Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Schaltgerates und nach diesem Verfahren betriebenes elektrisches Schaltgerat

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Schaltgerates mit einem bimetallischen Leiter als thermischen Ausloser zum Schutz eines elektrischen Anlagenteiles vor einem Uberstrom. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein mit einem solchen Verfahren betriebenes elektrisches Schaltgerat.

In einem elektrischen Schaltgerat, beispielsweise einem Leistungsschalter oder einem Uberstromrelais, erfolgt eine strom- abhangige Auslosung bei einer überlast mit einem thermomecha- nischen Ausloser, bei dem es sich um einen bimetallischen Leiter handelt. Bei diesen bekannten Schaltgeraten enthalten bestimmte Pole des Schaltgerates einen Bimetallstreifen, der durch den Betriebsstrom durchflössen wird und sich direkt aufheizt oder auch indirekt durch einen zusatzlichen vom Betriebsstrom durchflossenen Widerstandsdraht aufgeheizt wird und sich ausbiegt.

Diese Auslosung erfolgt verzögert nach einer für den jeweili- gen Schaltgeratetyp festgelegten Strom-Zeit-Kurve, die den Zusammenhang zwischen der zeitlichen Verzögerung der Auslosung mit dem im Anlagenteil fließenden, auf den Nennstrom normierten Strom wiedergibt. Der Nennstrom ist dabei der Strom, bis zu dem keine Auslosung erfolgen soll.

Die Hohe dieses Nennstromes lasst sich in gewissen Grenzen einstellen, um auf diese Weise denselben Schaltgeratetyp für unterschiedliche Nennstrome einsetzen zu können.

Um das Schaltschloss des Schaltgerates zu entklinken, müssen jedoch vom Bimetall bestimmte Mindestwege, etwa um 1 mm, und Mindestkrafte, etwa 2 N, aufgebracht werden, so dass in der

Praxis nur ein kleiner Einstellbereich von 1:1,6 realisierbar ist .

Alternativ zu einer thermomechanischen Auslosung sind im Stand der Technik auch elektronische Ausloser bekannt. Bei einem solchen elektronischen Ausloser wird der in jeder Phase fließende Strom über einen Stromwandler gemessen und mit Hilfe eines Mikroprozessors ausgewertet. Nach entsprechender Auswertung entscheidet dann der Mikroprozessor, ob eine Aus- losung erfolgen muss oder nicht. Das Schaltschloss wird dann mit Hilfe eines Elektromagneten entklinkt. Nachteilig an dieser Losung sind die hohen Bauteilekosten für Prozessor und Stromwandler .

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein elektrisches Schaltgerat mit einem bimetallischen Leiter als thermischen Ausloser zum Schutz eines elektrischen Anlagenteils vor einer überlast betrieben werden kann, bei dem die eingangs genannten Nachteile vermieden sind. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein nach diesem Verfahren betriebenes Schaltgerat anzugeben.

Bezuglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelost mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen wird die Auslenkung des bimetallischen Leiters beruhrungslos erfasst und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen, und das Schaltgerat wird elektromechanisch ausgelost, wenn die Auslenkung diesen Grenzwert überschreitet. Durch diese Maßnahmen kann ohne ei- nen mit hohen Kosten verbundenen Einsatz eines Stromwandlers und eines Mikroprozessors sowohl eine höhere Genauigkeit als auch ein größerer Einstellbereich als bei der rein thermomechanischen Losung realisiert werden, da der bimetallische Leiter durch die beruhrungslose Erfassung seiner Auslenkung nicht mehr die relativ hohe Kraft zur Entklinkung des Schaltschlosses aufbringen muss. Auf diese Weise ist das Ausmaß der Auslenkung des bimetallischen Leiters und damit der verfugbare Einstellbereich für die Auslosung vergrößert.

Die Einstellung des Auslösebereiches kann dabei einerseits durch mechanische Justierung erfolgen, wenn bei der berührungslosen Erfassung der Auslenkung nur überprüft wird, ob ein vorgegebenes Maß überschritten oder unterschritten wird. Wenn jedoch das Ausmaß der Auslenkung gemessen wird, d.h. ein kontinuierlicher Messwert in Form eines elektrischen Messsignals erfasst wird, ist es möglich, die Einstellung des Auslösebereiches elektronisch vorzunehmen.

