1, is arranged above the electromagnetic release 2, in particular above the coil 3. In this way, the bimetallic element 4 is heated not only by radiation but also by convection in the form of warm air rising from the electromagnetic actuator 2 and sweeping around the bimetallic element 4.
  • a guide device for directing hot air from the electromagnetic release 2 to the bimetallic element 4 may be provided.
  • Circuit breaker is advantageous, other embodiments are conceivable.
  • an intermediate element or an intermediate layer for example Teflon, glass silk
  • the bimetallic element 4 and the electromagnetic trigger 2 for example, the bimetallic element 4, the electromagnetic release 2, in particular the coil 3, also touch, whereby the bimetallic element 4 is well heated by heat conduction.
  • the bimetal element 4 forms at least part of the yoke 5 of the electromagnetic release 2.
  • the yoke 5 can be moved past the top of the coil 3.
  • the bimetallic element 4 on the one hand
  • the coils 3 of a plurality of different circuit breakers of a series of circuit breaker as shown in Figures 1 and 2 have substantially the same diameter (here, inner diameter).
  • a series of circuit breaker can be constructed with relatively few different types of its components. Ideally, no different types of components of the circuit breaker need be provided at all.
  • the coils 3 have substantially the same inner diameter on. However, this is by no means mandatory. It would also be conceivable, for example, that the coils 3 all have substantially the same outer diameter. This is the result
  • Coil sleeves are wound with different diameter, so that within the series of circuit breakers coils 3 with substantially the same
  • the bimetallic element 4 is in its (unheated) initial position very close to the coil 3. Bends the bimetallic element 4 when heated then down, the latch support 19 is moved counterclockwise, causing the trigger mechanism in the already continue is triggered as described above.
  • the bimetallic element 4 can, as shown in Figures 1 and 2, actively apply a thermoelastic force for unlatching a trigger mechanism.
  • the bimetal element 4 is biased and holds the trigger mechanism in the ON state. If this force returns when the bimetallic element 4 is heated, the triggering mechanism is triggered, that is to say the switching contact 1 is disconnected.
  • the triggering device is not necessarily shown to scale and therefore may have other proportions. Farther For example, the triggering device may also include more or fewer components than illustrated.

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Abstract

Es wird ein Leitungsschutzschalter mit zumindest zwei Anschlusskontakten angegeben, die innerhalb des Leitungsschutzschalters über einen Schaltkontakt (1) elektrisch verbunden sind. Weiterhin umfasst der Leitungsschutzschalter einen auf den Schaltkontakt (1) wirkenden elektromagnetischen Auslöser (2), dessen Spule (3) zwischen die zumindest zwei Anschlusskontakte geschaltet ist, sowie ein auf den Schaltkontakt (1) wirkendes Bimetall- Element (4). Bei dem genannten Leitungsschutzschalter ist die elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Anschlusskontakten am Bimetall-Element (4) vorbei geführt, und das Bimetall-Element ist mit dem genannten elektromagnetischen Auslöser (2) thermisch gekoppelt.

Description

LEITUNGSSCHUTZSCHALTER MIT PASSIV BEHEIZTEM BIMETALLELEMENT
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter, umfassend zumindest zwei
Anschlusskontakte, die innerhalb des Leitungsschutzschalters über einen Schaltkontakt elektrisch verbunden sind, einen auf den Schaltkontakt wirkenden elektromagnetischen Auslöser, dessen Spule zwischen die zumindest zwei Anschlusskontakte geschaltet ist, und einen auf den Schaltkontakt wirkenden Bimetall- Aktuator respektive ein auf den
Schaltkontakt wirkendes Bimetall-Element.
STAND DER TECHNIK
Leitungsschutzschalter (kurz„LS-Schalter" beziehungsweise engl,„circuit breaker") dienen dem Schutz einer Leitung vor zu hoher Strombelastung. Wird ein vorgegebenen Grenzwert überschritten, so wird der zwischen den Anschlusskontakten liegende Schaltkontakt geöffnet und damit der Stromkreis unterbrochen. Die Auslösung in herkömmlichen
Leitungsschutzschaltern kann in der Regel elektromagnetisch, mit Hilfe eines Bimetall- Elements, manuell sowie in vielen Fällen auch über einen externen Anschluss erfolgen.
