DE19847155A1

DE19847155A1 - Überstromauslöser

Info

Publication number: DE19847155A1
Application number: DE19847155A
Authority: DE
Inventors: Peter Flohr
Original assignee: Heinrich Kopp GmbH and Co KG
Current assignee: Heinrich Kopp GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-20
Also published as: EP1001444A2; EP1001444A3; US6154115A

Abstract

Ein Überstromauslöser für Schutzschaltgeräte, insbesondere Leitungsschutzschalter oder Motorschutzschalter, mit elektromagnetischer und thermoelektrischer Auslösung, besteht zur Erhöhung der Eigensicherheit gegen höhere Ströme aus einem wärmeleitenden rohrförmigen und mit einer Spule 12 umwickelten Tragkörper 11, der ein Anschlagende 13 und ein gegenüberliegendes erweitertes Aufnahmeende 14 für die Anlage und die radiale Lagerung einer Bimetall-Schnappscheibe 15 mit mittiger Bohrung 31 aufweist, einem in dem Tragkörper 11 befestigten Kern 16 mit einer zentralen Bohrung 18, 19, einem in dem Tragkörper 11 zwischen dessen Anschlagende 13 und dem Kern 16 bewegbaren Anker 20, und aus einem Stößel 25, der sich durch die Bohrung 31 in der Schnappscheibe 15 und die Bohrung 18, 19 im Kern 16 in Richtung des Ankers 20 erstreckt, wobei der Stößel 26 thermoelektrisch mittels der Schnappscheibe 15 über eine Verdickung 27 und elektromagnetisch mittels des Ankers 20 über ein Stößel-Betätigungsorgan 26 ausrückbar ist, und wobei im betriebsbereiten Zustand der Abstand s zwischen Anker 20 und Kern 16 höchstens dem Schnapphub der Schnappscheibe 15 entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Überstromauslöser für elektrische Schutzschaltgeräte, insbesondere Leitungsschutzschalter oder Motorschutzschalter, mit elektromagnetischer und thermoelektri scher Auslösung.

Ein derartiger Überstromauslöser ist bereits in der DE-PS 3637 275 offenbart. Dieser vorbekannte Überstromauslöser ist bis zum siebenfachen Nennstrom des Schaltgerätes eigensicher. Für den Motorschutz werden jedoch Überstromauslöser mit magnetischen Ansprechwerten bis zu dem zwanzigfachen Nennstrom benötigt, wodurch sich bei dem vorbekannten Überstromauslöser ein unge schützter Bereich zwischen dem siebenfachen Nennstrom und dem gewünschten Ansprechwert des Magnetauslösers ergibt.

Aus der DE-OS 196 29 062 ist es weiterhin im Rahmen einer Weiter entwicklung des zuvor erwähnten Überstromauslösers bekannt, den Anker im kalten Zustand mittels eines zusätzlichen Bimetalls bis ca. zum zehnfachen Nennstrom im Sinne eines Verhinderns des Ansprechens festzuhalten und erst bei größeren Stromstärken mechanisch dieses Bimetall durch die Magnetkraft zu überwin den. Fließt bei diesem vorbekannten Überstromauslöser ein Strom in der Größenordnung zwischen dem sieben- und zehnfachen Nennstrom, also bis zum magnetischen Haltestrom, kommt es zu einem schnellen Ausbiegen des Bimetalls und damit zur Freigabe des Ankers mit der Folge, daß der kritische Bereich des Schutzschalters mittels des Magnetauslösers thermisch ge schützt wird. Als nachteilig ist an dieser prinzipiell zuver lässig arbeitenden Überstromauslöser anzusehen, daß die Her stellung seiner Teile eine außerordentlich hohe Genauigkeit erforderlich macht, welche mit einfachen Mitteln in der Serienfertigung nicht ohne weiteres zu erreichen ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Über stromauslöser der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß für seinen kritischen Bereich zwischen dem sieben- und zehnfachen Nennstrom die Eigensicherheit mit geringen kon struktiven Aufwand gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die die Er findung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten Pa tentansprüchen zu entnehmen.

