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Die
Erfindung betrifft ein Schaltgerät
mit einem Gehäuse
und mit wenigstens einer ein festes und ein bewegliches Kontaktstück umfassenden
Kontaktstelle, und mit einem thermischen und elektromagnetischen Auslöser mit
einer Auslösespule
und einem Schlaganker, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung eines
Materials mit einem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt
in einem eine Auslösespule
und einen Schlaganker aufweisenden thermischen und elektromagnetischen
Auslöser
für ein
Schaltgerät
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 9, sowie weiterhin die Verwendung eines Materials
mit einem kombiniertenthermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt zur Überstrom- und Kurzschlussstromauslösung in
einem eine Kontaktstelle und einen thermischen und elektromagnetischen
Auslöser
umfassenden Schaltgerät
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Bei
gattungsgemäßen Schaltgeräten, beispielsweise
Leitungsschutzschaltern oder Motorschutzschaltern, dient der elektromagnetische
Auslöser
zur Unterbrechung des Strompfades zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen
im Falle des Auftretens eines Kurzschlussstromes. Der thermische
Auslöser
dient zur Unterbrechung des Strompfades für den Fall, dass ein Überstrom
auftritt, der den Nennstrom um einen bestimmten Betrag und über eine
bestimmte Zeit hinweg überschreitet.
Die im Stand der Technik heute bekannten elektromagnetischen Auslöser, wie
beispielsweise in der
DE
101 26 852 C1 oder der
DE 100 10 093 A1 beschrieben, arbeiten dabei
alle nach dem Prinzip, dass ein Auslöseanker bei Auftreten eines
Kurzschlussstromes auf einen Magnetkern hin in Bewegung versetzt
wird, und im Verlauf dieser Bewegung schlägt der Auslösean ker über einen mit ihm in Wirkverbindung
stehenden Stößel das
bewegliche Kontaktstück
von dem festen Kontaktstück an
der Kontaktstelle weg, so dass dadurch die Kontaktstelle geöffnet wird.
Bekannte elektromagnetische Auslöser
umfassen dazu eine Spule, die üblicherweise
aus schraubenförmig
gewickeltem Draht hergestellt ist, sowie einen mit einem die Spule
außen
umgebenden Joch fest verbundenen Magnetkern, der ins Innere der
Spule eingreift. Der Auslöseanker
ist entweder als Klappanker oder als Tauchanker ausgebildet, wobei
sich letzterer ebenfalls innerhalb der Spule befindet. Der Anker
wird vom Kern im Ruhezustand mittels einer Druckfeder auf Abstand
gehalten. Wenn der Kurzschlussstrom durch die Auslösespule
fließt,
so bewirkt das dabei erzeugte Magnetfeld der Auslösespule,
dass der Auslöseanker
entgegen der rückstellenden
Kraft der Druckfeder auf den Kern hin bewegt wird. Nach Abschalten
des Kurzschlussstromes wird der Anker durch die rückstellende Kraft
der Druckfeder wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt.
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Im
Stand der Technik bekannte thermische Auslöser arbeiten in der Regel mit
Auslöseelementen
aus Thermobimetall oder thermischen Formgedächtnismetallen, die beispielsweise
als Biegebalken oder als Schnappscheibe realisiert sind. Aus der
DE 43 00 909 A1 ist
ein thermischer Auslöser
mit einem Thermobimetall-Biegebalken bekannt.
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Thermische
und magnetische Auslöser
werden heute so realisiert, dass für jedes Auslöseprinzip
ein eigenes Bauelement gefertigt wird. Dabei werden ein erster,
thermischer Teil-Auslöser
mit einem thermischen Auslöseanker
aus Thermobimetall oder thermischem Formgedächtnismetall, wie oben erwähnt, und
ein zweiter, magnetischer Teil-Auslöser mit
einer Auslösespule
und einem magnetischen Auslöseanker
zusammengesetzt. Aus der
DE
42 42 516 A1 ist ein thermisch-magnetischer Kombi-Auslöser bekannt,
bei dem der thermische Teil-Auslöser
als Schnappscheibe und der elektromagnetische Teil-Auslöser durch
einen Schlaganker-Auslöser
ausgebildet ist. Aber auch hier sind zwei getrennte Auslöser aufgebaut,
die räumlich
nahe beieinander in einer komplexen Baugruppe kombiniert sind.
