DD224443B1 - Trennvorrichtung elektrischer stromkreise - Google Patents

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des thermischen Schutzes von Geraten oder Bauteilen bei Überschreiten einer Temperatur durch Trennung des elektrischen Stromkreises, der fur die Temperaturerhöhung verantwortlich ist

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Durch die BRD-AS 21 49607 und US-PS 3291 945 wurde ein patronenformiges, einpolig schaltendes Sicherungselement mit einseitig angeordneter elektrischer Zu-und Ableitung bekannt, dessen Funktion durch das Wechselspiel zweier entgegengesetzt wirkender Federn gesichert wird, die auf einer Schmelzsubstanz abgestutzt sind, wobei die schwacher dimensionierte Feder die Kontaktbrücke aus der Funktionslage druckt, sobald die starker dimensionierte Feder beim Schmelzen der Schmelzsubstanz ihre Abstutzung verliert Dabei wird ein relativ langer Zeitabschnitt beim Losen des Kontaktes benotigt Eine prinzipiell gleichwirkende Trennvorrichtung elektrischer Stromkreise wurde durch die US-PS 3820050 bekannt Der Stromkreis wird mittels einer unter Federdruck stehenden, sich auf der Schmelzsubstanz abstutzenden Kontaktbrücke geschlossen, die bei Überschreiten einer kritischen Temperatur infolge des Schmelzens der Schmelzsubstanz von den zu verbindenden Kontakten allmählich, entsprechend der Schmelzgeschwindigkeit der Substanz, abgleitet und schließlich eine Trennung der Kontakte bewirkt

Die DE-OS 2934837 offenbart einen thermischen Ausschalter, bei dem das Kontaktpaar vorgespannt und ineinander verhakt montiert ist und sich in dieser Lage auf die Schmelzsubstanz abstutzt Verformt sich das Schmelzelement infolge einer Temperaturuberschreitung, entspannen sich die Kontakte unter standiger allmählicher Verringerung der Kontaktflache bis zur vollständigen Trennung

Allen bekannten technischen Losungen, deren Wirkungsweise auf der Basis eines nach und nach schmelzenden Substrates beruht, sind mit dem gemeinsamen Nachteil behaftet, daß der Schmelzvorgang, welcher beim Auftreten einer überkritischen Temperatur vonstatten geht, mittels Federdruck direkt in eine schleichende, zögernde Kontaktoffnung bzw eine gleitende Kontaktierung mit anschließender Öffnung umgesetzt wird Der Schmelzvorgang bestimmt also direkt die Kontaktoffnungsgeschwindigkeit

Diese Eigenschaft grenzt den Anwendungsbereich der Temperatursicherungen im wesentlichen auf das Schalten relativ geringer Strome ein Ist die Strombelastung hoch, beispielsweise bei elektrischen Widerstandsheizungen, können derartige Sicherheitseinrichtungen nicht mehr direkt in den Heizkreis geschaltet werden Die zögernde Kontaktoffnung kann unter ungunstigen Bedingungen das Entstehen von Lichtbogen verursachen, wird der Kontaktoffnungsvorgang zusätzlich von einer allmählichen Verringerung der Kontaktflache begleitet, ist ein Verschweißen bzw Verkleben der Kontaktflachen infolge einer örtlichen Überhitzung durch den großer werdenden Übergangswiderstand möglich

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Trennvorrichtung elektrischer Stromkreise zu schaffen, die ein verbessertes Ausschaltverhalten aufweist und dadurch auch bei einer hohen Strombelastung zuverlässig funktioniert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der Realisierung eines sich sprungartig öffnenden Kontaktes eine hohe Kontaktoffnungsgeschwindigkeit zu erzielen Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Kontaktstelle sollen dabei bis zum Zeitpunkt des Offnens unverändert bleiben

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe durch eine Trennvorrichtung elektrischer Stromkreise mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelost

Bei normalem Betneb ist durch die Zwangshalterung der Federkontaktenden in der Halterung des Druckstuckes eine sichere elektrische Verbindung der Federkonstante über die Kontaktstelle gewährleistet Ist der Betneb infolge des Auftretens einer Ubergangstemperatur gestört, tritt wegen des Schmelzens der Schmelzeinheit eine durch den Federdruck bewirkte Relativbewegung des Druckstuckes gegenüber den Federkontakten ein, wobei die Federkonstante bei Überschreitung des vom Druckstuckzuruckgelegten Weges über die Eintauchtiefe der Federkontaktenden in der Halterung hinaus schlagartig freigegeben werden und quer zur Langsachse der Trennvorrichtung auseinanderschnappen Der Vorteil der erfindungsgemaßen Anordnung ergibt sich aus der annähernden Konstanz der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Kontaktstelle bis zum Moment des Aufschnappens der Verbindung und aus der hohen Kontaktoffnungsgeschwindigkeit wahrend der Trennung des Kontaktes, die durch die Vorspannung der Federkontakte bewirkt wird Dadurch ist auch das Schalten relativ hoher Strome zuverlässig möglich Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung besteht dann, daß die in die Halterung eintauchenden Enden der Federkontakte entgegen ihrer durch die Zwangshalterung vorgegebenen Auslenkung von der Langsachse abgewinkelt sind, wobei die Abwinkelung den gleichen Betrag wie die Auslenkung aufweist Durch diese Maßnahme wird die Konstanz der Kontaktbedingungen weiter erhöht

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Zeichnungen naher erläutert werden Dabei zeigen die Zeichnungen im einzelnen

Fig 1 eine perspektivische Darstellung aller Einzelteile der erfindungsgemaßen Trennvorrichtung, Fig 2 einen Längsschnitt durch eine erfmdungsgemaße Trennvorrichtung in Ausgangsstellung, Fig 3 einen Längsschnitt durch eine erfmdungsgemaße Trennvorrichtung in Ausschaltstellung, Fig 4 einen Detailschnitt durch eine Variante der „Ansprechzone" der erfindungsgemaßen Trennvorrichtung, Fig 5 eine weitere Variante der Schmelzsubstanzanordnung,

Fig 6 eine Unteransicht auf eine einpolig schaltende erfmdungsgemaße Trennvorrichtung ohne Konktakte, Fig 7 eine Vorderansicht eines Federkontaktes,

Fig 8 eine Seitenansicht eines Federkontaktes,

Fig 9 eine perspektivische Darstellung des Aufnahmeteils einer zweipolig schaltenden erfindungsgemaßen Trennvorrichtung,

Fig 10 eine perspektivische Darstellung aller Einzelteile der zweipolig schaltenden erfindungsgemaßen Trennvorrichtung, Fig 11 eine perspektivische Darstellung einer zweipolig schaltenden erfindungsgemaßen Trennvorrichtung mit eingeschweißten Leitungen,

Fig 12 eine Unteransicht des Druckstuckes der zweipolig schaltenden erfindungsgemaßen Trennvorrichtung, Fig 13 einen Längsschnitt durch eine weitere Variante einer erfindungsgemaßen Trennvorrichtung in einem

Zwischenmontag ezustand, Fig 14 einen Längsschnitt durch eine weitere Variante einer erfindungsgemaßen Trennvorrichtung im komplett montierten Zustand,

Fig 15 eine Draufsicht der Kontaktdurchfuhrung einer einpolig schaltenden erfindungsgemaßen Trennvorrichtung, Fig 16 eine Draufsicht der Kontakthalterung einer zweipolig schaltenden erfindungsgemaßen Trennvorrichtung

In Figur 1 sind die Einzelteile bzw Baugruppen der erfindungsgemaßen Trennvorrichtung 1 perspektivisch dargestellt Die Trennvorrichtung 1 beinhaltet die metallische Hülse 2, die Schmelzsubstanztablette 3, das Druckstuck 4 aus Isolierstoff mit der Halterung 5, in der die Enden 8 der Federkontakte 6, die mit Anschlagen 10 versehen sind, zwangsgehaltert sind und somit über die Kontaktstelle 9 der elektrische Stromkreis sicher geschlossen ist, und die Druckfeder 11, die zwischen Druckstuck 4 und dem Aufnahmeteil 12 aus Isolierstoff sowie dem Oberteil 19 angeordnet ist

