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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Auslöserelaisvorrichtung für ein Schutzschaltgerät mit einem
Gehäuse,
einem Ankerhalter, der in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar
gelagert ist und der einen Anker eines Magnetsystems hält, und
einer Federeinrichtung, die an den Ankerhalter zu dessen Drehbewegung
angreift.
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Ein
Auslöserelais
findet üblicherweise
Verwendung in einer Schutzschalt-Einrichtung, insbesondere in einem
Fehlerstrom (FI)- oder in einem Differenzstrom (DI)-Schutzschalter.
Zu Schutzzwecken gegenüber
Verschmutzung oder Beschädigung
ist das Auslöserelais üblicherweise
in einem Gehäuse untergebracht.
Des Weiteren verfügt
das Relais üblicherweise über ein
Konstruktionselement, das aus dem Gehäuse herausgeführt ist,
beispielsweise eine Welle, welches im Auslösefall die Kraft bzw. das Moment
der Auslösefeder
auf das Schaltschloss oder das Auslöseelement des Schutzschalters überträgt.
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Aufgrund
der geringen elektrischen Auslöseleistung,
die in einem Fehlerstromschutzschalter zur Verfügung steht, ist das zuvor beschriebene
Auslöserelais
sehr empfindlich bezüglich Änderungen
des magnetischen Kreises. Kleinste Änderungen der Luftspalte zwischen
den Polflächen
des Magnetsystems und des Ankers wirken sich stark auf das Ansprechverhalten
des Relais aus und können
den Auslösewert
des Relais verschieben.
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Als
derzeit gängiges
Modell einer Auslöserelaisvorrichtung
stellt die Anmelderin beispielsweise einen Haltemagnet für Fehlerstromschutzschalter
zur Verfügung.
Dabei wird der Anker des Magnetsystems mit Drahtbügeln an
einem Kunststoffankerhalter gehalten. Der Ankerhalter ist linear
verschiebbar und wirkt mit einem drehbeweglichen Hebel außerhalb des
Gehäuses
des Haltemagneten zusammen.
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Darüber hinaus
stellt die Anmelderin derzeit einen weiteren Haltemagnet zur Verfügung, bei
dem der Ankerhalter aus einem Blechstanzteil fest auf eine drehbar
gelagerte Welle montiert ist. An die Welle wird ein Hebel montiert,
der mit einem Entklinkungshebel des Schaltschlosses zusammen wirkt. Der
Ankerhalter lässt
sich durch eine Ankerdrehfeder vorspannen.
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Des
Weiteren sind von anderen Firmen Haltemagnetrelais mit U-förmigen Magnetjochen und mit unterschiedlichsten
Lösungen
für die
Ankerführung bzw.
das Drehgelenk, wie z.B. Schneiden-, Wellen- oder Blattfederausführungen,
bekannt. Diese Lösungen
sind fertigungs- und gerätetechnisch
mehr oder weniger aufwändig.
Wichtige Funktionsmaße
der einzelnen Varianten können
nur mit entsprechend großen
Fertigungstoleranzen eingehalten werden und verhindern in der Praxis
die einwandfreie Funktion des theoretisch idealen Drehgelenks. Dadurch
vorhandene Relativbewegungen und Reibungen (Reibkorrosion während der
Lebensdauer) zwischen den Pol- und Ankerflächen an der Lagerstelle des
Ankers beeinflussen die Exemplarstreuung und die Zuverlässigkeit
des Systems negativ.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Auslöserelais
bereit zu stellen, das auch nach hoher Schaltspielzahl möglichst
konstante Auslösewerte
zeigt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen multifunktionalen Ankerhalter gelöst, durch
den auf viele Einzelteile verzichtet werden kann, so dass sich auch
bei hohen Schaltspielzahlen kaum Änderungen des Ansprechverhaltens
des Relais ergeben.
