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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Leitungsschutzschalter gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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DE 198 09 205 A1 zeigt
ein Magnetsystem mit Überstromauslösung zur Öffnung von
Kontaktstellen eines Schaltgerätes
beim Auftreten von Überströmen, insbesondere
eines Schützes,
mit einem elektromagnetischen Auslöser mit einem Magnetkern und
einem Magnetanker, wobei in dem Magnetanker ein mit der Auslösespule
induktiv gekoppelter Leiterkreis angeordnet ist. Durch den Leiterkreis soll
ein Verschweißen
der Kontaktstelle vermieden werden.
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Die
DE 17 64 522 A zeigt
einen Schaltmagneten für
ein Schütz,
mit einem Kurzschlussring, der nach dem Einbringen kurzzeitiger
elastischer Verformung gegenüber
dem Magneten lose beweglich ist. Damit soll ein Reißen des
Kurzschlussrings in Betrieb vermieden werden.
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Dabei
ist die Erfindung anwendbar bei einem selektiven Hauptleitungsschutzschalter.
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Solche
selektive Hauptleitungsschutzschalter werden hauptsächlich in
den unteren Anschlussraum von Zählerplätzen beispielsweise
in einer Hausinstallationsanlage eingesetzt und schützen im Zusammenwirken
mit den nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern, die jeweils den
einzelnen Verbrauchern zugeordnet sind, die elektrische Installationsanlage
vor gefährlichen Überströmen und
Kurzschlussströmen.
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Ein
wichtiges Funktionsmerkmal dieser Schalter ist die Selektivitätsanforderung.
Danach muss der vorgeschaltete selektive Hauptleitungsschutzschalter
aktiv das heißt
im eingeschalteten, nicht ausgelösten
Zustand bleiben, wenn Überströme oder
Kurzschlüsse
auftreten, die hinter nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern auftreten
und von diesen abgeschaltet werden. Im Falle solcher Kurzschlüsse wird
die Kontaktstelle des Hauptleitungsschutzschalters lediglich geöffnet, wodurch
die nachgeschalteten Leitungsschutzschalter insbesondere kurzschlussstrombegrenzend
unterstützt
werden; bei Überströmen soll
der Hauptleitungsschutzschalter nicht anspre chen. Lediglich bei Überströmen und
Kurzschlüssen
zwischen dem selektiven Hauptleitungsschutzschalter und den nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern
soll der selektive Hauptleitungsschutzschalter den Kurzschlussstrom
begrenzen und den Stromkreis abschalten.
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Zur
Realisierung dieser Selektivitätsanforderung
besitzen selektive Hauptleitungsschutzschalter zusätzlich zur
Hauptstrombahn eine Nebenstrombahn, die parallel zu einer Hauptkontaktstelle
angeordnet ist. In der Nebenstrombahn ist ein Thermobimetall eingesetzt.
Die Öffnung
der Kontaktstelle der Hauptstrombahn bewirkt eine Kommutierung des Stromes
in die Nebenstrombahn, wodurch das Thermobimetall aktiviert wird,
zeitverzögert
das Schaltschloß entklinkt
und demgemäß die Hauptkontaktstrombahn
dauerhaft öffnet,
wobei eine weitere Kontaktstelle entweder in der Nebenstrombahn
oder in der Hauptstrombahn außerhalb
der Nebenstrombahn angeordnet ist, so dass sowohl die Hauptkontaktstelle
als auch diese Nebenkontaktstelle den Strom unterbrechen.
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Die
Hauptkontaktstelle im selektiven Hauptleitungsschutzschalter wird
dabei zur Erzielung einer Strombegrenzung von einem Elektromagnetsystem geöffnet, was
zur Folge hat, dass sich die Hauptkontaktstelle im Nulldurchgang
des Stromes wieder schließt.
Dies hat zur Folge, dass die Selektivauslösung undefiniert verzögert wird
und dass aufgrund von Pumpbewegungen des beweglichen Kontaktstückes der
Hauptkontaktstelle die Kontaktstücke
der Hauptkontaktstelle abbrennen, weil bei diesen Bewegungen Lichtbögen entstehen.
Aus diesem Grunde sind Mittel erforderlich, um die Hauptkontaktstelle
bis zur endgültigen
Abschaltung offen zu halten.
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Insbesondere
aus der
DE 102 44
961 B3 ist ein selektiver Leitungsschutzschalter bekannt
geworden, der eine Hauptkontaktstelle in einem Hauptstrompfad und
parallel zu der Hauptkontaktstelle einen Nebenstrompfad aufweist,
in welchem eine Nebenkontaktstelle angeordnet ist. Im Hauptstrompfad befindet
sich ein Magnetsystem, welches die Hauptkontaktstelle öffnet. Zur
Verhinderung des Schließens
vor dem endgültigen
Abschalten ist eine Nebenstromwicklung vorgesehen, die im Nebenstrompfad
liegt und die bei Überschreiten
eines bestimmten Strom-Zeitwertes im Nebenstrompfad, insbesondere
bei fortbestehendem Kurzschluss, das Schaltschloß zur bleibenden Kontaktöffnung sowohl
der Hauptkontaktstelle als auch der Nebenkontaktstelle entklinkt.
