[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eichen des thermischen Auslöseelements
in einem bei Ueberstrom abschaltenden Installationseinbauschalter von elektrischen
Niederspannungsverteilnetzen, welches Element einen Auslöseschieber zur Kraftübertragung
von wenigstens einem Bimetallstreifen auf ein zugeordnetes Schaltschloss aufweist.
Der Auslöseschieber ist in Ausnehmungen von Führungsrippen eines Schaltereinsatzes
verschiebbar. Weiter bezieht sich die Erfindung auf einen Schlitten zur Ausführung
des Verfahrens, einen Auslöseschieber, hergestellt nach dem Verfahren, und die Anwendung
des Verfahrens.
[0002] Niederspannungsschaltgeräte, zu welchen insbesondere die Installationseinbaugeräte
gehören, werden vor allem bei Nennströmen bis zu 63 A in Verteilnetzen eingesetzt.
Die bei Ueberstrom abschaltenden Installationseinbaugeräte umfassen beispielsweise
Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter, thermische Ueberstromrelais für Schütze
und Sicherungen. Die Installationseinbaugeräte, welche einzeln oder zu Gruppen zusammengefasst
montiert werden, übernehmen das Schalten und/oder den Schutz der abgehenden Leitungen
und damit der daran angeschlossenen Verbraucher.
[0003] Es ist üblich, von einem vorgeschalteten Ueberstromschutzschalter mit z.B. 100 oder
200 A Nennstrom, einem Leistungsschalter, eine grössere Anzahl von Installationseinbaugeräten
mit elektrischer Energie zu versorgen.
[0004] Zum Schutze der Verbraucher werden nebst der erwähnten Vorsicherung zwei Auslösesysteme
in Installationseinbauschaltern verwendet:
- Ein thermisches Auslöseelement, das bei Stromstärken von 1,2 x Nennstrom innerhalb
von zwei Stunden den Schalter auslöst, und
- ein elektromagnetisches Auslöseelement, das im Bereich vom (8-15) x Nennstrom den
Schalter sofort auslöst.
[0005] Das hier ausschliesslich aktuelle Element für die thermische Auslösung des Schalters
besteht aus einem stromdurchflossenen Bimetallstreifen oder einem Bimetall mit einer
Heizwicklung. Beim Stromdurchfluss im Bimetall und/oder bei der Heizung von aussen
dehnen sich die beiden verschiedenen Metalle bekannter Zusammensetzung des Bimetallstreifens
verschieden stark aus, wodurch sich der Streifen krümmt und beim Erreichen einer vorbestimmten
Temperatur beispielsweise ein Schaltschloss betätigen kann.
Bei den hier besonders interessierenden Motorschutzschaltern durchfliesst der Strom
jeder der drei Phasen einen Bimetallstreifen und/oder eine Heizwicklung. Die Eichung
der drei thermischen Auslöseelemente erfolgt bei einem konventionellen Motorschutzschalter
einzeln, meist durch Verstellung je einer Eichschraube. Es sind also drei Eichschritte
pro Motorschutzschalter notwendig.
[0006] Beim Eichen muss der Bimetallstreifen die gleiche Temperatur erreichen wie im späteren
Betrieb beim Erreichen der unteren Grenze des nach Vorschriften festgelegten Normwerts
des elektrischen Stroms. In einem Durchlaufofen biegt sich das Thermoelement bis zu
einer bestimmten Auslenkung, die als Eichwert genommen wird. Dabei muss mit Eichscheiben
und mit flüssigem Harz als Eichmasse gearbeitet werden, die im Durchlaufofen, nachdem
der Bimetallstreifen die Endauslenkung erreicht hat, aushärtet. Nach dem Abkühlen
ausserhalb des Durchlaufens biegen sich die Bimelallstreifen zurück.
[0007] Alle bekannten Eichverfahren haben den Nachteil, dass die Eichwerte für die Ausbiegungen
des Bimetallstreifens ohne Stromdurchfluss festgelegt werden und damit nicht Betriebsbedingungen
entsprechen.
