DE102008052741A1 - Installationsschaltgerät mit einem Magnetauslöser - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Installationsschaltgerät (10), insbesondere einen Leitungsschutzschalter, mit einem Magnetauslösersystem, umfassend eine Spulenwicklung, einen Magnetkreis und einen Anker, welcher bei Auftreten eines bestimmten Überstromes in der Spulenwicklung aus seiner Ruhestellung heraus in seine Auslösestellung übergeht und dabei eine Kontaktstelle des Installationsschaltgerätes direkt und/oder über ein Schaltschloss öffnet, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine enge magnetische Kopplung innerhalb des Magnetauslösersystems besteht, so dass eine große Kraft auf den Anker auch bei kleinen Überströmen wirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Installationsschaltgerät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, mit einem Magnetauslösersystem, umfassend eine Spulenwicklung, einen Magnetkreis und einen Anker, welcher bei Auftreten eines bestimmten Überstromes in der Spulenwicklung aus seiner Ruhestellung heraus in seine Auslösestellung übergeht und dabei eine Kontaktstelle des Installationsschaltgerätes direkt und/oder über ein Schaltschloss öffnet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät ist beispielsweise aus der DE 199 15 785 A1 bekannt. Das Magnetauslösersystem des dort gezeigten Leitungsschutzschalters hat einen Magnetkern und einen beweglichen Magnetanker, die innerhalb eines Spulenrohres so angeordnet sind, dass der Magnetanker bei einer Kurzschlussstrom-Auslösung aus seiner Ruheposition heraus durch den zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker vom Spulenrohr begrenzten Bewegungsraum des Magnetankers entgegen der Rückstellkraft einer Feder in Richtung auf den Magnetkern zu gezogen wird. Die magnetische Kopplung innerhalb des Magnetauslösersystems ist allerdings nicht sehr gut, so dass ein hoher Strom und eine große Windungszahl erforderlich ist, um im Kurzschlussfall die erforderliche Anziehungskraft des Kerns auf den beweglichen Anker zu erzeugen.
  • Im Zuge einer im Haushalt und in der Industrie erforderlichen Schonung von Ressourcen kann ein Umbruch in den Installationsgewohnheiten für Beleuchtungseinrichtungen erwartet werden. Dabei ist nicht von den heute bekannten Leuchtstofflampen sondern vielmehr von dem Einsatz von LEDs auszugehen. Die LEDs benötigen nur geringe Ströme im Bereich von einigen mA oder bei Gruppenbildungen einigen 100 mA. Trotzdem müssen zur Erreichung eines Leitungsschutzes im Kurzschlussfall die Kabelquerschnitte den Leitungslängen entsprechend ausgelegt werden, damit das Schutzgerät im Kurzschlussfall auch abschalten kann. Vorteilhaft wäre es hier, ein Schutzgerät einzusetzen, welches geringe, auf den Nennstrom abgestimmte Kabelquerschnitte auch bei größeren Längen zulassen würde ohne dabei einen verhältnismäßig hohen Innenwiderstand zu besitzen.
  • Ein nach dem Stand der Technik bekannter Leitungsschutzschalter mit einem Bemessungsstrom von 0,5 A hat heute einen typischen Innenwiderstand von etwa 5 bis 10 Ohm, je nach Charakteristik (B, C, K, Z). Wenn ein solcher Leitungsschutzschalter zur Absicherung eines Beleuchtungsstromkreises mit LED-Leuchten eingesetzt wird, ist die Verlustleistung im Verhältnis zur Nennleistung der Beleuchtungseinrichtung nicht mehr vernachlässigbar.
  • Da nach dem Stand der Technik ein magnetischen Auslösesystem die Abschaltung im Kurschlussfall bewirkt, wären bei den bekannten Leitungsschutzschaltern deutlich mehr Windungen auf dem Auslöser erforderlich, als baulich im Inneren untergebracht werden können, um bei kleinen Bemessungsströmen eine Kurzschlussabschaltung bewirken zu können. Daher sind Leitungsschutzschalter heute bekannter Bauart nicht für die Absicherung von Stromkreisen mit niedrigen Nennströmen geeignet.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät so weiterzubilden, dass auch bei kleinen Überströmen eine große Kraft auf den Anker des Magnetauslösersystem ausgeübt wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß also besteht eine enge magnetische Kopplung innerhalb des Magnetauslösersytems, so dass dadurch eine große Kraft auf den Anker auch bei kleinen Überströmen und einer niedrigen Windungszahl wirkt.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Magnetkreis dabei ein topfförmiges Joch aus einem magnetisch leitfähigen Werkstoff, welches die Spulenwicklung und den Anker umgibt und so eine enge magnetische Kopplung innerhalb des Magnetauslösersystems sicherstellt. Das die Spulenwicklung umgebende Joch bündelt dabei das magnetische Streufeld. Dadurch werden die Streuverluste reduziert und die Energiedichte im Spuleninneren erhöht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umgibt die Spulenwicklung einen Kern. Die im Überstromfall auf den Anker ausgeübte Kraft ist dann die magnetische Anziehungskraft des von der Spulenwicklung umgebenen Kerns auf den Anker. Da wegen des topfförmigen Joches die magnetischen Streufelder reduziert sind, genügt ein kleiner Spulenstrom, um eine hohe Anziehungskraft des Kerns auf den Anker zu bewirken.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
  • 1 Eine Einsicht in einen geöffneten Leitungsschutzschalter in sehr schematischer Darstellung, und
  • 2 eine schematische Ausgestaltung eines Magnetauslösersystems, wie es erfindungsgemäß in einen Leitungsschutzschalter nach 1 eingebaut werden kann.