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Konkret
wird beispielsweise eine Auslöserelaisvorrichtung
für ein
Schutzschaltgerät
bereitgestellt mit einem Gehäuse,
einem Ankerhalter, der in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar
gelagert ist und der einen Anker eines Magnetsystems hält, und
einer Federeinrichtung, die an den Ankerhalter zu dessen Drehbewegung
angreift, wobei an den Ankerhalter einteilig ein Betätigungsschenkel
angeformt ist, der sich in radialer Richtung von der Drehachse erstreckt
und an den die Federeinrichtung angreift. Mit dieser Konstruktion
kann auf ein Zusatzteil verzichtet werden, das zur Abstützung der
Ankerfeder vorgesehen werden muss. Damit besitzt der Ankerhalter
zusätzlich
die Funktion der Federhalterung.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der Ankerhalter mindestens eine Bohrung aufweisen, mit der
der Ankerhalter drehbar an einem an dem Gehäuse feststehend angebrachten
Bolzen gelagert ist. Dadurch erhält
der einteilige Ankerhalter zusätzlich
die Funktionalität
einer Drehlagerkomponente. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil,
dass der Bolzen direkt an das üblicherweise
aus Kunststoff bestehende Gehäuse
angespritzt werden kann.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Variante
besteht darin, dass ein Stößel in dem
Gehäuse
zur Betätigung
eines Hebels eines Schaltschlosses verschiebbar gelagert ist und
an den Ankerhalter einteilig ein Betätigungsabschnitt zum Verschieben
des Stößels angeformt
ist. Somit erhält
der einteilige Ankerhalter zusätzlich
die Funktionalität,
ein Betätigungsorgan,
hier den Stößel, zum
Betätigen
des Schaltschlosses direkt zu bewegen. Auf diese Weise kann auf
komplizierte Umlenkmechanismen verzichtet werden.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Variante
besteht darin, dass an den Ankerhalter eine Sicke einteilig angeformt
ist, die eine begrenzte, taumelnde Lagerung des Ankers gewährleistet.
Dadurch erhält der
Ankerhalter die zusätzliche
Funktionalität,
den Anker für
notwendige Ausgleichsbewegungen taumelnd zu lagern. Darüber hinaus
kann die angeformte Sicke als Toleranzausgleich wirken, so dass
auf ein spezielles Ausgleichselement z.B. ein Federelement, verzichtet
werden kann.
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Vorzugsweise
ist der Ankerhalter ein Blechstanzteil. Derartige Blechstanzteile
sind in nahezu beliebiger Form einfach und kostengünstig herzustellen.
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An
den gestanzten Ankerhalter können
Halteabschnitte zum halten des Ankers angeformt sein. Beispielsweise
können
diese Halteabschnitte als Lappen ausgebildet sein, die zur Halterung
des Ankers umgebogen werden. Mit entsprechend angeordneten Lappen
kann der Anker in alle Richtungen fixiert werden.
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Vorteilhafterweise
besteht der Ankerhalter bzw. das zugrunde liegende Blech aus einer
Kupfer-Zinn-Legierung. Dieses Material weist die notwendige Biegesteifigkeit
auf und ist nicht magnetisch.
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Der
Anker kann als Ankerplättchen
ausgebildet sein. Dieses ist zum einen leicht, so dass eine Ankerbewegung
ohne große
Kraft durchgeführt
werden kann, und zum anderen gut an den Ankerhaltern montierbar.
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Eine
besonders vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Auslöserelaisvorrichtung
ergibt sich bei einem Schutzschalter und insbesondere bei einem
Fehlerstrom- bzw. Differenzstromschutzschalter.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die
zeigen:
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1 einen
Fehlerstromschutzschalter mit eingebautem Auslöserelais;
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2 ein
Auslöserelais
in EIN-Stellung;
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3 ein
Auslöserelais
in AUS-Stellung;
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4 einen
erfindungsgemäßen Ankerhaltung
in Oberseitenansicht;
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5 den
Ankerhalter von 4 in Unterseitenansicht;
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6 den
Ankerhalter von 5 mit eingesetztem Ankerplättchen.
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Das
nachfolgend näher
geschilderte Ausführungsbeispiel
stellt eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar.