[0008] Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingangs genannten
Art sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, einen Auslöseschieber,
hergestellt nach dem Verfahren, und eine Anwendung des Verfahrens zu schaffen, die
eine hohe Präzision und eine einfache Durchführung gewährleisten, Betriebsbedingungen
entsprechen und bei mit mehreren Phasen arbeitenden Geräten den Phasenausfallschutz
ermöglichen.
[0009] In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
- für jeden Bimetallstreifen ein diesen mit Spiel umschliessender, in Längsrichtung
des Auslöseschiebers gleitend verschiebbarer Schlitten eingeführt und auf Längsholmen
aufgesetzt wird,
- die Längsholmen des Auslöseschiebers mit einem Auslösehebel zum Auslösepunkt des
Schaltschlosses geführt und fixiert werden, wobei die Lage des/der Bimetallstreifen/s
unverändert bleibt,
- der/die Bimetallstreifen mit dem nach Vorschriften niedrigsten, das Schaltschloss
auslösendem Ueberstrom entsprechenden Eichstrom erwärmt wird/werden, bis der/die
sich biegende/n Bimetallstreifen unter Verschiebung des zugeordneten Schlittens auf
den Längsholmen des Auslöseschiebers die Sollausbiegung erreicht hat/haben, und
- der/die Schlitten und die Längsholmen des Auslöseschiebers in dieser Endlage rasch
und mechanisch stabil miteinander verbunden werden.
[0010] Für die das erfindungsgemässe Verfahren abschliessende me chanisch stabile Verbindung
sind nur Verfahren geeignet, die schnell und bei mehreren Bimetallstreifen bevorzugt
gleichzeitig durchgeführt werden können. Als besonders gut geeignet hat sich das Ultraschallschweissen
erwiesen. Innerhalb weniger Millisekunden können beispielsweise drei Schlitten mit
dem Auslöseschieber verbunden werden.
[0011] Zur Eichung wird der Bimetallstreifen ausschliesslich mittels Stromdurchflusses
durch das Bimetall selbst und vorzugsweise durch eine zusätzliche Heizwicklung erwärmt.
Dadurch sind - dies im Gegensatz zu bisher verwendeten Eichverfahren - die Eich-
und Betriebsbedingungen gleich, der verwendete Eichstrom und der im späteren Betrieb
auftretende minimale Ueberstrom, welcher das Abschalten auslösen muss, sind gleich
gross. Bei einem bisher üblichen Durchlaufverfahren in einem Ofen dagegen wird das
Bimetall ohne Stromdurchfluss erwärmt.
[0012] In der Praxis wird das erfindungsgemässe Verfahren hauptsächlich auf Motorschutzschalter,
thermische Ueberstromrelais und Leitungsschutzschalter angewendet, welche mit drei
stromführenden Phasen arbeiten. An jede stromführende Phase ist ein an sich bekannter
Bimetallstreifen angeschlossen, der wie beschrieben geeicht wird.
[0013] Vorzugsweise wird der Eichstrom so gewählt, dass nach einer Erwärmung während 2 Min.
die Ausbiegung des Bimetalls dem Auslösewert des 1,2-fachen Nennstromes bei einer
Aufheizung während 2 Std. entspricht.
[0014] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht in mehrphasigen Schaltern
auch beim Ausfall einer Phase eine thermische Auslösung des Schaltschlosses. Dies
ist insbesondere bei Motorschutzschaltern und thermischen Ueberstromrelais von Bedeutung.
