DE102009033275B4

DE102009033275B4 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE102009033275B4
Application number: DE102009033275A
Authority: DE
Inventors: Michael Freimuth; Jürgen Renner; Matthias Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: WO2011003751A1; US8638183B2; US20120126917A1; CN102473538A; DE102009033275A1; CN102473538B

Abstract

Leistungsschalter mit Schaltkontakten, die über eine Schaltwelle geöffnet werden, welche im Auslösefall mittels eines Auslöseschiebers eines Auslösers (1), insbesondere eines Arbeitsstromauslösers, betätigt wird, indem der Auslöseschieber (2) die Schaltwelle mittels einer Auslösewelle eines Schaltschlosses bewegt,
wobei der Auslöser (1) eine elektrische Spule (4) aufweist, in die hinein sich ein Anker (5) erstreckt, der im Auslösefall durch elektromagnetische Anziehungskräfte in die Spule (4) gezogen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Spule (4) zur Verstärkung der Anziehungskräfte ein als Anschlag für den Anker (5) dienender ortsfester Gegenanker (10) angeordnet ist,
dass zur Vergrößerung des Verschiebewegs des Auslöseschiebers (2) die Bewegung des Ankers (5) mittels einer Mechanik (9) auf die Bewegung des Auslöseschiebers (2) übertragen wird, dass der Anker (5) und der Gegenanker (10) einander zugewandte flache Stirnseiten (11, 12) aufweisen,
dass die Mechanik (9) eine Kulisse (17) aufweist und dass mittels der Kulisse (17) der Kraft-Weg-Verlauf der...

