Überlastauslöser, insbesondere für einen Leistungsschalter Die Erfindung betrifft einen Überlastauslöser, insbesondere für einen Leistungsschalter mit einem Metallstreifen aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallarten, um welchen ein Heizleiter gewickelt ist. Die technischen Eigenschaften von Motor beziehungsweise Leis- tungsschutzgeräten bestehen unter Anderem darin, die Temperatur mittels gewickeltem Thermobimetall zu erfassen, die in den Strom führenden Zuleitungen zu überwachenden elektrischen Verbraucher angeordnet sind.

In elektromechanischen Schutzgeräten, insbesondere in Leistungsschaltern, werden Bimetall- beziehungsweise Trime- tallstreifen als Überlastauslöser verwendet. Um die gewünschten Auslösecharakteristiken zu erreichen, weisen die Metall- streifen in der Regel entweder eine Heizwicklung oder ein Heizpaket auf.

Bei Heizwicklungen handelt es sich um Metalldrähte oder Bänder, die um den Bimetallstreifen gewickelt sind. Zwischen Bi- metallstreifen und Heizwicklung befindet sich ein elektrischer Isolator, zum Beispiel Glasseidengewebe, um einen Kurz- schluss der einzelnen Heizleiterwicklungen zum Bimetallstreifen zu verhindern. Am oberen Ende des Bimetallstreifens sind Heizleiter und Bimetall miteinander verschweißt.

In elektromechanischen Schutzgeräten werden demgemäß Thermo- bimetallstreifen eingesetzt. Sind diese Strom durchflössen, das heißt direkt beheizt, so müssen sie im Gerät nicht nur mechanisch sondern auch elektrisch angebunden werden. Diese beiden Anbindungen werden mit einer Schweißung zwischen dem Thermobimetallstreifen und dem Metallteil realisiert. Mit diesem Metallteil wird der Thermobimetallstreifen im Gerät fixiert. Gleichzeitig wird der Strom über das Metallteil zum Thermobimetallstreifen herangeführt .

Bei Geräten für höhere Ströme wurde das oben beschriebene Problem aus Geräteerwärmung einerseits und fertigungs- und gerätetechnischen Hindernissen andererseits dadurch gelöst, dass für das Metallteil Kupfer plattierte Stahlwerkstoffe verwendet werden. Dieser Werkstoff kann mit den Thermobime- tallstreifen unter bestimmten Voraussetzungen gut verschweißt werden. Auf Grund des Stahlanteils ist der Werkstoff zum ei ^¬ nen ferromagnetisch und kann damit in den magnetischen Kreis eines Kurzschlussauslösers integriert werden. Zum Anderen liefert der Stahlanteil auch die geforderte Steifigkeit für das Metallteil. Die Dicke der Kupferplattierung wird dabei so gewählt, dass der Widerstand des Metallteils, und damit des ^¬ sen Erwärmung im Betrieb des Geräts, auf das geforderte Maß sinkt .

Wirtschaftlich und technisch sinnvoll ist der Einsatz von Kupfer plattierten Stahlbändern zur Herstellung der Metallteile nur bis zu einer bestimmten Grenze. Eine wirtschaftli ^¬ che Begrenzung findet sich im Materialpreis, der ca. doppelt so hoch ist wie der für reine Kupferbänder gleicher Abmessung. Zusätzlich verteuernd wirkt in diesem Zusammenhang, dass die Stanzabfälle als Mischmetallschrot nur geringe Erlö ^¬ se erzielen. Damit ergibt sich der wirtschaftliche Zwang, konstruktiv den Einsatz dieses Materials im Gerät und den anfallenden Stanzabfall zu minimieren. Technisch begrenzt wird die Verwendung des Kupfer plattierten Stahlwerkstoffs bezogen auf den Strombereich der Geräte nach oben hin dadurch, dass mit steigendem Strombereich auch die Dicke der Kupferplattierung zunehmen muss. Gleichzeitig soll die Gesamtblechdicke des Materials jedoch gleich bleiben, damit keine separaten Fertigungsmittel wie Stanz-Biegewerkzeuge, Teilzuführungen, Montagevorrichtungen oder Schweißaufnahmen benötigt werden.

Dies hat zur Folge, dass der Stahlanteil im Material abnimmt. Dies führt ab einer bestimmten Grenze zu Problemen beim Verbinden von Metallteil und Thermobimetallstreifen . Weiterhin verliert das Metallteil an benötigter Steifigkeit zur ausrei ^¬ chenden mechanischen Fixierung des Thermobimetallstreifens . Bei Geräten mit Kurzschlussauslösern wie zum Beispiel Leistungsschaltern, bewirkt der geringe Stahlanteil im Metallteil eine verringerte Funktion im Magnetkreis der Auslöserspule.

Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Überlastauslöser zu schaffen, der insbesondere für höhere Strombereiche einen optimierten Wärmehaushalt ermög- licht.

Diese Aufgabe wird durch einen Überlastauslöser mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Wei ^¬ terbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Überlastauslö ^¬ ser, insbesondere für einen Leistungsschalter gelöst mit ei- nem Metallstreifen aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallarten, um welchen ein Heizleiter gewickelt ist. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die mechanische und elektrische Anbindung des Metallstreifens vollständig oder teilweise getrennt ausgeprägt ist, so dass bei vollstän- diger Ausprägung kein Strom über die mechanische Anbindung des Metallstreifens fließt und bei teilweiser Ausprägung ein Teil des Stroms über die mechanische Anbindung fließt.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht hier also darin, dass die mechanische und die elektrische Anbindung des Metallstrei ^¬ fens, insbesondere des Thermobimetallstreifens , getrennt wer ^¬ den. Dadurch lässt sich zum Einen ein optimierter Wärmehaushalt bewerkstelligen und zum Anderen sowohl fertigungs- als auch gerätetechnische Vorteile erzielen. Erfindungsgemäß kann die Trennung von mechanischer und elektrischer Anbindung vollständig oder teilweise ausgeprägt sein. Bei einer voll ^¬ ständigen Ausprägung fließt kein Strom über die mechanische Anbindung des Thermobimetallstreifens , bei teilweiser Ausprä- gung fließt ein Teil des Stroms über die mechanische Anbin- dung. Durch die erfindungsgemäße Trennung der beiden Anbin- dungen wird der Zwang zu einem Kompromiss aus mechanischen und elektrischen Forderungen aufgehoben. Die jeweilige Anbin- dung kann damit optimiert werden.

Die mechanische Anbindung und damit die Fixierung des Thermo- bimetallstreifens im Gerät erfolgt vorzugsweise über ein ein ^¬ faches Stahlteil. Die Schweißung zwischen dem Stahlteil und dem Thermobimetallstreifen ist auf Grund der Werkstoffpaarung auf einfache Weise möglich. Über die Schweißung fließt kein Strom beim Betrieb des Geräts. Über das Stahlteil wird der Thermobimetallstreifen im Oberteil des Leistungsschalters ex ^¬ akt mechanisch fixiert.

Die elektrische Anbindung des Thermobimetallstreifens wird erfindungsgemäß direkt ausgeführt, das heißt ohne Stromfüh ^¬ rung über das Metallteil, das den Thermobimetallstreifen mechanisch anbindet. Die Stromführung in der Strombahn des Schaltgeräts erfolgt in der Regel über einen Kupferleiter. Dieser wird erfindungsgemäß direkt mit dem Thermobimetall ^¬ streifen verbunden. Kupferleiter mit kleinem Querschnitt können direkt mit dem Thermobimetallstreifen verschweißt werden. Kupferleiter mit großem Querschnitt können nicht ohne Weite- res mit dem Thermobimetallstreifen verschweißt werden. Kupferleiter mit großem Querschnitt können an den Thermobimetallstreifen unter bestimmten Bedingungen gelötet werden. Dies kann mit einem dafür geeigneten Flussmittel und Lot erfolgen .

Ein anderer Weg zum Löten der Kupferleitung an den Thermobimetallstreifen besteht darin, vorab wenigstens partiell eine mit einem nacharbeitsfreien Lot lötbare Oberfläche auf dem Thermobimetallstreifen zu erzeugen. Dort kann der Kupferlei- ter dann angelötet werden. Zur Erzeugung solcher lötbarer

Oberflächen auf dem Thermobimetallstreifen gibt es verschiedene Vorgehensweisen. Bei Trimetallstreifen befindet sich im inneren eine Kupferseele, die freigelegt werden kann, die Oberfläche von Trimetallstreifen kann bis zur Kupferseele um ^¬ geschmolzen werden, es kann ein geeignetes Plättchen aufgeschweißt werden oder die Oberfläche des Thermobimetalls kann verkupfert werden.