Vorteilhaft wird somit gemäß der Erfindung die Ansprechzeit der Bimetallscheibe im kritischen Bereich zwischen dem sieben bis zwölffachen Nennstrom unter Verwendung des Magnetankers so stark verkürzt, daß der für die Eigensicherheit des Schaltge rätes erforderliche thermische Schutz gewährleistet ist. Dabei wird die Magnetkraft der stromdurchflossenen Spule verwendet, um direkt über den Anker und ein rohrförmiges Betätigungsorgan die Bimetallschnappscheibe zu beaufschlagen. In günstiger Wei se fungiert die Bimetallscheibe als Ankerfesselungsfeder, die den Anker mechanisch bis zum magnetischen Ansprechwert des Schutzschalters festhält. Sobald der magnetische Ansprechwert erreicht ist, drückt der Anker über das rohrförmige Betäti gungsorgan die Bimetallscheibe derart über ihren Schnappunkt, daß der Stößel das Schaltschloß des Schutzschalters entklinken kann. Bei stromdurchflossener Spule drückt der Anker je nach Höhe der Stromstärke mehr oder weniger auf die Bimetall schnappscheibe mit dem Effekt, daß im kritischen Bereich zwi schen dem sieben- und zehnfachen Nennstrom das Umschnappen der über den Tragkörper beheizte Scheibe beschleunigt wird. Hier durch wird die Schnappzeit der Schnappscheibe so verkürzt, daß der Schutzschalter schnell und damit eigensicher abschaltet.

Die gegenseitige Unterstützung von Magnetanker und Bimetall schnappscheibe erfolgt im wesentlichen nur im kritischen Be reich zwischen dem sieben- und zehnfachen Nennstrom. Die bei spielsweise für Leitungsschutzschalter vorgeschriebene Auslö sekennlinie kommt dabei dadurch zustande, daß bei höheren Strömen nur der Magnetanker und bei niederen Strömen nur die Bimetallschnappscheibe wirksam sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption läßt sich vorteil haft mit einfachen Mitteln leicht eine Serienfertigung reali sieren. Die Voraussetzung für eine kostengünstige Produktion ist durch die geringe Anzahl einfacher Teile gegeben, und durch die Verwendung von ausschließlich rundsymmetrischen Tei len wie Tragkörper, Anker, Rohr, Stößel, Kern, Schnappscheibe, O-Ring und Deckel wird ein kombinierter Überstromauslöser ver fügbar gemacht, der ohne zusätzliche Montagemaßnahmen für die vollmechanische Serienfertigung konzipiert ist.

Für die Funktion des erfindungsgemäßen Überstromauslösers kommt es zum einen auf eine innige Verbindung der Bimetall schnappscheibe mit dem Tragkörper, beispielsweise über einen elastischen O-Ring, an, um für die elektrothermische Auslösung einen guten Wärmeübergang vom Tragkörper zur Schnappscheibe zu gewährleisten. Darüber hinaus ist es jedoch auch wichtig, daß im betriebsbereiten Zustand der Abstand zwischen Anker und Kern (Ankerluftspalt) nicht größer sein darf als der Schnapp hub der Bimetallscheibe, um sicherzustellen, daß beispielswei se bei hohen Kurzschlußströmen der Anker die Schnappscheibe nicht mechanisch deformiert.

Das bei dem erfindungsgemäßen Überstromauslöser vorgesehene Stößel-Betätigungsorgan ist vorzugsweise durch die Bohrung des Kerns geführt und bevorzugt als Rohr ausgebildet, welches vor zugsweise den Stößel lose umgibt. Hierdurch ergibt sich eine außerordentlich kompakte Gestaltung des Stößel-Betätigungsor gans mit optimaler Kraftübertragung und -einleitung in die Schnappscheibe.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kern in dem Tragkörper in seiner Lage bezüglich des Ankers ein stellbar befestigt, wodurch sich eine zusätzliche Justiermög lichkeit für den Ankerluftspalt ergibt.

Die Schnappscheibe ist in dem Aufnahmeende des Tragkörpers be vorzugt mittels eines elastischen O-Rings randseitig beauf schlagt angebracht, wobei der O-Ring vorzugsweise mittels ei ner deckelförmigen Kappe gegen die Schnappscheibe gepreßt ist, wobei die Kappe eine mittige Stößeldurchtrittsöffnung auf weist.

