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Title:
OVERCURRENT TRIP FOR ELECTRIC PROTECTIVE CIRCUIT BREAKER DEVICES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/062091
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an overcurrent trip for electric protective circuit breaker devices. Said overcurrent trip comprises a thermoelectric and electromagnetic tripping operation. A current-carrying coil (1) is provided for this tripping operation. The coil heats a bimetallic, thermal trip element and excites the magnetic circuit of a magnetic trip element. The thermal trip element is a slotted sleeve (2) which is made of bimetallic material, which lines the coil (1) on the inside thereof, and which passes through in an essentially axial manner. When heated, the limbs (5, 6) which form or edge the axial slot (3) approach one another while decreasing the slot width and, as a result, effect the tripping movement.

Inventors:
FINGER HANS-GEORG
Application Number:
PCT/DE1999/001431
Publication Date:
December 02, 1999
Filing Date:
May 11, 1999
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01H71/40; (IPC1-7): H01H71/40
Foreign References:
DE3637275C11988-05-05
CH174187A1934-12-31
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Claims:
Patentansprüche <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR>
1. Uberstromauslöser für elektrische Schutzschaltgeräte mit thermoelektrischer und elektromagnetischer Auslösung, bei welchem eine stromdurchflossene Spule (1) sowohl einen bimetallischen, thermischen Auslöser beheizt, als auch den magnetischen Kreis eines Magnetauslösers er regt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der thermische Auslöser eine innerhalb der Spule (1) positio nierte, im wesentlichen in Axialrichtung durchgehend ge schlitzte Hülse (2) aus Bimetallmaterial ist, deren zwischen sich den Schlitz (3) bildende Schenkel (5,6) bei Aufheizung unter Verringerung der Schlitzbreite in Richtung auEeinander bewegt werden und dadurch die Auslösebewegung erzeugen.
2. Uberstromauslöser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hülse (2) etwa die Form eines im wesentlichen in Achsrichtung geschlitzten Zylinder mantels aufweist.
3. Oberstromauslöser nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schen kel (5,6) der Hülse (2) in erkaltetem Zustand die Spule (1) mit radial nach außen wirksamer Vorspannung von innen beauf schlagen.
4. Uberstromauslöser nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) durch ihre Formgebung als Kippfeder ausgebildet ist derart, daß ihre Schenkel (5,6) bei Erreichung einer bestimm ten Aufheiztemperatur sprungartig die Schlitzbreite verklei nern oder den Schlitz (3) schließen.
5. Uberstromauslöser nach einem oder mehreren der vorherge henden. Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hülse (2) in ihrem dem Schlitz (3) etwa dia metral gegenüberliegenden Scheitelbereich (8) mit mehreren im wesentlichen parallel zueinander und bezogen auf ihre Längs richtung (9) etwa in Umfangsrichtung (10) verlaufenden Wand schlitzen (11) versehen und mindestens teilweise zu kippfe derartiger Wirksamkeit geformt ist.
6. Uberstromauslöser nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Vielzahl von Wand schlitzen (11) zwischen sich parallele Stege (12,13) bilden und daß ein Teil dieser Stege mit einer im wesentlichen in Axialrichtung (14) der Hülse (2) verlaufenden Sicke (15) ver sehen sind.
7. Uberstromauslöser nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sicken (15) mit ihrer Konvexseite in Richtung auf die Hülsenachse (16) ausgeformt sind.
8. Uberstromausloser nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stege (12,13) bezogen auf die Querschnittsform der Hülse (2) etwa Sekanten zur Kreisbogenform der Hülsenwände bzw.schen kel (5,6) bilden.
9. Uberstromauslöser nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß alternie rend in Axialrichtung (14) ein gesickter und ein nicht ge sickter Wandsteg (13 bzw. 12) nebeneinander liegen.
10. Uberstromauslöser nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n r. z e i c h n e t, daß die Kanten des etwa in Axialrichtung (14) der Hülse (2) verlaufenden Schlitzes (3) Koppelpunkte (7) finir den Auslöseantrieb tragen.
11. Uberstromauslöser nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß außerhalb des Scheitelbereiches (8) die Hülsen schenkel (5,6) durch etwa in Umfangsrichtung (10) der Hül se (2) verlaufende Sicken formstabilisiert sind.
12. Uberstromauslöser nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wickeldrähte der Spule (1) zur Verbesserung des Wärmeüberganges zur Bimetallhülse (2) mindestens an ihren der Hülse zugewandten Flanken eine abgeflachte Querschnitts form aufweisen.
13. Uberstromauslöser nach Anspruch 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen rechteckigen oder einen quadratischen Drahtquerschnitt der Wickeldrähte.
14. Uberstromauslöser nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Magnetkern des Magnetauslösers in einem von der Hülse (2) umschlossenen Innenraumbereich (4) positioniert ist.
Description:
Beschreibung Uberstromauslöser für elektrische Schutzschaltgeräte Die Erfindung betrifft einen Uberstromauslöser für elektri- sche Schutzschaltgeräte mit thermoelektrischer und elektroma- gnetischer Auslösung entsprechend dem Oberbegriff des An- spruchs 1.