Es wird erreicht, dass trotz des Fehlens der dritten, ausfallenden Phase die vorschriftsgemässen
Grenzwerte zum Abschalten erreicht werden. Dieser an sich bekannte Phasenausfallschutz
wird erreicht, indem der Auslösehebel durch Verschieben des mit einem Mitnehmernokken
ausgestatteten einen Längsholms, des Auslöserechens, eines zweiteilig ausgebildeten
Auslöseschiebers in Richtung des Uebertragungshebels des Schaltschlosses verschoben
wird. Dabei schwenkt der Auslösehebel um eine im anderen Längsholm, dem Halterechen,
des Auslöseschiebers angeordnete Drehachse. Der Halterechen wird nicht bewegt, weil
eine Phase ohne Strom ist und sich deren Bimetall nicht verbiegt, was den Halterechen
blockiert. Da der Kontaktpunkt des Auslösehebels am Uebertragungshebel des Schaltschlosses
weiter vom Drehpunkt entfernt ist als der Angriffspunkt des Mitnehmernockens, wird
die vom Auslöserechen zurückgelegte, durch die Bimetallstreifen bewirkte Wegstrecke
vergrössert, es wird eine Uebersetzung der Bewegung des Auslöserechens erreicht.
[0015] Die Begriffe "Auslöserechen" und "Halterechen" sind rein funktionell zu verstehen
und beschränken sich ausschliesslich auf den beschriebenen Kontrollprozess zur Erprobung
des Anfahrens mit einer ausser Betrieb gesetzten Phase. Im praktischen Dauerbetrieb
dagegen sind alle Bimetallstreifen erwärmt. Fällt eine Phase aus, erkaltet der betreffende
Bi- metallstreifen und geht unter Mitnahme des "Halterechens" in seine Ausgangslage
zurück.
[0016] Für die bevorzugte Ausführung des Verfahrens wird entsprechend der Anzahl von stromführenden
Phasen mindestens ein, bei Motorschutzschaltern drei Doppelschlitten eingesetzt, welche
zur Herstellung der Auslöseschieber mechanisch stabil mit zwei Längsholmen verbunden
werden. Der Doppelschlitten besteht aus zwei gleichen Winkelstücken und einem entfernbaren
Schlittensteg, wobei die Innenseiten der Winkelstücke einander gegenüberliegend auf
derselben Ebene angeordnet sind und die parallel verlaufenden Schenkel die Oeffnung
für den Bimetallstreifen bilden. Vor dem Verbinden sind diese Doppelschlitten in entsprechend
geformten Längs rinnen des Auslöseschiebers frei beweglich.
[0017] Nach dem Verbinden, vorzugsweise durch Ultraschallschweissen, kann der Steg problemlos
von Hand abgeknickt werden, wenn der Uebergangsbereich zwischen den Winkelstücken
und dem Steg eine Einkerbung aufweist. Nach dem Entfernen des Stegs sind die beiden
Winkelstücke eines Doppelschlittens völlig voneinander getrennt, damit auch die beiden
Längsholmen des Auslöseschiebers. Ein zweiteiliger, unter Verwendung von Doppelschlitten
hergestellter Auslöseschieber hat zwei identische, einzeln in Längsrichtung verschiebbar
Längsholmen, welche lediglich nach ihrer unterschiedlichen Funktion als Auslöse- bzw.
Halterechen bezeichnet werden. Die beiden einzeln in Längsrichtung verschiebbaren
Längsholme des Auslöseschiebers haben eine der Anzahl von Bimetallstreifen entsprechende
Anzahl von mit einem Schenkel rechtwinklig abkragenden Winkelstücken.
[0018] Jeder der Längsholme weist weiter einen Mitnehmernocken und eine Bohrung für die
Schwenkachse des Auslösehebels auf, welcher am als Halterechen bezeichneten Längsholm
schwenkbar angelenkt ist. Die abkragenden Winkelstücke der zwei gegenüberliegenden,
den Auslöserechen und den Halterechen bildenden Längsholme umfassen den/die eingeführten
Bimetallstreifen. Der Phasenausfallschutz wird wie oben bereits beschrieben erreicht.
[0019] Der Auslöseschieber und die daran befestigten Stücke des Schlittens bzw. Doppelschlittens
bestehen bevorzugt aus ultraschallschweissbaren, thermisch hochstabilen Thermoplasten,
beispielsweise aus einem thermoplastischen Polyester oder aus Polyphenylensulfid.
