DE102007044844A1 - Switch i.e. low-voltage circuit-breaker, for interrupting current to protect downstream loads during short-circuit, has cover connected with armature and present between opening and coil, where cover closes can in its holding position - Google Patents

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Abstract

The switch (3) has a trigger (2) with an armature (4) displaced along an armature axis from a holding position into a release position, if an electrical voltage lying in the trigger falls below a given threshold value or if an appropriate electrical voltage pulse lies at the trigger. A magnetic flux-conducting cover (14) firmly connected with the armature and displaceable with the armature along an armature axis is present between a cap opening and a coil (16), where the cover closes a magnetic flux-conducting can (12) in its holding position.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere einen Niederspannungs-Leistungsschalter, zum Unterbrechen eines durch den Schalter fließenden Stroms gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a switch, in particular a low-voltage circuit breaker, for Interrupting a current flowing through the switch according to the preamble of claim 1.

Schalter, insbesondere Niederspannungs-Leistungsschalter, sind bekannt und dienen zum Unterbrechen eines durch den Schalter fließenden Stroms, um z. B. nachgeschaltete Verbraucher im Falle eines Kurzschlusses zu schützen. Zum Auslösen des Schalters wird ein Auslöser betätigt, indem ein Anker in seine Auslösestellung verschoben wird, wenn die am Schalter und damit am Auslöser anliegende elektrische Spannung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet (sogenannter Unterspannungsauslöser).Switch, In particular, low-voltage circuit breakers are known and serve to interrupt a flowing through the switch Electricity to z. B. downstream consumers in the event of a short circuit to protect. To trigger the switch is a Trigger actuated by placing an anchor in its release position is moved when the switch and thus the trigger voltage applied below a predetermined threshold (so-called undervoltage release).

Dabei erzeugt die am Auslöser anliegende elektrische Spannung mittels einer Spule ein erstes Magnetfeld, welches den Anker entgegen einer Federkraft in seiner Grundstellung hält. Unterschreitet die Spannung einen vorgegebenen Schwellwert, so reicht die auf den Anker wirkende Federkraft aus, um ihn in die Auslösestellung zu verschieben.there generates the electrical voltage applied to the trigger by means of a coil, a first magnetic field which counteracts the armature a spring force in its normal position holds. Falls below the Voltage a predetermined threshold, so that's enough on the anchor acting spring force to him in the release position to move.

Außerdem wird der Anker in seine Auslösestellung verschoben, wenn ein entsprechender elektrischer Spannungsimpuls auf den Auslöser (sogenannter Spannungsauslöser) gegebenen wird, der mittels einer zweiten Spule ein zweites Magnetfeld erzeugt, welches das erste Magnetfeld schwächt.Furthermore the anchor is moved to its release position when a corresponding electrical voltage pulse on the trigger (so-called voltage release) is given by means of a second coil generates a second magnetic field, which is the first magnetic field weakens.

In seiner Auslösestellung entriegelt der Anker eine Verklinkung, welche den Niederspannungs-Leistungsschalter öffnet.In its release position unlocks the anchor a latch, which opens the low-voltage circuit breaker.

Solche kombinierten Auslöser für Niederspannungs-Leistungsschalter sind bereits aus der US 4,641,107 A und der US 4,013,926 A bekannt.Such combined triggers for low-voltage circuit breakers are already out of the US 4,641,107 A and the US 4,013,926 A known.

Nachteilig ist bei den Auslösern der bekannten Schalter, dass diese parasitäre Luftspalte aufweisen, welche beispielsweise zu einer unerwünschten Überdimensionierung des Auslösers führen.adversely is at the triggers of the known switch that these have parasitic air gaps, which, for example to an undesirable oversizing of the Trigger.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, parasitäre Luftspalte zu vermeiden.The The object of the invention is to parasitic air gaps avoid.

Die Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.The Solution is given by the features of claim 1; the dependent claims provide advantageous embodiments represents.

