用于保护电工部件免受过高工作电流的过充电安全装置制造方法
用于保护电工部件免受过高工作电流的过充电安全装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于保护电气部件和/或电子部件免受高于阀值工作电流的工作电流（Ib）的过载安全装置（1）。为了确保所述过载安全装置（1）以大致独立于外部因素的安全快速的方式防止高于所述阀值工作电流的工作电流（Ib）；根据本发明规定所述过载安全装置（1）的开关装置（6）能够由高于所述阀值工作电流的工作电流（Ib）致动并且构造成得以能够从工作状态（B）运动到保护状态（S）中，并且规定所述过载安全装置（1）构造有固持装置（11），所述固持装置（11）具有确保工作状态（B）的至少一个固持磁铁（12、13）。
【专利说明】用于保护电工部件免受过高工作电流的过充电安全装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于保护电工部件免受高于阀值工作电流的工作电流的过载安全装置，其具有开关装置，开关装置布置在工作状态中并且至少部分在过载安全装置的工作电流路径中，并且借助于开关装置，工作电流路径在过载安全装置的保护状态中被中断。
【背景技术】
[0002]过载安全装置是广泛已知的。通常使用熔断器，当达到预定的工作电流水平时，例如，当达到阀值工作电流时，其熔化且由此中断工作电流路径。
[0003]然而，熔断器反应缓慢，其结果是它们可能不中断工作电流路径直到工作电流已高于阀值工作电流。特别是快速增加的工作电流可能由此太晚被熔断器检测到使得与该熔断器串联连接的部件可能已被损坏。这种快速变化的工作电流可能出现在，例如，在具有混合驱动的机动车辆中或者电操控的机动车辆的工作电流路径中。
[0004]除工作电流变化率外，其它因素诸如环境温度或熔断器的熔化特性，也可能促成工作电流会高于阀值工作电流。特别地，当机动车辆运行时，环境温度可能差异很大并且可能很容易地介于_40°C和85°C之间。因此，可能出现高达100°C或以上的温差。在低的环境温度下，熔断器可能被大量地冷却并且因此仅在不允许的高工作电流下熔化。在高的环境温度下，熔断器甚至可能在达到阀值工作电流之前熔化，使得熔断器甚至在可允许的工作电流下中断工作电流路径。熔断器形式的过载安全装置因此必须构造成使得在最高环境温度下，可允许的电流仍可被永久地传导。结果，在低温下，待保护部件的负载在迟缓的短路回路的情况下高得不可接受。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的是提供一种用于保护电气部件和/或电子部件的过载安全装置和方法，其比已知的过载安全装置更适合并且其是大致温度独立的。
[0006]对于介绍中所提及的过载安全装置实现了此目的，其中开关装置可由高于阀值工作电流的工作电流致动并且构造成能够从工作状态运动到保护状态中，并且过载安全装置构造有固持装置，其具有确保工作状态的至少一个固持磁铁。
[0007]由于直接使用工作电流来确定保护状态或工作状态，所以产生它们的或使用它们的控制信号和装置是不需要的。使用至少一个固持磁铁来稳固工作状态在结构上特别简单，因为不需要易受故障的其他机构。工作电流路径的中断或分离以可靠的方式执行并且不依赖于环境温度或所用过载安全装置的熔化特性。
[0008]根据本发明的解决方案可借助于本身有利的各种构造以及可彼此自由组合的各种构造而得以进一步改善。所述构造及与其相关联的优点说明如下。
[0009]在第一有利实施例中，所述开关装置可能够在当工作电流高于阀值工作电流时，由流经工作电流路径的工作电流引起的工作电流磁场致动。工作电流引起的工作电流磁场的水平与工作电流直接关联，而无关于外部因素诸如对过载安全装置的功能有影响的环境温度。
[0010]开关装置可由此能够由过高工作电流引起的工作电流磁场至少部分地致动。为此，使开关装置在工作状态运动到保护状态的机械开关力能够由工作电流磁场产生。工作电流与磁场之间的直接关联由此引起产生工作电流磁场与作用于中断器元件上的开关力之间的直接且简单的关联。因此，过载安全装置可以特别简单的方式确定尺寸，而无关于外部因素诸如具有显著影响的环境温度。
[0011]为使开关装置能够确保安全的工作状态以及安全的保护状态，它可以双稳态方式构造。因此，固持装置可在所述至少一个固持磁铁外，进一步具有稳固元件，借助于稳固元件的稳固力，开关装置被固持处于保护状态。
[0012]为了进一步简化过载安全装置的机械结构，稳固元件可构造为弹性元件，其在工作状态中比在保护状态中被更强烈地预紧。被产生为弹性力的弹性元件的稳固力与工作电流磁场的力一起能够促成开关力或打开(opening)力。弹簧及位于其下方的触头空间被确定尺寸，使得归因于松弛的弹簧能够实现的触头间距，可关断在高达400V电压下的千安培范围内的电流。
[0013]为了能够以简单的方式将过载安全装置集成在工作电流路径中，过载安全装置可包括引起工作电流磁场的工作电流路径的一部分。例如，过载安全装置可具有电导体，电导体的端部可形成过载安全装置的连接元件。经由所述连接元件，过载安全装置可集成在工作电流路径中使得它串联连接到待保护的部件。
[0014]延伸经过过载安全装置的工作电流路径的部分可包括至少部分缠绕部，其可由所述导体形成。缠绕部可构造成使得在工作电流流经导体时，其产生至少部分引起开关力的工作电流磁场。缠绕部产生的工作电流磁场可特别地作用在开关装置上并且当工作电流高于阀值工作电流时将开关装置从工作位置沿朝向保护位置的方向牵拉。在工作位置，开关装置可布置处于工作状态。在保护状态，所述开关装置可布置处于保护位置。保护位置可位于工作位置沿打开(opening)方向的下游。
[0015]缠绕部可构造为，例如回环或线圈，其在回环或线圈/绕组平面中延伸。然而，在过载安全装置的尺寸合适并且当所述阀值工作电流足够高的情况下，导体的缠绕部形成仅一个绕组或仅绕组的部分就足够。例如，所述缠绕部形成一半的或四分之三的绕组，例如为U形的并且布置成在绕组平面中延伸就足够。
[0016]开关装置可形成具有机械中断器元件，其在工作状态中可以以桥接的方式闭合例如工作电流路径中的或过载安全装置的电导体中的间隙，使得工作电流能够流经中断器元件和过载安全装置。在此工作状态中，其中中断器元件布置处于它的工作位置，中断器元件可借助于所述至少一个固持磁铁产生的并独立于操作的固持力而固持处于它的工作位置。因此，操作独立的固持力确保过载安全装置的工作状态不迅即变化。固持力可替代地为弹性力，并且所述至少一个固持磁铁可以是电磁铁或永久磁铁。
[0017]如果工作电流达到阀值工作电流，则工作电流磁场达到一定强度，至少部分地并且可选地与弹性固定力一起，足够使所述过载安全装置运动出工作状态。在离开工作状态之后，过载安全装置可处于工作状态与保护状态之间的非稳定动态状态。在这种动态状态中，中断器元件可能已离开工作状态并且可改变到保护状态中。在保护状态中，中断器元件可布置处于它的保护位置，保护位置能够沿打开方向远离于工作位置。保护状态也可以是由独立于操作的固持力固持的稳定状态。用于确保保护状态的固持力也可以是磁力或弹性力。具体地，用于使保护状态稳定化的固持力可以是稳固元件的弹性力。
[0018]为了中断工作电流路径，至少磁固持力必须被克服。在工作状态中，弹性固定力可小于磁固持力，使得中断器元件被固持处于它的工作位置。如果工作电流达到阀值工作电流，因为工作电流引起的工作电流磁场可选地与用于稳固保护状态的以同样方式定向的稳固力组合引起比所述磁固持力更大的力，从而中断器元件可沿打开方向运动。开关或打开力可因此至少部分地由弹性固定力特别是由此弹性力与工作电流磁场引起的磁力的组合而形成。
[0019]归因于中断器元件沿朝向其安全位置的方向的运动，工作电流路径可被中断并且工作电流可被切断。此外，固持力磁场的范围迅速减小，使得弹性固定力足够使过载安全装置的动态状态运动到保护状态。
