[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät
mit einem ein ortsfest gehaltenes Kontaktende aufweisenden Bimetallstreifen, dessen
Freiende infolge thermischer Verformung zunehmend einen Auslösehebel in Auslöserichtung
beaufschlagt. Unter Schaltgerät werden dabei mechanische oder elektromechanische Schaltgeräte,
insbesondere Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Relais, Schütze oder dergleichen
verstanden.
[0002] Ein derartiges Schaltgerät dient zum Verbinden eines Stromkreises mit einem Stromnetz
sowie zur manuellen und selbsttätigen Trennung des Stromkreises vom Netz, wenn der
Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet. So dient beispielsweise ein Leitungsschutzschalter
zum Schutz von Leitungen in Installationen und Anlagen gegen Überlast und Kurzschluss.
In einem Netz mit Abschaltung durch Überstrom-Schutzorgane verhindert ein solches
Schaltgerät im Fehlerfall zusätzlich das Bestehen bleiben zu hoher Berührungsspannungen.
[0003] Beim Einschalten des Schaltgerätes oder Schutzschalters wird ein Kraftspeicher, insbesondere
eine Feder, als Teil eines mechanischen Schaltwerkes oder Schaltschlosses gespannt,
die beim Auslösevorgang freigegeben wird und den Schalter betätigt. Dabei umfasst
das Schaltgerät einen thermischen Auslöser in Form eines üblicherweise streifenförmigen
Bimetalls, der überlastzeitabhängig verzögert auslöst. Der Auslösevorgang wird durch
eine thermische Verformung des Bimetallstreifens infolge des über den Bimetallstreifen
geführten Überstroms ausgelöst. Dazu beaufschlagt ein einem ortsfesten Kontaktende
gegenüberliegendes Freiende des Bimetallstreifens einen mit dem Schaltwerk mechanisch
gekoppelten Auslösehebel, der einerseits einen beweglichen Kontakt oder Bewegkontakt
von einem Festkontakt abhebt und andererseits den Schalter über das Schaltschloss
entklinkt. Zudem umfasst das Schaltgerät üblicherweise zusätzlich einen unverzögert
auslösenden magnetischen oder elektromagnetischen Auslöser für hohe Stoßund Kurzschlussströme.
[0004] In der Regel wird bei einem derartigen elektromechanischen Schaltgerät mit einer
Unterbrechungsstelle eine biegeschlaffe Komponente in Form einer Kupferlitze zur Verbindung
einer ortsfesten Komponente, insbesondere einer Anschlussklemme oder eines mit dieser
verbundenen Bimetallträgers, und eines beweglichen Teils, insbesondere des Bimetallstreifens
oder des Bewegkontaktes, eingesetzt. Eine derartige Litzenverbindung ist beispielsweise
aus der DE 1 904 731 A1 und aus der EP 0 143 981 A1 bekannt.
[0005] Zweck der Flexibilität dieses Verbindungselementes ist es, dass dieses dem erforderlichen
Auslösehub des beweglichen Teils, d.h. des Freiendes des Bimetallstreifens bzw. des
Bewegkontaktes bei gleichzeitig möglichst geringer Beeinflussung der Auslösebewegung
folgt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass aufgrund der Biegeschlaffheit dieses Verbindungselements
dessen Montage bei der Fertigung eines entsprechenden Schaltgerätes einen erheblichen
Aufwand, insbesondere bei der Lagefixierung und Kontrolle bei der heute üblichen kurzzyklischen
automatischen Montage, erfordert. So muss bei der Montage ein solches biegeschlaffes
Verbindungselement stets auf Zug gehalten werden, um dessen präzise Ausrichtung und
Fixierung zu gewährleisten.
[0006] Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Reaktion des biegeschlaffen Verbindungsteils
während des Schaltbetriebs des Schaltgerätes praktisch nicht vorherbestimmbar ist.
Zudem sind behindernde Kräfte und unerwünschte zusätzliche Reibung durch eine derartige
Litze nur mit erheblichem Aufwand reduzierbar und können praktisch nicht vollständig
verhindert werden.