Die Lösung sieht vor, dass die beiden Spulen bezogen auf die magnetischen Achsen der von ihnen erzeugten Magnetfelder auf einer gemeinsamen Achse liegend angeordnet sind, dass die erste Spule sich in einem magnetflussleitenden Topf befindet und dessen Topföffnung der zweiten Spule zugewandt angeordnet ist, dass sich zwischen der Topföffnung und der zweiten Spule ein mit dem Anker längs der Ankerachse verschiebbarer und mit diesem fest verbundener magnetflussleitender Deckel befindet, der in seiner Grundstellung den Topf verschließt. Auf diese Weise wird eine verbesserte Führung des magnetischen Flusses erzielt, bei der keine funktionsbedingten parasitären Luftspalte mehr vorhanden sind. Auch ist der Aufbau technisch relativ einfach, da nur wenige Magnetfluss führende Teile zu montieren sind. Die Magnetwiderstände zwischen den feststehenden Teilen sowie der Widerstand des Arbeitsluftspaltes in den beiden Endlagen (Grundstellung, Auslösestellung) des Ankers sind konstant und nur noch von den Fertigungstoleranzen der Magnetfluss führenden Teile ab hängig. Das notwendigerweise erforderliche Radialspiel der der Ankerführung hat keinen Einfluss mehr auf die Auslösung.The Solution provides that the two coils relative to the magnetic axes of the magnetic fields generated by them on one Common axis are arranged horizontally, that the first coil itself located in a magnetic flux conducting pot and its pot opening The second coil is arranged facing that between the Pot opening and the second coil along with the anchor the armature axis displaceable and permanently connected with this magnetic flux Lid is located, which closes the pot in its basic position. In this way, an improved leadership of the magnetic Flow achieved, with no functional parasitic Air gaps are more present. Also, the structure is technically relative easy, since only a few magnetic flux leading parts are to be mounted. The magnetoresistors between the fixed parts and the resistance of the working air gap in the two end positions (Basic position, release position) of the armature are constant and only leading from the manufacturing tolerances of the magnetic flux Dependent parts. The necessarily required radial play the armature guide has no influence on the release.

Eine technisch einfachere Lösung des Schalters sieht vor, dass das erste Magnetfeld von dem zweiten Magnetfeld geschwächt wird, wenn an der zweiten Spule ein Spannungsimpuls anliegt und der Anker von einer elastischen Kraft beaufschlagt ist, die den Anker bei entsprechend geschwächtem ersten Magnetfeld verschiebt.A technically simpler solution of the switch provides that the first magnetic field weakened by the second magnetic field is, if at the second coil, a voltage pulse is applied and the Anchor is acted upon by an elastic force acting on the anchor shifts at correspondingly weakened first magnetic field.

Der Schalter lässt sich verbessern, wenn die zweite Spule ebenfalls in einem magnetflussleitenden Topf angeordnet ist und die beiden Töpfe mit einander zugewandt Topföffnungen konzentrisch zueinander angeordnet sind.Of the Switch can be improved if the second coil also is disposed in a magnetic flux conducting pot and the two Pots with each other facing pot openings concentric are arranged to each other.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher beschrieben, die in einer schematischen Darstellung eine Verklinkung 1 und einen mit dieser zusammenwirkenden Auslöser 2 eines Schalters 3 zeigt, der den durch ihn hindurch fließenden Strom unterbricht.The invention will be described in more detail with reference to a figure which shows a schematic representation of a latch 1 and a trigger interacting with it 2 a switch 3 shows that interrupts the current flowing through it.

Im Auslösefall wird ein Anker 4 in Richtung des Pfeils 5 verschoben, welcher die Verklinkung 1 löst. Die Verklinkung 1 ist hier schematisch als zwei ineinandergreifende Klinken 6, 7 gezeigt; die Klinke 6 bewegt sich bezogen auf die Darstellung in der Figur bedingt durch eine Druckfeder 8 nach dem Entklinken in Richtung des Pfeils 9 nach unten, wodurch der Schalter 3 auslöst (öffnet).When triggered, becomes an anchor 4 in the direction of the arrow 5 moved, which the latch 1 solves. The latch 1 is here schematically as two interlocking pawls 6 . 7 shown; the handle 6 moves relative to the representation in the figure due to a compression spring 8th after unlatching in the direction of the arrow 9 down, causing the switch 3 triggers (opens).