Bei Schaltgeräten für höhere Strombereiche werden fast aus ^¬ schließlich so genannte Trimetalle zur Herstellung des Me ^¬ tallstreifens verwendet. Diese Trimetalle weisen eine Kupfer ^¬ seele auf, welche zwischen der Aktiv- und der Passivseite an- geordnet ist. Durch partielles Abtragen der Aktiv- oder Pas ^¬ sivseite kann die Kupferseele zum Beispiel durch Fräsen, Räu ^¬ men, Schleifen oder andere Fertigungsverfahren freigelegt werden. Damit entsteht eine Kupferoberfläche. Wird die Oberfläche des Trimetalls ausreichend stark umge ^¬ schmolzen, so wird Kupfer aus der Kupferseele in der Aktivbeziehungsweise Passivseite eingelagert. Dadurch befindet sich auch Kupfer an der Oberfläche, so dass dort gelötet wer ^¬ den kann. Das Umschmelzen kann beispielsweise durch einen La- serstrahl erfolgen.

Mit Hilfe eines Plättchens kann ebenfalls eine lötbare Ober ^¬ fläche auf dem Thermobimetallstreifen erzeugt werden. Das Plättchen hat die Eigenschaft, dass es sowohl mit dem Thermo- bimetallstreifen schweißbar, als auch mit dem Kupferleiter lötbar ist. Dabei kann das Plättchen entweder aus einem homogenen Werkstoff, wie beispielsweise Messing oder Bronze be ^¬ stehen oder aus einem mehrschichtigen Werkstoff wie zum Beispiel Kupfer beschichteter Stahl. Im Fall von Kupfer be- schichtetem Stahl wird das Plättchen mit der Stahlseite an den Thermobimetallstreifen geschweißt. Auf der außen liegenden Kupfer beschichteten Seite kann der Kupferleiter gelötet beziehungsweise anderweitig verbunden werden. Durch eine vollständige oder partielle Verkupferung der Ther- mobimetalloberfläche kann eine lötbare Oberfläche erzeugt werden. Das Verkupfern kann dabei anhand unterschiedlicher Methoden erfolgen: Es ist möglich, das Ausgangsmaterial für die Thermobimetallstreifen mit Kupfer zu plattieren oder galvanisch mit mindestens 10ym Kupfer zu beschichten. Es ist auch möglich, die gestanzten Thermobimetallstreifen vor dem Bewickeln galvanisch mit mindestens 10ym Kupfer zu beschich- ten. Denkbar ist auch, die gestanzten Thermobimetallstreifen vor dem Bewickeln durch so genanntes Kaltgasspritzen mit mindestens 10ym Kupfer zu beschichten.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, die mechanische und elektrische Anbindung des Thermobimetallstreifens im Schalt ^¬ gerät bei Strom durchflossenen Thermobimetallstreifen zu trennen. Dadurch ist es möglich, einen gut leitenden Werkstoff mit einem Thermobimetall direkt zu verbinden. Das Me ^¬ tallteil zur mechanischen Anbindung des Thermobimetallstrei- fens kann für seine mechanischen und magnetischen Funktionen optimiert werden. Es kann als kostengünstiges Stahl-Bauteil ausgeführt werden und eröffnet damit gleichzeitig die Mög ^¬ lichkeit einer steifen Fixierung des Thermobimetalls . Dies ist aus gerätetechnischer Sicht von Bedeutung. Für die Ver- bindung von Thermobimetallstreifen mit dem fixierenden Stahl- Bauteil kann das gut automatisierbare Laserschweißverfahren eingesetzt werden, wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Da die Verbindung nicht Strom führend ist, bestehen geringere Anforderungen an den verschweißten Querschnitt. Dies wirkt sich fertigungstechnisch und wirtschaftlich positiv aus. Die praktisch direkte Stromführung in den Thermobimetallstreifen ohne Zwischenschaltung eines weiteren Metallteils leistet einen wichtigen Beitrag zur Minimierung des elektrischen Widerstands und damit der Erwärmung in der

Strombahn außerhalb des Thermobimetallstreifens . Dies ist ge ^¬ rätetechnisch von großer Bedeutung, da auf Grund der vom Kunden gewünschten zunehmenden Leistungsdichte im Schaltgerät die Einhaltung der zulässigen Erwärmung eine Herausforderung darstellt. Die Trennung von mechanischer und elektrischer An- bindung des Thermobimetallstreifens im Schaltgerät ermöglicht die Einsparung von teurem Kupfer plattierten Material. Zudem kann die elektrische Anbindung verbessert werden. Damit erge ^¬ ben sich größere verschweißte, Strom tragende Querschnitte, so dass die Sicherheit bei Kurzschlussströmen und Überlast ^¬ strömen erhöht wird.