[0020] Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1 einen Doppelschlitten in perspektivischer Ansicht,
- Fig. 2 - 6 perspektivische Darstellungen des schematischen Ablaufs des Eichvorgangs,
und
- Fig. 7 eine Ansicht eines thermischen Auslösesystems für einen Motorschutzschalter,
in stromloser Ruhestellung.
[0021] Der in Fig. 1 dargestellte einstückige Doppelschlitten 10 ist aus Polyphenylensulfid
gespritzt. Die beiden Winkelstücke 12, 14 sind mit einem abgewinkelten Schlittensteg
16 verbunden. Im Uebergangsbereich von den Winkelstücken zum Steg ist eine Einkerbung
18 ausgebildet, die als Schwächungslinie dient. Die Winkelstücke 12, 14 weisen je
einen Führungskamm 20 auf, der zum Eingriff in eine Führungsnut geeignet ist.
[0022] Nach der Befestigung der Winkelstücke 12, 14 des Doppelschlittens 10 am Gegenstück
kann der Schlittensteg 16 am abgewinkelten Teil angefasst und abgeknickt werden.
[0023] Die im wesentlichen rechteckige Oeffnung 22 zwischen den beiden einander zugekehrten
Winkelstücken 12, 14 ist für die Aufnahme der Bimetallstreifens 32 (Fig. 2) vorgesehen.
[0024] Fig. 2 zeigt den Doppelschlitten 10, welcher frei verschiebbar in den Führungen
36, 38 der beiden Längsholmen 26, 28 des Auslöseschiebers 24 liegt.
[0025] Diese Längsholme 26, 28 sind in entsprechend ausgesparten Nuten von Führungsrippen
30 eines Schaltereinsatzes eingesetzt und können in Längsrichtung des Auslöseschiebers
24 frei bewegt werden.
[0026] In Fig. 2 und den folgenden Fig. 3 - 6 ist nur ein Ausschnitt eines Auslösesystems
dargestellt. Im wesentlichen wiederholt sich Fig. 2 für jede stromführende Phase.
Der Auslösehebel ist übersichtlichkeitshalber erst in Fig. 7 dargestellt.
[0027] Aus Fig. 2 ist gut ersichtlich, dass der Doppelschlitten 10 so aufgesetzt ist, dass
der Bimetallstreifen 32 die Oeffnung 22 mit Spiel durchgreift.
[0028] In Fig. 3 wird die erste Stufe des eigentlichen Eichvorgangs dargestellt. Der Auslöseschieber
24, d.h. beide Längsholme 26, 28 werden in Richtung des Pfeils 34 verschoben bis
der nicht dargestellte Kontakthebel das ebenfalls nicht dargestellte Schaltschloss
auslöst. Genau in dieser Kipposition werden die Längsholme 26, 28 des Auslöseschiebers
24 fixiert.
[0029] Beim Verschieben der Längsholme 26, 28 gleitet der Doppelschlitten 10 mit seinen
beiden Führungskämmen 20 in je einer entsprechend ausgebildeten Längsnut 36, 38. Der
Doppelschlitten 10 wird durch den kalten, vom elektrischen Strom nicht durchflossenen
Bimetallstreifen 32 an Ort und Stelle gehalten.
[0030] In Fig. 4 wird dargestellt, wie sich der Bimetallstreifen 32 nach dem Durchgang von
elektrischem Strom in Richtung des Pfeils L verschiebt und dabei den Doppelschlitten
10 mitnimmt. Die Längsholme 26, 28 des Auslöseschiebers 24 bleiben dabei unverändert
an Ort und Stelle.
[0031] Der Bimetallstreifen 32 mit einer nicht dargestellten Heizwicklung wird von einem
ermittelten Eichstrom durchflossen, welcher nach 2 Min. Aufheizzeit die bei normaler
Auslösung beim 1,2-fachen Nennstrom notwendige Ausbiegung des Bimetallstreifens bewirkt.
Nach dem Erreichen der Sollausbiegung des Bimetallstreifens 32, in Fig. 4 dargestellt,
werden die beiden Winkelstücke 12, 14 mit je einem Längsholm 26, 28 des Auslöseschiebers
24 mittels Ultraschallschweis sens verbunden.