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Der
Aufbau thermischer und elektromagnetischer Auslöser ist daher heute sehr aufwändig und
mit hohen Kosten verbunden, da zwei komplette Auslöser aufgebaut
und miteinander kombiniert werden müssen, wobei viele Einzelteile
mit engen Toleranzen gefertigt und zusammen zu bauen sind.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Schaltgerät einfacher montierbar
und damit kostengünstiger
aufbaubar zu machen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Schaltgerät
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, durch die Verwendung
eines Materials mit einem kombinierten thermischen und magnetischen
Formgedächtniseffekt
in einem Schaltgerät
gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 9 und durch die Verwendung eines Materials
mit einem kombinierten thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt
zur Kurzschlussstromauslösung
in einem Schaltgerät
gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 11.
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Erfindungsgemäß also umfasst
der thermische und elektromagnetische Auslöser einen mit dem Schlaganker
in Wirkverbindung stehenden Schnappkörper aus einem Material mit
einem kombiniertenthermischen und magnetischem Formgedächtniseffekt,
wobei sowohl unter Einfluss des Magnetfeldes der Auslösespule
im Kurzschlussstromfall, als auch unter dem Einfluss einer durch Überstrom
hervorgerufenen Temperaturerhöhung
der Schnappkörper
in zwei bistabile Stellungen umgesteuert wird. Insbesondere kann
der Auslöseanker
aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung aus Nickel,
Mangan und Gallium gebildet sein.
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Auslöser, die
einen Schnappkörper
umfassen, sind heute im Stand der Technik ausschließlich als
thermische Auslöser
bekannt, deren Wirkungsweise auf dem Schnappscheiben-Prinzip beruht.
Die Schnappscheibe ist dabei ein scheibenförmiges Bauelement mit einer
tellerförmigen
Wölbung.
Unter mechanischer Deformationsbelastung ändert die Wölbung bei Überschreiten eines – von den
federelastischen Bauelementeparametern abhängigen – Totpunktes sprungartig ihre
Ausrichtung von ihrer ersten in ihre zweite bistabile Stellung, von
konvex nach konkav oder umgekehrt. Bekannt sind Schnappscheibenauslöser mit
Schnappscheiben aus thermischem Bimetall oder thermischen Formgedächtnislegierungen,
beispielsweise Ni-Ti. Die mechanische Deformationsbelastung wird
bei den thermisch aktivierten Schnappscheiben durch die thermisch
bedingte Formänderung
bei Temperaturänderung
hervorgerufen. Im Falle von Thermobimetall ändert sich bei Temperaturänderung
langsam die Form, bis der Totpunkt überschritten ist und sich sprungartig
die Wölbungsrichtung der
Schnappscheibe ändert.
Bei Schnappscheiben aus thermischen Formgedächtnislegierungen ist unterhalb der
Tran sitionstemperatur die Wölbung
in die Einschaltstellung gerichtet, oberhalb der Transitionstemperatur geht
die Schnappscheibe sprungartig in die Auslösestellung über.
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Bei
magnetischen Formgedächtnislegierungen
kann in der martensitischen Phase eine Formänderung durch den Übergang
zwischen zwei Kristallstrukturvarianten einer Zwillings-Kristallstruktur
hervorgerufen werden, wobei der Übergang
zwischen den Kristallstrukturvarianten durch ein äußeres Magnetfeld
gesteuert wird. Die Magnetfeldstärke,
bei der dieser Phasenübergang
stattfindet, wird im Folgenden auch „Transitionsfeldstärke" genannt. Diese Materialien
werden daher als magnetische Formgedächtnislegierungen oder „Magnetic
Shape Memory Alloys" (MSM)
bezeichnet.
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Magnetische
Formgedächtnislegierungen
werden vorteilhafterweise als ferromagnetische Formgedächtnislegierungen
aus Nickel, Mangan und Gallium gebildet. Genauere Erläuterungen
zum Aufbau und der Funktionsweise von ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen
auf der Basis von Nickel, Mangan und Gallium sind beispielsweise
der WO 98/08261 und der WO 99/45631 entnehmbar.
