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Title:
ADJUSTING DEVICE FOR A THERMAL TRIP ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/061785
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an adjusting device for a thermal trip element of a switchgear (1), comprising a bimetallic element (3) that is stationarily fixed on a bimetallic support (4). The free end (3b) of said bimetallic element is spaced apart from a trip lever (6) and increasingly impinges the same in the direction of release (D) as a result of the thermal deformation, the distance (A) being adjustable by bending the bimetallic support (4). The adjusting device (4, 12 or 15) is especially suitable for circuit breakers or the like.

Inventors:
WEBER CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/000155
Publication Date:
August 08, 2002
Filing Date:
January 18, 2002
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
WEBER CHRISTOPH (DE)
International Classes:
H01H71/74; (IPC1-7): H01H71/74
Foreign References:
EP0338868A11989-10-25
EP0913848A21999-05-06
DE3517039A11986-11-13
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Description:
Beschreibung Justiervorrichtung für einen thermischen Auslöser Die Erfindung bezieht sich auf eine Justiervorrichtung für einen thermischen Auslöser eines Schaltgerätes, mit einem an einem Bimetallträger ortsfest gehaltenen Bimetall. Unter Schaltgerät werden dabei mechanische oder elektromechanische Schaltgeräte, insbesondere Leitungsschutzschalter, Leistungs- schalter, Relais, Schütze oder dergleichen verstanden.

Ein derartiges Schaltgerät dient zum Verbinden eines Strom- kreises mit einem Stromnetz sowie zur manuellen und selbsttä- tigen Trennung des Stromkreises vom Netz, wenn der Strom ei- nen vorbestimmten Wert überschreitet. So dient beispielsweise ein Leitungsschutzschalter zum Schutz von Leitungen in In- stallationen und Anlagen gegen Überlast und Kurzschluss. In einem Netz mit Abschaltung durch Überstrom-Schutzorgane ver- hindert ein solches Schaltgerät im Fehlerfall zusätzlich das Bestehenbleiben zu hoher Berührungsspannungen.

Beim Einschalten des Schaltgerätes oder Schutzschalters wird ein Kraftspeicher, z. B. eine Feder, als Teil eines mechani- schen 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 ü- berlastzeitabhängig verzögert auslöst. Der Auslösevorgang wird durch eine thermische Verformung des Bimetallstreifens infolge des über diesen geführten Überstroms ausgelöst. Dazu beaufschlagt der Bimetallstreifen einen dessen Freiende beab- standet gegenüberliegenden und mit dem Schaltschloss mecha- nisch gekoppelten Auslösehebel. Somit entklinkt über diesen der Bimetallstreifen das Schaltschloss, während der Kraft-

speicher des Schaltschlosses einen beweglichen Kontakt oder Bewegkontakt öffnet, indem dieser von einem Festkontakt ab- Ohebt. Zudem umfasst das Schaltgerät üblicherweise zusätzlich einen unverzögert auslösenden magnetischen oder elektromagne- tischen Auslöser für hohe Stoß-und Kurzschlussströme.

Der Abstand zwischen dem Freiende des Bimetalls und dem Aus- lösehebel ist einstellbar zu gestalten, wozu üblicherweise eine Justierschraube vorgesehen ist. Schaltgeräte, bei denen eine solche Justierschraube zur Bimetalljustierung eingesetzt sind, sind beispielsweise aus der DE 1 904 731 AI und aus der EP 0 143 981 A1 sowie aus der EP 0 412 953 A3 bekannt. Der Einsatz einer Justierschraube ist allerdings mit entsprechen- den Herstellungs-und Fertigungskosten verbunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine beson- ders kostengünstige und einfach handhabbare Justiervorrich- tung für ein Schaltgerät, insbesondere für einen Leitungs- schutzschalter, anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist der Abstand zwischen dem Auslösehe- bel und dem diesen infolge thermischer Verformung zunehmend in Auslöserichtung beaufschlagenden Freiende des Bimetalls durch Verbiegen eines mit diesem fest verbundenen Bimetall- trägers einstellbar.