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1 zeigt
einen Fehlerstromschutzschalter 1, in den ein Auslöserelais
bzw. Haltemagnet 2 eingebaut ist. Dieses betätigt einen
Entklinkungshebel 3 des Schaltschlosses 4. Der
Entklinkungshebel 3 ist auf einer Welle 5 drehbar
gelagert.
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Das
Auslöserelais 2 ist
in 2 im ausgebauten Zustand vergrößert dargestellt. Das Gehäuse 6 des
Auslöserelais 2 ist
in der FIG aufgeschnitten, so dass die innere Mechanik sichtbar
ist. In dem Gehäuse 6 ist
ein Magnetsystem 7 einschließlich eines Dauermagneten 71,
einer Spule 72 und eines beweglichen Ankers 73 angeordnet.
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Ein
Ankerhalter 8 hält
in einem Halteabschnitt 81 den Anker 73. Der Ankerhalter 8 ist
an einem drehfest mit dem Gehäuse 6 verbundenen
Bolzen 9 drehbar gelagert. Ein im Wesentlichen senkrecht
zu dem Ankerhalterabschnitt 81 sich erstreckender Schenkel 82 besitzt
an seinem distalen Ende einen Federhalteabschnitt 83. In
den Federhalteabschnitt 83 ist das eine Ende einer Auslöse- bzw. Schraubenfeder 10 eingehängt. Das
andere Ende der Auslösefeder 10 ist
an einem Gehäuseabschnitt 61 befestigt.
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An
der dem Magnetsystem 7 abgewandten Oberseite des Ankerhalteabschnitts 81 liegt
ein Stößel 11 an.
Dieser Stößel ist
in dem Gehäuse 6 verschiebbar
gelagert. Für
den Auslösevorgang
steuert er den Entklinkungshebel 3 des Schaltschlosses 4 (vergleiche 1)
an.
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2 zeigt
das Auslöserelais 2 in
der EIN-Stellung. Dies bedeutet, dass sich das Schaltschloss im
eingeschalteten Zustand befindet, an der Spule 72 kein
Fehlerstrom anliegt und der Dauermagnet 71 den Anker 73 anzieht.
Die Auslösefeder 10 verfügt nicht über die
Kraft, den Anker 73 zu ziehen bzw. den Ankerhalter 8 um
die Drehachse des Bolzens 9 zu drehen.
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Liegt
hingegen entsprechend 3 an der Spule 72 ein
Fehlerstrom an, so wird das Feld des Dauermagneten 71 durch
das in der Spule 72 induzierte Magnetfeld geschwächt, so
dass der Anker 73 von den Magnetschenkeln 74 und 75 abgezogen wird.
Dies erfolgt mit Hilfe der Kraft der Auslösefeder 10, die den
Ankerhalter 8 in den 2 und 3 nach
links dreht. Im Fehlerstromfall hat die Auslösefeder 10 somit genügend Kraft,
entgegen der verbleibenden Magnetkraft den Ankerhalter 8 einschließlich des
Ankers 73 zu drehen und somit den Stößel 11 nach oben,
d.h. aus dem Gehäuse 6,
zu bewegen.
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Der
Ankerhalter 8 ist erfindungsgemäß einteilig ausgeführt. Günstigerweise
lässt er
sich, wie in den 4 bis 6 im Detail
dargestellt, als Stanzbiegeteil herstellen. Als Material für das Blech
eignet sich eine Kupfer-Zinn-Legierung.
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Neben
dem Schenkel 82 weist der Ankerhalter 8 einen
weiteren Schenkel 84 auf. Beide Schenkel 82 und 84 sind
jeweils mit einer Bohrung 85 versehen, wodurch eine Drehachse 80 definiert
ist. Mit den Bohrungen 85 ist der Ankerhalter 8 an
dem drehfesten Bolzen 9 drehbar gelagert.
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Wie
bereits erwähnt
erstreckt sich der Schenkel 82, an dem der Federhalteabschnitt 83 angeformt
ist, in seiner Hauptausdehnungsrichtung im Wesentlichen senkrecht
zu dem Ankerhalterabschnitt 81. Durch diese Formgebung
sowie durch die Platzierung des als Zapfen ausgebildeten Gehäuseabschnitts 61 ändert sich
während
des Drehvorgangs des Ankerhalters 8 der Abstand der Wirkungslinie
der Auslösefeder 10 von
dem Bolzen 9.