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Durch
die entsprechende Legierungszusammensetzung kann bestimmt werden,
bei welcher Orientierung des äußeren Magnetfeldes
die maximale Ausdehnung erreicht wird; z.B. kann das Magnetfeld
senkrecht oder quer zu dem MSM – Material
stehen, um die maximale Ausdehnung zu erreichen.
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Formänderungen,
die mit MSM-Materialien unter Einwirken eines äußeren Magnetfeldes erreicht
werden, können
lineare Ausdehnung, Verbiegung oder Verdrehung (Torsion) sein.
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Bei
MSM-Materialien findet ergänzend
zu dem magnetisch stimulierten auch noch ein thermisch stimulierter Übergang
zwischen der martensitischen und der austenitischen Phase statt.
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Wenn
das äußere Magnetfeld
klein ist, so verhalten sich diese Materialien wie ein herkömmliches
thermisches Formgedächtnismetall.
Dort sind bekanntlich die beiden Formen, zwischen denen die Formänderung vonstatten
geht, in unterschiedlichen Phasen des Materials ausgeformt: einer
martensitischen Phase unterhalb und einer austenitischen Phase oberhalb
einer sog. Transitionstemperatur des Materials. Überschreitet die Materialtemperatur
die Transitionstemperatur, so findet der Phasenübergang statt, mit dem die
Formänderung
einhergeht. Dabei kann durch die entsprechende Legierungszusammensetzung
die thermische Transitionstemperatur bestimmt und somit für die jeweilige
Anwendung angepasst werden.
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Bei
MSM-Materialien kann somit unterhalb der Transitionstemperatur,
in der Niedertemperatur- oder martensitischen Phase, eine der o.g.
Formänderungen
ausschließlich
durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes
hervorgerufen werden. Ohne äußeres Magnetfeld,
oder bei sehr geringem äußerem Magnetfeld,
erfolgt die Formänderung
thermisch induziert bei Über-
oder Unterschreiten der Transitionstemperatur.
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Ein
erfindungsgemäßer thermischer
und elektromagnetischer Auslöser
umfasst eine Schnappscheibe aus in geeigneter Weise zusammengesetztem
MSM-Material, das ohne oder bei Anliegen eines nur kleinen Magnetfeldes
einen thermischen und unterhalb der thermischen Transitionstemperatur
bei Anliegen eines hohen Magnetfeldes einen magnetischen Formgedächtniseffekt
aufweist. Das Magnetfeld wird dabei durch eine stromdurchflossene
Spule erzeugt, deren Strahlungswärme
bei Stromfluss auch die Temperaturänderung in der Schnappscheibe
bewirkt.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei einem erfindungsgemäßen Schaltgerät beide
Auslöseprinzipien,
nämlich
das thermische und das elektromagnetische, in einem einzigen Auslöseelement
niedriger Komplexität
realisiert sind. Damit wird der Aufbau eines thermischen und magnetischen
Auslösers
stark vereinfacht. Der erfindungsgemäße thermische und magnetische
Auslöser
lässt sich
auch wesentlich kompakter und platzsparender realisieren als eine
Kombination von zwei getrennten thermischen und magnetischen Auslösern gemäß dem Stand
der Technik. Somit ist auch ein erfindungsgemäßes Schaltgerät mit einem
erfindungsgemäßen thermischen
und magnetischen Auslöser
einfacher und kompakter aufbaubar.
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Die
Schnappscheibe befindet sich in nicht ausgelöstem Zustand in ihrer ersten
bistabilen Stellung. Sie ist hinsichtlich ihrer federelastischen
Auslegung so dimensioniert, dass sie unterhalb der thermischen Transitionstemperatur
bei Überschreiten
einer bestimmten Transitions-Magnetfeldstärke, die wiederum bei einem bestimmten
Kurzschlussstrom durch die Spule erreicht wird, oder, bei nur geringem
Magnetfeld, bei Überschreiten
einer bestimmten Transitionstemperatur, die bei Überschreiten eines bestimmten Überstromes
durch die Auslösespule
erreicht wird, gerade ihren Totpunkt überschreitet und sprungartig
in ihre zweite bistabile Stellung übergeht.