Der Bimetallträger weist in vorteilhafter Ausgestaltung min- destens eine Sollbiegestelle, vorzugsweise zwei oder drei Sollbiegestellen, auf. Dadurch ist der Bimetallträger bei dessen Fixierung oder Lagerung im Gehäuse eines derartigen Schaltgerätes als Mehrgelenkkette oder-getriebe wirksam. Im Bereich einer ersten Sollbiegestelle weist der Bimetallträger

einen parallel zum Bimetall verlaufenden und mit dessen Kon- taktende verbundenen Halteschenkel sowie einen zumindest an- nähernd quer hierzu verlaufenden Handhabungsschenkel auf. Das Freiende des Handhabungsschenkels kann in einer oder gegen eine Gehäusekontur geführt sein, wobei dieses Freiende mit- tels eines entsprechenden Betätigungswerkzeugs auf einer zu- mindest annähernd kreisbogenförmigen Biegebahn verschwenkbar geführt bzw. gehalten ist.

Eine weitere, zweite Sollbiegestelle ist entweder entlang des Halteschenkels oder an dessen dem Handhabungsschenkel abge- wandten Schenkelende vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform geht der Bimetallträger in dieser zweiten Sollbiegestelle in einen zum Halteschenkel zweckmäßigerweise unter einem stump- fen Winkel quer verlaufenden Fixierschenkel über. Der Fixier- schenkel selbst ist dann zweckmäßigerweise selbst wiederum zweifach abgekröpft, so dass sich ein insgesamt etwa U-för- miger Fixierschenkel und damit ein insgesamt ösen-oder schlaufenförmig gebogener Bimetallträger ergibt.

Bei dieser etwa ösen-bzw. schlaufenförmigen Ausbildung des Bimetallträgers ist der sich von der ersten Sollbiegestelle aus erstreckende Handhabungsschenkel nach innen oder nach au- ßen abgebogen. Bei ausgebogenem Handhabungsschenkel ist die- ser stirnseitig zweckmäßigerweise gegen eine bogenförmige Ju- stierkontur geführt. Diese ist vorzugsweise durch eine ent- sprechende Gehäusekontur des Schaltgerätes realisiert.

Diese die Form eines Bogens aufweisende Justier-oder Gehäu- sekontur weist einen sich verkleinernden Radius auf, in dem der Handhabungsschenkel liegt. Beim Verdrehen des Handha- bungsschenkels um die einen Drehpunkt bildende erste Sollbie- gestelle gegen die Justierkontur wird der Bimetallträger ver-

bogen und damit die Lage des Bimetalls zum Zwecke der Bime- talljustierung verändert. Dabei kann durch entsprechende Ge- staltung der Justier-bzw. Gehäusekontur das Übersetzungsver- hältnis von Drehwinkel des Handhabungsschenkels und Bewegung des Bimetallfreiendes den Erfordernissen entsprechend einge- stellt werden.

Bei nach innen eingebogenem Handhabungsschenkel ist entlang dieses zweckmäßigerweise eine weitere (dritte) Sollbiege- stelle vorgesehen. Zwischen dieser (dritten) Sollbiegestelle und dem Freiende des Handhabungsschenkels ist dann ein quer zur Schenkellängsrichtung verlaufender und in einer ortsfe- sten Positionieröffnung im Gehäuse des Schaltgerätes lagefi- xierbarer Positionierzapfen an den Handhabungsschenkel ange- formt.

Auch bei dieser Ausführungsform des Bimetallträgers und damit der Justiervorrichtung wird durch Verdrehen des Handhabungs- schenkels um die durch die beiden Sollbiegestellen gebildeten Drehpunkte wiederum der Bimetallträger verbogen und damit die Lage des Bimetalls zum Zwecke dessen Justierung verändert.

Bei beiden Ausführungsformen wird somit durch Verbiegen des Bimetallträgers der Abstand des Freiendes des Bimetalls oder der Bimetallspitze zum Auslösehebel eingestellt bzw. ju- stiert. Die Sollbiegestellen sind zweckmäßigerweise durch Ma- terialaussparungen in den entsprechenden Kröpfungsscheiteln des Bimetallträgers gebildet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson- dere darin, dass durch geeignete Ausgestaltung und Anordnung eines das Bimetall tragenden Bimetallträgers dieser gezielt verbogen werden kann und damit eine einfache und kostengün-

stige Justiervorrichtung für einen thermischen Auslöser eines Schaltgerätes bereitgestellt ist.