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer Frontansicht einen Überlastauslöser aus einem Metallstreifen mit einer Heizleiterwicklung, insbesondere für einen Leistungsschalter mit einer mechanisch und elektrisch getrennten Anbindung des Metallstreifens;

Fig. 2 in einer Seitenansicht den Überlastauslöser nach Fig. 1;

Fig. 3 in einer Frontansicht einen Metallstreifen, insbesondere einen Trimetallstreifen mit frei liegender Kupferseele;

Fig. 4 in einer Seitenansicht den Metallstreifen nach Fig. 3;

Fig. 5 in einer Frontansicht einen Metallstreifen mit umgeschmolzener Oberfläche;

Fig. 6 in einer Seitenansicht den Metallstreifen nach Fig. 5;

Fig. 7 in einer Frontansicht einen Metallstreifen, insbesondere einen Thermobimetallstreifen mit aufgeschweißten Plättchen aus homogenem Werkstoff;

Fig. 8 in einer Seitenansicht den Metallstreifen nach Fig. 7;

Fig. 9 in einer Frontansicht einen Metallstreifen, insbesondere einen Thermobimetallstreifen mit aufgeschweißten Plättchen aus mehrschichtigem Werkstoff;

Fig. 10 in einer Seitenansicht den Metallstreifen nach Fig. Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Überlastauslöser 1 mit einem Metallstreifen 2 und einer Heizleiterwicklung 3. Der Metallstreifen 2 ist vorzugsweise als Thermobimetallstreifen ausgebildet und ist mit der Heizleiterwicklung 3 über eine Schweißung 4 verbunden. Zwischen dem Metallstreifen 2 und der Heizleiterwicklung 3 ist eine Isolierhülse 5 angeordnet. Me ^¬ chanisch ist der Metallstreifen 2 über ein Metallteil 6 fixiert. Elektrisch ist die Anbindung des Metallstreifens 2 über einen Stromleiter 7, insbesondere über einen Kupferlei- ter ausgebildet. Die Stromanbindung kann beispielsweise über ein aufgeschweißtes Plättchen 8 ausgebildet sein. Die Strom ^¬ führung 9 verläuft über den Stromleiter 7 und das aufgeschweißte Plättchen 8 in den Metallstreifen 2. In Fig. 2 ist der Überlastauslöser 1 nach Fig. 1 von der Seite dargestellt. Aus dieser Darstellung gehen die Verbindungs ^¬ punkte für die mechanische Anbindung des Metallstreifens 2 an das Metallteil 6 mittels einer Schweißung 10 hervor sowie die elektrische Anbindung über die Schweißung beziehungsweise Lö- tung 11 zwischen dem Stromleiter 7 und dem aufgeschweißten Plättchen 8.

In Fig. 3 ist ein Metallstreifen 2, insbesondere ein Trime- tallstreifen mit frei liegender Kupferseele 12 dargestellt. Bei Schaltgeräten für höhere Strombereiche werden fast aus ^¬ schließlich so genannte Trimetalle zur Herstellung von Ther- mometallstreifen verwendet. Diese Trimetalle weisen eine Kup ^¬ ferseele auf, die zwischen der Aktiv- und der Passivseite des Trimetallstreifens angeordnet ist. Durch partielles Abtragen der Aktiv- oder Passivseite kann die Kupferseele durch Frä ^¬ sen, Räumen, Schleifen oder andere Fertigungsverfahren freigelegt werden. Damit entsteht eine Kupferoberfläche.

In Fig. 4 ist der Metallstreifen 2 aus der Fig. 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Fig. 4 zeigt den Metallstreifen 2 in einer Ausführungsform als Trimetallstreifen . Der Trime- tallstreifen umfasst eine Passivseite 13, eine Aktivseite 14 sowie eine Kupferseele 15, die zwischen der Passivseite 13 und der Aktivseite 14 angeordnet ist. An einem Ende des Tri ^¬ metallstreifens befindet sich eine von der Aktivseite 14 frei gelegte Stelle, die die frei liegende Kupferseele 12 dar ^¬ stellt .