[0020]为了引入所述固持或稳固力和/或至少部分地由工作电流磁场所引起的开关力，开关装置可具有耦合装置，借助于耦合装置可把沿打开方向延伸的打开运动强制引入中断器元件中。为此，耦合装置可特别地至少部分连接到在工作状态下布置在工作电流路径中的开关装置的机械中断器元件，以传递运动。所述强制的打开运动确保甚至当中断器元件的触头元件变成接合到过载安全装置的对立触头(counter-contact)元件时,也能可靠地中断工作电流路径。
[0021]耦合装置可构造有锚定元件，借助于锚定元件，中断器元件至少沿打开方向受力引导。锚定元件可接收打开力并且将它们导向到中断器元件。
[0022]确保工作状态的固持力可被直接引入锚定元件。例如，所述至少一个固持磁铁可吸引处于工作状态的锚定元件并由此将其位置稳固在工作位置中。为了确保工作位置的稳固和能使其转变到保护状态中，锚定元件可在工作状态中比在保护状态中布置为更接近于固持磁铁。特别是在工作状态下，固持磁铁可抵靠所述锚定元件，使得其固持力具有最大效应。在保护状态下，所述至少一个固持磁铁与锚定元件之间的间距可较大，并且在锚上的固持磁铁的效应显著较小，使得固持磁铁对保护状态仅有小的或甚至可忽略不计的影响。
[0023]耦合装置可具有致动元件，其将打开运动传递到锚定元件或将它引入其中。工作电流磁场可产生作用在致动元件上的打开力，打开力沿打开方向导向并且引起打开运动。工作电流磁场引起的打开力可作用在致动元件上使得连接到所述锚定元件以传递运动的中断器元件较小程度地受工作电流磁场的影响，并且因此可独立于与工作电流磁场的相互作用操作和构造。
[0024]致动元件可具有载体构件,锚定元件通过沿打开方向的力引导(force-guiding)经由载体构件而I禹合到致动元件以传递运动。载体构件可构造为致动元件的卡圈(collar)或凸起并且布置成锚定元件的沿打开方向的上游，它能至少部分地叠盖锚定元件。因此，沿所述打开方向，锚定元件可至少部分遮盖致动元件。
[0025]为了能够沿朝向保护位置的方向以可能的最一致(uniform)的方式牵拉锚定元件，致动元件可具有至少两个载体构件，其各叠盖锚定元件的导向远离彼此的至少两个端部之一。载体构件可以是致动元件的载体唇(carrier lip)或朝向彼此导向的凸起。
[0026]致动元件可例如以U形或爪状方式构造，致动元件的开口端能够被导向成远离导体的缠绕部。U形或爪状致动元件的封闭端可构造为磁场吸收板，其布置成接近于缠绕部并且其被工作电流磁场沿打开方向有效地拉弓I。
[0027]U形或爪状致动元件的开口端可被载体构件横向地相对于打开方向包围或分界(delimit)，载体构件分界的开口能够横向地相对于打开方向小于锚定元件。锚定元件由此得以防止致动元件沿相反于打开方向的滑脱。
[0028]致动元件可首先将所述打开力导向到锚定元件。锚定元件可由此由所述致动元件通过力引导而沿打开方向被移动。然而，为了实现稳定的保护状态，沿打开方向相对于致动元件可动地固持锚定元件是有利的。一旦固持力得以克服，弹性固定力由此能够使锚定元件沿打开方向运动。锚定元件可由此在锚定元件已被致动元件至少部分运动进入动态状态中以后，沿打开方向离开产生磁固持力的所述至少一个固持磁铁而运动进入它的保护位置。
[0029]因为锚定元件可沿打开方向相对于致动元件运动，所以锚定元件的保护位置与工作位置之间的间距可大于致动元件的保护位置与工作位置之间的间距。甚至工作元件的小的运动可由此引起锚定元件的以及因此中断器元件的较大运动。致动元件可因此布置成沿打开方向接近于缠绕部或接近于传导工作电流磁场的磁场导体，使得工作电流磁场可有效地与致动元件相互作用。锚定元件，归因于它的相对大的运动余隙(clearance)空间，可沿打开方向运动足够远离它的工作位置以使工作电流路径被可靠地中断，并且锚定元件能够运动足够远离固持磁铁。
[0030]固持中断器元件处于工作状态和处于保护状态的固持力和稳固力两者可作用在锚定元件上。归因于此简单的构造，确保了固持或稳固力作用在过载安全装置的仅单个元件上，即，作用在锚定元件上，并且可因此以简单的方式确定尺寸。
[0031]所述至少一个固持磁铁以及弹性元件可被支撑在所述固持装置上，固持装置能够以固定的方式设置在过载安全装置中。此外，固持装置可具有引导构件，借助于引导构件打开力可从锚定元件被引导到中断器元件。引导构件可包括，例如，引导套筒，其引导固持轴或固持杆。固持轴的一个端部可固定到锚定元件。固持轴的另一端部可将沿打开方向导向的打开力导向到中断器元件中。例如，固持轴或杆的导向远离锚定元件的端部可布置成在中断器元件的触头元件载体沿打开方向的上游并且叠盖它。如果锚定元件沿打开方向运动经过工作电流磁场，固持轴或杆的导向远离锚定元件的端部可抵靠触头元件载体的相反于打开方向导向的一侧并且在该位置直接引入打开力。
[0032]因为过载安全装置或中断器元件的触头元件或对立触头元件可能不同于预定的理想几何形状，中断器元件相反于打开方向的直接力引导可能导致触头元件未以最优的方式接触对立触头元件。因而，所述固持轴或杆相反于打开方向的连接部可以弹性方式构造。例如，固持轴或杆可借助于超行程(overtravel)弹簧而连接到中断器元件特别是连接到触头元件载体。归因于超行程弹簧，触头被压靠于对立触头，即使触头的几何形状例如因磨蚀而可能已改变。如果触头未抵靠所述对立触头，例如，在保护状态下，固持轴或杆的导向远离锚定元件的端部可用作中断器元件的止挡部，阻止超行程弹簧压靠触头元件载体。触头元件载体可由此至少在保护状态中被预定位使得当导体的间隙闭合时所述触头正确地相对于对立触头布置。
[0033]为了能够以可能的最高效的方式将工作电流磁场导向到耦合装置特别是导向到致动元件中，开关装置可构造有磁场导体，其传导至少部分相反于打开方向的工作电流引起的磁场。
[0034]磁场导体可具有芯元件，围绕该芯元件的工作电流路径的缠绕部或电导体围绕所述芯元件至少部分被缠绕。芯元件可比例如空气更有效地传导相反于打开方向的磁场。例如，芯元件可以是T形的，并且可大致沿可能平行于打开方向延伸的缠绕部的中心轴线布置。芯元件的延伸远离于芯元件的沿打开方向延伸的一部分可形成横向地相对于打开方向的磁场释放板。致动元件的磁场吸收板和磁场释放板可布置成沿打开方向在工作状态下彼此远离隔开，使得当达到阀值工作电流时，作用在致动元件上的工作电流磁场力与弹性固定力的组合比在工作状态下作用在锚定元件上的磁固持力大，即，通过调节致动元件19和磁场释放板28的间距能够预置阀值电流。
[0035]此外，板之间的间距可以大使得致动元件，最晚当达到芯元件时，已移除锚定元件使其远离固持磁铁，使得作用在锚定元件上的其磁固持力小于弹性元件单独的弹性力。
[0036]为了进一步改善工作电流磁场引入致动元件中的效率，磁场导体可具有平行于芯并且横向地相对于打开方向延伸的至少一个磁场短路回路元件。所述至少一个磁场短路元件可接收致动元件的磁场并且将它导向回到芯元件，由此仅由芯元件与致动元件之间的间距大致关闭并且中断工作状态下的磁路。磁场短路回路元件可特别地相反于打开方向延伸很远使得它布置成沿打开方向至少部分在致动元件旁边。不仅由此将磁场有效地导向回到芯元件，而且其也可进一步保护致动元件免于围绕打开方向的不期望的旋转，由此中断器元件的位置也可受保护而免于不期望的旋转。磁场短路回路元件也可抵靠致动元件。
[0037]磁场导体可构造成对称的并且具有两个磁场短路回路元件。缠绕部中的工作电流引起的磁场可由此被更有效地传导，并且此外致动元件的运动可被更精确地沿打开方向引导。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]以下以示例的方式参考实施例和【专利附图】
【附图说明】本发明。实施例的各种特征可彼此独立地组合，如已在单个的有利构造中所说明的。在附图中:
[0039]图1是根据本发明在工作状态下的过载安全装置的实施例的示意图；
[0040]图2是图1的在保护状态下的实施例的过载安全装置的示意图。