[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine thermische Auslösevorrichtung
für ein Schaltgerät, insbesondere für einen Leitungsschutzschalter, anzugeben, bei
dem die genannten Nachteile vermieden sind.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu
ist als Verbindungselement zur elektrisch leitenden Verbindung des Bimetallstreifens
mit dem Bewegkontakt eine lediglich in Auslöserichtung biegeweiche Komponente vorgesehen,
die in Füge- oder Montagerichtung biegesteif ist. Die Füge- bzw. Montagerichtung ist
als quer zur durch die Auslöserichtung und die Längsrichtung des Bimetallstreifens
aufgespannten Ebene verlaufend definiert.
[0009] Das Verbindungselement als in lediglich einer Richtung biegeweiche und in den übrigen
Richtungen biegesteife Komponente ist zweckmäßigerweise nach Art eines Strombandes
ausgeführt. Hierzu eignet sich insbesondere ein blechstreifenförmiges Stromband mit
einer Breite von ca. 5mm und einer Dicke oder Blechstärke von ca. 0,1mm bis 0,5mm.
Als Material für das bandartige Verbindungselement ist zweckmäßigerweise eine Kupferlegierung
oder auch eine Silberlegierung geeignet.
[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das als Stromband ausgeführte Verbindungselement
beidendseitig stoffschlüssig mit dem Bimetallstreifen einerseits und mit dem beweglichen
Kontakt oder Bewegkontakt andererseits verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist die
Verbindung am Bimetallstreifen zweckmäßigerweise an dessen Freiende vorgesehen. Dadurch
ist gewährleistet, dass der Stromfluss zunächst über den gesamten Bimetallstreifen
verläuft. In dieser Ausführungsform ist das Stromband mehrfach gebogen oder gefalten.
Bei der gebogenen Ausführung sind zweckmäßigerweise zumindest einige, vorzugsweise
mehrere Kröpfungen entlang des Strombandes vorgesehen, um eine möglichst geringe Widerstandskraft
des Strombandes gegen den Bewegkontakt zu erreichen. Dadurch wird zudem eine große
freie Biegelänge des Verbindungselementes in Auslöserichtung erzielt.
[0011] In einer alternativen Ausführungsform ist das strombandförmige Verbindungselement
als Schleifkontakt ausgeführt. Dazu ist ein Ende des Strombandes mit dem Bimetallstreifen
wiederum stoffschlüssig verbunden, während das Freiende des strombandförmigen Verbindungselementes
einfach oder auch ösenartig gebogen ist. Als kontaktierendes Gegenlager ist am Bewegkontakt
eine entsprechende Kontakt- oder Ansatzkontur angeformt, die eine möglichst großflächige
Kontaktzone mit dem als Schleifkontakt ausgebildeten Freiende des strombandförmigen
Verbindungselements sicherstellt. Der Schleifkontakt ist in Form einer kraftschlüssigen
Verbindung zwischen dem gebogenen Freiende des zweckmäßigerweise strombadförmigen
Verbindungselementes und entweder einer Außenkontur oder einer durch ein vorzugsweise
kreisbogenförmiges Langloch gebildeten Innenkontur des an einem beweglichen Kontaktarm
angeformten Ansatzes realisiert.
[0012] Bei dieser alternativen Ausführungsform ist das Bimetall zweckmäßigerweise U-förmig.
Hierzu eignet sich ein U-förmiges Stanzteil, dessen einer U-Schenkel freiendseitig
mit dem Bimetallträger und dessen anderer U-Schenkel freiendseitig mit dem dem Schleifkontaktende
gegenüberliegenden Fixierende des strombandförmigen Verbindungselements ebenfalls
stoffschlüssig verbunden ist. An dem die beiden U-Schenkel verbindenden Quersteg des
Bimetalls ist bei dieser Ausführungsform zweckmäßigerweise ein Verlängerungsstück
in Form beispielsweise eines Stahlblechs angesetzt, wobei hier wiederum eine stoffschlüssige
Verbindung vorgesehen ist. Das Freiende des Verlängerungsstücks bildet dann die Koppelstelle
zum Auslösehebel und bewegt sich dementsprechend infolge thermischer Verformung des
Bimetalls zunehmend in Auslöserichtung.