Die elektromagnetische Auslösung zielt vor allem auf das Trennen des Stromkreises bei hohem Überstrom ab. Weil die Spule des elektromagnetischen Auslösers des
Leitungsschutzschalters vom Strom durchflössen ist, welcher auch über die
Anschlusskontakte fließt, ist die vom elektromagnetischen Auslöser erzeugte Kraft abhängig von der Stromstärke. Über einem bestimmten Schwellwert wird der Schaltkontakt durch diese Kraft geöffnet. Der elektromagnetische Auslöser spricht sehr schnell an, wodurch die Verzögerungszeit zwischen dem Auftreten eines Überstroms und dem Öffnen des
Schaltkontakts nur sehr kurz ist. Die Auslösung über das Bimetall-Element (zumeist in Streifenform) erfolgt deutlich langsamer und soll vor allem übermäßig lang anhaltenden Strom, welcher nur geringfügig über einem festgesetzten Grenzwert liegt, verhindern. Das Bimetall-Element ist zu diesem Zweck in die elektrische Verbindung zwischen den Anschlusskontakten des
Leitungsschutzschalters geschaltet und wird demzufolge von dem über die Anschlusskontakte fließenden Strom durchflössen. Dabei wird das Bimetall-Element entsprechend seinem elektrischen Widerstand allmählich erwärmt und schaltet nach einer Verzögerungszeit ab, die von der Höhe des Stroms abhängt. Ein höherer Überstrom führt dabei zu einem früheren Abschalten, ein niedrigerer Strom zu einem späteren Abschalten.
Nachteilig an bekannten Leitungsschutzschaltern ist, dass das Bimetall-Element durch die mitunter sehr hohen über die Anschlusskontakte des Leitungsschutzschalters fließenden Ströme belastet wird. Weiterhin ist der Aufbau eines Leitungsschutzschalters aufgrund der vielen Einzelteile aufwändig. Schließlich verursacht der über das Bimetall-Element fließende Strom, welcher auch als Ohmscher Widerstand wirkt, eine erhebliche Verlustleistung und führt damit zu einem schlechten Wirkungsgrad des Leitungsschutzschalters.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Leitungsschutzschalter anzugeben. Insbesondere soll eine Strombelastung des Bimetall-Elements verringert oder vermieden werden und/oder die am Leitungsschutzschalter abfallende Verlustleistung verringert werden und/oder der Aufbau eines Leitungsschutzschalters vereinfacht werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Leitungsschutzschalter der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Anschlusskontakten am Bimetall-Element vorbei geführt ist und das Bimetall-Element mit dem genannten
elektromagnetischen Auslöser thermisch gekoppelt ist.
Auf diese Weise wird das Bimetall-Element passiv beheizt, das heißt lediglich durch die Abwärme des elektromagnetischen Auslösers erwärmt. In Folge kann auch die am
Leitungsschutzschalter abfallende Verlustleistung verringert werden. Darüber hinaus werden der thermische und elektromagnetische Kurzschlussauslöser räumlich und funktionell vereint, das heißt sie können eine Baugruppe bilden. Dadurch wird der Aufbau eines
Leitungsschutzschalters vereinfacht. In der Regel strebt man für den thermischen Auslöser eines Leitungsschutzschalters (d.h. für das Bimetall-Element) eine weitgehende Unabhängigkeit von der Umgebungstemperatur an. Deswegen wählt man die„Arbeitstemperatur", also jene Temperatur bei der die Krümmung des Bimetall-Elements so groß ist, dass der Schaltkontakt geöffnet wird, vergleichsweise hoch (z.B. über 100°C). Außerdem sollte das Bimetall-Element ein ausreichendes Arbeitsvermögen für die Auslösung des Auslösemechanismus des Leitungsschutzschalters aufweisen. Das heißt, das Produkt aus Weg und Kraft am freien Ende des Bimetall-Elements sollte ausreichend groß sein. Dafür ist ein ausreichender Abstand der Arbeitstemperatur zur
Referenztemperatur (z.B. 20°C) nötig. In der Spule eines Magnetauslösers eines Leitungsschutzschalters ist im Überlastbereich in der Regel eine Temperatur gegeben, die als Arbeitstemperatur für das Bimetall ausreichend ist. Weiterhin ist auch die Heizleistung des genannten elektromagnetischen Auslösers in den meisten Fällen ausreichend, um das Bimetall-Element zu beheizen und eine sichere
Auslösung des Leitungsschutzschalters durch das Bimetall-Element zu gewährleisten. Weiterhin ist folgender Umstand für das genannte Funktionsprinzip von Vorteil: Spulen für große Nennströme weisen eine geringe Windungszahl bei großem Leiterquerschnitt auf, wohingegen Spulen für kleine Nennströme eine im Vergleich dazu große Windungszahl mit geringem Leiterquerschnitt aufweisen. Dadurch werden größenordnungsmäßig im
Wesentlichen gleiche magnetische Kräfte über einen großen Nennstrombereich erzielt.