Dieser zur Bimetalljustierung dienende Mechanismus, bei dem der zweckmäßigerweise mit Sollbiegestellen versehene Bime- tallträger nach Art einer Mehrgelenkkette, insbesondere einer Drei-oder Viergelenkkette, wirksam ist, ermöglicht zudem ei- ne praktisch automatische oder selbsttätige Kompensation von Gehäusenachschwindungen. Diese Nachschwindungen, denen übli- cherweise eingesetzte Gehäusewerkstoffe unterliegen, führen über die Gerätelebensdauer zu unerwünschten Veränderungen wichtiger, konstruktiver maßlicher Zuordnungen, wie insbe- sondere dem Abstand zwischen Bimetallspitze und Auslösehebel, und damit zu einer unerwünschten Dejustierung oder Verstel- lung auch der thermischen Auslösung.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen : FIG 1 in perspektivischer Darstellung eine in ein Schaltgerät endmontierte thermische Auslösevorrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Justiervorrichtung mit einem zwei Sollbiegestellen aufweisenden Bimetallträger, FIG 2 den mit einem Bimetallstreifen verbundenen Bimetall- träger aus FIG 1, FIG 3 in einer Darstellung gemäß FIG 1 eine zweite Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Justiervorrichtung mit einem drei Sollbiegestellen aufweisenden Bimetallträger, und FIG 4 in einer Darstellung gemäß FIG 2 den Bimetallträger aus FIG 3.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren 1 und 3 zeigen ausschnittsweise ein Schaltgerät 1 bei abgehobenem Gehäusedeckel dessen Gehäuses 2, in dem die wesentlichen Teile eines justierbaren thermischen Auslösers sichtbar dargestellt sind. Der thermische Auslöser umfasst einen Bimetallstreifen 3, dessen Kontaktende 3a mit einem Bi- metallträger 4 stoffschlüssig verbunden und somit ortsfest gehalten ist. Der Bimetallträger 4 ist mit einer Anschluss- klemme 5 zur Stromführung über das Schaltgerät 1 elektrisch leitend verbunden.

Das Freiende 3b des Bimetalls 3, d. h. die Bimetallspitze, steht einem Auslösehebel 6 beabstandet gegenüber, der mit ei- nem nicht näher dargestellten Schaltwerk oder Schaltschloss in an sich bekannter Art und Weise gekoppelt ist. Dieser Ab- stand A zwischen der Bimetallspitze 3b und dem Auslösehebel 6 ist durch Verbiegen des Bimetallträgers 4 einstellbar.

Bei der Ausführungsform des justierbaren thermischen Auslö- sers und damit der Justiervorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 ist der Bimetallträger 4 nach Art einer Dreigelenkkette mehrfach abgekröpft oder abgebogen. Dabei sind an einer er- sten Sollbiegestelle 7 ein Handhabungsschenkel 4a und ein hierzu quer, d. h. zumindest annähernd rechtwinklig verlaufen- der Halteschenkel 4b des Bimetallträgers 4 gebildet. Mit die- sem Halteschenkel 4b ist das Kontaktende 3a des Bimetalls 3 stoffschlüssig verbunden.

Der Halteschenkel 4b geht bei dieser Ausführungsform an einer zweiten Sollbiegestelle 8 in einen Fixierschenkel 4c über, der selbst etwa U-förmig gebogen ist. Mit diesem Fixierschen- kel 4c wird der Bimetallträger 4 im Gehäuse 2 durch entspre- chende Gehäuseaufbauten oder-konturen 9,10 lagefixiert. Da-

bei ist der Halteschenkel 4b sowohl um die (zweite) Sollbie- gestelle 8 als auch um die (erste) Sollbiegestelle 7 in Rich- tung des Doppelpfeils 11 verbiegbar und liegt somit über des- sen gesamter Schenkellänge anlagefrei im Gehäuse 2 ein.

Der nach außen gerichtete Handhabungsschenkel 4a des Bime- tallträgers 4 ist stirnseitig gegen eine bogenförmige Gehäu- sekontur geführt und stützt sich dort ab. Diese Gehäusekontur bildet die bogenförmige Justierkontur 12 zur Bimetalljustie- rung. Der Radius R dieser eine kreisförmige oder kreisbogen- förmige Justierbahn B vorgebenden Justierkontur 12 nimmt im Uhrzeigersinn zu einem verkleinerten Radius R hin ab.

Zur Bimetalljustierung und damit zur Einstellung des Abstands A zwischen dem Freiende 3b des Bimetalls 3 und dem Auslösehe- bel 6 wird mittels eines (nicht dargestellten) Handhabungs- werkzeugs der Handhabungsschenkel 4a des Bimetallträgers 4 um den durch die erste Sollbiegestelle 7 gebildeten Drehpunkt gegen die Justierkontur 12 verdreht und damit der Bimetall- träger 4 verbogen, so dass sich die Lage des Bimetalls 3 zur Einstellung des Abstands A entsprechend verändert. So wird bei einer Drehung des Handhabungsschenkels 4a im Uhrzeiger- sinn, d. h. in der dargestellten Pfeilrichtung der Justier- bahn B das Bimetall 3 und damit dessen Freiende oder Bime- tallspitze 3b in Auslöserichtung D gedreht. Die Justiervor- richtung ist bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen durch den Bimetallträger 4 mit dem daran gehaltenen Bimetall 3 und die Justierkontur 12 gebildet.