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Ein
weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist
die Schnelligkeit der magnetischen Auslösung. Es muß keine träge Masse beschleunigt werden,
die Formänderung
aufgrund des thermischen und magnetischen Formgedächtniseffektes
geschieht nahezu verzögerungsfrei.
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Ein
weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Auslösers liegt darin, dass er,
bedingt durch das Schnappscheiben-Prinzip, hochgenau auslöst und wenig
empfindlich auf Fertigungsstreuungen sowohl der mechanischen Toleranzen
als auch der Materialzusammensetzung ist. Da nur wenige Teile benötigt werden, ist
nur ein geringer Bauraum im Gehäuse
erforderlich.
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Ein
weiterer Vorteil eines erfindnungsgemäßen Schaltgerätes liegt
darin, dass die räumliche
Zuordnung der Auslösespule
zu dem Schnappkörper
aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall
vielfältig
an die Geometrieerfordernisse innerhalb des Schaltgerätegehäuses anpassbar
ist.
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Der
Schnappkörper
kann als Schnappscheibe ausgebildet und in seinem Randbereich in
einem mit dem Gehäuse
verbundenen Schnappkörper-Lager
gehalten sein. Der Schnappkörper
ist dabei in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform außerhalb
der Auslösespule
in deren Nahbereich angebracht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schnappkörper des
erfindungsgemäßen Auslösers als
Schnappscheibe ausgebildet und innerhalb eines die Auslösespule
tragenden Spulenwickelkörpers
gehalten. Der Schnappkörper
ist dann vorteilhafterweise von der Auslösespule umfasst.
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Die
Schnappscheibe kann in ihrem Zentrum kraft- oder formschlüssig mit
dem Schlaganker verbunden sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung steht das Schnappelement dabei mit einer dessen Umsteuern
in die beiden bistabilen Stellungen unterstützenden Rückstellfeder in Wirkverbindung.
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Somit
ist eine optimale Raumausnutzung innerhalb des Schaltgerätegehäuses erreichbar,
was zu kleineren und damit kostengünstigeren Bauformen der Schaltgeräte führt.
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Es
werden weniger Teile mit geringerer Anforderung an deren Maßgenauigkeit
für den
thermischen und elektromagnetischen Auslöser benötigt, und die Montage eines
thermischen und elektromagnetischen Auslösers mit einem Schnappelement
aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall
ist daher einfacher und billiger.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und
weitere Vorteile sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand
der Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung näher
erläutert
und beschrieben werden.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes mit
einem in einem mit dem Gehäuse
verbundenen Schnappkörper-Lager
gehaltenen Schnappkörper aus
ferromagnetischem Formgedächtnismetall,
angeordnet neben einer Auslösespule,
im Ruhezustand,
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2 in
schematischer Darstellung die erste Ausführungsform nach 1 im
ausgelösten
Zustand,
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3 in
schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auslösers mit
einem im Innern eines die Auslösespule
tragenden Wickelkörpers
angeordneten scheibenförmigen Schnappkörper aus
ferromagnetischem Formgedächtnismetall,
angeordnet neben einer Auslösespule,
sowie
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4 in
schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auslösers mit
einem im Inneren eines die Auslösespule
tragenden Wickelkörpers
angeordneten scheibenförmigen Schnappkörper aus
ferromagnetischem Formgedächtnismetall,
angeordnet im Innern einer Auslösespule.
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In 1 ist
schematisch ein Schaltgerät 1 mit
einem Gehäuse 2 und
einem thermischen und elektromagnetischen Auslöser 20 im nicht ausgelösten Zustand
gezeigt. In 2 ist das Schaltgerät nach 1 im ausgelösten Zustand
gezeigt, wobei gleiche oder ähnlich
wirkende Baugruppen oder Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet
sind.