Demgemäß ist auch die in Wärme umgesetzte Leistung größenordnungsmäßig gleich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
Günstig ist es aber auch, wenn das Bimetall-Element beabstandet zum elektromagnetischen Auslöser, insbesondere beabstandet zur Spule, angeordnet ist. Dadurch kann eine gute elektrische Isolation zwischen dem elektromagnetischen Auslöser, insbesondere dessen Spule, und dem Bimetall-Element erzielt werden. Ein Kurzschluss der Spule durch das Bimetall- Element wird somit auch dann vermieden, wenn die Isolation der Spule aus irgendeinem Grund defekt sein sollte.
In einer bevorzugten Variante des Leitungsschutzschalters sind das Bimetall-Element und der elektromagnetische Auslöser, insbesondere dessen Spule, im Leitungsschutzschalter direkt benachbart angeordnet. Auf diese Weise kann das Bimetall-Element gut durch thermische Strahlung erwärmt werden.„Direkt benachbart" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwischen dem elektromagnetischen Auslöser, insbesondere dessen Spule, und dem Bimetall- Element in der für die Wärmeübertragung durch Strahlung relevanten Zone keine
nennenswerte Abschirmung durch andere Bauteile erfolgt. Bevorzugt sollen wenigstens 90% der vom elektromagnetischen Auslöser, insbesondere dessen Spule, in dieser Zone
ausgehenden Strahlen ungehindert auf das Bimetall-Element auftreffen. Das sind 90% jener Strahlen, welche vom elektromagnetischen Auslöser ausgehen und aufgrund der räumlichen Lage des elektromagnetischen Auslösers und des Bimetall-Elements zueinander prinzipiell auf das Bimetall-Element treffen können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bimetall-Element wenigstens im Bereich der thermischen Kopplung mit dem elektromagnetischen Auslöser und/oder der der
elektromagnetische Auslöser wenigstens im Bereich der thermischen Kopplung mit dem Bimetall-Element mit einer Beschichtung versehen ist/sind, welche wenigstens 90% der Infrarotstrahlung absorbiert. Auf diese Weise gelingt die Wärmeübertragung vom
elektromagnetischen Auslöser auf das Bimetall-Element besonders gut. Das Bimetall-Element und/oder der elektromagnetische Auslöser können zu diesem Zweck entsprechen beschichtet sein. Für eine gute Wärmeübertragung ist dabei das Absorptionsvermögen im Infrarotbereich relevant, im sichtbaren Wellenlängenbereich können die genannten Elemente durchaus eine andere Farbe als schwarz haben.
Günstig ist es, wenn das Bimetall-Element oberhalb des elektromagnetischen Auslösers, insbesondere oberhalb der Spule, angeordnet ist oder eine Leitvorrichtung zum Leiten heißer Luft vom elektromagnetischen Auslöser auf das Bimetall-Element vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das Bimetall-Element gut durch Konvektion erwärmt werden. Vom
elektromagnetischen Auslöser aufsteigende warme Luft streicht dabei um das Bimetall- Element und erwärmt dieses. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn dabei eine turbulente Strömung erzeugt wird, insbesondere durch die Form des elektromagnetischen Auslösers, dessen Spule oder der Leitvorrichtung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Leitungsschutzschalters bildet das Bimetall-Element wenigstens einen Teil eines Jochs des elektromagnetischen Auslösers. Einerseits kann das Bimetall-Element wiederum durch Wirbelströme erwärmt werden, andererseits bildet es einen Teil des magnetischen Jochs des elektromagnetischen Auslösers, wodurch sich ein besonders starker synergetischer Effekt ergibt. Diese Variante der Erfindung funktioniert dann besonders gut, wenn das Bimetall-Element einen vergleichsweise hohen Eisenanteil hat. Generell tragen Wirbelströme bei einer Frequenz von 50 Hz nur einen vergleichsweise kleinen Anteil zu Erwärmung des Bimetall-Elements bei.