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Eine
solche Nebenstromwicklung bedeutet einen erhöhten Aufwand.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Leitungsschutzschalter der Eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln die Hauptkontaktstelle
solange offen gehalten ist, bis auch der Stromfluss durch die Nebenkontaktstelle
unterbrochen und damit der Stromfluss durch den Leitungsschutzschalter
endgültig
abgeschaltet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruches 1. Dabei ist am Magnetanker und/oder
am Magnetkern ein Kurschlussring angebracht. In diesem ist ein zum
Kurzschlussstrom phasenverschobener Stromfluss erzeugbar, welcher
bewirkt, dass die Magnetkraft beim Null Durchgang des Kurzschlussstromes
nicht zu null wird. Der Kurzschlussring dient damit zur Offenhaltung
des Magnetankers und darüber
hinaus der Hauptkontaktstelle, solange, bis auch der Stromfluss durch
die Nebenkontaktstelle unterbrochen und damit der Stromfluss durch
den Leitungsschutzschalter endgültig
abgeschaltet ist.
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Dieser
Kurzschlussring, der aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit,
zum Beispiel Kupfer besteht, wirkt also wie folgt:
Beim Ansprechwert
des Magnetsystems wird der Magnetanker oder auch kurz Anker genannt
in Richtung des Magnetkerns oder auch kurz Kern genannt, angezogen.
Beim nächsten
Stromdurchgang des Wechselstromes ohne Kurzschlussring vom Kern wieder
abfallen. Dieses Abfallen wird durch den Kurzschlussring verhindert,
weil durch die zeitliche Änderung
des Magnetfeldes eine Spannung im Kurzschlussring induziert wird,
die durch den Kurzschlussring einen Strom treibt, der ein geeignetes und
entsprechendes Magnetfeld zwischen dem Anker und dem Kern erzeugt.
Demgemäß wird die
Magnetkraft zwischen dem Anker und dem Kern noch eine gewisse Zeit
aufrecht erhalten.
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Kurzschlussringe
als solche sind bekannt. Insbesondere bei Schützen verwendet man Kurzschlussringe,
die in wenigstens eine Jochfläche
eines U- oder E- förmigen
lamelierten Ankers eingebracht sind und mit denen das Brummen des
Schützes
verhindert wird. Bei Leitungsschutzschaltern, insbesondere bei selektiven
Hauptleitungsschutzschaltern, sind derartige Kurzschlussringe im
Anker oder im Magnetkern nicht angewendet worden.
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Der
Kurzschlussring kann an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden,
wie aus den Unteransprüchen
zu entnehmen ist.
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Bei
einer Ausfertigung wird in die Ankerstirnfläche eine Nut angebracht, deren
Außenumfang vom
Außenumfang
des Ankers oder des Kerns beabstandet ist. Es besteht auch die Möglichkeit,
an der Außenumfangskante
der Anker- bzw. Kernstirnfläche eine
Stufung einzubringen, in die der Kurzschlussring eingesetzt ist;
bei einer weiteren Ausführung
kann der Kurzschlussring in eine umlaufende Nut auf der Außenfläche des
Ankers und/oder des Kerns eingesetzt sein.
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Anhand
der Zeichnung, in der einige Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und
beschrieben werden.
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Es
zeigen
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1 eine
Längsschnittansicht
durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Magnetsystems,
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2 eine
Aufsicht auf die Stirnfläche
des Kerns,
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3 eine
Schnittansicht durch einen Kern oder einen Anker einer weiteren
Ausführungsform,
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4 eine
Teilschnittansicht eines Kerns oder Ankers mit einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung und
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5 ein
F-I-Diagramm zur Erläuterung
der Wirkungsweise des Kurzschlussrings.
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Ein
elektrischer Leitungsschutzschalter, insbesondere ein Hauptleitungsschutzschalter,
der hier nicht näher
dargestellt ist, besitzt ein Magnetsystem 10, dem ein festste hender
Magnetkern 11 und ein bewegbarer Magnetanker 12 zugeordnet
ist. Der Magnetkern 11 ist an einem Quersteg 13 eines
Eisenkreises 14 befestigt und besitzt einen axialen Durchlass 15,
durch den ein Schlagstift 16, der auf ein bewegliches Kontaktstück einer
Kontaktstelle vom Anker 12 angetrieben einwirkt hindurchgreift.
Dabei befindet sich in dem Steg 13 Bohrung 16,
die mit dem Durchlass 15 fluchtet.
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Der
Magnetkern 11 ist von einem Spulenrohr 17 umgeben
und darin fixiert, und das Spulenrohr 17 ist von einer
Spulenwicklung 18 umgeben, die eine Zuleitung 19 und
einen Ableitung 20 aufweist, so dass die Spule 18 über die
Zuleitung 19 und Ableitung 20 in einen Strompfad
eingeschaltet ist. Bei einem selektiven Hauptleitungsschutzschalter
ist dies ein Hauptstrompfad.