Bei einem aus DE-B-36 37 275 vorbekannten Uberstromauslöser der eingangs genannten Art ist als Auslöseelement eine Bime- tall-Schnappscheibe verwendet, welche von einem gut wärmelei- tenden, die Spule auf ihrem Außenumfang tragenden, rohrförmi- gen Tragkörper gehaltert ist, der in seinem Innenraum den An- ker der elektromagnetischen Auslösung tragt. Die Beheizung der Schnappscheibe erfolgt dort mittelbar durch die von Hause aus für die Magnetauslösung bestimmte und dadurch ohnehin vorhandene Magnetspule, deren rohrförmiger Tragkörper als thermisches Kopplungsglied zur Schnappscheibe dient. Dadurch kann eine elektrische Verbindung der Bimetall-Schnappscheibe zum Stromkreis entfallen. Damit entfällt auch eine Justage, da die Schnappscheibe beim Hersteller für eine bestimmte Schnapptemperatur ausgesucht wird.

Nachteilig ist bei dieser vorbekannten Lösung der geringe me- chanische Hub einer Schnappscheibe, der durch eine geeignete Hebelübersetzung kompensiert werden muß. Problematisch ist weiter die schwierige thermische Kopplung der Schnappscheibe an die stromdurchflossene, von Hause aus zur Magnetauslösung dienenden Spule.

Zur besseren thermischen Kopplung von Spule und Schnapp- scheibe wird bei der bekannten Lösung der rohrförmige Trag- körper aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt.

Bei einer am Markt bekannt gewordenen Ausfuhrungsform nach diesem Stand der Technik wird die thermische Kopplung durch

einen zusätzlichen Aluminiumkörper hergestellt, der in ther- mischem Kontakt mit der Spule steht. Außerdem wird Wärmeleit- paste zwischen Spule, Aluminiumkörper und Schnappscheibe ein- gesetzt. Diese thermische Kopplung ist somit aufwendig und von der Menge und Konsistenz der Wärmeleitpaste und von deren Alterungsverhalten abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Uberstromaus- löser der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Nach- teile zu verbessern und in seinem Aufbau zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine Unmit- telbarkeit der thermischen Kopplung zwischen der stromdurch- flossenen Spule und der Bimetallhülse aus, die im Ruhezustand mit ihrem Mantelumfang an der Innenseite der Spule anliegt.

Die durchgehend geschlitzte Hülse weist im wesentlichen etwa die Form eines Zylindermantels auf, so daß in erkaltetem Zu- stand eine große Kontaktfläche zu den Windungen der Spule hergestellt werden kann. Dieser innige Kontakt wird noch ver- stärkt, wenn die den durchgehenden Schlitz zwischen sich bil- denden bzw. den Schlitz säumenden Hülsenschenkel die Windun- gen der Spule mit radial nach außen wirksamer Vorspannung be- aufschlagen. Dabei kann die Kontaktfläche noch durch eine Querschnittsform der Wickeldrähte der Spule nach den Ansprü- chen 12 oder 13 vergroßert werden.

Ein besonders vorteilhaftes Erfindungsmerkmal besteht in der Ausbildung der Hülse als Kippfeder nach Anspruch 4. Eine sol- che Kippfeder wird in der Fachliteratur auch als Schnappfeder oder Meisterfeder bezeichnet. Zur Gewahrleistung einer sol- chen Kippfederwirkung dient dle. usgestaltung des dem Schlitz etwa diametral gegenuberliegenden Scheitelbereiches der Hülse nach Anspruch 5 bis 9.