Bei einer Baureihe von mehreren Leitungsschutzschaltern ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die Spulen aus unterschiedlich dickem Draht gefertigt sind und im Wesentlichen denselben Durchmesser, insbesondere Außendurchmesser, aufweisen. Dadurch kann eine Baureihe von Leitungsschutzschaltern mit relativ wenigen unterschiedlichen Bauformen seiner Bestandteile aufgebaut werden, da alle Spulen denselben Durchmesser (vorzugsweise denselben Außendurchmesser) aufweisen und die Bauteile des Leitungsschutzschalters ohne größere Adaptierungen zueinander passen. Im Idealfall brauchen überhaupt keine
unterschiedlichen Bauformen der Bestandteile der Leitungsschutzschalter vorgesehen sein. In einer vorteilhaften Variante werden die unterschiedlich dicken Spulendrähte zudem auf Spulenhülsen mit unterschiedlichem Durchmesser gewickelt, sodass sich innerhalb der Baureihe von Leitungsschutzschaltern Spulen mit im Wesentlichen demselben
Außendurchmesser ergeben.
Günstig ist es bei einer Baureihe von mehreren Leitungsschutzschaltern schließlich, wenn der Abstand zwischen dem Bimetall-Element und dem elektromagnetischen Auslöser, insbesondere dessen Spule, bei mehreren Leitungsschutzschaltern im Wesentlichen gleich groß ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Wärmeübergang von dem
elektromagnetischen Auslöser auf das Bimetall-Element innerhalb einer Baureihe von
Leitungsschutzschaltern mit unterschiedlich dickem Spulendraht im Wesentlichen gleich ist.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 ein erstes Beispiel für einen Auslösemechanismus eines Leitungsschutzschalters und;
Fig. 2 ein zweites Beispiel für einen Auslösemechanismus eines Leitungsschutzschalters mit größerem Querschnitt eines Spulendrahts. DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel für einen Auslösemechanismus eines Leitungsschutzschalters. Generell umfasst ein Leitungsschutzschalter zumindest zwei Anschlusskontakte, die innerhalb des Leitungsschutzschalters über einen Schaltkontakt 1 elektrisch verbunden sind. Weiterhin umfasst der Leitungsschutzschalter respektive sein Auslösemechanismus einen auf den Schaltkontakt 1 wirkenden elektromagnetischen Auslöser 2, dessen Spule 3 zwischen die zumindest zwei Anschlusskontakte geschaltet ist sowie ein auf den Schaltkontakt 1 wirkendes Bimetall-Element 4.
Konkret umfasst der elektromagnetische Auslöser 2 neben der Spule 3 auch ein Joch 5 sowie einen in der Fig. 1 nicht sichtbaren weil eingezogenen Schlaganker respektive Stößel. Das Bimetall-Element 4 ist an einem Bimetall-Träger 6 befestigt und kann mit einer Schraube 7, welche durch eine gehäusefeste Mutter 8 geführt ist, in seiner Lage (in der Fig. 1 vertikal) eingestellt werden. Der Bimetall-Träger 6 stützt sich am (in der Fig. 1 nur ausschnittsweise dargestellten) Gehäuse 10 des Leitungsschutzschalters 1 ab, und wird solcherart gegen Verdrehen gesichert.
Auf diese Weise kann der Schaltpunkt beziehungsweise der Auslösepunkt des Bimetall- Elements 4 justiert werden. Weiterhin kann der Abstand des Bimetall-Elements 4 zum elektromagnetischen Auslöser 2 an verschieden große Spulen 3 angepasst werden. Obwohl für unterschiedliche Stromstärken unterschiedlich große Drahtquerschnitte der Spulen 3 benötigt werden und die Spulen 3 auch ansonsten unterschiedliche Abmessungen aufweisen können, können dadurch Leitungsschutzschalter für unterschiedliche Ströme im Wesentlichen gleich aufgebaut sein.