[0013] Durch die U-förmige Ausbildung des Bimetalls bei dieser alternativen Schleifkontakt-Ausführung
liegen das die Auslösekoppelstelle bildende Verlängerungsstück und das strombandförmige
Verbindungselement seitlich nebeneinander, d. h. in Fügerichtung hintereinander, so
dass das Verbindungselement die Biegebewegung des Freiendes des Verlängerungsstücks
ungehindert zulässt und gleichzeitig ebenfalls eine besonders geringe Widerstandskraft
gegen den Bewegkontakt ermöglicht.
[0014] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch
Einsatz eines lediglich in Auslöserichtung biegeweichen Verbindungselementes, das
in Füge- oder Montagerichtung biegesteif ist, eine besonders einfache Fertigung oder
Montage der thermischen Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät erreicht ist. Hierdurch
wird eine erheblichen Kosteneinsparung bei der Baugruppenfertigung und bei der Endmontage
eines derartigen Schaltgerätes erreicht. Insbesondere ist bei Einsatz einer mit einem
derartigen Verbindungselement ausgerüsteten thermischen Auslösevorrichtung die Bewegungsrichtung
des Verbindungselements innerhalb des Schaltgerätes, d. h. innerhalb dessen Gehäuses
selbst besonders präzise vorherbestimmbar.
[0015] Bei Einsatz eines Schleifkontaktes sind die Reibungsverhältnisse an der Berührungsstelle
eindeutig. Insbesondere bei dieser Ausführung des Verbindungselementes sind lediglich
zwei Montageschritte erforderlich. So ist in einem ersten Montageschritt der Bewegkontakt
zu montieren, während im zweiten Montageschritt die Schleifkontakt-Baugruppe mit dem
Bimetall und den damit bereits verbundenen Schleifkontakt lediglich auf- bzw. einzustecken
ist.
[0016] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher
erläutert. Darin zeigen:
- FIG 1a u. 1b
- In perspektivischer Darstellung bzw. in einer Draufsicht eine in ein Schaltgerät endmontierte
thermische Auslösevorrichtung mit einem gebogenen Stromband als Verbindungselement,
- FIG 2
- in einer Darstellung gemäß FIG 1b ein mehrfach gefaltenes Stromband als Verbindungselement,
- FIG 3a u. 3b
- in einer Darstellung gemäß FIG 1a bzw. 1b ein als Schleifkontakt ausgeführtes Verbindungselement,
und
- FIG 4a u. 4b
- in einer Darstellung gemäß FIG 3a bzw. 3b eine alternative Ausführungsform des Schleifkontaktes.
[0017] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
[0018] Die Figuren 1a und 1b zeigen ausschnittsweise ein Schaltgerät 1 bei abgehobenem Gehäusedeckel
dessen Gehäuse 2, in dem die wesentlichen Teile einer thermischen Auslösevorrichtung
sichtbar dargestellt sind. Die thermische Auslösevorrichtung umfasst einen Bimetallstreifen
3, dessen Kontaktende 3a mit einem Bimetallträger 4 stoffschlüssig verbunden und somit
ortsfest gehalten ist. Der Bimetallträger 4 ist in nicht näher dargestellter Art und
Weise mit einer Anschlussklemme des Schaltgerätes 1 elektrisch leitend verbunden.
Das Freiende 3b des Bimetalls oder Bimetallstreifens liegt einem Auslösehebel 5 beabstandet
gegenüber, der mit einem nur ansatzweise sichtbaren Schaltwerk oder Schaltschloss
6 gekoppelt ist.