  • Ein Leitungsschutzschalter 10 besitzt ein schematisch dargestelltes Schaltschloss 11 mit einer Verklinkungsstelle, die hier nicht dargestellt ist. Das Schaltschloss 11 ist mit einem drehbaren Kontakthebel 12 gekoppelt. An dem Kontakthebel 12 ist ein bewegliches Kontaktstück 13 angebracht, welches zusammen mit einem feststehenden Kontaktstück 14 eine Kontaktstelle bildet. Mit dem feststehenden Kontaktstück 14 ist ein Lichtbogenleitblech 15 verbunden, welches einen der Fußpunkte eines Lichtbogens, der bei Öffnung der Kontaktstelle entsteht, beispielsweise in eine Lichtbogenlöschkammer 16 führt.
  • Dem beweglichen Kontakthebel 12 ist ein elektromagnetisches Auslösersystem 17 zugeordnet, das einen Anker (in 1 nicht dargestellt, siehe 2) aufweist, der bei Anstehen eines Kurzschlussstromes sich in Pfeilrichtung P bewegt. Der Anker ist mit einem Stößel 44 gekoppelt, welcher im Kurzschlussfall durch den Anker ebenfalls in Pfeilrichtung P bewegt wird und dabei den Kontakthebel 12 aufschlägt.
  • Gleichzeitig betätigt der Anker einen Doppelarmhebel 18, der wiederum auf einen Schieber 19 einwirkt, mit dem die Verklinkungsstelle im Schaltschloss 11 geöffnet wird. Bei einem thermischen Überstrom, welcher geringer ist als ein Kurzschlussstrom und langsamer ansteigt, wird der Schieber 19 von einem Thermobimetallstreifen 20 betätigt.
  • Die gezeigte Ausführungsform eines Leitungsschutzschalters ist lediglich exemplarisch zu sehen. Alle anderen denkbaren Ausgestaltungsmöglichkeiten von Installationsschaltgeräten, die ein magnetisches Schlagankersystem zur Kurzschlussstromauslösung verwenden, sollen von der Erfindung mit umfasst sein.
  • Es werde nun die 2 betrachtet, die sich mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines elektromagnetischen Auslösersystems befasst.
  • Das elektromagnetische Auslösersystem 17 hat einen Magnetkreis, der ein topfförmiges Joch 21 aus einem magnetisch leitfähigen Werkstoff umfasst. Das Joch 21 ist nahezu geschlossen, lediglich an einer ersten Stirnseite befindet sich eine Öffnung für den Durchtritt des Stößels 44.
  • Im Inneren des Joches 21 ist ein Spulenrohr 22 angeordnet. Zwischen dem Spulenrohr und dem Joch befindet sich ein Spalt.
  • An der ersten Stirnseite, an der der Durchtritt für den Stößel 44 angebracht ist, ist im Inneren des Spulenrohres 22 ein Magnetkern 23 angebracht. Dieser liegt an der ersten Stirnseite an das Joch an, so dass eine mechanische und magnetische Kopplung zwischen dem Joch und dem Kern besteht.
  • In der Nähe des Magnetkerns 23 ist in dem Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Magnetkern 23 und dem Joch 21 die Spulenwicklung 25 auf das Spulenrohr 22 aufgewickelt. Es ist eine Spule mit wenigen Windungen, so dass sie gut in den engen Spalt zwischen dem Spulenrohr 22 und dem Joch 21 hineinpasst.