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Leistungsschalter sind insbesondere als Niederspannungs-Leistungsschalter bekannt. Sie besitzen Schaltkontakte, die über eine Schaltwelle geöffnet werden. Die Schaltwelle wird dabei mittels eines Auslöseschiebers über die Auslösewelle eines Schaltschlosses betätigt. Der Auslöseschieber ist Teil des Arbeitsstromauslösers des Leistungsschalters. Neben dem Auslöseschieber weist der Arbeitsstromauslöser eine elektrische Spule auf, in die sich ein Anker erstreckt, der oft als längsbeweglicher Eisenkern-Anker ausgebildet ist. Im Auslösefall wird der Anker durch magnetische Anziehungskräfte in die Spule hineingezogen.
Die DE 10320681 B4 beschreibt ein Schaltschloss zum Verklinken einer Schaltwelle und einen elektrischen Schalter mit einem derartigen Schaltschloss. Im Falle eines Kurzschlusses wirkt ein schneller Magnetauslöser auf eine Betätigungsfläche eines Hebels, der zusammen mit einem weiteren Hebel eine Mechanik bildet, die die Kraft des schnellen Magnetauslösers auf die Bewegung des Auslöseschiebers überträgt.
In der DE 69718265 T2 wird ein elektromagnetischer Auslöser für ein elektrisches Schutzgerät beschrieben. Der Auslöser umfasst ein magnetisches Joch, einen unmagnetischen, an seinen beiden Enden offenen rohrförmigen Spulenkörper, eine um den Spulenkörper gewickelte Steuerspule, einen feststehenden Kern und einen beweglichen Kern, die an den jeweiligen Enden des Spulenkörpers angebracht sind.
In der DE 650810 A wird ein elektromagnetischer Antrieb zum Ausführen von zwei entgegengesetzt gerichteten Bewegungen, insbesondere zum Ein- und Ausschalten von elektrischen Schaltern, offenbart. In den kreisbogenförmigen Schlitz einer fest angeordneten Kulisse greift ein Teil eines Kniehebels mittels eines Zapfens ein, auf dem ein Lenker sitzt. Der Lenker ist mit der im Hauptkern eines Topfmagneten sitzenden Stange verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen technisch einfachen Leistungsschalter vorzuschlagen, der ohne Energiespeicher z. B. in Form eines Federspeichers auskommt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Lösung sieht vor, dass in der Spule zur Verstärkung der Anziehungskräfte ein als Anschlag für den Anker dienender ortsfester Gegenanker angeordnet ist und dass zur Vergrößerung des Verschiebewegs des Auslöseschiebers die Bewegung des Ankers mittels einer Mechanik auf die Bewegung des Auslöseschiebers übertragen wird. Bei dem vorgeschlagenen Leistungsschalter werden die sehr großen Kräfte, die bei Annäherung an den Gegenanker auftreten, durch eine dabei zwingend erforderliche Vergrößerung des Verschiebewegs verringert. Die in diesem Verschiebebereich aufgetretenen großen Kräfte werden genutzt, um bei immer noch relativ großen Kräften (Auslösekräften) den Auslöseschieber ausreichend weit zu verschieben.
Erst dies ermöglicht eine direkte Betätigung der Auslösewelle und damit der Schaltwelle. Quasi wird der Nachteil einer ziehenden Magnetspule korrigiert, nämlich dass die Magnetkraft mit der Entfernung vom Anschlag des Gegenankers überproportional abnimmt. Die Mechanik sorgt dabei für einen ausreichend großen Weg des Auslösehebels bei kleinem Ankerhub.
Die erfindungsgemäße dabei Ausführung sieht dabei vor, dass der Anker und der Gegenanker einander zugewandte flache Stirnseiten aufweisen.
Weiterhin weist in technisch einfacher Weise die Übertragung durch die Mechanik eine Kulisse auf.
Die Kulisse ist dabei so ausgeführt, dass der Kraft-Weg-Verlauf der Ankerbewegung in einen Kraft-Weg-Verlauf des Auslöseschiebers umgewandelt wird, bei dem die Kraft über den Verschiebeweg gleich bleibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 den Auslöser eines Leistungsschalters,
2 den Auslöser gemäß 1 in einer Schnittdarstellung und
3 Kraft-Weg-Verläufe des Auslösers gemäß 2.
1 zeigt einen Auslöser 1 eines nicht weiter gezeigten Leistungsschalters, der mit Schaltkontakten versehen ist, die über eine Schaltwelle geöffnet werden. Die Betätigung der Schaltwelle erfolgt über eine Auslösewelle eines nicht gezeigten Schaltschlosses. Im Auslösefall wird dazu ein Auslöseschieber 2 verschoben.
Der Auslöser 1 ist in 1 ohne Gehäuse gezeigt; er weist eine U-förmige ferromagnetische Komponente 3 auf, in der eine Spule 4 angeordnet ist. In die Spule 4 erstreckt sich ein Anker 5 (s. 2), von dem in 1 nur die außerhalb der U-förmigen Komponente 3 befindliche Ankerscheibe 6 zu sehen ist. Die Ankerscheibe 6 bewegt zwei miteinander zusammenwirkende Auslösehebel (Übersetzungshebel 7, Umlenkhebel 8), die zusammen eine Mechanik 9 bilden, welche die Längsbewegung (Längsverschiebung) des Ankers 5 in eine Längsverschiebung des Auslöseschiebers 2 überträgt. Wird der Anker 5 in die Spule 4 gezogen, so wird der Auslöseschieber 2 in die entgegengesetzte Richtung verschoben.
2 zeigt den Auslöser 1 als Längsschnitt, in dem der Anker 5 einem Gegenanker 10 gegenüberliegt. Dieser Gegenanker 10 hat die Aufgabe, die magnetischen Anziehungskräfte auf den Anker zu verstärken und einen Anschlag für den Anker 5 zu bilden. In 2 sind die Stirnflächen 11, 12 voneinander beabstandet gezeigt, d. h. zwischen den Stirnflächen 11, 12 befindet sich ein Zwischenraum 13. Der Übersetzungshebel 7 ist über ein Langloch 14 am Anker 5 gelagert, zu seiner Abstützung am Gehäuse des Auslösers 1 dient eine Schwenkachse 15, um die der Übersetzungshebel 7 verschenkbar ist. Beim Verschwenken des Übersetzungshebels 7 (durch den Anker 5) bewegt sich ein am Übersetzungshebel 7 befestigter Bolzen 16 im Langloch 14 nach oben bzw. nach unten. Die Schwenkbewegung des Übersetzungshebels 7 wird auf den Umlenkhebel 8 mittels einer Kulisse 17 übertragen. Die Kulisse befindet sich im Übersetzungshebel 7 in Form einer entsprechend geformten Ausnehmung, in welche ein am oberen Ende des Übersetzungshebels 7 befestigter Stift 18 eingreift. Der als Doppelhebel ausgebildete Umlenkhebel 8 ist auf einer Achse 19 drehbar gelagert. Sein (in 2 unteres) Hebelende drückt gegen den und verschiebt den Auslöseschieber 2 in dessen Längsrichtung, wenn der Anker 5 in die Spule 4 gezogen wird.
Wird die Spule 5 bestromt, so bewegt sich der Anker 5 aufgrund der magnetischen Anziehungskräfte auf den Anschlag 11 zu. Der Anker 5 zieht dabei den Übersetzungshebel 7 in 2 nach links, der wiederum den Umlenkhebel 8 nach links zieht.
Dieser drückt in 2 mit seinem unteren Hebelende auf den Auslöseschieber 2, der die Kraft entsprechend weiterleitet und – wie oben beschrieben – den Leistungsschalter auslöst.
3 zeigt den Kraft-Weg-Verlauf 20 des Ankers 5, den gewünschten Kraft-Weg-Verlauf 21 des Auslöseschiebers 2 und den mittels Kulisse 17 erzielten Kraft-Weg-Verlauf 22 des Auslöseschiebers 2. F ist die Kraft über dem Weg S, wobei Fmax die maximale Ankerkraft und Es und Ss der Sollwert für die Kraft auf den Auslöseschieber 2 bzw. der Sollweg des Auslöseschiebers 2 als Zielwerte sind. Für den Kraft-Weg-Verlauf 22 muss die Kulisse 17 entsprechend geformt sein, um die nahezu gleichbleibende Kraft über den gesamten Verschiebeweg zu erhalten. Der Kraft-Weg-Verlauf 20 des Ankers 5 in 3 zeigt, die mit Annäherung des Ankers 5 an den Gegenanker 10 pro Wegeinheit überproportional (quadratisch) zunehmende Anziehungskraft.