[0019] Ein ebenfalls mit dem Schaltschloss 6 gekoppelter beweglicher Kontaktarm 7 trägt
einen somit beweglichen Kontakt oder Bewegkontakt 8, der einem Festkontakt 9 (FIG
1b) an einem ortsfesten Kontaktarm 10 gegenübersteht. Dargestellt ist die geöffnete
Stellung der Kontakte 8,9 oder des Schaltkontaktes, d.h. der Bewegkontakt 8 ist vom
Festkontakt 9 abgehoben. An den Bimetallträger 4 ist endseitig eine Lichtbogenschiene
11 angesetzt, die freiendseitig in eine nicht näher bezeichnete Löschkammer ragt.
[0020] Zur elektrisch leitenden Verbindung ist ein Verbindungselement 12 vorgesehen, das
den Bewegkontakt 8 über dessen Kontaktträger 7 mit dem ortsfesten Bimetall 3 und über
dieses mit dem ebenfalls ortsfesten Bimetallträger 4 und damit mit der (nicht dargestellten)
Anschlussklemme zur Stromführung über das Schaltgerät 1 verbindet. Das Verbindungselement
12 ist als Stromband ausgeführt und weist eine Strombanddicke von ca. 0,2mm und eine
Strombandbreite von ca. 5mm auf. Das aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende
strombandförmige Verbindungselement 12 ist mit dessen einen Ende 12a mit einem an
den Kontaktarm 7 des Bewegkontaktes 8 angeformten Ansatz 13 (FIG 1b) stoffschlüssig
verbunden. Das andere Ende 12b des strombandförmigen Verbindungselementes 12 ist ebenfalls
stoffschlüssig mit dem Freiende 3b des Bimetallstreifens 3 verbunden.
[0021] Bei der Ausführungsform gemäß den FIG 1a und 1b ist das strombandförmige Verbindungselement
12 gebogen ausgeführt, während bei der Ausführungsform gemäß FIG 2 eine mehrfache
Faltung des Verbindungselements 12 vorgesehen ist. Bei der gebogenen Ausführung des
Verbindungselements 12 sind entlang dessen gebogenen Verlaufs mehrfach Kröpfungen
14 vorgesehen. Dadurch wird eine entsprechende große Biegelänge des Verbindungselements
12 bereitgestellt, so dass eine besonders geringe Widerstandskraft des Verbindungselements
12 gegen den sich bewegenden Kontaktarm 7 und somit gegen den Bewegkontakt 8 erreicht
ist.
[0022] Diese geringe Widerstandskraft sowie die entsprechend große freie Biegelänge ist
bei der Ausführungsform gemäß FIG 2 durch eine mehrfache Faltung des Verbindungselements
12 erzielt. Die gefaltene Ausführung des Verbindungselements 12 gemäß der Ausführungsform
nach FIG 2 ist hinsichtlich des vergleichsweise geringen Raum- oder Platzbedarfes
vorteilhaft.
[0023] Das Verbindungselement 12 ist bei allen Ausführungsformen lediglich in Auslöserichtung
A (FIG 1a) biegeschlaff, während das Verbindungselement 12 in Füge- oder Montagerichtung
F als biegesteife Komponente ausgeführt ist. Die Füge- bzw. Montagerichtung F verläuft
quer oder senkrecht zur durch die Auslöserichtung A und die Längsrichtung L des Bimetallstreifens
3 aufgespannten Ebene und somit senkrecht zur Zeichnungsebene.
[0024] Durch diese Konfiguration des Verbindungselements 12 als lediglich in Auslöserichtung
A biegeweiche und ansonsten biegesteife Komponente ist einerseits gewährleistet, dass
das Verbindungselement 12 der Relativbewegung zwischen dem sich infolge thermischer
Verformung in Auslöserichtung A bewegenden Freiendes 3b zumindest annähernd gegenkraftslos
und damit praktisch ohne Behinderung der Bewegung des Bimetallstreifens 3 folgen kann.
Andererseits ermöglicht die Biegesteifheit des Verbindungselements 12 in Richtung
F quer zur Auslöserichtung A eine besonders einfache und zuverlässige Montage der
im Wesentlichen aus dem Verbindungselement 12 und dem Bimetallstreifen 3 sowie aus
dem Bimetallträger 4 und dem Bewegkontakt 7,8 bestehenden Auslösekomponente des Schaltgerätes
1.