Der Schaltkontakt 1 umfasst einen feststehenden Festkontakt 11 sowie ein bewegliches Schaltstück 12, das gleichzeitig Teil eines Hebelsystems 13 ist. Das Schaltstück 12 ist aus Gründen der besseren Verständlichkeit mit kleinen Ringen gekennzeichnet, um die Funktion des Hebelsystems 13 nachfolgend besser erläutern zu können. Das Hebelsystem 13 umfasst weiterhin einen Schaltstück-Träger 14, der um eine gehäusefeste Achse 15 drehbar gelagert ist und mit Punkten gekennzeichnet ist. Das Schaltstück 12 ist um die auf dem Schaltstück- Träger 14 angeordnete Achse 16 drehbar gelagert. Weiterhin umfasst das Hebelsystem 13 eine Klinke 17, die um eine auf dem Schaltstück-Träger 14 angeordnete Achse 18 drehbar gelagert ist und ebenfalls mit Punkten gekennzeichnet ist. Darüber hinaus umfasst das Hebelsystem 13 eine Klinkenauflage 19, die um die Achse 15 drehbar gelagert ist und mit kleinen Kreuzen gekennzeichnet ist. Schließlich umfasst das Hebelsystem 13 eine
Torsionsfeder 20, welche die Klinke 17 und die Klinkenauflage 19 gegeneinander drückt, sowie eine Zugfeder 21, deren Kraft auf das Schaltstück 12 wirkt. In der Fig. 1 sind schließlich noch Anschlussdrähte 22 und 23 dargestellt, welche den elektromagnetischen Auslöser 2 beziehungsweise das Schaltstück 12 mit den nach außen geführten Anschlusskontakten des Leitungsschutzschalters verbinden. Dagegen ist die elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Anschlusskontakten am Bimetall- Element 4 vorbei geführt. Zuletzt zeigt Fig. 1 noch einen Bügel 24, welcher die Klinke 17 mit einem Schalthebel des Leitungsschutzschalters verbindet.
Die Funktion des in der Fig. 1 dargestellten Auslösemechanismus ist nun wie folgt:
In einer EIN-Stellung ist das Bimetall-Element 4 gerade, sodass die Torsionsfeder 20 die Klinkenauflage 19 auf die Klinke 17 drückt und sich die Klinke 17 mit ihrem Fortsatz in der Klinkenauflage 19 verhakt. Dadurch können der Schaltstück-Träger 14, die Klinke 17 und die Klinkenauflage 19 nur gemeinsam bewegt, das heißt um die gehäusefeste Achse 15 gedreht werden. Die Feder 21 zieht das Schaltstück 12 im Uhrzeigersinn um die Achse 16, wodurch der Schaltkontakt 1 in der EIN-Stellung geschlossen bleibt. Wird der Schalthebel des Leitungsschalters nun in die AUS-Stellung bewegt, so zieht der Bügel 24 den Schaltstück- Träger 14, die Klinke 17 und die Klinkenauflage 19, die ineinander verhakt sind, gegen den Uhrzeigersinn und bewirkt damit, dass die Achse 16 nach rechts bewegt wird wodurch in Folge der Schaltkontakts 1 geöffnet wird.
Als weitere Möglichkeit kann die Auslösung des Leitungsschutzschalters durch den elektromagnetischen Auslöser 2 bewirkt werden. Bei zu hohem Strom drückt der Schlaganker auf die Klinkenauflage 19, sodass die Verriegelung zwischen der Klinke 17 und der
Klinkenauflage 19 aufgehoben wird. Die Klinkenauflage 19 und die Klinke 17 befinden sich dann in der in Fig. 1 dargestellten Position. Durch die Zugfeder 21 wird der Schaltstück- Träger 14 nun um die Achse 15 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wobei die Klinke 17 nach oben ausweicht und dabei eine Drehung im Uhrzeigersinn vollführt. Dadurch wandert die auf dem Schaltstück-Träger 14 angeordnete Achse 16 nach rechts, wodurch der Schaltkontakt 1 geöffnet wird. In ähnlicher Weise erfolgt die Auslösung des Leitungsschutzschalters mit Hilfe des Bimetall- Elements 4. Dieses drückt bei starker Erwärmung auf einen Vorsprung der Klinkenauflage 19, wodurch diese wiederum um die Achse 15 gegen den Uhrzeigersinn gedreht und damit die Verriegelung zwischen der Klinke 17 und der Klinkenauflage 19 aufgehoben wird. Diese Situation ist in der Fig. 1 dargestellt. Der weitere Bewegungsablauf ist völlig analog zu jenem, der bei der Auslösung durch den elektromagnetischen Auslöser ausgeführt wird.
Die Auslösung durch den elektromagnetischen Auslöser 2 und das Bimetall-Element 4 sind also im Wesentlichen gleichwirkend. Lediglich die Angriffspunkte, die Richtungen sowie gegebenenfalls die Größe der vom elektromagnetischen Auslöser 2 respektive dem Bimetall- Element 4 auf die Klinkenauflage 19 aufgebrachten Kräfte sind unterschiedlich. In beiden Fällen wird jedoch eine Drehung der Klinkenauflage 19 um die Achse 15 gegen den
Uhrzeigersinn bewirkt.