【具体实施方式】
[0041]根据本发明的过载安全装置的结构和功能首先参考图1的实施例进行描述。
[0042]图1是过载安全装置I的示意立体主视图。过载安全装置I包括两个连接元件2、3，借助于两个连接元件过载安全装置I可集成在例如机动车辆的工作电流电路的工作电流路径中。过载安全装置I的电导体4可将连接元件2、3彼此连接。电导体4可集成在工作电流路径中并且过载安全装置I可串联连接到工作电流路径的电气和/或电子部件。因此当过载安全装置I被包括在其中时，电导体4可为布置在过载安全装置I中的工作电流路径5的一部分。
[0043]过载安全装置I可具有开关装置6，其在过载安全装置I的工作状态B下通过电学方式恒定地闭合工作电流路径5。
[0044]根据图示实施例，开关装置6可具有可构造为触头桥的机械中断器元件7。机械中断器元件7可桥接在工作状态B下工作电流路径5的部分中的间隙L。触头元件8、9可布置在开关装置6的触头元件载体10的端部，而触头元件载体10将触头元件8、9彼此电连接。过载安全装置I可具有触头元件8、9的对立触头元件8’、9’，触头元件8、9能够在工作状态B下电连接到对立触头元件8’、9’。为了闭合间隙L，机械中断器元件7可布置在它的工作位置Pb，使得触头元件8、9可连接到对立触头元件8’、9’并且可成对地彼此抵靠。
[0045]为了固持中断器元件7处于工作位置Pb，过载安全装置I可设置有固持元件11。固持装置11可产生操作上独立的固持力，以固持中断器元件7在工作状态B中处于它的工作位置Pb。这些操作上独立的固持力可以是磁力或弹性力。根据图1的图示实施例，固持装置11可包括:至少一个、具体是两个固持磁铁12、13，其确保中断器元件7的工作位置Pb。固持装置11和电导体4可以以固定的方式布置在过载安全装置I中。
[0046]固持磁铁12、13可与锚定元件14相互作用，并且特别是以磁的方式固持锚定元件
14。锚定元件14可连接到中断器元件7以传递运动，使得固持磁铁12、13产生的对锚定元件14的磁固持能够确保中断器元件7被固定在工作位置Pb。在过载安全装置I的图示视图中，固持磁铁12、13被锚定元件14遮盖。
[0047]当从间隙L看时，在锚定元件14后布置有电导体4的缠绕部15。所述部分15的绕组平面P可布置成平行于锚定元件14或间隙L。如果工作电流Ib从连接元件2流到连接元件3，或反之，缠绕部15可产生磁场，借助于磁场将力引入中断器元件7中。这些工作电流磁场力或打开力可试图使中断器元件7从它的工作位置Pb沿打开方向R运动。如果磁场产生的力至少部分超过固持磁铁12、13的固持力，可使锚定元件14朝向缠绕部15沿打开方向R运动离开固持磁铁12、13和间隙L。锚定元件14可因而连接到中断器元件7使得锚定元件14的这种打开运动被强制传递到中断器元件7，并且中断器元件7跟随此打开运动。
[0048]然而，一旦工作电流路径5的延伸经过过载安全装置I的部分被中断，缠绕部15引起的工作电流磁场就能被切断。如果锚定元件14然后仍接近于固持磁铁12、13使得其磁力缩回锚定元件14，则工作电流路径5的部分能被再次立即闭合。这可能导致不期望的工作模式，其中过载安全装置I快速连续地打开和关闭工作电流路径。
[0049]为了防止这种工作模式，固持装置11可具有稳固元件E，例如打开力存储装置，在一旦中断器元件7沿打开方向R运动脱离它的工作位置Pb时，其稳固力至少部分被释放。例如，稳固元件E可具有弹性元件16，其在工作状态B下沿打开方向R压靠锚定元件14，但其弹性力在工作状态B下独自不足以将锚定元件14从固持磁铁12、13释放。
[0050]—旦缠绕部15的工作电流磁场将锚定兀件14从固持磁铁12、13释放,锚定兀件14上的固持磁铁12，13的磁固持力就快速减小，并且弹性元件16的弹性力可在过载安全装置I的这种动态状态下比固持磁铁12、13的固持力大。因此，一旦间隙L不再通过开关装置6桥接，弹性元件16就可使锚定元件14以及中断器元件7沿打开方向R朝向电导体4的缠绕部15运动。中断器元件7也跟随由弹性元件16引起的锚定元件14的这种打开运动。此打开运动防止所述不期望的工作模式。
[0051]锚定元件14可以是过载安全装置I的耦合装置18的一部分。耦合装置18可除锚定元件14外还具有致动元件19。致动元件19可以是大致U形,致动元件19的开口侧能够远离缠绕部15取向并且相反于打开方向R而朝向间隙L。致动元件19可具有至少一个载体构件M，载体构件M可构造成使得它在锚定元件14面向间隙L的一侧至少部分叠盖锚定元件14。为此,致动元件19可例如以爪状或夹钳状方式构造,大致U形的致动元件19的构件20、21的自由端22、23能够被朝向彼此作为载体构件M。特别是朝向彼此的那些端部22,23可叠盖锚定元件14的对立的部分或端部W并且至少在工作状态B下与锚定元件14的朝向间隙L并相反于打开方向R的一侧24相抵接。载体构件M或端部22、23可构造为连续的卡圈或相互对立的载体唇，其在致动元件19内部凸出并且界定致动元件19的开口O，使得横向相对于打开方向R的开口 O小于锚定元件14。在开口 O沿打开方向R的下游，致动元件19可变得更宽，可选地甚至突然变得更宽，由此可形成构成载体构件M的底切。
[0052]大致U形的致动元件19的下侧封闭部可构造为磁场吸收板25。磁场吸收板25可延伸以横向相对于打开方向R定向并且布置在锚定兀件14与缠绕部15之间。由于磁场吸收板25布置成比锚定元件14更接近于缠绕部15，所以缠绕部15的工作电流磁场可在磁场吸收板25上引起比在锚定元件14上更大的力。芯元件26与磁场吸收板25之间的间距A可沿打开方向R具有一定尺寸使得缠绕部15的工作电流Ib所产生的工作电流磁场足够强以使锚定元件14与固持磁铁12、13分离很远，使得在动态状态下弹性元件16的弹性力足以使锚定元件14沿打开方向R进一步运动远离固持磁铁12、13。
[0053]在没有致动元件19的情况下，缠绕部15与锚定元件14之间的间距可减小，以直接在锚定元件14上增大工作电流磁场的力。然而，如果锚定元件14与缠绕部15之间的间距太小，则弹性元件16引起的打开运动可能太小而不能使锚定元件14运动足够远离固持磁铁12、13。
[0054]在磁场吸收板25与相互面对的端部22、23或致动元件19的载体构件M之间的沿打开方向R的余隙H可具有一定尺寸使得锚定板14布置成至少当它被弹性元件16压靠磁场吸收板25时足够远离于固持磁铁12、13。
[0055]为使工作电流磁场能被有效地引入致动元件19中，开关装置6可包括磁场导体26。磁场导体26可固定地布置在过载安全装置I中并且构造成使得它接收由缠绕部15和工作电流Ib产生的工作电流磁场并且将它朝向致动元件19传导。磁场导体26可构造有芯元件27，而缠绕部15能够围绕芯元件27至少部分延伸。缠绕部15可构造为例如3/4绕组，在所述绕组中央可布置沿打开方向R延伸的所述芯元件27。芯元件27可以是大致T形的，芯元件27的面向致动元件19的端部能够大致构造为磁场释放板28，其将工作电流磁场有效地沿朝向致动元件19的方向导向。
[0056]芯元件27可相反于打开方向R凸出超出电导体4的缠绕部15，使得致动元件19在沿打开方向R打开运动期间仅撞击芯元件27，并且因此防止致动元件25与电导体4特别是与其缠绕部15的接触。
[0057]磁场导体26可具有平行于芯兀件26且相反于打开方向R延伸的至少一个磁场短路回路元件29。磁场短路回路元件29可接收引入致动元件19中的工作电流磁场并且将它传导回到芯元件27，使得大致闭合的磁路得以产生，借助于磁路，开关装置6的效能增大。
[0058]磁场导体26可以对称的特别是W形状的方式构造，磁场导体26可具有两个磁场短路回路元件29、30，其可相反于打开方向R与芯元件27的侧面相接。
[0059]除增大开关装置6的效能外，磁场短路回路元件29、30可用作致动元件19的打开运动的引导部。致动元件19以及因此中断器元件7围绕打开方向R的旋转可由此得以有效地防止。
