DE10020695A1

DE10020695A1 - Magnetauslöser zum Öffnen eines Kontaktsystems

Info

Publication number: DE10020695A1
Application number: DE2000120695
Authority: DE
Inventors: Detlef Koch; Kurt Haendler; Klaus Dieter Nuerenberg; Hermann Balzer
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-10-31
Also published as: WO2001084579A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetauslöser zum Öffnen eines Kontaktsystems, das eine in Reihe mit dem Kontaktsystem (10) geschaltete Spulenwicklung (21) und einen von dieser umgebenen Magnetanker (22), der beim Auftreten eines hohen Überstromes durch das Kontaktsystem (10) magnetisch beaufschlagt wird, enthält. Um ein Verschweißen der Kontakte (11, 12) zu verhindern, wird im Ruhezustand der Magnetanker (22) an seinem kontaktfernen Ende (221) von einem permanentmagnetischen Haltesystem (23) gehalten, das ein von der permanentmagnetischen Kraft gespanntes federmechanisches Beschleunigungsmittel aufweist, wodurch beim Auftreten eines Kurzschlussstromes der Magnetanker (22) außer Einfluss von dem Haltesystem (23) gerät und den beweglichen Kontakt (11) bleibend öffnet. Alternativ ist der Magnetauslöser mit einem permanentmagnetischen Beschleunigungsmittel ausgestattet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetauslöser zum Öffnen eines Kontaktsystems nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Das Kontaktsystem kann einfach- oder doppeltunterbrechend sein, kann linear bewegt oder verschwenkt werden und ist Bestandteil eines elektrischen Schaltgerätes, insbesondere eines Motor schutzschalters, eines Leitungsschutzschalters, eines Leistungsschalters oder eines elektromagnetischen Schützes.

Aus der Druckschrift EP 0 323 404 B1 ist ein derartiger Auslöser bekannt. Die ser Auslöser besteht aus einem Magnetjoch, einem Magnetkern, einer mit dem Kontaktsystem in Reihe geschalteten Spulenwicklung, einem verschiebbaren Magnetanker und einem vom Magnetanker betätigbaren Schlagstift. Beim Auftreten eines Kurzschlussstromes durch das Kontaktsystem wird der Mag netanker entgegen der Kraft einer Ruhefeder schlagartig verschoben, wodurch der Schlagstift öffnend auf den beweglichen Kontakt des Kontaktsystems wirkt. Von Nachteil ist die vom Verlauf des Kurzschlussstromes abhängige Gefahr, dass der entgegen seiner Kontaktkraftfeder elektrodynamisch sich öffnende und vom Schlaganker elektromagnetisch unterstützte bewegliche Kontakt in seine Schließstellung zurückfallen und dadurch mit dem bzw. den unbewegli chen Kontakten verschweißen kann.

Aus der Druckschrift DE 34 33 126 A1 ist ein Auslöser mit permanentmagneti scher Haltekraft mit einem topfförmigen Eisenkreis bekannt, in dem der ver schiebbare Magnetanker mit einem Permanentmagneten versehen ist. Die Halteposition des Magnetankers wird mittels Handbetätigung erzielt, wobei die Halterung selbst durch permanentmagnetische Kraftwirkung erfolgt. Die Auslö sung erfolgt bei ausreichend hoher Bestromung der Spulenwicklung, wobei eine Feder eine hohe Beschleunigung des Magnetankers bewirkt. Ein Magnet betätiger nach EP 0 572 155 A1 unterscheidet sich davon dadurch, dass der Magnetanker an beiden Enden mit jeweils einem Permanentmagneten verse hen ist. Aus jeder der beiden stabilen Ruhelagen kann der Magnetanker durch Aufprägen eines Stromes in einer bestimmten Richtung durch die Spulenwick lung in die jeweils andere stabile Ruhelage verschoben werden, in der er nach Wegnahme des Stromes verbleibt. Die beiden vorstehend beschriebenen Auslöser sind jedoch nicht in Verbindung mit einem Kontaktsystem für Wech selstrom geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verschweißen der Kontakte si cher zu verhindern.