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In
das Spulenrohr 17 greift wenigstens teilweise der Anker 12 ein,
der von einer Feder 21 auf Abstand D zum Magnetkern 11 gehalten
ist, wobei sich dieser Abstand zwischen den Stirnflächen 22 des
Magnetkerns 23 und des Magnetankers befindet. Die Feder 21 beaufschlagt
den Magnetanker 12 in Richtung weg vom Magnetkern 23.
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Der
Eisenkreis 14 besitzt zwei parallel zur Bewegungsrichtung
des Ankers 12 verlaufende Längsstege 24 und 25,
die mittels eines weiteren Quersteges 26 miteinander verbunden
sind, wobei der weitere Quersteg 26 eine Durchgangsöffnung 27 aufweist,
durch die der Anker 12 hindurchgreifen kann.
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In
der Stirnfläche 22 ist
eine umlaufende Nut 28 eingebracht, deren Außenumfang
vom Außenumfang
der Außenfläche des
Magnetkerns einen Abstand d einnimmt. In diese umlaufende Nut 28 ist
ein Kurzschlussring 29 eingesetzt, dessen Funktion weiter
unten erläutert
wird. Der Kurzschlussring 29 besteht aus elektrisch gut
leitfähigem
Material, insbesondere aus Kupfer.
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In
der 1 und 2 ist dargestellt, dass der Kurzschlussring 29 in
die Stirnfläche 22 des
Magnetkerns 11 eingesetzt ist. Es besteht in gleicher Weise
auch die Möglichkeit,
den Kurzschlussring 29 in eine entsprechend angeordnete
Nut im Magnetanker 12 einzusetzen; die Anordnung der Nut 28 am Magnetanker 12 ist
gleich der Anordnung des Kurzschlussringes bzw. der Nut 28 am
Magnetkern.
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Die 3 und 4 zeigen
zwei unterschiedliche Anordnungen eines Kurzschlussringes, wobei
eine Unterscheidung zwischen Magnetkern und Magnetanker nicht getroffen
ist. Es sei angenommen, dass die 3 und 4 einen
Magnetanker darstellen; in der 3 besitzt
der Magnetanker die Bezugsziffer 30 und in der 4 die
Bezugsziffer 40.
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Im
Bereich der Übergangskante
zwischen der Stirnfläche 31 des
Magnetankers 30 ist ein Rücksprung 32 vorgesehen,
in den ein Kurzschlussring 33 eingesetzt ist, so dass die
freie Kante des Kurzschlussringes 33 praktisch die Kante
zwischen dem Außenumfang
des Magnetankers 30 und der Stirnfläche 31 bildet.
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Wie
erwähnt,
könnte
diese Anordnung in identischer Weise auch an einem Magnetkern angeordnet
sein.
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Bei
der Ausführung
gemäß 4 ist
der Magnetanker 40 mit einer an seiner Außenumfangsfläche 41 angeordneten
umlaufenden rillenförmigen Nut 42 versehen,
in die der ein Kurzschlussring 43 eingesetzt ist, wobei
der Kurzschlussring 43 einem Außendurchmesser aufweist, der
dem Außendurchmesser
der Außenfläche 41 entspricht.
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Bei
den Anordnungen gemäß den 1 bis 3 befindet
sich der Kurzschlussring 29 bzw. 33 im Bereich
der Stirnfläche 22 bzw. 31 des
Magnetkerns oder des Magnetankers, wodurch die Stirnfläche verkleinert
wird, wogegen bei der Ausführung
gemäß 4 die
Stirnfläche
des Ankers 40 oder des Kerns nicht reduziert ist.
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Der
Kurzschlussring dient zur Offenhaltung des Magnetankers und darüber hinaus
auch der Kontaktstelle, weil im Kurzschlussring ein Stromfluss erzeugt
wird, der phasenverschoben ist und dadurch bewirkt, dass die Magnetkraft
beim Nulldurchgang des Kurzschlussstromes nicht zu Null wird. Dies
ist ersichtlich aus 5, in der ein Kraft-Strom-Diagramm
gezeigt ist, mit einer Kurve F1, die mit steigendem Strom ansteigt.
Entgegengesetzt zur Kraftrichtung F ist der Strom über der
Zeit t als Sinuskurve I1 dargestellt. Wenn
kein Kurzschlussring vorgesehen ist, dann wird sich die magnetische
Kraft gemäß der Kurve
F2 verändern,
wobei entsprechend dem Stromanstieg so wie dem Nulldurchgang sich
die Kraft zwischen einem oberen, maximalen Wert Fo und
einem unteren Wert Fu bewegt, der aufgrund
des Nulldurchgangs zu Null wird. Mit einem Kurzschlussring wird
eine Kraft-Stromkurve F3 erzeugt, bei der
ein Absinken der Kraft zu Null verhindert wird, aufgrund des im
Ring erzeugten phasenverschobenen Stromes verhindert wird.
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Der
Kurzschlussring kann am Magnetanker, am Magnetkern oder an beiden
angeordnet sein.