Die Kanten des etwa in Axialrichtung der Hülse verlaufenden Schlitzes tragen-bzw. bilden Koppelpunkte fur den Auslösean-

trieb. Zur Formstabilisierung der zwischen sich den Axial- schlitz bildenden Hülsenschenkel außerhalb des Scheitelberei- ches dienen sickenartige, in Umfangsrichtung der Hülse ver- laufende Teilprägungen. Die Hülse kann in einfacher Weise durch Aufbau und Formgebung auf eine bestimmte Schnapptempe- ratur eingestellt werden.

Für die Unterbringung des Magnetkerns des Magnetauslösers ist im Innenbereich der Hülse ausreichend Platz vorhanden, so daß insoweit ein breiter Gestaltungsspielraum für die technische Durchbildung besteht. Von Bedeutung ist, daß die Bimetall- hülse für die Uberstromauslösung zwischen dem Magnetkern und der Magnetspule positionierbar ist, wobei die Bimetallhülse den Magnetkern und die Magnetspule die Bimetallhülse umgeben, die Teile unter Beanspruchung eines nur geringen Bauraumes ineinander geschachtelt sein können.

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielsweise be- schrieben. Es zeigen : FIG 1 eine perspektivische Darstellung der Bimetallhülse in erkaltetem Ausgangszustand, FIG 2 eine Draufsicht auf den Scheitelbereich der Bimetall- hülse in Pfeilrichtung II von FIG 1, FIG 3 eine vergrößerte Draufsicht auf eine aus Bimetall ge- bildeten Kippfeder, wie sie in Aneinanderreihung etwa den Scheitelbereich der Bimetallhülse bildet, FIG 4 eine Seitenansicht der Kippfeder in Pfeilrichtung IV von FIG 3 in erkalteter Ausgangsstellung (gestrich- elt) und in durch Erhitzung gekippter Kontraktions- stellung (ausgezeichnet), FIG 5 eine Frontansicht nur der Bimetallhülse in Pfeilrich- tung IV von FIG 1 in erkaltetem Ruhezustand, FIG 6 eine schematische Frontansicht des Oberstromauslosers mit seinen wesentlichen, ineinandergeschachtelten Einzelteilen analog Pfeilrichtung IV in FIG 2 bei er- kaltetem-Ruhezustand der Bimetallhülse,

FIG 7 eine Darstellung analog FIG 6 in erhitztem und daher gekipptem Zustand der Bimetallhulse.

Die wesentlichen Teile des Uberstromauslösers sind die strom- durchflossene Spule 1, die etwa die Form eines ringsum in sich geschlossenen Zylindermantels aufweist, und darin etwa konzentrisch positioniert die an ihrem Mantel mit dem durch- gehenden Längsschlitz 3 versehene Bimetallhülse 2 sowie im Innenraum der Bimetallhülse 2 der schematisch angedeutete Raum 4 fur den nicht näher dargestellten Magnetkern. Die Spu- le 1 dient in gleicher Weise zur Erhitzung der Bimetall- hülse 2 wie zur Magnetauslösung des nicht näher dargestell- ten, im Raum 4 innerhalb der Hülse 2 positionierbaren Magnet- kerns. Die Hulse 2 weist etwa die Umrißform eines im wesent- lichen in Axialrichtung geschlitzten Zylindermantels bzw.

Rohres auf. Die den Schlitz 3 bildenden bzw. säumenden Schen- kel 5,6 der Bimetallhülse 2 nähern sich bei Aufheizung anein- ander an. Sie verengen bzw. schließen dabei den Schlitz 3 und erzeugen dadurch die nicht näher dargestellte Auslösebewe- gung. Dazu tragen bzw. bilden die Kanten der schlitzseitigen Enden der Schenkel 5,6 der Bimetallhülse 2 Koppelpunkte 7 fur einen nicht näher dargestellten Auslöseantrieb.

In erkaltetem Ruhezustand ist die Bimetallhulse 2 so einge- stellt bzw. dimensioniert, daß ihre Schenkel 5,6 die Spule 1 mit radial nach außen wirksamer Vorspannung von innen beauf- schlagen.