Durch die Anordnung des Bimetall-Elements 4 in unmittelbarer Nähe des
elektromagnetischen Auslösers 2 wird das Bimetall-Element 4 durch die Abwärme des elektromagnetischen Auslösers 2 erwärmt. Der elektromagnetische Auslöser 2, dessen
Hauptfunktion das Detektieren von Kurzschlussströmen und das Öffnen des Schaltkontakts 1 bei Überstrom ist, wirkt also gleichzeitig als Heizwicklung. Dadurch ergibt sich eine
Doppelnutzung des elektromagnetischen Auslösers 2.
Der in der Fig. 1 dargestellte Auslösemechanismus des Leitungsschutzschalters weist noch folgende weitere Merkmale auf:
Im vorliegenden Beispiel ist das Bimetall-Element 4 beabstandet zum elektromagnetischen Auslöser 2, insbesondere beabstandet zur Spule 3, angeordnet. Dadurch kann eine gute elektrische Isolation zwischen dem elektromagnetischen Auslöser 2, insbesondere dessen Spule 3, und dem Bimetall-Element 4 erzielt werden. Ein Kurzschluss der Spule 3 durch das Bimetall-Element 4 wird somit auch dann vermieden, wenn die Isolation der Spule 4 aus irgendeinem Grund defekt sein sollte. Je näher das Bimetall-Element 4 am
elektromagnetischen Auslöser 2 angeordnet ist, umso besser ist jedoch die Wärmeübertragung vom elektromagnetischen Auslöser 2 an das Bimetall-Element 4.
Weiterhin sind das Bimetall-Element 4 und der elektromagnetische Auslöser 2, insbesondere dessen Spule3, im Leitungsschutzschalter direkt benachbart angeordnet. Auf diese Weise kann das Bimetall-Element 4 gut durch thermische Strahlung erwärmt werden, denn zwischen dem elektromagnetischen Auslöser 2, insbesondere dessen Spule 3, und dem Bimetall- Element 4 erfolgt in der für die Wärmeübertragung durch Strahlung relevanten Zone keine nennenswerte Abschirmung durch andere Bauteile. Bevorzugt trifft wenigstens 90% der vom elektromagnetischen Auslöser 2, insbesondere dessen Spule 3, in der relevanten
Übertragungszone ausgehenden Strahlung ungehindert auf das Bimetall-Element 4. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das Bimetall-Element 4 so ausgerichtet, dass die Wärmeübertragung auf einer möglichst großen Fläche stattfindet.
Von Vorteil ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn das Bimetall-Element 4 wenigstens im Bereich der thermischen Kopplung mit dem elektromagnetischen Auslöser 2 und/oder der elektromagnetische Auslöser 2 wenigstens im Bereich der thermischen Kopplung mit dem Bimetall-Element 4 mit einer Beschichtung versehen ist/sind, welche wenigstens 90% der Infrarotstrahlung absorbiert. Auf diese Weise gelingt die Wärmeübertragung durch Strahlung vom elektromagnetischen Auslöser 2 auf das Bimetall-Element 4 besonders gut.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Bimetall-Element 4 wie in der Fig. 1 dargestellt oberhalb des elektromagnetischen Auslösers 2, insbesondere oberhalb der Spule 3, angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Bimetall-Element 4 nicht nur durch Strahlung sondern auch durch Konvektion in Form von warmer Luft, die vom elektromagnetischen Auslöser 2 aufsteigt und um das Bimetall-Element 4 streicht, erwärmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Leitvorrichtung zum Leiten heißer Luft vom elektromagnetischen Auslöser 2 auf das Bimetall-Element 4 vorgesehen sein.
Obwohl die in der Fig. 1 dargestellte Variante des Auslösemechanismus eines
Leitungsschutzschalters von Vorteil ist, sind auch andere Ausführungsformen denkbar.
Generell ist es möglich, zwischen dem Bimetall-Element 4 und dem elektromagnetischen Auslöser 2 ein Zwischenelement beziehungsweise eine Zwischenschicht (z.B. Teflon, Glasseide) vorzusehen. Beispielsweise kann das Bimetall-Element 4 den elektromagnetischen Auslöser 2, insbesondere dessen Spule 3, auch berühren, wodurch das Bimetall-Element 4 gut durch Wärmeleitung erwärmt wird.