Ausgehend von einem Magnetauslöser der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unab hängigen Ansprüche gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Nach einer ersten Lösung enthält der erfindungsgemäße Auslöser ein perma nentmagnetisches Haltesystem und ein federmechanisches Beschleunigungs mittel. Unter Nennbedingungen verharrt der Magnetanker durch das perma nentmagnetische Haltesystem stabil in seiner Ruhestellung. Tritt ein hoher Überstrom, insbesondere ein Kurzschlussstrom durch das Kontaktsystem und der damit elektrisch verbundenen Spulenwicklung auf, dann wird der Magnet anker magnetisch und unter Überwindung der permanentmagnetischen Halte kraft weiter in die Spulenwicklung hineingezogen. Dabei wird die gespeicherte Federenergie des Beschleunigungsmittel freigesetzt. Die elektromagnetische Kraftwirkung der Spulenwicklung und die freigesetzte Federenergie treiben bei abnehmender permanentmagnetischer Kraft des Haltesystems den Magnetan ker beschleunigend gegen den beweglichen Kontakt des Kontaktsystems, der dadurch noch vor dem Überschreiten seiner elektrodynamischen Kontaktab hebegrenze gegen die Wirkung der Kontaktdruckmittel sicher geöffnet und durch die statische Wirkung der Federkraft des Beschleunigungsmittels offen gehalten wird. Die Rücksetzung des Auslösers in seine Ruhestellung erfolgt mittels Handbetätigung oder durch einen separaten Antrieb. Hierzu sei auf die DE 34 33 126 A1 verwiesen.

Vorteilhaft besteht das permanentmagnetische Haltesystem aus einem orts fest, zweckmäßig im Gehäuse des Schaltgerätes angeordneten Permanent magneten, der mit einem weichmagnetischen Kern zusammenwirkt, der sei nerseits mit dem Magnetanker mechanisch verbunden ist, wobei das Perma nentmagnetfeld keinen wirksamen Magnetfluss im Magnetanker hervorruft. Im Ruhezustand des Auslösers ist der Kern mit dem Permanentmagneten mag netisch eng verbunden, wobei ein Federkraftspeicher durch das Haltesystem gespannt gehalten wird. Es ist auch möglich, den weichmagnetischen Kern ortsfest und den Permanentmagneten magnetisch isoliert am Magnetanker anzuordnen.

Nach einer zweiten Lösung enthält der erfindungsgemäße Auslöser ein per manentmagnetisches Haltesystem und ein permanentmagnetisches Beschleu nigungsmittel. Unter Nennbedingungen verharrt der Magnetanker durch das permanentmagnetische Haltesystem stabil in seiner Ruhestellung. Tritt ein ho her Überstrom, insbesondere ein Kurzschlussstrom durch das Kontaktsystem und der damit elektrisch verbundenen Spulenwicklung auf, dann wird der Magnetanker magnetisch und unter Überwindung der permanentmagnetischen Haltekraft weiter in die Spulenwicklung hineingezogen. Der Magnetanker gerät dabei mit zunehmender Bewegung unter sinkenden Einfluss der Anzugskraft des permanentmagnetischen Haltesystems, dagegen unter steigenden Ein fluss der Anzugskraft des permanentmagnetischen Beschleunigungsmittels. Die elektromagnetische Kraft der Spulenwicklung und die zunehmende Kraft des Beschleunigungsmittels treiben bei abnehmender permanentmagnetischer Kraft des Haltesystems den Magnetanker beschleunigend gegen den bewegli chen Kontakt des Kontaktsystems, der dadurch noch vor dem Überschreiten seiner elektrodynamischen Kontaktabhebegrenze gegen die Wirkung der Kon taktdruckmittel sicher geöffnet und durch die permanentmagnetische Haltekraft des Beschleunigungsmittels offengehalten wird. Die Rücksetzung des Auslö sers in seine Ruhestellung erfolgt mittels Handbetätigung oder durch einen separaten Antrieb. Hierzu sei wiederum auf die DE 34 33 126 A1 verwiesen.