[0060]为了传递运动，锚定元件14可以大致刚性方式连接到中断器元件7。例如，锚定元件14和中断器元件7或其触头元件载体10可借助于固持杆或轴31而连接到彼此。锚定元件14可固定到固持杆31并因此将打开运动直接传递到固持杆31。固持杆31的远离锚定元件14取向的端部32可由此连接到中断器元件7，特别是连接到其触头元件载体10，使得固持杆31将沿打开方向R的打开运动强制传递到中断器元件7。例如，固持杆31可延伸经过在沿打开方向R延伸的触头元件载体10中的开口 33，端部32的直径可大于开口 33的直径。
[0061]为了固持中断器元件7处于工作位置Pb，固持杆31也可相反于打开方向R连接到中断器元件7以传递运动。然而，在固持杆31与中断器元件7之间完全刚性连接的情况下，如果触头元件8、9或对立触头元件8’、9’的几何形状不同于期望的几何形状，可能引起问题。例如，触头元件8、9和对立触头元件8’、9’两者可能在工作期间因磨蚀而变形，以致于在中断器元件7相对于固持杆31的刚性连接情况下，触头元件8、9和对立触头元件8’、9’不再正确接触。
[0062]为了防止这种问题，固持杆31可相反于打开方向R连接到中断器元件7，以弹性地传递运动。
[0063]例如，可有弹性元件34固定到固持杆31，弹性元件34可连接到触头元件载体10以传递弹性力。根据图1的实施例，固持杆31可借助于弹性元件34而连接到触头元件载体10，弹性元件34在此实例中构造为超行程弹簧。弹性元件34可以对称方式构造，可选地，片簧状的弹性元件34的端部35、36能够紧固到触头元件载体10的在打开方向R上面向触头元件8、9的部分。弹性元件34的中央部分37可固定到固持杆31。
[0064]为了能够引导与固持杆31以及因此中断器元件7的打开方向R平行的运动，固持装置11可包括引导构件38。引导构件38可形成有引导套筒39，引导套筒39能够沿打开方向R延伸、并且能够引导固持杆31的平行于打开方向R的运动。例如，固持轴或杆31可被引导经过引导套筒39，引导套筒39能够以固定的方式布置在过载安全装置I中。
[0065]图2是图1的实施例的示意立体主视图，过载安全装置I示出处于保护状态S。
[0066]在图2所示的过载安全装置I的保护状态S下，间隙L不再由中断器元件7桥接。替代地，中断器元件7示出处于布置在其保护位置Ps的状态下，保护位置Ps布置成在中断器元件7的工作位置Pb沿打开方向R的下游。
[0067]处于过载安全装置I的所示保护状态S的致动元件19，可处于例如利用其磁场吸收板25抵靠芯元件27，特别是其磁场释放板28。甚至当在保护状态S下无工作电流Ib流经电导体4且因此缠绕部15无法产生工作电流磁场时，致动元件19可仍然稳固地抵靠芯元件27。致动元件19可被锚定元件14沿打开方向R压靠于芯元件27，因为锚定元件14受弹性元件16沿打开方向R按压。中断器元件7也可借助于锚定元件14和固持杆31而被弹性元件16稳固地固持在保护位置Ps。
[0068]过载安全装置I特别是其开关装置6可因此以双稳态方式构造，一个稳定状态可以是工作状态B，另一个稳定状态是保护状态S。动态状态可以是非稳定的过渡状态。固持磁铁12、13可在正常工作期间稳固稳定的工作状态B。如果高于阀值工作电流的不允许的工作电流Ib致动开关装置6，过载安全装置I可离开稳定的工作状态B并且经由非稳定的动态状态而运动到稳定的保护状态S中，保护状态S可由弹性元件16以稳定的方式进行稳固。
【权利要求】
1.一种用于保护电工部件免受高于阀值工作电流的工作电流(Ib)的过载安全装置(I )，其具有开关装置(6)，所述开关装置(6)布置为在工作状态(B)中至少部分位于所述过载安全装置(I)的工作电流路径(5)中，并且借助于所述开关装置(6)所述工作电流路径(5)在所述过载安全装置(I)的保护状态(S)中被中断，其特征在于，所述开关装置(6)可由高于所述阀值工作电流的工作电流(Ib)致动并且构造成能够从工作状态(B)运动到保护状态(S)中，并且所述过载安全装置(I)构造有固持装置(11)，其具有确保工作状态(B)的至少一个固持磁铁(12、13)。
2.如权利要求1所述的过载安全装置(1)，其特征在于，所述过载安全装置(I)以双稳态方式构造。
3.如权利要求1或2所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述固持装置(11)具有稳固元件(E)，借助于所述稳固元件(E)所述开关装置(6)被固持处于保护状态(S)。
4.如权利要求3所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述稳固元件(E)构造为弹性元件(16)，其在工作状态(B)中比在保护状态(S)中被更强烈地预紧。
5.如权利要求1至4的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述开关装置(6 )具有耦合装置(18 )，其连接到在工作状态(B )中布置在所述工作电流路径(5 )中的所述开关装置(6)的机械中断器元件(7)以传递运动。
6.如权利要求5所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述耦合装置(18)构造有锚定元件(14)，借助于所述锚定元件(14)所述中断器元件(7)可通过力引导至少沿打开方向(R)运动。
7.如权利要求6所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述锚定元件(14)布置成在工作状态(B)中比在保护状态(S)中更接近于所述固持磁铁(12，13)。
8.如权利要求6或7所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述耦合装置(18)具有具有载体构件(M)的致动元件(19),所述锚定元件(14)通过力引导由所述载体构件(M)沿打开方向(R)耦合到所述致动元件(19)。
9.如权利要求8所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述载体构件(M)布置成在所述锚定元件(14)沿打开方向(R)的上游并且叠盖它。
10.如权利要求8或9所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述致动元件(19)具有两个载体构件(M)，其叠盖所述锚定元件(14)的远离彼此取向的端部(W)。
11.如权利要求8至10的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述锚定元件(14)相对于所述致动元件(19)沿打开方向(R)被可移动地固持。
12.如权利要求8至11的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述锚定元件(14)的保护位置(Ps)与工作位置(Pb)之间的间距大于所述致动元件(19)的保护位置(Ps)与工作位置(Pb)之间的间距。
13.如权利要求1至12的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述过载安全装置(I)包括所述工作电流路径(5 )的至少部分缠绕部(15 )。
14.如权利要求13所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述致动元件(19)定向成平行于所述工作电流路径(5)的所述缠绕部(15)所形成的回环平面(P)。
【文档编号】H01H77/08GK103620724SQ201280030864
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年4月24日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】M.克罗克, R.迪特里希 申请人:泰科电子Amp有限责任公司