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Zwischen
einem (hier nicht dargestellten) Eingangsklemmstück und einem Ausgangsklemmstück 16 verläuft ein
Strompfad über
eine bewegliche Litze 18, einen in einem Kontakthebellager 12 gelagerten
Kontakthebel 10, eine ein an dem Kontakthebel 10 befindliches
bewegliches Kontaktstück 6 und
ein festes Kontaktstück 8 umfassende
Kontaktstelle 4, und eine Auslösespule 22. In der
in 1 gezeigten Schaltstellung ist die Kontaktstelle 4 geschlossen.
Mit der Auslösespule 22 und
dem festen Kontaktstück 8 ist über ein
ohrenförmiges
Zwischenstück 42 noch
ein Joch 40 verbunden.
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Der
thermische und elektromagnetische Auslöser 20 umfasst die
Auslösespule 22 und
eine aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall gebildete Schnappscheibe 24.
Diese ist an der Stirnseite der Auslösespule 22 so angeordnet,
dass der Schnappscheibenmittelpunkt sich beim Umschnappen auf einer
gedachten Linie in Verlängerung
der Auslösespulenlängsachse
bewegt. Die Schnappscheibe 24 ist an ihrem Außenumfang
in einem mit dem Gehäuse 2 verbundenen
Schnappscheiben-Lager 28 gehalten. In dem in 1 gezeigten
nicht ausgelösten
Zustand weist ihre Wölbung
in Richtung der Auslösespule 22.
In ihrem Mittelpunkt steht die Schnappscheibe 24 in Wirkverbindung
mit einem Schlaganker 26. Die Wirkverbindung ist hier als
formschlüssige
Verbindung gezeigt, alternativ könnten
jedoch auch kraft- oder stoffschlüssige Verbindungen realisiert
werden.
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Die
Schnappscheibe aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall auf Basis von
Nickel, Mangan und Gallium befindet sich außerhalb der Auslösespule 22.
Ihre räumliche
Anordnung im Verhältnis
zu der Auslösespule 22 ist
so gewählt,
dass eine gute thermische und magnetische Kopplung an die Auslösespule 22 gegeben
ist. Eine hierfür
geeignete Auslegung der Auslösespule 22 und
des Magnetkreises kann von einem Fachmann unter Zuhilfenahme seines
normalen Fachwissens und unterstützt
durch systematische Versuche vorgenommen werden.
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Ferromagnetischen
Formgedächtnislegierungen
auf der Basis von Nickel, Mangan und Gallium sind prinzipiell bekannt
und verfügbar,
sie werden beispielsweise von der finnischen Firma AdaptaMat Ltd.
hergestellt und vertrieben. Eine typische Zusammensetzung von ferromagnetischen
Formgedächtnis-Legierungen für den erfindungsgemäßen Einsatz
in Schaltgeräten
ist gegeben durch die Strukturformel Ni65-x-yMn20+xGa15+y, wobei
x zwischen 3 Atomprozent und 15 Atomprozent liegt und y zwischen
3 Atomprozent und 12 Atomprozent. Die hier verwendete ferromagnetische
Formgedächtnislegierung
hat die Eigenschaft, dass in ihrer martensitischen Phase, das ist
diejenige Phase, die das Material unterhalb der thermischen Transitionstemperatur einnimmt,
unter Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes
im mikroskopischen Maßstab
ein Übergang
zwischen zwei Kristallstrukturvarianten einer Zwillings-Kristallstruktur
stattfindet, der makroskopisch mit einer Formänderung verbunden ist. Bei
der hier gewählten
Ausführung
der Schnappscheibe besteht die Formänderung in einer Verbiegung
hin zu der Form der zweiten bistabilen Schnappscheibenstellung.
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Die
thermische Transitionstemperatur bei den hier verwendeten ferromagnetischen
Formgedächtnislegierungen
liegt im Bereich der Raumtemperatur und ist durch Variation der
Atomprozent-Anteile x und y innerhalb einer Bandbreite einstellbar.
Damit ist der Arbeitstemperaturbereich, innerhalb dessen der thermische und
elektromagnetische Auslöser
als rein magnetischer Auslöser
arbeitet, innerhalb einer Bandbreite durch Wahl der Materialzusammensetzung
einstellbar.