Im Nichtauslösefall, also während des normalen Betriebs des Schalters 3, wird der Anker 4 von einem (ersten) Magnetfeld einer (ersten) Spule 10 in seiner Grundstellung gehalten, die in der Figur dargestellt ist.In the case of non-activation, ie during normal operation of the switch 3 , becomes the anchor 4 from a (first) magnetic field of a (first) coil 10 held in its basic position, which is shown in the figure.

Der Anker 4 ist als zylindrischer Stab ausgeführt, welcher zum Auslösen mittels einer elastischen Kraft in Form einer Feder 11 in Richtung seiner Längsachse, d. h. in Richtung des Pfeils 5, verschoben wird.The anchor 4 is designed as a cylindrical rod, which for triggering by means of an elastic force in the form of a spring 11 in the direction of its longitudinal axis, ie in the direction of the arrow 5 , verscho ben will.

Wie die Figur zeigt, ist die Spule 10 an die am Schalter 3 anliegende Spannung Un angeschlossen, die den Stromfluss durch den Schalter 3 bewirkt. Die Spule 10 befindet sich in einem magnetflussleitenden Topf 12, d. h. einem Topf 12 aus einem ferromagnetischen Material. Die in Richtung des Pfeils 5 offene Topföffnung 13 ist von einem magnetflussleitenden Deckel 14 verschlossen. Der Deckel 14 ist fest mit dem Anker 4 verbunden und wird von dem Magnetfeld der Spule 10 zur Topföffnung 13 hin gezogen und in dieser Stellung (Grundstellung) gehalten, und zwar gegen die Kraft der Feder 11.As the figure shows, the coil is 10 to the at the counter 3 applied voltage Un connected, which controls the flow of current through the switch 3 causes. The sink 10 is located in a magnetic flux conducting pot 12 ie a pot 12 made of a ferromagnetic material. The in the direction of the arrow 5 open pot opening 13 is from a magnetic flux conducting lid 14 locked. The lid 14 is stuck with the anchor 4 Connected and is from the magnetic field of the coil 10 for pot opening 13 pulled and held in this position (basic position), against the force of the spring 11 ,

Die Spule 10 ist so dimensioniert, dass wenn die Spannung Un einen vorgegebenen Wert (Schwellwert) unterschreitet, die Kraft der Feder 11 ausreicht, den Anker 4 in Richtung (Pfeil 5) Verklinkung 1 zu verschieben.The sink 10 is dimensioned so that when the voltage Un falls below a predetermined value (threshold), the force of the spring 11 sufficient, the anchor 4 in direction (arrow 5 ) Latching 1 to move.

Die Verwendung eines Topfes 12, welcher mit dem Deckel 14 verschließbar ist, führt im geschlossenen Zustand des Topfes 12 zur Vermeidung von parasitären Luftspalten. Dies wird hier also durch die spezielle Führung des magnetischen Flusses (gestrichelte Linie 15) erreicht.The use of a pot 12 , which with the lid 14 is closable, leads in the closed state of the pot 12 to avoid parasitic air gaps. This is so here by the special leadership of the magnetic flux (dashed line 15 ) reached.

Der Topföffnung 12 zugewandt ist eine (zweite) Spule 16 beabstandet angeordnet, an welche ein Spannungsimpuls Uv anlegbar ist.The pot opening 12 facing is a (second) coil 16 arranged spaced, to which a voltage pulse Uv can be applied.