[0025] Im dargestellten Montageendzustand kann sich somit das Freiende 3b des Bimetallstreifens
3 bestimmungsgemäß infolge thermischer Verformung aufgrund eines über den Bimetallstreifen
3 und das Verbindungselement 12 sowie den beweglichen Kontaktarm 7 zum Bewegkontakt
8 fließenden Überstroms praktisch ungehindert in Auslöserichtung A bewegen und den
Auslösehebel 5 bestimmungsgemäß zum Zwecke der Entklinkung des Schaltschlosses 6 mit
der Folge beaufschlagen, dass der Bewegkontakt 8 vom Festkontakt 9 abhebt.
[0026] Bei den in den Figuren 3a bis 4b dargestellten Ausführungsformen ist das Verbindungselement
12 als Schleifkontakt ausgeführt. Hierzu ist bei beiden Ausführungsformen wiederum
ein Ende 12b mit dem Bimetallstreifen oder Bimetall 3 stoffschlüssig verbunden. Im
Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1a, 1b und 2 ist hier jedoch
am andere Ende 12'a eine kraftschlüssige Verbindung zum beweglichen Kontaktarm 7 und
somit zum Bewegkontakt 8 vorgesehen. Diese kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
Freiende 12'a des Verbindungselements 12 und einem an den beweglichen Kontaktarm 7
angeformten Ansatz 15 wirkt bei einer Bewegung des beweglichen Kontaktarms 7 in Auslöserichtung
A als Reibschluss. Um dabei eine elektrisch möglichst zuverlässige Reibschlussverbindung
über den gesamten Auslöseweg sicherzustellen, ist in dieser Kraftschlussverbindung
zwischen dem Freiende 12'a des Verbindungselements 12 und dem Ansatz 15 eine möglichst
große Kontakt- oder Reibfläche vorgesehen.
[0027] Bei beiden Ausführungsformen gemäß den Figuren 3a,3b und 4a,4b ist das Verbindungselement
12 wiederum als in Auslöserichtung A biegeweiche und in Fügerichtung F quer hierzu
biegesteife Komponente ausgeführt. Zur Stützung und Lagefixierung des Verbindungselementes
12 sind in das Gehäuse 2 zwei zapfenartige und einander gegenüberliegende Stützstreben
16,17 eingeformt, zwischen denen das Verbindungselement 12 hindurchgeführt ist. Die
Stützelemente 16,17 sind dabei möglichst nah am als Schleifkontakt wirksamen Freiende
12'a des Verbindungselements 12 angeordnet, um dieses bei einer Bewegung des beweglichen
Kontaktarms 7 möglichst positionsgenau zu halten.
[0028] Dabei unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß den Figuren 4a und 4b gegenüber
der Ausführungsform gemäß den Figuren 3a bzw, 3b im Wesentlichen durch die Ausformung
des als Schleifkontakt wirksamen Freiendes 12'a des Verbindungselements 12. So ist
bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 4a und 4b der Schleifkontakt in einem kreisbogenförmig
verlaufenden Langloch 18 des Ansatzes 15 und somit an einer Innenkontur 19 dieses
Ansatzes 15 geführt und dazu ösen- oder schlaufenartig gebogen. Demgegenüber ist bei
der Ausführungsform gemäß den Figuren 3a und 3b der Schleifkontakt an einer dem Langloch
18 abgewandten Außenkontur 20 des Ansatzes 15 realisiert und lediglich etwa viertel-
oder halbkreisförmig gebogen.