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Bei Überschreiten
der thermischen Transitionstemperatur geht das ferromagnetische
Formgedächtnismaterial – auch ohne äußeres Magnetfeld – in seine
austenitische Phase über.
Dieser Phasenübergang
ist reversibel und ebenfalls mit einer Formänderung verbunden, welche sich
hier ebenfalls als eine Verbiegung hin zu der Form der zweiten bistabilen
Schnappscheibenstellung manifestiert.
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Die
Kurzschlussstromauslösung
geschieht nun folgendermaßen.
Fließt
durch das Schaltgerät 1 im Kurzschlussfall
ein hoher Kurzschlussstrom, so verbiegt sich die Schnappscheibe
aus der ersten bistabilen Stellung heraus so lange, bis der Totpunkt überschritten
ist und sich sprungartig die Wölbungsrichtung
der Schnappscheibe in die zweite bistabile Stellung ändert. Infolgedessen
schlägt
der Stößel 26 das
bewegliche Kontaktstück 6 vom
festen Kontaktstück 8 weg,
so dass die Kontaktstelle 4 geöffnet und das Schaltgerät ausgelöst wird,
wie in 2 dargestellt. Die Verbiegung des ferromagnetischen
Formgedächtnismaterials
geschieht dabei sehr schnell und nahezu verzögerungsfrei. Die Verzögerungszeit
als die Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten des Kurzschlussstromes
und dem Erreichen des Totpunktes liegt typischerweise in der Größenordnung
von einer Millisekunde.
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Die
Auslösung
kann dabei selbstverständlich,
wie in der Schaltgerätetechnik üblich und
hier nicht dargestellt, durch einen Auslösehebel unterstützt werden,
der ein die dauerhafte Öffnung
der Kontaktstelle sicherndes Schaltwerk betätigt.
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Nach
der Auslösung
des Schaltgerätes
ist der Strompfad unterbrochen und das Magnetfeld der Auslösespule 22 bricht
wieder zusammen. Infolgedessen wird sich die Schnappscheibe 24 wieder
in ihre erste bistabile Stellung zurückbewegen, wodurch auch der
Schlaganker 26 wieder in die Ausgangsstellung, wie in 1 gezeigt,
zurückbewegt
wird. Die Kontaktstelle 4 wird jetzt durch ein Schaltwerk
dauerhaft in Offenstellung gehalten.
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Die
thermische Überstromauslösung geschieht
folgendermaßen: Überschreitet
der im Strompfad durch das Schaltgerät 1 fließende Strom
seinen Nennwert um einen höheren
Wert und für
einen längeren
Zeitraum als zugelassen, so erwärmt
sich die Schnappscheibe 24 aufgrund der Wärmeeinstrahlung
von der Auslösespule 22 auf
eine Temperatur, die oberhalb der thermischen Transitionstemperatur
des ferromagnetischen Formgedächtnismetalls
liegt. Infolgedessen findet die thermisch induzierte Formänderung
der Schnappscheibe 24 statt, die sich hier wieder als eine
Verbiegung hin zu der Form der zweiten bistabilen Schnappscheibenstellung
manifestiert. Die Unterbrechung des Strompfades geschieht ansonsten
auf die gleiche Weise wie oben für
die magnetische Auslösung
beschrieben.
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Die
elektromagnetische und die thermische Auslösung werden also von einem
einzigen Bauelement bewirkt. Der Aufbau eines Schaltgerätes mit
einem thermischen und magnetischen Auslöser wie beschrieben wird damit
sehr einfach und aufgrund des Entfallens einer kompletten Baugruppe
kostengünstiger
als bei herkömmlichen
Schaltgeräten.
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Zur
Unterstützung
der Rückverformung
der Schnappscheibe 24 nach Zusammenbrechen des Magnetfeldes
der Auslösespule 22 oder
nach Abkühlung
unterhalb die thermische Transitionstemperatur infolge der Kontaktöffnung im
Auslösefall
ist in der Ausführungsform
nach 1 und 2 eine Rückstellfeder 46 angebracht.
Diese ist hier als Schraubenfeder ausgebildet und umfasst den Schlaganker 26.