Claims

Leistungsschalter mit Schaltkontakten, die über eine Schaltwelle geöffnet werden, welche im Auslösefall mittels eines Auslöseschiebers eines Auslösers (1), insbesondere eines Arbeitsstromauslösers, betätigt wird, indem der Auslöseschieber (2) die Schaltwelle mittels einer Auslösewelle eines Schaltschlosses bewegt, wobei der Auslöser (1) eine elektrische Spule (4) aufweist, in die hinein sich ein Anker (5) erstreckt, der im Auslösefall durch elektromagnetische Anziehungskräfte in die Spule (4) gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spule (4) zur Verstärkung der Anziehungskräfte ein als Anschlag für den Anker (5) dienender ortsfester Gegenanker (10) angeordnet ist, dass zur Vergrößerung des Verschiebewegs des Auslöseschiebers (2) die Bewegung des Ankers (5) mittels einer Mechanik (9) auf die Bewegung des Auslöseschiebers (2) übertragen wird, dass der Anker (5) und der Gegenanker (10) einander zugewandte flache Stirnseiten (11, 12) aufweisen, dass die Mechanik (9) eine Kulisse (17) aufweist und dass mittels der Kulisse (17) der Kraft-Weg-Verlauf der Ankerbewegung in einen Kraft-Weg-Verlauf des Auslöseschiebers (2) mit nahezu gleichbleibender Kraft (F) über den Verschiebeweg (S) umgewandelt wird.