Vorteilhaft besteht das permanentmagnetische Haltesystem aus einem orts fest, zweckmäßig im Gehäuse des Schaltgerätes angeordneten Permanent magneten, der mit einem weichmagnetischen, ersten Kern zusammenwirkt, der mit dem Magnetanker mechanisch verbunden ist, wobei das Permanentmag netfeld keinen wirksamen Magnetfluss im Magnetanker hervorruft. Auf der ent gegengesetzten Seite des Permanentmagneten ist ein weichmagnetischer zweiter Kern angeordnet, der mechanisch in einem bestimmten Abstand vom ersten Kern mit dem Magnetanker verbunden ist. Im Ruhezustand des Auslö sers ist der erste Kern mit dem Permanentmagneten magnetisch eng verbun den, der zweite Kern dagegen praktisch magnetisch getrennt. In der Offenhal testellung haben sich diese Verhältnisse umgekehrt. Es ist auch möglich, ei nen weichmagnetischen Kern ortsfest und zwei Permanentmagneten vonein ander beabstandet und magnetisch isoliert am Magnetanker anzuordnen.

Vorteilhafterweise ist das kontaktnahe und/oder das kontaktferne Ende des Magnetankers mit einem Material geringer Dichte, beispielsweise aus Kunst stoff, ausgestattet, das dem Magnetanker ein geringes Gewicht und damit eine hohe Beschleunigung und/oder der Spulenwicklung bzw. dem Haltesystem einen ausreichenden Abstand vom Kontaktsystem verleiht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgen den, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Ausführungsform des ersten, erfindungsgemäßen Auslösers;

Fig. 2 eine Ausführungsform des zweiten, erfindungsgemäßen Auslösers.

Der Magnetauslöser 20 nach Fig. 1 ist einem Kontaktsystem 10 zugeordnet, das aus einem beweglichen Kontakt 11 in Form einer Kontaktbrücke mit zwei beweglichen Schaltstücken 111 und aus zwei feststehenden Kontakten 12 mit jeweils einem feststehenden Schaltstück 121 besteht. Der bewegliche Kontakt 11 ist in einem Kontaktträger 13 gelagert, der mit einem nicht dargestellten Kontaktantrieb, beispielsweise einem Schaltschloss eines Schutzschalters oder einem Magnetantrieb eines Schützes, verbunden ist. In dem in Fig. 1 ge zeigten Zustand ist das Kontaktsystem 10 geschlossen, wobei die beiden ver bundenen Schaltstückpaare 111, 121 unter der Einwirkung eines Kontakt druckmittels 14 in Form einer schraubenförmigen Druckfeder stehen. Der Magnetauslöser 20 enthält eine in Reihe mit dem Kontaktsystem 10 geschal tete Spulenwicklung 21, die einen Magnetanker 22 umgibt, der beim Auftreten eines hohen Überstromes durch das Kontaktsystem 10 magnetisch beauf schlagt wird. Der in der gezeigten Ruhelage nur teilweise in die Spulenwick lung 21 eingetauchte Magnetanker 22 wird an seinem kontaktfernen Ende 221 von einem permanentmagnetischen Haltesystem 23 gehalten. Das Haltesys tem 23 besteht aus einem im Gehäuse des Schaltgerätes befestigten Perma nentmagneten 231 sowie einem mit dem Magnetanker 22 verbundenen, weich magnetischen Kern 232. Das Haltesystem 23 ist mit einem federmechanischen Beschleunigungsmittel wirkverbunden, das aus einem schraubenförmigen Federkraftspeicher 234 besteht, der sich beidseitig zwischen Permanentmag net 231 und Kern 232 abstützt. Im gezeigten Ruhezustand des Auslösers 20 wird der Kern 232 vom Permanentmagneten 231 mit ausreichender Kraft fest gehalten, wodurch der Federkraftspeicher 234 im gespannten Zustand gehal ten wird. Der Magnetanker 22 trägt an seinem kontaktnahen Ende 222 einen nichtmagnetischen Stößel 24 aus Kunststoff, der zum beweglichen Kontakt 11 weist. Wenn ein Kurzschlussstrom durch das Kontaktsystem 10 und die Spu lenwicklung 21 fließt, wird ein ausreichend starkes Magnetfeld aufgebaut, des sen Kraftwirkung auf den Magnetanker 22 die permanentmagnetische Halte kraft des Haltesystems 23 überwindet und den Magnetanker 22 in die Spulen wicklung 21 weiter hineinzieht. Dabei entlädt sich der Federkraftspeicher 234, wodurch der Stößel 24 in Pfeilrichtung gegen den beweglichen Kontakt 11 schlägt und diesen gegen die Kraftwirkung des Kontaktdruckmittels 14 von den feststehenden Kontakten 12 trennt. Ein Zurückfallen des beweglichen Kontak tes 11 unter der Kraftwirkung des Kontaktdruckmittels 14 wird durch die entge genwirkende Kraft des Federkraftspeichers 234 verhindert, bis das Kontakt system 10 durch Auslösen oder Ausschalten des Kontaktantriebes bleibend geöffnet wird. Nach Beseitigung des Kurzschlusses beaufschlagt der über den Kontaktantrieb in Einschaltrichtung bewegte, bewegliche Kontakt 11 den Stößel 24 gegen die Kraftwirkung des Federkraftspeichers 234, wodurch das Halte system 23 wieder in die Halteposition, damit der Auslöser 20 in die Ruhestel lung und der Federkraftspeicher 234 in den gespannten Zustand gebracht werden.