  • Im Inneren des Spulenrohres 22 ist weiterhin der bewegliche Anker 24 verschieblich geführt. In seiner Ruhestellung liegt er an einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden, Stirnseite des Joches an. Der Anker 24 trägt einen Stößel 44, der sowohl durch eine Bohrung im Magnetkern 23 als auch durch die Öffnung in der ersten Stirnseite des Joches 21 hindurch nach außen ragt.
  • Zwischen dem Magnetkern 23 und dem Anker 24 ist eine Fesselfeder 26 angeordnet, welche dafür sorgt, dass der Anker 24 erst bei einer gewünschten, durch die Federcharakteristik beeinflussbaren, Stromstärke des Kurzschlussstromes von dem Kern angezogen werden kann.
  • Insgesamt umgibt das Joch 21 also die Spulenwicklung 25 und den Anker 24 und stellt so eine enge magnetische Kopplung innerhalb des Magnetauslösersystems sicher. Die magnetischen Streufelder im Außenbereich der Spulenwicklung 25 werden durch das topfförmige Joch 21 gebündelt. Außerhalb des Joches 21 ist das Streufeld der Spulenwicklung 25 vernachlässigbar klein. Die Bündelung des Streufeldes in dem Joch 21 bewirkt eine Erhöhung der Energiedichte im Inneren der Spulenwicklung 25.
  • Durch die so sichergestellte enge magnetische Kopplung ist erreicht, dass nur wenige Windungen der Spulenwicklung 25 ausreichen, um auch bei niedrigen Bemessungsstromstärken im Kurzschlussfall eine so hohe Magnetkraft zwischen dem Magnetkern 23 und dem Anker 24 zu erzeugen, dass der Anker 24 auf den Magnetkern 23 zu bewegt wird. Dann tritt der Stößel 44 in Pfeilrichtung 44 heraus und trifft öffnend auf den Kontakthebel 12.
  • Wegen der niedrigen Windungszahl, die durch die enge magnetische Kopplung im Inneren des Magnetauslösersystems ermöglicht ist, ist der Innenwiderstand des Magnetauslösersystems 17 niedriger als bei bisher im Stand der Technik bekannten Magnetauslösersystemen. Damit kann ein solcher Leitungsschutzschalter vorteilhafterweise zur Absicherung von Stromkreisen mit Verbrauchern niedriger Bemessungsstromstärke eingesetzt werden.
  • 10
    Leitungsschutzschalter
    11
    Schaltschloss
    12
    Kontakthebel
    13
    bewegliches Kontaktstück
    14
    festes Kontaktstück
    15
    Lichtbogenleitblech
    16
    Lichtbogenlöschkammer
    17
    elektromagnetisches Auslösersystem
    18
    Doppelarmhebel
    19
    Schieber
    20
    Thermobimetall
    21
    topfförmiges Joch
    22
    Spulenrohr
    23
    Magnetkern
    24
    Anker
    25
    Spulenwicklung
    26
    Fesselfeder
    44
    Stößel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19915785 A1 [0002]

Claims (5)

  1. Installationsschaltgerät (1), insbesondere Leitungsschutzschalter, mit einem Magnetauslösersystem, umfassend eine Spulenwicklung, einen Magnetkreis und einen Anker, welcher bei Auftreten eines bestimmten Überstromes in der Spulenwicklung aus seiner Ruhestellung heraus in seine Auslösestellung übergeht und dabei eine Kontaktstelle des Installationsschaltgerätes direkt und/oder über ein Schaltschloss öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass eine enge magnetische Kopplung innerhalb des Magnetauslösersytems besteht, so dass eine große Kraft auf den Anker auch bei kleinen Überströmen wirkt.
  2. Installationsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis ein topfförmiges Joch aus einem magnetisch leitfähigen Werkstoff umfasst, welches die Spulenwicklung und den Anker umgibt und so eine enge magnetische Kopplung innerhalb des Magnetauslösersystems sicherstellt.
  3. Installationsschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Überstromfall auf den Anker ausgeübte Kraft die magnetische Anziehungskraft eines von der Spulenwicklung umgebenen Kerns ist.
  4. Installationsschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch wenigstens teilweise ein Spulenrohr umgibt, innerhalb dessen ein mit dem Joch gekoppelter Kern und ein relativ zu dem Kern beweglicher Anker vorhanden sind.
  5. Installationsschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung in einem Zwischenraum zwischen dem Spulenrohr und dem Joch im Bereich des Kerns angebracht ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19915785A1 (de) 1999-04-08 2000-10-12 Abb Patent Gmbh Elektromagnetischer Auslöser für ein elektrisches Schaltgerät

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19915785A1 (de) 1999-04-08 2000-10-12 Abb Patent Gmbh Elektromagnetischer Auslöser für ein elektrisches Schaltgerät

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