【专利摘要】本发明涉及一种用于保护电气部件和/或电子部件免受高于阀值工作电流的工作电流（Ib）的过载安全装置（1）。为了确保所述过载安全装置（1）以大致独立于外部因素的安全快速的方式防止高于所述阀值工作电流的工作电流（Ib）；根据本发明规定所述过载安全装置（1）的开关装置（6）能够由高于所述阀值工作电流的工作电流（Ib）致动并且构造成得以能够从工作状态（B）运动到保护状态（S）中，并且规定所述过载安全装置（1）构造有固持装置（11），所述固持装置（11）具有确保工作状态（B）的至少一个固持磁铁（12、13）。
【专利说明】用于保护电工部件免受过高工作电流的过充电安全装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于保护电工部件免受高于阀值工作电流的工作电流的过载安全装置，其具有开关装置，开关装置布置在工作状态中并且至少部分在过载安全装置的工作电流路径中，并且借助于开关装置，工作电流路径在过载安全装置的保护状态中被中断。
【背景技术】
[0002]过载安全装置是广泛已知的。通常使用熔断器，当达到预定的工作电流水平时，例如，当达到阀值工作电流时，其熔化且由此中断工作电流路径。
[0003]然而，熔断器反应缓慢，其结果是它们可能不中断工作电流路径直到工作电流已高于阀值工作电流。特别是快速增加的工作电流可能由此太晚被熔断器检测到使得与该熔断器串联连接的部件可能已被损坏。这种快速变化的工作电流可能出现在，例如，在具有混合驱动的机动车辆中或者电操控的机动车辆的工作电流路径中。
[0004]除工作电流变化率外，其它因素诸如环境温度或熔断器的熔化特性，也可能促成工作电流会高于阀值工作电流。特别地，当机动车辆运行时，环境温度可能差异很大并且可能很容易地介于_40°C和85°C之间。因此，可能出现高达100°C或以上的温差。在低的环境温度下，熔断器可能被大量地冷却并且因此仅在不允许的高工作电流下熔化。在高的环境温度下，熔断器甚至可能在达到阀值工作电流之前熔化，使得熔断器甚至在可允许的工作电流下中断工作电流路径。熔断器形式的过载安全装置因此必须构造成使得在最高环境温度下，可允许的电流仍可被永久地传导。结果，在低温下，待保护部件的负载在迟缓的短路回路的情况下高得不可接受。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的是提供一种用于保护电气部件和/或电子部件的过载安全装置和方法，其比已知的过载安全装置更适合并且其是大致温度独立的。
[0006]对于介绍中所提及的过载安全装置实现了此目的，其中开关装置可由高于阀值工作电流的工作电流致动并且构造成能够从工作状态运动到保护状态中，并且过载安全装置构造有固持装置，其具有确保工作状态的至少一个固持磁铁。
[0007]由于直接使用工作电流来确定保护状态或工作状态，所以产生它们的或使用它们的控制信号和装置是不需要的。使用至少一个固持磁铁来稳固工作状态在结构上特别简单，因为不需要易受故障的其他机构。工作电流路径的中断或分离以可靠的方式执行并且不依赖于环境温度或所用过载安全装置的熔化特性。
[0008]根据本发明的解决方案可借助于本身有利的各种构造以及可彼此自由组合的各种构造而得以进一步改善。所述构造及与其相关联的优点说明如下。
[0009]在第一有利实施例中，所述开关装置可能够在当工作电流高于阀值工作电流时，由流经工作电流路径的工作电流引起的工作电流磁场致动。工作电流引起的工作电流磁场的水平与工作电流直接关联，而无关于外部因素诸如对过载安全装置的功能有影响的环境温度。
[0010]开关装置可由此能够由过高工作电流引起的工作电流磁场至少部分地致动。为此，使开关装置在工作状态运动到保护状态的机械开关力能够由工作电流磁场产生。工作电流与磁场之间的直接关联由此引起产生工作电流磁场与作用于中断器元件上的开关力之间的直接且简单的关联。因此，过载安全装置可以特别简单的方式确定尺寸，而无关于外部因素诸如具有显著影响的环境温度。
[0011]为使开关装置能够确保安全的工作状态以及安全的保护状态，它可以双稳态方式构造。因此，固持装置可在所述至少一个固持磁铁外，进一步具有稳固元件，借助于稳固元件的稳固力，开关装置被固持处于保护状态。
[0012]为了进一步简化过载安全装置的机械结构，稳固元件可构造为弹性元件，其在工作状态中比在保护状态中被更强烈地预紧。被产生为弹性力的弹性元件的稳固力与工作电流磁场的力一起能够促成开关力或打开(opening)力。弹簧及位于其下方的触头空间被确定尺寸，使得归因于松弛的弹簧能够实现的触头间距，可关断在高达400V电压下的千安培范围内的电流。
[0013]为了能够以简单的方式将过载安全装置集成在工作电流路径中，过载安全装置可包括引起工作电流磁场的工作电流路径的一部分。例如，过载安全装置可具有电导体，电导体的端部可形成过载安全装置的连接元件。经由所述连接元件，过载安全装置可集成在工作电流路径中使得它串联连接到待保护的部件。
[0014]延伸经过过载安全装置的工作电流路径的部分可包括至少部分缠绕部，其可由所述导体形成。缠绕部可构造成使得在工作电流流经导体时，其产生至少部分引起开关力的工作电流磁场。缠绕部产生的工作电流磁场可特别地作用在开关装置上并且当工作电流高于阀值工作电流时将开关装置从工作位置沿朝向保护位置的方向牵拉。在工作位置，开关装置可布置处于工作状态。在保护状态，所述开关装置可布置处于保护位置。保护位置可位于工作位置沿打开(opening)方向的下游。
[0015]缠绕部可构造为，例如回环或线圈，其在回环或线圈/绕组平面中延伸。然而，在过载安全装置的尺寸合适并且当所述阀值工作电流足够高的情况下，导体的缠绕部形成仅一个绕组或仅绕组的部分就足够。例如，所述缠绕部形成一半的或四分之三的绕组，例如为U形的并且布置成在绕组平面中延伸就足够。
[0016]开关装置可形成具有机械中断器元件，其在工作状态中可以以桥接的方式闭合例如工作电流路径中的或过载安全装置的电导体中的间隙，使得工作电流能够流经中断器元件和过载安全装置。在此工作状态中，其中中断器元件布置处于它的工作位置，中断器元件可借助于所述至少一个固持磁铁产生的并独立于操作的固持力而固持处于它的工作位置。因此，操作独立的固持力确保过载安全装置的工作状态不迅即变化。固持力可替代地为弹性力，并且所述至少一个固持磁铁可以是电磁铁或永久磁铁。
[0017]如果工作电流达到阀值工作电流，则工作电流磁场达到一定强度，至少部分地并且可选地与弹性固定力一起，足够使所述过载安全装置运动出工作状态。在离开工作状态之后，过载安全装置可处于工作状态与保护状态之间的非稳定动态状态。在这种动态状态中，中断器元件可能已离开工作状态并且可改变到保护状态中。在保护状态中，中断器元件可布置处于它的保护位置，保护位置能够沿打开方向远离于工作位置。保护状态也可以是由独立于操作的固持力固持的稳定状态。用于确保保护状态的固持力也可以是磁力或弹性力。具体地，用于使保护状态稳定化的固持力可以是稳固元件的弹性力。
[0018]为了中断工作电流路径，至少磁固持力必须被克服。在工作状态中，弹性固定力可小于磁固持力，使得中断器元件被固持处于它的工作位置。如果工作电流达到阀值工作电流，因为工作电流引起的工作电流磁场可选地与用于稳固保护状态的以同样方式定向的稳固力组合引起比所述磁固持力更大的力，从而中断器元件可沿打开方向运动。开关或打开力可因此至少部分地由弹性固定力特别是由此弹性力与工作电流磁场引起的磁力的组合而形成。
[0019]归因于中断器元件沿朝向其安全位置的方向的运动，工作电流路径可被中断并且工作电流可被切断。此外，固持力磁场的范围迅速减小，使得弹性固定力足够使过载安全装置的动态状态运动到保护状态。