[0029] Um bei diesen Ausführungsformen eine Kollision zwischen dem Verbindungselement 12
und dem Bimetall 3 zu vermeiden, verlaufen diese in Fügerichtung F und damit quer
zur Zeichenebene nebeneinander und dabei zueinander beabstandet. Hierzu ist - wie
aus den Figuren 3a und 4a vergleichsweise deutlich ersichtlich - das Bimetall 3 als
U-förmiges ausgeführt. Dabei ist ein erster U-Schenkel 21 des Bimetalls 3 freiendseitig
mit dem Bimetallträger 4 stoffschlüssig verbunden, während der andere U-Schenkel 22
freiendseitig mit dem Fixierende 12b des Verbindungselements 12 stoffschlüssig verbunden
ist. In der Verlängerung des mit dem Bimetallträger 4 verbundenen U-Schenkels 21 ist
im Bereich eines die beiden U-Schenkel 21,22 miteinander verbindenden Querstegs 23
des Bimetalls 3 ein Verlängerungselement 24 stoffschlüssig angesetzt, dessen Freiende
25 als den Auslösehebel 5 beaufschlagendes Freiende des Bimetalls 3 wirksam ist.
[0030] Die Schleifkontaktausführung hat gegenüber der beidendseitig stoffschlüssigen Verbindung
des strombandförmigen Verbindungselements 12 Vorteile bei der Fertigung bzw. Montage
des Schaltgerätes 1, zumal lediglich eine Stoffschlussverbindung zwischen dem jeweiligen
ortsfesten Bauteil, d.h. dem Bimetall 3 bzw. dem Bimetallträger 4 und dem beweglichen
Bauteil, d.h. dem beweglichen Kontaktarm 7 erforderlich ist. So kann bei der Schleifkontaktausführung
die im Wesentlichen aus dem Bimetall 3 und dem Bimetallträger 4 sowie dem Verbindungselement
12 bestehende thermische Auslösevorrichtung praktisch vollständig vormontiert werden
und ist lediglich als Schleifkontakt-Baugruppe in das Gehäuse 2 einsteckbar bzw. dort
aufsteckbar.
1. Thermische Auslösevorrichtung für ein Schaltgerät (1), insbesondere für einen Leitungsschutzschalter,
mit einem ein ortsfest gehaltenes Kontaktende (12b) aufweisenden Bimetallstreifen
(3), dessen Freiende (3b) infolge thermischer Verformung zunehmend einen Auslösehebel
(5) in Auslöserichtung (A) beaufschlagt, wobei der Bimetallstreifen (3) mit einem
beweglichen Kontakt (7,8) über ein Verbindungselement (12) elektrisch leitend verbunden
ist, das als lediglich in Auslöserichtung (A) biegeweiche Komponente ausgeführt ist,
die in einer quer zur durch die Auslöserichtung (A) und die Längsrichtung (L) des
Bimetallstreifens (3) aufgespannten Ebene verlaufenden Fügerichtung (F) biegesteif
ist.
2. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Ende (12b) des
Verbindungselementes (12) mit dem Bimetallstreifen (3) stoffschlüssig verbunden ist.
3. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 2, wobei das andere Ende (12a)des Verbindungselementes
(12) mit einem an einen den beweglichen Kontakt (8) tragenden Kontaktarm (7) angeformten
Ansatz (13) stoffschlüssig verbunden ist.
4. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 2, wobei das andere Ende (12'a) des Verbindungselementes
(12) als Schleifkontakt ausgebildet ist.
5. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 4, wobei das als Schleifkontakt ausgebildet
Ende (12'a) des Verbindungselementes (12) mit einem an einen den beweglichen Kontakt
(8) tragenden Kontaktarm (7) angeformten Ansatz (15) kraftschlüssig verbunden ist.
6. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 4, wobei das als Schleifkontakt ausgebildet
Ende (12'a) des Verbindungselementes (12) in einem, insbesondere kreisbogenförmig
verlaufenden, Langloch (18) des Ansatzes (15) geführt ist.
7. Thermische Auslösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verbindungselement
(12) als Stromband ausgeführt ist.
8. Thermische Auslösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verbindungselement
(12) gebogen oder gefalten ist.
9. Thermische Auslösevorrichtung nach Anspruch 8, wobei das gebogene Verbindungselement
(12) mindestens eine Abkröpfung (14) aufweist.
10. Schaltgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter, mit einer thermischen Auslösevorrichtung
(3,12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.