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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein gattungsgemäßes Installationsschaltgerät mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und
weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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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.
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Es
zeigen:
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1 Eine
Einsicht in einen geöffneten Leitungsschutzschalter in
sehr schematischer Darstellung, und
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2 eine
schematische Ausgestaltung eines Magnetauslösersystems,
wie es erfindungsgemäß in einen Leitungsschutzschalter
nach 1 eingebaut werden kann.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
werde nun die 2 betrachtet, die sich mit einer
erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines elektromagnetischen
Auslösersystems befasst.
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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.
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Im
Inneren des Joches 21 ist ein Spulenrohr 22 angeordnet.
Zwischen dem Spulenrohr und dem Joch befindet sich ein Spalt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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