[0020]为了引入所述固持或稳固力和/或至少部分地由工作电流磁场所引起的开关力，开关装置可具有耦合装置，借助于耦合装置可把沿打开方向延伸的打开运动强制引入中断器元件中。为此，耦合装置可特别地至少部分连接到在工作状态下布置在工作电流路径中的开关装置的机械中断器元件，以传递运动。所述强制的打开运动确保甚至当中断器元件的触头元件变成接合到过载安全装置的对立触头(counter-contact)元件时,也能可靠地中断工作电流路径。
[0021]耦合装置可构造有锚定元件，借助于锚定元件，中断器元件至少沿打开方向受力引导。锚定元件可接收打开力并且将它们导向到中断器元件。
[0022]确保工作状态的固持力可被直接引入锚定元件。例如，所述至少一个固持磁铁可吸引处于工作状态的锚定元件并由此将其位置稳固在工作位置中。为了确保工作位置的稳固和能使其转变到保护状态中，锚定元件可在工作状态中比在保护状态中布置为更接近于固持磁铁。特别是在工作状态下，固持磁铁可抵靠所述锚定元件，使得其固持力具有最大效应。在保护状态下，所述至少一个固持磁铁与锚定元件之间的间距可较大，并且在锚上的固持磁铁的效应显著较小，使得固持磁铁对保护状态仅有小的或甚至可忽略不计的影响。
[0023]耦合装置可具有致动元件，其将打开运动传递到锚定元件或将它引入其中。工作电流磁场可产生作用在致动元件上的打开力，打开力沿打开方向导向并且引起打开运动。工作电流磁场引起的打开力可作用在致动元件上使得连接到所述锚定元件以传递运动的中断器元件较小程度地受工作电流磁场的影响，并且因此可独立于与工作电流磁场的相互作用操作和构造。
[0024]致动元件可具有载体构件,锚定元件通过沿打开方向的力引导(force-guiding)经由载体构件而I禹合到致动元件以传递运动。载体构件可构造为致动元件的卡圈(collar)或凸起并且布置成锚定元件的沿打开方向的上游，它能至少部分地叠盖锚定元件。因此，沿所述打开方向，锚定元件可至少部分遮盖致动元件。
[0025]为了能够沿朝向保护位置的方向以可能的最一致(uniform)的方式牵拉锚定元件，致动元件可具有至少两个载体构件，其各叠盖锚定元件的导向远离彼此的至少两个端部之一。载体构件可以是致动元件的载体唇(carrier lip)或朝向彼此导向的凸起。
[0026]致动元件可例如以U形或爪状方式构造，致动元件的开口端能够被导向成远离导体的缠绕部。U形或爪状致动元件的封闭端可构造为磁场吸收板，其布置成接近于缠绕部并且其被工作电流磁场沿打开方向有效地拉弓I。
[0027]U形或爪状致动元件的开口端可被载体构件横向地相对于打开方向包围或分界(delimit)，载体构件分界的开口能够横向地相对于打开方向小于锚定元件。锚定元件由此得以防止致动元件沿相反于打开方向的滑脱。
[0028]致动元件可首先将所述打开力导向到锚定元件。锚定元件可由此由所述致动元件通过力引导而沿打开方向被移动。然而，为了实现稳定的保护状态，沿打开方向相对于致动元件可动地固持锚定元件是有利的。一旦固持力得以克服，弹性固定力由此能够使锚定元件沿打开方向运动。锚定元件可由此在锚定元件已被致动元件至少部分运动进入动态状态中以后，沿打开方向离开产生磁固持力的所述至少一个固持磁铁而运动进入它的保护位置。
[0029]因为锚定元件可沿打开方向相对于致动元件运动，所以锚定元件的保护位置与工作位置之间的间距可大于致动元件的保护位置与工作位置之间的间距。甚至工作元件的小的运动可由此引起锚定元件的以及因此中断器元件的较大运动。致动元件可因此布置成沿打开方向接近于缠绕部或接近于传导工作电流磁场的磁场导体，使得工作电流磁场可有效地与致动元件相互作用。锚定元件，归因于它的相对大的运动余隙(clearance)空间，可沿打开方向运动足够远离它的工作位置以使工作电流路径被可靠地中断，并且锚定元件能够运动足够远离固持磁铁。
[0030]固持中断器元件处于工作状态和处于保护状态的固持力和稳固力两者可作用在锚定元件上。归因于此简单的构造，确保了固持或稳固力作用在过载安全装置的仅单个元件上，即，作用在锚定元件上，并且可因此以简单的方式确定尺寸。
[0031]所述至少一个固持磁铁以及弹性元件可被支撑在所述固持装置上，固持装置能够以固定的方式设置在过载安全装置中。此外，固持装置可具有引导构件，借助于引导构件打开力可从锚定元件被引导到中断器元件。引导构件可包括，例如，引导套筒，其引导固持轴或固持杆。固持轴的一个端部可固定到锚定元件。固持轴的另一端部可将沿打开方向导向的打开力导向到中断器元件中。例如，固持轴或杆的导向远离锚定元件的端部可布置成在中断器元件的触头元件载体沿打开方向的上游并且叠盖它。如果锚定元件沿打开方向运动经过工作电流磁场，固持轴或杆的导向远离锚定元件的端部可抵靠触头元件载体的相反于打开方向导向的一侧并且在该位置直接引入打开力。
[0032]因为过载安全装置或中断器元件的触头元件或对立触头元件可能不同于预定的理想几何形状，中断器元件相反于打开方向的直接力引导可能导致触头元件未以最优的方式接触对立触头元件。因而，所述固持轴或杆相反于打开方向的连接部可以弹性方式构造。例如，固持轴或杆可借助于超行程(overtravel)弹簧而连接到中断器元件特别是连接到触头元件载体。归因于超行程弹簧，触头被压靠于对立触头，即使触头的几何形状例如因磨蚀而可能已改变。如果触头未抵靠所述对立触头，例如，在保护状态下，固持轴或杆的导向远离锚定元件的端部可用作中断器元件的止挡部，阻止超行程弹簧压靠触头元件载体。触头元件载体可由此至少在保护状态中被预定位使得当导体的间隙闭合时所述触头正确地相对于对立触头布置。
[0033]为了能够以可能的最高效的方式将工作电流磁场导向到耦合装置特别是导向到致动元件中，开关装置可构造有磁场导体，其传导至少部分相反于打开方向的工作电流引起的磁场。
[0034]磁场导体可具有芯元件，围绕该芯元件的工作电流路径的缠绕部或电导体围绕所述芯元件至少部分被缠绕。芯元件可比例如空气更有效地传导相反于打开方向的磁场。例如，芯元件可以是T形的，并且可大致沿可能平行于打开方向延伸的缠绕部的中心轴线布置。芯元件的延伸远离于芯元件的沿打开方向延伸的一部分可形成横向地相对于打开方向的磁场释放板。致动元件的磁场吸收板和磁场释放板可布置成沿打开方向在工作状态下彼此远离隔开，使得当达到阀值工作电流时，作用在致动元件上的工作电流磁场力与弹性固定力的组合比在工作状态下作用在锚定元件上的磁固持力大，即，通过调节致动元件19和磁场释放板28的间距能够预置阀值电流。
[0035]此外，板之间的间距可以大使得致动元件，最晚当达到芯元件时，已移除锚定元件使其远离固持磁铁，使得作用在锚定元件上的其磁固持力小于弹性元件单独的弹性力。
[0036]为了进一步改善工作电流磁场引入致动元件中的效率，磁场导体可具有平行于芯并且横向地相对于打开方向延伸的至少一个磁场短路回路元件。所述至少一个磁场短路元件可接收致动元件的磁场并且将它导向回到芯元件，由此仅由芯元件与致动元件之间的间距大致关闭并且中断工作状态下的磁路。磁场短路回路元件可特别地相反于打开方向延伸很远使得它布置成沿打开方向至少部分在致动元件旁边。不仅由此将磁场有效地导向回到芯元件，而且其也可进一步保护致动元件免于围绕打开方向的不期望的旋转，由此中断器元件的位置也可受保护而免于不期望的旋转。磁场短路回路元件也可抵靠致动元件。
[0037]磁场导体可构造成对称的并且具有两个磁场短路回路元件。缠绕部中的工作电流引起的磁场可由此被更有效地传导，并且此外致动元件的运动可被更精确地沿打开方向引导。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]以下以示例的方式参考实施例和【专利附图】
【附图说明】本发明。实施例的各种特征可彼此独立地组合，如已在单个的有利构造中所说明的。在附图中:
[0039]图1是根据本发明在工作状态下的过载安全装置的实施例的示意图；
[0040]图2是图1的在保护状态下的实施例的过载安全装置的示意图。
【具体实施方式】
[0041]根据本发明的过载安全装置的结构和功能首先参考图1的实施例进行描述。