Bei der Ausführungsform des Bimetallträgers 4 gemäß den Figu- ren 3 und 4 ist die zweite Sollbiegestelle 8 etwa im mittle- ren Bereich des Halteschenkels 4b des Bimetallträgers 4 vor- gesehen. Bis zu dieser Sollbiegestelle 8 ist dann der Bime-

tallträger 4 mit dessen Fixierschenkel 4c zwischen den ent- sprechend ausgeführten Gehäuseaufbauten bzw.-konturen kraft- schlüssig klemmfixiert. Somit sind lediglich ein Schenkelab- schnitt des Halteschenkels 4b und in dessen Verlängerung über die erste Sollbiegestelle 7 der Handhabungsschenkel 4a in Richtung des Doppelpfeils 11 verbiegbar. Der sich bei dieser Ausführungsform über eine Abkröpfung 8 an den Halteschenkel 4b anschließende Fixierschenkel 4c des Bimetallträgers 4 ist wiederum zumindest annähernd U-förmig gebogen.

Bei dieser Ausführungsform ist der Handhabungsschenkel 4a nach innen abgebogen und dabei selbst unter Bildung einer dritten Sollbiegestelle 13 abgekröpft, so dass der Bimetall- träger 4 nach Art einer Viergelenkkette wirksam ist. Die er- ste und zweite Sollbiegestelle 7 bzw. 8 sind bei beiden Aus- führungsformen nach den Figuren 2 und 4 durch Bohrungen oder Stanzungen im Blechmaterial des Bimetallträgers 4 gebildet.

Zweckmäßigerweise ist bei der Ausführungsform nach den Figu- ren 3 und 4 zusätzlich auch die dritte Sollbiegestelle 13 durch eine entsprechende Materialaussparung hergestellt.

Freiendseitig ist an den Handhabungsschenkel 4a ein Dreh- oder Positionierzapfen 14 angeformt, der durch eine Material- aussparung im blechlappenartigen Handhabungsschenkel 4a ge- bildet ist. Mit diesem Drehzapfen 14 greift der Handhabungs- schenkel 4a in eine als Drehkontur wirksame Gehäuseaufnahme oder Drehöffnung 15 ein, die in einer entsprechend positio- nierten Gehäusekontur in Form zweckmäßigerweise eines domför- migen Gehäuseaufbaus 16 vorgesehen ist. An dem im Bereich des Drehzapfens 14 liegenden Freiende 4"a des Handhabungsschen- kels 4a greift das Betätigungswerkzeug zur Bimetalljustie- rung an.

Auch bei dieser Ausführungsform wird durch Verdrehen des Handhabungsschenkels 4a in Richtung des dargestellten Dop- pelpfeils B der Bimetallträger 4 wiederum verbogen und die Lage des Bimetalls 3 zur Einstellung des Abstands A verän- dert. Auch hier wird bei einer Drehung des Handhabungsschen- kels 4a im Uhrzeigersinn der dargestellten Pfeilrichtung der Justierbahn B die Bimetallspitze bzw. das Freiende 3b des Bi- metalls 3 in Auslöserichtung D gedreht und dadurch die Bime- talljustierung durchgeführt. Dabei gibt das durch den Dreh- zapfen 14 und die Drehöffnung 15 gebildete Drehgelenk wie- derum die durch den Doppelpfeil symbolisierte kreisförmige bzw. kreisbogenförmige Justierbahn B vor. Hier ist die Ju- stiervorrichtung im Wesentlichen durch den Bimetallträger 4 mit dem daran gehaltenen Bimetall 3 und die als Justierkontur wirksame Drehöffnung 15 im Gehäuseaufsatz 16 gebildet.

