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Die Erfindung betrifft einerseits einen magnetischen Betätiger für modulare elektrische Trennschalter, der die Unterbrechung einer Leitung im Falle eines Kurzschlusses ermöglicht, und andererseits die damit ausgerüsteten Trennschalter.
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Leitungsschutz-Trennschalter enthalten in einem modularen Kunststoffschalengehäuse eine Schaltung, die zwischen zwei Verbindungsanschlüsse geschaltet ist und einen festen Kontakt sowie einen beweglichen Kontakt besitzt, die insbesondere durch die Einwirkung des elektromagnetischen Betätigers auf ein mechanisches Auslöseschloss voneinander getrennt werden können.
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Der magnetische Betätiger umfasst im Wesentlichen eine Induktionsspule, die mit einem beweglichen Kern zusammenwirkt, der einem Schlagbolzen zugeordnet ist, um im Fall eines Kurzschlusses sicherzustellen, dass durch Mitnahme des beweglichen Kontakts durch das mechanische Schloss, wenn dieses unter der Einwirkung des Schlagbolzens kippt, eine Unterbrechung geschaffen wird.
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Die
DE10232661A1 zeigt eine Tauchanker-Vorrichtung mit einem in eine Spule eintauchenden Anker. Die Spule ist aus Draht ausgebildet und weist spiralförmige Windungen auf. Zwischen der Spule und dem Anker befindet sich ein Träger, der den Anker umgibt.
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Die
DE60005785T2 zeigt einen Selbstschalter mit einer elektromagnetischen Betätigung bei Kurzschluss. Ein Flussschließjoch bildet ein Rechteck aus. In dem Volumen des Rechtecks ist eine längs einer Achse gewickelte Spule aufgenommen.
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Die Spule weist einen festen ferromagnetischen Kern und einen beweglichen ferromagnetischen Kern auf, die in einem nicht magnetischen Röhrenelement angeordnet sind.
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Aus der
US 5,343,179A ist ein spulenbetätigter Unterbrechungsschalter bekannt. Die Spule ist in einem Joch aufgenommen und zylindrisch ausgebildet. Der magnetische Kern der Spule ist in einem Träger aufgenommen, der eine Wicklung trägt.
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In der
US 3,943,476A ist eine elektromagnetische Spule gezeigt, die auf einem Träger aufgewickelt ist. In den Träger taucht ein zylindrischer Kern ein.
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In den meisten Fällen ist die Induktionsspule ein Elektromagnet, der in Längsrichtung in einem Magnetjoch angebracht ist und den beweglichen Kern, der dem Schlagbolzen zugeordnet ist, sowie einen festen Kern umgibt. Dazwischen ist eine Feder angeordnet, um den beweglichen Kern in seine Ruhestellung in einem Abstand vom festen Kern zurückzustellen und dort zu halten, wenn die Spule nicht von einem Strom durchflossen wird. Der Schlagbolzen ist dann ebenfalls in eine inaktive Position zurückgestellt, die sich in einem Abstand von dem das Öffnen der Kontakte bewirkenden mechanischen Schloss befindet.
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Der Elektromagnet nimmt praktisch die gesamte Breite eines einfachen modularen Geräts ein, d. h. er erstreckt sich in Querrichtung praktisch von einer Seite zur anderen des Gehäuses. Wenn das Gehäuse des elektrischen Geräts ein verringertes Volumen einnimmt, das beispielsweise jenem entspricht, das üblicherweise Halbmodul genannt wird (Breite 8,9 mm), können die oben genannten üblichen Konfigurationen magnetischer Betätiger mit Elektromagneten kaum genutzt werden, weil die Breite der Halbmodul-Gehäuse zu klein ist, um die Spulen aufzunehmen.