[0032] Durch Hin- und Herbewegen des abgewinkelten Teils des Schlittenstegs 16, in Fig.
5 mit dem Doppelpfeil 40 dargestellt, wird der Steg 18, welcher auch die beiden Längsholme
26 des Auslöseschiebers verbindet, abgeknickt und entfernt. Der Auslöseschieber 24
besteht nunmehr aus zwei getrennten Längsholmen 26, 28 mit aufgeschweissten Winkelstücken
12, 14.
[0033] Gemäss Fig. 6 ist der Eichstrom wieder ausgeschaltet, das Bimetall zieht den Längsholm
26 am Winkelstück 12 zurück. Ueber den in Fig. 7 ersichtlichen Auslösehebel wird der
Längsholm 28 mit dem Winkelstück 14 ebenfalls zurückgezogen.
[0034] Die Arbeitsstellung des Bimetallstreifens 32 und damit des Auslöseschiebers 24 bei
Nennstrom liegt zwischen den in Fig. 5 und 6 gezeigten Positionen.
[0035] Das in Fig. 7 dargestellte Auslösesystem für einen Motorschutzschalter umfasst drei
in den Fig. 2 bis 6 dargestellte Einheiten mit einem Bimetallstreifen, nämlich für
jede Phase eine.
[0036] Die drei Bimetallstreifen 321, 322, 323 liegen mit Spiel in den Oeffnungen, welche
von den Winkelstücken 121 und 141, 122 und 142 sowie 123 und 143 gebildet werden.
[0037] In den Längsholmen 26 und 28 ist je eine Bohrung 42 ausgespart. Der rechtwinklig
ausgebildete Auslösehebel 44 wirkt über einen Uebertragungshebel 46, mit einem Angriffspunkt
P, auf das nicht dargestellte Schaltschloss ein und kann so bei Ueberlast den Motorstrom
unterbrechen.
[0038] Anhand von Fig. 7 kann auch das Prinzip des im Betrieb eintretenden Phasenausfallschutzes
ersehen werden. Fällt z.B. die mit dem Bimetallstreifen 322 verbundene Phase aus,
so erkaltet das Bimetall und geht in die stromlose Ruhestellung zurück, wobei das
Winkelstück 122 und damit automatisch der Längsholm 28 mit den Winkelstücken 121
und 123 mitgenommen wird. Der Längsholm 26 dagegen wird über die Winkelstücke 141
und 143 durch die stromführenden Bimetallstreifen 321 und 323 zurückgehalten. Bei
der Bewegung des Längsholms 26 wird der Auslösehebel 44 geschwenkt, weil er auf dem
Mitnehmernocken 48 des Längsholms 26 an der Auflagestelle N zurückgehalten wird.
Durch die dabei mit Uebersetzung entstehende Schwenkbewegung des Auslösehebels 44
wird am Angriffspunkt P über den Uebertragungshebel 46 das Schaltschloss ausgelöst.
Die Uebersetzung entspricht dem Hebelverhältnis AN zu AP.
1. Verfahren zum Eichen des thermischen Auslöseelements in einem bei Ueberstrom abschaltenden
Installationseinbauschalter von elektrischen Niederspannungsverteilnetzen, welcher
Schalter einen Auslöseschieber (24) zur Kraftübertragung von wenigstens einem Bimetallstreifen
(32) auf ein zugeordnetes Schaltschloss aufweist, wobei der Auslöseschieber in Ausnehmungen
von Führungsrippen (30) eines Schaltereinsatzes verschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- für jeden Bimetallstreifen (32) ein diesen mit Spiel umschliessender, in Längsrichtung
des Auslöseschiebers (24) gleitend verschiebbarer Schlitten (10) eingeführt und auf
Längsholmen (26, 28) aufgesetzt wird,
- die Längsholmen (26, 28) des Auslöseschiebers (24) mit einem Auslösehebel (44) zum
Auslösepunkt des Schaltschlosses (46) geführt und fixiert werden, wobei die Lage
des/der Bimetallstreifen/s (32) unverändert bleibt.