Von Vorteil ist es auch, wenn das Bimetall-Element 4 wenigstens einen Teil des Jochs 5 des elektromagnetischen Auslösers 2 bildet. Beispielsweise kann das Joch 5 dazu oben an der Spule 3 vorbeigeführt werden. Dadurch wird das Bimetall-Element 4 einerseits durch
Wirbelströme erwärmt, andererseits bildet es einen Teil des Jochs 5 des elektromagnetischen Auslösers 2, wodurch sich ein besonders starker synergetischer Effekt ergibt. Diese Variante der Erfindung funktioniert dann besonders gut, wenn das Bimetall-Element 4 einen vergleichsweise hohen Eisenanteil aufweist. Eine Schicht eines Bimetall-Elements 4 ist oft ohnehin aus magnetischem Stahl und kann dann gleichzeitig als Teil des Eisenrückschlusses beziehungsweise Jochs 5 des elektromagnetischen Auslösers 2 dienen. Bei dieser Variante sollte die magnetische Kraft auf das Bimetall-Element 4 bei Kurzschlussströmen
berücksichtigt werden, und auch dass Wirbelströme bei einer Frequenz von 50 Hz einen vergleichsweise kleinen Anteil zu Erwärmung des Bimetall-Elements 4 beitragen.
Die Fig. 2 zeigt nun eine Variante eines Auslösemechanismus eines Leitungsschutzschalters, welcher der in der Fig. 1 dargestellten Variante sehr ähnlich ist. Im Unterschied dazu weist die Spule 3 des elektromagnetischen Auslösers 2 jedoch einen wesentlich größeren
Querschnitt auf als die in der Fig. 1 gezeigten Spule 3 und ist daher für einen höheren
Nennstrom geeignet. Zudem ist das Bimetall-Element 4 im vorderen Bereich nach unten gekröpft. Im Wesentlichen ist die Funktionsweise des in der Fig. 2 dargestellten
Auslösemechanismus aber gleich wie für den in der Fig. 1 dargestellten
Auslösemechanismus.
Von Vorteil ist es, wenn die Spulen 3 mehrerer unterschiedlicher Leitungsschutzschalter einer Baureihe von Leitungsschutzschaltem wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt im Wesentlichen denselben Durchmesser (hier Innendurchmesser) aufweisen. Dadurch kann eine Baureihe von Leitungsschutzschaltem mit relativ wenigen unterschiedlichen Bauformen seiner Bestandteile aufgebaut werden. Im Idealfall brauchen überhaupt keine unterschiedlichen Bauformen der Bestandteile der Leitungsschutzschalter vorgesehen sein.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der Abstand zwischen den Bimetall-Elementen 4 und den elektromagnetischen Auslöser 2, insbesondere deren Spulen 3, bei mehreren
unterschiedlichen Leitungsschutzschaltem einer Baureihe von Leitungsschutzschaltem im Wesentlichen gleich groß ist, so wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Dadurch ist der Wärmeübergang vom elektromagnetischen Auslöser 2 auf das Bimetall-Element 4 innerhalb einer Baureihe von Leitungsschutzschaltem mit unterschiedlich dickem Spulendraht im Wesentlichen gleich. Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Baureihe von unterschiedlichen
Leitungsschutzschaltem weisen die Spulen 3 im Wesentlichen denselben Innendurchmesser auf. Dies ist jedoch keineswegs zwingend. Denkbar wäre beispielsweise auch, dass die Spulen 3 alle im Wesentlichen denselben Außendurchmesser aufweisen. Dadurch ist der
Wärmeübergang vom elektromagnetischen Auslöser 2 auf das Bimetall-Element 4 innerhalb einer Baureihe von Leitungsschutzschaltern mit unterschiedlich dickem Spulendraht auch ohne Anpassung des Abstands des Bimetall-Elements 4 mit Hilfe der Schraube 7 im
Wesentlichen gleich groß. Dazu können die unterschiedlich dicken Spulendrähte auf
Spulenhülsen mit unterschiedlichem Durchmesser gewickelt werden, sodass sich innerhalb der Baureihe von Leitungsschutzschaltern Spulen 3 mit im Wesentlichen demselben
Außendurchmesser ergeben. Eine weitere Möglichkeit, den Auslösemechanismus an verschieden große Spulen 3 anzupassen, ist auch dadurch gegeben, dass ein austauschbares Übertragungsstück vorgesehen werden kann, über welches das Bimetall-Element 4 auf der Klinkenauflage 19 angreift. Alternativ kann auch eine unterschiedlich lange Kröpfung (vergleiche Fig. 2) zu diesem Zweck vorgesehen sein. In den dargestellten Beispielen krümmt sich das Bimetall-Element 4 bei Erwärmung zur Spule 3 hin. Der Auslösemechanismus kann aber auch so aufgebaut sein, dass sich das Bimetall-Element 4 bei Erwärmung von der Spule 3 weg biegt. Beispielsweise könnte das Bimetall-Element 4 in den Figuren 1 und 2 unter der Spule 3 angeordnet sein und
beispielsweise an einem Vorsprung der Klinkenauflage 19 angreifen. Vorteilhaft liegt das Bimetall-Element 4 in seiner (unerwärmten) Anfangslage sehr nahe an der Spule 3. Biegt sich das Bimetall-Element 4 bei Erwärmung dann nach unten, so wird die Klinkenauflage 19 gegen den Uhrzeigersinn bewegt, wodurch der Auslösemechanismus in der bereits weiter oben beschriebenen Weise ausgelöst wird.