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In dem Dokument
EP 1 168 402 im Namen der Anmelderin ist ein magnetischer Betätiger vorgeschlagen worden, der auf einer Spule mit ebenem Verlauf basiert, deren Achse dann quer zum Gehäuse orientiert ist, wobei der magnetische Kreis einen Anker aufweist, der in einer in Bezug auf die Spule radial verlaufenden Richtung beweglich ist.
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Diese Lösung stellt eine Antwort auf das Problem das Platzbedarfs dar, weil sie vollkommen an ein Halbmodul-Gehäuse angepasst ist, die von einer solchen ebenen Spule erzeugte elektromagnetische Strahlung beeinflusst jedoch aufgrund der Orientierung der erzeugten Feldlinien die in ihrer Umgebung eventuell vorhandenen Geräte.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine ausreichend flache Konfiguration vorzuschlagen, um damit Halbmodul-Geräte auszurüsten, die magnetische Feldlinien erzeugt, die ähnliche Charakteristiken wie jene haben, die die magnetischen Unterbaueinheiten mit Elektromagnet-Spulen, mit denen herkömmliche modulare Geräte ausgerüstet sind, erzeugen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen magnetischen Betätiger nach Anspruch 1. Weiterbildung der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße magnetische Betätiger umfasst herkömmlicherweise eine Induktionsspule, einen magnetischen Kreis mit einem magnetischen Joch und einem beweglichen Kern sowie Rückstellmittel, die zwischen den Kern und das Joch eingefügt sind. Er ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Joch aus einem U-förmig gebogenen ebenen Blech gebildet ist, wovon der Boden und die Seiten ein Volumen definieren, in dem ein magnetischer Kern untergebracht ist, der Oberflächen mit zum Boden und zu den Seiten parallelem Verlauf aufweist und der von der Spule umgeben ist, die längs einer Achse senkrecht zum Boden gewickelt ist, wobei der Kern zwischen einer Position, in der er zum Boden angezogen wird, wenn die Spule von einem Strom durchflossen wird, und einer Position in einem Abstand vom Boden, in die er durch die Rückstellmittel bei Fehlen eines Stroms durch die Spule gedrängt wird, beweglich ist, wobei der Kern wenigstens in dieser letzteren Position von der Öffnung des U vorsteht.
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Diese Konfiguration, die als flach beschrieben werden kann, weist eine erste Vereinfachung in dem Sinn auf, dass mit Ausnahme des Jochs kein fester magnetischer Kern vorhanden ist, was im Gegensatz zu jener Konfiguration steht, die im Allgemeinen in den Unterbaueinheiten mit Elektromagneten zum Tragen kommt. Die hauptsächliche Einzigartigkeit besteht indessen in der Tatsache, dass der bewegliche Kern und das Magnetjoch eine Hülle mit ähnlichen Volumina haben, derart, dass die Polflächen vergrößert werden, um einen magnetischen Betätiger mit einer Leistung zu schaffen, die zu jener einer herkömmlichen Unterbaueinheit äquivalent ist, wobei der Platzbedarf wenigstens in einer Dimension, nämlich in der Breite verringert ist.
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Da die Bewegung des beweglichen Kerns in Richtung des Bodens erfolgt, kann die Polfläche je nach Größe des Produkts einfach erhöht werden, indem der Wert der Abmessung des Kerns und des Bodens in einer Richtung senkrecht zum U-förmigen Querschnitt erhöht wird.
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Erfindungsgemäß sind die freien Enden der Seiten zum beweglichen Kern umgebogen.
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Die Feldlinien, die den Kern in Richtung des Bodens durchlaufen, werden anschließend durch das Joch gelenkt und über die zwei Seiten des U und dann über die umgebogenen freien Enden zum beweglichen Kern zurückgeführt.
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Noch genauer sind die Felder in diesen Enden parallel zu den Oberflächen gegenüber dem Kern orientiert, um die Luftspalte des Magnetkreises zu verringern.