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Diese
Abstandsänderung
ist in den 2 und 3 ohne weiteres
zu erkennen. Im angelegten Zustand des Ankers 73 beträgt der Abstand
a1, während
er sich im aufgedrehten Endzustand auf den Abstand a2 vergrößert. Hierdurch
kann gewährleistet werden,
dass das Drehmoment des Ankerhalters 8 bzw. die von dem
Stößel 11 ausgeübte Kraft
während des
Bewegungsvorganges nahezu konstant bleibt, auch wenn die Kraft der
Auslösefeder 10 etwas
abnimmt.
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Darüber hinaus
gewährleistet
der Ankerhalter, dass sich der Anker zu Beginn der Auslösung möglichst
vertikal von den Polflächen
des Magnetsystems 2 entfernt. Hierdurch werden jegliche
Relativbewegungen und Reibungen des Ankers zwischen den Pol- und
Ankerflächen
während
der Auslösebewegung
vermieden, so dass es auch nicht zu Partikelerzeugungen kommt. Derartige
Partikel hätten nämlich eine
Veränderung
des Auslöseverhaltens des
Auslöserelais
zur Folge.
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Wie
erwähnt
ist der Ankerhalter 8 an dem Bolzen 9 gelagert.
Der Bolzen 9 kann als feststehende Welle ins Gehäuse 6 eingedrückt werden
oder als Kunststoffteil am Gehäuse 6 angeformt
sein. Die Anordnung des Ankerhalters 8 und die entsprechende Formgebung
der Schenkel 82 und 84 zusammen mit dem feststehenden
Bolzen 9 bilden ein präzises Drehgelenk
um die Drehachse 80. Auch hierdurch werden unerwünschte Relativbewegungen
und Reibungen zwischen Anker- und Polflächen weitgehend verhindert.
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Der
Ankerhalter treibt direkt mit einer dem Magnetsystem abgewandten
Fläche 86 des
Ankerhalteabschnitts 81 den Stößel 11 an, welcher
das Schaltschloss 4 betätigt.
Im Nichtauslösezustand
des Auslöserelais 2 befindet
sich der Stößel 11 nahezu vollständig innerhalb
des Gehäuses 6,
während
er im Auslösezustand
deutlich aus dem Gehäuse 6 ragt.
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Der
als Ankerplättchen
ausgeführte
Anker 73 (vgl. 6) wird mit angeformten Lappen 87 an
dem Ankerhalter 8 seitlich fi xiert. An einem der Lappen 87 ist
ein weiterer Lappen 88 angeformt, der nach der Montage
des Ankers 73 nach oben gebogen wird, und den Anker somit
an seiner Stirnseite fixiert. Damit kann der Anker 73 auch
nicht mehr in horizontaler Richtung aus dem Ankerhalter 8 herausgeschoben werden.
Somit kann auf zusätzliche
Teile, wie Drahtbügel,
zur Fixierung des Ankers am Ankerhalter verzichtet werden.
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Darüber hinaus
ist an dem Ankerhalter 8 in dem Bereich des Ankers 73 eine
Sicke 89 angeformt, wie sie in den 4 und 5 zu
sehen ist. Diese Sicke besitzt die Gestalt eines Kugelsegments und
ragt vorzugsweise 0,2 bis 0,3 mm nach innen in Richtung auf das
Ankerplättchen 73.
Sie ermöglicht
eine begrenzte, taumelnde Lagerung des Ankerplättchens 73 zum vertikalen
Toleranzausgleich.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Ankerhalter
ist somit eine Auslösemimik
des Ankers realisierbar, mit der sowohl ein Betätigungsorgan (hier Stößel 11)
antreibbar als auch die Auslösefeder 10 vorspannbar ist.
Die Mehrfachfunktionalität
des Ankerhalters führt zur
Reduzierung der Teileanzahl des Relais und darüber hinaus ist der Ankerhalter
als Stanzbiegeteil kostengünstig
herstell- und montierbar.