Die Bimetallhülse 2 ist durch entsprechende Formgebung ihres Scheitelbereiches 8 als Kippfeder derart wirksam, daß ihre Schenkel 5,6 bei Erreichung einer bestimmten Aufheiztempera- tur sprungartig die Breite des Schlitzes 3 verkleinern oder gar den Schlitz 3 gänzlich schließen (FIG 7). Dazu ist die Bimetallhulse 2 in ihrem dem Schlitz 3 etwa diametral gegen- überliegenden Scheitelbereich 8 mit mehreren im wesentlichen parallel zueinander und bezogen auf ihre Längsrichtung 9 etwa im Umfangsrichtun. g 10 der Bimetallhulse 2 verlaufenden Wand-

schlitzen 11 versehen und dort mindestens teilweise zu kipp- federartiger Wirksamkeit geformt. Dazu bilden die Wand- schlitze 11 zwischen sich parallele Stege 12,13. Davon sind die Stege 13 mit einer im wesentlichen in Axialrichtung 14 der Hülse 2 verlaufenden Sicke 15 versehen. Die Sicken 15 stehen dabei mit ihrer Konvexseite in Richtung auf die Mit- tellängsachse 16 der Bimetallhülse 2 vor. Die Stege 12,13 bilden bezogen auf die Querschnittsform der Hülse 2 etwa Se- kanten zur Kreisbogenform der Hülsenwände bzw. Hülsenschen- kel 5,6. In Axialrichtung 14 liegen alternierend ein gesick- ter Wandsteg 13 und ein nicht gesickter Wandsteg 12 nebenein- ander.

In den FIG 3 und 4 ist das Prinzip einer Kippfeder mit ver- kürzten Schenkeln dargestellt, wie sie etwa in der Literatur- stelle"Thermobimetalle", Grundlagen, Berechnung, Gestaltung, Auswahl der Firma G. Rau Pforzheim, 09/89 auf Seite 123 in Bild 52 dargestellt ist. Dabei zeigt das gestrichelte Bild des Federschenkels 6 den Federzustand in erkalteter Ruhestel- lung, während die ausgezogene Darstellung den Schenkel 6 in seiner aufgrund von Wärmeeinwirkung seitens der Spule 1 aus- gelenkter Kippstellung zeigt. Außerhalb des Scheitelberei- ches 8 sind die Hülsenschenkel 5,6 durch etwa in Umfangsrich- tung 10 der Hülse 2 verlaufende Sicken formstabilisiert. Die Wickeldrähte der Spule 1 weisen zur Verbesserung des Wärme- übergangs zur Bimetallhülse 2 mindestens an ihren der Hülse zugewandten Flanken eine abgeflachte Querschnittsform auf.

Insbesondere sind die Wickeldrähte mit einem rechteckigen oder quadratischen Drahtquerschnitt versehen.

Beim Normalbetrieb des Schutzschaltaerätes erwarmt der durch die Spule 1 fließende Strom die Bimetallhülse 2 nicht bis zu ihrer Schnapptemperatur. Fließt jedoch ein Uberlaststrom, so wird die Spule 1 und damit die Bimetallhülse 2 weiter er- warmt. Bei Erreichen der Schnapptemperatur schnappt die Bi- metallhülse 2 und der Schlitz 3 wird geschlossen (FIG 7).

Diese Schließbewegung wird von den Koppelpunkten 7 an der Bi-

metallhülse 2 durch einen nicht dargestellten Umlenkhebel auf den Auslöser des Schutzschaltgerätes übertragen. Dadurch wird das Schutzschaltgerät ausgelöst.

Während des Abkühlens des Schutzschaltgerätes bzw. der Spu- le 1 schnappt die Bimetallhülse 2 in ihre Ausgangslage (FIG 6) zurück und legt sich dabei wieder mit Vorspannung an die Innenseite der Spule 1 an. Die Bimetallhülse 2 mit Schnappei- genschaft gewährleistet also eine direkte thermische Kopplung im Inneren der Magnetspule l. Dadurch kann auf ein zusätzli- ches Koppelelement und auch auf die Verwendung von Wärme- leitpaste verzichtet werden.