In Fig. 5 ist der Metallstreifen 2 ebenfalls als Trime- tallstreifen ausgebildet, der an einem Ende eine umgeschmol ^¬ zene Oberfläche 16 aufweist. Wird die Oberfläche des Trime- talls ausreichend stark umgeschmolzen, so wird Kupfer aus der Kupferseele 15 in die Aktiv- 14 beziehungsweise Passiv-Seite 13 eingelagert. Dadurch befindet sich auch Kupfer an der Oberfläche, so dass dort gelötet werden kann. Das Umschmelzen kann beispielsweise durch einen Laserstrahl erfolgen. In Fig. 6 ist der Metallstreifen 2 nach Fig. 5 in einer Seitenansicht dargestellt. Aus der Seitenansicht geht hervor, dass die Umschmelzung der Oberfläche des Trimetallstreifens bis in die Kupferseele hineinreicht. Fig. 7 zeigt einen Metallstreifen 2, insbesondere einen Ther- mobimetallstreifen mit aufgeschweißten Plättchen 8. Mit Hilfe eines Plättchens kann eine lötbare Oberfläche auf dem Thermo- bimetallstreifen erzeugt werden. Das Plättchen hat die Eigenschaft, dass es sowohl mit dem Thermobimetallstreifen

schweißbar, als auch mit dem Kupferleiter lötbar ist. Dabei kann das Plättchen 8 entweder aus einem homogenen Werkstoff wie beispielsweise Messing oder Bronze ausgebildet sein oder aus einem mehrschichtigen Werkstoff wie zum Beispiel Kupfer beschichteter Stahl. Im Fall von Kupfer beschichtetem Stahl wird das Plättchen 8 mit der Stahlseite an den Thermobime ^¬ tallstreifen geschweißt. Auf der außen liegenden Kupfer beschichteten Seite kann der Kupferleiter gelötet beziehungsweise anderweitig verbunden werden. In Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 7 mit einem Plättchen aus einem homogenen Werkstoff dargestellt . In Fig. 9 ist ein Metallstreifen 2, insbesondere ein Thermo- bimetallstreifen mit aufgeschweißten Plättchen 17 aus einem mehrschichtigen Werkstoff dargestellt. Der mehrschichtige Werkstoff kann beispielsweise Kupfer beschichteter Stahl sein. Im Fall von Kupfer beschichtetem Stahl wird das Plättchen mit der Stahlseite an den Thermobimetallstreifen ge ^¬ schweißt. Auf der außen liegenden Kupfer beschichteten Seite kann der Kupferleiter gelötet beziehungsweise anderweitig verbunden werden. Fig. 10 zeigt diese Ausführungsform in ei- ner Seitenansicht.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, die mechanische und elektrische Anbindung des Thermobimetallstreifens im Schalt ^¬ gerät bei Strom durchflossenen Thermobimetallstreifen zu trennen. Dadurch ist es möglich, einen gut leitenden Werkstoff mit einem Thermobimetall direkt zu verbinden. Das Me ^¬ tallteil zur mechanischen Anbindung des Thermobimetallstrei- fens kann für seine mechanischen und magnetischen Funktionen optimiert werden. Es kann als kostengünstiges Stahl-Bauteil ausgeführt werden und eröffnet damit gleichzeitig die Mög ^¬ lichkeit einer steifen Fixierung des Thermobimetalls . Dies ist aus gerätetechnischer Sicht von Bedeutung. Für die Verbindung von Thermobimetallstreifen mit dem fixierenden Stahl- Bauteil kann das gut automatisierbare Laserschweißverfahren eingesetzt werden, wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Da die Verbindung nicht Strom führend ist, bestehen geringere Anforderungen an den verschweißten Querschnitt. Dies wirkt sich fertigungstechnisch und wirtschaftlich positiv aus. Die praktisch direkte Stromführung in den Thermobi- metallstreifen ohne Zwischenschaltung eines weiteren Metallteils leistet einen wichtigen Beitrag zur Minimierung des elektrischen Widerstands und damit der Erwärmung in der

Strombahn außerhalb des Thermobimetallstreifens . Dies ist ge ^¬ rätetechnisch von großer Bedeutung, da auf Grund der von Kun- den gewünschten zunehmenden Leistungsdichte im Schaltgerät die Einhaltung der zulässigen Erwärmung eine Herausforderung darstellt. Die Trennung von mechanischer und elektrischer Anbindung des Thermobimetallstreifens im Schaltgerät ermöglicht die Einsparung von teurem Kupfer plattiertem Material. Zudem kann die elektrische Anbindung verbessert werden. Damit erge ^¬ ben sich größere verschweißte, Strom tragende Querschnitte, so dass die Sicherheit bei Kurzschlussströmen und Überlast- strömen erhöht wird.