Die beiden Spulen 10, 16 sind bezogen auf die magnetischen Achsen der von ihnen erzeugten Magnetfelder konzentrisch zueinander angeordnet, d. h. allgemein gesagt liegen sie bezogen auf ihre magnetischen Achsen auf einer gemeinsamen Achse. Sind die beiden Spulen 10, 16 rotationssymmetrisch ausgeführt, wie in der Figur dargestellt, so sind sie auch bezüglich ihrer Symmetrieachsen zueinander konzentrisch. Hier liegen die beiden magnetischen Achsen der Spulen 10, 16 sowie die Mittellängsachse des zylindrischen Ankers 4 auf einer gemeinsamen Linie.The two coils 10 . 16 are arranged with respect to the magnetic axes of the magnetic fields generated by them concentric with each other, that is, generally speaking, they are based on their magnetic axes on a common axis. Are the two coils 10 . 16 designed rotationally symmetrical, as shown in the figure, they are also with respect to their symmetry axes concentric with each other. Here are the two magnetic axes of the coils 10 . 16 and the central longitudinal axis of the cylindrical armature 4 on a common line.

Liegt ein elektrischer Spannungsimpuls Uv an der Spule 16 an, so erzeugt diese ein (zweites) Magnetfeld, welches so gerichtet ist, dass es das der Spule 12 schwächt. Die Linie 17 in der Figur stellt den Fluss des Magnetfeldes der Spule 16 dar.If there is an electrical voltage pulse Uv on the coil 16 on, it generates a (second) magnetic field, which is directed to that of the coil 12 weakens. The line 17 in the figure represents the flow of the magnetic field of the coil 16 represents.

Der Spannungsimpuls Uv ist so gewählt, dass die Schwächung des Magnetfelds der Spule 10 ausreicht, um den Anker 4 durch die Feder 11 in Richtung des Pfeils 5 zu verschieben.The voltage pulse Uv is chosen so that the weakening of the magnetic field of the coil 10 sufficient for the anchor 4 through the spring 11 in the direction of the arrow 5 to move.

Wie die Figur zeigt, befindet sich auch die Spule 16 in einem magnetflussleitenden Topf 18, dessen Topföffnung 19 der des Topfs 12 zugewandt ist. Beide Töpfe 12, 18 sind hier konzentrisch zueinander und zur Längsachse des Ankers 4 angeordnet.As the figure shows, there is also the coil 16 in a magnetic flux conducting pot 18 whose pot opening 19 the pot 12 is facing. Both pots 12 . 18 Here are concentric with each other and the longitudinal axis of the armature 4 arranged.

Bei anliegendem Spannungsimpuls Uv bewegt sich der Deckel 14 zusammen mit dem Anker 4 in Richtung des Pfeils 5 und damit in Richtung der Verklinkung 1. Der Deckel 14 verschließt die Topföffnung 19 des Topfs 18, wenn sich der Anker 4 in seiner Auslösestellung (bezogen auf die Figur seiner linken Endstellung) befindet.When applied voltage pulse Uv, the lid moves 14 together with the anchor 4 in the direction of the arrow 5 and thus in the direction of the latch 1 , The lid 14 closes the pot opening 19 of the pot 18 when the anchor 4 in its release position (based on the figure of its left end position) is located.

Durch die Verwendung zweier Töpfe 12, 18 lässt sich der magnetische Fluss so führen, dass durch den Anker 4 keine magnetischen Feldlinien verlaufen und somit keine (funktionsbedingten) parasitären Luftspalte im Eisenkreis liegen.By using two pots 12 . 18 The magnetic flux can be guided by the armature 4 There are no magnetic field lines and thus no (function-related) parasitic air gaps in the iron circuit.

Eine in Bezug auf parasitären Luftspalte verbesserte Funktion des Auslösers 2 ergibt sich bereits durch die Verwendung eines einzigen Topfes 12 für die Spule 10. Insbesondere, wenn im Deckel 14 ein Permanentmagnet vorgesehen ist. In diesem Falle kann weiter auf die Feder 11 verzichtet werden, wenn die Spule 16 so dimensioniert ist, dass deren Magnetfeld den Anker 4 entsprechend anzieht.An improved function of the trigger with respect to parasitic air gaps 2 already results from the use of a single pot 12 for the coil 10 , In particular, if in the lid 14 a permanent magnet is provided. In this case, you can continue on the spring 11 be dispensed with when the coil 16 is dimensioned so that its magnetic field is the anchor 4 attracts accordingly.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - US 4013926 A [0006] - US 4013926 A [0006]