Bei beiden Ausführungsformen kompensiert der zur Bimetallju- stierung dienende und durch die entlang des Bimetallträgers 4 vorgesehenen Sollbiegestellen 7 und 8 bzw. 7,8 und 13 nach Art einer Mehrgelenkkette wirksame Mechanismus vorteilhafter- weise auch eine praktisch unvermeidliche Gehäusenachschwin- dung. Ändert sich nämlich auf Grund einer solchen Gehäuse- schwindung die Position des Auslösehebels 6 in Richtung grö- ßer werdenden Abstands A, so bewirkt diese Nachschwindung auch eine Annäherung der als Justierkontur wirksamen Gehäuse- kontur 12 bzw. des Gehäuseaufsatzes 16-und damit der als Justierkontur wirksamen Drehöffnung 15-in Richtung des Bi- metalls 3. Dies wiederum bewirkt ein selbsttätiges Verbiegen des Bimetallträgers 4 und damit ein Nachführen des Bimetalls 3 in Richtung des sich entfernenden Auslösehebels 6, so dass der Abstand A praktisch konstant bleibt.

So wird bei der Ausführungsform nach FIG 1 aufgrund einer Ge- häuseschwindung der Abstand oder das Maß A größer. Gleichzei- tig bewegt sich die Kontur 12 auf die Kontur 9 zu und der Bi- metallstreifen 3 bzw. dessen Spitze 3b wird im Uhrzeigersinn nachgeführt.

Demgegenüber wird bei der Ausführungsform nach FIG 3 der Ab- stand bzw. das Maß A infolge einer Gehäuseschwindung kleiner, wobei sich die Kontur 16 auf die Befestigungskontur 9 zube- wegt. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen den beiden Sollbiegestellen 8 und 13 mit der Folge, dass die Sollbiege- stelle 7 entgegen der Auslöserichtung D gedrückt und das Bi- metall 3 gegen den Uhrzeigersinn bewegt wird.

Patentansprüche 1. Justiervorrichtung für einen thermischen Auslöser eines Schaltgerätes (1), mit einem an einem Bimetallträger (4) ortsfest gehaltenen Bimetall (3), dessen Freiende (3b) zu ei- nem Auslösehebel (5) beabstandet ist und diesen infolge ther- mischer Verformung zunehmend in Auslöserichtung (D) beauf- schlagt, wobei der Abstand (A) durch Verbiegen des Bimetall- trägers (4) einstellbar ist.

2. Justiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bimetallträ- ger (4) mindestens eine (erste) Sollbiegestelle (7) aufweist.

3. Justiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bime- tallträger (4) im Bereich einer ersten Sollbiegestelle (7) einen parallel zum Bimetall (3) verlaufenden und mit dessen Kontaktende (3a) verbundenen Halteschenkel (4b) sowie einen annähernd quer hierzu verlaufenden Handhabungsschenkel (4a) aufweist, der auf einer zumindest annähernd kreisförmigen Ju- stierbahn (B) verschwenkbar ist.

4. Justiervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Bime- tallträger (4) entlang dessen Halteschenkel (4b) eine zur er- sten Sollbiegestelle (7) beabstandete zweite Sollbiegestelle (8) aufweist.

5. Justiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Bime- tallträger (4) einen sich über eine Abkröpfung (8,8) an den Halteschenkel (4b) anschließenden und zumindest annähernd U- förmigen Fixierschenkel (4c) aufweist.

6. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Handhabungsschenkel (4a) des Bimetallträgers (4) stirn- seitig gegen eine bogenförmige Justierkontur (12) geführt ist.

7. Justiervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Justierkon- tur (12) eine zumindest annähernd kreisbogenförmige Justier- bahn (B) mit abnehmendem Radius (R, R) bildet.

8. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Handhabungsschenkel (4a) des Bimetallträgers (4) einen quer zur Schenkellängsrichtung verlaufenden und in einer ortsfesten Drehöffnung (15) lagefixierbaren Drehzapfen (14) aufweist, zwischen dem und der ersten Sollbiegestelle (7) ei- ne weitere (dritte) Sollbiegestelle (13) vorgesehen ist.

9. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die oder jede Sollbiegestelle (7,8,13) durch eine Material- aussparung im jeweiligen Kröpfungsscheitel des Bimetallträ- gers (4) gebildet ist.

10. Schaltgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter, mit ei- ner Justiervorrichtung (4,12 bzw. 15) nach einem der Ansprü- che 1 bis 9.

11. Schaltgerät nach Anspruch 10, bei dem die Justiervorrich- tung (4,12 bzw. 15) eine Gehäuseschwindung derart kompen- siert, dass bei einem sich verändernden Abstand (A) zwischen dem Auslösehebel (5) und dem Freiende (3b) des Bimetalls (3) sich dieser selbsttätig entsprechend im bzw. gegen den Uhr- zeigersinn bewegt.