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Damit die Polflächen die größtmöglichen Flächen sind und damit folglich der Wirkungsgrad des Magnetkreises optimal ist, ist gemäß der Erfindung die Länge des beweglichen Kerns in der Dimension senkrecht zum U-Querschnitt gleich jener des Magnetjochs.
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Der magnetische Betätiger der Erfindung weist also eine Konfiguration auf, die besonders kompakt ist und die einen Kern besitzt, der sich in einer Hülle befindet, die durch das Magnetjoch gebildet ist. Vorzugsweise weist der bewegliche Kern ein parallelepipedförmiges Volumen auf, das dem Kern und dem Joch eine große Formähnlichkeit verleiht. Diese Ähnlichkeit ermöglicht neben der Vergrößerung der Polflächen eine maximale Verringerung des Luftspalts zwischen dem beweglichen Kern und dem Joch, was zu einer Optimierung der magnetischen Gesamtleistung führt.
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Der Boden des Jochs ist darüber hinaus erfindungsgemäß mit einer Öffnung für die Führung eines mit dem beweglichen Kern fest verbundenen Schlagbolzens versehen. Dieser Schlagbolzen kann beispielsweise ein am Kern befestigter starrer Höcker sein.
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Die oben beschriebene Konfiguration weist in der Tat eine bemerkenswerte Einfachheit auf, die offensichtlich zu einer Wirtschaftlichkeit beiträgt, weil die Teile einfach herzustellen und zusammenzufügen sind, wodurch die Gestehungskosten eines solchen Betätigers wesentlich gesenkt werden.
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Gleiches muss selbstverständlich für die Spule gelten, deren Form und deren Aufbau darüber hinaus die Konfiguration des magnetischen Kreises, wie er oben beschrieben worden ist, berücksichtigen müssen, um die magnetische Leistung nicht nachteilig zu beeinflussen.
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Daher ist die Spule vorzugsweise aus einem ebenen leitenden Blech verwirklicht, das so ausgestanzt und gebogen ist, dass die aufeinander folgenden Windungen Abschnitte aufweisen, die zu den Seiten des Jochs parallel sind.
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Eine solche Spule, die die Formähnlichkeit zwischen dem Kern und dem Joch berücksichtigt, ist überdies wirtschaftlich, weil ihre Fertigung kostengünstiger als jene einer Spule ist, die aus einem gewickelten herkömmlichen Draht verwirklicht ist.
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In einer ersten Möglichkeit umfasst der Zuschnitt, aus dem die Spule verwirklicht wird, eine Folge von geradlinigen Teilstücken, die durch schräge Abschnitte mit Abmessungen verbunden sind, die einerseits die Sicherstellung der Ganghöhe der gewickelten Spule und andererseits die Anpassung an die Breite des Kerns ermöglichen.
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Mit anderen Worten, eine solche Konfiguration ermöglicht, dass zum Zeitpunkt der Fertigung der Spule die Ganghöhe automatisch erhalten wird.
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Gemäß einer noch wirtschaftlicheren Konfiguration ist der Zuschnitt für die Verwirklichung der Spule eine Rechteckzahnung.
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In den beiden Fällen ermöglicht der Folien- oder Blechwerkstoff, der für die Verwirklichung dieser Spulen verwendet wird, einen größtmöglichen Raumgewinn, weshalb er in begrenzten Resträumen, die sich zwischen dem beispielsweise parallelepipedförmigen Kern und dem U-förmigen Joch befindet, einfach eingesetzt werden kann.
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Die Erfindung betrifft außerdem elektrische Geräte des Typs Trennschalter, die mit magnetischen Betätigern, wie sie oben beschrieben worden sind, ausgerüstet sind.
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Diese sind insbesondere für die Ausrüstung von Halbmodul-Geräten vorgesehen, weil, obwohl ihre Konfiguration nur eine verringerte und beherrschbare Breite einnimmt, der magnetische Wirkungsgrad an die Größe des Geräts durch Einstellen der Dimension senkrecht zu der Breite, um insbesondere die Polflächen zu vergrößern, gesteuert und angepasst werden kann.