Der Magnetauslöser 20' nach Fig. 2 ist teilweise mit gleichen Elementen wie der vorstehend beschriebene Auslöser ausgestattet, weswegen für diese Ele mente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der Magnetauslöser 20' enthält ebenfalls eine in Reihe mit dem Kontaktsystem 10 geschaltete Spulen wicklung 21 und einen Magnetanker 22. Der in der gezeigten Ruhelage nur teil weise in die Spulenwicklung 21 eingetauchte Magnetanker 22 wird an seinem kontaktfernen Ende 221 von einem permanentmagnetischen Haltesystem 23' gehalten. Das Haltesystem 23' besteht aus einem im Gehäuse des Schaltge rätes befestigten Permanentmagneten 231' sowie einem mit dem Magnetanker 22 verbundenen, zum Kontaktsystem 10 weisenden, weichmagnetischen, ers ten Kern 232'. Das Haltesystem 23' ist mit einem permanentmagnetischen Be schleunigungsmittel wirkverbunden, das aus dem Permanentmagneten 231' und einem ebenfalls mit dem Magnetanker 22 verbundenen, jedoch vom Kon taktsystem 10 wegweisenden, weichmagnetischen, zweiten Kern 233' besteht. Der zweite Kern 233' ist über ein unmagnetisches Abstandsstück 235', das durch eine Bohrung 236' des Permanentmagneten 231' reicht, mit dem ersten Kern 232' verbunden. Im gezeigten Ruhezustand des Auslösers 20' wird der erste Kern 232' vom Permanentmagneten 231' mit ausreichender Kraft festge halten. Wenn ein Kurzschlussstrom durch das Kontaktsystem 10 und die Spu lenwicklung 21 fließt, wird ein ausreichend starkes Magnetfeld aufgebaut, des sen Kraftwirkung auf den Magnetanker 22 die permanentmagnetische Halte kraft des Haltesystems 23' überwindet und den Magnetanker 22 in die Spu lenwicklung 21 weiter hineinzieht. Die anziehende Wirkung des Permanent magneten 231' auf den ersten Kern 232' lässt dabei nach, wogegen diese Wir kung auf den zweiten Kern 233' zunimmt. Dadurch schlägt der Stößel 24 in Pfeilrichtung gegen den beweglichen Kontakt 11 und trennt diesen gegen die Kraftwirkung des Kontaktdruckmittels 14 von den feststehenden Kontakten 12. Ein Zurückfallen des beweglichen Kontaktes 11 unter der Kraftwirkung des Kontaktdruckmittels 14 wird durch die entgegenwirkende, permanentmagneti sche Kraft des Permanentmagneten 231' auf den zweiten Kern 233' verhin dert, bis das Kontaktsystem 10 durch Auslösen oder Ausschalten des Kontakt antriebes bleibend geöffnet wird. Nach Beseitigung des Kurzschlusses beauf schlagt der über den Kontaktantrieb in Einschaltrichtung bewegte, bewegliche Kontakt 11 den Stößel 24 gegen die permanentmagnetische Kraft zwischen zweitem Kern 233' und Permanentmagneten 231', wodurch das Haltesystem 23' wieder in die Halteposition und damit der Auslöser 20' in die Ruhestellung gebracht werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So lässt sich die Erfindung beispielswei se dahingehend abwandeln, dass die Spulenwicklung und der Magnetanker zur Bündelung des elektromagnetischen Feldes mit einem Magnetjoch gekop pelt sind oder die Spulenwicklung nur von einem Teil des Stromes durch das Kontaktsystem durchflossen wird.