Weiterhin ist in Figur 1 ersichtlich, wie die Federkontakte 6 im Aufnahmeteil 12 gehalten werden Der Federkontakt 6 wird jeweils zwischen der Seitenabstützung 14 und der Mittenabstutzung 13 leicht vorgespannt gehalten, d h , der Abstand zwischen seitlicher Begrenzung der Mittenabstutzung 13 und der Seitenabstützung 14 ist etwas geringer als die Federkontaktstarke Das Aufnahmeteil 12 weist eine Langsstufe 15 sowie eine Ausnehmung 17 und eine Flache 20 auf, die zur Lagefixierung in der Montageeinheit dient Weiterhin istm Figur 1 das Oberteil 19 dargestellt, das mit dem Aufnahmeteil 12 sowie den darin gehalterten Federkontakten 6 durch entsprechende Zapfen 18,21, Aussparungen 24 und Langskanten 22 verschachtelt wird Das Oberteil 19 weist weiterhin die Flache 20 sowie eine Anschlagflache 25 auf, die bei der Montage als zusätzlicher Sicherheitsanschlag fur das Druckstuck 4 dient, damit eine unzulässige Stauchung der Federkontakte 6 unmöglich wird Aus dem Längsschnitt in Figur 2 wird der innere Aufbau der erfindungsgemaßen Trennvorrichtung 1 ersichtlich Die Schmelzeinheit wird aus einer an sich bekannten Schmelzsubstanztablette 3 mit minimiertem Durchmesser gebildet und liegt stirnseitig einerseits warmetechnisch optimal am Hulsenboden 45 der Hülse 2 und andernseits am Stößel 40, der am Druckstuck 4 angeformt ist, an Radial wird die Schmelzsubstanztablette von einem metallischen Rohrstuck 39 dicht umfaßt, welches etwas überragt und somit beim Montageprozeß leicht auf den Stößel 40 aufgesetzt werden kann Die Druckeinheit wird gebildet aus dem Druckstuck 4 mit der Kantung 47 zur Montageerleichterung, der Ringnut 41 zur Aufnahme der abgeschmolzenen Schmelzsubstanz im gestörten Betrieb aus dem Rohrstuck 39, der Druckfederanlage 42, der Phase 43 als Montagehilfe, der Halterung 5 und der Druckfeder 11, die sich auf der Druckfederanlage 42 einerseits und dem Aufnahmeteil 12 sowie dem nicht dargestellten Oberteil andernseits abstutzt

Die Kontaktiereinheit wird gebildet aus zwei gleichen Federkontakten 6, dem Aufnahmeteil 12, dem nicht dargestellten Oberteil 19 und der Halterung 5, die im Druckstuck 4 ausgeformt ist

Der Anschlag 10 der Federkontakte 6 in Verbindung mit der Kante 23 sowie der Verquetschung 34 sichern die Lage der Federkontakte 6 Über die Kontaktstelle 9, die durch eine entsprechende Prägung der Federkontakte 6 realisiert wird, ist eine sichere elektrische Verbindung der beiden Federkontakte 6 gewahrleistet Die Anschlagkante 37 verhindert eine unzulässige Stauchung der Federkonstante 6 infolge fehlerhafter Teile Die Schragen 44 ermöglichen eine gute Vormontage der Federkontakte 6 im Aufnahmeteil 12

In Figur 3 wird eine „Ausschaltung ' der Trennvorrichtung nach gestörtem Betneb gezeigt Es ist ersichtlich, daß die Schmelzsubstanztablette 3 abgeschmolzen ist und die Ringnut41 ausfüllt Deutlich zu erkennen ist, daß die Druckfeder 11 sich entspannt hat und das Druckstuck 4 demzufolge eine Relativbewegung zu den Federkontakten 6 erfahren hat und die Enden 8 aus der parallelen Halterung 5 in radialer Richtung herausgeschnappt sind Voraussetzung fur die Funktionszuverlassigkeit ist die parallele Halterung 5, die die elektrischen sowie mechanischen Bedingungen an der Kontaktstelle 9 auch bei einsetzender Relativbewegung des Druckstuckes 4 bis zum Zeitpunkt des Auseinanderschnappens nicht verändert Zu sehen ist weiterhin eine der mindestens zwei Verstemmungen 35, welche die Teile der Kontaktiereinheit in ihrer dargestellten Endlage sicher fixiert

Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Schmelzeinheit und des Druckstuckes 4 wird in Figur 4 gezeigt Die Schmeizsubstanztablette 3 ist in einem metallischen Durchzug 48 eingebettet und kontaktiert stirnseitig mit dem Hulsenboden 45 und dem Stößel 40 des Druckstuckes 4 Der Stößel 40 und der Durchzug 48 weisen als Montagehilfen Abrundungen 49 und Radien 50 auf

In Figur 5 wird eine weitere Variante der Schmelzeinheit, bestehend aus einer metallischen Ronde mit einer Prägung 53 mit Radien 50 und der eingelegten bzw leicht eingepreßten Schmeizsubstanztablette 3, gezeigt Aus Figur 6 wird ersichtlich, wie das Aufnahmeteil 12 und das Oberteil 19 mittels Langskanten 22, Zapfen 18, Seitenabstutzungen 14 und Aussparung 24 miteinander verschachtelt sind Die durch die Seitenabstutzungen 14 und die Mittenabstutzungen 13 gebildete Durchtrittsöffnung 52 ist geringfügig schmaler als die Dicke der Federkontakte 6 Figur 7 zeigt den Federkontakt 6 als Schnitt Prageteil mit dem Ende 8, dem Anschlag 10 sowie der Kontaktpragung 59 Der Federkontakt 6 kann im Bereich der Kontaktpragung 59 spezialplattiert ausgeführt sein, um die Zuverlässigkeit bei sehr hohen Strombelastungen zu erhohen

Aus Figur 8 wird durch die Seitenansicht des Federkontaktes 6 der Winkel 58 ersichtlich, der so gewählt ist, daß bei der Zwangshalterung des Federkontaktes 6 im Druckstuck 4 infolge der Auslenkung eine parallele Anlage in der Halterung 5 ermöglicht wird

Aus der perspektivischen Darstellung von den Halbschalen 70 mit Federkontakten 6 und dem Isolierteil 71 in Figur 9, wird eine Kontaktierungseinheit einer zweipolig schaltenden Trennvorrichtung ersichtlich Je zwei Federkontakte 6 werden in der Halbschale 70 in genau der gleichen Art und Weise wie in der schon beschriebenen einpolig schaltenden Trennvorrichtung zwischen den Seitenabstutzungen 14 und der Mittenabstutzung 13 leicht vorgespannt gehaltert Die Halbschalen weisen je zwei Auflageleisten 72, auf dem das Isolierteil 71 mit der Trennwand 73 aufliegt, auf Die Auflageleisten 72 sind so bemessen, daß die Federkontakte 6 in jedem Fall quer zur Achsrichtung frei beweglich sind Das Isolierstuck 71 wird mit den Erhebungen 74 und den Zapfen 75 sowie den Anlagekanten 76 mit den Halbschalen 70 und den darm vormontierten Federkontakten 6 verschachtelt und sorgt fur eine sichere elektrische Isolation der zwei Federkontaktpaare

In Figur 10 werden die Hauptfunktionsgruppen der erfindungsgemaßen zweipoligen Trennvorrichtung perspektivisch dargestellt Es sind im einzelnen die Kontaktiereinheit, bestehend aus zwei Halbschalen 70, vier Federkontakten 6 und dem Isolierteil 71, der Druckfeder 83 und dem Druckstuck 79, die Schmelzsubstanz 78 in Tablettenform und die Hülse 77 Durch die Figur 11 wird der Komplettzustand der zweipoligen Trennvorrichtung mit angeschweißten elektrischen Zu- und Ableitungen 82 und den Verstemmungen 81, der Hülse 77 mit der Kontaktierungseinheit gezeigt Die Blankdrahte 84 der elektrischen Leitungen 82 sind so an die Federkontakte 6 angeschweißt, daß diese in ihrer Lage sicher fixiert sind In der Figur 12 ist in einer Draufsicht des Druckstuckes 79 die Anordnung der Doppelhalterung 85 fur vier Enden 8 der Federkontakte 6 zu ersehen