Das Bimetall-Element 4 kann, so wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, aktiv eine thermoelastisch bedingte Kraft zum Entklinken eines Auslösemechanismus aufbringen. Alternativ wäre aber auch möglich, dass das Bimetall-Element 4 vorgespannt ist und den Auslösemechanismus im EIN-Zustand hält. Geht diese Kraft bei Erwärmung des Bimetall- Elements 4 zurück, so wird der Auslösemechanismus ausgelöst, das heißt der Schaltkontakt 1 getrennt. Abschließend wird angemerkt, dass die Auslösevorrichtung nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt ist und daher auch andere Proportionen aufweisen kann. Weiterhin kann die Auslösevorrichtung auch mehr oder weniger Bauteile als dargestellt umfassen.
Lageangaben (z.B.„oben",„unten",„links",„rechts", etc.) sind auf die jeweils beschriebene Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß an die neue Lage anzupassen. Beispielsweise können der elektromechanische Auslöser 2 und das Bimetall-Element 4 anstatt wie dargestellt horizontal auch vertikal ausgerichtet sein. Schließlich wird angemerkt, dass sich die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung auf beliebige Art und Weise kombinieren lassen.

Claims

Patentansprüche
1. Leitungsschutzschalter, umfassend
zumindest zwei Anschlusskontakte, die innerhalb des Leitungsschutzschalters über einen Schaltkontakt (1) elektrisch verbunden sind,
einen auf den Schaltkontakt (1) wirkenden elektromagnetischen Auslöser (2), dessen Spule (3) zwischen die zumindest zwei Anschlusskontakte geschaltet ist und
ein auf den Schaltkontakt (1) wirkendes Bimetall-Element (4),
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Anschlusskontakten am Bimetall- Element (4) vorbei geführt ist und das Bimetall-Element (4) mit dem genannten
elektromagnetischen Auslöser (2) thermisch gekoppelt ist.
2. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall- Element (4) beabstandet zum elektromagnetischen Auslöser (2) angeordnet ist.
3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall- Element (4) und der elektromagnetische Auslöser (2) im Leitungsschutzschalter direkt benachbart angeordnet sind.
4. Leitungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall-Element (4) wenigstens im Bereich der thermischen Kopplung mit dem elektromagnetischen Auslöser (2) und/oder der elektromagnetische Auslöser (2) wenigstens im Bereich der thermischen Kopplung mit dem Bimetall-Element (4) mit einer Beschichtung versehen ist/sind, welche wenigstens 90% der Infrarotstrahlung absorbiert.
5. Leitungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall-Element (4) oberhalb des elektromagnetischen Auslösers (2) angeordnet ist oder eine Leitvorrichtung zum Leiten heißer Luft vom elektromagnetischen Auslöser (2) auf das Bimetall-Element (4) vorgesehen ist.
6. Leitungsschutzschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetall-Element (4) wenigstens einen Teil eines Jochs (5) des elektromagnetischen Auslösers (2) bildet.
7. Baureihe von mehreren Leitungsschutzschaltern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3) aus unterschiedlich dickem Draht gefertigt sind und im Wesentlichen denselben Durchmesser, insbesondere Außendurchmesser, aufweisen.
8. Baureihe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Bimetall-Element (4) und dem elektromagnetischen Auslöser (2) bei mehreren
Leitungsschutzschaltern nach einem der Ansprüche 2 bis 6 im Wesentlichen gleich groß ist.
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