Sie könnte
aber auch als Blattfeder oder auf sonstige geeignete Art und Weise
ausgebildet sein. Die Rückstellfeder 46 ist
in nicht ausgelöstem
Zustand (1) entspannt. Sie stützt sich
mit einem Ende an einem mit dem Gehäuse verbundenen Federlager 50 ab,
und mit ihrem anderen Ende an dem Mittelabschnitt der Schnappscheibe 24.
Im Auslösefall
(2) wird sie durch die in ihre zweite bistabile
Lage geschnappte Schnappscheibe 24 zusammengedrückt.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen thermischen
und elektromagnetischen Auslösers 20a zur
Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schaltgerät gezeigt.
Gleiche oder gleichwirkende Bauelemente oder Bauteile sind dabei
mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet,
jeweils ergänzt
um den Buchstaben a.
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Die
Auslösespule 22a ist
hier auf einen zylindrischen Wickelkörper aufgewickelt. Der Wickelkörper besteht
aus einem gut wärmeleitenden
und magnetisch nicht abschirmenden Material, beispielsweise einer
Keramik oder einem geeigneten Kunststoff. An seinem der Kontaktstelle
zugewandten Ende ist der Wickelkörper bauchartig
aufgewölbt,
derart, dass in seinem Innern ein Hohlraum 55a entsteht,
durch dessen seitliche Begrenzung das Schnappkörper-Lager 28a gebildet
wird und in dem die Schnappscheibe 24a aufgenommen und gelagert
ist. In einer Durchführung 58a an
der der Kontaktstelle zugewandten Stirnseite des Wickelkörpers 56a ist
der Schlaganker 26a gleitend geführt. Ebenfalls im Innern des
Hohlraums 55a ist die Rückstellfeder 46a gelagert.
Der Wickelkörper 56a kann
beispielsweise aus zwei in Längsrichtung
entlang der Mittelebene des Wickelkörpers geteilten Hälften bestehen,
zwischen deren nach dem Zusammenfügen den Hohlraum bildende Teile
die Schnappscheibe mit der Rückstellfeder
und dem Schlaganker eingesetzt wird, bevor die beiden Hälften zu
dem Wickelkörper 56a zusammengesetzt
werden.
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Der
Wickelkörper 56a ist
ortsfest mit der Gehäuseinnenwand
des Schaltgerätes
verbunden, so dass die Lagerung der Schnappscheibe hier nicht im
Gehäuse,
sondern im Innern des Wickelkörpers 56a erfolgt. Dadurch
ist eine sehr kompakte Auslösebaugruppe
mit wenigen Einzelteilen geschaffen.
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Eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen thermischen
und elektromagnetischen Auslösers 20b zur
Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schaltgerät ist in 4 gezeigt.
Gleiche oder gleichwirkende Bauelemente oder Bauteile sind dabei
mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 oder 3 bezeichnet,
jeweils ergänzt
um den Buchstaben b. Die Ausführungsform
nach 4 unterscheidet sich von derjenigen nach 3 insofern,
als bei ersterer sich der in dem Wickelkörper 56b gebildete
Hohlraum 55b und somit die Schnappscheibe 24b im
Innern der Auslösespule 22b befindet.
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Die
in den 1 bis 4 dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele
sind eine exemplarische, nicht abschließende Darstellung möglicher
erfindungsgemäßer Schaltgeräte unter
Verwendung eines thermischen und elektromagnetischen Auslösers mit
einem Schnappkörper
aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung. Es können auch
aus allen anderen im Stand der Technik bekannten Schaltgerätevarianten
mit thermischen und elektromagnetischen Auslösern durch die erfindungsgemäße Verwendung
einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung
zur Bildung eines Schnappkörpers
erfindungsgemäße Schaltgeräte hergestellt
werden. Insbesondere kann ein erfindungsgemäßer Auslöser unter Verwendung eines
Schnappkörpers
aus ferromagnetischem Formgedächtnismetall
bei geeigneter Auslegung der elastischen Eigenschaften und der Kopplungsart
mit dem Schlaganker auch ohne die Rückstellfeder 46, 46a, 46b aufgebaut
und betrieben werden.
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