[0042]图1是过载安全装置I的示意立体主视图。过载安全装置I包括两个连接元件2、3，借助于两个连接元件过载安全装置I可集成在例如机动车辆的工作电流电路的工作电流路径中。过载安全装置I的电导体4可将连接元件2、3彼此连接。电导体4可集成在工作电流路径中并且过载安全装置I可串联连接到工作电流路径的电气和/或电子部件。因此当过载安全装置I被包括在其中时，电导体4可为布置在过载安全装置I中的工作电流路径5的一部分。
[0043]过载安全装置I可具有开关装置6，其在过载安全装置I的工作状态B下通过电学方式恒定地闭合工作电流路径5。
[0044]根据图示实施例，开关装置6可具有可构造为触头桥的机械中断器元件7。机械中断器元件7可桥接在工作状态B下工作电流路径5的部分中的间隙L。触头元件8、9可布置在开关装置6的触头元件载体10的端部，而触头元件载体10将触头元件8、9彼此电连接。过载安全装置I可具有触头元件8、9的对立触头元件8’、9’，触头元件8、9能够在工作状态B下电连接到对立触头元件8’、9’。为了闭合间隙L，机械中断器元件7可布置在它的工作位置Pb，使得触头元件8、9可连接到对立触头元件8’、9’并且可成对地彼此抵靠。
[0045]为了固持中断器元件7处于工作位置Pb，过载安全装置I可设置有固持元件11。固持装置11可产生操作上独立的固持力，以固持中断器元件7在工作状态B中处于它的工作位置Pb。这些操作上独立的固持力可以是磁力或弹性力。根据图1的图示实施例，固持装置11可包括:至少一个、具体是两个固持磁铁12、13，其确保中断器元件7的工作位置Pb。固持装置11和电导体4可以以固定的方式布置在过载安全装置I中。
[0046]固持磁铁12、13可与锚定元件14相互作用，并且特别是以磁的方式固持锚定元件
14。锚定元件14可连接到中断器元件7以传递运动，使得固持磁铁12、13产生的对锚定元件14的磁固持能够确保中断器元件7被固定在工作位置Pb。在过载安全装置I的图示视图中，固持磁铁12、13被锚定元件14遮盖。
[0047]当从间隙L看时，在锚定元件14后布置有电导体4的缠绕部15。所述部分15的绕组平面P可布置成平行于锚定元件14或间隙L。如果工作电流Ib从连接元件2流到连接元件3，或反之，缠绕部15可产生磁场，借助于磁场将力引入中断器元件7中。这些工作电流磁场力或打开力可试图使中断器元件7从它的工作位置Pb沿打开方向R运动。如果磁场产生的力至少部分超过固持磁铁12、13的固持力，可使锚定元件14朝向缠绕部15沿打开方向R运动离开固持磁铁12、13和间隙L。锚定元件14可因而连接到中断器元件7使得锚定元件14的这种打开运动被强制传递到中断器元件7，并且中断器元件7跟随此打开运动。
[0048]然而，一旦工作电流路径5的延伸经过过载安全装置I的部分被中断，缠绕部15引起的工作电流磁场就能被切断。如果锚定元件14然后仍接近于固持磁铁12、13使得其磁力缩回锚定元件14，则工作电流路径5的部分能被再次立即闭合。这可能导致不期望的工作模式，其中过载安全装置I快速连续地打开和关闭工作电流路径。
[0049]为了防止这种工作模式，固持装置11可具有稳固元件E，例如打开力存储装置，在一旦中断器元件7沿打开方向R运动脱离它的工作位置Pb时，其稳固力至少部分被释放。例如，稳固元件E可具有弹性元件16，其在工作状态B下沿打开方向R压靠锚定元件14，但其弹性力在工作状态B下独自不足以将锚定元件14从固持磁铁12、13释放。
[0050]—旦缠绕部15的工作电流磁场将锚定兀件14从固持磁铁12、13释放,锚定兀件14上的固持磁铁12，13的磁固持力就快速减小，并且弹性元件16的弹性力可在过载安全装置I的这种动态状态下比固持磁铁12、13的固持力大。因此，一旦间隙L不再通过开关装置6桥接，弹性元件16就可使锚定元件14以及中断器元件7沿打开方向R朝向电导体4的缠绕部15运动。中断器元件7也跟随由弹性元件16引起的锚定元件14的这种打开运动。此打开运动防止所述不期望的工作模式。
[0051]锚定元件14可以是过载安全装置I的耦合装置18的一部分。耦合装置18可除锚定元件14外还具有致动元件19。致动元件19可以是大致U形,致动元件19的开口侧能够远离缠绕部15取向并且相反于打开方向R而朝向间隙L。致动元件19可具有至少一个载体构件M，载体构件M可构造成使得它在锚定元件14面向间隙L的一侧至少部分叠盖锚定元件14。为此,致动元件19可例如以爪状或夹钳状方式构造,大致U形的致动元件19的构件20、21的自由端22、23能够被朝向彼此作为载体构件M。特别是朝向彼此的那些端部22,23可叠盖锚定元件14的对立的部分或端部W并且至少在工作状态B下与锚定元件14的朝向间隙L并相反于打开方向R的一侧24相抵接。载体构件M或端部22、23可构造为连续的卡圈或相互对立的载体唇，其在致动元件19内部凸出并且界定致动元件19的开口O，使得横向相对于打开方向R的开口 O小于锚定元件14。在开口 O沿打开方向R的下游，致动元件19可变得更宽，可选地甚至突然变得更宽，由此可形成构成载体构件M的底切。
[0052]大致U形的致动元件19的下侧封闭部可构造为磁场吸收板25。磁场吸收板25可延伸以横向相对于打开方向R定向并且布置在锚定兀件14与缠绕部15之间。由于磁场吸收板25布置成比锚定元件14更接近于缠绕部15，所以缠绕部15的工作电流磁场可在磁场吸收板25上引起比在锚定元件14上更大的力。芯元件26与磁场吸收板25之间的间距A可沿打开方向R具有一定尺寸使得缠绕部15的工作电流Ib所产生的工作电流磁场足够强以使锚定元件14与固持磁铁12、13分离很远，使得在动态状态下弹性元件16的弹性力足以使锚定元件14沿打开方向R进一步运动远离固持磁铁12、13。
[0053]在没有致动元件19的情况下，缠绕部15与锚定元件14之间的间距可减小，以直接在锚定元件14上增大工作电流磁场的力。然而，如果锚定元件14与缠绕部15之间的间距太小，则弹性元件16引起的打开运动可能太小而不能使锚定元件14运动足够远离固持磁铁12、13。
[0054]在磁场吸收板25与相互面对的端部22、23或致动元件19的载体构件M之间的沿打开方向R的余隙H可具有一定尺寸使得锚定板14布置成至少当它被弹性元件16压靠磁场吸收板25时足够远离于固持磁铁12、13。
[0055]为使工作电流磁场能被有效地引入致动元件19中，开关装置6可包括磁场导体26。磁场导体26可固定地布置在过载安全装置I中并且构造成使得它接收由缠绕部15和工作电流Ib产生的工作电流磁场并且将它朝向致动元件19传导。磁场导体26可构造有芯元件27，而缠绕部15能够围绕芯元件27至少部分延伸。缠绕部15可构造为例如3/4绕组，在所述绕组中央可布置沿打开方向R延伸的所述芯元件27。芯元件27可以是大致T形的，芯元件27的面向致动元件19的端部能够大致构造为磁场释放板28，其将工作电流磁场有效地沿朝向致动元件19的方向导向。
[0056]芯元件27可相反于打开方向R凸出超出电导体4的缠绕部15，使得致动元件19在沿打开方向R打开运动期间仅撞击芯元件27，并且因此防止致动元件25与电导体4特别是与其缠绕部15的接触。
[0057]磁场导体26可具有平行于芯兀件26且相反于打开方向R延伸的至少一个磁场短路回路元件29。磁场短路回路元件29可接收引入致动元件19中的工作电流磁场并且将它传导回到芯元件27，使得大致闭合的磁路得以产生，借助于磁路，开关装置6的效能增大。
[0058]磁场导体26可以对称的特别是W形状的方式构造，磁场导体26可具有两个磁场短路回路元件29、30，其可相反于打开方向R与芯元件27的侧面相接。
[0059]除增大开关装置6的效能外，磁场短路回路元件29、30可用作致动元件19的打开运动的引导部。致动元件19以及因此中断器元件7围绕打开方向R的旋转可由此得以有效地防止。