Eine zweite Ausfuhrungsform einer erfindungsgemaßen Trennvorrichtung wird in einem Längsschnitt in der Figur 13, in einem Zwischenmontagezustand, und in der Figur 14 im komplett montierten Fertigzustand ebenfalls im Längsschnitt gezeigt Diese Ausfuhrungsform unterscheidet sich prinzipiell ги der vorher beschriebenen Ausfuhrungsform einzig und allein durch eine andere Aufnahmeanordnung fur die Federkontakte Die Teile Hülse 2, Schmeizsubstanztablette 3, Durchzug 48, Druckstuck 4 mit Stößel 40 und Druckfederanlage 42 sowie Halterung 5 und 85, Druckfeder 11 und 83 und Federkontakt 6 mit Kontaktstelle 9 sind identisch in Funktion und Ausformung mit der vorher beschriebenen Ausfuhrungsform Die Wirkungsweise und Funktion dieser Ausfuhrungsform ist ebenfalls mit der bereits beschriebenen Losung gleich Die hier gezeigte Aufnahmeanordnung besteht aus den Federkontakten 6 und dem Kontaktsockel 64 bzw Kontakthalterung 69 in einer zweipoligen Ausfuhrung Der Kontaktsockel 64 unterscheidet sich von der Kontakthalterung 69 wie aus den Figuren 15 und 16 hervorgeht, nur durch die Anzahl der ansonst gleichen Federkontaktdurchfuhrungen

Die Federkontaktdurchfuhrungen in den zylindrischen Teilen, Kontaktsockel 64 und Kontakthalterungen 69, sind so ausgebildet, daß genau die gleichen Spannbedingungen der Federkontakte 6 wie in der schon vorher beschriebenen Losung vorliegen Die Federkontakte 6 mit dem Kontaktsockel 64 bzw der Kontakthalterung 69 lassen sich durch das Anliegen des Anschlages 10 an der Kante 23 und der Verquetschung 34 als Baugruppe vorfertigen

Die Enden 8 der Federkontakte 6 werden dann durch die Halterung 5 bzw Doppelhalterung 85 mit der Druckeinheit verbunden, wobei die Druckfedern 11 und 83 noch nicht gespannt sind Im letzten Arbeitsgang druckt die Verschlußhulse 60 mit dem Druckrand 65 die Druckfeder 11 in die fur die Funktion notwendige Lage und wird mit einer Bordelung 68 am dafür vorgesehenen Bordelrand 61 versehen

Die an der Verschlußhulse angeformte Ringanlage 63 sichert dabei die Lage der Kontaktierungseinheit Zur besseren Montage ist die Verschlußhulse 60 mit einer Phasung 66 und der Kontaktsockel 64 bzw die Kontakthalterung 69 mit einer Abrundung 67 versehen

Die anzuschweißenden Leitungen 82, die hier nicht dargestellt sind, werden so an die Federkontakte 6 angeschweißt, daß die Leitungsenden an der Ringanlage 63 bzw am Kragen 62 der Verschlußhulse 60 anliegen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1. Trennvorrichtung elektrischer Stromkreise mit einer im Boden einer metallischen Hülse angeordneten Schmelzeinheit, einer Kontaktiereinheit mit einseitiger elektrischer Zu- und Ableitung, bestehend aus einem in einem Aufnahmeteil aus isolierendem Material gehalten und querzur Achsrichtung vorgespannten Federkontaktpaar, auf dem eine Kontaktstelle angeordnet ist, sowie einem sich in bekannter Weise auf der Schmelzeinheit abstützenden, unter Federdruck stehenden, beweglichen Druckstuck aus Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß

   • das Druckstück (4) an seiner der Kontaktiereinheit zugewandten Seite mit einer in Achsrichtung parallelen Halterung (5) versehen ist,

   • worin die freien Enden (8) des vorgespannten Federkontaktpaares (6) um einen Beitrag eintauchen, der kleiner als der Weg ist, den das Druckstuck (4) bei Verdrängung der Schmelzsubstanz in axialer Richtung zurücklegt.
2. 2. Trennvorrichtung elektrischer Stromkreise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) der Federkontakte (6) um einen Winkel (58), der der Auslenkung der Federkontakte gegenüber der Achsrichtung entspricht, entgegen der Auslenkung abgebogen sind.