Claims (3)

Schalter (3), insbesondere Niederspannungsleistungsschalter, zum Unterbrechen eines durch den Schalter (3) fließenden Stroms, mit einem Auslöser (2), der einen Anker (4) aufweist, der längs einer Ankerachse aus einer Haltestellung in eine Auslösestellung verschoben wird, wenn die am Auslöser (2) anliegende elektrische Spannung (Un) einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet oder wenn am Auslöser (2) ein entsprechender elektrischer Spannungsimpuls (Uv) anliegt, wobei der Anker (4) von einem ersten Magnetfeld in der Haltestellung gehalten wird, das von einer ersten Spule (10) erzeugt wird, an welche die Spannung (Un) anliegt, und wobei der Anker (4) von einem von einer zweiten Spule (16) erzeugten zweiten Magnetfeld in die Auslösestellung gezogen wird, wenn der Spannungsimpuls (Uv) an der zweiten Spule (16) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen (10, 16) bezogen auf die magnetischen Achsen der von ihnen erzeugten Magnetfelder auf einer gemeinsamen Achse liegend angeordnet sind, dass die erste Spule (10) sich in einem magnetflussleitenden Topf (12) befindet und dessen Topföffnung (13) der zweiten Spule (16) zugewandt angeordnet ist, dass sich zwischen der Topföffnung (13) und der zweiten Spule (16) ein mit dem Anker (4) längs der Ankerachse verschiebbarer und mit diesem fest verbundener magnetflussleitender Deckel (14) befindet, der in seiner Haltestellung den Topf (12) verschließt.Switch ( 3 ), in particular low-voltage circuit breaker, for interrupting a by the switch ( 3 ) flowing current, with a trigger ( 2 ), an anchor ( 4 ) which is displaced along an armature axis from a holding position into a release position, when the trigger ( 2 ) applied voltage (Un) falls below a predetermined threshold value or if the trigger ( 2 ) a corresponding electrical voltage pulse (Uv) is applied, wherein the armature ( 4 ) is held by a first magnetic field in the holding position, that of a first coil ( 10 ) is applied, to which the voltage (Un) is applied, and wherein the armature ( 4 ) of one of a second coil ( 16 ) is pulled into the release position when the voltage pulse (Uv) on the second coil ( 16 ) is applied, characterized in that the two coils ( 10 . 16 ) are arranged lying on a common axis relative to the magnetic axes of the magnetic fields generated by them, that the first coil ( 10 ) in a magnetic flux conducting pot ( 12 ) and whose pot opening ( 13 ) of the second coil ( 16 ) is arranged facing that between the pot opening ( 13 ) and the second coil ( 16 ) one with the anchor ( 4 ) along the armature axis displaceable and with this firmly connected magnetic flux conducting lid ( 14 ), which in its holding position the pot ( 12 ) closes. Schalter, dadurch gekennzeichnet, dass das erste von dem zweiten Magnetfeld geschwächt wird, wenn an der zweiten Spule (16) ein Spannungsimpuls (Uv) anliegt und der Anker (4) von einer elastischen Kraft beaufschlagt ist, die den Anker (4) bei entsprechend geschwächtem ersten Magnetfeld verschiebt.Switch, characterized in that the first of the second magnetic field is weakened when on the second coil ( 16 ) a voltage pulse (Uv) is applied and the armature ( 4 ) is acted upon by an elastic force, the anchor ( 4 ) shifts at a correspondingly weakened first magnetic field. Schalter, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (16) ebenfalls in einem magnetflussleitenden Topf (18) angeordnet ist, und dass die beiden Töpfe (12, 18) konzentrisch zueinander und deren Topföffnungen (13, 19) einander zugewandt angeordnet sind.Switch, characterized in that the second coil ( 16 ) also in a magnetic flux-conducting pot ( 18 ), and that the two pots ( 12 . 18 ) concentric with each other and their pot openings ( 13 . 19 ) are arranged facing each other.
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