Die Bohrung im Kern ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit einem Führungsabschnitt für das Stößelbetä tigungsorgan, vorzugsweise in Form eines Rohrführungsab schnitts, und einem vergleichsweise durchmessergrößerem Ab schnitt gebildet, wobei der Kern selbst vorzugsweise nahe dem Aufnahmeende des Tragkörpers befestigt ist, um eine kompakte Überstromauslösergestaltung zu ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der An ker eine rückseitige Ausnehmung für die Aufnahme einer sich am Anschlagende abstützenden Schwingungsdämpfungsfeder auf. Durch diese Maßnahme wird vorteilhaft der Bewegung des Ankers mit Netzfrequenz derart begegnet, daß eine störende Geräuschent wicklung zuverlässig unterbunden wird.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel eines Überstromauslösers in seiner Bereitschafts stellung;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Überstromauslösers von Fig. 1 nach elektromagnetischer Auslösung; und

Fig. 3 eine Schnittansicht des Überstromauslösers von Fig. 1 nach elektrothermischer Auslösung.

In Fig. 1 ist schematisiert ein Schnitt durch einen Überstrom auslöser 10 für Schutzschaltgeräte dargestellt, der einen wärmeleitenden rohrförmigen Tragkörper 11 aufweist, welcher mit einer Spule 12 umwickelt ist. Der Tragkörper 11 besitzt ein eingeformtes Anschlagende 13 und ein diesem gegenüberlie gendes erweitertes Aufnahmeende 14 für die Anlage und radiale Lagerung einer Bimetallschnappscheibe 15.

In dem Tragkörper 11 ist nahe von dessen Aufnahmeende 14 ein Kern 16 befestigt, der eine zentrale Führungsbohrung 18 und eine breitere Bohrung 19 mit vergleichsweise größerem Innen durchmesser besitzt.

Zwischen dem Kern 16 und dem Anschlagende 13 des Tragkörpers 11 ist ein in dem rohrförmigen Tragkörper 11 verschiebbar ge lagerter Anker 20 angeordnet, wobei zwischen dem Kern 16 und dem Anker 20 ein Abstand s als Ankerluftspalt gebildet ist. Der Anker 20 weist eine rückseitige Ausnehmung 21 für die Auf nahme einer sich am Anschlagende 13 abstützenden Schwingungsdämpfungsfeder 22 auf. Diese Schwingungsdämpfungs feder 22 hat lediglich die Funktion, eine störende Geräusch entwicklung des Ankers 20 aufgrund der Netzfrequenz zu unter binden, greift jedoch nicht funktionell in die sonstige Wir kungsweise des Überstromauslösers 10 ein.

Das Aufnahmeende 14 des Tragkörpers 11 ist mittels einer Kappe 23 verschlossen, die ebenso wie der Tragkörper 11, der Kern 16 und der Anker 20 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die Kappe 23 besitzt eine mittige Führungsöffnung 24 für die Füh rung eines in Fig. 1 nach links ausrückbaren Stößels 25. Das rückseitige Ende des Stößels 25 ragt durch eine mittige Öff nung 31 der Schnappscheibe 15 und durch ein rohrförmiges Betä tigungsorgan 26 verschiebbar gelagert in Richtung auf den An ker 20.

Das rohrförmige Betätigungsorgan 26 ist in seiner Außenseite in der Führungsnut 18 des Kerns 16 drehverschiebbar gelagert, liegt lose mit seinem einen Ende an dem Anker 20 und mit sei nem anderen Ende an der Schnappscheibe 15 an. Eine Verdickung 27 an dem Stößel 25 ist gemäß Fig. 1 so angeordnet, daß die Bimetallscheibe 15 zwischen der Verdickung 27 und dem Ende des rohrförmigen Bedienungsorgans 26 liegt. Das Anschlagende 13 besitzt weiterhin eine Öffnung 28, durch die der Überstromaus löser auch manuell durch Eindrücken des Ankers 20 auslösbar ist.