Bezugszeichenliste

10

Kontaktsystem

11

beweglicher Kontakt

111

bewegliche Schaltstücke

12

feststehende Kontakte

121

feststehende Schaltstücke

13

Kontaktträger

14

Kontaktdruckmittel

20

;

20

' Magnetauslöser

21

Spulenwicklung

22

Magnetanker

221

;

222

Enden des Magnetankers

23

;

23

' Haltesystem

231

;

231

' Permanentmagnet

232

;

232

';

233

' Kern

234

Federkraftspeicher

235

' Abstandsstück

236

' Bohrung

24

Stößel

Claims

1. Magnetauslöser zum Öffnen eines Kontaktsystems, enthaltend eine we nigstens teilweise vom Strom des Kontaktsystems (10) durchflossene Spulenwicklung (21) und einen Magnetanker (22), der beim Auftreten ei nes hohen Überstromes magnetisch beaufschlagt wird, dadurch gekenn zeichnet, dass der Magnetanker (22) an seinem kontaktfernen Ende (221) von einem permanentmagnetischen Haltesystem (23) gehalten wird, das ein von dem Haltesystem (23) gespanntes, federmechanisches Beschleu nigungsmittel aufweist, und der Magnetanker (22) mit seinem kontaktna hen Ende (222) bei Überwindung der permanentmagnetischen Haltekraft durch die elektromagnetische Wirkung des Spulenstromes unter der Mit wirkung des freigewordenen Beschleunigungsmittels öffnend und durch die Wirkung des Beschleunigungsmittels offenhaltend auf den beweglichen Kontakt (11) des Kontaktsystems (10) wirkt.

2. Magnetauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltesystem (23) aus einem ortsfesten Permanentmagneten (231) sowie einem mit dem Magnetanker (22) verbundenen, weichmagnetischen Kern (232) und das Beschleunigungsmittel aus einem sich zwischen Perma nentmagnet (231) und Kern (232) abstützenden Federkraftspeicher (234) besteht.

3. Magnetauslöser zum Öffnen eines Kontaktsystems (10), enthaltend eine wenigstens teilweise vom Strom des Kontaktsystems (10) durchflossene Spulenwicklung (21) und einen Magnetanker (22), der beim Auftreten ei nes hohen Überstromes magnetisch beaufschlagt wird, dadurch gekenn zeichnet, dass der Magnetanker (22) von seinem kontaktfernen Ende (221) von einem permanentmagnetischen Haltesystem (23') gehalten wird, von dem beabstandet ein permanentmagnetisches Beschleunigungsmittel angeordnet ist, und der Magnetanker (22) mit seinem kontaktnahen Ende (222) bei Überwindung der permanentmagnetischen Haltekraft durch die elektromagnetische Wirkung des Spulenstromes unter der zunehmenden Wirkung des permanentmagnetischen Beschleunigungsmittels öffnend und durch die permanentmagnetische Haltekraft des Beschleunigungsmittels offenhaltend auf den beweglichen Kontakt (11) des Kontaktsystems (10) wirkt.

4. Magnetauslöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltesystem (23') aus einem ortsfesten Permanentmagneten (231') sowie einem mit dem Magnetanker (22) verbundenen, weichmagnetischen, ersten Kern (232'), der sich auf der dem Anker (22) zugewandten Seite des Per manentmagneten (231') befindet, und das Beschleunigungsmittel aus dem Permanentmagneten (231') sowie einem mit dem Magnetanker (22) ver bundenen, weichmagnetischen, zweiten Kern (233'), der sich auf der dem Anker (22) abgewandten Seite des Permanentmagneten (231') befindet, besteht.

5. Magnetauslöser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass mit dem kontaktnahen Ende (222) des Magnetankers (22) ein Stößel (24) geringer Dichte verbunden ist.

6. Magnetauslöser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Magnetauslöser (22) an seinem kontaktfernen Ende (221) aus einem Material geringer Dichte besteht.