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Die Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine perspektivische Ansicht eines magnetischen Betätigers gemäß der Erfindung ist;
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2 eine Schnittansicht des magnetischen Kreises, wie er in der Erfindung ausgeführt ist, ist; und
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3 ein Aufriss einer Abwandlung des Zuschnitts ist, mit dem die in der Konfiguration von 1 verwendete Spule verwirklicht werden kann.
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Im Wesentlichen umfasst der magnetische Betätiger gemäß der Erfindung eine Spule 1, die aus einem ebenen leitenden Blech (siehe 3) verwirklicht ist, ein Magnetjoch 2 aus einem U-förmig gebogenen Blech und einem Kern 3, der ebenfalls aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt ist und gegebenenfalls parallelepipedförmig ist.
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Die gezeigte Konfiguration ist sehr kompakt und außerdem wirtschaftlich herzustellen. Das U-förmige Joch weist einen Boden 4 und zwei Seitenwände 5, 6 auf. Der Boden ist mit einer Öffnung 7 versehen, die dazu bestimmt ist, einen (nicht gezeigten) Schlagbolzen zu führen, der mit dem beweglichen Kern 3 fest verbunden ist.
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Die zwei freien Enden der Seitenwände 5, 6 des Jochs 2 sind zu Abschnitten 8, 9 umgebogen, deren Stirnflächen zu den seitlichen Oberflächen des Kerns 3 parallel sind. Der magnetische Kreis, der in 2 gezeigt ist, ist somit für die Nutzung als magnetischer Betätiger in einem modularen elektrischen Gerät des Typs Trennschalter optimiert. Gemäß der Erfindung weist er Polflächen auf, die auf Höhe des Bodens 4 des Jochs 2 und der Stirnwand 10 des Kerns 3, die ihm zugewandt ist, so groß wie möglich sind. Gleichzeitig sind die magnetischen Verluste verringert, da wegen des Vorhandenseins der umgebogenen Enden 8, 9 des Jochs 2 die Luftspalte mit dem mobilen Kern 3 so weit wie möglich reduziert sind.
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Die durch diesen magnetischen Kreis gelenkten Feldlinien sind in 2 mit den Bezugszeichen 11, 11' bezeichnet.
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Aufgrund der guten Leistung dieses magnetischen Kreises braucht die Spule nur eine verringerte Anzahl Windungen aufweisen, woraus sich die Möglichkeit ihrer Verwirklichung aus einem ebenen Blech ergibt, wie dies in 3 gezeigt ist.
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Der Zuschnitt, der dort gezeigt ist, ermöglicht, automatisch eine bestimmte Wicklungsganghöhe zu erhalten, wie dies in 1 gezeigt ist.
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Diese Konfiguration des Zuschnitts für die Verwirklichung der Spule ist eine Lösung unter anderen. Sie erfordert eine Isolation der Windungen beispielsweise durch Lackieren des zugeschnittenen Blechs.
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Es ist anzumerken, dass die in den 1 bis 3 gezeigte Lösung äußerst wirtschaftlich ist, weil sie nur Teile umfasst, die durch Ausschneiden und Biegen verwirklicht werden können. Die Gestehungskosten können daher auf einem viel weniger hohen Niveau als bei herkömmlichen Strukturen mit einer Wicklung mit Hilfe von Drähten gehalten werden.
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Die Konfiguration der Erfindung ermöglicht, bei einer geringen Breite, die mit ihrem Einsatz in Halbmodulen kompatibel ist, eine magnetische Leistung zu erhalten, die ausreicht, damit der Schlagbolzen das magnetische Schloss bei einem Kurzschluss in einer Leitung, die durch den mit einem solchen Betätiger ausgerüsteten Trennschalter geschützt ist, auslösen kann.