- der/die Bimetallstreifen (32) mit dem nach Vorschriften niedrigsten, das Schaltschloss
(46) auslösenden Ueberstrom entsprechenden Eichstrom erwärmt wird/werden, bis der/die
sich biegende/n Bimetallstreifen (32) unter Verschiebung des zugeordneten Schlittens
(10) auf den Längsholmen (26, 28) des Auslöseschiebers (24) die Sollausbiegung erreicht
hat/haben, und
- der/die Schlitten (10) und die Längsholmen (26, 28) des Auslöseschiebers (24) in
dieser Endlage rasch und mechanisch stabil miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Bimetallstreifen
(32) mit einem Eichstrom entsprechend 1,2 x den Nennstrom des Installationseinbaugerätes
erwärmt wird/werden, wobei der Eichstrom nach 2 Min. Aufheizzeit die gleiche Ausbiegung
des/der Bimetallstreifen/s bewirkt wie der 1,2-fache Nennstrom bei normaler Auslösung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch
stabile Verbindung des/der Schlitten/s (10) mit dem Auslöseschieber (24) in wenigen,
vorzugsweise 10 - 20 msec hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch
stabile Verbindung des/der Schlitten/s (10) und den Längsholmen (26, 28) des Auslöseschiebers
(24) mittels Ultraschallschweissens hergestellt wird, bei mehreren Schlitten vorzugsweise
gleichzeitig.
5. Schlitten zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch
gekennzeichnet, dass dieser als Doppelschlitten (10) aus zwei gleichen Winkelstücken
(12,14) und einem nach dem Verbinden dieser Winkelstücke mit den Längsholmen (26,
28) des Auslöseschiebers (24) entfernbaren Schlittensteg (16) ausgebildet ist, wobei
die Innenseiten der Winkelstücke (12,14) einander gegenüberliegend auf derselben
Ebene angeordnet sind, und die parallel verlaufenden Schenkel eine Oeffnung (22) für
den Bimetallstreifen (32) bilden.
6. Schlitten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Uebergangsbereich zwischen
den Winkelstücken (12,14) und dem Schlittensteg (16) eine Einkerbung (18) aufweist,
entlang welcher der Steg nach dem Verbinden der Winkelstücke (12,14) mit dem Auslöseschieber
(24) abknickbar ist.
7. Auslöseschieber mit einem Auslösehebel, hergestellt nach dem Verfahren von einem
der Ansprüche 1 - 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der Auslöseschieber aus zwei vor
dem Aufbringen der Winkelstücke (12, 14) identischen, einzeln in Längsrichtung verschiebbaren
Längsholmen (26,28) mit je einer der Anzahl von Bimetallstreifen (32) entsprechenden
Anzahl von mit einem Schenkel rechtwinklig abkragenden Winkelstücken (12,14), einem
Mitnehmernocken (48) und einer Bohrung (42) für die Schwenkachse (A) des an einem
Längsholmen angelenkten Auslösehebels (44) besteht, wobei die abkragenden Winkelstücke
von zwei gegenüberliegenden, einen Auslöserechen und einen Halterechen bildenden
Längsholmen (26,28) den eingeführten Bimetallstreifen umfassen.
8. Auslöseschieber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung einer
Uebersetzung der Angriffspunkt (P) des Auslösehebels (44) am Uebertragungshebel (46)
zum Schaltschloss weiter von der Schwenkachse (A) im entfernten Längsholm (28) entfernt
ist als der Angriffspunkt (N) des Mitnehmernockens (48) des benachbarten Längsholms
(26).
9. Auslöseschieber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem
ultraschallschweissbaren Thermoplasten, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Polyester
oder aus Polyphenylensulfid, besteht.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 4 zur Eichung von Motorschutzschaltern,
thermischen Ueberstromrelais für Schütze oder Leitungsschutzschaltern.