Vorzugsweise wird die Auslenkung optisch erfasst, wobei der bimetallische Leiter insbesondere mechanisch mit einem optischen Unterbrecher gekoppelt ist, der bei einer Auslenkung des bimetallischen Leiters, die den Grenzwert überschreitet, eine Lichtschranke betätigt.

Je nach Auslegung und Auswahl der in der Lichtschranke verwendeten Lichtempfänger oder Lichtsender kann mit einer solchen Lichtschranke auch das Ausmaß der Auslenkung gemessen werden.

Wenn die Auslenkung des bimetallischen Leiters gegen die Wirkung einer Feder erfolgt, ist es möglich, den Nennstrom auch durch eine Auswahl der verwendeten Feder einzustellen.

Bezüglich des Schaltgerätes wird die Aufgabe gelöst mit einem Schaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 6. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Schaltgerätes sowie die Vorteile der in den Unteransprüchen jeweils angegebenen Merkmale ergeben sich sinngemäß aus den Vorteilen der diesen jeweils zugeordneten Verfahrensansprüche .

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltgerät mit einem bimetallischen Leiter als thermischer Auslöser in einem Prinzipbild,

Figur 2 ein Diagramm, in dem zwei mit verschiedenen optischen Aufnehmern gemessene Messsignale gegen die Auslenkung eines mit dem bimetallischen Leiters gekoppelten optischen Unterbrechers aufgetragen ist.

Gemäß Figur 1 enthalt ein elektrisches Schaltgerat entsprechend der Anzahl der zu schaltenden Phasen z. B. drei bimetallische streifenförmige Leiter 2, die von einem durch die jeweilige Phase in einem Anlagenteil fließenden Strom durch- flössen sind. Bei den bimetallischen Leitern 2 handelt es sich um Leiterstreifen, die sich in der schematischen Darstellung gemäß der Figur senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. An ihrem freien Ende sind die bimetallischen Leiter 2 mechanisch an Schieber 4, 6 gekoppelt. Die beiden Schieber 4, 6 sind in Richtung der Pfeile 8 linear verschiebbar gelagert. Die Schieber 4 und 6 sind über einen Hebel 10 miteinander mechanisch gekoppelt. Der Hebel 10 ist am Schieber 4 schwenkbar gelagert, wie dies durch den Pfeil 12 veranschaulicht ist.

Fließt nun durch alle drei Phasen ein Uberstrom, so biegen sich alle bimetallischen Leiter 2 in Richtung des Pfeils 8 nach links und bewirken auf diese Weise eine lineare Verschiebung des Schiebers 6. Der Schieber 4 ist federnd im Schaltgerat gelagert und folgt bei einer Bewegung aller drei bimetallischen Leiter 2 der Bewegung des Schiebers 6, so dass sich der Hebel 10 ebenfalls linear in Richtung der Pfeile 8 verschiebt. Der Hebel 10 greift an seinem von den Schiebern 4, 6 abgewandten Ende mechanisch in einen Unterbecher 14 ein, der bei einer Betätigung des Hebels 10 in einer schematisch angedeuteten Fuhrung 15 linear längs des Pfeils 16 verschoben wird. Auf diese Weise wird mit dem Hebel 10 der Verschiebeweg der Schieber 4, 6 auf den Unterbrecher 14 übertragen.

Im Falle eines Phasenausfalles, beispielsweise beim Ausfall einer einzigen Phase bewegen sich bei einer überlast nur zwei der bimetallischen Leiter 2 nach links, wahrend der vom Phasenausfall betroffene bimetallische Leiter 2 in Ruhe bleibt.

Dieser verhindert eine Bewegung des Schiebers 4, so dass eine Bewegung des Schiebers 6 zu einer Drehung des Hebels 10 um seinen Lagerpunkt am Schieber 4 in Richtung des Pfeils 12 führt. Auch in diesem Fall wird der Unterbrecher 14 in Rich- tung des Pfeils 16 verschoben, wobei der Verschiebeweg entsprechend der Abstände zwischen seinen Lagerstellen an den Schiebern 4, 6 und am Unterbrecher 14, vergrößert ist, um auf diese Weise bei Phasenausfall eine schnellere Auslösung herbeizuführen .