[0060]为了传递运动，锚定元件14可以大致刚性方式连接到中断器元件7。例如，锚定元件14和中断器元件7或其触头元件载体10可借助于固持杆或轴31而连接到彼此。锚定元件14可固定到固持杆31并因此将打开运动直接传递到固持杆31。固持杆31的远离锚定元件14取向的端部32可由此连接到中断器元件7，特别是连接到其触头元件载体10，使得固持杆31将沿打开方向R的打开运动强制传递到中断器元件7。例如，固持杆31可延伸经过在沿打开方向R延伸的触头元件载体10中的开口 33，端部32的直径可大于开口 33的直径。
[0061]为了固持中断器元件7处于工作位置Pb，固持杆31也可相反于打开方向R连接到中断器元件7以传递运动。然而，在固持杆31与中断器元件7之间完全刚性连接的情况下，如果触头元件8、9或对立触头元件8’、9’的几何形状不同于期望的几何形状，可能引起问题。例如，触头元件8、9和对立触头元件8’、9’两者可能在工作期间因磨蚀而变形，以致于在中断器元件7相对于固持杆31的刚性连接情况下，触头元件8、9和对立触头元件8’、9’不再正确接触。
[0062]为了防止这种问题，固持杆31可相反于打开方向R连接到中断器元件7，以弹性地传递运动。
[0063]例如，可有弹性元件34固定到固持杆31，弹性元件34可连接到触头元件载体10以传递弹性力。根据图1的实施例，固持杆31可借助于弹性元件34而连接到触头元件载体10，弹性元件34在此实例中构造为超行程弹簧。弹性元件34可以对称方式构造，可选地，片簧状的弹性元件34的端部35、36能够紧固到触头元件载体10的在打开方向R上面向触头元件8、9的部分。弹性元件34的中央部分37可固定到固持杆31。
[0064]为了能够引导与固持杆31以及因此中断器元件7的打开方向R平行的运动，固持装置11可包括引导构件38。引导构件38可形成有引导套筒39，引导套筒39能够沿打开方向R延伸、并且能够引导固持杆31的平行于打开方向R的运动。例如，固持轴或杆31可被引导经过引导套筒39，引导套筒39能够以固定的方式布置在过载安全装置I中。
[0065]图2是图1的实施例的示意立体主视图，过载安全装置I示出处于保护状态S。
[0066]在图2所示的过载安全装置I的保护状态S下，间隙L不再由中断器元件7桥接。替代地，中断器元件7示出处于布置在其保护位置Ps的状态下，保护位置Ps布置成在中断器元件7的工作位置Pb沿打开方向R的下游。
[0067]处于过载安全装置I的所示保护状态S的致动元件19，可处于例如利用其磁场吸收板25抵靠芯元件27，特别是其磁场释放板28。甚至当在保护状态S下无工作电流Ib流经电导体4且因此缠绕部15无法产生工作电流磁场时，致动元件19可仍然稳固地抵靠芯元件27。致动元件19可被锚定元件14沿打开方向R压靠于芯元件27，因为锚定元件14受弹性元件16沿打开方向R按压。中断器元件7也可借助于锚定元件14和固持杆31而被弹性元件16稳固地固持在保护位置Ps。
[0068]过载安全装置I特别是其开关装置6可因此以双稳态方式构造，一个稳定状态可以是工作状态B，另一个稳定状态是保护状态S。动态状态可以是非稳定的过渡状态。固持磁铁12、13可在正常工作期间稳固稳定的工作状态B。如果高于阀值工作电流的不允许的工作电流Ib致动开关装置6，过载安全装置I可离开稳定的工作状态B并且经由非稳定的动态状态而运动到稳定的保护状态S中，保护状态S可由弹性元件16以稳定的方式进行稳固。
【权利要求】
1.一种用于保护电工部件免受高于阀值工作电流的工作电流(Ib)的过载安全装置(I )，其具有开关装置(6)，所述开关装置(6)布置为在工作状态(B)中至少部分位于所述过载安全装置(I)的工作电流路径(5)中，并且借助于所述开关装置(6)所述工作电流路径(5)在所述过载安全装置(I)的保护状态(S)中被中断，其特征在于，所述开关装置(6)可由高于所述阀值工作电流的工作电流(Ib)致动并且构造成能够从工作状态(B)运动到保护状态(S)中，并且所述过载安全装置(I)构造有固持装置(11)，其具有确保工作状态(B)的至少一个固持磁铁(12、13)。
2.如权利要求1所述的过载安全装置(1)，其特征在于，所述过载安全装置(I)以双稳态方式构造。
3.如权利要求1或2所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述固持装置(11)具有稳固元件(E)，借助于所述稳固元件(E)所述开关装置(6)被固持处于保护状态(S)。
4.如权利要求3所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述稳固元件(E)构造为弹性元件(16)，其在工作状态(B)中比在保护状态(S)中被更强烈地预紧。
5.如权利要求1至4的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述开关装置(6 )具有耦合装置(18 )，其连接到在工作状态(B )中布置在所述工作电流路径(5 )中的所述开关装置(6)的机械中断器元件(7)以传递运动。
6.如权利要求5所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述耦合装置(18)构造有锚定元件(14)，借助于所述锚定元件(14)所述中断器元件(7)可通过力引导至少沿打开方向(R)运动。
7.如权利要求6所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述锚定元件(14)布置成在工作状态(B)中比在保护状态(S)中更接近于所述固持磁铁(12，13)。
8.如权利要求6或7所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述耦合装置(18)具有具有载体构件(M)的致动元件(19),所述锚定元件(14)通过力引导由所述载体构件(M)沿打开方向(R)耦合到所述致动元件(19)。
9.如权利要求8所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述载体构件(M)布置成在所述锚定元件(14)沿打开方向(R)的上游并且叠盖它。
10.如权利要求8或9所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述致动元件(19)具有两个载体构件(M)，其叠盖所述锚定元件(14)的远离彼此取向的端部(W)。
11.如权利要求8至10的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述锚定元件(14)相对于所述致动元件(19)沿打开方向(R)被可移动地固持。
12.如权利要求8至11的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述锚定元件(14)的保护位置(Ps)与工作位置(Pb)之间的间距大于所述致动元件(19)的保护位置(Ps)与工作位置(Pb)之间的间距。
13.如权利要求1至12的任一项所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述过载安全装置(I)包括所述工作电流路径(5 )的至少部分缠绕部(15 )。
14.如权利要求13所述的过载安全装置(I)，其特征在于，所述致动元件(19)定向成平行于所述工作电流路径(5)的所述缠绕部(15)所形成的回环平面(P)。
【文档编号】H01H77/08GK103620724SQ201280030864
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年4月24日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】M.克罗克, R.迪特里希 申请人:泰科电子Amp有限责任公司
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