Der Abstand s zwischen dem Kern 16 und dem Anker 20 ist derart gewählt, daß er mindestens dem halben und höchstens dem ganzen Schnapphub der Schnappscheibe 15 entspricht, um einerseits eine ausreichende Funktion zu gewährleisten und andererseits eine mechanische Beschädigung der Schnappscheibe 15 bei Aus lösung durch den Anker 20 zu vermeiden.

Die Schnappscheibe 15 ist in dem Aufnahmeabschnitt 14 im be triebsbereiten Zustand derart aufgenommen und gehalten, daß sie in einem seitlichen Kontakt mit dem abgewinkelten Tragkör perabschnitt 29 durch einen elastischen O-Ring 30 gedrückt wird, dar seinerseits mittels der Kappe 23 beaufschlagt wird.

Fig. 2 zeigt den Überstromauslöser 10 nach elektromagneti scher Auslösung, wobei der Anker 20 an dem Kern 16 anliegt und die Schnappscheibe 15 durch das rohrförmige Betätigungsorgan 26 zur Bewegung in die Umschnappstellung gebracht wurde, in der der Stößel 25 seine ausgerückte Auslösestellung erreicht.

Fig. 3 zeigt den Überstromauslöser 10 nach elektrothermischer Auslösung allein aufgrund der Wirkungsweise der Schnappscheibe 15, die beim Umschnappen an den verdickten Abschnitt 27 des Stößels 25 angreift und diesen in die dargestellte Ausrück stellung bringt.

Claims

1. Überstromauslöser für Schutzschaltgeräte, insbesondere Leitungsschutzschalter oder Motorschutzschalter mit elek tromagnetischer und thermoelektrischer Auslösung, beste hend aus
einem wärmeleitenden rohrförmigen und mit einer Spule (12) umwickelten Tragkörper (11), der ein Anschlagende (13) und ein gegenüberliegendes erweitertes Aufnahmeende (14) für die Anlage und die radiale Lagerung einer Bimetall- Schnappscheibe (15) mit mittiger Bohrung (31) aufweist, einem in dem Tragkörper (11) befestigten Kern (16) mit einer zentralen Bohrung (18, 19),
einem in dem Tragkörper (11) zwischen dessen Anschlagende (13) und dem Kern (16) bewegbaren Anker (20), und
einem Stößel (25), der sich durch die Bohrung (31) in der Schnappscheibe (15) und die Bohrung (18, 19) im Kern (16) in Richtung des Ankers (20) erstreckt, wobei der Stößel (26) thermoelektrisch mittels der Schnappscheibe (15) über eine Verdickung (27) und elektromagnetisch mittels des Ankers (20) über ein Stößel-Betätigungsorgan (26) aus rückbar ist, und wobei im betriebsbereiten Zustand der Abstand (s) zwischen Anker (20) und Kern (16) höchstens dem Schnapphub der Schnappscheibe (15) entspricht.

2. Überstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stößel-Betätigungsorgan (26) durch die Bohrung (18, 19) des Kerns (16) geführt ist.

3. Überstromauslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stößel-Betätigungsorgan (26) als Rohr ausgebildet ist.

4. Überstromauslöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (26) den Stößel (25) lose umgibt.

5. Überstromauslöser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16) in dem Tragkörper (11) über ein Gewinde (17) in seiner Lage bezüglich des Ankers (20) einstellbar befestigt ist.

6. Überstromauslöser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappscheibe (15) in dem Aufnahmeende (14) des Tragkörpers (11) mittels eines elastischen O-Rings (30) randseitig beaufschlagt ist.

7. Überstromauslöser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (30) mittels einer Kappe (23) an die Schnappscheibe (15) gepreßt ist, die in dem Aufnah meende (14) befestigt ist und die eine mittige Stößel- Durchtrittsöffnung (24) aufweist.

8. Überstromauslöser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung im Kern (16) mit einem Stößel-Betäti gungsorgan-Führungsabschnitt (18) und einem vergleichs weise durchmessergrößerem Abschnitt (19) gebildet ist.

9. Überstromauslöser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16) nahe dem Aufnahmeende (14) des Tragkör pers (11) befestigt ist.

10. Überstromauslöser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) eine rückseitige Ausnehmung (21) für die Aufnahme einer sich am Anschlagende (13) abstützenden Schwingungsdämpfungsfeder (22) aufweist.