Dem Unterbecher 14 ist eine Lichtschranke 20 zugeordnet, in die er eingeführt wird, wenn der entsprechenden Verschiebeweg der Schieber 4 und 6 ein vorgegebenes Ausmaß überschreitet. Lichtschranke 20 und Unterbrecher 14 dienen somit als Aufneh- mer für die berührungslose Erfassung der Auslenkung des oder der bimetallischen Leiter 2. Bei dieser Lichtschranke 20 handelt es sich im Beispiel um eine Gabellichtschranke mit einem Lichtsender 22, im Beispiel eine Infrarot-LED, sowie einem Lichtempfänger 24, im Beispiel ein Fototransistor.

Lichtsender 22 und Lichtempfänger 24 sind an eine Steuerschaltung 26 angeschlossen. Mit der Steuerschaltung 26 wird der Spannungsabfall an einem im Kollektor-Emitter-Kreis des Fototransistors angeordneten Widerstand R gemessen und mit einem einstellbaren Grenzwert verglichen. Unterschreitet dieser Spannungsabfall einen vorgegebenen Grenzwert, wird durch die Steuerschaltung 26 ein elektromechanischer Auslöser 28 betätigt, der ein in der Figur nicht dargestelltes Schalt- schloss entklinkt.

In der Figur sind außerdem Möglichkeiten angedeutet, mit der das Auslöseverhalten des Schaltgerätes mechanisch eingestellt werden kann. Dies kann einerseits geschehen durch eine Justierung der Position der Lichtschranke 20 im Schaltgerät, wie dies durch den Doppelpfeil 30 veranschaulicht ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine Einstellung auch durch eine entsprechende federbelastete Lagerung des Unterbrechers 14 erfolgen. Hierzu ist der Unterbrecher 14 und damit auch der

bimetallische Leiter 2 mechanisch mit einer Feder 32 gekoppelt, die je nach deren Dimensionierung den Auslosebereich bzw. die Strom-Zeitkurve des Schaltgerates beeinflusst.

Im Diagramm der Figur 2 ist die am Widerstand R gemessene

Spannung U _R in Abhängigkeit des vom Unterbecher zurückgelegten Weges, d.h. seiner Auslenkung x für zwei unterschiedliche Lichtschranken dargestellt. Kurve a gibt nun eine Situation wieder, in der eine Lichtschranke 20 mit einem ausgeprägten Schaltverhalten zum Einsatz kommt. Mit andern Worten: Das

Ausgangssignal besteht im Wesentlichen aus zwei Werten, nämlich Ein (etwa 5,2 V) und Aus (etwa 0,3 V) und einem sehr schmalen Wegbereich δx (etwa 0,2 mm) in dem ein Umschalten erfolgt. Bei der Verwendung einer solchen digitalen Licht- schranke erfolgt die Einstellung des Ausloseverhaltens über die Positionierung von Lichtschranke und Unterbrecher, sowie durch die Dimensionierung einer gegebenenfalls vorhandenen Feder .

Kurve b zeigt nun eine Lichtschranke, bei der die über dem

Widerstand R gemessene Spannung U _R über einen größeren Wegbereich δx=lmm nahezu linear vom Weg abhangt. In diesem Fall kann das Ausmaß der Auslenkung x in diesem Wegbereich δx kontinuierlich gemessen werden, so dass in diesem Fall Licht- schranke und Unterbrecher als Wegaufnehmer eingesetzt werden können. Bei Verwendung einer derartigen Lichtschranke ist es somit möglich, das Ausloseverhalten elektronisch einzustellen, indem beispielsweise die über dem Widerstand R gemessene Spannung U _R mit einer über ein Potentiometer einstellbaren Komparatorschaltung verglichen wird. Auf diese Weise können durch Einstellen einer Vergleichsspannung der Grenzwert der Auslenkung x des Unterbrechers und damit über die vorgegebenen übersetzungsverhältnisse auch der Grenzwert der Auslenkung des oder der bimetallischen Leiter eingestellt werden, bei denen das Schaltgerat bei überlast in allen Phasen oder bei überlast in nur einem Teil der Phasen auslosen soll.

Die Erfindung ist dabei nicht auf die im Ausführungsbeispiel dargestellte Ausführungsform beschränkt. So kann die Erfassung der Auslenkung der bimetallischen Leiter anstelle mit einer einfachen Lichtschranke auch mit anderen berührungslos arbeitenden Aufnehmern, beispielsweise mit einem optischen Abstandssensor oder mit einem Hallsensor erfolgen.